5G（第5世代移动通信）

5Gとは

5G（第5世代移动通信）とは，4G LTEに続く次世代の移动通信システムです。现行の4G（第4世代移动通信），LTEと比较して5G通信では，通信速度の超高速化や通信システムの大容量化といった性能向上が目标とされています.5Gの无线仕様である5G NR（新无线电）は，移动通信システムの标准化団体である3GPPによって，2018年6月に5G相位1となる15版本の策定が完了しました。

5G実用化の2020年までに急増する通信量

近年，スマートフォンやタブレットの急速な普及により，高画质の动画视聴やAR（拡张现実）を使用するアプリケーション，ゲームなどインターネットを利用する场面は急増しています。また，5Gは物联网や自动运転など，低遅延で高速に大容量のデータを送受信できる通信技术への要求が高まるアプリケーションの开発を加速させるテクノロジーとして期待されています。自动车以外でも，交通や农业，エネルギー，医疗·ヘルスケア分野など，的IoTの広がりにより，今后さまざまな分野で的IoTデバイスやセンサが5Gネットワークに接続されるようになると考えられ，通信量はさらなる増大が见込まれています。2010年から通信量は毎年2倍に増加しており，5Gが実用化される2020年には2010年の1000倍に至ると予测されています。

5Gを活用した様々なサービスが検讨されています。オリンピック会场のような大规模なイベントが行われているエリアでは，无线通信を利用した様々なサービスも検讨されているため，スポット的に激増する通信量に柔软に対応する必要があり，4G LTEよりもはるかに进化した5Gの技术革新なしでは，新たなサービス実现が困难な状况です。

5G（第5世代移动通信）が目指すあらゆるモノが无线通信でつながる世界

5Gに求められる条件

これまで以上に高度かつ幅広いサービスが求められる中，世界の70亿のヒト，7兆个のモノが接続できる环境を2020年に実现するため，5Gには以下の条件が検讨されています。

收容容量：2010年と比较して1000倍
通信速度：ピークデータレート的10Gbps以上
超低遅延：无线区间遅延1毫秒以下
省电力：90％のエネルギー削减

5Gの构成技术

5Gに求められる条件を満たすため，现在，5Gの技术研究が世界中で盛んに进められています。日本では，电子情报通信学会无线通信システム研究会（RCS）や，2014年に设立された，第5世代モバイル推进フォーラム（5GMF）が中心となり，5G通信を支える技术の研究を进めています。收容容量や通信速度など，5G通信に求められる高度で复雑な条件をクリアするには，以下の复数の先端技术の组み合わせが必要となります。

准ミリ波，ミリ波の利用

5Gでは，6GHz的以上の准ミリ波，ミリ波といった，3Gや4G LTEよりも高い周波数の利用が検讨されています。広帯域が确保できる一方で，3Gや4G LTEで使用されている周波数と比较すると直进性が强い，天候などの影响を受けやすく伝播距离が短いなどの课题があり，これまでの技术だけでは，セルラーシステムでの利用は困难です。

大规模的MIMO /ビームフォーミング

直进性が强く，伝送距离が短くなる准ミリ波，ミリ波を效率よく利用するためには，多くのアンテナを利用し，电波の位相や强度を変更することで指向性を持たせ，目的の方向にビームを向ける大规模MIMOやビームフォーミングの技术が5Gには不可欠です。

ヘテロジニアスネットワーク

5Gは现行の4G LTEと置き换わるものではなく，无线网络も含めた既存システムと共存するシステムです。ヘテロジニアスネットワークにより，规格や伝送距离が异なる无线システムを组み合わせ，それぞれのユーザーに最适なシステムを割り当てることで，周波数利用效率を向上させる技术が5Gの実用化を前に検讨されています。

ピコセル/フェムトセル

ピコセル，フェムトセルは，マクロセルと比较して，送信出力が低くエリア半径が小さい小型の基地局を指します。屋内，电柱，街灯などへの设置も可能なサイズで低コストのため配置がしやすいというメリットがあります.5G通信向けに検讨されている伝播距离の短い周波数では，ピコセルやフェムトセルなどのスモールセルを多数配置し，マクロセルと连携して（ヘテロジニアスネットワーク），トラフィックの向上を目指しています。

NOMA

NOMAは，ひとつのサブバンドに复数のユーザー情报を多重することでスループットの向上を目指した技术です.NTTドコモが主导となり研究が行われており，ユーザー间の干渉が発生するものの，受信侧に逐次干渉キャンセラを用いることで，特にチャネルの状态が大きく异なるユーザー同士を多重した场合に，高い效果が见込まれます。

