5Gという言葉は数年前から私たちの日常生活に浸透してきましたが、 モバイル画面に表示される5Gはすべて同じではなく、同じ機能を提供するわけでもない。5G NSA、5G SA、DSSなどの技術用語は混乱しやすく、結局、多くのユーザーは「完全な5G」を楽しんでいるのか、それとも一種の強化された4Gを楽しんでいるのかが不明瞭になります。
混乱を解消するためには、5G 規格が 4G ネットワークの要素と新しい 5G コンポーネントを組み合わせて、いくつかのフェーズで設計されていることを理解することが重要です。 重要なのは、コア ネットワーク、アンテナ、モバイル デバイスをどのように構成して、より高速で、より低遅延で、ネットワーク スライシングや大規模な IoT などの新機能を実現するかです。5G SA と 5G NSA とは何か、それらの実際の違いは何か、そしてスペインと世界のその他の地域ではどのような状況なのかを、例を挙げながら冷静に分析してみましょう。
5Gの定義：フェーズ、リリース、ネットワークの種類
モバイルネットワークの標準化を担当する3GPP組織は、5Gへの移行は一度にではなく、いくつかの段階に分けて行うことを決定しました。 移行は、4Gでサポートされる5Gの第1フェーズ（5G NSA）と、最初から最後まで純粋な5Gの第2フェーズ（5G SA）に分けられました。標準のさまざまなリリースで定義されています。
いわゆる3GPPリリース15は、5G NSA（非スタンドアロン）を実現するものであり、 ネットワークは4G EPCコアに依存しているが、新しい5G NR無線を追加している。 容量と速度を向上させるためです。言い換えれば、既存の4Gインフラを最大限に活用し、最も必要とされる場所に5Gブロックを追加します。
次の大きな段階はリリース16で、5G SA（スタンドアロン）モデルが含まれます。この場合、 無線とコアネットワークコンポーネントは両方とも100％5Gです。NRはアクセスに使用され、5Gコア（5GC）はネットワークの中心で使用されます。これにより、新世代向けに計画されているすべての高度な機能を展開できるようになります。
NSAとSAの両方のモードは3GPPによって本物の5Gとして認められていますが、 最も画期的な利点である、最小の遅延、高度なネットワークスライシング、大規模なIoT、超信頼性の高い通信は、5G SAによってのみ完全に実現されます。そのため、NSA は移行段階であり、SA は「完全な」 5G であるとよく言われます。
モバイルネットワークの主要要素：コア、無線、モバイル
これら 2 種類の 5G が存在する理由を理解するには、現代のモバイル ネットワークがどのような部分で構成されているかを確認する必要があります。 非常に単純化すると、ネットワーク コア、アンテナ システム、ユーザー デバイスという 3 つの要素があります。.
ネットワークコアはシステムの頭脳です。4GではEPC（Evolved Packet Core）、5Gでは5GCと呼ばれます。 彼らの仕事は、どの携帯電話が接続できるかを決定し、料金と速度制限を適用し、アンテナ間の移動を管理し、各通信の優先順位と品質を制御することです。4G では、このコアは通常、専用の集中型ハードウェア上で動作しますが、5G では仮想化され、分散され、クラウド対応になっています。
アンテナシステムはRAN（無線アクセスネットワーク）と呼ばれます。4GではLTE、5GではNR（New Radio）と呼ばれます。 NR アンテナは、信号の変調方法、使用される帯域幅、周波数、サブキャリアの分散方法、Massive MIMO などの技術の適用方法を定義します。これにより、同じ量のスペクトルを使用して、より多くのデータを空中で送信できるようになります。
3つ目の要素はユーザー機器（UE）です。これにはスマートフォンも含まれますが… 5Gモデムを搭載したノートパソコン、コネクテッドカー、産業用センサー、ロボット、家電製品、モバイルネットワークに直接接続するビデオカメラ5G対応デバイスがなければ、通信事業者が世界最高のネットワークを展開していたとしても意味がありません。
これら 3 つの部分 (コア、RAN、デバイス) の組み合わせにより、さまざまなアーキテクチャが実現可能になります。 純粋な4Gネットワーク、4G/5G混合NSAネットワーク、およびすべてのコンポーネントがすでに新世代である5G SAネットワーク.
