IIJmio meeting 27 5G NSAについて

© 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc.
IIJmio meeting 27
5G NSAについて
株式会社インターネットイニシアティブ
大内宗徳

© 2017 Internet Initiative Japan Inc.© Internet Initiative Japan Inc. 2
はじめに
IIJでは5Gを利用したサービス化の検討を進めています。
2020年3月から大手キャリアがサービス開始したNSA(ノ
ン・スタンドアローン)方式の5Gに関する技術概要を紹介し
ます。
• スピーカー
• 大内宗徳
• IIJ MVNOにおける新サービス開発のための新技術の調
査/検証/導入を担当
• フルMVNOサービス、eSIMサービスの立ち上げに参画
• IIJmio meeting 5,6,7,8,10,11,12,14,19 でトーク
セッションを担当

5G NSAについて
• 5G NSAのポイント
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5G NSAを利用時の課題
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5Gで目指しているもの
• 4G vs 5G
• 5G SA(Stand-Alone)
• 5G NSA vs SA
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5Gに関して - 5Gで目指しているもの
• 5Gでは３つの異なる特徴の機能を実現することに目標が置か
れていた
出典: ITU News Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G)
(超高速)
(IoT多数同時接続) (高信頼/低遅延)

5Gに関して - 4G vs 5G
• 4Gはモバイルブロードバンド(高速通信)に特化。一方、5Gでは1ネットワーク
で３つの機能を実現するためにスライスという新しい概念を導入
MBB/モバイルブロードバンド
スライス
４G
5 G
eMBB/超高速
URLLC/高信頼、低遅延
mMTC/IoT多数同時接続

5Gに関して - 5G SA(Stand-Alone)
• 5Gで実現したい機能を実装したネットワークが5G SA(Stand-Alone)
• しかし、仕様策定からネットワークの入れ替えには必要で長い時間が必要
４G
5G SA
MME
SGW
HSS
PGW
AMF
UPF
SMF
AUSF
UDM
UDR
NSSF
NRF
PCF
PCRF
OCS
SMF
UPF
SMF
UPF
(Stand-Alone)
eNB
gNB

5Gに関して - 5G NSA vs SA
• 5GのeMBB(超高速)に限定し、4Gを利用することで5G機能の一部を早期
に実現したものが、5G NSA(Non-Stand-Alone)方式
4G+
5G NSA
5G SA
eNB
gNB
gNB
eMBB/超高速
URLLC/高信頼、低遅延
mMTC/IoT多数同時接続
eMBB/超高速

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 無線区間の高速化
• 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gを利用した5Gの利用
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAの特徴 – 無線区間の高速化
• 端末と5G基地局(gNB)の通信に、NR(New Radio)方式を導入した
• NRで利用可能な周波数帯/周波数幅の拡張によって高速化を実現
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
変更点ポイント
1) 利用可能な周波数を大幅に拡張
- 450MHz–6000MHz : FR1(Frequency Range 1)
- 24.25GHz-52.6GHz : FR2 (NRで新たに使えるように。ミリ波)
2) 扱える周波数幅を拡張
- 1CCあたり FR1->最大100MHz (4Gの5倍)
FR2->最大400MHz
- 最大16 NR CCを束ねてのキャリアアグリゲーション(CA)
3) Massive MIMO
- 最大基地局256/端末32アンテナで、下り8/上り4レイヤのSU-MIMO
SGW PGW
NR

• 実際に割り当てられている周波数
(引用) 5G実現に向けた総務省の取組み
http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
NR band
n77(n78内包):
3300-4200MHz
n78: (NTTドコモ)
3300-3800MHz
n79:
4400-5000MHz
n257:
26.5-29.5GHz

• 各キャリア割り当て済み3G/4G周波数
(引用)電波政策２０２０懇談会制度ＷＧヒアリング資料, NTTドコモ
https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAの特徴 – 4G(LTE)コアネットワークの拡張
• 4Gコアネットワーク基本構成は同じで５G通信に必要な拡張を行っている
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
変更点ポイント
1) 加入者単位で5G NSA利用可能にするか選択
• HSS制御方法の拡張(-> SIM単位で5G NSA利用が可能)
2) 4G->5G NSAで通信速度が最大20Gbpsに
• 4Gでは最大約4Gbpsまでしか対応できなかったが拡張された
• HSS/MME/eNB/SGW/PGW/PCRFなどで
3) 5G NSA専用のSGW/PGWを選択可能に
• 大容量通信を専用のパケット交換機も利用可能に
• MMEがDNSを使ったSGW/PGW選択する方法が拡張された
PGW(5G)
SGW PGW

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAの特徴 – 4Gを利用した5Gの利用
• 4Gコアを使いつつ、5Gを利用する方式として、EN-DC方式を採用している
5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
EN-DC(E-UTRA NR Dual Connectivity)
1) eNB(Master Node)とgNB(Secondary Node)の組で運用
- 2つ基地局間で協調してデータ通信高速化 -> Dual Connectivity
-> DCをLTE(E-UTRA)とNRの組み合わせで -> EN-DC
- eNBが報知情報でgNB存在を通知
-> SIB2 -> UpperLayerIndication
-> eNB側の周波数 -> アンカー(LTE)バンド
- gNBは報知情報ださない -> 端末はgNBを直接検知できない
- 制御信号(接続/認証/端末能力/NR有効化) -> eNB(MN)経由
PGW(5G)
SGW PGW
ULI

5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
2) eNBからのULIを検出してMMEに接続要求の際に、端末が5G NSA
対応を示す MS Network Capability->DCNR=1 を送る
3) MMEはSIM認証完了後、HSS加入者情報の
Access-Restriction-Data->NR as a Secondary RAT Not Allowed
フラグで5G NSA利用が禁止されていないかを確認
4) NSA OKの場合、MMEの指示で5G速度でeNB-SGW-PGWでデータ
接続を確立
5) eNB/gNBの周波数に対応しているかの確認を実施
6) 端末側に接続受付応答の中に、5G NSA可能の
EPS network feature support->Restriction DCNR=0を返す
PGW(5G)
SGW PGW
2)
3)
4)
5)
6)

5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
7) 端末側が 5) での周波数に対応していれば、eNB経由でgNBからの
電波測定を指示
8) データ通信時に -> gNBからの電波状況が悪い : eNB経由
gNBからの電波状況が良い : CAと同様の方法で
eNBがNR側の経路を追加して、NRで通信
PGW(5G)
SGW PGW
7)
8)

5G NSA
MME
HSS
PCRF
OCS
eNB
gNB
SGW(5G)
9) 端末<->SGWデータ通信経路を最適化
- gNBとの無線区間を確立時に通信経路の最適化を実施
- gNB側にデータ接続を切り替える
-> SCG split bearer -> Option 3x 方式
- 5G無線不調で、4G経由の通信になった場合も、gNBを
経由することに
PGW(5G)
SGW PGW

(参考) CA(キャリアアグリゲーション)と5GのEN-DCの違い
eNB
IPパケット
異なる周波数にIPパケットを分割して並列
伝送して高速化するイメージ
gNB
IPパケット
gNB側に切り替えて広い周波数幅にIP
パケットそのままのせて力技で伝送するイメージ
CA概念図 5G EN-DC概念図
eNB

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gピクト問題
• 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 利用可能なエリア問題
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAを利用時の課題
• 5G NSAでは4Gネットワークを利用しつつ、5Gを利用することに
なるが新たに課題が
• MVNOサービスを考えた場合に、端末やユーザサポートに関する
下記の課題がある
1) 5Gピクト問題
2) 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
3) 利用可能なエリア問題

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAを利用時の課題 – 5Gピクト問題
• 利用中の無線方式を端末が表示 (3G->3G/H, 4G->LTE/4G/4G+)
• 5Gでも同様だが、5G NSAの場合はどの状態で5Gピクトを表示するか？という
問題がある
• 適切な表示でないとユーザに誤解を与えることに
４G(5G NSA対応)
eNB
(1) (1)
IDLE
(無通信)
CONNECTED
(通信中)
4G
eNB gNB
4G(5G NSA)
5G
(2) (2) (3) (4) (5)

• 3GPPやGSMAで5Gのピクト表示をどの状態のときに表示するのか？という議
論されていて Config A-D のパターンが存在
引用:https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html
5G SA専用

• Config A-Dを当てはめるとピクト表示は下記のように
４G(5G NSA対応)
eNB
(1) (1)
IDLE
(無通信)
CONNECTED
(通信中)
4G
eNB gNB
4G(5G NSA)
5G
(2) (2) (3) (4) (5)
Config A: 4G 4G 4G 4G 4G 4G 5G
Config B: 4G 4G 4G 4G 4G 5G 5G
Config C: 4G 4G 4G 4G 5G 5G 5G
Config D: 4G 4G 5G 5G 5G 5G 5G

(参考) キャリア端末の実装例
• 5G通信の可能性のあるエリア内で、待受時のRAT表示は
「5G」となりますが、通信時は「4G」または「LTE」となる可能
性があります。
-> Config B？
https://www.nttdocomo.co.jp/area/5g/notice.html?icid=CRP_AREA_5g_txt01_to_CRP_AREA_5g_notice&dynaviid=case0009.dynavi#anc-02
• 5G NSA対応SIMフリー端末の5Gピクト表示実装で問題にな
る可能性が高いので注意が必要

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAを利用時の課題 – 4G+5Gの無線周波数の組み合わせ問題
• 5G NSAのEN-DCはCAと同様に基地局で対応する4Gと5Gの周波数の組合
せに端末側が対応している必要がある
• 一般公開されている5G対応端末仕様からEN-DC組合せ対応は分からない
• 5Gエリアでも5G通信ができない可能性があり、SIMフリー端末では要注意！
• 下記はNTTドコモの4G周波数(band 1,3,19,21,28,42)と5G(n78,n79)で利用
可能な組み合わせの一部を列挙したもの (非常に多くの組合せが存在)
EN-DC DL band E-UTRA NR
configuration band band
------------------------------------
DC_1A_n78A 1 n78
DC_1A_n79A 1 n79
DC_3A_n78A 3 n78
DC_3A_n79A 3 n79
DC_19A_n78A 19 n78
DC_19A_n79A 19 n79
DC_21A_n78A 21 n78
DC_21A_n79A 21 n79
DC_28A_n78A 28 n78
DC_28A_n79A 28 n79
DC_42A_n78A 42 n78
DC_42A_n79A 42 n79
DC_1A-3C_n78A 1A-3C n78
DC_1A-19A_n78A 1A-19A n78
DC_1A-19A_n79A 1A-19A n79
DC_1A-21A_n78A 1A-21A n78
DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79
DC_1A-21A_n79A 1A-21A n79
DC_1A-28A_n78A 1A-28A n78
------------------------------------
DC_1A-28A_n79A 1A-28A n79
DC_1A-42A_n78A 1A-42A n78
DC_1A-42C_n78A 1A-42C n78
DC_1A-42A_n79A 1A-42A n79
DC_1A-42C_n79A 1A-42C n79
DC_1A_n78A-n79A 1 n78A-n79A
DC_3A-19A_n78A 3A-19A n78
DC_3A-19A_n79A 3A-19A n79
DC_3A-21A_n78A 3A-21A n78
DC_3A-21A_n79A 3A-21A n79
DC_3A-28A_n78A 3A-28A n78
DC_3A-28A_n79A 3A-28A n79
DC_3A-42A_n78A 3A-42A n78
DC_3A-42C_n78A 3A-42C n78
DC_3A-42A_n79A 3A-42A n79
DC_3A-42C_n79A 3A-42C n79
DC_3A_n78A-n79A 3 n78A-n79A
DC_19A-21A_n78A 19A-21A n78
DC_19A-21A_n79A 19A-21A n79
------------------------------------
DC_19A-42A_n78A 19A-42A n78
DC_19A-42C_n78A 19A-42C n78
DC_19A-42A_n79A 19A-42A n79
DC_19A-42C_n79A 19A-42C n79
DC_19A_n78A-n79A 19 n78A-n79A
DC_21A-28A_n78A 21A-28A n78
DC_21A-28A_n79A 21A-28A n79
DC_21A-42A_n78A 21A-42A n78
DC_21A-42C_n78A 21A-42C n78
DC_21A-42A_n79A 21A-42A n79
DC_21A-42C_n79A 21A-42C n79
DC_21A_n78A-n79A 21 n78A-n79A
DC_28A-42A_n78A 28A-42A n78
DC_28A-42C_n78A 28A-42C n78
DC_28A-42A_n79A 28A-42A n79
DC_28A-42C_n79A 28A-42C n79

