5Gネットワーク

（特集）

5G/NR

Sub6/mmW

ノンスタンドアローン

5G特集⑴ ―社会課題解決・社会変革実現に向けたドコモの挑戦―

NTT DOCOMO Technical Journal

5Gネットワークさ

無線アクセス開発部

がドコモ・テクノロジ株式会社 パケットNW事業部

ゆうた

さわむかい しんすけ

おおわたり ゆうすけ

きよしま こうへい

大渡 裕介

清嶋 耕平

かんばら

ネットワーク開発部

え寒河江 佑太†1 澤向 信輔
けいいち

神原 恵一†2
たかはし

じょう

高橋

匠

2020年3月にドコモは5G商用サービスを開始した．ドコモでは5G導入に際し，LTEで提供している機能／エリアを最大限活用することで，早期提供と安定した品質確保を実現している．
本稿では，5G商用サービスを提供するために実施した無線基地局装置，コアネットワー
ク装置の開発内容について解説する．

続き，2020年3月に5G商用サービスを開始し，2020

1. まえがき

年7月6日時点において契約者数が17万件を超してい第5世代移動通信システム（5G）は高速・大容量，る．今後，5G需要の増加が見込まれていることか

低遅延，多数端末接続の特長を有しており，動画・ら，端末ラインナップの充実，5G提供エリアの拡サービスなどコンテンツのさらなるリッチ化などへ

大を順次行っていく．

の対応に加え，従来では困難であった社会的課題の本稿では，5G商用サービス提供を行うための無解決や新たな産業創出が可能となることにも期待が

線基地局装置，およびコアネットワーク＊1装置の開高まっている．

発内容について解説する．なお，5Gの特長である

ドコモは2019年9月に開始した5Gプレサービスに©2020 NTT DOCOMO, INC.
本誌掲載記事の無断転載を禁じます．
本誌に掲載されている社名，製品およびソフトウエア，サービスなどの名称は，各社の商標または登録商標．

高速・大容量，低遅延，多数端末や構成システムに†1†2

現在，経営企画部
現在，㈱ドコモCS ソリューションインテグレーション部＊1

コアネットワーク：交換機，加入者情報管理装置などで構成されるネットワーク．移動端末は無線アクセスネットワークを経由してコアネットワークとの通信を行う．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 24 ―

5Gネットワーク

サービスをスポット的に展開することが期待されて関する技術的な概要は前号を参照されたい［1］．

いる．しかし，一般に高い周波数であるほど電波が飛びづらいため，既存LTE周波数やSub6帯と組みNTT DOCOMO Technical Journal

2. 5G向け周波数の概要

合わせたヘテロジニアス・ネットワークを構築して5Gにおいては，ユースケース，利用シナリオないく必要がある．加えて，高周波数帯においてはどに応じたネットワークが求められており，技術面

アンテナの小型化が容易であり，Massive MIMO

では，新たな無線技術（5G NR（New Radio））の＊3（Massive Multiple Input Multiple Output）によ採用，既存の周波数帯に加え，より高い周波数帯をるMIMO技術の高度化を活用したネットワーク展

活用することなどが求められている［2］．5Gの技開が期待される．

術的な概要は前号で記載しているため，5G向け周さらに，国内では5G向け国内周波数帯において波数として，国内割当てで議論された周波数帯の概既存システムが運用されており，その既存事業者と要を解説する．そのうえで，各周波数帯の技術的特の共存・棲分けが重要である．特に3.7GHz帯は衛星

徴について解説する．

システム事業者が利用しており，衛星システムとの5G向け国内周波数帯として，3.7GHz帯（3.6〜

システム間の干渉調整を実施しながらの展開となる

4.1GHz），4.5GHz帯（4.5〜4.6GHz），および，28GHz

ため，5G早期展開に有力な周波数帯として4.5GHz

帯（27.0〜29.5GHz，うち28.2〜29.1GHzは非割当て）

帯が注目されている（図1）．また，海外動向に注の3つの周波数帯が割り当てられている（表1）．特目すると3.7GHz帯や28GHz帯はすでに各国で利用に 前 者 2 つ の 周 波 数 帯 が Sub6 帯 ， 後 者 が mmW開始がされており，端末の対応状況や今後のロー＊2（millimeter Wave）帯 と呼ばれている．

