電力効率は5Gの要求に適応する必要がある【特集】

アンテナ、スペクトル、基地局

スペースや電力消費、そしてCO2排出が、通信ネットワークにおける経済的かつ運用上の重要な課題となってきています。接続端末数の大幅な増加を考えると、エネルギー効率は、資本支出と運用支出双方の観点からオーバーヘッドを削減したい事業者にとって最大の関心事になることは明らかです。

では、5Gは、以前のものと比較して、電力消費と効率の点でどのように機能すのでしょう？

5Gネットワ​​ークのスケーラビリティと柔軟性は、Software Definer Network（SDN）とそれに関連する仮想化技術により向上します。

5G基地局は、通信アクティビティが一時的に停止するとスリープ状態になります。基地局はモバイル通信で使用される電力の約80％を占めるため、これは非常に重要です。

現在は、大部分の基地局は常時アイドル状態であると思われます。接続端末数の増加とデータレートの向上にもかかわらず、5Gでは基地局の電源を切る機会が増える可能性があります。5Gの方がデータ転送速度が高いため、データがネットワーク上をより速く通過し、よって基地局がアイドル状態の時間が長くなると想定されます。また、5Gデータパケットはより圧縮され、トラフィック量はさらに削減されます。

新たなネットワークには、マルチパスTCP（MPTCP）も追加されています。これにより、パケットの複製や再送信の必要性が減少し、より多くのネットワークパスが作成されるため、信頼性が向上します。5Gは安価で効率的な MIMO （Multiple Input Multiple Output）アンテナを使用するため、これが可能となります。MIMOシステムは、より多くのクライアント端末と大量の通信アクティビティを処理でき、データの通信ルートを増やすことで信頼性を高めます。例えば、あるルートで障害が発生した場合、別のルートが代用されるといった仕組みです。

MIMOアンテナは、電波を集束し複数のクライアントと通信します（これをビームフォーミングという）。これにより、データ転送速度とともにチャネル効率が向上し、干渉の可能性が減少します。また、接続された端末に向けて直接無線エネルギーを集中させ、基地局と端末双方の電力消費をさらに削減するために、必要な電力とエネルギーの正確な量を特定します。

さらに、5Gは小さなネットワークセルを利用して、多数の小さなアンテナで特定のエリアをカバーします。モバイル通信では、セルとは基地局、アンテナ、およびサービスを提供する物理的領域を指します。

5Gのスモールセルは、人口の多いエリアの大きな建物の内部かあるいは外部に設置されるよう設計されています。基地局とクライアント端末間の距離に応じて消費電力が増加します（※アンテナが「叫ぶ」必要がある）。したがって、より小さなネットワークセルを展開し、通信距離を可能な限り小さく保つ必要があります。

5Gストリームでは、制御コードと検証コードが大幅に削減されます。これは、より小さなモバイルネットワークセルを使用すると通信距離が短くなり、干渉や障害が発生する可能性が低くなるためです。

5Gネットワ​​ークのスケーラビリティと柔軟性は、Software Defined Network（SDN）と関連する仮想化技術により向上します。SDNは、データプレーンからより広いネットワークの制御層を分離し、ネットワーク全体のアクセスと概要を持つ集中型制御プレーンにマージすることで機能します。つまり、ソフトウェアはハードウェアリソースを動的に割り当て、トラフィックフローを最適化します。