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IIJmio meeting 27
5G NSAについて
株式会社インターネットイニシアティブ
大内 宗徳
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はじめに
IIJでは5Gを利用したサービス化の検討を進めています。
2020年3月から大手キャリアがサービス開始したNSA(ノ
ン・スタンドアローン)方式の5Gに関する技術概要を紹介し
ます。
• スピーカー
• 大内 宗徳
• IIJ MVNOにおける新サービス開発のための新技術の調
査/検証/導入を担当
• フルMVNOサービス、eSIMサービスの立ち上げに参画
• IIJmio meeting 5,6,7,8,10,11,12,14,19 でトーク
セッションを担当
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5Gで目指しているもの
• 4G vs 5G
• 5G SA(Stand-Alone)
• 5G NSA vs SA
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5Gに関して - 5Gで目指しているもの
• 5Gでは3つの異なる特徴の機能を実現することに目標が置か
れていた
出典: ITU News ​​Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G)
(超高速)
(IoT多数同時接続) (高信頼/低遅延)
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5Gに関して - 4G vs 5G
• 4Gはモバイルブロードバンド(高速通信)に特化。一方、5Gでは1ネットワーク
で3つの機能を実現するためにスライスという新しい概念を導入
MBB/モバイルブロードバンド
スライス
4G
5 G
eMBB/超高速
URLLC/高信頼、低遅延
mMTC/IoT多数同時接続
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5Gに関して - 5G SA(Stand-Alone)
• 5Gで実現したい機能を実装したネットワークが5G SA(Stand-Alone)
• しかし、仕様策定からネットワークの入れ替えには必要で長い時間が必要
4G
5G SA
MME
SGW
HSS
PGW
AMF
UPF
SMF
AUSF
UDM
UDR
NSSF
NRF
PCF
PCRF
OCS
SMF
UPF
SMF
UPF
(Stand-Alone)
eNB
gNB
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5Gに関して - 5G NSA vs SA
• 5GのeMBB(超高速)に限定し、4Gを利用することで5G機能の一部を早期
に実現したものが、5G NSA(Non-Stand-Alone)方式
4G+
5G NSA
5G SA
eNB
gNB
gNB
eMBB/超高速
URLLC/高信頼、低遅延
mMTC/IoT多数同時接続
eMBB/超高速
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 無線区間の高速化
• 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gを利用した5Gの利用
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 無線区間の高速化
• 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gを利用した5Gの利用
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化
• 端末と5G基地局(gNB)の通信に、NR(New Radio)方式を導入した
• NRで利用可能な周波数帯/周波数幅の拡張によって高速化を実現
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
変更点ポイント
1) 利用可能な周波数を大幅に拡張
- 450MHz–6000MHz : FR1(Frequency Range 1)
- 24.25GHz-52.6GHz : FR2 (NRで新たに使えるように。ミリ波)
2) 扱える周波数幅を拡張
- 1CCあたり FR1->最大100MHz (4Gの5倍)
FR2->最大400MHz
- 最大16 NR CCを束ねてのキャリアアグリゲーション(CA)
3) Massive MIMO
- 最大基地局256/端末32アンテナで、下り8/上り4レイヤのSU-MIMO
SGW PGW
NR
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5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化
• 実際に割り当てられている周波数
(引用) 5G実現に向けた総務省の取組み
http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
NR band
n77(n78内包):
3300-4200MHz
n78: (NTTドコモ)
3300-3800MHz
n79:
4400-5000MHz
n257:
26.5-29.5GHz
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5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化
• 各キャリア割り当て済み3G/4G周波数
(引用)電波政策2020懇談会制度WGヒアリング資料, NTTドコモ
https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 無線区間の高速化
• 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gを利用した5Gの利用
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAの特徴 – 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gコアネットワーク基本構成は同じで5G通信に必要な拡張を行っている
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
変更点ポイント
1) 加入者単位で5G NSA利用可能にするか選択
• HSS制御方法の拡張(-> SIM単位で5G NSA利用が可能)
2) 4G->5G NSAで通信速度が最大20Gbpsに
• 4Gでは最大約4Gbpsまでしか対応できなかったが拡張された
• HSS/MME/eNB/SGW/PGW/PCRFなどで
3) 5G NSA専用のSGW/PGWを選択可能に
• 大容量通信を専用のパケット交換機も利用可能に
• MMEがDNSを使ったSGW/PGW選択する方法が拡張された
PGW(5G)
SGW PGW
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 無線区間の高速化
• 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gを利用した5Gの利用
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