ミング対応の観点から，今後の5G特有の高速大容

Sub6帯は，5G国内周波数において100MHz幅／

量などのサービス展開において有力である．これら事業者と，LTEと比較して広帯域利用が可能であの周波数の特徴，既存事業者との共存，そして，グ

り，かつ，LTE 3.5GHz帯と同様のカバレッジを実

ローバル動向などを踏まえ，それぞれの周波数帯の現することが可能となる．一方でmmW帯は，これ強みを最大限活用した商用展開を実施していく．

までLTEで利用してきた周波数とは大きく異なり，

これら国内周波数に対して，総務省による開設計

超広帯域の割当てにより数Gbpsの高速伝送による画の認定［3］の結果，ドコモはSub6帯については

表1

国内5G周波数の特徴

3.7GHz帯

4.5GHz帯

28GHz帯

割当周波数

3.6〜4.1GHz（500MHz幅）

4.5〜4.6GHz（100MHz幅）

27.0〜28.2GHz
29.1〜29.5GHz（1.6GHz幅）

割当帯域幅100MHz幅／オペレータ

100MHz幅／オペレータ

400MHz幅／オペレータ

Massive MIMOの活用

Beamformingによるカバレッジ拡張

MIMO多重に活用

他システムとの利用状況

衛星システム

航空機電波高度計

衛星システム海外動向

中国，韓国，欧州，米国

将来的に中国が利用予定

米国，韓国

＊2

mmW帯：周波数帯域の区分の1つ．30GHzから300GHzの周波数であり，5Gで利用される周波数である28GHz帯を含めて慣習
的にミリ波と呼ぶ．

＊3

Massive MIMO：非常に多数のアンテナを用いるMIMO伝送技術の総称．MIMOとは同一時間，同一周波数において複数の送受信アンテナを用いて信号の伝送を行い，通信品質および周波数利用効率の向上を実現する信号技術．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 25 ―

3.6 〜 3.7GHz お よ び 4.5 〜 4.6GHz の 合 計 200MHz ，周波数の有効利用の観点で，隣接する携帯事業者間

mmW帯は27.4〜27.8GHzの400MHzが割り当てられで同じ下り／上りリソース割当て（TDD Config＊5）ている（図2）．これにより，下りピークレートとを利用しなければならない．国内においては，3GPP

し て ， 既 存 LTEシ ス テ ム と 組 み 合 わ せ る こ と で（3rd Generation Partnership Project）で合意されSub6帯では3.4Gbps，mmW帯では4.1Gbpsを提供可ているTDD Configを基に，データトラフィック量能である（表2）．

や今後の5Gサービス予測をかんがみた上で，図3にSub6帯およ び28GHz帯 は TDD（Time Division＊4

Duplex） バンドとして割当てが行われているが，

LTEAdvanced

示すTDD Configでの運用を実施することとなっている．特に3.7GHz帯は隣接するLTE 3.5GHzとの干3.7GHz帯

4.5GHz帯

互いに干渉しないように同一のTDD Configでの運用が必要

隣接周波数にて運用がな
いため独自のTDD Config
が利用可能
航空機
電波高度計

固定衛星通信（ダウンリンク）

3,400MHz3,600MHz

4,200MHz

図1

KDDI
沖縄セルラー

NTTドコモ3,600MHz

4,400MHz

3.7GHz帯の周波数割り当てとLTE 3.5GHz帯の関係

3,700MHz

楽天モバイル3,800MHz

ソフトバンク3,900MHzKDDI
沖縄セルラー

4,000MHz

4,100MHz

NTTドコモ4,600MHz

楽天モバイル
27.0GHz

NTTドコモ27.4GHz＊4

KDDI
沖縄セルラー

27.8GHz

図2～

4,500MHz

ソフトバンク28.2GHz～NTT DOCOMO Technical Journal

5Gネットワーク

29.1GHz

29.5GHz5G周波数の国内割当て

TDD：双方向の送受信方式の1つ．上りリンクと下りリンクに同一の周波数帯を使用し，異なる時間を割り当てることにより双方向通信が可能．

＊5

TDD Config：TDDの上下スロットをどのように配分するかを決定するパラメータ．3GPP仕様にて規定されている．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 26 ―

