1. 生成AIで作成する5Gシステムの説明

Last updated at 2025-04-29Posted at 2025-04-15

はじめに
5Gコアネットワーク（5GC）の詳細
5G無線アクセスネットワーク（RAN）の詳細
5Gシステムにおける主要なインターフェースとプロトコル
最新の高性能・高機能な5Gシステムの主要な機能と特徴
5Gシステムコンポーネント間の関係
結論
生成AIで作成する5Gシステムの関連ドキュメント
引用文献

1. はじめに

最新の高性能・高機能な5Gシステムアーキテクチャは、第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）によって策定されており、その仕様は複数のリリースを通じて進化してきました。特にRelease 15は、商用展開に必要な一連の機能と機能の初期定義という点で重要な節目となりました¹。しかし、最新の高性能5Gシステムを理解するためには、Release 15以降の仕様、例えばRelease 16や17で導入された機能拡張を考慮することが不可欠です⁴。実際、⁴では、TS 23.501のバージョン17.7.0が言及されており、これは最新のシステムアーキテクチャを把握する上で重要な情報源となります。

5Gシステムアーキテクチャの基本的な特徴の一つは、サービスベースアーキテクチャ（SBA）の採用です。このアーキテクチャでは、ネットワーク機能（NF）が共通のインターフェースを介して、許可された他のNFにサービスを提供します¹。SBAは、以前の世代のアーキテクチャからの大きな転換であり、モジュール性、再利用性、そして仮想化技術やソフトウェア技術の活用を重視しています¹。この設計原則により、ユーザープレーン機能と制御プレーン機能は独立してスケーリングおよび進化することが可能になります⁸。

5Gアーキテクチャの根底にある主要な原則には、ユーザープレーン（UP）機能と制御プレーン（CP）機能の分離、機能設計のモジュール化、サービスベースの手順の定義、アクセスネットワーク（AN）とコアネットワーク（CN）間の依存性の最小化、異なるアクセスタイプを統合する収束されたコアネットワークの実現、統一された認証フレームワークのサポート、ステートレスなNFのサポート、ネットワーク機能の能力公開、ローカルおよび集中型サービスへの同時アクセス、そしてローミング機能のサポートが含まれます⁸。これらの原則は、5Gシステムの持つ柔軟性と高度な機能性の基盤となっており、これらの原則を理解することは、アーキテクチャ設計の背後にある理論的根拠を把握する上で非常に重要です。

全体的な5Gシステムは、ユーザー機器（UE）、無線アクセスネットワーク（NG-RAN）、そしてコアネットワーク（5GC）という3つの主要なコンポーネントで構成されています²。この高レベルの構造は、以前のモバイル通信システムと共通していますが、各コンポーネントには著しい技術的進歩が見られます。

2. 5Gコアネットワーク（5GC）の詳細

5Gコアネットワーク（5GC）は、サービスベースアーキテクチャ（SBA）に基づいており、ネットワーク機能（NF）は明確に定義されたインターフェースを通じて相互に作用します²。この設計により、柔軟性とスケーラビリティが向上し、新しいサービスの統合が容易になります。NF間の基本的な通信プロトコルとしてHTTP/2が採用されている点は、重要な技術的特徴です⁶。

2.1 アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）

アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）は、4Gネットワークにおけるモビリティ管理エンティティ（MME）と同様に、ユーザー機器（UE）のアクセス制御とモビリティ管理を行います²。AMFは、加入者の情報を取得し、ショートメッセージサービス（SMS）もサポートします⁶。また、シングルネットワークスライス選択支援情報（S-NSSAI）を使用してネットワークスライスを識別する役割も担います⁶。AMFは、統一データ管理（UDM）、セッション管理機能（SMF）、ポリシー制御機能（PCF）、認証サーバー機能（AUSF）、ネットワークスライス選択機能（NSSF）などの他のネットワーク機能と、N1、N2、N8、N11、N12、N22といった特定のインターフェースを介して相互に通信します⁹。AMFはUEの接続とモビリティ管理の中心的な役割を果たし、制御プレーンにおけるその重要性を示しています。5GCにおけるMME機能の分解は、アーキテクチャ上の重要な変更点です⁶。