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5G NSAを利用時の課題 –利用可能なエリア問題
• MVNOサービスを提供する場合で、端末がキャリア基地局のEN-DC組合せに
適切に対応できていれば、キャリア5Gエリアと同一になる
• 一方で、2020/05時点ではキャリアの5G対応エリアは限定されており、5Gを利
用可能なエリアであっても電波状態で5G通信にならない場合もあるので、
MVNOとしてもエリア展開や電波特性を把握しておくことは重要
(引用) 5G実現に向けた総務省の取組み http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
n77(n78)/n79: 4Gの電波に比べて、
直進性が強く、障害物に弱い。物質に
浸透しにくい。スモールセル設置が基本
n257: n77(n78)/n79より圧倒的に
直進性が強く、障害物に非常に弱い。
植物での減衰も大きい。屋内用途でな
いと厳しい
キャリアはn77(n78)/n79で5Gエリア
構築することになるが制限があり難しい
場合も

• n77(n78)/n79の周波数は、他の用途で使われている電波との共用が前
提のため、エリア構築の際に制限を受ける
(引用) 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ

• 多くの事業者に割り振られた n77(3.7GHz帯) で、昼間人口が多い場所
で、屋外にスモールセルが設置可能な場所を割り出したシミュレーション結果
• 都心部での屋外設置は絶望的 -> 屋内設置が主力でエリアが広がりにくい

• 航空電波高度計への影響するn77(3.7GHz帯)の端とn79(4.5GHz帯)
は、空港やヘリポート近辺で利用が難しい
• n79を利用するNTTドコモは、他社よりも5Gエリア展開でやりやすい？！

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

5Gの今後
• 5Gエリアの改善
• 「第5世代移動通信システム（5G）及びBWAの高度化に関する技術的条件」
https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html
-> 4G周波数の5G転用が可能になり5Gエリアが広がる可能性あり
( 注意点 ) ５Ｇの特長の１つである超高速通信は、帯域幅の広い
3.7/4.5/28GHz 帯を用いることで実現。既存バンドを５Ｇ化しても
3.7/4.5/28GHz帯と組み合わせて使用しない場合には、通信速度は従来の４
Ｇと同等程度になることが予想されることから、ユーザーが性能を誤認しないように
配慮が必要であると指摘されている
• 5G SAへの移行
• 5G機能をフル活用が可能に
• URLLCの利用-> IoT/産業向けとしての活用
• eMBB(超高速)は変化なし -> スマホユーザでは変化は感じらない
• 5GのIoTデバイス向け対応
• 5G仕様はeMBB寄りの最適化がされて小型IoTデバイス向けではない
• 低消費電力機器向けの無線仕様が検討中

5G NSAについて
• 5Gに関して
• 5G NSAの特徴
• 5Gの今後
• まとめ

まとめ
• 日本でも2020年3月から各キャリア5Gサービスを開始
しました
• 本セッションでは
• 5G NSAのポイントとなる技術概要
• MVNOが5G NSA利用する際の課題
• 5Gの今後
について解説しました
• IIJでも、5Gを利用するMVNOサービスの開発を加速
させていきます

参考文献
 ITU News Magazine No. 2, 2017, Forging paths to IMT-2020 (5G)
 NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 26 No. 3（Nov. 2018）3GPP Release 15標準化技術概要
 https://www.3gpp.org/release-15
 NATIONAL INSTRUMENTS, 3GPP Release 16: 検討事項とロードマップ
 ftp://ftp.ni.com/evaluation/rf/33809_3GPP_Release_16_WP_A4_ja_WR.pdf
 5G実現に向けた総務省の取組み
 http://www.kiai.gr.jp/jigyou/h31/PDF/0604p1.pdf
 電波政策２０２０懇談会制度ＷＧヒアリング資料, NTTドコモ
 https://www.soumu.go.jp/main_content/000398963.pdf
 Displaying 5G Network Status Icon on Smartphones and Other Devices
 https://blog.3g4g.co.uk/2019/02/displaying-5g-network-status-icon-on.html
 3.7GHz帯, 4.5GHz帯, 28GHz帯における5G導入に係る周波数共用検討, NTTドコモ
 https://www.soumu.go.jp/main_content/000549660.pdf
 3GPP TS 38.101-3
 NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 3: Range 1 and Range 2
Interworking operation with other radios
 総務省, 「第5世代移動通信システム（5G）及びBWAの高度化に関する技術的条件」
 https://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban14_02000433.html

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