5Gには、目ざす 数が いくつも あります。まず、はやさ。データを おくる さいこうの はやさは、4Gの 10ばい いじょうを ねらって います［1］。

つぎに、おくれ。電波が とどく ときの おくれは、1ミリびょうほどを めざします。4Gは 10ミリびょうほどでした［1］。1ミリびょうは、1びょうを 1000に わけた 1つぶんです。

そして、たくさんの 人。たてよこ 1キロの 土地に、100まん この きかいが つながる ことを ねらいます［1］。

ただし、これは きまりに かかれた 目ひょうの 数です。ふだん つかう スマホで、いつも この はやさが 出る わけでは ありません。

4Gとくらべた目標

総務省の白書によると、5Gの要求条件は、最高の伝送速度が下りで最大20Gbps程度、上りで最大10Gbps程度です。4Gの下り最大1Gbps程度の10倍以上にあたります［1］。

速さのほかに、遅延と同時接続の目標もあります。遅延は1ミリ秒程度で、4Gの10ミリ秒程度より短く、同時に接続できる数は1平方キロメートルあたり100万個程度と、4Gの10万個程度の約10倍です［1］。1平方キロメートルは、1辺が1キロメートルの正方形の広さです。

ただし、これは規格で示された目標値です。実際のスマホで、いつでもこの速さが出るという意味ではありません［1］。

令和2年版情報通信白書は、5Gの要求条件として、最高伝送速度を下り最大20Gbps程度・上り最大10Gbps程度とする。4Gの下り最大1Gbps程度の10倍以上という位置づけだ［1］。遅延は1ミリ秒程度（4Gは10ミリ秒程度）、同時接続数は1km²あたり100万個程度（4Gは10万個程度）である［1］。

これらは規格上の目標値で、実効速度ではない。このメモでは以降、速度の話を「目標値」と「実際の体感」に分けて読む。

電波が とおる みちには、はばが あります。この はばを、「たいいきはば」と いいます。

道路で かんがえて みましょう。せまい 道より、ひろい 道の ほうが、いちどに たくさんの 車が とおれます。電波も、はばが ひろいほど、いちどに たくさんの データを おくれます。ただし ほんとうは、道の まわりの ざわざわ（ざつ音）の おおきさも かかわります。

4Gの はばは、20〜40メガヘルツ ほどと いわれます［3］。世界の 26〜28ギガヘルツの あたりでは、5G用に 400〜1000メガヘルツの はばが わりあてられて いる 国が あります。4Gの 10ばい いじょうです［3］。

電波の道幅を、帯域幅という

電波が使える周波数の範囲の広さを、帯域幅といいます。道路にたとえると車線の数です。広いほど、一度に運べるデータが増えます。ただし本当は、電波が雑音に負けずに届く強さも関係します。

この関係は、アメリカのシャノンが1948年に発表した論文で示されました。信号と雑音の比が同じなら、理想的な通信路で送れるデータの上限は帯域幅に比例する、という式です［4］。帯域幅を2倍にできれば、同じ条件で上限も2倍、という読み方ができます。

数字で見る

4Gの主な帯域幅は20〜40MHz程度といわれます［3］。世界の26/28GHz帯では、主に400MHzから1000MHzの幅が5G用に割り当てられています［3］。400MHzでも40MHzの10倍、1000MHzなら20MHzの50倍です。ただしこれは、国や事業者、周波数帯のちがう数字を並べた、おおまかな比べ方です。

通信路容量の上限は、C＝B·log₂(1＋S/N)で表される。Bは帯域幅、S/Nは信号と雑音の比で、S/Nが同じなら容量は帯域幅に比例する。シャノンが1948年の論文で示した［4］。「速度は帯域幅に比例」は、S/Nを一定とした理想条件での話で、実際の通信ではS/Nも変わる。この式の説明は解説資料にもとづく。