2.2 セッション管理機能（SMF）

セッション管理機能（SMF）は、ユーザー機器（UE）のネットワークセッションの確立、維持、終了を管理する、5Gコアネットワーク（5GC）における中核的な要素です。SMFは、パケット転送制御プロトコル（PFCP）やネットワーク機能専用のサービスベースインターフェース（Nsmf）などのプロトコルを使用して、ユーザープレーン制御を実施します。また、ユーザープレーン機能（UPF）、ポリシー制御機能（PCF）、アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）などの他のネットワーク機能と連携し、シームレスなデータフロー、効果的なポリシー適用、ネットワークリソースの最適活用を実現します。
さらに、各ネットワークセッションにおける品質オブサービス（QoS）パラメータの制御、ルーティング情報の管理、課金特性の処理にも中心的な役割を担います。SMFは、4Gネットワーク（EPC）におけるサービングゲートウェイ制御プレーン（SGW-C）、パケットデータネットワークゲートウェイ制御プレーン（PGW-C）の制御機能、ならびにモビリティ管理エンティティ（MME）の一部セッション管理機能を、5Gアーキテクチャに統合・発展させた存在です。

2.3 ユーザープレーン機能（UPF）

ユーザープレーン機能（UPF）は、ユーザーデータトラフィックを処理し、無線アクセスネットワーク（RAN）とデータネットワーク間の接続点として機能します¹。UPFは、RANからユーザーデータを受け取り、パケット検査、トラフィックルーティング、パケット処理、およびQoS強制などのさまざまな機能を実行してから、データネットワークまたはインターネットに配信します⁶。この機能により、データプレーンをネットワークエッジの近くに移動させることができ、データレートの高速化と遅延の短縮につながります⁶。UPFは、以前4Gネットワークでサービングゲートウェイ（S-GW）およびパケットデータネットワークゲートウェイ（P-GW）によって実行されていたユーザートラフィック転送機能を統合しています⁶。UPFは、セッション管理機能（SMF）およびRANと、N3、N4、N6、N9などのインターフェースを介して相互作用します⁹。また、低遅延サービスをサポートするために、ネットワークエッジの近くに展開することも可能です²。

2.4 ポリシー制御機能（PCF）

ポリシー制御機能（PCF）は、4Gネットワークにおけるポリシーおよび課金ルール機能（PCRF）と同様に、ポリシー制御および課金ルールを強制します²。PCFは、セッション管理機能（SMF）、アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）、アプリケーション機能（AF）、およびその他のネットワーク機能と、N5、N7、N15、N30、N36などのインターフェースを介して相互作用します⁹。また、ユーザーデータトラフィックがネゴシエートされた容量に準拠していることを保証します²。PCFは、ネットワークリソースが効率的に使用され、ユーザーとのサービス契約に従って使用されることを保証する上で重要な役割を果たします。アプリケーション機能（AF）との相互作用は、アプリケーション認識ポリシー制御を有効にするために不可欠です¹²。

2.5 認証サーバー機能（AUSF）

認証サーバー機能（AUSF）は、ユーザー機器（UE）の認証を担当します¹。AUSFは、SIMカード以外のさまざまな種類の資格情報をサポートする、5Gの強化された柔軟な認証フレームワークの一部です⁵。アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）および統一データ管理（UDM）と、N12、N13などのインターフェースを介して相互作用します⁹。AUSFは、許可されたユーザーのみがネットワークにアクセスできることを保証することにより、セキュリティにおいて重要な役割を果たします。強化された認証フレームワークにより、以前の世代と比較してセキュリティと柔軟性が向上しています⁵。

2.6 ネットワークリポジトリ機能（NRF）

ネットワークリポジトリ機能（NRF）は、ネットワーク機能（NF）プロファイルとそのサービスのリポジトリを維持することにより、サービスディスカバリをサポートします¹。NRFにより、NFは他のNFによって提供されるサービスを登録、登録解除、および発見することができます（例：N27）¹。NRFはSBAにとって不可欠であり、ネットワークサービスの動的かつ自動化された発見を可能にし、5Gコアの柔軟性とスケーラビリティを向上させます。

