[Tech Unveiled] What, Why and How：5Gキャリアアグリゲーションの力

キャリアアグリゲーションが5Gにとって重要なのはなぜか？

「5Gにキャリアアグリゲーションの力を活用すれば不可能なことは何もない」かつて賢い人がこう言いました。この人物が本当に存在したかどうかわかりませんが、このメッセージは100％真実です。キャリアアグリゲーションは、5Gのカバレッジの拡張とネットワーク容量の増加に重要な役割を果たすことができます。

まず、完全に調整されたマルチレイヤー5Gネットワークというものを見てみましょう。以下の図1に示すように、それぞれに独自の特性と利点を備えた三つのレイヤーがあります。

図1：キャリアアグリゲーションを備えた完全な5Gネットワーク

5Gローバンド（7GHz以下のFDD〔Frequency Division Duplex〕）は、最も広く展開されている帯域です。周波数が低いため、広いカバレッジエリアを提供します。ただし容量には限りがあります。

5Gミッドバンド（7Ghz以下のTDD〔Time Division Duplex〕）は、5G展開のスイートスポットです。ローバンドに比べて帯域幅と容量が大きくなっています。ただしアップリンクのカバレッジはローバンドより制限されています。

5Gハイバンドまたはミリ波（24GHz以上）は、比類ないピークレートと低遅延を実現しますが、ミッドバンドとローバンドに比べてアップリンクのカバレッジは小さくなります。

Sub-1GHzの搬送周波数を持つ大きなセルから非常に広いスペクトル割り当てを持つミリ波（mmWave）展開まで、幅広い5G展開シナリオをサポートするために、5Gは柔軟なNumerologyをサポートしています。以下の表1.1および1.2に示すように、この柔軟なNumerologyにより、スロット長が異なる15kHz〜240kHzの広い範囲のSCS（SubCarrier Spacing）が可能になります。これに対してLTE（Long-Term Evolution）は、15kHz 固定のSCSと1ミリ秒（ms）固定のスロット長のみをサポートします。

表1.1：3GPPが定める5Gの周波数範囲

表1.2：5Gの周波数帯

グローバルに利用可能なスペクトルの多様性を考えると、5Gキャリアアグリゲーションを使ってさまざまな周波数帯を集約することが不可欠です。これはセルカバレッジを改善し、より高いピークレートを提供するために行われます。

復習しましょう：キャリアアグリゲーションの基本

キャリアアグリゲーションは、異なるスペクトルの塊を組み合わせてより高いピークレートを実現するよう、3GPP（3rd-Generation Partnership Project）リリース10で初めてLTEで導入されました。キャリアアグリゲーションは大成功を収め、業界標準になりました（略語化されたぐらいです！）。

ネットワークで二つ以上のスペクトルの塊を集約する場合、一方が他方よりも重要な役割を果たします。各塊はCC（Component Carrier）と呼ばれ、最も重要なものはPCC（Primary Component Carrier）、それ以外はSCC（Secondary Component Carrier）と呼ばれます。PCCとSCCを区別するポイントは、すべてのアップリンクデータ、及び制御データとユーザーデータの両方がPCCで送信されることです。PCCにサービスを提供するセルはPCell（Primary Cell）と呼ばれ、SCCにサービスを提供するセルはSCell（Secondary Cell）と呼ばれます。

5Gでは、さまざまなNumerologyとスロット長を持つさ異なる周波数帯域により、キャリアアグリゲーションは複雑になります。キャリアアグリゲーションの設計は、スロット長が異なる可能性のあるPCellとSCellを組み合わせられるよう、巧妙に行わなくてはなりません。