5G NSAとは何か：4Gを基盤とした第一歩
5G NSA (非スタンドアロン) は、ほとんどの通信事業者が、すべてのネットワークを一度に再構築することなく 5G を迅速に立ち上げるために使用しているアーキテクチャです。 ここではコアは4G EPCのままですが、データトラフィック用の追加チャネルとして5G NRキャリアが追加されます。.
このシナリオでは、モバイルはプライマリ4G接続（制御プレーン、つまりシグナリングと接続管理を処理）を維持し、 これにより、インターネット、ビデオ、オンライン ゲーム、またはアプリケーションのデータが送信されるユーザー プレーンに、追加の 5G NR キャリアが追加されます。4G コアは引き続き制御しますが、5G 無線の追加容量の恩恵を受けます。
このアイデアは、LTE Advanced にすでに存在していた「キャリア アグリゲーション (CA)」に基づいています。 4G+ では、モバイルは複数の LTE キャリアを組み合わせて容量を増やすことができます。5G NSA では、プライマリ LTE キャリアとセカンダリ NR キャリアが組み合わせられます。これにより、3,6～3,7GHzなどの広帯域を使用する際の最大速度が向上します。
5G NSAでは、良好な条件下では、ユーザーは2Gbpsに近いダウンロード速度を実現し、遅延を約10msに短縮し、 移動中や混雑した場所でもより安定した接続Massive MIMO などのテクノロジーと、より多くのスペクトルの使用により実現しました。
スペインでは、最初の5G導入はまさにNSAでした。Vodafoneは2019年に3,7GHz帯域でネットワークを開始しました。 これは高容量の帯域ですが、700 MHz などの低い帯域に比べて屋内浸透性が悪く、範囲が短くなります。したがって、データ需要が高い都市や地域向けに特に設計されています。
スペクトルの組み合せ方: 3,7GHz帯と700MHz帯
5G が機能するには、新しいアンテナだけでは不十分で、無線スペクトルが必要です。 5G NSA と 5G SA はどちらもこのテクノロジーに特別に割り当てられた帯域を使用しますが、各周波数帯域には欠点があります。.
最初のフェーズでは、最大 100 MHz のチャネル幅を提供する 3,5～3,7 GHz 帯域を中心に展開しました。 チャネルが広くなるほど、達成できる純粋な速度は高くなりますが、カバー範囲が狭くなり、建物への浸透が悪くなります。これは、Vodafone、Telefónica、その他の欧州通信事業者による最初の都市部展開で見られたことです。
第2次デジタルディビデンドでリリースされた700MHz帯は、5Gのもう1つの主要な柱です。 低い周波数で動作することで、田舎の地域でのカバレッジが拡大し、屋内の信号強度が向上します。キャリアあたりの最大速度は 3,5 GHz よりも低くなりますが、両方の帯域の組み合わせ (カバレッジには低、容量には高) は、バランスの取れた 5G ネットワークにとって理想的な方法です。
スペインの通信事業者は、さまざまな戦略的動きで、これらの周波数を分割するためのオークションに参加してきた。 テレフォニカ、ボーダフォン、オレンジは700MHz帯の入札を行っており、将来のSA展開で取り残されないためにそうせざるを得なかった。一方、MásMóvilは、多額の投資を行うか、それとも4Gで既に行っているように第三者との卸売契約に依存し続けるかを決めなければならない立場に立たされています。
これらの低周波数帯がなければ、独自のネットワークを持つ事業者は、真に競争力のある5Gカバレッジを提供することが非常に困難になり、 全国でのサービスを保証するために他の企業とアクセス契約を締結するただし、コストと制御の面で、これには利点と制限があります。
5G SAとは：自律型かつ「完全な」5G
