なにこれ

コンテストに参加して5G問題なんもわからんをやってたので、この際勉強してみようとしたやつです。

まずは概要

5Gってなに？

5Gは次世代通信システムとして騒がれているやつです。
少し前までは4Gとか3.9GとかLTEとか言われてたと思うのですが、それより強い通信システムらしいです。
具体的にはHzを上げたらしいです。

ちなみにローカル5Gとかいう限定された場所だけで構築された5Gネットワークがあるらしいですね。

特徴

3GPP(5Gを策定している団体)は、以下の3つを特徴とまとめてるらしいです。
この特徴はITU-Tとかいう団体から要求されたものらしいですね。

モバイルブロードバンドのさらなる高度化
多数同時接続を実現するマシンタイプ通信
高信頼・低遅延通信

5Gと4Gの違い

使用するHz帯が違うみたいですね。
4Gが800MHz~3.6GHzまでの電波を使ってどうこうしてたらしいです。
それに対して5Gは以下の表の周波数が追加されるらしいです。

周波数値帯	周波数	日本で使用される周波数帯
Sub6	3.6GHz~6GHz	n77,n78,n79
ミリ波	30GHz~300GHz	n257

nXXとかSub6、ミリ波とかの単語がようわからんな。 (Xには数字が入る)

コラム:なんで周波数が高くなるといいのか

めちゃくちゃ簡単に言うと1回の送信で情報がたくさん詰め込めるようになります。
周波数が高くなるということは波長が短くなるということですね。
要は波が早くなります。
あと周波数帯域(使う周波数の種類)が広がるので波の種類が増えます。
現在の電子技術は波の位相(ズレみたいなやつ)とか振幅(上下の幅)とかを利用していろんな波を詰め込んだ後送信し、受信側はどんな波が含まれているかを分析して情報を取り出します。
そして，周波数帯域が広がると、この波(ベースバンドといいます)に詰め込める量が広がるので、一回の送信にたくさんの情報を詰め込めるようになります。

詳しくはこちらの記事が解説をしていますね。

nXX is 何 (Xには数字が入る)

5G新無線(5G NR)周波数帯の帯域番号なるやつらしいです。
帯域番号の接頭辞にnがつくってWikipediaに書いてありました。(2021/4/7 現在)

Sub6, ミリ波って何

なんか5Gの新周波数にFR(Frequency Range)とかいうものがあるらしく、周波数の低い方がFR1、高い方がFR2と定義されているみたいです。
で、そのFR1の中の6GHz帯に近い方をSub6と呼んでいるらしいです。
ミリ波はまあ名前の通り波長がミリメートルぐらいの30~300GHzの波のことみたいですね。

ちなみにFR2はミリ波を含むらしいです。FR2⊃ミリ波

本題

5Gの仕組み

実際5Gってどうなってるの？という話ですね。
何やら大まかに3つにわかれているみたいです。

端末
RAN
コアネットワーク
- C-plane機能群
- U-plane機能

下のように構成されるようです。

C-plane機能群
┃      ┃
RAN ━ U-plane機能 ━ DN🌐
┃
端末📱

(DN = Data Network : お外)

...いや端末以外なんもわからんが

とりあえず用語理解

NR

New Radioの略。意味は「新しい無線」。
LTE、LTE-Advanceとの後方互換性はないまったく新しいやつということですね。

RAN

Radio Access Networkの略。意味は以下らしいです。
要は端末の受付...というか，案内所的なやつかな？

コアネットワークと移動端末の間に位置する、無線基地局および無線回線制御装置などで構成されるネットワーク。
https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/tech/5g/5g06/02/index.html#notice03

5GC (5G Core)

5Gコアネットワークのこと。大まかにC-plane, U-planeに分けられる。

U-plane

ユーザプレーン。ユーザデータの送受信処理を指す。
https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/tech/5g/5g06/02/index.html#notice04

いろんな資料見たけどUPFしかおらん。

C-plane

制御プレーン。通信の確立などをするためにやり取りされる、一連の制御処理を指す。
https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/tech/5g/5g06/02/index.html#notice05

C-plane機能群っていうだけあっていろいろあった。

AMF
SMF
UDC
- PCF
- AUSF
- UDM
AF
NEF
NRF

とりあえずこの記事が没になる前に投稿したいので各々の意味は後回しで...💦
(調べるとは言っていない)

なんで分かれてるの？

なんかLTEの時に3GPPが策定したIPコアネットワークを使って5Gも動かすらしく、その仕様の改善(改造?)案が引き継がれているみたいです。

これは、EPC（Evolved Packet Core）※6仕様の拡充としてCUPS（Control and User Plane Separation）の項目名で検討されたC/U分離のコンセプトが引き継がれている。
https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/tech/5g/5g06/02/

ツール

以下のツールを使用すればLinux上に5Gネットワークのカーネルモジュールを扱える環境を作れるみたいなので追々やってみたい。

https://github.com/PrinzOwO/gtp5g
https://github.com/PrinzOwO/libgtp5gnl

疲れた

用語理解するだけでずいぶん労力使っちゃった。
このあとはツール使いながら勉強すればいいや。

暇を見つける労力が惜しくてやる気が起きんけどね。

参考文献