キャリアアグリゲーション

キャリアアグリゲーションとは，复数の搬送波を束ねることで，広い帯域を确保し高速に通信を行う技术です。连続した周波数だけでなく，离れた周波数も束ねることができるため，帯域が十分取れない周波数の活用もできる技术です。

5G（第5世代移动通信）のサービスイメージ図

MATLAB 万博1manbetx/ Simulink环境を利用した5G开発

従来の无线通信システム开発には，それぞれの开発フェーズで异なるツールを使用し，异なる指标で评価が行われてきました。同じ内容のテストベンチをそれぞれのフェーズで异なる环境で构筑するため，工数の増加だけでなく，ヒューマンエラーが入る机会も増加しています。

5Gの技术开発において，高度で复雑な先端技术の组み合わせが必要になるのは确実な中，ベースバンドやRF，アンテナといった异なる技术要素を，个别に最适化する従来の开発手法では，效率よく进めることが难しくなりつつあります。このため，5G开発にはシステム全体で最适化する，统合的な开発アプローチが重要となります。

MATLAB^®/万博1manbetx^®を利用した开発环境では，新规アルゴリズムの検讨から，プロトタイプを作成し実信号を利用した试験まで，统一したプラットフォームでカバーすることができます。设计工程からモノづくりにいたる开発フェーズを，统合的にサポートするMATLAB 万博1manbetx/ Simulink的は5Gの技术开発に最适な环境を提供します。

MATLAB 万博1manbetx/ Simulink的环境での5G开発のポイント：

5G NR准拠の设计

3GPP版本15に准拠したシミュレーションや検证のために，5G工具箱™はリンクレベルシミュレーション，実装のためのゴールデンリファレンスの设计，および波形生成を提供します。

NR5G物理层の振る舞いをシミュレーション
送信机，受信机の信号处理
TDL / CDLチャネルモデル
NR波形生成
リンクレベルシミュレーション
スループット测定
同期バースト（SS）
セルサーチ
多数の详细なサンプルコード
リソースブロックの可视化

异なるパターンでビーム形成される各SSブロック

信号カバレッジの可视化

MATLABは，信号伝搬経路に対する地形の影响を考虑して，カバレッジを确认するためにマップ上のRF信号のSINR（信号対干渉雑音比）を可视化するためのツールを提供します。

SINRマップ（5Gアーバンマクロセルテスト环境）

送信机と受信机间の视距（线路的视线）プロット

5Gに并行したLTE/ WLANの进化

トラフィックの増加をカバーするには，5Gの开発と并行して，LTE / WLANの高度化も必要です。LTE工具箱™，WLAN工具箱™は，规格に准拠した信号の生成，解析が行うことができ，短期间でのシステム构筑および検证を可能にします。

第12版に准拠したキャリアアグリゲーション波形

フィルタリング后の波形

EVM

大规模MIMO，ビームフォーミング

相控阵系统工具箱™や天线工具箱™は，5G通信に必要なアンテナアレイ设计およびエレメントの配置を高速化します。アレイ信号处理，ビームフォーミングおよびビームステアリング解析，そしてアンテナ特性の解析が可能です。

アンテナアレイとビームフォーミングの例

ハードウェアプロトタイピング

MATLAB 万博1manbetx/ Simulink环境は，5Gアルゴリズムをハードウェアに実装するのに必要なコストと开発时间を削减できるツールも提供しています。

嵌入式编码^®は，组み込みプロセッサをターゲットにしたC / C ++コードを自动的に生成します。HDL编码器™は，FPGAをターゲットにしたHDLコードを自动的に生成します。さらに，SDR（ソフトウェア无线）サポートパッケージにより，市贩のSDRプラットフォームを使用して，実际のRF信号でプロトタイプを作成することができます。

プロトタイプによる送受信システム

LTEとビームフォーミングのシナリオ

フィールドテストデータの取得，解析，表示

5Gをはじめとした次世代の无线通信システムの実证検证や，既存の无线通信システムの基地局のパラメータ変更を目的とした电波强度やSINRなどの计测が盛んに行われています。计测后は，数値データそのままでは理解し难いため，取得したデータを强度ごとに色分け表示して直感的に理解することが求められています.MATLABを使用することで，テストデータと测定结果の取得，分析，可视化の自动化が可能です。これらのワークフローは，以下のタスクを実行する対话型アプリとして配布できます。

ワークフローの各ステップの详细は，MATLABが提供するフィールドテストデータ解析で解说しています。