5Gネットワーク

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表2

技術的特徴

Sub6帯

㎜W帯

Massive MIMOの活用方法

MIMO多重に活用

Beamformingによるカバレッジ拡張

カバレッジの考え方

LTE 3.5GHz帯と同様のカバレッジ

広帯域を活用した高スループットを提供
スポット的な展開

ピークレート（3GPP規格値，LTE含む）

下り3.4Gbps／上り182Mbps

下り4.1Gbps／上り480Mbps

MIMO数

下り4×4／上りSISO

下り・上り2×2MIMO

変調方式

下り256QAM／上り64QAM

下り・上り64QAM（Sub6 NR）
DL 4

DD DDDDDS UUDDDDDDDS UU（3.5G LTE） D
D

D

U

D

S

U

D

D

D

（28G NR） D

U

D

S

D

D

UL 1
S

U

U

*3.5G LTEとの干渉低減のため，同一リソースタイミングとなるように設計

D 下りリソースU

S 下り・上り切替えリソース

上りリソース

図3 国内周波数で利用されるTDD Config

渉を軽減させるために，同一タイミングにおいて，装置である高密度BDE（Base station Digital pro-

下り／上りリソースを使用するように設計されてい＊8を拡張して開発し，加えて，cessing Equipment）

る（図3）．また，ドコモのみが獲得した4.5GHz帯

電波の送受信機能などをもつ5G無線部（RU：Radioにおいては，ユースケースに応じた独自のTDD

Unit＊9 ）を新規に開発した．また，より多くのRU

Configを設定し，周波数を有効に活用していく．

を1台のCUに収容するために，LTEにおいて導入していたフロントホール分配装置（FHM：FrontHaul＊10
Multiplexer）［4］の5G対応版である5G FHMを

3. 5G商用開発開発した．これらの装置について概要を以下に解説

3.1 5G基地局装置開発

する．

5Gにおけるネットワーク構成を図4に示す．5Gの⑴CU⒜開発コンセプト

サービス開始に向けドコモは，5Gに対応したベー＊6

5G サ ー ビ ス の ス ム ー ズ な 展 開 に 向 け ，スバンド（BB：Base Band） 信号処理部を集約し＊7

3G/LTE/LTE-Advancedに対応したBB信号処

た親局（CU：Central Unit ）を，既存のBB処理

＊6
＊7
＊8

ベースバンド（BB）：デジタル信号処理を行う回路またはその機能ブロック．
CU：5Gシステムにおける無線基地局装置のデジタル信号処理
部分．ベースバンド処理部や保守監視機能を備えている．
BDE：LTEシステムにおける無線基地局装置のデジタル信号処
理部分．ベースバンド処理部や保守監視機能を備えている．

＊9

RU：フロントホールを介してベースバンド処理部と接続される無線装置．Massive MIMOにおけるビーム生成に必要な処理についても行う．
＊10 フロントホール分配装置（FHM）：ベースバンド処理部と無線装置の間のフロントホール回線を複数に分配する装置．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 27 ―

5Gネットワーク

郊 外

マクロセル

NTT DOCOMO Technical Journal＜5G無線部＞
RRU＜ベースバンド信号処理部＞
5G CU

都市中心部／都心部など

LTE BDE

スモールセルO-RAN X2インタフェース
O-RAN フロントホール
5G FHM＜5G無線部＞
SRU
5Gエリア
LTE/LTE-Advancedエリア

図4

5Gネットワーク構成

理を行う既存の高密度BDEを最大限活用し，ぞれ搭載することで，1台のCUにおいて，3G

高密度BDEの一部のカード交換，および5G対から5Gの3世代に対応したネットワークを構築

応ソフトウェアへのアップグレードにより，既することが可能となる．

存装置を置き換えることなく，工事期間や設備

既存のLTE-Advancedではドコモが提唱する投資を抑えてエリア構築が可能なCUを開発し＊11
高度化C-RAN（Centralized RAN）
アーキテ

た．

クチャ［5］を採用していたが，5Gにおいても⒝CU基本仕様

本アーキテクチャに対応しており，CU・RU間

今回開発したCUの装置外観例を写真1に示す．

はフロントホールを介して接続する．このフまた，本装置は以下のような特徴を有する（表3）．

ロントホールは，ドコモを含めたオペレータ5

これまでに述べたように，本装置は既存装置

社により2018年2月に設立したO-RAN（Openである高密度BDEの一部のカード交換によりRAN）Allianceで標準化を進められ，異なる5Gに対応した機能が実現可能となっている．

ベンダ間の相互接続を可能とするO-RANフロン

また，今後のソフトウェアアップグレードによトホール仕様に，5Gサービス導入当初から準り，従来の3G/LTE/LTE-Advancedに対応し拠しており，同仕様に準拠したCU・RUはベン

たソフトウェアと5G対応ソフトウェアをそれ

ダを問わず接続可能としている．また，基地＊11 高度化C-RAN：ドコモが提唱する新しいネットワークアーキテ
クチャで，LTE-Advancedの主要な技術であるキャリアアグリ
ゲーション技術を活用し，広域エリアをカバーするマクロセルと局所的なエリアをカバーするスモールセルを同一の基地局制
御部により高度に連携させる無線アクセスネットワーク．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 28 ―

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5Gネットワーク

写真1

表3

CU外観例

CUの基本仕様

3.7・4.5GHz帯

28GHz帯（予定）

対応方式

5G

セル数

6セル以上

下り最大通信速度（1セル当り）

3.4Gbps以上※

4.1Gbps以上※

収容ユーザ数（1セル当り）

1,500ユーザ

消費電力

4kW以下
※今後対応予定

来の高密度BDEと同等を実現した．

局装置同士を接続するための仕様についても
O-RAN標準仕様に準拠しており，5G対応のCU⑵RUとLTE-Advanced対応の高密度BDEについて⒜開発コンセプト

