インフラストラクチャー

5G:革新をダウンロード

By ジュゼッペ・コロナ
グローバル上場インフラストラクチャー、ヘッド 英国、ロンドン

最近では、私たちの生活を大きく変える革命的な技術というテーマが頻繁に取り上げられています。この革命を主導するのは、IoT(モノのインターネット)、スマートシティ、AI(人工知能)、AV(自動運転車)、リモートコンピューティング、VR(仮想現実)など、数多くの技術です。

しかし、これらテクノロジーの開発や実用化を支える第5世代(5G)モバイル通信ネットワークについて語られることは多くありません。データ利用量は2025年までに5倍に増加すると見込まれており、私たちの生活に密着したこれらの新技術や、データ量の爆発的な増加を可能とするためには不可欠なのが、通信設備やインフラストラクチャー(インフラ)の大規模な増強です。

同レポートでは、今後多様な活用を可能とする革新的な次世代通信である5G技術とその特徴に注目します。また、5G関連のインフラ投資需要、そして統合型ネットワークとして5Gのメリットを最大限に得るために必要なマクロ基地局、スモールセル、光ファイバについて取り上げます。投資ニーズはバリューチェーン全体を通して莫大であり、この魅力的な上昇トレンドに乗る主要なインフラ・プレイヤーを見ていきます。

世界の年間データ量
出所:IDC、「The Digitization of the World, From Edge to Core」、2018年11月

5Gの必要性

主なメリット

シスコの発表によると、インターネット接続デバイスの数は2020年までに500億に達し、2010年と比較すると4倍増となる見通しです1。4Gはモバイル技術における大きな転換点となったものの、これだけ多数のデバイス対応を念頭に設計されたものではないため、ネットワークでは回線混雑が発生し、通信スピードの低下を招いており、インターネット接続デバイスの増加に伴って、この状況は悪化しています。そこで、この解決策として登場したのが5Gです。

ネットワークの混雑解決策となる、現行4G/LTEと5Gの違いには主に3つあります:

  • より広い通信帯域。従来の技術と同じように、5Gの電波帯域は限定されていませんが、次の3つのブロードバンド周波数帯を利用すると見込まれています:カバレッジ用のレイヤ(1GHz以下の帯域、700MHz帯を中心に使用)、カバレッジとキャパシティ用のレイヤ(1~6GHzの帯域、3.5GHz帯を中心に使用)、そして初めて登場となるスーパー・データ用のレイヤ(6GHz超、25GHz帯を中心に使用)。
  • レイテンシ(遅延)の短縮。これはIoT(モノのインターネット)や自動運転車に代表される次世代テクノロジーの実現に必要不可欠だと言われています。5Gの低遅延通信では、レイテンシは50倍低下し、1ミリ秒が実現されます。
  • 基地局当たり接続デバイス数の増加。5G技術の規格では、1平方km当たりデバイス100万個の通信処理能力が必要とされています。1平方km当たりデバイス2,000個である4Gと比較すると、飛躍的な進化です。

驚くべきとも言える5Gのもう一つのメリットは、デバイスのバッテリー寿命の改善です。低レイテンシ(遅延)によって、処理能力の多くをデバイスから無線通信網へと移行することが可能です。これについて、ベライゾンのマクアダムCEOは、バッテリー寿命が1ヶ月へと改善すると、IBMの2018年シンク・カンファレンスで語っています。しかし、次のセクションで紹介している通り、様々なテクノロジーが必要となることからも、バッテリー寿命1ヶ月が実現される日はまだ遠いと言えます。

1. シスコ、「The Internet of Things 2011

 デバイス数の増加
出所:ダッシュ・マガジン、「The Most Promising Internet of Things trends for 2018」、2017年11月

5Gとは何か?

5G技術の解説

5Gにおいて、より高速、かつ信頼性に優れ、大容量のモバイル通信を実現するためには、様々な技術や通信手法がシームレスに連携する必要があります。だからこそ、4Gからの移行には時間を要するのです。これらの技術や通信手法は、以下でより詳細に説明しています:

ミリ波

5G技術において最も重要なのは、高周波数のミリ波の活用と言えるでしょう。高い周波数帯を活用することで、より早いスピードで、より多くのデータ通信が可能となります。第1世代(1G)移動通信システムの登場以来、接続デバイスは3KHz~6GHzの周波数帯を利用しており、非常に混雑した状態になっています。

ミリ波が活用するのは30GHz~300GHzの周波数帯で、現在は人工衛星やレーダー装置にしか利用されていません。この周波数帯では莫大な量のデータ通信が可能となることから、接続デバイスは設計本来のパフォーマンスを実現することができます。なお、この高周波数帯は、その大部分が低レイテンシを必要とする基幹システム専用に割り当てられるため、商用向けには開放されません。