• 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
EN-DC(E-UTRA NR Dual Connectivity)
1) eNB(Master Node)とgNB(Secondary Node)の組で運用
- 2つ基地局間で協調してデータ通信高速化 -> Dual Connectivity
-> DCをLTE(E-UTRA)とNRの組み合わせで -> EN-DC
- eNBが報知情報でgNB存在を通知
-> SIB2 -> UpperLayerIndication
-> eNB側の周波数 -> アンカー(LTE)バンド
- gNBは報知情報ださない -> 端末はgNBを直接検知できない
- 制御信号(接続/認証/端末能力/NR有効化) -> eNB(MN)経由
PGW(5G)
SGW PGW
ULI
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5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
2) eNBからのULIを検出してMMEに接続要求の際に、端末が5G NSA
対応を示す MS Network Capability->DCNR=1 を送る
3) MMEはSIM認証完了後、HSS加入者情報の
Access-Restriction-Data->NR as a Secondary RAT Not Allowed
フラグで5G NSA利用が禁止されていないかを確認
4) NSA OKの場合、MMEの指示で5G速度でeNB-SGW-PGWでデータ
接続を確立
5) eNB/gNBの周波数に対応しているかの確認を実施
6) 端末側に接続受付応答の中に、5G NSA可能の
EPS network feature support->Restriction DCNR=0を返す
PGW(5G)
SGW PGW
• 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している
2)
3)
4)
5)
6)
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5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
7) 端末側が 5) での周波数に対応していれば、eNB経由でgNBからの
電波測定を指示
8) データ通信時に -> gNBからの電波状況が悪い : eNB経由
gNBからの電波状況が良い : CAと同様の方法で
eNBがNR側の経路を追加して、NRで通信
PGW(5G)
SGW PGW
• 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している
7)
8)
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5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
• 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
9) 端末<->SGWデータ通信経路を最適化
- gNBとの無線区間を確立時に通信経路の最適化を実施
- gNB側にデータ接続を切り替える
-> SCG split bearer -> Option 3x 方式
- 5G無線不調で、4G経由の通信になった場合も、gNBを
経由することに
PGW(5G)
SGW PGW
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5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
(参考) CA(キャリアアグリゲーション)と5GのEN-DCの違い
eNB
IPパケット
異なる周波数にIPパケットを分割して並列
伝送して高速化するイメージ
gNB
IPパケット
gNB側に切り替えて広い周波数幅にIP
パケットそのままのせて力技で伝送するイメージ
CA概念図 5G EN-DC概念図
eNB
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gピクト問題
• 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 利用可能なエリア問題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAを利用時の課題
• 5G NSAでは4Gネットワークを利用しつつ、5Gを利用することに
なるが新たに課題が
• MVNOサービスを考えた場合に、端末やユーザサポートに関する
下記の課題がある
1) 5Gピクト問題
2) 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
3) 利用可能なエリア問題
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gピクト問題
• 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 利用可能なエリア問題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題
• 利用中の無線方式を端末が表示 (3G->3G/H, 4G->LTE/4G/4G+)
• 5Gでも同様だが、5G NSAの場合はどの状態で5Gピクトを表示するか?という
問題がある
• 適切な表示でないとユーザに誤解を与えることに
4G(5G NSA対応)
eNB
(1) (1)
IDLE
(無通信)
CONNECTED
(通信中)
4G
eNB gNB
4G(5G NSA)
5G
(2) (2) (3) (4) (5)
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5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題
• 3GPPやGSMAで5Gのピクト表示をどの状態のときに表示するのか?という議
論されていて Config A-D のパターンが存在
引用:https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html
5G SA専用
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5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題
• Config A-Dを当てはめるとピクト表示は下記のように
4G(5G NSA対応)
eNB
(1) (1)
IDLE
(無通信)
CONNECTED
(通信中)
4G
eNB gNB
4G(5G NSA)
5G
(2) (2) (3) (4) (5)
Config A: 4G 4G 4G 4G 4G 4G 5G
Config B: 4G 4G 4G 4G 4G 5G 5G
Config C: 4G 4G 4G 4G 5G 5G 5G
Config D: 4G 4G 5G 5G 5G 5G 5G
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5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題
(参考) キャリア端末の実装例
• 5G通信の可能性のあるエリア内で、待受時のRAT表示は
「5G」となりますが、通信時は「4G」または「LTE」となる可能
性があります。
-> Config B?
