特 集2

5G SA方式におけるコアネットワーク技術概要と無線基地局装置の開発
URL

https://journal.ntt.co.jp/article/24204

DOI

https://doi.org/10.60249/23125103

5G SA 方式に対応した無線基地局装置の開発
代移動通信システム）商用サービスを開始し，さらに5G 専用のコアネットワー
ク設備である5GC（5G Core network）と5G 無線基地局を組み合わせた「5GSA（Standalone）方式」を2021年12月に商用サービスを開始しました．本稿では，5G SA 方式の商用サービスを提供するために実施した5G 無線基地局装置

さいとうけいすけ

ほしざきゆ う や齊藤

星﨑敬佑

祐哉

ながしま/ 長嶋うの/ 宇野

れい

嶺のぶかず

暢一

特 集

NTT ドコモは，2020年 3 月に NSA（Non-Standalone）方式で5G（第 5 世NTT ドコモの開発内容について解説します．
キーワード：#5G SA，#gNB，#NR-DC（Standalone）＊1 方式の商用サービスの提まえがき

いて解説します．

供を2021年12月から開始しました．本5G

2021年12月より NTT ドコモは，SA 方式

NTT ドコモは，2020年 3 月に4G（第 4SA 方式の導入に伴い，ネットワークスラに対応した5G 商用サービスを法人顧客ユー

世代移動通信システム）/5G（第 5 世代移イシングによるアプリケーションを意識しザ向けに導入し，さらに2022年 8 月にコン動通信システム）の無線装置と4G のコア

た 柔 軟 な サ ー ビ ス 提 供，MEC（Mobileシューマユーザ向けに高速化や音声対応なネットワーク装置を連携した NSA（Non-＊2Edge Computing） による低遅延サービ

どの機能を追加しました．NTT ドコモでStandalone）方式により，5G サービスのスの提供などにより新たな産業創出を実現

は，SA 方 式 と し て 無 線 装 置 gNB（next提供を開始しました．NSA 方式では，需していきます．

generation NodeB）と SA 方式専用のコ

要の高いエリアなどを中心に，5G の特長

本稿では，5G SA 方式のシステム構成，ア ネ ッ ト ワ ー ク（5GC：5G Core net-の 1 つである「高速・大容量」のサービス「高速・大容量」に寄与する機能，呼処理work ＊4 ）のみでサービス提供をするネッ展開を行ってきました．
「高速・大容量」

制御機能，「安心・安全」を実現するため

トワーク構成（Option 2 アーキテクチャ）に加え，その後さらに「高信頼・低遅延」「多のアクセス規制機能について解説します．

を採用しています．Option 2 アーキテク
チャなどのネットワークアーキテクチャに数端末同時接続」にも対応したネットワー
ク サ ー ビ ス を 提 供 す る た め，5G SA

SA システム構成＊ 本特集は「NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル」（Vol.30 No.4, 2023年1月）に掲載された内容を編集したものです．

5G SA サービスを実現する RAN（RadioAccess Network） システムの構成につ＊3関する技術的な概要は，文献（1）をご参照

図はNTT DOCOMOテクニカル・ジャーナください．
ル2023年1月の最終データを流用いたし
図 1 に示すように，NTT ドコモで採用ます．

している gNB - gNB 間は Xn インタフェー

スを用いて接続し，gNB - 5GC 間は NG イ
ンタフェースを用いて接続します．
図 1 では，SA 方式の構成図を解説する

インターネット網

ため，便宜上 SA 方式に関する記載のみとしていますが，実際の NTT ドコモ商用ネッ

5Gコアネットワーク
(5GC)
NGNG

NR
基地局
(gNB)

Xn

NRエリア

NR
基地局
(gNB)
NRエリア

図1

SA 方式

図1 SA方式

トワーク運用では，1 つの gNB 装置にてNSA 方式と SA 方式の双方を運用するため，＊1 S
 A：スタンドアローン方式．端末が単独の無線技術を用いて移動通信網に接続する
形態．
＊2 M
 EC：移動通信網において，ユーザにより近い位置にサーバやストレージを配備する仕組み．低遅延により，リアルタイム性の高いサービス提供が可能となります．
＊3 R AN：コアネットワークと移動端末の間に位置する，無線レイヤの制御を行う基地局などで構成されるネットワーク．
＊ 4 5 GC：5G のアクセス技術向けに3GPP で規定された第5世代のコアネットワーク．