5G SA (スタンドアロン) は次の論理的なステップです。 コアと無線の両方が完全に5Gであり、4Gにまったく依存しないネットワークここでは、LTE キャリアをアンカーとして維持する必要がなくなり、モバイルは NR キャリアにのみ接続でき、同時に複数の 5G バンドを追加することもできます。
5G SA では、5GC コアがネットワークを完全に制御します。 このコアはクラウドネイティブで、仮想化とコンテナに基づいており、アンテナの近くに分散して展開（エッジ コンピューティング）し、需要に応じて拡張できます。これにより、レイテンシがさらに低減され、コンピューティング リソースがユーザーの近くに配置されます。
5G SA の大きな利点の 1 つは、ネットワーク スライシングです。 この技術により、同じ物理インフラストラクチャ上に、それぞれ独自の保証された帯域幅、レイテンシ、優先度、信頼性レベルを持つ複数の独立した仮想ネットワークを作成できます。言い換えれば、特定のクライアントまたはサービス専用にネットワークの「部分」を予約できるということです。
これは、コネクテッドカー、緊急事態、産業オートメーション、リアルタイムヘルスケアなどのユースケースにとって重要です。 最小限の遅延と超信頼性を必要とする自動運転車や、工場から4Kビデオをライブストリーミングするカメラを想像してみてください。各ユーザーは、他のユーザーと重複することなく、自分のニーズに合わせて最適化された異なる「スライス」に進むことができます。
5G SA は大規模 IoT (mMTC) の容量も増大させます。 このネットワークは、狭いエリアで接続デバイスの密度を大幅に高めることができます。これは、センサーが満載のスマート シティ、超自動化された製造工場、または接続された家庭用メーターやデバイスのネットワークにとって非常に重要です。.
さらに、エッジコンピューティングを使用してコアの一部をアンテナの近くに配置できるため、 データの往復時間が短縮され、遠隔手術、リアルタイムのロボット制御、乗り物酔いのない拡張現実体験などのアプリケーションが可能になります。これらすべては、従来の 4G ネットワークから継承された遅延では実質的に不可能です。
5G SAと5G NSAの実際的な違い
結局のところ、一般ユーザーにとっては「5Gは5G」であり、それ以上のことは何もないように見えるかもしれません。しかし インフラストラクチャと機能のレベルでは、SA と NSA の違いは大きくあります。オペレーターにとっても、高度なサービスを構築したい企業にとっても最適です。
5G NSAでは、これまで見てきたように、 ネットワークは 4G EPC コアに依存し、データ チャネルとして NR を追加するため、ある程度の遅延、ネットワーク セグメンテーションの制限、柔軟性の低いアーキテクチャが引き継がれます。これは速度と容量の面では非常に便利なアップグレードですが、重要なアプリケーションやサービス品質の微調整に関しては改善の余地があります。
一方、5G SA では、5GC コアにより、URLLC (超信頼性低遅延通信) や mMTC などの機能を完全に有効化できます。 低レイテンシーはもはや単なる実験データではなく、特定のサービスに対して保証できるものになりつつあります。自律走行車、高度な自動化、要求の厳しいクラウド ゲームには欠かせないものになります。
スケーラビリティも大きく変化します。 SA はクラウドネイティブ アーキテクチャであるため、オペレーターはネットワーク機能を簡単に拡張し、特定の領域に新しいサービスを展開し、リソースを動的に調整できます。NSA では、EPC 4G に結び付けられているため、柔軟性が低くなり、ハードウェアのアップグレードと固定構成についてより深く考える必要が生じます。
これらすべての理由から、5G NSAは、速度と容量の改善をすぐに提供し始めるための非常に有用な移行技術であると考えられることが多いが、 事業者の最終目標は、段階的に5G SAに移行し、第5世代のあらゆる可能性を展開することです。.