https://www.nttdocomo.co.jp/area/5g/notice.html?icid=CRP_AREA_5g_txt01_to_CRP_AREA_5g_notice&dynaviid=case0009.dynavi#anc-02
• 5G NSA対応SIMフリー端末の5Gピクト表示実装で問題にな
る可能性が高いので注意が必要
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gピクト問題
• 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 利用可能なエリア問題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAを利用時の課題 – 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 5G NSAのEN-DCはCAと同様に基地局で対応する4Gと5Gの周波数の組合
せに端末側が対応している必要がある
• 一般公開されている5G対応端末仕様からEN-DC組合せ対応は分からない
• 5Gエリアでも5G通信ができない可能性があり、SIMフリー端末では要注意!
• 下記はNTTドコモの4G周波数(band 1,3,19,21,28,42)と5G(n78,n79)で利用
可能な組み合わせの一部を列挙したもの (非常に多くの組合せが存在)
EN-DC DL band E-UTRA NR
configuration band band
------------------------------------
DC_1A_n78A 1 n78
DC_1A_n79A 1 n79
DC_3A_n78A 3 n78
DC_3A_n79A 3 n79
DC_19A_n78A 19 n78
DC_19A_n79A 19 n79
DC_21A_n78A 21 n78
DC_21A_n79A 21 n79
DC_28A_n78A 28 n78
DC_28A_n79A 28 n79
DC_42A_n78A 42 n78
DC_42A_n79A 42 n79
DC_1A-3C_n78A 1A-3C n78
DC_1A-19A_n78A 1A-19A n78
DC_1A-19A_n79A 1A-19A n79
DC_1A-21A_n78A 1A-21A n78
DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79
DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79
DC_1A-28A_n78A 1A-28A n78
EN-DC DL band E-UTRA NR
configuration band band
------------------------------------
DC_1A-28A_n79A 1A-28A n79
DC_1A-42A_n78A 1A-42A n78
DC_1A-42C_n78A 1A-42C n78
DC_1A-42A_n79A 1A-42A n79
DC_1A-42C_n79A 1A-42C n79
DC_1A_n78A-n79A 1 n78A-n79A
DC_3A-19A_n78A 3A-19A n78
DC_3A-19A_n79A 3A-19A n79
DC_3A-21A_n78A 3A-21A n78
DC_3A-21A_n79A 3A-21A n79
DC_3A-28A_n78A 3A-28A n78
DC_3A-28A_n79A 3A-28A n79
DC_3A-42A_n78A 3A-42A n78
DC_3A-42C_n78A 3A-42C n78
DC_3A-42A_n79A 3A-42A n79
DC_3A-42C_n79A 3A-42C n79
DC_3A_n78A-n79A 3 n78A-n79A
DC_19A-21A_n78A 19A-21A n78
DC_19A-21A_n79A 19A-21A n79
EN-DC DL band E-UTRA NR
configuration band band
------------------------------------
DC_19A-42A_n78A 19A-42A n78
DC_19A-42C_n78A 19A-42C n78
DC_19A-42A_n79A 19A-42A n79
DC_19A-42C_n79A 19A-42C n79
DC_19A_n78A-n79A 19 n78A-n79A
DC_21A-28A_n78A 21A-28A n78
DC_21A-28A_n79A 21A-28A n79
DC_21A-42A_n78A 21A-42A n78
DC_21A-42C_n78A 21A-42C n78
DC_21A-42A_n79A 21A-42A n79
DC_21A-42C_n79A 21A-42C n79
DC_21A_n78A-n79A 21 n78A-n79A
DC_28A-42A_n78A 28A-42A n78
DC_28A-42C_n78A 28A-42C n78
DC_28A-42A_n79A 28A-42A n79
DC_28A-42C_n79A 28A-42C n79
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gピクト問題
• 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 利用可能なエリア問題
• 5Gの今後
• まとめ
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5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題
• MVNOサービスを提供する場合で、端末がキャリア基地局のEN-DC組合せに
適切に対応できていれば、キャリア5Gエリアと同一になる
• 一方で、2020/05時点ではキャリアの5G対応エリアは限定されており、5Gを利
用可能なエリアであっても電波状態で5G通信にならない場合もあるので、
MVNOとしてもエリア展開や電波特性を把握しておくことは重要
(引用) 5G実現に向けた総務省の取組み http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
n77(n78)/n79: 4Gの電波に比べて、
直進性が強く、障害物に弱い。物質に
浸透しにくい。スモールセル設置が基本
n257: n77(n78)/n79より圧倒的に
直進性が強く、障害物に非常に弱い。
植物での減衰も大きい。屋内用途でな
いと厳しい
キャリアはn77(n78)/n79で5Gエリア
構築することになるが制限があり難しい
場合も
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5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題
• n77(n78)/n79の周波数は、他の用途で使われている電波との共用が前
提のため、エリア構築の際に制限を受ける
(引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ
https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
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5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題