2023.1245

特 集 2

5G SA方式におけるコアネットワーク技術概要と無線基地局装置の開発

実運用を踏まえた5G ネットワーク構成はモバイルネットワークのいち早い高度化，スの開始にあたり，SA サービスにおける

図 2 となります．なお，gNB 装置での SAならびにお客さま体感の向上につなげてい高 速・ 大 容 量 通 信 を 実 現 す る た め，3.7

機能対応にあたっては，新規ハードウェアきます．

GHz 帯もしくは4.5 GHz 帯と，28 GHz 帯導入は不要であり，ソフトウェアアップデー■3.7 GHz 帯・4.5 GHz 帯と，28 GHz 帯のを束ねて同時通信を実現する技術として，Aggregation（NR - DC 方式への対応）

NR-DC ＊6 を世界で初めて商用ネットワー

5G NSA 方 式 で は，LTE（Long Term

クに導入しました（図 3 ）．NR-DC の導入Evolution）運 用 の 周 波 数 と，NR（Newにより，3.7 GHz 帯および4.5 GHz 帯で100Radio）運用の周波数を DC（Dual Con-

MHz 幅，28 GHz 帯で400 MHz を組み合わトのみで対応可能です．

｢高速・大容量」に寄与する機能の導入nectivity）にて組み合わせる EN-DC（EU-

せた最大500 MHz 幅の広帯域通信を実現

スマートフォン対応5G SA 方式のサービ＊5
TRA-New Radio DC）に よ り，LTE/し，ピークレート向上および大容量化を実ス開始に伴い，NTT ドコモでは「高速・LTE-Advanced と比較して高速・大容量現しています．

大容量」に寄与する機能を併せて導入する化を実現し，これにより，3.7 GHz 帯と4.5■上りリンク MIMO 方式の拡張（ 2 × 2ことで，高速・大容量化を実現しました

GHz 帯との組合せで下り最大4.2 Gbit/s，UL MIMO）（表）．以下では，導入した主な 3 つの機能

28 GHz 帯 の 使 用 で 上 り 最 大480 Mbit/s

上 り 通 信 に 用 い る PUSCH（Physicalに関して解説します．なお，今後は NSA（LTE と NR の合計）のサービスを提供してUplink Shared CHannel） に 関 し て，方式と比較して SA 方式の拡張に，より注います（スマートフォン対応5G SA 方式サー

NSA 方式では3.7 GHz 帯および4.5 GHz 帯力する方針の下，タイムリーに「高速・大ビス開始前時点）．NTT ドコモは2022年 8におけるレイヤ数は最大 1 レイヤでした

容量化」関連機能を開発・導入することで，月のスマートフォン対応5G SA 方式サービ〔LTE：1 レイヤ，NR（3.7 GHz 帯および4.5GHz 帯）：1 レイヤ〕．SA 方式では上りリンクの高速化を目的に3.7 GHz 帯および4.5
GHz 帯において最大 2 レイヤの 2 × 2 UL

インターネット網（UpLink）MIMO（Multiple Input Multiple Output）を新たに導入します．

4Gコアネットワーク
(EPC)
S1

NR
基地局
(gNB)

X2

4.5 GHz 帯における上り通信のピークスルー
プットが 2 倍に向上し，周波数利用効率＊7NG

NG

LTE
基地局
(eNB)

本機能の導入により，3.7 GHz 帯および5Gコアネットワーク
(5GC)

Xn
X2

NRエリア

も向上します．上り通信の高速化により，動画のアップロードなど，近年ニーズが高NR
基地局
(gNB)

5G (NSA) エリア

NRエリア

5G (SA) エリア

LTEエリア
図2

5G ネットワーク運用（NSA 方式 /SA 方式）＊5 E
 N-DC：NRノンスタンドアローン運用のためのアーキテクチャ．LTE と NR を DC により束ねて同時通信を実現します．
＊6 N
 R-DC：MN（Master Node）とSN（Sec­ond­ary Node）が2つのNR 基地局に接続し，それらの基地局でサポートされる複数のキャリアを用いて同時に送受信を行うことにより，高速伝送を実現する技術．