異なるベンダ間の接続を可能としている［6］．

ドコモでは，5Gサービス導入当初から柔軟な

これにより，ドコモでは既存の高密度BDEのエリア構築を可能とするため，2019年9月の5G

ベンダに依存せずにCUを導入可能となり，既プレサービス開始に合わせ，導入時の周波数帯

存資産を活かしつつスピーディに必要な場所にである3.7GHz帯，4.5GHz帯，および28GHz帯

柔軟にエリア展開することが可能である．なお，にそれぞれ対応した，スモールセル用のRUとCU1台につき，6本以上のフロントホール接続

なる小型低出力張出しRU（SRU：low powerが可能となっており，それぞれのフロントホー

Small Radio Unit）を開発した．また，5Gエリルに対して接続先のRUを選択可能にしている．

アの早期拡大に向け，郊外などにおける効率的

5GではLTE-Advancedに比較してさらなる広なエリア化の実現を可能としたマクロセル用の帯域伝送に対応するため，フロントホール伝送

RUである張 出しRU（RRU：Regular power

レートを従来の最大9.8Gbpsから最大25GbpsにRadio Unit）についても開発した．

拡張しながら，CU・RU間の光張出し距離は従5G機能の1つとして，他セルへの干渉低減を

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 29 ―

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3.7GHz帯・4.5GHz帯では標準仕様上最大8ビー

図り，ユーザ体感品質の向上が期待できる＊12

機能がある．本機能に対応し

ム，28GHz帯では標準仕様上最大64ビームであたアンテナ・5G無線部一体型の装置（アンテり，ドコモで利用するTDD Configなどに応じ

ナ一体型RU）を開発するとともに，既設のた送受信ビーム数にてエリアを形成可能として

3G/LTE/LTE-Advanced向けの無線装置（RE：いる．また，送受信ブランチ数は3.7GHz帯・

Beamforming

NTT DOCOMO Technical Journal＊13

Radio Equipment） に本装置を併設できるよ

4.5GHz帯では4,28GHz帯では2とし，1台で前者

うにスペースなどが限られた箇所に対して柔軟は最大4レイヤ＊14，後者は最大2レイヤのMIMOに設置可能とすることを目的として，アンテ送受信が可能である．
アンテナ分離型SRUについては，設置性を考ナ・5G無線部分離型の装置（アンテナ分離型

慮して省スペース化を目的とし，従来のRE同RU）を開発した．

様に無線部のみの構成としており，SRUとアン⒝SRU基本仕様
SRUは，これまでに述べたように柔軟なエ

テナを別の場所に設置することが可能である．

リア構築を可能とすることを目的とし，5Gプ

なお，同周波数帯に対応したアンテナ一体型SRU

レサービス開始当初から，3.7GHz帯・4.5GHzと比較して装置容積を低減し，6.5ℓ以下を実現

帯・28GHz帯にそれぞれ対応したアンテナ一体した．アンテナ分離型SRUでは，Beamforming

型SRU，および3.7GHz帯・4.5GHz帯にそれぞ機能には非対応となっているものの，同周波数

れ 対 応 し た ア ン テ ナ 分 離 型 SRU を 開 発 し た

帯のアンテナ一体型SRU同様に送受信ブラン（写真2）．これらの装置は以下のような特徴を

チ数は4としている．
⒞RRU基本仕様有する（表4）．
アンテナ一体型RUについては，Beamforming

RRUは，5Gエリアの早期拡大に向け，SRU

機能を実現するアンテナパネルを具備している．

と比較して高出力の装置として，5Gサービス⒜アンテナ一体型SRU⒝アンテナ分離型SRU
写真2＊12 Beamforming：送信信号に指向性をもたせることで，特定方向の信号電力を増加／低下させる技術．複数のアンテナ素子（RF装置）の位相制御により指向性を形成するアナログビーム
フォーミングと，ベースバンド部において位相制御するデジタ
ルビームフォーミングが存在する．
＊13 無線装置（RE）：フロントホールを介してベースバンド処理部

SRU外観例と接続される無線装置．
＊14 レイヤ：MIMOにおいて同時に送信するストリームの数．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 30 ―