• 多くの事業者に割り振られた n77(3.7GHz帯) で、昼間人口が多い場所
で、屋外にスモールセルが設置可能な場所を割り出したシミュレーション結果
• 都心部での屋外設置は絶望的 -> 屋内設置が主力でエリアが広がりにくい
(引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ
https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
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5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題
• 航空電波高度計への影響するn77(3.7GHz帯)の端とn79(4.5GHz帯)
は、空港やヘリポート近辺で利用が難しい
• n79を利用するNTTドコモは、他社よりも5Gエリア展開でやりやすい?!
(引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ
https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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5Gの今後
• 5Gエリアの改善
• 「第5世代移動通信システム(5G)及びBWAの高度化に関する技術的条件」
https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html
-> 4G周波数の5G転用が可能になり5Gエリアが広がる可能性あり
( 注 意 点 ) 5 G の 特 長 の 1 つ で あ る 超 高 速 通 信 は 、 帯 域 幅 の 広 い
3.7/4.5/28GHz 帯 を 用 い る こ と で 実 現 。 既 存 バ ン ド を 5 G 化 し て も
3.7/4.5/28GHz帯と組み合わせて使用しない場合には、通信速度は従来の4
Gと同等程度になることが予想されることから、ユーザーが性能を誤認しないように
配慮が必要であると指摘されている
• 5G SAへの移行
• 5G機能をフル活用が可能に
• URLLCの利用-> IoT/産業向けとしての活用
• eMBB(超高速)は変化なし -> スマホユーザでは変化は感じらない
• 5GのIoTデバイス向け対応
• 5G仕様はeMBB寄りの最適化がされて小型IoTデバイス向けではない
• 低消費電力機器向けの無線仕様が検討中
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5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ
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まとめ
• 日本でも2020年3月から各キャリア5Gサービスを開始
しました
• 本セッションでは
• 5G NSAのポイントとなる技術概要
• MVNOが5G NSA利用する際の課題
• 5Gの今後
について解説しました
• IIJでも、5Gを利用するMVNOサービスの開発を加速
させていきます
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参考文献
 ITU News ​​Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G)
 NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 26 No. 3(Nov. 2018)3GPP Release 15標準化技術概要
 https://www.3gpp.org/release-15
 https://www.3gpp.org/release-16
 https://www.3gpp.org/release-17
 NATIONAL INSTRUMENTS, 3GPP Release 16: 検討事項とロードマップ
 ftp://ftp.ni.com/evaluation/rf/33809_3GPP_Release_16_WP_A4_ja_WR.pdf
 5G実現に向けた総務省の取組み
 http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
 電波政策2020懇談会制度WGヒアリング資料, NTTドコモ
 https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf
 Displaying 5G Network Status Icon on Smartphones and Other Devices
 https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html
 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ
 https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
 3GPP TS 38.101-3
 NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 3: Range 1 and Range 2
Interworking operation with other radios
 総務省, 「第5世代移動通信システム(5G)及びBWAの高度化に関する技術的条件」
 https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html
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IIJmio meeting 27 5G NSAについて

  • 1. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. IIJmio meeting 27 5G NSAについて 株式会社インターネットイニシアティブ 大内 宗徳
  • 2. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 2 はじめに IIJでは5Gを利用したサービス化の検討を進めています。 2020年3月から大手キャリアがサービス開始したNSA(ノ ン・スタンドアローン)方式の5Gに関する技術概要を紹介し ます。 • スピーカー • 大内 宗徳 • IIJ MVNOにおける新サービス開発のための新技術の調 査/検証/導入を担当 • フルMVNOサービス、eSIMサービスの立ち上げに参画 • IIJmio meeting 5,6,7,8,10,11,12,14,19 でトーク セッションを担当
  • 3. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 3 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 4. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 4 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5Gで目指しているもの • 4G vs 5G • 5G SA(Stand-Alone) • 5G NSA vs SA • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 5. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 5 5Gに関して - 5Gで目指しているもの • 5Gでは3つの異なる特徴の機能を実現することに目標が置か れていた 出典: ITU News ​​Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G) (超高速) (IoT多数同時接続) (高信頼/低遅延)