4Gの主な帯域幅は20〜40MHz程度とされる［3］。5GMF白書によれば、世界の26/28GHz帯では主に400MHzから1000MHzの幅が5G用に割り当てられている［3］。400÷40＝10、1000÷20＝50から、帯域幅は10〜50倍の開きがある。ただし国・事業者・周波数帯が異なる数字の比較で、容量の比を直接示すものではない。

電波は、ゆれる はやさで しゅるいが わかれます。この ゆれる はやさを「しゅうはすう」と いい、たかい ほうが、はばの ひろい 道を とりやすい と、せつめいされて います［5］。ただし、たかければ かならず はやい、という いみでは ありません。

日本では、5Gの ために 3つの 場所が えらばれました［2］。その 中で いちばん たかい 28ギガヘルツの あたりを、「ミリ波」の なかまと よびます。

2つの ひくい 場所は、はばが 0.5〜0.6ギガヘルツ ほど。たかい 場所は 2.5ギガヘルツ ほどで、4〜5ばい ひろく なります。

ただし、この 2.5ギガヘルツは、いくつもの 会社で わけあう ぜんぶの 広さです。1つの 会社が ぜんぶ つかえる わけでは ありません［3］。

日本の5G用周波数

2018年7月の情報通信審議会の答申で、日本の5G用には3つの周波数帯が示されました。3.7GHz帯（3.6〜4.2GHz）、4.5GHz帯（4.4〜4.9GHz）、28GHz帯（27.0〜29.5GHz）です［2］。

範囲の幅を引き算すると、3.7GHz帯は0.6GHz、4.5GHz帯は0.5GHz、28GHz帯は2.5GHzです。28GHz帯の範囲は、ほかの2つの4〜5倍にあたります。

28GHzは、どれくらい細かい波か

光と同じ速さで進む電波は、波の長さ（波長）を周波数で割ると出ます。3億m/秒を280億Hzで割ると約0.0107m、およそ1cmです。ミリ単位の長さの波なので、ミリ波と呼ばれます。

ソフトバンクの発表は、高い周波数帯は広い帯域幅を確保しやすく、ミリ波は高速・大容量の通信ができる、と説明します［5］。ただし2.5GHzは範囲全体で、1つの事業者が使える幅ではありません［3］。

日本の5G用周波数は、2018年7月の情報通信審議会答申で、3.7GHz帯（3.6〜4.2GHz）、4.5GHz帯（4.4〜4.9GHz）、28GHz帯（27.0〜29.5GHz）と示された［2］。範囲の幅は、それぞれ0.6GHz、0.5GHz、2.5GHzで、28GHz帯は他の帯の4〜5倍になる（2.5÷0.6≒4.2、2.5÷0.5＝5）。

ソフトバンクは、高い周波数帯は広い帯域幅を確保しやすく、ミリ波（28GHz帯）は広帯域で高速・大容量の通信ができるとしつつ、電波が減衰しやすいと述べる［5］。

28GHzの波長は、c÷f＝3.0×10⁸÷2.8×10¹⁰≒10.7mmで、ミリ単位の波長がミリ波の名の由来と考えられる。2.5GHzは範囲全体の幅で、1事業者が使える幅ではない。日本のローカル5Gのミリ波は、2019年12月に28.2〜28.3GHz（100MHz幅）で制度化された［3］。

ミリ波の 電波は、まっすぐ すすむ ちからが とても つよいのです。ひかりの ように、まわりこむのが にがてです［3］。

だから、たてものや き、人に さえぎられやすく なります［5］。とおくへ いくほど、電波が よわく なる ことも あります。

まっすぐ すすむ せいしつは、ひろい みちの かわりに 出て きた「ねだん」の ようです。ただし、これは しくみの かんけいで、だれかが わるい わけでは ありません。