キャリアアグリゲーションによるミッドバンドカバレッジの最大化

ローバンドとミッドバンドの間でDL（DownLink）のキャリアアグリゲーションを行う例を見てみましょう。ローバンドのスロット長は1ミリ秒（1ms）ですが、ミッドバンドのスロット長は500マイクロ秒（us）です。つまり1msでローバンドのデータ送信用に一つのDLスロット、ミッドバンドのデータ送信用に二つのDLスロットが取れるわけです。キャリアアグリゲーション機能の設計では、PCellとScellを調整する際に、この違いを考慮する必要があります。また、ネットワーク内のエンドユーザーに無線でデータを送りつつそれを行わなくてはなりません。エリクソンは、Numerologyの違いに起因するこの複雑性を克服する革新的なDLキャリアアグリゲーション設計を考案しました。私たちは2020年12月に、世界で初めてこの機能をリリースしました。

高周波のTDD（ミッドバンドまたはハイバンド）は、ローバンドと比べてカバレッジがはるかに限られており、カバレッジが制限されたチャネルはUL（UpLink）にあります。これはTDDセルのDLカバレッジに影響します。エリクソンのローバンド／ミッドバンドのDLキャリアアグリゲーション機能は、異なるNumerologyに属するキャリアを組み合わせます。図2と3に示すように、PCellとしてローバンドを使うことで、カバレッジが制限されたULデータとミッドバンドキャリアの制御チャネルをローバンドに移動できます。これにより、ミッドバンドDLセルの全体的なカバレッジが向上します。ネットワーク内のより多くのユーザーがミッドバンド帯にアクセスできるようになることで、ネットワーク全体の容量が増加するわけです。

図2：キャリアアグリゲーションによるミッドバンドDLカバレッジの増加

図3：CA（Carrier Aggregation）とDC（Dual Connectivity）：カバレッジを制限する制御チャネルをローバンドに移動

Advanced RAN Coordination（ARC）：キャリアアグリゲーションの重要なイネーブラー

高度RAN調整（ARC）は、二つのRANコンピュートベースバンド間に低遅延の調整インタフェースを提供するエリクソンのイノベーションです。キャリアが異なるRAN コンピュートベースバンドに分かれている場合でも、高性能の5Gキャリアアグリゲーションが可能になります。

通信事業者はこの枠組みにより、ピークレートの向上とカバレッジ拡張のために周波数帯を集約しながら、同じサイトまたは異なる地理的サイトにキャリアを展開する柔軟性が得られます。つまり、ユーザーがネットワーク内を移動すると変化するよう、パートナーベースバンドの動的な調整を設定できるのです。この調整では、キャリアアグリゲーションやUL CoMP（Coordinated Multi-Point）などのすべての調整機能を利用できます。このインタフェースは一般にE5と呼ばれ、LTEではElastic RANと呼ばれます。

5Gキャリアアグリゲーション機能の開発中に機能設計が拡張され、上記のように、さまざまなNumerologyでキャリアアグリゲーションをサポートする複雑性に対応できるようになりました。この新しい設計により、LTEと比較して、二つの5G基地局（gNB）間のラウンドトリップ時間要件の柔軟性が高まります。新しい5G調整フレームワークはARCと呼ばれ、Numerology間及びベースバンド間でキャリアアグリゲーション機能を実現します。

ARCは将来を見越したソリューションであり、RANコンピュートのポートフォリオ全体でサポートされています。私たちは深い知識に基づいて、将来の高性能クラウドRANソリューションも開発しています。私たちの設計哲学を取り入れて進化させたARCは、ERS（Ericsson Radio System）とクラウドRANプラットフォーム間のプラットフォーム間キャリアアグリゲーションをサポートするためにも使われ、エリクソンの革新的な調整フレームワークの真の可能性、スケーラビリティ、利点を示しています。

キャリアアグリゲーションによる優れた性能

エリクソンは、キャリアアグリゲーションによるミッドバンドカバレッジの拡張を先導してきました。お客様による実際の展開とトライアルの結果は、TDD DLのセルカバレッジにおいて50％を超える拡張利得を示しており、より多くのエンドユーザーがTDDバンドにアクセスできるようになったことを示しています。3.5GHzミッドバンドの場合、キャリアアグリゲーションは、標準のTDDバンドと比べて50％大きな人口カバレッジを実現しました。これは最近のテリア・ノルウェイとエリクソンのキャリアアグリゲーションのトライアルで確認されています。