  • 6. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 6 5Gに関して - 4G vs 5G • 4Gはモバイルブロードバンド(高速通信)に特化。一方、5Gでは1ネットワーク で3つの機能を実現するためにスライスという新しい概念を導入 MBB/モバイルブロードバンド スライス 4G 5 G eMBB/超高速 URLLC/高信頼、低遅延 mMTC/IoT多数同時接続
  • 7. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 7 5Gに関して - 5G SA(Stand-Alone) • 5Gで実現したい機能を実装したネットワークが5G SA(Stand-Alone) • しかし、仕様策定からネットワークの入れ替えには必要で長い時間が必要 4G 5G SA MME SGW HSS PGW AMF UPF SMF AUSF UDM UDR NSSF NRF PCF PCRF OCS SMF UPF SMF UPF (Stand-Alone) eNB gNB
  • 8. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 8 5Gに関して - 5G NSA vs SA • 5GのeMBB(超高速)に限定し、4Gを利用することで5G機能の一部を早期 に実現したものが、5G NSA(Non-Stand-Alone)方式 4G+ 5G NSA 5G SA eNB gNB gNB eMBB/超高速 URLLC/高信頼、低遅延 mMTC/IoT多数同時接続 eMBB/超高速
  • 9. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 9 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 無線区間の高速化 • 4G(LTE)コアネットワークの拡張 • 4Gを利用した5Gの利用 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 10. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 10 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 無線区間の高速化 • 4G(LTE)コアネットワークの拡張 • 4Gを利用した5Gの利用 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 11. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 11 5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化 • 端末と5G基地局(gNB)の通信に、NR(New Radio)方式を導入した • NRで利用可能な周波数帯/周波数幅の拡張によって高速化を実現 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB 変更点ポイント 1) 利用可能な周波数を大幅に拡張 - 450MHz–6000MHz : FR1(Frequency Range 1) - 24.25GHz-52.6GHz : FR2 (NRで新たに使えるように。ミリ波) 2) 扱える周波数幅を拡張 - 1CCあたり FR1->最大100MHz (4Gの5倍) FR2->最大400MHz - 最大16 NR CCを束ねてのキャリアアグリゲーション(CA) 3) Massive MIMO - 最大基地局256/端末32アンテナで、下り8/上り4レイヤのSU-MIMO SGW PGW NR
  • 12. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 12 5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化 • 実際に割り当てられている周波数 (引用) 5G実現に向けた総務省の取組み http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf NR band n77(n78内包): 3300-4200MHz n78: (NTTドコモ) 3300-3800MHz n79: 4400-5000MHz n257: 26.5-29.5GHz
  • 13. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 13 5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化 • 各キャリア割り当て済み3G/4G周波数 (引用)電波政策2020懇談会制度WGヒアリング資料, NTTドコモ https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf
  • 14. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 14 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 無線区間の高速化 • 4G(LTE)コアネットワークの拡張 • 4Gを利用した5Gの利用 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 15. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 15 5G NSAの特徴 – 4G(LTE)コアネットワークの拡張 • 4Gコアネットワーク基本構成は同じで5G通信に必要な拡張を行っている 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB SGW(5G) 変更点ポイント 1) 加入者単位で5G NSA利用可能にするか選択 • HSS制御方法の拡張(-> SIM単位で5G NSA利用が可能) 2) 4G->5G NSAで通信速度が最大20Gbpsに • 4Gでは最大約4Gbpsまでしか対応できなかったが拡張された • HSS/MME/eNB/SGW/PGW/PCRFなどで 3) 5G NSA専用のSGW/PGWを選択可能に • 大容量通信を専用のパケット交換機も利用可能に • MMEがDNSを使ったSGW/PGW選択する方法が拡張された PGW(5G) SGW PGW