2.7 ネットワークスライス選択機能（NSSF）

ネットワークスライス選択機能（NSSF）は、ユーザー機器（UE）のサブスクリプションとサービス要件に基づいて、適切なネットワークスライスを選択する責任があります¹。NSSFは、アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）とN22などのインターフェースを介して相互作用します⁹。NSSFはネットワークスライシングに不可欠であり、オペレーターは特定のユースケースとサービスレベルアグリーメント（SLA）に合わせて調整された論理的でカスタマイズされたネットワークを作成できます。

2.8 統合データ管理（UDM）

統合データ管理（UDM）は、4Gネットワークにおけるホーム加入者サーバー（HSS）と同様に、加入者データを管理します¹。UDMは、認証および認可に使用されるサブスクリプション情報を保存します¹。アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）、セッション管理機能（SMF）、認証サーバー機能（AUSF）、およびその他のネットワーク機能と、N8、N10、N13、N35、N52などのインターフェースを介して相互作用します⁹。UDMは加入者関連情報の中央リポジトリであり、ユーザー管理およびサービスプロビジョニングに不可欠です。

2.9 その他の重要な5GCネットワーク機能

ネットワーク公開機能（NEF）: ネットワーク機能とサービスへの安全なアクセスを外部アプリケーションに提供します（例：N30、N33、N37、N51、N52、10、12、9、9）。NEFは、サードパーティのアプリケーションが5Gネットワーク機能を利用できるようにするために不可欠であり、イノベーションと新しいサービスを促進します。

セキュリティエッジ保護プロキシ（SEPP）: 特にローミングシナリオにおいて、異なるオペレーターネットワーク間のシグナリングトラフィックを保護します（1、5、10、2）。SEPPは、PLMN間の通信のセキュリティを強化し、ローミングの重要な側面です。

アプリケーション機能（AF）: ポリシー制御およびトラフィックルーティングのために、サービスまたはアプリケーション関連情報をNFに提供します（例：N5、N33、N57、2、11、12、2、9）。AFはアプリケーション認識ネットワーキングを可能にし、アプリケーション要件に基づいて最適化されたサービス配信を可能にします。

統合データリポジトリ（UDR）: サブスクリプションデータやポリシーデータなど、さまざまな種類のデータの中央リポジトリです（例：N35、N36、N37、13）。UDRはデータ管理を一元化し、効率と一貫性を向上させます。

ネットワークデータ分析機能（NWDAF）: ネットワークの最適化と管理のために、他のNFに分析サポートを提供します（25、12、26）。NWDAFはネットワークにインテリジェンスを導入し、プロアクティブな管理とパフォーマンスの向上を可能にします。

表1：主要な5Gコアネットワーク機能とその役割

ネットワーク機能（NF）	略語	主な役割	主要なインターフェース
アクセスおよびモビリティ管理機能	AMF	UEのアクセス制御とモビリティ管理	N1, N2, N8, N11, N12, N22
セッション管理機能	SMF	ネットワークセッションの管理	N4, N7, N10, N11
ユーザープレーン機能	UPF	ユーザーデータトラフィックの処理と転送	N3, N4, N6, N9
ポリシー制御機能	PCF	ポリシー制御と課金ルールの適用	N5, N7, N15, N30, N36
認証サーバー機能	AUSF	UEの認証	N12, N13
ネットワークリポジトリ機能	NRF	ネットワーク機能プロファイルの保存とサービスディスカバリ	N27
ネットワークスライス選択機能	NSSF	UEへの適切なネットワークスライスの選択	N22
統合データ管理	UDM	加入者データの管理	N8, N10, N13, N35, N52
ネットワーク公開機能	NEF	ネットワーク機能とサービスの外部公開	N30, N33, N37, N51, N52
セキュリティエッジ保護プロキシ	SEPP	オペレーターネットワーク間のシグナリングトラフィックの保護	N32
アプリケーション機能	AF	ポリシー制御とトラフィックルーティングのためのアプリケーション関連情報の提供	N5, N33, N57