NSA と SA 間のモバイル互換性と移行
これらの 5G モードを活用するには、次の 3 つの基本要件があります。 5Gを提供する料金プランと事業者、その地域での実際の5Gカバレッジ、そして 5G対応デバイスこれまでのところ、驚くようなことはありませんが、SA と NSA により、複雑さがさらに増します。
オペレーターは、NSA と SA 間の変更がユーザーに見えないようにする努力を行ってきました。 その時が来ると、ユーザーが何もしなくても、利用可能なものに応じて電話機がいずれかのアーキテクチャに接続されます。ただし、これは携帯電話のモデムが両方のモードをサポートしている場合にのみ可能です。
5Gの初期の頃は、多くのスマートフォンはNSAにしか対応していませんでした。 Qualcomm X50や特定のExynos 5Gなどのモデムを搭載した初期モデルの一部は、非スタンドアロンネットワークではほとんど動作しませんでした。つまり、事業者が彼らの都市で 5G SA を有効にしても、彼らはそれを利用できないことになります。
新世代モデムを統合したデバイス（例えば、Qualcomm X55以降、現在の多くのMediaTekチップ、HuaweiのBalong 5000など） はい、NSA および SA ネットワークとの互換性が提供され、ネットワークがスタンドアロン 5G に移行しても有効なままになります。5G 携帯電話を購入する場合、この詳細によって、「中途半端な」5G 携帯電話を購入するか、将来を見据えた携帯電話を購入するかの違いが生じます。
さらに、スペインの一部の通信事業者が5G+と呼ぶような商用SA展開では、 5GC コアの新しいセキュリティおよび認証機能と互換性のある更新された SIM カードが必要です。何年も使ってきた同じチップでは、スタンドアロン 5G の潜在能力を最大限に活用できるとは限りません。
5G DSS とは何ですか? なぜそれが依然として重要なのですか?
SA や NSA と並んでよく使われるもう 1 つの用語は、DSS (Dynamic Spectrum Sharing) です。 これは、4Gと5G NR間で同じ周波数帯域を動的に共有できる技術である。需要に応じて両方の技術を毎秒数千回切り替えます。
多くの現代の4Gアンテナに搭載されているソフトウェア定義無線（SDR）機器のおかげで、 通信事業者はソフトウェアを介して基地局を更新し、LTEとNRの両方を同じキャリアで放送することができる。すべてのハードウェアを一度に物理的に交換する必要はありません。
DSS は、その帯域の 4G ユーザーを置き去りにすることなく 5G への移行を開始するのに非常に役立ちます。 LTE しか認識できない古い携帯電話がある限り、ネットワークはそれらの携帯電話にサービスを提供し続けると同時に、同じ周波数を使用して 5G デバイスにもサービスを提供できます。ただし、それには代償が伴います。両方のテクノロジーを組み合わせると、効率性がいくらか低下し、実際に利用できる帯域幅が減少します。
実際には、DSS を使用して 5G NSA に接続すると、モバイルは同じ共有バンドで 4G LTE 信号 (制御用) と 5G NR 信号 (データ用) を同時に使用します。 この場合の NR キャリアは通常、元の 4G 帯域幅に制限され、スペクトルの一部は DSS 管理自体で消費されます。したがって、良好な 4G 接続と比較すると、速度の向上はわずかであるか、まったく改善されない可能性があります。
DSS には限界があるものの、テレフォニカやオレンジなどの通信事業者が「5G」のカバー範囲を急速に拡大し、実質的な改善は小さいものの 5G 対応エリアの地図を拡大することができました。 そしておそらく、5G SA がより普及した後も、DSS は長年にわたって存続するでしょう。、特定のバンドで旧世代の端末を引き続きサポートします。
スペインおよび世界中で5G NSAおよびSAを展開
スペインでは、最初の商用5Gネットワークは2019年にVodafoneが開始したNSAであり、いくつかの大都市で初期カバレッジが提供され、3,7GHz帯域が優先的に使用されました。 その後、テレフォニカとオレンジが加わり、インフラを完全に変更することなく「5G」の展開範囲を急速に拡大するためにDSSに大きく依存しました。一方、MásMóvilはより慎重に進んでいました。
