ローカル5gの概要とその狙い - yokosuka research …...2019/09/24 · copyright © 2019...

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ローカル5Gの概要とその狙い

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ワイヤレスネットワーク総合研究センター

ワイヤレスシステム研究室

石津健太郎

2019年9月24日

「IoT×ローカル5G」セミナー


移動通信システムの歴史

移動通信システムは10年ごとに進化してきた

世代主な方式主なサービス

第1世代（1980～1990年）

アナログ方式音声通話（黒電話の移動版）

第2世代（1990～2000年）

デジタル方式パケット通信（メール等も利用可能に）

第3世代（2000～2010年）

世界共通デジタル方式 IP通信

第4世代（2010～2020年）

LTE / LTE-Advanced 高速なIP通信（動画ストリーミング等も可能に）

第5世代（2020年～）

eMBB / URLLC / mMTC


5Gの概要

第5世代移動通信システム（5G）には様々な性能要求

超高速通信（最大10Gbps）

enhanced Mobile Broadband (eMBB)

例：高精細な映像中継配信、映像ファイルのダウンロード

超低遅延高信頼通信（1ミリ秒）

Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC)

例：ロボット等の機械のリアルタイム制御

多数同時接続（100万台/km2）

massive Machine Type Communication (mMTC)

例：町の数千個のセンサ情報を収集

ネットワーク共用やスライシングの本格利用など、新たな仕組みが多く導入


ローカル5Gの概要

ローカル5Gとは

携帯電話事業者による全国系のサービス提供に加え、きめ細かな潜在的なニーズに応えるため、地域ニーズや個別ニーズに応じて5Gを導入できる制度

自営目的のための比較的小規模な通信環境を想定

電気通信役務として提供する可能性もあり

制度化に向けた動向

2018年12月12日情報通信審議会「ローカル5G検討作業班」の第1回会合

（2019年4月10日 5G全国サービスを行う携帯電話事業者への周波数割り当て）

2019年6月結果を一部答申として取りまとめ

主な方針

まずは28.2～28.3GHzの100MHzを対象

全国対象の28GHz (400MHz) の割り当てを受ける携帯事業者にはローカル5Gの免許は付与しない

今後の利用状況を踏まえて継続的に見直し参考：[1] 総務省「ローカル５Ｇの概要について」２０１９年９月１１日

http://www.soumu.go.jp/main_content/000644668.pdf


ローカル5Gの候補周波数

参考：[1] 総務省報道発表,“第5世代移動通信システムの導入のための特定基地局の開設計画の認定,” 2019年4月10日.

[2] 総務省新世代モバイル通信システム委員会ローカル5G検討作業班.

http://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/policyreports/joho_tsusin/5th_generation/local_5g/index.html


ローカル5Gの免許主体

所有者等利用

「自己の建物内」または「自己の土地内」において、建物又は土地の所有者等に免許（賃借権や借地権等を有し、当該建物又は土地を利用しているものを含む）

当該所有者からシステム構築を依頼された者も免許取得が可能

他者土地利用

他者の建物又は土地等（＝上記の「所有者等利用」以外の場所）における利用

固定通信（無線局が移動しない運用形態）に限定

当該建物又は土地の所有者等によりローカル5G帯域が利用されていない場所に限定

免許取得後に、当該建物又は土地の所有者が「所有者等利用」としてローカル5Gを利用する場合、混信を与えないように協議やアンテナの調整が必要

ただし、所有者等利用が一方的に参入するのではなく、周波数共用の可能性について事前に協議する場を設ける

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引用：令和元年6月18日「地域ニーズや個別ニーズに応じて様々な主体が利用可能な第5世代移動通信システム（ローカル5G）の技術的条件等」－情報通信審議会からの一部答申－http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000385.html


