3GPP Release 18標準化活動（1）
3GPP Release 18における5G-Advanced無線技術概要

第5世代移動通信システム（5G）向けの新たな無線アクセス技術であるNR（New Radio）^*1が3GPP（3rd Generation Partnership Project） Release 15（以下，Rel-15）で仕様策定された後，Rel-16/17において，モバイルブロードバンドの高度化（eMBB：enhanced Mobile BroadBand）^*2や高信頼・低遅延通信（URLLC：Ultra-Reliable and Low Latency Communication）^*3向けの高度化技術に加えて，産業分野でのIoT（Internet of Things）を促進するIIoT（Industrial IoT）^*4といった新規事業を創出するための拡張技術が規定された．Rel-17ではさらに，新規シナリオ・ユースケースに対応するために，高周波数帯のより一層の開拓や，非地上ネットワーク（NTN：Non-Terrestrial Network）^*5のサポート，ウェアラブル端末など向けの低コストNR端末カテゴリ（RedCap：Reduced Capability^*6）の追加なども規定された．

3GPPでは，Rel-18以降を5G-Advancedと定義し，2020年代後半の商用化をターゲットにした機能追加とともに，2030年ごろをターゲットとした第6世代移動通信システム（6G）へのステップとも位置付け，①モバイルブロードバンドの進化とさまざまな業界への5G展開，②短期的なニーズに対応する技術と中長期的なニーズに対応する技術，③デバイスの進化とネットワークの進化，のそれぞれの観点でバランスのとれた検討／仕様化項目を行い，5Gが新たな価値を提供することへ貢献している．Rel-18で仕様化した主な機能を図1に示す．本稿では，これらのRel-18で仕様化された主な拡張技術と，その検討で考慮された背景を概説する．

1. NR：5G向けに策定された無線方式規格．4Gと比較して高い周波数帯（例えば，6GHz帯以下や28GHz帯）などを活用した通信の高度化や，高度化されたIoTの実現を目的とした低遅延・高信頼な通信を可能にする．
2. モバイルブロードバンドの高度化（eMBB）：高速大容量を必要とする通信の総称．
3. 高信頼・低遅延通信（URLLC）：低遅延かつ，高信頼性を必要とする通信の総称．
4. IIoT：工場などにおける機器のネットワーク接続など，産業分野向けのIoT．
5. 非地上ネットワーク（NTN）：衛星やHAPSなどの非陸上系媒体を利用して，通信エリアが地上に限定されず，空・海・宇宙などのあらゆる場所に通信エリアが拡張されたネットワーク．
6. RedCap：Rel-17 NRにおいて導入された簡易端末カテゴリの名称で，通常のNR端末よりサポートする送受信アンテナ数や帯域幅を減らすことでデバイスの複雑さを低減する．

Rel-17では，NRのeMBBやURLLCといった機能をサポートするハイエンドなIoT端末と，eMTC（enhanced Machine Type Communication）^*7やNB-IoT（Narrow Band-IoT）^*8で提供されるローエンドなIoT端末の間に位置するミドルレンジIoTサービスに対してNRを最適化した端末として，RedCapが仕様化された．一方，Rel-17 RedCapは，ローエンドIoTと比較して20MHzといったより広い帯域幅でデータ送受信を行うため，さらに端末の複雑性を削減する余地が指摘されており，よりローエンドIoTに近い領域でRedCapを適用するための機能拡張が議論された．

Rel-18では，RedCapからさらに端末の複雑性（データチャネルの帯域，ピークデータレート）を削減することで，サポートされるユースケースをスマートグリッド^*9といった領域に拡張することをめざすeRedCap（enhanced Reduced Capability）と呼ばれる端末の仕様化が行われた．