5Gネットワーク

展開に合わせて開発された（写真3）．本装置

離型SRUと同様のMIMO送受信レイヤ数を実は以下のような特徴を有する（表5）．

現している．

5Gの広帯域幅をサポートするために，従来のドコモでは，引き続きアンテナ一体型RRU

マクロセル用RE（RRE：Remote Radio Equip-についても導入予定であり，今後は設置場所な

NTT DOCOMO Technical Journal

ment

＊15

どをかんがみながらそれぞれの機種を活用して）と比較して装置サイズが大きくなる

柔軟に5Gエリアを構築していく予定である．

傾向となるが，最新のデバイス動向をかんがみ，
早期に省スペース化・軽量化が期待できるアン⑶5G FHM

テナ分離型を先行開発して導入した．最大送信

5G FHMは，フロントホール上の無線信号を最大

出力はマクロセルのエリア半径を考慮し，12分配，合成する機能をもつ装置であり，RRU同様

36.3W／100MHz／ブランチ＊16とした．また，に5Gサービス展開に合わせて開発された（写真4）．
5G FHMを用いない場合は，1台のRUごとに1セ送受信ブランチ数は4としており，アンテナ分
表4

SRUの基本仕様

アンテナ一体型SRU

アンテナ分離型SRU

周波数帯

3.7GHz帯

4.5GHz帯

28GHz帯

3.7GHz帯

4.5GHz帯

最大送信電力−−−2.76W／100MHz／ブランチ

4.58W／100MHz／ブランチ

最大EIRP

19.5W／100MHz／ブランチ

32.4W／100MHz／ブランチ

2.09W／100MHz
／ブランチ

−

−

ブランチ数

4

2

4

サイズ

7ℓ以下

6.5ℓ以下

装置重量

7kg以下

8kg以下

消費電力
電

400W以下源

AC 100V／200V

表5

RRUの基本仕様例
アンテナ分離型RRU

写真3

周波数帯

3.7GHz帯

最大送信電力

36.3W／100MHz／ブランチ

ブランチ数

4

サイズ

18ℓ以下

装置重量

16kg以下

消費電力

1kW以下

電

DC −48V源

RRU外観例＊15 RRE：光ファイバなどを使って基地局から離れた場所に設置した基地局無線装置．
＊16 ブランチ：本稿では，アンテナおよびRF送受信機の総称．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 31 ―

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5Gネットワーク

ルとして収容するが，5G FHMを用いることにより，セスネットワーク＊18技術としてLTE-NR Dual Con-

最大12台のRUを1セルとしてCUに収容可能となり，

nectivity ＊19 ，Beam Management技術，NR高速化

5Gサービス開始当初，必要な無線容量が少ない場

対応に関する技術概要を解説する．

所のエリア化において，より多くのRUを1台のCU⑴RANの構成に収容することが可能である（図5）．また，従来

5G商用サービス展開にあたっては，ドコモはNRのFHM同様，全RUが同一セルの無線信号の送受信の特徴の1つであるノンスタンドアローン運用にてを行うため，RU間の干渉や，RU間をまたがるハンサービスを提供している．ノンスタンドアローン＊17

ドオーバ（HO：Hand Over） 制御の発生を抑止と は ， NR単 独 で は エ リ ア 提 供 せ ず ， LTE/LTE-

することが可能である．なお，5G周波数帯である

Advancedのエリアをアンカーとして利用し，サー3.7GHz帯・4.5GHz帯・28GHz帯すべてに対応してビスを提供する運用形態である．図6に示すようおり，それぞれの周波数帯の用途に応じて柔軟にエに，NRのノンスタンドアローン運用においてeNB＊20（evolved NodeB）
は，NRを提供する基地局であリア構築が可能となっている．

るgNB ＊21 とはX2 ＊22 インタフェースを用いて接続

3.2 5G無線アクセスネットワーク対応

する．また，eNBとgNBはEPC（Evolved Packet

5Gサービスを実現するRANの構成と，無線アク

写真4

＊23
Core）
とS1インタフェースを用いて接続する．ノン

5G-FHM外観例

5G FHM導入なし

5G FHM導入あり

最大12台のRUを1セルとして収容

1台のRUごと に1セルとして収容

5G FHMCU

CU

5G FHM

5G FHM

CU

図5

5G FHM導入イメージ＊17 ハンドオーバ（HO）：通信中の端末が移動に伴い基地局をまたがる際，通信を継続させながら基地局を切り替える技術．
＊18 無線アクセスネットワーク：コアネットワークと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．
＊19 Dual Connectivity：マスターとセカンダリの2つの基地局に接続し，それらの基地局でサポートされる複数のコンポーネント
キャリアを用いて送受信することで，広帯域化を実現する技
術．
＊20 eNB：LTE無線を提供する無線基地局．
＊21 gNB：NR無線を提供する無線基地局．
＊22 X2：3GPPで定義されたeNodeB間のリファレンスポイント．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 32 ―

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5GネットワークスタンドアローンではLTEをアンカー ＊24 としていン構成において，UEに対してLTE／NR両方で同時るため，接続性に関してはこれまでと同等の品質レに通信するアーキテクチャがLTE-NR Dual Con-