  • 16. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 16 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 無線区間の高速化 • 4G(LTE)コアネットワークの拡張 • 4Gを利用した5Gの利用 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 17. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 17 5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用 • 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB SGW(5G) EN-DC(E-UTRA NR Dual Connectivity) 1) eNB(Master Node)とgNB(Secondary Node)の組で運用 - 2つ基地局間で協調してデータ通信高速化 -> Dual Connectivity -> DCをLTE(E-UTRA)とNRの組み合わせで -> EN-DC - eNBが報知情報でgNB存在を通知 -> SIB2 -> UpperLayerIndication -> eNB側の周波数 -> アンカー(LTE)バンド - gNBは報知情報ださない -> 端末はgNBを直接検知できない - 制御信号(接続/認証/端末能力/NR有効化) -> eNB(MN)経由 PGW(5G) SGW PGW ULI
  • 18. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 18 5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB SGW(5G) 2) eNBからのULIを検出してMMEに接続要求の際に、端末が5G NSA 対応を示す MS Network Capability->DCNR=1 を送る 3) MMEはSIM認証完了後、HSS加入者情報の Access-Restriction-Data->NR as a Secondary RAT Not Allowed フラグで5G NSA利用が禁止されていないかを確認 4) NSA OKの場合、MMEの指示で5G速度でeNB-SGW-PGWでデータ 接続を確立 5) eNB/gNBの周波数に対応しているかの確認を実施 6) 端末側に接続受付応答の中に、5G NSA可能の EPS network feature support->Restriction DCNR=0を返す PGW(5G) SGW PGW • 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している 2) 3) 4) 5) 6)
  • 19. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 19 5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB SGW(5G) 7) 端末側が 5) での周波数に対応していれば、eNB経由でgNBからの 電波測定を指示 8) データ通信時に -> gNBからの電波状況が悪い : eNB経由 gNBからの電波状況が良い : CAと同様の方法で eNBがNR側の経路を追加して、NRで通信 PGW(5G) SGW PGW • 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している 7) 8)
  • 20. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 20 5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用 • 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している 5G NSA MME HSS PCRF OCS eNB gNB SGW(5G) 9) 端末<->SGWデータ通信経路を最適化 - gNBとの無線区間を確立時に通信経路の最適化を実施 - gNB側にデータ接続を切り替える -> SCG split bearer -> Option 3x 方式 - 5G無線不調で、4G経由の通信になった場合も、gNBを 経由することに PGW(5G) SGW PGW
  • 21. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 21 5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用 (参考) CA(キャリアアグリゲーション)と5GのEN-DCの違い eNB IPパケット 異なる周波数にIPパケットを分割して並列 伝送して高速化するイメージ gNB IPパケット gNB側に切り替えて広い周波数幅にIP パケットそのままのせて力技で伝送するイメージ CA概念図 5G EN-DC概念図 eNB
  • 22. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 22 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gピクト問題 • 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 • 利用可能なエリア問題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 23. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 23 5G NSAを利用時の課題 • 5G NSAでは4Gネットワークを利用しつつ、5Gを利用することに なるが新たに課題が • MVNOサービスを考えた場合に、端末やユーザサポートに関する 下記の課題がある 1) 5Gピクト問題 2) 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 3) 利用可能なエリア問題
  • 24. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 24 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gピクト問題 • 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 • 利用可能なエリア問題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 25. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 25 5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題 • 利用中の無線方式を端末が表示 (3G->3G/H, 4G->LTE/4G/4G+) • 5Gでも同様だが、5G NSAの場合はどの状態で5Gピクトを表示するか?という 問題がある • 適切な表示でないとユーザに誤解を与えることに 4G(5G NSA対応) eNB (1) (1) IDLE (無通信) CONNECTED (通信中) 4G eNB gNB 4G(5G NSA) 5G (2) (2) (3) (4) (5)
  • 26. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 26 5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題 • 3GPPやGSMAで5Gのピクト表示をどの状態のときに表示するのか?という議 論されていて Config A-D のパターンが存在 引用:https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html 5G SA専用
