3GPPリリース16：5G RAN（無線アクセス網）の特長機能
NTTドコモの永田 聡（ながた さとし）氏注2は、「リリース16 RANの特長機能概要」と題し、3GPP リリース16のRAN（Radio Access Network、無線アクセス網）に関して解説した。
- システム性能や効率の向上にむけて、MIMO注3の拡張、モビリティ（移動通信の範囲）の拡張、端末消費電力の削減
- URLLC（超高信頼性・低遅延通信）や産業用IoT（IIoT）、スライシング、車車間通信（V2X）、置局の柔軟性等のユースケースやサービスの拡張
図1は、リリース16のRANについて仕様化された主な拡張内容「eMBB」「mMTC」「URLLC」を示している。
図1 3GPPリリース16で仕様化された主な機能
出所 永田 聡、「Rel 16 コア 特長機能概要」、TTCオンラインセミナー、2020年10月27日
図1に示す利用シナリオの例として、
- アンライセンスバンド（免許不要な周波数帯）の利活用（5GHzや6GHz帯等）
- モバイルバックホール（中継回線）の活用（5G NRを無線バックホールに適用し、リレー基地局を実現）
- 下り回線の256QAM注4に高周波帯のFR2（Frequency Range 2）注5で対応
- 高速列車向け性能規定（最大500km/h）
- （LTE）IoT適用領域の拡大（eMTC、eNB-IoT）
等々の仕様が策定されている。
eMBB向けの拡張技術
次に永田氏は、eMBB（大容量・高速通信）向けの拡張技術（通信品質の改善や性能向上）について説明した。
〔1〕5G NR MIMOによる機能拡張
ここでは、eMBBにおいて、通信の品質や性能の向上を目指した、MIMO（マイモ）という複数の送受信アンテナを用いた機能拡張について見ていく。
図2は、リリース15とリリース16のMIMOの利用形態を比較したものである。
図2 5G NR MIMO機能の拡張（分散MIMO）
CC：Component Carrier、コンポーネントキャリア（キャリア：データを乗せて送受信する周波数帯の1つの単位のこと）。例えば、4G（LTE）では、キャリアアグリゲーション（CA：Carrier Aggregation）という「複数の周波数帯（上り、下りとも各最大20MHz幅を使用）を束ねることによって、通信速度を高速化する技術」が開発された。この周波数帯域（20MHz）をコンポーネントキャリア（CC）と呼び、CC（20MHz）を複数同時に用いて通信を行うことで、例えば、最大100MHz（20MHz×5）までの広帯域化（高速化）を実現している。
出所 永田 聡、「Rel 16 コア 特長機能概要」、TTCオンラインセミナー（2020年10月27日）をもとに編集部で一部加筆・修正
基地局側で、場所の異なる複数の送受信点（TRP：Transmission and Reception Point）からの信号を送信可能とする「分散MIMO」注6によって、例えば、端末が同時に2つのTRPから異なるMIMOレイヤのデータを受信し、通信のMIMOランク（通信路数の増大や通信品質の向上の指数）を向上させたり、端末がそれぞれのTRPから繰り返し同一信号を受信したりすることで、信頼性の向上（パケットデータの送信成功率の向上）を実現することができる。
具体的には、図2（1）の右図に示すように、基地局側には場所の異なる2つのTRPに、アンテナまたはアンテナパネル注7を設置して通信する。
また図2（2）の右図は、伝搬の方向を絞った電波の束である「ビーム」の制御を改善することによって、低遅延や低オーバーヘッド（付加的処理を少なくする）を実現し、適切なビーム利用を実現可能としている例である。
以上のほか、永田氏は、5G NR端末の消費電力の低減方法や、5G NR端末の位置測位の仕組みなどについても紹介した。
〔2〕5G NRのアンライセンス周波数帯への対応
次に、永田氏は、eMBB向けの利用シナリオの拡張技術として、5GHz帯と6GHz帯のアンライセンス周波数帯（免許不要周波数帯）への対応について紹介した。
これは、Wi-Fiと同じLBT注8に基づくチャネルアクセスによって、5G NRがWi-Fiをはじめ他の無線アクセス技術（RAT）と共存可能とする仕様である。
具体的には、図3に示すように、5150～5350MHz帯、5470～5725MHz帯をはじめとする多数の周波数帯が審議されている。
図3 5G NRのアンライセンス周波数帯（NR-U：NR Unlicensed ）への対応