商業レベルでは、事業者の言説は多少異なっています。 たとえば、Orangeは、「完全な」展開について議論する前に5G SAを待つことを支持すると表明した。は、まずマドリード、バルセロナ、バレンシア、セビリアなどの都市で5G+サービス（SAベース）を開始し、その後国内の他地域への拡大を計画している。
モビスターは、 近い将来に5G SAコアの展開を完了する予定ボーダフォンは独自のスタンドアロンネットワークの稼働開始日を設定しました。いずれの場合も、NSAおよびSAとしばらく共存し、サービスと顧客を段階的に高度なアーキテクチャに移行していく予定です。
世界の他の地域でもパターンは似ており、最初の展開はほぼ常に 5G NSA に基づいていました。 スイス、フィンランド、イギリス、韓国、アメリカ、ウルグアイ、南アフリカは、4Gネットワークに加えてNRを追加し、容量と速度を向上させた5Gを導入した。5GC 標準が成熟するにつれて、SA 展開の第 2 フェーズが計画されています。
最も顕著な例の1つが韓国です。韓国では、SKテレコム、KTコーポレーション、LG U+などの通信事業者が数万の5G基地局を展開しており、その大部分は3,5GHz帯です。 韓国の主要都市のアンテナ密度は非常に高く、非常に高速で、非常に安定したユーザー エクスペリエンスを実現します。ただし、大規模な SA への道は継続しています。
ヨーロッパでも進歩が見られます。 ドイツやフランスなどの国はすでに5Gの周波数オークションを実施しており、NSA、DSS、そして徐々にSAを組み合わせたネットワークの構築に取り組んでいる。状況は非常に多様ですが、傾向は明らかです。まず、既存のインフラストラクチャ (4G + NSA) が最大限に活用され、その後、自律的な 5G への完全な飛躍が行われます。
スペインのケースで印象的なのは、いくつかのリリースで、 5Gへのアクセスによって料金に追加コストは発生していないが、他の欧州市場では5Gサービスに対して毎月の追加料金が課せられている。これにより、多くのユーザーは、まだそのすべての利点を理解していなくても、あまり深く考えずに新世代に飛びつきやすくなりました。
どのような改善が見られるでしょうか？そして次に何が起こりますか？
現在の 5G NSA ネットワークでは、ユーザーにとって最も明らかな改善点は、特に 5G 専用のスペクトルを多く持つ帯域を使用する場合のダウンロード速度の向上です。 ネットワークの負荷が高い場合でも、レイテンシがわずかに短縮され、安定性が向上します。これは、ストリーミング、大量のダウンロード、またはオンライン ゲームで顕著になります。
しかし、日常的な使用においては、アプリケーションがまだ新しい機能を十分に活用していないため、 ユーザー エクスペリエンスは、良好な 4G+ 接続で得られるものとほぼ同様になります。このため、多くのユーザーは携帯電話のアイコンに 5G を表示しているものの、3G から 4G に移行したときほど劇的な変化は感じていません。
5G SA が普及すると、さらに多くの違いが見られるようになるでしょう。 モバイル デバイスのアップロード速度の高速化、待ち時間の短縮、エネルギー効率の向上に加えて、これらの特性に正確に依存するサービスが展開されます。: 重要な通信機能を備えたコネクテッドカー、遠隔操作される産業用ロボット、リアルタイムの拡張現実、企業や工場向けのプライベート 5G ネットワークなど。
エッジに分散された 5GC の設計により、コンピューティング サービスをユーザーに近づけることができます。 これにより、応答時間が最小限のクラウド ゲームや共同仮想現実アプリケーションなどのエクスペリエンスが可能になります。ゲームまたはコンテンツ サーバーがネットワークの観点から実質的に「すぐ近く」にある場合。
このアプリケーションの宇宙全体が徐々に到来し、その間に、 5Gネットワークは、NSA、DSS、および事業者間のインフラとコストの共有に関する合意に依存しながら、4Gと共存し続けるだろう。移行は 1 日で起こるものではありませんが、方向性は定まります。
5G SAと5G NSAとは何か、それらがコアと無線にどのように依存しているか、700GHzや3,7GHzといった周波数帯の役割、そしてネットワークスライシングや大規模IoTが自律型5Gに依存する理由を理解することで、これらの頭字語の意味を理解するのに役立ちます。結局のところ、今日信号バー上の新しいアイコンとして私たちが目にするものは、はるかに大規模なネットワークの氷山の一角に過ぎません。 深い変革 モバイル ネットワークの進化により、今後数年間で徐々にその影響が現れるでしょう。