ベルを実現しつつ，LTE装置との併用による既存

nectivityである（図7）．LTE-NR Dual Connectivi-

ネットワークインフラの活用により早期に商用化を

tyでは，LTE/NRそれぞれの無線リソース ＊25 を同実現した．またeNBとgNB間の接続に際してドコモ時に送るSplit Bearer ＊26 が規定されおり，最大5つらが主導したO-RAN X2仕様に準拠し，LTEとNRのLTEキャリア＊27とNRとの同時送信を実現し，高の，異なるベンダ間における相互接続を可能とした．

速化や柔軟な5G商用サービス展開を可能としていすでに展開されているLTEエリアに対して5Gエリ

る

アを迅速かつ柔軟に展開することもできるように

LTE-NR Dual Connectivityの，LTE基地局がMN＊28（Master Node）となる運用においては，NR側のなった．
今後提供予定のNRのスタンドアローンは，gNB

帯域が大きくなるに連れてLTE基地局側でMCG

のみでサービス提供を可能とするもので，RANは（Master Cell Group）Split Bearerを行う必要があ

新しいコアネットワーク（5GC：5G Core network）

り，そのため，NR装置に比べ能力に制限のあるに接続する．gNB間はXnインタフェースを用いてLTE基地局装置側の増強が必要であり，それに伴接続し，gNB-5GC間はNGインタフェースを用いてう装置開発・運用コストの増加につながる．そこで接続する．

LTE基地局装置の増強を抑えつつ，その装置能力に⑵LTE-NR Dual Connectivity

よるスループットの制約を回避するために，LTE-

前述の通り既存のLTE/LTE-AdvancedとNRとを

NR Dual Connectivityではユーザデータの分岐点を組み合わせてサービス提供するノンスタンドアロー＊29
NR装置であるSN（Secondary Node）
で設定でき

インターネット
インターネット
EPC

eNB
（LTE）

5GC

S1

S1
X2

NG
gNB
（NR）

gNB
（NR）

NR
エリア

NR
エリア

NRエリア

LTEエリア

ノンスタンドアローン運用

スタンドアローン運用

図6

5Gにおけるネットワーク構成＊23 EPC：3GPP移動通信網における主にE-UTRAを収容するコア
ネットワーク．
＊24 アンカー：制御信号もしくは，ユーザベアラの切替え基点となる論理的ノード地点．
＊25 無線リソース：無線チャネル（周波数）割当てに必要となるリソースの総称．

＊26 Split Bearer：Dual Connectivityにおいて，マスターとセカン
ダリの両方の基地局を介して送受信されるベアラ．
＊27 キャリア：情報を伝達するために変調される電波（搬送波）．
＊28 MN：Dual Connectivity中の端末とRRC connectionを確立する
基地局．LTE-NR Dual Connectivityにおいて，MNは，LTE基地局（eNB），もしくはNR基地局（gNB）がなり得る．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 33 ―

NTT DOCOMO Technical Journal

5Gネットワーク

るようにSN terminated split bearer，およびSNいる．またSN terminated MCG BearerはNRのエ

Terminated MCG Bearerが仕様化されている（図8）．

リア外においてもSNからデータ転送を行えるよう

SCG split bearerはユーザデータをSNのキャリアににする方法であり，これにより安定的な通信を実現

伝送しつつMNのキャリアにも転送を行い，SNおしている．

よびMN同時にデータをユーザに伝送できるように⑶Beam Management技術
NRでは新たにBeam Management技術を採用しする方法である．これにより高速化通信を実現して

EPC

S1

S1

X2

eNB
（LTE）

gNB
（NR）

U-Plane

C-PlaneNR
LTE

図7 LTE-NR Dual Connectivity接続イメージ

EPC

MN

LTE

EPC

NR

MN

SN

NR

LTE

NR
エリア

NR
エリア

LTEエリアLTEエリアSN terminated split bearer

SN terminated MCG bearer

図8 SN terminated split bearerおよびSN terminated MCG bearer＊29 SN：Dual Connectivity中の端末に，MNの無線リソースに加えて，追加で端末に無線リソースを提供する基地局．LTE-NR
Dual Connectivityにおいて，SNは，MNがLTE基地局（eNB）の場合はNR基地局（gNB），MNがNR基地局（gNB）の場合はLTE基地局（eNB）がなり得る．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 34 ―