LAA：免許不要の周波数帯（例：Wi-Fiの周波数帯（5GHz帯等））を用いて5G通信を行う方式
置局：基地局の設置場所
出所 永田 聡、「Rel 16 コア 特長機能概要」、TTCオンラインセミナー、2020年10月27日
また、図3下段に示すように、5G NRでは、基地局と端末間において、
- スタンドアロンNR-U（NR Unlicensed、NRアンライセンスバンドのみの通信）
- LAA（Licensed Assisted Access、同一基地局においてNRアンライセンスバンドとNRライセンスバンドを同時に用いる通信）
- DU（Dual Connectivity、複数基地局間におけるLTE/NRライセンスバンドの通信およびNRアンライセンスバンドの通信を組み合わせた通信）
の3つの方式が可能となる（注：4G LTEの場合は、アンライセンス周波数帯の利用は図3の下段中央に示すLAA方式のみが可能）。
〔3〕NR-IAB（アクセス回線とバックホール回線の統合）
また、図4に示すように、5G NR無線インタフェースを、アクセス回線とバックホール回線の両方に利用できる、「NR IAB」（New Radio Integrated Access Backhaul）の無線仕様化も進められている。
図4 NR-IAB（アクセス回線とバックホール回線の統合）の仕組み
CU：Centralized Unit、集約基地局 DU：Distributed Unit、リモート局
MT：Mobile Termination、モバイルターミネーション。IAB-MTは、IABドナーノードもしくは親ノードのDUと、NRの無線アクセス回線によってバックホール回線として接続するための機能
IAB-DU：UEおよび子ノードをアクセス回線で接続させるための機能
出所 永田 聡、「Rel 16 コア 特長機能概要」、TTCオンラインセミナー（2020年10月27日）をもと一部加筆・修正して編集部で作成
これによって、置局（基地局の設置）の柔軟性が向上し、通信エリアの拡大やネットワークの高密度化が可能となる。また、アクセス回線とバックホール回線の周波数は、同じ周波数でも、異なる周波数でも利用可能となっている。
さらに、バックホール回線のNR DC（Dual Connectivity）/CA（Carria Aggregation）の機能拡張も行われており、これらによって置局の柔軟性が拡大できるようになる。
▼ 注1
TTCオンラインセミナー5G最新機能（3GPP リリース16）」、2020年10月27日（ウェビナー）
▼ 注2
永田 聡氏：株式会社NTTドコモ ネットワークイノベーション研究所 担当課長。3GPP TSG-RAN 副議長。
▼ 注3
MIMO：Mutipule Input Multipule Output、多入力・多出力。送信側と受信側（基地局側と端末側）にそれぞれ複数のアンテナを設置して通信し、通信容量の増大や通信品質の改善を行う技術。
▼ 注4
QAM（クァム）：Quadrature Amplitude Modulation、直交振幅変調方式。1回の変調〔デジタル情報を電波（搬送波）に乗せること〕で、多くの情報量を送信して高速化する多値変調のこと。
互いに独立しているデータを運ぶ2つの搬送波（同相の搬送波と直交位相の搬送波）に個別に振幅変調行い、データを伝達する変調方式。例えば16QAMでは、1シンボルで4ビット（2の4乗＝16種の状態）、64GAMでは6ビット（2の6乗＝64の状態）、256QAMでは8ビット（2の8乗＝256の状態）のデータを送信できる。
▼ 注5
3GPPの標準仕様で使用される周波数範囲は、大きく（1）FR1〔450～6,000MHz（450MHz～6GHz）〕、（2）FR2〔24,250～52,600MHz（24.25GHz～52.6GHz）〕の2つに分類されている。このうちFR1は、既存の4G（LTE）と同じ周波数帯、および5G向けに新規に割り当られた周波数帯で構成される。日本で2019年4月に5G用に新たに割り当てられた周波数帯は「3.7GHz帯」「4.5GHz帯」「28GHz帯」である。
▼ 注6
分散MIMO：Distributed-MIMO、場所の異なる複数のTRPが連携して端末と通信する技術。
▼ 注7
アンテナパネル：高周波を用いる5Gシステムにおいて、5G基地局に設置される複数のアンテナ素子からなるパネルのこと。
▼ 注8
LBT：Listen-before-talk、無線端末が通信を行う場合に、使用する周波数帯域が他の通信に使用されていないことを確認（キャリアセンス）してから通信を開始する仕組みのこと。