3. 5G無線アクセスネットワーク（RAN）の詳細

5G無線アクセスネットワーク（RAN）、別名NG-RANは、5Gコアネットワーク（5GC）および相互に接続された一連のgNB（次世代NodeB）で構成されています²。NG-RANアーキテクチャは、非スタンドアロン（NSA）とスタンドアロン（SA）の両方の展開をサポートしており、ネットワークの進化に柔軟性をもたらします¹⁶。

3.1 gNodeB（gNB）

gNodeB（gNB）は、5G NR（New Radio）における基地局であり、無線信号の送信と受信を担当します²。gNBは、中央ユニット（CU）と1つ以上の分散ユニット（DU）に分割でき、これらはF1インターフェースによって接続されます²。gNBをCUとDUに分離するアーキテクチャは、5G RANにおける重要な技術革新であり、ネットワーク機能の展開と仮想化においてより高い柔軟性を実現します¹⁴。

3.2 集中ユニット（CU）

集中ユニット（CU）は、gNBプロトコルスタックの上位レイヤー（パケットデータ収束プロトコル（PDCP）以上）をホストする論理ノードです¹⁴。CUは、F1インターフェースを介して分散ユニット（DU）に接続されています²。さらに、CUはCU制御プレーン（CU-CP）とCUユーザープレーン（CU-UP）に分離することも可能です¹⁴。上位レイヤーをCUに集中させることで、より効率的な調整とリソース管理が可能になります。CU-CPとCU-UPへの分離は、制御プレーン機能とユーザープレーン機能を独立してスケーリングできるため、柔軟性とスケーラビリティをさらに向上させます¹⁶。

3.3 分散ユニット（DU）

分散ユニット（DU）は、gNBプロトコルスタックの下位レイヤー（物理層（PHY）、媒体アクセス制御（MAC）層、無線リンク制御（RLC）層）をホストする論理ノードです¹⁴。DUは、F1インターフェースを介して集中ユニット（CU）に接続されています²。DUは、1つ以上の無線ユニット（RU）に接続されている場合がありますが、一部の文書が作成された時点では、DUとRU間のインターフェースはまだ完全に標準化されていませんでした¹⁴。下位レイヤーをDUに分散させることで、無線機器に近い配置が可能になり、パフォーマンスの向上に貢献します。DU-RU間の標準化されたインターフェースが実現すれば、相互運用性とベンダーの多様性がさらに促進される可能性があります。

3.4 CUとDU間のF1インターフェース

F1インターフェースは、5G RANにおいてCU（集中ユニット）とDU（分散ユニット）を接続するために導入された新しいインターフェースです²。このインターフェースは、異なるベンダーの機器間での相互運用が可能になることが期待されています¹⁴。また、ユーザープレーン用のF1-Uと制御プレーン用のF1-Cに分割することもできます¹⁴。F1インターフェースは、分離されたRANアーキテクチャにおいて非常に重要であり、集中ユニットと分散ユニット間の通信と連携を可能にします。その標準化は、オープンRANイニシアチブの主要な目標であるベンダー間の相互運用性を促進します。

3.5 その他の重要なRANコンポーネントとインターフェース

gNB-CU間インターフェース（Xnインターフェース）: gNB間の通信に使用され、モビリティなどのRAN機能をサポートします¹⁵。
NGインターフェース: gNBを5GCに接続するインターフェースであり、AMFへのN2インターフェースとUPFへのN3インターフェースで構成されます²。
無線ユニット（RU）: 無線周波数機能を処理し、DUに接続します（初期のReleaseでは、インターフェースはまだ完全に標準化されていませんでした）¹⁴。

表2：主要な5G RANコンポーネントとインターフェース

RANコンポーネント/インターフェース	説明	主要なインターフェース
gNB（次世代NodeB）	5G NRにおける基地局、無線送信と受信を担当	NG（N2, N3）, Xn, F1
CU（集中ユニット）	gNBプロトコルスタックの上位レイヤーをホスト	F1, NG（制御プレーン）
DU（分散ユニット）	gNBプロトコルスタックの下位レイヤーをホスト	F1, NG（ユーザープレーン）, RU（実装依存）
RU（無線ユニット）	無線周波数機能を処理	DU（実装依存）
F1インターフェース	CUとDU間のインターフェース	CU, DU
Xnインターフェース	gNB間のインターフェース	gNB
NGインターフェース	gNBと5GC間のインターフェース	N2（AMFへ）, N3（UPFへ）