SN

5Gネットワークている．前述のようにアンテナ一体型RUについて

ポーネントキャリア＊33をキャリアアグリゲーション＊34

は複数ビームを形成するような構成となっているすることにより下り最大1.7Gbpsのサービスを提供（図9）．

しているが，ドコモの5Gでは導入当初からLTE/＊30

FR1（Frequency Range 1） ではBB信号に位相

LTE-Advancedの5つのコンポーネントキャリアと回転を与えることによりビーム形成するDigital beam-

NRのDual connectivityを実現しており，NRとしてNTT DOCOMO Technical Journal＊31

3.7GHz 帯 ま た は 4.5GHz 帯 を 利 用 す る 場 合 は 最 大formingを採用し，FR2（Frequency Range 2） ではRF（Radio Frequency）信号＊32

3.4Gbps，NRとして28GHz帯を利用する場合は最大に位相を与える

4.1Gbpsを実現している．

ことによりビーム形成するAnalog beamformingを採用している．NR接続開始時の最適ビーム選択処

また，上り通信においては，28GHz帯において，

理および，UEの移動などによる無線品質変更に伴合計200MHz（2コンポーネントキャリア）をキャ

いビームを変更するビーム切替え処理を具備し，通リアアグリゲーションで同時利用することに加え，信するUEの位置に応じた最適な送受信ビームを使

2×2 MIMOの導入により，合計480Mbpsを実現し用することで，高周波数帯においてもカバレッジのている．

確保を実現している．また，UEの位置に対してさらに，今後，下り通信においては3.7GHz帯とビームを向けることにより，不要な方向への電波の4.5GHzのキャリアアグリゲーション，上り通信に放射が抑制され，セル間の干渉の抑圧効果も期待で

お い て は 28GHz帯 に お け る 400MHz（ 4コ ン ポ ーきる．

ネントキャリア）のキャリアアグリゲーションによ⑷NR高速化対応

りさらなる広帯域利用による高速化を狙う．

5GではLTE/LTE-AdvancedとNRとのDual Con-

3.3 コアネットワーク装置開発

nectivityにてNRも同時に利用することにより，さらなる高速通信が実現される．現在ドコモでは

国際的な標準化団体である3GPPにおいては，5G

LTE/LTE-Advancedにて，下り通信は5つのコンの提供に向けた複数のマイグレーションのアーキテ

・Digital beamforming ・Analog beamforming

・Beamforming

H偏波
I
F
F
T

PRB

TXRU
TXRU

TXRU
V偏波
TXRU

図9

Beamforming技術の種別＊30 FR1：3GPPにおいて規定されている周波数バンドについての分類．FR1：450〜6,000MHz．
＊31 FR2：3GPPにおいて規定されている周波数バンドについての分類．FR2：24,250〜52,600MHz．
＊32 RF信号：無線周波数帯の信号．

＊33 コンポーネントキャリア：使用される搬送波を1つの周波数ブ
ロ ッ ク と し た も の LTE は 最 大 20MHz ， NR は FR1 は 最 大100MHz，FR2は最大400MHz＊34 キャリアアグリゲーション：複数のコンポーネントキャリアを用いて同時に送受信することで広帯域化を実現する技術．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 35 ―

5Gネットワーク⑴Option 3xアーキテクチャ

NTT DOCOMO Technical Journal

クチャが規定されている．3GPPに規定されている
アーキテクチャの一覧を図10に示す．Option 1が前述の通り，装置開発・運用コストを抑制するたLTEで提供しているアーキテクチャであり，5GをめのSCG split bearerによるユーザデータの転送処提供するにあたりOption 2〜5，7の，どのアーキテ理を行っている．つまり制御系信号のやり取りはクチャを採用するかは各オペレータの判断になる．

EPC-eNB 間 で 行 い ， ユ ー ザ デ ー タ の や り 取 り は

ドコモは前述した通り，5G導入当初においてはLTE

EPC-gNB間で行っている．これはOption 3xとしてで商用運用しているEPCを拡張することでNRと接標準上規定さている．

続し，5Gを提供するOption 3アーキテクチャを採

Option 3xアーキテクチャを図11に示す．EPCは用している．これにより，LTE/LTE-AdvancedでeNB と の S1 イ ン タ フ ェ ー ス お よ び UE と の NAS

展開済みの安定した品質を担保可能としつつ，早期＊35（Non-Access Stratum）
インタフェースを拡張すに5Gの商用提供を実現した．なお，5G導入当初はることでNRを収容可能となるため，コアネット

世界的に見て多くのオペレータがOption 3を採用しワーク装置への影響を軽減でき，安定した品質と早ている．

期導入を両立可能なことが最大の特長である．

今後は新しいコアネットワークである5GCの導入⑵高スループット対応

も含め，将来のマイグレーションに向けた検討を続

5Gでは最大で4.1Gbpsの下りスループットを提供

けていく．

し，今後もより高速・大容量通信を実現するために

Option 1

Option 2

Option 3

EPC

5GC

EPC

eNB

gNB

Option 4

Option 5

Option 7

5GC

5GC

5GC

eNB

gNB

eNB

eNB

eNB
C-plane

図10

gNB

gNB
U-plane

5Gへのマイグレーションアーキテクチャ＊35 NAS：UEとコアネットワークとの間の機能レイヤ．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 36 ―