一方、高周波数帯活用のトレードオフは、電波が届く範囲と障害物の妨害を受け易い点にあります。ミリ波の大きな弱点は、高周波数は大気減衰率が高く(待機中のガスや湿気、雨に吸収され易い)、建物など遮蔽物に弱いことから、LOS(Line-of-sight:障害物がなく、直接波の通信が可能な状態)環境でのみ普及が可能となります。

マッシブMIMO

未来の5Gネットワークで主要な役割を担うのが、マッシブMIMO(Multiple-Input & Multiple-Output)です。MIMOとは、同じ無線チャンネルを通じた複数の電波通信を可能とする技術です。一般的に2~4つのアンテナを使う従来のMIMOネットワークと比較すると、マッシブMIMOシステムは100個超のアンテナ対応が可能です。限られたスペースにより多くのアンテナ設置が要求されることからも、より高い周波数が求められることになります。

マッシブMIMOの最大の利点は、追加の通信帯域を必要とせずに、無線ネットワークのキャパシティを大幅に改善できる点です。しかし、波長がより短いため、マッシブMIMOは障害物からの影響を受け易いことから、その低減に向けてはビームフォーミング(電波の飛ぶ方向を制御する)が活用されます。

ビームフォーミング

5Gエコシステムにおいて重要な役割を担うのが、ビームフォーミングと呼ばれる技術です。一般的に、無線基地局は特定の目標なしに電波を飛ばしているため、障害の可能性が高くなっています。ビームフォーミングは、障害を避けると同時に最も効率の良いデータ通信のルートを特定するシステムです。複数方向へ当時に電波を飛ばすのではなく、ユーザーのいる特定の方向に電波を集中させて飛ばします。

スモールセル

スモールセルは、より数の少ない同時呼び出しやセッションに対応するために開発された、カバーエリアの狭い(最大で数km)低電力の無線通信用の基地局です。スモールセルは新たなテクノロジーではありませんが、5Gネットワークにおいて核となる技術です。

スモールセルは小型であることから、あらゆる場所(信号機、ビルの屋上、オフィス内天井など)に設置でき、モバイルネットワークのカバレッジ拡張において重要な役割を果たすだけでなく、障害とミリ波の伝搬損失を低減することで、高スピードかつ低レイテンシの環境の実現が可能となります。

全二重通信

無線周波数の最大のネックは、電波自体が干渉しあうため、同じ周波で同時に電波通信が行えない点です。この問題を解決してくれるのが、全二重通信の技術です。現行の無線ネットワークでは、電波の受信と送信に異なる周波数帯が使われているため、2倍の周波数スペクトルが必要となっている状況です。

全二重通信は、複数電波の通信を可能とするものです。これによって、必要な周波数帯も倍増となることから、ワイヤレス通信のキャパシティも2倍に増加します。

周波数
1秒当たりに発生する電波や振動の回数を示しており、単位はヘルツ(Hz)で表します。1メガヘルツ(MHz)は1秒当たり100万回、1ギガヘルツ(GHz)なら1秒当たり10億回の振動回数となります。

 

周波数帯
周波数が届く範囲を意味します。一般的に、周波数帯の3KHzから300GHzの部分は無線周波数帯と呼ばれており、通信技術に活用されています。

 

バンド幅
周波数の幅を意味し、幅が広いとその分多くのデータ通信が可能となります。つまり、データ通信の速度を示すもので、単位はbpsが使われます。

5Gの活用

テクノロジーの影響を解説

5G技術への移行は、経済、社会、環境のあらゆる面において、私たちの生活に莫大な影響をもたらすと見込まれています。より優れた無線ブロードバンドや巨大なデバイス間通信(MTC)、安定性が高い低レイテンシの通信が可能となることで、交通や自宅、ヘルスケア、エンターテインメントといった幅広い分野において5G技術の活用が広まるでしょう。以下では、5Gの活用例を挙げています:

  • エンターテインメント
    現在、通信量の大部分を占めるのはビデオのストリーミングです。5G技術によって、高画質ビデオを数秒でダウンロードしたり、高画質テレビを中断なくストリーミングすることが可能となります。また、低レイテンシによって生中継のストリーミングやAR、VRが実現します。
  • IoT(モノのインターネット)
    幅広い定義となりますが、IoTとは、電化製品やデバイス、センサー、アプリケーションとインターネットを接続するものです。デバイスやセンサーから大量のデータを収集することで、スマートシティ(例:エネルギーや水管理、スマートライト、交通モニタリングなど)や自宅、物流や交通、農業やヘルスケアといった分野において、リアルタイムの最適化と効率向上を可能とします。
  • ヘルスケア
    5G技術によって、人々の健康をリアルタイムでモニタリングすることが可能となるばかりか、高速・大容量と超低レイテンシかつ信頼性と安全性に優れた「タッチインターネット」を経由することで、人間と機械がリアルタイムで連携できるため、遠隔操作による複雑な手術処置が実現する可能性も高まっています。
  • 交通
    自動運転車(AV)分野で必要不可欠なテクノロジーが、5G技術です。超低レイテンシなしでは、スマート交通信号や障害物、車両の間における効率的な通信は不可能であり、ミリ秒の遅延でも致命的な事故につながる可能性があるからです。

5Gに秘められた可能性は無限大であり、私たちの想像をはるかに超えます。その時間軸は不確実であるものの、5Gは2020年代半ばまでに広く浸透すると考えられています。

米国や中国、ロシアら超大国がその導入に向けて急スピードで取り組みを行っているように、5Gへの移行には、地政学面そして安全面の影響が浮上しています。中国政府によるハイテク産業育成政策「中国製造2025」では、5Gがその主要な柱として打ち出されています。一方米国では、5Gの世界レース勝利に向けて、米国が今後何年にもわたって次世代無線ネットワークを主導する立場を保持できるようにするための戦略の策定を発表しています。

 5G活用の可能性
出所:GSMAインテリジェンス、「Understanding 5G: Perspectives on future technological advancements in mobile」、2014年12月

5Gネットワーク構造

機関室を理解する

このコミュニケーション革命を促進するのが、異種の設備・機器によって構成される無線インフラ・ネットワークです。主な構成パーツには、マクロ基地局、スモールセル、分散アンテナシステム、光ファイバ・ネットワークが含まれます。

マクロ基地局

マクロ基地局とは、高出力で、一般的に大型の垂直構造物上のスペースを貸し出す種類のものを指し、通信距離は最大で20km程度、通常は郊外に設置されています。以下では、マクロ基地局の一般的な種類を紹介しています。

スモールセル

免許要帯域・不用帯域(Wi-Fi)の両方で使われている、低出力のノードです。通信距離は10mから最大で2・3kmとなっており、スモールセルや障害物の種類によって異なります。

この新しいネットワークがシームレスに作動するためには、マクロ基地局やスモールセルといった異種の設備・機器が、コアネットワーク(基幹回線網)に相互接続している必要があります。また、銅線や光ファイバを経由することで、ワイヤレスでの相互接続が可能となります。一方で、5Gで必要とされるキャパシティが莫大であることからも、光ファイバは、コアネットワークにおいて根幹をなす重要なテクノロジーです。

出所:アメリカン・タワー、「,Introduction to the tower industry and American Tower」、2010年

使用するインフラや通信機器の選択は、経済性だけでなく、必要とされる密度や障害物、キャパシティとその用途によって異なってきます。マクロ基地局は、引き続き、都市部を離れたエリアに最も適したソリューションとなり、低~中帯域を利用する機器が活用される見通しです。人口密度の高い都市部では、スペースの確保が難しく、障害物も多いことから、より大容量かつ低レイテンシのスモールセルが活用されます。これらスモールセルは、ビルの屋内や屋上、電柱や交通信号など公共インフラに設置され、主にスーパー・データ用のレイヤとミリ波の周波数帯が活用されます。

5Gの移行に伴って、4Gも引き続き重要な役割を果たします。デバイスは4Gと5G両方に接続し、4Gがバックボーンとなる一方で、5Gが高容量の接続を可能とします。また、5Gは人口密度の高い都市部から段階的に普及することになるため、3Gから4Gへの移行時と同じように、4Gネットワークが継続して安定した接続を確保する役割を果たします。

もう一つ、新しいネットワーク・アーキテクチャにおいて重要な役割を果たす概念が、ネットワーク・スプライシング(既存ネットワークを使って仮想のサブネットワークを作る)です。これは、特定の利用者や事例を対象とした専門サービス提供にあたってネットワーク設計のカスタマイズを可能とするものであり、低レイテンシや継続的な接続が必要不可欠となるリモート・コンピューティングや自動運転といった分野を中心に、鍵となるテクノロジーです。特定のパフォーマンスを確約するネットワーク・スプライシングは、完璧な信頼性が求められるホールセールや法人事業の分野で主に活用されると見込まれます。