4. 5Gシステムにおける主要なインターフェースとプロトコル

4.1 RANとコアネットワーク間のNGインターフェース

NGインターフェースは、NG-RAN（5G無線アクセスネットワーク）と5GC（5Gコアネットワーク）間の主要なインターフェースです²。このインターフェースは、gNBとAMF（アクセスおよびモビリティ管理機能）間のN2インターフェース（制御プレーンシグナリング用）と、gNBとUPF（ユーザープレーン機能）間のN3インターフェース（ユーザープレーンデータ用）で構成されています²。NGインターフェースは、無線アクセスとコアネットワーク間の重要な接続であり、シームレスな通信と制御を可能にします。制御プレーンとユーザープレーンのインターフェース（N2とN3）の分離は、全体的なアーキテクチャ原則であるCUPS（制御プレーンとユーザープレーンの分離）と一致しています⁸。

4.2 コアネットワーク内のNF間のサービスベースインターフェース（SBI）

5GC内のネットワーク機能（NF）は、通常RESTful APIとHTTP/2プロトコルに基づくサービスベースインターフェース（SBI）を通じて相互に通信します¹。SBIの例としては、AMFとSMF（セッション管理機能）間のN11インターフェース、SMFとUPF間のN4インターフェース、AMFとAUSF（認証サーバー機能）間のN12インターフェースなどがあります⁹。ネットワークリポジトリ機能（NRF）は、これらのサービスの発見を容易にする役割を果たします¹。SBIの採用は、NFが容易に相互作用し、互いにサービスを提供できるモジュール式で柔軟なアーキテクチャを促進します。RESTやHTTP/2などの標準的なITプロトコルの使用は、統合を簡素化し、既存のエコシステムを活用することを可能にします。

4.3 ユーザー機器（UE）とネットワーク間の無線インターフェース

ユーザー機器（UE）とgNB間の無線インターフェースは、NR-Uu（New Radio User-to-Network）と呼ばれます²。このインターフェースは、スペクトル効率、データレート、および遅延の点で強化された機能を提供するNew Radio（NR）テクノロジーを利用しています³。NRは、低、中、高（ミリ波）バンドを含むさまざまな周波数帯域で動作し、それぞれ異なるユースケースと展開シナリオに適しています²。NR-Uuインターフェースは、5Gにおける無線接続の基盤であり、その進歩は、約束されたパフォーマンスの向上を実現するための鍵となります。広範囲のスペクトルで動作できることにより、柔軟な展開とサービス提供が可能になります。

4.4 その他の重要なインターフェースとプロトコル

F1インターフェース: RAN内のCU（集中ユニット）とDU（分散ユニット）間のインターフェース（セクション3.4で詳細に説明）。
Xnインターフェース: RAN内のgNB間で使用され、モビリティおよびその他のRAN機能をサポートします¹⁵。
非アクセス層（NAS）プロトコル: N1インターフェースを介してUEとコアネットワーク（特にAMF）間のシグナリングに使用されます²⁰。NASプロトコルは、UEとコアネットワーク間のモビリティ管理、セッション管理、およびセキュリティ手順などの重要な制御プレーン機能を処理します。
パケット転送制御プロトコル（PFCP）: ユーザープレーンのトラフィック転送を制御するために、SMFとUPFの間（N4インターフェースを介して）で使用されます⁶。PFCPは、制御プレーン機能とユーザープレーン機能の分離を可能にし、SMFがUPFのユーザープレーンの動作を管理できるようにします。
ストリーム制御伝送プロトコル（SCTP）: 制御プレーンにおけるシグナリングトランスポートに使用されることがあります¹⁸。
GPRSトンネリングプロトコル（GTP）: ユーザープレーンでユーザーデータを転送するために使用されます¹⁰。GTPは、5Gコアネットワーク全体でユーザーデータパケットをカプセル化して転送するための主要なプロトコルです。
TLS 1.2および1.3: SBAにおけるネットワーク機能間のトランスポート層セキュリティに使用されます⁵。
OAuth 2.0: SBAにおけるネットワーク機能間のアプリケーション層認証に使用されます⁵。