5Gネットワーク

NTT DOCOMO Technical Journal

EPC

eNB

gNB
C-planeUE

図11

U-planeOption 3x アーキテクチャ

開発を続けていく．一方，EPCはさまざまな能力のイノベーションクラウドはMEC（Multi-access Edge

装置が混在しており，5Gの求めるスループットのComputing）＊41 の1つの形態として提供しており，提供が困難な装置も存在する．これらをかんがみ，

コアネットワークを含めたコンピューティングリ

EPCの中でデータ転送処理を担うS/P-GW（Serving

ソースを端末に近いところに配備することでEnd＊36

Gateway/PDN Gateway） を選択する際に，5Gのto Endの通信遅延を短縮することが可能になる．

スループットを提供可能なS/P-GWを選択する開発

さらに接続端末とクラウド基盤間の通信経路を最適を実施した．

化することでネットワーク伝送遅延を短縮する「ク

具体的には，MME（Mobility Management En-

ラウドダイレクト™」も提供する．

＊ 37

ドコモオープンイノベーションクラウドのサービ

tity） でS/P-GWを選択する際にTA（Tracking
＊38

＊39

Area） やAPN（Access Point Name） をキーに

ス概要などは次号以降の特集で扱う予定である．

＊40

DNS（Domain Name System） を引くことで，応答に含まれるレコードからS/P-GWを選択しているが，DNSの応答に含まれるサービスパラメータ（network

4. あとがきcapability）に5G能力を示す値（＋nc-nr）を追加し本稿では，5G商用サービス提供を行うための無

た．5Gユーザに対しては，この値に応じて5Gのス線基地局装置，およびコアネットワーク装置の開発

ループットを提供可能なS/P-GWを選択することで内容について解説した．

高速通信を実現している．

ドコモは5Gを通じてさまざまなパートナーと協⑶低遅延ネットワーク

創し，豊かな社会の実現に貢献するとともに，今後5Gの商用開始と同時にドコモオープンイノベーも先進的で高度な技術開発を進めていく．

ションクラウドの提供も開始した．ドコモオープン＊36 S/P-GW：S-GWは3GPPアクセスシステムを収容する在圏パケットゲートウェイ．P-GWはPDNとの接続点であり，IPアド
レスの割当てや，S-GWへのパケット転送などを行うゲート
ウェイ．
＊37 MME：eNBを収容し，モビリティ制御機能などを提供する論
理ノード．

＊38 TA：1つまたは複数のセルから構成され，ネットワーク上で管理される移動端末の位置を示すセル単位．
＊39 APN：ネットワーク接続によりデータ通信を行う際，接続先として設定するアドレス名．
＊40 DNS：IPネットワーク上のホスト名とIPアドレスの対応付けを行うシステム．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 37 ―

5Gネットワーク

文

献［4］ 藤井，ほか：“3.5GHz帯TD-LTE導入に向けた基地局装［1］ 古城，ほか：“5G商用サービス概要，” 本誌，Vol.28，
No.1，pp.6-10，Apr. 2020.
［2］ 総務省：“情報通信審議会

置の開発，” 本誌，Vol.24，No.2，pp.8-13，Jul. 2016.
［5］ 吉原，ほか：“高度化C-RANアーキテクチャを実現する

情報通信技術分科会

新世

無線装置およびアンテナの開発，” 本誌，Vol.23，No.2，

代モバイル通信システム委員会報告（平成30年7月31日），” Jul. 2018.

pp.19-24，Jul. 2015.
［6］ NTTドコモ報道発表資料：“（お知らせ）世界初，O-RAN

NTT DOCOMO Technical Journal

https://www.soumu.go.jp/main̲content/000567504.pdf［3］ 総務省：“第5世代移動通信システムの導入のための特国際標準仕様を用いた4G・5Gマルチベンダー基地局を
5Gプレサービスで運用開始，” Sep. 2019.

定基地局の開設計画の認定，” Apr. 2019.

https://www.nttdocomo.co.jp/info/news̲release/2019/https://www.soumu.go.jp/menu̲news/s-news/01kiban14̲02000378.html

09/18̲01.html＊41 MEC：ユーザに近い位置にサーバを設置したシステムのこと．
通常サーバはインターネット上に設置されるが，MECサーバは
キャリア網内に設置することで，遅延を減らすことができる．
これにより，通信の応答速度（レスポンス）を大幅に向上させる．

NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 28 No. 2（Jul. 2020）― 38 ―