  • 27. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 27 5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題 • Config A-Dを当てはめるとピクト表示は下記のように 4G(5G NSA対応) eNB (1) (1) IDLE (無通信) CONNECTED (通信中) 4G eNB gNB 4G(5G NSA) 5G (2) (2) (3) (4) (5) Config A: 4G 4G 4G 4G 4G 4G 5G Config B: 4G 4G 4G 4G 4G 5G 5G Config C: 4G 4G 4G 4G 5G 5G 5G Config D: 4G 4G 5G 5G 5G 5G 5G
  • 28. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 28 5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題 (参考) キャリア端末の実装例 • 5G通信の可能性のあるエリア内で、待受時のRAT表示は 「5G」となりますが、通信時は「4G」または「LTE」となる可能 性があります。 -> Config B? https://www.nttdocomo.co.jp/area/5g/notice.html?icid=CRP_AREA_5g_txt01_to_CRP_AREA_5g_notice&dynaviid=case0009.dynavi#anc-02 • 5G NSA対応SIMフリー端末の5Gピクト表示実装で問題にな る可能性が高いので注意が必要
  • 29. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 29 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gピクト問題 • 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 • 利用可能なエリア問題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 30. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 30 5G NSAを利用時の課題 – 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 • 5G NSAのEN-DCはCAと同様に基地局で対応する4Gと5Gの周波数の組合 せに端末側が対応している必要がある • 一般公開されている5G対応端末仕様からEN-DC組合せ対応は分からない • 5Gエリアでも5G通信ができない可能性があり、SIMフリー端末では要注意! • 下記はNTTドコモの4G周波数(band 1,3,19,21,28,42)と5G(n78,n79)で利用 可能な組み合わせの一部を列挙したもの (非常に多くの組合せが存在) EN-DC DL band E-UTRA NR configuration band band ------------------------------------ DC_1A_n78A 1 n78 DC_1A_n79A 1 n79 DC_3A_n78A 3 n78 DC_3A_n79A 3 n79 DC_19A_n78A 19 n78 DC_19A_n79A 19 n79 DC_21A_n78A 21 n78 DC_21A_n79A 21 n79 DC_28A_n78A 28 n78 DC_28A_n79A 28 n79 DC_42A_n78A 42 n78 DC_42A_n79A 42 n79 DC_1A-3C_n78A 1A-3C n78 DC_1A-19A_n78A 1A-19A n78 DC_1A-19A_n79A 1A-19A n79 DC_1A-21A_n78A 1A-21A n78 DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79 DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79 DC_1A-28A_n78A 1A-28A n78 EN-DC DL band E-UTRA NR configuration band band ------------------------------------ DC_1A-28A_n79A 1A-28A n79 DC_1A-42A_n78A 1A-42A n78 DC_1A-42C_n78A 1A-42C n78 DC_1A-42A_n79A 1A-42A n79 DC_1A-42C_n79A 1A-42C n79 DC_1A_n78A-n79A 1 n78A-n79A DC_3A-19A_n78A 3A-19A n78 DC_3A-19A_n79A 3A-19A n79 DC_3A-21A_n78A 3A-21A n78 DC_3A-21A_n79A 3A-21A n79 DC_3A-28A_n78A 3A-28A n78 DC_3A-28A_n79A 3A-28A n79 DC_3A-42A_n78A 3A-42A n78 DC_3A-42C_n78A 3A-42C n78 DC_3A-42A_n79A 3A-42A n79 DC_3A-42C_n79A 3A-42C n79 DC_3A_n78A-n79A 3 n78A-n79A DC_19A-21A_n78A 19A-21A n78 DC_19A-21A_n79A 19A-21A n79 EN-DC DL band E-UTRA NR configuration band band ------------------------------------ DC_19A-42A_n78A 19A-42A n78 DC_19A-42C_n78A 19A-42C n78 DC_19A-42A_n79A 19A-42A n79 DC_19A-42C_n79A 19A-42C n79 DC_19A_n78A-n79A 19 n78A-n79A DC_21A-28A_n78A 21A-28A n78 DC_21A-28A_n79A 21A-28A n79 DC_21A-42A_n78A 21A-42A n78 DC_21A-42C_n78A 21A-42C n78 DC_21A-42A_n79A 21A-42A n79 DC_21A-42C_n79A 21A-42C n79 DC_21A_n78A-n79A 21 n78A-n79A DC_28A-42A_n78A 28A-42A n78 DC_28A-42C_n78A 28A-42C n78 DC_28A-42A_n79A 28A-42A n79 DC_28A-42C_n79A 28A-42C n79
  • 31. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 31 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gピクト問題 • 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題 • 利用可能なエリア問題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 32. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 32 5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題 • MVNOサービスを提供する場合で、端末がキャリア基地局のEN-DC組合せに 適切に対応できていれば、キャリア5Gエリアと同一になる • 一方で、2020/05時点ではキャリアの5G対応エリアは限定されており、5Gを利 用可能なエリアであっても電波状態で5G通信にならない場合もあるので、 MVNOとしてもエリア展開や電波特性を把握しておくことは重要 (引用) 5G実現に向けた総務省の取組み http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf n77(n78)/n79: 4Gの電波に比べて、 直進性が強く、障害物に弱い。物質に 浸透しにくい。スモールセル設置が基本 n257: n77(n78)/n79より圧倒的に 直進性が強く、障害物に非常に弱い。 植物での減衰も大きい。屋内用途でな いと厳しい キャリアはn77(n78)/n79で5Gエリア 構築することになるが制限があり難しい 場合も