 5Gネットワーク構造

インフラ投資のオポチュニティ

主要プレイヤーと注目分野

5Gのライフサイクルはまだ初期段階であるものの、既にエキサイティングな進展と商品が発表されています。

市場に登場した最初の商品は、5G固定ワイヤレス・ブロードバンドです。2018年10月、ベライゾンはネットワーク速度300Mbps~1Gbpsを誇るサービスを、米国4都市で提供開始しています。これらサービスは、UWBにはスモールセル、光ファイバ、ミリ波周波数帯域を使った同社のUWB(ウルトラ・ワイドバンド)ネットワークを活用したものです。

米国のAT&Tもまた、ワイヤレス接続モデムやホットスポットを活用した初のモバイル5Gプロバイダーを目指し、5Gへの投資を強化しています。足元での課題は、5G対応のハンドセットが早くて2019年後半にしか登場しない見通しである点です。5Gが幅広く普及するのは、2025年頃と見込まれています。

通信インフラ(特にマクロ基地局)は、従来、携帯キャリアによって自社所有されてきました。これは、ネットワークのパフォーマンスにおける明らかな差別化要因として、戦略的に捉えられてきたことが背景にあります。しかし、大手携帯キャリア各社による開発を受けて、ほとんどの国ではカバレッジが相当拡大しています。新世代モバイル技術の登場に伴って、基地局の新設や設備・機器設置のコストも上昇していることから、独立系通信塔オペレーターという新たな運営モデルが登場しました。

この運営モデルでは、通信タワー運営会社が携帯キャリアに対して長期のリースを提供します。リース費用は、一般的にインフレ連動となっており、年次で上昇する仕組みです。独立系オペレーターが運営する通信塔には、携帯キャリア複数社の設備・機器が設置されることからも、携帯キャリアが自社で行うよりも、費用対効果に優れたカバレッジの提供が可能となります。その例として、従来の自社所有モデルでは通信塔1本あたり対応できる携帯キャリアが1社であったところ、独立系運営モデルでは、4社を超える携帯キャリアに対応が可能です。テナントを追加する場合でも、運営費は僅かな増加にとどまることからも、この事業モデルは営業レバレッジの観点からも魅力的となっています。

この独立系オペレーター・モデルを先導してきたのは米国です。これに追随する形で、その他地域でも携帯キャリアによる通信タワーの売却が進んでいます。通信タワーは、独立系オペレーターが保有する方がより価値があり、携帯キャリアは、通信タワーの処分を通じて、設備投資需要を抑制し、収益性とバランスシートの改善を図っています。

中でも、米国の通信タワー運営企業であるアメリカン・タワーやSBAコミュニケーションズは、新興市場を中心とした国外において独立系通信タワー運営モデルを確立すべく、積極的な取り組みを行っています。欧州では、セルネックス・テレコムが、リーディング・オペレーターの座獲得に向けて活動しています。一方、ここ数年で、安定したインフレ連動のキャッシュ創出能力を誇る同セクターに対する注目が高まっており、プライベート・エクイティやインフラのファンドらによる参入も確認されています。この様な需要の高まりを受けて、これらインフラ資産のバリュエーションは大幅に上昇しています。

インフラの共有は、経済面から見ても最適なモデルであると言えますが、5Gへの移行局面では、携帯キャリア自社所有と共有というモデルが共存する恰好となるでしょう。これは、市場シェア獲得のため、商品やサービスの差別化要因として5Gが打ち出されると見込まれるためです。先進国の多くではマクロ基地局の新設が減少しており、その多くが既にアウトソースされていることからも、その対象は、主にスモールセルや光ファイバの分野となると予想されます。

スモールセルには光ファイバー・ネットワークが必要不可欠であることからも、誰が大容量の都市型光ファイバ・ネットワークを所有するかという点が、スモールセルと光ファイバーが共有されるかを決定する要因となるでしょう。例えば、ベライゾンは、一部の都市で光ファイバとスモールセルの自社開発を進めていますが、独立系通信タワー事業者のクラウン・キャッスルも、マーケットにおける地位、そしてマクロ基地局事業モデルを光ファイバとスモールセル分野でも確立するために、大規模な投資を行っています。

5Gの世界は、マクロ基地局の設備・機器アップグレードや、光ファイバやスモールセルを通じたネットワークの高密度化が必要とされている点からも、通信インフラのオペレーターにとって、胸躍る刺激的ななチャンスに満ちています。

 通信塔のエコノミクス:一例
 4Gと5Gの比較
出所:クォーヴォ、「Getting to 5G: Comparing 4G and 5G systems requirements」、2017年9月

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