図2 5G ネットワーク運用（NSA方式/SA方式）

表

NSA 方式 /SA 方式の諸元

5G NSA

5G SA

＊1

周波数

3.7 GHz帯＋4.5 GHz帯（NR-CA）

28 GHz帯

3.7 GHz帯＋28 GHz帯（NR-DC）
4.5 GHz帯＋28 GHz帯（NR-DC）

変調方式（最大）下り256QAM/上り256QAM

下り64QAM＊3／上り64QAM

3.7 GHz帯／4.5 GHz帯：下り256QAM／上り256QAM
28 GHz帯 ： 下り256QAM／上り64QAM

レイヤ数（最大）

下り 4 /上り 1

下り 2 ／上り 2

3.7 GHz帯／4.5 GHz帯 ： 下り 4 ／上り 2
28 GHz帯：下り 2 ／上り 2NR帯域幅（最大） 200 MHz（100 MHz＋100MHz）
ピークレート＊1

46

下り4.2 bit/s ／ 上り218 Mbit/s＊2

400 MHz
下り4.1 Gbit/s ／ 上り480 Mbit/s

スマートフォン対応「5G SA 方式」サービス開始前時点＊2

LTEとNR の合計＊3

スマートフォン対応「5G SA 方式」サービス開始に合わせ256QAM に拡張

2023.12500 MHz（100 MHz＋400 MHz）
＊2

下り4.9 Gbit/s ／ 上り1.1 Gbit/s

5G Standalone

末ごとに待受け RAT を制御することに4Gコアネットワーク(EPC)対応します．

5Gコアネットワーク(5GC)（2） ハンドオーバ制御
5G SA システムは，5G SA システム内

LTE
基地局
(eNB)

NR
基地局
(gNB)

28GHz帯

NR
基地局
(gNB)

NR
基地局
(gNB)でのハンドオーバ（Intra-RATハンドオーバ）と5G SA と LTE のシステム間でのハンドオーバ（Inter-RAT ハンドオーバ）に対応し，端末の移動に伴うエリア品質の変化が要因の通信断を回避することで，ユーザビリティ

特 集

3.7GHzor 4.5GHz帯の向上を図っています．
（3） 再接続制御
5G SA システムは，LTE 同様に端末のセル品質劣化検出やハンドオーバ失敗を契機

EN-DC (5G NSA)

NR-DC (5G SA)
図3

EN-DC と NR-DC
図3 EN-DCとNR-DC

まっている上り通信のユーザ体感の向上が期待されます．

cessing）を実施します．とした再接続制御に対応することで，早期の通信断の回復を実現します．
■その他の呼制御（1） 音声制御
5G SA サ ー ビ ス 開 始 初 期 に お い て は，

以下では，スマートフォン対応5G SA

5G SA システムは音声機能に非対応のた■下りリンク変調方式の拡張（256QAM）

方式サービスの開始で導入した呼処理制

め，LTE システムが音声サービスを提供し

下 り 通 信 に 用 い る PDSCH（Physical

御機能のうち，主な機能に関して解説します．5G SA で待受け，もしくは通信中

Downlink Shared CHannel）＊8 の変調方

ます．の端末に音声サービスを提供する際は，式に関して，28 GHz 帯において従来は最■モビリティ

LTE 回線交換システムへの EPS（Evolved

大 64QAM（Quadrature Ampli-tude（1） 待受け制御

Packet System）フォールバック＊12 のた

Modulation）の適用でした．3GPP（Third5G SA システムは，待受け状態の端末にめの LTE へのリダイレクション＊13 を行い，Generation Partnership Project）Re-対して，接続手順に必要となるシステム報LTE システムで音声サービスの提供を行いlease -16仕様で，28 GHz 帯の下りリンク

知情報 の配信，着信時のページング配信，ます．

256QAM に関する性能が新たに規定され優先待受けシステムの指定を行い，待受けたことを受け，NTT ドコモでは5G SA 方状態の端末を管理しています．

＊9式の導入に合わせて本変調方式を導入しま• システム報知情報配信：5G SA システ

した．

ムは，LTE 同様に端末がセルへの接続

256QAM の適用によって 1 サブキャリ手順に必要となるシステム情報などのア当り最大 8 ビットを送信することが可能

報知情報〔MIB（Master Informationとなり，従来の64QAM（ 1 サブキャリア＊10Block）/ SIB（System Information

当り最大 6 ビット送信）と比較して約1.3＊11Block）〕の配信に対応します．また，倍のピークレート向上を実現します．

LTE システム 側でも，SIB24で の 周辺
5G SA セル情報の配信に対応します．

5G SA システムでの呼処理制御の導入
NSAシステムでは，LTEバンドがアンカーとなる方式であるのに対し，5G SA システ• ページング配信：5G SA システムは，LTE 同様に，着信時に5G SA 待受け中の端末を呼び出すページング配信に対応します．
• 優先待受けシステムの指定：5G SA シ

ムでは，NR バンドをアンカーとして，サーステムは，LTE 同様に端末の優先待受ビスを提供します．

け RAT（Radio Access Technolo-

NR をアンカーバンドとするため，gNBgy）を指定でき，5G SA システム優先

で端末・コアノードとの制御信号でのやりか LTE システム優先かを指定する制御取りを行い，これにより待受けやハンドオーに対応します．また，LTE システムでバなどのモビリティや音声，ネットワークも，5G SA システムのエリアの広さやスライシングなどの呼処理制御（Call Pro-

端末の能力や契約情報に基づいて，端＊7 周
 波数利用効率：単位時間，単位周波数帯域当りに送ることのできる情報ビット数．
＊8 P
 DSCH：下りリンクでデータパケットを送受信するために用いる物理チャネル．
＊9 報
 知情報：移動端末における位置登録要否の判断に必要となる位置登録エリア番号，周辺セル情報とそのセルへ在圏するための電波品質などの情報，および発信規制制御を行うための情報などを含み，セルごとに一斉同報されます．
＊10 M
 IB：無線基地局から移動端末へ一斉同報される報知情報を受信するために必要な報知情報であり，cellBarred 状態情報や物理層の情報などが含まれます．
＊11 S
 IB：無線基地局から移動端末へ一斉同報される報知情報は，無線ブロックに分割されており，そのブロック単位を示します．SIB の
うち SIB1には，ランダムアクセスを行うために必要な UL キャリア情報やランダムアクセス信号構成情報などが含まれます．
＊12 フ ォールバック：音声発着信時に移動端末を5G SAシステムから，それと重なって存在するLTEシステム回線交換ドメインに切り替える機能．
＊13 リ
 ダイレクション：端末とネットワーク間の通信を一度切断し端末を待受け状態とした
あと，端末からの再接続要求信号により接続した通信セル・基地局において通信を再開する通信技術．

2023.1247

特 集 2

5G SA方式におけるコアネットワーク技術概要と無線基地局装置の開発

（2） ネットワークスライシング制御■主な特徴
NR の規制では，保守者がオペレーショを実施します．輻輳状態の判定については，を異なるサービス要求条件に応じた複数のンにより手動で規制の実施・解除を行う機パラメータ変更によって柔軟にチューニンスライスに分ける，ネットワークスライシ

能と，gNB が装置負荷状況をかんがみ，自グすることができます．NR では，規制率ング制御に対応します．

動で規制の実施・解除を行う機能を有しまの変更に加え，装置ごとの過負荷状態の判（3） LTE 同等機能への対応す．また，規制の実施状態が変化した場合定ロジックの実装により，装置の特性に合わせた規制が可能となっています．

5G SA システムは，その他，既存 LTE シは，gNB からオペレーションシステムへ随ステムと同等の制御を実現可能とするため，時最新の状態が通知され，保守者がリアル実現手段としては，報知情報（SIB1）の次のような処理を可能とする手順，メッセー

タイムで gNB の規制状態を監視可能な機

barringInfoSet の設定内容を更新することジもサポートされています．

能を有します．

で UAC 規制としています．

• 緊急地震速報配信

規制機能としては大きく「アクセス不可（4） 段階規制解除•N AS（Non-Access Stratum）メッセー規制」「工事中規制」「UAC 規制」「段階規ジ転送制解除」の 4 つが存在します．

することによる gNB と上位ノードへの大•R RC（Radio Resource Control） コ（1） アクセス不可規制

量アクセスを防ぐため，自動で段階的に規制率を下げていき，呼を徐々に入れていく

ネクション管理

アクセス不可規制では，主に装置や回線• 無線ベアラ管理の故障により SA サービスが提供できなく• 無線セキュリティ設定なった場合に，すべての端末からのアクセ• 測定項目設定，報告制御

スを自動で規制します．実現手段として，• 対向ノード間の NG/Xn リンク管理

報知情報（MIB）の cellBarred を barredとすることでアクセス不可規制としてい｢安心・安全」を実現するためのアクセス規制機能の導入

装置や回線の復旧時に，一気に呼が流入機能を有します．

あとがき
本稿では，5G SA 方式の商用サービス提ます．

供を行うための無線基地局装置について解（2） 工事中規制説しました．今後もタイムリーに機能拡張工事中規制を実施することで，サービスを実施し，5G の特長を活かしたサービス

スマートフォン対応5G SA 方式サービス開始前などに，保守用の端末などの特定呼をさまざまなパートナーと協創することで，において，NTT ドコモでは「安心・安全」のみアクセス可能とすることができます．

豊かな社会の実現に貢献していきます．

を実現するための NR のアクセス規制機能

実 現 手 段として，報 知 情 報（SIB1）のを導入します．以下では NR のアクセス規

cellReserved-ForOperatorUse を Re-制機能の導入目的および機能概要についてserved とすることで工事中規制としてい解説します．

ます．

■背景・目的（3） U
 AC（Unified Access Control）

高速・大容量時代の移動通信システムにおいて，さまざまな環境下でも安定したサー規制

ビスを維持するうえで，通信トラフィック・たアクセス規制方式を統一した UAC 規制

輻輳制御の重要性は極めて高いものです．

を新たに実装しました．UAC では端末に

5G SA システムでは，無線区間におけるおける各種通信要求は 1 つの Access Cat-

端末からの接続要求信号を規制し，緊急呼egory と 1 つ 以 上 の Access Identity になどの重要通信の接続性を確保しつつネッマッピングされ，gNB はこの組合せごとにトワーク装置を保全するためのトラフィッ規制が可能となります．

ク制御技術を採用・実装しています．また，

呼 種 別 は Access Category と Access

遠隔監視作業者によるネットワークコント

Identity に分類され，音声通話・データなロール＊14 実現の一手段としての手動アク

どのサービス種別単位を規制対象として指セス規制や，装置負荷軽減を目的とした自定することができます．保守者は装置の負動アクセス規制・段階規制制御解除機能を荷 状 況やトラフィックの変 化を監 視し，具備しています．

UAC 規制を手動で実施することができま＊14 ネ ットワークコントロール：災害時などにおいて通信設備の処理能力を大幅に上回る通信の集中によりネットワーク障害を引き起こすおそれのある場合に，重要通信の確保を目的に，ネットワーク側で通信を制限すること．

2023.12■参考文献（1） 寒河江・澤向・大渡・清嶋・神原・高橋：“5Gネットワーク，” NTT DOCOMOテクニカル・
ジャーナル，Vol.28，No.2, pp.24-38，July
2020.

NR では，LTE において複数存在していす．また，装置自律での UAC 規制機能も48

自動で適切な呼種別，規制率で UAC 規制

5G SA システムは，単一のネットワーク有し，gNB もしくは上位ノードが過負荷状態となり輻輳と判断された場合に，gNB 自身と，上位ノードから通知された上位ノードの過負荷状態の両者を考慮し，gNB は（左から）齊藤  敬佑/ 長嶋   嶺 / 星﨑  祐哉 / 宇野  暢一
5G SA 方式を実現する5G 無線基地局装置の開発
内容を紹介しました．引き続きネットワークの高機能化に取り組み，新たな価値提供・新たな産業創出をめざします．

◆問い合わせ先NTTドコモR&D 戦略部
E-mail dtj

nttdocomo.com