  • 33. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 33 5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題 • n77(n78)/n79の周波数は、他の用途で使われている電波との共用が前 提のため、エリア構築の際に制限を受ける (引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
  • 34. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 34 5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題 • 多くの事業者に割り振られた n77(3.7GHz帯) で、昼間人口が多い場所 で、屋外にスモールセルが設置可能な場所を割り出したシミュレーション結果 • 都心部での屋外設置は絶望的 -> 屋内設置が主力でエリアが広がりにくい (引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
  • 35. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 35 5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題 • 航空電波高度計への影響するn77(3.7GHz帯)の端とn79(4.5GHz帯) は、空港やヘリポート近辺で利用が難しい • n79を利用するNTTドコモは、他社よりも5Gエリア展開でやりやすい?! (引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
  • 36. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 36 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 37. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 37 5Gの今後 • 5Gエリアの改善 • 「第5世代移動通信システム(5G)及びBWAの高度化に関する技術的条件」 https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html -> 4G周波数の5G転用が可能になり5Gエリアが広がる可能性あり ( 注 意 点 ) 5 G の 特 長 の 1 つ で あ る 超 高 速 通 信 は 、 帯 域 幅 の 広 い 3.7/4.5/28GHz 帯 を 用 い る こ と で 実 現 。 既 存 バ ン ド を 5 G 化 し て も 3.7/4.5/28GHz帯と組み合わせて使用しない場合には、通信速度は従来の4 Gと同等程度になることが予想されることから、ユーザーが性能を誤認しないように 配慮が必要であると指摘されている • 5G SAへの移行 • 5G機能をフル活用が可能に • URLLCの利用-> IoT/産業向けとしての活用 • eMBB(超高速)は変化なし -> スマホユーザでは変化は感じらない • 5GのIoTデバイス向け対応 • 5G仕様はeMBB寄りの最適化がされて小型IoTデバイス向けではない • 低消費電力機器向けの無線仕様が検討中
  • 38. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 38 5G NSAについて • 5G NSAのポイント • 5Gに関して • 5G NSAの特徴 • 5G NSAを利用時の課題 • 5Gの今後 • まとめ
  • 39. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 39 まとめ • 日本でも2020年3月から各キャリア5Gサービスを開始 しました • 本セッションでは • 5G NSAのポイントとなる技術概要 • MVNOが5G NSA利用する際の課題 • 5Gの今後 について解説しました • IIJでも、5Gを利用するMVNOサービスの開発を加速 させていきます
  • 40. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 40 参考文献  ITU News ​​Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G)  NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 26 No. 3(Nov. 2018)3GPP Release 15標準化技術概要  https://www.3gpp.org/release-15  https://www.3gpp.org/release-16  https://www.3gpp.org/release-17  NATIONAL INSTRUMENTS, 3GPP Release 16: 検討事項とロードマップ  ftp://ftp.ni.com/evaluation/rf/33809_3GPP_Release_16_WP_A4_ja_WR.pdf  5G実現に向けた総務省の取組み  http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf  電波政策2020懇談会制度WGヒアリング資料, NTTドコモ  https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf  Displaying 5G Network Status Icon on Smartphones and Other Devices  https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html  3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ  https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf  3GPP TS 38.101-3  NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 3: Range 1 and Range 2 Interworking operation with other radios  総務省, 「第5世代移動通信システム(5G)及びBWAの高度化に関する技術的条件」  https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html
  • 41. © 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc.