5Gの概要と高周波増幅器について

2021年3月2日

みなさん、こんにちは。
初めての登場となります、高周波機器設計課の水越です。

私は、高周波用増幅器等の設計・評価を担当しております。
どうぞよろしくお願いいたします。

今回は、通信規格の一つである、『5G』と『高周波増幅器』についてお話ししたいと思います。

■　5Gとは

現在主流である第4世代(4G/LTE)に続く、第5世代(5th Generation)の移動体通信システムを5Gと言います。このうち3GPP*で規格策定されたものは、NR(New Radio)、5GNRとも言われます。日本では2020年3月にサービス開始していますが、本格的に普及するのは2023年以降と予測されています。

*3GPP（スリージーピーピー、Third Generation Partnership Project）とは、W-CDMAとGSM発展形ネットワークを基本とする第三世代携帯電話 (3G) システムおよびそれに続く第3.9世代移動通信システムに対応するLTEや、第4世代移動通信システムに対応するLTE-Advanced、さらに次の世代である第5世代移動通信システム（5Gと略記されることが多い）の仕様の検討・作成を行う標準化プロジェクトのこと。

■　5Gの特徴は

4G/LTEと比較して、5Gには主に下表に示す3つの特徴があります。

特徴	LTEとの比較	主な用途
高速大容量	LTEと比較して10倍以上高速	4K動画の視聴
低遅延	LTEとの比較タイムラグが1/10	自動運転、遠隔操作
多接続	LTEとの比較10倍の端末と接続が可能	IoTの加速

この中で、現在サービスで対応しているのは、高速大容量です。

それでは何故高速大容量通信が可能となるのでしょうか。

実は、LTEと5Gは同じOFDM*変調方式を用いているため、周波数利用効率（1Hz帯域幅、 1秒あたりに送れるデータ量のことです）に大きな差はありません。
両者で異なるのは、1度に多数のアンテナ接続できるMassive MIMOという技術と、周波数帯域幅が異なる点が挙げられます。

*OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing、直交周波数分割多重方式）

このうち、周波数帯域についてお話ししたいと思います。

LTEでは最大周波数帯域幅は20MHzとなっていますが、5Gでは100MHzあるいは400MHzと5倍以上の周波数帯域幅が利用できます。
通信速度は、概ね周波数帯域幅に比例するため、5Gでは高速な通信が可能となります。

最近、LTEの帯域である0.7～3.4GHzで5Gを利用するという話があります。
この帯域は、最大周波数帯域幅は20MHzであるため、5G化しても、通信速度はLTEとあまり変わりません。上で挙げた特徴のうち、低遅延・多接続が目的となっています。

	最大周波数帯域幅	主な周波数
LTE	20MHz	0.7～3.4GHz
5G(Sub6）	100MHz	3.7GHz帯、4.7GHz帯
5G(ミリ波）	400MHz	28GHz帯

＊5Gでは6GHz帯以下の周波数帯をSub6、28GHz帯以上の周波数帯をミリ波と言います。

■　5G用の高周波増幅器

LTEでは、主に0.7～3.4GHz帯が使用されていますが、5Gでは3.7GHz帯/4.7GHz帯/28GHz帯の高い周波数帯が使用されます。
また、周波数帯域幅が100MHzと広いため、利得のフラットネスやリニアリティの要求が厳しくなります。いずれも、高周波増幅器の開発難易度が高くなる要因となっています。

WTIでは24GHz以下で様々な高周波部品の開発経験があります。
通信機器設計/開発でお困りごとがあればぜひ、WTIをご活用ください。
その他、様々なご要望にも対応させていただきますので、お気軽にご相談ください。

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