ローカル5Gの運用者

全国対象の28GHz (400MHz) の割り当てを受ける携帯事業者（全国キャリア）にはローカル5Gの免許は付与しない

全国キャリアは割り当てを受けた5Gを優先すべき

全国キャリア向け周波数でローカル5Gと同様のサービスを提供可能

5G全国サービスを行う携帯電話事業者が、自らのサービスを補完する目的でローカル5Gを利用することは主旨に反する

ローカルニーズに基づく比較的小規模な通信環境を構築するものであるため

ローカル5Gのサービスを補完する目的として、全国サービスを利用することは可能


ローカル5Gの利活用に向けた期待と課題


5Gシステム展開の方向性とは？

第5世代移動通信システム（5G）には様々な性能要求

超高速通信（最大10Gbps）

超低遅延通信（1ミリ秒）

多数同時接続（100万台/km2）

これらの特徴を生かした新サービスが創出

バーチカルセクタの多様化と協調化が促進

5G性能のニーズは局所的に発生

通信エリアの柔軟な展開が必要

携帯電話事業者（全国キャリア）が局所的なサービスまで担うことは困難

時間的、物理的な対応の難しさ

展開コストと収益のバランスの難しさ

5Gにも自営システムの導入が必要

出典：電波政策2020懇談会報告書（平成28年7月）


5Gにおける自営システムの概念

＜ローカル5G運用者＞（自営の無線通信システム）

端末A（セルラ通信事業者Aに

加入して利用）

端末B（セルラ通信事業者Bに

加入して利用）

＜セルラ通信事業者A＞

端末C（ローカル5Gシステム内

のみで利用）

＜セルラ通信事業者B＞

端末のマルチアクセス（複数アクセスの同時利用やサービスに応じた選択）

• オフィス、地下街、ショッピングモール、工場、家庭など、各場所の通信要求は異なる

• その通信のニーズは各施設の管理者が最も把握しており、自ら設備投資をしてでも専用のエリアを構築したい場合がある

• 無線LANのように切り離されたネットワークではなく、両者をシームレスに利用可能

※様々な運用主体者（個人や施設の管理者も含む）を想定

システムは無線通信を必要とする者が適材適所に展開→「自営の」無線システム（マイクロセル）の積極的な活用

参考：石津健太郎, 村上誉, 松村武, 児島史秀, “NICTにおける第5世代移動通信システムの実現に向けた研究開発の方針,” 信学技報, vol.

115, no. 233, RCS2015-189, pp.

167-172, 2015年10月.


ローカル5Gの運用情報の展開

セルラ通信事業者 B

事業者Bの加入者が接続可能事業者Aの加入者が接続可能

ローカル５G運用者

インターネット

連携したセルラ通信事業者の加入者が接続可能

パブリック空間（広域にセルラ通信システム（公衆）が展開されている場所）

セルラ通信事業者が敷設

プライベート空間（場所限定の通信システム（自営）が

展開されている場所）施設管理者/サービス提供者が敷設

管理装置（セルラ通信事業者A）

管理装置（セルラ通信事業者 B）

プライベート空間に展開されたマイクロセルの運用情報（位置、周波数、性能、等）を提供するインタフェース

会社、駅、工場、地下街、大学、商業施設、自宅、など

マクロセルの制御信号を利用してマイクロセルの運用情報（位置、周波数、性能、等）を端末に報知

セルラ通信事業者 A

制御信号制御信号


事業性の観点

ローカル5G運用者は、セルラ通信事業者が展開しづらい部分をカバーする役目マイクロセルを網羅的に展開することは困難セルラ通信事業者は事業性が大きく見込めない地域への設置には消極的

セルラ通信事業者の利点自ら設置せずにエリアが広がるモビリティ管理の対価として収入が得られる

ローカル5G運用者の利点少ない費用で所望の性能を満たすエリアを自ら展開できる高性能な移動通信システムを手軽に利用できる

5Gは様々なサービスのインフラとなり、ビジネス領域が格段に広がるセルラ通信事業者とローカル5G運用者が一体として5Gエリアを展開役割分担

セルラ通信事業者は通信品質を保証ローカル5G運用者はきめ細かいエリアを展開


ローカル5Gを用いた通信サービスの例

ローカル5Gを単独システムとして利用する場合

例：工場内機器の通信システム

ローカル5Gを他の5Gと併用して利用する場合

例：限定エリア用のスマホ通信システム

（構内では独自の通信性能を満たし、通信エリア外でも通信を保証）

ローカル５Gを自ら展開

ローカル通信を提供する事業者（例：フルMVNOとして利用者認証を

行い独自SIM発行）全国サービス１全国サービス２

MVNOとして利用


コグニティブ無線について

ヘテロジニアス型コグニティブ無線

既存の無線システムについて、無線環境/無線システムの状態や管理者の方針に応じて無線システムの選択やトラフィック制御を行う技術

以下の課題を解決

無線アクセスネットワーク（あるいは、事業者や基地局）の単位で、無線資源の使用に偏りがある

無線資源を使いきれていないシステムがある

通信品質（スループット、安定性）の低下

ヘテロジニアス型コグニティブ無線は，複数の無線アクセスネットワークをまたいで，無線資源，通信内容，接続状況などの情報を無線機から収集・分析し，最適に無線機を含めた通信機器を再構築

System A System B System C

Freq.

System A System B System C

Freq.

ヘテロジニアス型

周波数共用型（ホワイトスペース型）


コグニティブ無線ルータの機能

ローカルネットワーク(IEEE 802.11a/b/g)

802.11, 802.16e,

3GPP/2, PHS等を用いたインターネットアクセス

コグニティブ無線ルータ(Cognitive Wireless Router, CWR)

既存の端末

市販のインターネット接続用無線通信デバイス


NRMサーバはCWRにポリシーを提供する。CWRはNRMサーバに測定情報を提供する。 NRMサーバ

無線環境とNRMからのポリシーに基づく無線通信デバイスの選択

イーサネットポート

スキャンボタン

無線デバイス状態表示用LED

無線LANアンテナ(ローカルネットワーク)

CFポート

USBポート


被災地におけるコグニティブ無線ルータを用いた通信支援

岩手県Iwate

盛岡Morioka

秋田県Ak ita

山形県Yamagata

宮城県Miyagi

福島県Fukushima

仙台Sendai

福島Fukushima

大槌Otsuchi

大船渡Ofunato

石巻Ishinomaki多賀城

Tagajo

相馬Souma

いわきIwaki

気仙沼Kesennuma

遠野市（2台）災害ボランティアセンターふれあいの里

大槌町（7台）旧吉里吉里中学校社会福祉協議会災害ボランティアセンター大槌稲荷神社まごころ広場（弓道場避難所近く）大槌町金沢支所吉里吉里小学校大槌ワークフォロー

陸前高田市（5台）高田保育所下矢作保育園

長部保育所災害ボランティアセンター社会福祉協議会仮設事務所

気仙沼市（5台）馬篭小学校小泉幼稚園小泉小学校小泉中学校気仙沼地方青果市場（避難対策所）

須賀川市・郡山市・本宮市（3台）須賀川アリーナ郡山市青少年会館郡山農業総合センター市立学校

岩手県28台、宮城県17台、福島県23台（合計68台）

多賀城市（5台）市役所（県外支援者の通信インフラ）

宮古市（1台）田老地区ボランティアセンター

JICAボランティア車両内(岩手県沿岸部)

南相馬市（1台）

石巻市（7台）市内の小学校

三春町（2台）富岡町仮設住宅

いわき市（9台）平体育館内郷コミュニティセンター平工業高校市立中央台東小学校市立中央台南小学校湯本高校市立江名小学校四倉高校

相馬市（9台）中村第2中学校向陽中学校中村第一小学校総合福祉センタースポーツアリーナそうま中村第二小学校中村第一中学校飯豊小学校

大船渡市（6台）県立大船渡病院越喜来診療所赤崎町後ノ入仮設住宅市災害ボランティアセンター復興美容室「絆」

釜石市（2台）旧釜石商業高校避難所災害ボランティアセンター

約400km

参考：NICT 報道発表「被災地におけるインターネット無線LAN環境の構築」 2011年4月13日https://www.nict.go.jp/press/2011/04/13-1.html


3GPPにおける議論

Radio Access Network

Operator X

CN

Operator A

CN

Operator B

CN

Operator C

RNC

Iu

..................

(2) GWCN: Gateway Core Network• コア装置の一部ノードを共用ネットワークにおいて保持

• 同一のeNBにつながるセッションを共用ネットワーク側で管理

(1) MOCN: Multi-Operator Core Network• コア装置はオペレータ間で独立• 複数の事業者のコアネットワークに直結したeNBが共有される

Radio Access Network

Operator X

Shared

MSC/SGSN

Shared

MSC/SGSNShared

MSC/SGSN

RNC

Iu

.........CN

Operator A

CN

Operator B

CN

Operator C.........

RNC RNC

通信事業者（ローカル5G運用者を含む）が独立して機器を取り揃えて運用する他に、他者とコアネットワーク/無線設備を共有する方法もある。（Release 15において概念を取り込み済み。Release 16に向けて引き続き議論中。）

3GPPではこの可能性について検討し、3GPP TS 23.251において既に2種のNetwork sharingの形態について言及している。


3GPP規格に基づくシステム間協調の例

]]]

セルラ通信事業者 A

5G (R)AN

UPFAMF

UDM

Data Network

N1

N11

N2N3

PCF

N7

AF

N5

AUSF

N13

N12

N8

N10

N14

N15

N6

ローカル5G運用者

5G (R)AN

UPFAMF

UDM

N1

N11

N2N3

PCF

N7

AF

N5

AUSF

N13

N12

N8

N10

N14

N15

N6NEFNSSF

Nnef

SMF

Namf Namf

SMF

Nnssf

NEFNSSF

NnefNnssf

N22 N22

NSSF: Network Slice Selection Function

NEF: Network Exposure Function

• 5Gで新たに定義されるNSSF/NEFを利用し、セルラ通信事業者とローカル5G運用者との間で運用情報（位置/周波数/機能など）を交換することが可能

• セルラ通信事業者のC-Planeを活用して端末に提供


ローカル5Gにおける周波数共用の重要性


多数の自営5Gシステム（マイクロセル）の運用が想定

ローカル利用/自営利用は必ずしも常時運用しない

時間的/空間的により細かい粒度の周波数共用が有効究極的には、各システムの運用情報（中心周波数、帯域幅、送信電力、等）は自動的に決定することが有効

将来的に周波数管理を自動化しなければ追い付かない

周波数共用の必要性

セルラ通信事業者 B セルラ通信事業者 A ローカル5G運用者

同一周波数帯を利用

パブリック空間（従来のセルラ通信が展開されている場所）

セルラ通信事業者が敷設

管理（プライベート）空間（会社、工場、大学、デパート、等）

ローカル5G運用者が敷設

5Gシステム同士が干渉しないように周波数割り当て

他の無線システムとの共存


参考：テレビホワイトスペースにおける周波数共用

自律管理方式（センシング）

集中管理方式（データベース）

管理装置 (データベース)

入力

テレビ送信所の位置、送信電力、アンテナゲイン、地上高、など

無線機

位置情報 (GPS等)

利用可能周波数と送信電力電波伝搬を計算し、干渉を回避するために許容される周波数、送信電力を計算

無線機

受信電力を測定し、周波数の利用可否を自ら判断

自律管理方式の課題点:

(1) 無線機が自ら与えている干渉は、その無線機には不明(2) 高感度の受信センサが必要なので無線機が高額

テレビ送信所

世界的には，データベースを用いた方式により制度化されている国が多い


参考：NICT試作のTVWS用データベース

参考：NICT 報道発表「テレビの周波数を利用したホワイトスペース通信の実証実験に成功」2012年5月24日https://www.nict.go.jp/press/2012/05/24-1.html


ダイナミック周波数共用システム

2019年度～2020年度総務省「異システム間の周波数共用技術の高度化事業」

5Gと既存の無線システムが周波数を共用するためのシステム

5G以外に割り当てられた周波数を5Gでも利用可能に

ローカル5Gの普及にあたっても必要な技術

既存無線システム 5G

運用中運用不可

既存無線システム 5G

運用停止運用開始


機能試験：通信需要に基づく自営マイクロセルの柔軟運用

• 利用者がマイクロセルのエリア外の場合はマイクロセルの運用を停止

（不要な時間帯は電波利用を停止し、他の機器が周波数を共用できる機会を提供）

• 利用者がマイクロセルのエリア内に移動するとマイクロセルの運用を開始

• マイクロセルの機能や通信品質が必要なアプリケーションは使用システムを再選択


機能試験：機器の構成

UE 1

（セルラ通信事業者1の加入者）

UEモジュール

Macro cellUEモジュール

Micro cell

タブレット端末

クラウドサーバ

MPTCP プロキシ

Internet

共用基地局（左 28 GHz, 右 32 GHz）

eNBMicro cell

MECサーバ MOM

周波数帯 28GHz

帯域幅 100MHz

eNBMacro cell

EPC

eNBMacro cell

CBC

CBE

UE 2

（セルラ通信事業者2の加入者）

UEモジュール

Macro cellUEモジュール

Micro cell

タブレット端末

EPC CBC

CBE

スマートオフィス機器（電子ホワイトボード）

スマートオフィス機器（テレビ会議システム）

Private micro cell

(共用, 32 GHz)

Cellular macro cell 1

(2.6 GHz)

Cellular macro cell 2

(2.6 GHz)

