【だれでも分かる】5Gや6Gに求められる”広帯域化”とは？小学生でも分かるように解説

情報量の増大に伴い、データセンターや通信機器間での情報伝達において、高速化・大容量化・広帯域化が急速に求められています。

広帯域化により、より多くの情報を同時に高速で送受信できるようになり、5Gなどの次世代通信技術や高度な情報処理の実現に不可欠な要素となっています。

そもそも帯域とは何か?

大きな道路ほどたくさんの車が通れるように、広い帯域ほどたくさんの情報を一度に送ることができます。

帯域の広さは、以下のようなことに影響します：

• インターネットの速さ：広い帯域なら、動画をすぐに見たり、大きな写真をすぐにダウンロードしたりできます。
• 電話やテレビの品質：広い帯域なら、きれいな音声や映像を楽しめます。
• たくさんの機械をつなぐこと：広い帯域なら、家の中のいろいろな機械をインターネットにつなげられます。

帯域が狭いと、情報の通り道が混んでしまい、インターネットが遅くなったり、動画が途切れたりすることがあります。

そのため、新しい技術では、より広い帯域を使えるようにする努力が続けられています。
⇒これを広帯域化と呼びます！

広帯域化とは何か？

広帯域化とは、簡単に言うと「たくさんの情報をとても速く送れるようにすること」です。

インターネットを使うときに、動画をスムーズに見たり、大きな写真をすぐにダウンロードしたりできるのは、広帯域化のおかげです！

広帯域化を身近な例で挙げると、道路を広くするのと似ています。

道路が広ければたくさんの車が一度に通れるように、広帯域化された通信回線では、たくさんの情報が一度に通ることができます。これにより、日常生活では以下のようなメリットを受けることができます！

• 高画質の動画をすぐに見られる。
• オンラインゲームをラグなく楽しめる。
• 大きなファイルをあっという間にダウンロードできる。

帯域をもう少し詳しく解説

帯域は、データが通る道の幅のようなものです。

この道の幅が広いほど、一度にたくさんのデータが通れます

帯域を理論的に説明すると：

• 帯域は周波数の範囲で表されます。周波数とは、1秒間に波が振動する回数のことです。
• 広い帯域は、より多くの周波数を使えることを意味します。これは、たくさんの種類の信号を同時に送れるということです。
• 帯域の広さは通常、ビット/秒（bps）という単位で測ります。例えば、10Mbpsは1秒間に1000万ビットのデータを送れることを意味します

帯域の種類と特徴

帯域は周波数の範囲によって分類され、それぞれ異なる特性と用途を持っています。主な分類は以下の通りです：

• 低周波帯：30Hz～300kHzの範囲で、長距離通信に適しています。海底通信や航空機の位置特定などに使用されます1。
• 中波帯：300kHz～3MHzの範囲で、AMラジオ放送に利用されています。
• 短波帯：3MHz～30MHzの範囲で、国際放送や長距離通信に使用されます。
• 超短波帯（VHF）：30MHz～300MHzの範囲で、FMラジオ放送や一部のテレビ放送に利用されています。
• 極超短波帯（UHF）：300MHz～3GHzの範囲で、テレビ放送や携帯電話通信に使用されます。
• マイクロ波帯：3GHz～300GHzの範囲で、衛星通信やWi-Fi、5G通信などに利用されています。

これらの帯域は、周波数が高くなるほど情報量が増え、通信速度が速くなりますが、障害物の影響を受けやすくなります

帯域幅の決定要因

帯域の幅は、主に通信技術と使用する機器によって決まります。以下の要因が帯域幅に影響を与えます：

• 通信媒体：光ファイバーは銅線よりも広い帯域幅を提供できます。
• 通信規格：5Gは4Gよりも広い帯域幅を使用します。
• ネットワーク機器：ルーターやスイッチの性能が帯域幅を制限することがあります。
• インターネットサービスプロバイダー（ISP）の提供プラン：契約内容によって帯域幅が決まります。

帯域幅は、デジタル信号の場合、1秒間に送信できるビット数（bps）で表されます

例えば、100Mbpsの帯域幅は、1秒間に1億ビットのデータを送信できることを意味します。

ナログ信号の場合、帯域幅はヘルツ（Hz）で表され、信号が使用する周波数の範囲を示します。

通信技術の進歩により、帯域幅は年々拡大しています。

これにより、高品質な動画ストリーミングやクラウドサービスなど、より多くのデータを必要とするサービスが可能になっています。

広帯域化への取り組み

広帯域化を実現するために、通信業界では様々な革新的な取り組みが行われています：

• Carrier Aggregation (CA) 技術: 複数の周波数帯を同時に利用することで、より広い帯域幅を実現します。LTE-Advancedなどの次世代モバイル通信規格で採用されており、高速・大容量通信を可能にしています。
• オール光ネットワーク: NTTをはじめとする通信大手5社が、2030年代の実現を目指して共同開発を進めています。複数事業者間でシームレスに接続できる光ネットワークにより、超高速・大容量通信が可能になります。
• テラヘルツ波通信: 次世代の6G通信に向けて、テラヘルツ帯を利用した超広帯域通信の研究が進められています。100ギガヘルツ以上の広帯域幅で信号を制御できる小型デバイスの開発に成功するなど、テラビット級の通信速度実現に向けた取り組みが行われています。

これらの技術開発により、将来的にはAI社会を支える高度な通信インフラの実現が期待されています。

広帯域化の課題と問題

広帯域化には多くの利点がありますが、同時にいくつかの重要な課題も存在します：

• 周波数資源の枯渇：広帯域化には広い周波数帯域が必要ですが、利用可能な周波数は限られています。特に、5Gや6Gなどの次世代通信技術では、より高い周波数帯の活用が求められています。
• 高コスト：広帯域化には新しい通信インフラの整備が必要で、これには多額の投資が必要となります。特に、光ファイバーネットワークの拡張や5G基地局の設置には莫大なコストがかかります。
• 消費電力の増加：広帯域通信システムは一般的に消費電力が高く、エネルギー効率の向上が課題となっています。特に、基地局や大規模データセンターでは、消費電力の削減が重要な課題です。
• セキュリティリスク：広帯域化によりデータ転送量が増加すると、サイバー攻撃のリスクも高まります。量子コンピュータに対応した新しい暗号技術の開発など、セキュリティ対策の強化が必要です35。

これらの課題に対処するため、新たな技術開発や効率的なネットワーク設計、国際的な周波数割り当ての調整などが進められています。