5. 最新の高性能・高機能な5Gシステムの主要な機能と特徴

5.1 ネットワークスライシング

ネットワークスライシングは、共有された物理インフラストラクチャ上に複数の論理的で独立した仮想ネットワーク（スライス）を作成することを可能にする技術です²。各スライスは、異なるサービスまたはユースケース（例えば、高度化モバイルブロードバンド（eMBB）、超高信頼性・低遅延通信（URLLC）、大容量多接続（mMTC））の特定の要件を満たすように、異なる品質オブサービス（QoS）、セキュリティ、および遅延特性で調整できます⁷。ネットワークスライス選択機能（NSSF）は、ユーザー機器（UE）に適切なネットワークスライスを選択する責任を担います⁹。ネットワークスライシングは、効率的なリソース利用と、さまざまなパフォーマンスニーズを持つ多様なサービスのサポートを可能にする、5Gの主要な革新です。これにより、オペレーターは差別化されたサービスを提供し、新しい垂直市場に対応できます。

5.2 Multi-access Edge Computing（MEC）

Multi-access Edge Computing（MEC）は、コンピューティングとデータストレージをネットワークのエッジ、ユーザー機器（UE）の近くに配置する技術です²。これにより、拡張現実（AR）/仮想現実（VR）、ゲーム、産業オートメーションなどの遅延に敏感なアプリケーションにおいて、遅延が減少し、アプリケーションのパフォーマンスが向上します²。MECには、ユーザープレーン機能（UPF）をエッジの近くに展開することが含まれます⁶。また、ネットワークスライシングを活用して、エッジアプリケーション専用のリソースを提供することも可能です¹⁹。MECは、5Gにおける低遅延および高帯域幅アプリケーションを可能にするために不可欠です。コンピューティングリソースを分散させることにより、特定のユースケースにおける集中型クラウドコンピューティングの制限を克服します。

5.3 超高信頼性・低遅延通信（URLLC）

超高信頼性・低遅延通信（URLLC）は、非常に高い信頼性と非常に低い遅延を必要とするミッションクリティカルなアプリケーション（例えば、産業制御、自動運転車、遠隔手術）をサポートするように設計された5Gの主要な機能です²。URLLCは、より短い伝送時間間隔、優先トラフィック処理、エッジコンピューティングなどのRANおよびコアネットワークの機能強化の組み合わせによって実現されます²。ネットワークスライシングを使用して、URLLCサービスに対して厳格な信頼性と遅延要件を持つ専用スライスを作成できます⁷。URLLCは、リアルタイムで信頼性の高い通信が不可欠な産業およびエンタープライズアプリケーションにおいて、5Gの新たな可能性を開きます。

5.4 大容量多接続（mMTC）

大容量多接続（mMTC）は、IoT展開に典型的な、大量の接続されたデバイスをサポートするように設計されています²。mMTCは、データレートが低く、送信頻度が低い可能性のある大量のデバイスをサポートしながら、エネルギー効率を最適化することに重点を置いています²。ネットワークスライシングを使用して、mMTCに関連する多数のデバイスを効率的に管理できます¹⁹。mMTCにより、5Gは、スマートシティ、産業用IoTなど、広大で成長しているIoTデバイスとアプリケーションの市場に対応できます。