Private micro cell

(共用, 28 GHz)

eNBMicro cell

MOM: Microcell Operator Manger

MEC: Mobile Edge Computing

CBE: Cell Broadcast Entity

CBC: Cell Broadcast Center

セルラ通信事業者 1

セルラ通信事業者 2

周波数帯 32GHz

帯域幅 100MHz

周波数帯 2.6GHz

帯域幅 10MHz周波数帯 2.6GHz

帯域幅 10MHz

マイクロセル通信事業者


ローカル5Gに有効な利用シナリオを想定した実証試験

（安全な自動運転に向けた取り組み）


道路センサインフラの必要性

車載センサでは、見えないものは見えない

ビルの谷間や見通しの悪い交差点など見通せない先の安全確保

道路センサにより交通環境をリアルタイムに認識


ローカル5Gの活用を想定した実証：電子カーブミラー

電子カーブミラー（物体検出）

エッジサーバ（データ収集）

※ダイナミックマップ用データの生成

カメラ（センサ含む）の画像から特徴を抽出して情報を圧縮

各カメラの情報取得時刻を管理し、サーバ側において同期した一体情報を生成

同一物体に対する複数センサからの情報を統合

ビルの谷間や見通しの悪い交差点など、見通せない先の安全確保

道路センサ―（カメラを含む）により交通環境をリアルタイムに認識

無線通信により柔軟に設置・運用

本システムは、総務省の委託研究開発「膨大な数の自律型モビリティシステムを支える多様な状況に応じた周波数有効利用技術の研究開発」において得られた成果を含む。


５Gシステム

？

エッジコンピューティングと自営システムの親和性


移動通信システム

クラウドサーバ

～数百ミリ秒

10ミリ秒程度※

従来の無線システム（LTE等）

管理装置

基地局

携帯端末


1ミリ秒エッジサーバ

数十ミリ秒

※ システム構成や設定により様々に変動します

外部ネットワークは必要ないかもしれない（地域に閉じた自営システムで完結）

ローカルでカスタマイズ可能


YRPテストベット：カメラとセンサの検出範囲

カメラAカメラB

カメラDカメラC


歩行者自動車歩行者


ローカル5Gに有効な利用シナリオを想定した実証試験

（防災とスマートオフィス）


実証（防災）：概要

防災倉庫

5G多数接続基地局（Grant free)

避難所

市役所・防災センタ等

最大２万接続

他の防災倉庫や避難所等

通信事業者網

5G IoT端末を付与した保管物資

5G IoT端末を付与した支援物資

避難者に5G端末を配布し避難者の所在を確認

ケアが必要な人にはウェアラブル5G端末を配布

医者や管理者はスマホで状況把握

◼ 多数の物資や人の情報を5Gを利用して収集して統合管理

◼ 災害時の防災倉庫や避難所を想定し、動き回る人（医師、ボランティア、被災者等）や持ち込みや持ち出しの激しいモノの管理を効率的かつ確実に行う

多数同時接続

本システムは、総務省の調査検討請負「屋内において2万台程度の多数同時接続通信を可能とする第5世代移動通信システムの技術的条件等に関する調査検討の請負」（平成29年度）による実施結果を含み、株式会社エイビットおよびソフトバンク株式会社と共同で実施したものである。


実証（防災）：実機(4G)と模擬装置(5G)による性能評価

4G（従来のLTE） 5G（Grant Free方式*を導入）

情報管理サーバ

5G基地局(Grant free 対応)

EPC

管理情報表示用PC

イーサネットハブ

5GC

4G基地局

LTE 負荷

LTE移動局(計100台)

移動局制御用PC

システム制御用PC

5G信号

無線部

負荷

制御部

【性能評価装置の構成】◼ 5G ：台数、送信頻度、データ量等を変更可能な

多数端末模擬装置を利用（ 20,000台まで模擬可能）◼ 4G ：市販の装置を利用（USBドングル100台）

多数端末模擬装置

5G端末(Grant free 対応)

Grant Free方式:

データ送信前に、基地局側からの事前許可(Grant)を

不要とする無線チャネルへのアクセス方法

*


実証（スマートオフィス）：構成と機能

※超高速と低遅延の5Gシステムは、今回はLTE

システムの周波数を変換することにより模擬

本システムは、総務省の調査検討請負「屋内において2万台程度の多数同時接続通信を可能とする第5世代移動通信システムの技術的条件等に関する調査検討の請負」（平成29年度）による実施結果を含み、株式会社イトーキおよびシャープ株式会社と共同で実施したものである。


まとめ

5Gでは自営無線が移動通信システムに新たな概念をもたらす

その１つの形態がローカル5G

移動通信ビジネスのパラダイムシフト

ローカル5Gは単なる場所限定の5Gでは負けてしまう

カスタマイズ性を生かしてきめ細かなサービス

課題もまだ多い

通信事業者（ローカル5Gを含む）の情報共有の考え方

周波数共用の仕組み

海外の動きもある中で国際標準化への対応


連絡先

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）ワイヤレスネットワーク総合研究センターワイヤレスシステム研究室石津健太郎 ( [email protected] )

mailto:[email protected]

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