「回り込み」が小さい

5GMF白書は、ミリ波は直進性が強く、遮蔽物の陰への回り込みが小さいので、基地局から見通し外になる場所をエリアにすることが課題だ、とまとめます［3］。NTTの技術ジャーナルも、28GHz帯は直進性の強さと伝搬損失の大きさから、広い範囲で安定して高速通信を届けるには技術的な課題がある、としています［6］。

ソフトバンクの発表では、建物や樹木、人などの障害物にさえぎられやすい、と説明されています［5］。

速さのために選んだ高い周波数が、そのまま弱点にもなります。

5GMF白書は、ミリ波を「直進性が強く、遮蔽物の陰への回り込みが小さいため、基地局から見通し外となる場所のエリア化が課題」と整理し、対策として中継局や反射板の設置を挙げる［3］。NTT技術ジャーナルも、28GHz帯は直進性の強さや伝搬損失の大きさから、広いエリアで安定した高速通信を提供する上で課題があるとする［6］。

ソフトバンクの発表は、建物・樹木・人などの障害物に遮られやすいことを、弱点として挙げる［5］。異なる3つの資料が同じ方向を指しており、ミリ波の弱点は共通の理解と見てよい。広帯域を得る代わりに伝搬条件が厳しくなる、という構図だ。

くらい へやを、かいちゅうでんとうで てらして みてください。まわりを ぜんぶ てらす 電球より、1か所に 光を あつめる かいちゅうでんとうの ほうが、とおくまで とどきます。

5Gも、にた ことを します。たくさんの 小さな アンテナを ならべて、電波を ほそく あつめ、つかっている スマホに むけて おくる のです［3］。

この しくみを「ビームフォーミング」と よびます。ただし 電波は 目に 見えない ので、かいちゅうでんとうの ように くっきり した 線に 見える わけでは ありません。

アンテナをたくさん並べる

Massive MIMO（マッシブ・マイモ）は、多数のアンテナ素子を並べ、高い周波数の電波の伝わりにくさに対応するため、鋭い電波のビームをつくる技術だと説明されています［6］。特定の端末に集中して電波を送ることで、他の端末との干渉も抑えられます。

電球の光を四方に広げるのではなく、懐中電灯のように1か所へ絞る。それに近い発想です。ただし、電波のビームは目には見えません。

ビームの決め方は2種類

NTTの技術ジャーナルによると、ビームフォーミングにはアナログ方式とデジタル方式があります。アナログ方式は、用意したビームの候補から選びます。デジタル方式は、電波の状況に応じて最適なビームの数や向きを計算します［6］。デジタル方式は、複数の端末がいる環境でも最適化できるのが利点です。

Massive MIMOは、多数のアンテナ素子で鋭いビームをつくり、特定の方向へ電波を集中させて、より多くのストリームを同時に送る技術と説明される［6］。特定端末へ電波を集中させ、干渉を抑えるのがビームフォーミングだ。この説明は解説資料にもとづく。

NTT技術ジャーナルは、ビームフォーミングをアナログとデジタルに分ける。アナログ方式は用意したビーム候補から選び、デジタル方式は電波伝搬の状況に応じて最適なビーム形状（数や方向）を算出して通信する［6］。デジタル方式は、複数端末のいる環境でも最適化できる。5GMF白書は、ミリ波の直進性と広帯域性、ビームフォーミングによる運用が新たなユースケースを開く可能性を指摘する［3］。

まっすぐ しか すすめないなら、道を まげれば いいのです。そこで 生まれたのが、電波を はねかえす 板（はんしゃばん）です。

ソフトバンクが イベント会場で ためした 板は、A1サイズ（ポスターくらい）でした。板を おいた 場所で ミリ波を うけとり、Wi-Fiとして つかえる ことが たしかめられました。いちばん 多い ときで、300だい ほどの きかいが つながったそうです［5］。

ドコモも、コンセントの いらない 板を つくっています。すうミリの 小さな もようが、電波を べつの 向きへ かえす のだと いわれます［7］。

また、KDDIと 京セラは、東京の 西新宿で、22この 電波の のりつぎ きかいを ためしました。電波が とどく 道の わりあいが 33%から 99%に ひろがった そうです［8］。