5.5 その他の高度な機能

高度化モバイルブロードバンド（eMBB）: 以前の世代と比較して大幅に高いデータレートと容量を提供し、HDビデオストリーミングやAR/VRなどの帯域幅を大量に消費するアプリケーションをサポートします²。
柔軟なネットワーク運用: ネットワーク機能公開、スケーラビリティ、多様なモビリティサポート、強化されたセキュリティ、効率的なコンテンツ配信、および以前の世代のネットワークとの移行と相互運用などの機能が含まれます²。
強化されたセキュリティ: 5Gには、柔軟な認証フレームワーク、改善された加入者プライバシー（例：IMSI暗号化）、およびネットワークアクセスとネットワークドメインの両方のセキュリティメカニズムを含む、いくつかのセキュリティ強化が含まれています³。
XRおよびメディアサービスのサポート: Release 18以降には、マルチモーダリティ伝送やマルチモーダルデータフローの協調ポリシー制御など、XR（拡張現実）およびメディアサービスの高データレートおよび低遅延要件をサポートするための機能強化が含まれています²⁵。5G標準の継続的な進化（Release 18の機能が示すように）は、新たなテクノロジーとアプリケーションの要求を満たすためにシステムの機能を強化する継続的な取り組みを強調しています。

表3：主要な5G機能とその利点

機能	説明	主な利点	実現技術
ネットワークスライシング	共有インフラ上に複数の論理ネットワークを作成	リソースの効率的な利用、多様なサービス要件への対応、新しい市場への対応	NSSF, 仮想化
Multi-access Edge Computing（MEC）	コンピューティングをネットワークエッジに配置	低遅延、アプリケーションパフォーマンスの向上、ローカルデータ処理	UPFの分散配置, ネットワークスライシング
超高信頼性・低遅延通信（URLLC）	ミッションクリティカルなアプリケーション向けの超高信頼性と低遅延通信	産業オートメーション、自動運転、遠隔手術などの実現	短い伝送時間間隔, 優先トラフィック処理, MEC
大容量多接続（mMTC）	大量の接続されたデバイスのサポート	スマートシティ、産業用IoTなどの実現、エネルギー効率の最適化	ネットワークスライシング, 低消費電力設計
高度化モバイルブロードバンド（eMBB）	大幅なデータレートと容量の向上	高品質なビデオストリーミング、AR/VRなどのリッチメディア体験の向上	広帯域幅, 高度な変調方式

6. 5Gシステムコンポーネント間の関係

7. 結論

本レポートでは、最新の3GPP技術仕様に基づいた、一般的な大規模モバイルキャリアにおける高性能・高機能な5Gシステムの詳細について解説しました。5Gシステムは、サービスベースアーキテクチャ（SBA）を採用し、制御プレーンとユーザープレーンを分離することで、柔軟性、スケーラビリティ、効率性を高めています。コアネットワーク（5GC）は、アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）、セッション管理機能（SMF）、ユーザープレーン機能（UPF）など、多数のネットワーク機能（NF）で構成され、それぞれが特定の役割を担い、標準化されたインターフェースを通じて連携しています。無線アクセスネットワーク（RAN）は、gNBを中心に構成され、集中ユニット（CU）と分散ユニット（DU）に分離することで、展開の柔軟性を向上させています。

5Gシステムの主要な機能と特徴として、ネットワークスライシング、モバイルエッジコンピューティング（MEC）、超高信頼性・低遅延通信（URLLC）、大容量多接続（mMTC）などが挙げられます。これらの機能は、多様なサービス要件に対応し、新たなユースケースの実現を可能にします。ネットワークスライシングは、仮想的な専用ネットワークを構築し、MECは遅延を短縮し、URLLCはミッションクリティカルな通信をサポートし、mMTCは多数のデバイス接続を可能にします。

5Gシステムは、NGインターフェースを介してRANとコアネットワークが接続され、コアネットワーク内ではサービスベースインターフェース（SBI）を通じてNFが相互に通信します。ユーザー機器（UE）との無線インターフェースはNR-Uuと呼ばれ、高速かつ低遅延の通信を実現します。

3GPPの標準化活動は継続的に行われており、最新のReleaseでは、XRやメディアサービスなどの新たなアプリケーションに対応するための機能拡張が進められています。高性能・高機能な5Gシステムは、モバイル通信の可能性を大きく広げ、様々な産業や社会の発展に貢献することが期待されます。

8. 生成AIで作成する5Gシステムの関連ドキュメント

🔗 記事を読む

9. 引用文献

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System architecture milestone of 5G Phase 1 is achieved - 3GPP（2025年4月14日アクセス）
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3GPP 5G architecture | Download Scientific Diagram - ResearchGate（2025年4月14日アクセス）

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