5G通信について 速度と品質の関係

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5Gの通信 速度と品質について

予想に反して期待できない結果に…

5Gに関しては、多くのサイトで解説しているので、ここでは、電波や周波数特性に関して記載します。

若いころには、アマチュア無線でいかに遠くの人と会話をするかを楽しんだ時期もありました。
地球の裏側への無線通信など、わくわくします。
しかし、携帯電話が登場して状況が変わり、無線を楽しむ時代が終わり無線人口はかなり減少しました。

携帯電話に関して、電波(無線)は同じですが、
最近では、「いかに高速かつ高品質で通信することが出来るか」が求められています。
品質は、3G・4G・5Gと進化を続けています。

5Gの実用化で、どこまで進化できたのかを考えると、約10年で5~10倍くらいの高速化になったように思えます。
20倍になるとか100倍高速化されるとか言われていましたが、そこまで状況は変わらないようです。

例えば、

4G:
第4世代移動通信規格
15~100Mbps

5G:
第5世代移動通信規格
1Gbps~10Gbps(※想定速度)

高速: LTEの1Gbpsに対して5Gは20Gbps

5Gの通信速度は最大で20Gbpsで、4G(LTE)と比較すると約100倍の速度アップとなります。

こんな宣伝でした。

実効速度

現時点での実効速度は、
4G:約40Mbps~約80Mbps
5G:約300Mbps~約800Mbpsくらい
の報告が多いようです。外国ではもっと高速の報告もあります。

速度だけを考えるとこんな感じですが、通信範囲を考えると、かなり厳しいものがあります。

周波数

使用している周波数を考えると、

4G:第4世代移動通信

800MHz帯(700~900MHz)
1.5GHz帯および1.7GHz帯
2.0~2.1GHz帯
3.5GHz帯

5G:第5世代移動通信

3.7GHz帯
4.5GHz帯
28GHz

となっていて、
通信範囲が広いといわれるプラチナバンドとは、800MHz帯を指しています。

ソフトバンクがイメージアップのために発言したのが始まりです。
ソフトバンクは後発の携帯会社だったので、
最初は800MHz帯が割り当てられなく不利でしたが、割り当てられたのをきっかけに優位性を宣伝しました。
他社はすでにこのプラチナバンドを使用していたので、イメージアップのための戦略だと思われます。

そのプラチナバンドは5Gにはありません。

その他の機器では、

WiFi 無線LAN

2.4GHz帯
5.2GHz帯

電子レンジ (一般的にマイクロ波と言われています)

2.45GHz (500W~800Wの高出力) コンビニは200V仕様のさらに高出力仕様

※無線LANの2.4GHz帯と干渉することがあります。

電波特性

電波には基本的な特性があります。

一般的に、周波数が低くなるほど、通信距離が長くなり、遠くに飛びますが、通信品質が悪くなります。
また、周波数が高くなるほど、通信距離が短くなり、直進性が強くなり、遠くには飛びませんが、通信品質が向上します。

要点

周波数が低いほど、通信距離が長くなり、遠くに飛びますが、品質が下がります
周波数が高いほど、通信距離が短くなり、遠くには飛びませんが、品質が上がります

プラチナバンドは、他よりも周波数が低いので通信距離が長くなり広範囲で通信できます。
しかし、スピードアップには高い周波数が向いています。

要するに距離をとるかスピードをとるかの問題になります。
設備の可能性にも関係してきます。

周波数を高くし、通信スピードを求めると、
アンテナをより多く設置する必要が出てきます。

結論として5Gは高速化のために、28GHz帯というかなり高い周波数を使用するので、
4G以上にアンテナを多く設置する必要があります。

現在の5Gはアンテナの近くでは有利になりますが、アンテナから離れると4G接続になる可能性が高くなります。
もしくは、距離が離れると28GHzよりも低い周波数になり速度が低下する可能性もあります。

現状では、広範囲の屋外よりも範囲の狭い屋内の通信に向いているのでは?と思います。

参照:

潜水艦のように水中での無線通信には、
周波数3kHz~30kHz(波長10~100km)
のように水中でも透過できる特別低い周波数が使用されます。
ただし、通信品質が極端に下がります。

用語

マイクロ波とは、

マイクロ波とは、大まかな定義です。
波長約 30cmから 1mm以下のサブミリ波までの領域の電磁波のことを指します。(諸説あり)
広義では一般的に、波長 1mから0.1mmとなり、周波数は 300MHzから3000GHz(3THz)の電波になります。

波長とは、

電場(磁場)が1周期の振動をする間に電磁波(電波)が進む距離を波長と呼びます。
分かりやすく言うと、1サイクルあたりに電磁波(電波)が進む距離です。
電磁波は1秒間に真空中を約30万km進みます。光と同じ速さです。

例】
800MHz=約375mm
2.45GHz=約122mm
28GHz=約10mm

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