エリクソンは、スペクトルの集約は、通信事業者のネットワークでシングルユーザーのピークレートを高め、スペクトル効率を高めるための最も効率的な方法の一つだと考えています。2019年には、キャリアアグリゲーションの提案範囲が5Gの周波数帯まで拡大しています。導入された最初のキャリアアグリゲーション機能はミリ波用でした。最大4x100MHzのスペクトル用の4CC DLキャリアアグリゲーションです。

現在はミリ波で、ピークレート4.2Gbpsで最大800MHzのスペクトルを集約する8CC DL CAと、ピークレート216Mbpsで2CC ULCAをサポートしています。

ここまでお読みになれば、キャリアアグリゲーションによるこれらのピークレート向上が消費者にどのような利益をもたらすのか、お知りになりたいかも知れません。たとえば通勤中に視聴するためにお好きなテレビ番組の一話をダウンロードするとしましょう。一話が45〜60分だとすると約1ギガバイト（GB）です。

• ミリ波8CC DL CAを使えば、1 GBのエピソード全体をダウンロードするのに必要なのはわずか1.9秒です。
• ミッドバンド2CC DL CAを使えば、1 GBのエピソード全体をダウンロードするのに要する時間はわずか2.6秒です。

これらはかなり速いはずです。一気見するのがどんな番組にしても、ほんの数秒で、帰宅まで1時間近くのエンターテイメントを楽しむことができます。

キャリアアグリゲーションの進化の歴史

キャリアアグリゲーション機能へのエリクソンの長い取り組みは、LTEで最初の組み合わせが導入された2010年までさかのぼります。時は流れ、サポートできる周波数帯とCCの数は大幅に増えました。

以前の技術と比較した最大の違いと最大の課題は、5Gキャリアアグリゲーションでサポートできる組み合わせの多様化です。SA（StandAlone）とNSA（Non-StandAlone）、ベースバンド内とベースバンド間、Numerology内とNumerology間、バンド内とバンド間などの要素はすべて、ネットワーク要件を非常に複雑なものにします。

エリクソンの革新的なソリューションは、通信事業者がさまざまな帯域の組み合わせでキャリアアグリゲーションを実現できるように設計されています。現在エリクソンは、SAとNSAの両方で以下の機能をサポートしています。

• ミリ波DL 8CC及びUL 2CCキャリアアグリゲーション
• ミッドバンドDL 2CCキャリアアグリゲーション
• ローバンドDL 3CCキャリアアグリゲーション
• PCellとしてFDDを使ったローバンド／ミッドバンドDL 2CCキャリアアグリゲーション

すべての人に利益をもたらすエコシステム

私たちはサードパーティとの相互運用性を強く支持しています。これが、エリクソンが業界で最も野心的な相互運用性設計試験プログラムを持っている理由です。その目標は、3GPPに準拠して基地局とUE（User Equipment）の相互運用性を確保することです。

エリクソンはキャリアアグリゲーションのエコシステムに大きな影響を与えています。業界全体の利益のために、すべての主要なチップセットベンダーと協力しています。私たちは主要なカスタマーやエコシステムパートナーと共に、重要なマイルストーンを達成してきました。

キャリアアグリゲーションで優れた5Gユーザー体験を提供

私たちは、5Gネットワークを最適化するための革新的なソリューションの設計を続けています。ローバンドとミッドバンド間の5Gキャリアアグリゲーションにより、ミッドバンドのセルカバレッジを拡大すれば、はるかに大きな容量を実現できるようになり、通信事業者にとってはスペクトル利用効率が高まる優れた投資になります。

コンセプトから商用化までの5Gキャリアアグリゲーション機能開発の歴史を通して、私たちの目的は、優れた5Gユーザー体験を提供するためにネットワークの性能とスペクトル効率の両方を改善することにありました。この目的と戦略により、エリクソンは5Gキャリアアグリゲーション分野の先駆者となりましたが、まだまだ始まったばかりです！

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