電波を曲げる板

ソフトバンクは、イベント会場での実証で、メタサーフェス反射板を使いました。微細な素子を周期的に並べた構造で、電波を任意の方向へ反射できます。A1サイズ（594×841mm）の板を置くと、反射板を設置した場所でミリ波を受信し、Wi-Fiとして提供できることが確認され、ピーク時には約300台の端末が接続しました［5］。

NTTドコモがメタウェーブ社と開発した反射板も、数ミリ程度の微細な周期構造を持ち、電源なしで低コストに電波を鏡とは別の角度へ反射させる、と報じられています。工場では通信の処理量が改善したとされます［7］。これは報道による紹介で、おおまかな内容にとどめます。

中継器を置く

KDDIと京セラは、西新宿で無線中継技術の試験をしました。22台の中継器で、道路のカバー率は33%から99%へ広がりました［8］。

反射板は、遮られたミリ波の道を曲げる手段だ。ソフトバンクのイベント会場での実証では、微細な素子を周期的に並べたメタサーフェス反射板（A1サイズ、594×841mm）を設置したところ、反射板を設置した場所でミリ波を受信し、Wi-Fiとして提供できることが確認され、ピーク時に約300台の端末が接続した［5］。

NTTドコモがメタウェーブ社と開発した反射板は、数ミリ程度の周期構造で、電源不要・低コストで電波を鏡面反射とは別の角度へ反射させ、工場でスループットを改善したと報じられる［7］。報道の要約にもとづく。

中継器では、KDDIと京セラの西新宿での試験で、22台の中継器により道路のカバー率が33%から99%に拡大した［8］。いずれも特定の場所・条件での実証の結果で、他の環境で同じ効果が出るとは限らない。

くらい へやで、かいちゅうでんとうと てかがみを つかいます。かべの かどの むこうへ、光を とどけて みましょう。

まず、かどの むこうの かべに シールなどで しるしを つけ、光が とどかないことを たしかめます。つぎに、てかがみで 光を はねかえして、しるしに あてます。

ぜったいに、人の 目に 光を むけては いけません。太ようの 光も、かがみで うつさないでください。

ただし、光と 電波は べつの ものです。電波を まげる 板は、かがみと ちがう むきに 電波を かえす ことも あります［7］。それでも、「まがれない ものを、まげる」という かんがえ方は にて います。

暗い部屋で、懐中電灯と手鏡を使って、壁の角の向こうまで光を届けてみましょう。まず、角の向こうの壁に印をつけ、光が届かないことを確かめます。次に、手鏡で光を反射させて、その印に当てます。

安全のため、人の目に光を向けないこと、太陽の光を鏡で反射させないことは守ってください。

光と電波は同じ電磁波の仲間ですが、反射板の中には、鏡と違う角度へ電波を返すものもあります［7］。それでも、遮られた道をどう曲げるか、という考え方は似ています。

もっと読みたくなったら、総務省の白書［1］や、5GMF白書［3］、ソフトバンクニュース［5］を開いてみてください。

光で反射の感覚を試すなら、暗い部屋で懐中電灯と手鏡を使い、壁の角の向こうの印へ光を届ける。安全のため、人の目に光を向けず、太陽光を鏡で反射させない。光は電磁波の仲間だが、ドコモの反射板のように鏡面反射とは別の角度へ返す設計もあり、単純な類推にとどまる［7］。

資料を読むなら、目標値の定義は総務省の令和2年版情報通信白書［1］［2］、ミリ波の課題と世界の割当は5GMF白書［3］、実証の数字はソフトバンク［5］と京セラ［8］の発表が日本語で読める。ミリ波の実際の体感速度や普及の度合いは、今回の資料の範囲外で、さらに調べる価値のある問いだ。