1. eMTC：狭い周波数帯を用いてIoT（センサなど）向けに低速データ通信を行う端末用LTE通信仕様．
2. NB-IoT：eMTCよりもさらに狭い周波数帯を用いてIoT（センサなど）向けに低速データ通信を行う端末用LTE通信仕様．
3. スマートグリッド：電力システムに無線センサを組み込み，供給側と需要側の電力をリアルタイムかつ自律的に監視・制御し，最適化できる送電網．
4. サイドリンク：基地局を介さず端末間で行われる通信のリンク．
5. セルID：セルごとに付与される識別情報．
6. TA：複数UE間の信号の直交性を保つために，UE側で調整する送信タイミングの量．
7. V2X：車車間の直接通信（V2V：Vehicle to Vehicle），車と路側機（道路脇に設置されている無線通信設備）間の直接通信（V2I：Vehicle to Infrastructure），車両と歩行者間の直接通信（V2P：Vehicle to Pedestrian），LTEや5Gなどのセルラ網を経由して通信する広域通信（基地局経由通信，V2N：Vehicle to Network）などの総称．
8. アンライセンスバンド：行政による免許割当が不要で，特定の通信事業者に限定されずに使用可能な周波数帯．
9. AMF：5GCにおけるUEの在圏収容装置．
10. GNSS：GPSや準天頂衛星などの衛星測位システムの総称．
11. VSAT端末：小型のパラボラアンテナなどを使用して飛行体と通信を行う装置．スマートフォンと比較すると大型であり，当該装置の先に有線でハブ・固定電話・PCなどを接続する構成が想定される．

3.6 ミリ波端末性能規定のさらなる拡張

従来，FR2の同一周波数帯においてUEが満たすべき要件は，1つのアンテナパネルによって1つのビームを形成できることである．一方，FR2のDL MIMOの要件としてビーム当り最大2layerであったため，FR1で一般的に用いられている4layer受信をFR2で行うためには異なる2つのビームを用いる必要があった．

Rel-18では，FR2の下りスループットの向上に向けて，UEがアンテナパネルとそこに繋がる信号処理機能部をそれぞれ2つ具備することを前提として，同時に2つのビームを形成することでFR2の同一周波数帯での4layer DL MIMOを実現可能とする，端末性能規定を策定した（図2）．

また，FR2では無線品質測定の際にUEのビームスイーピング^*65が必要となることで，FR1に比べて無線品質測定に長い時間を要していたが，Rel-18においては，それぞれ独立してビームスイーピングを行うことが可能な受信機能部を複数具備することでビームスイーピングの時間を短縮可能とし，無線品質測定中にはデータ受信ができない制約についても一部が緩和可能となるため，FR2の下りスループット向上が期待される．

1. MU-MIMO：複数ユーザそれぞれの受信アンテナを使用してMIMO通信を行う技術．ユーザ間で空間ストリームを分けることでユーザ多重を行うことができる．
2. レイヤ：MIMOにおいて同時に送信するストリームの数．
3. SU-MIMO：単一ユーザの複数の送受信アンテナを使用してMIMO通信を行う技術．
4. 復調用参照信号（DMRS）：下り・上りリンクの送受信データを復調する際に用いられるチャネル推定用の参照信号．
5. 周波数領域直交符号（FD-OCC）：直交符号を周波数領域のリソースに適用すること．
6. TRP：基地局において，1つの場所に設置された，1つまたは複数の送受信アンテナポートの集合．1つの場所に設置された送受信アンテナポートのみを用いる基地局構成をシングルTRPと呼び，複数の場所に設置された送受信アンテナを用いる基地局構成をマルチTRPと呼ぶ．
7. MIMO：同一時間，同一周波数において，複数の送受信アンテナを用いて信号の伝送を行い，通信品質および周波数利用効率の向上を実現する信号伝送技術．
8. UE：3GPPに準拠した機能をもつ移動機．
9. プリコーダ：あるデジタル信号に対して送信前に乗算される係数．
10. コードブック：あらかじめ決められたプリコーディングウェイト行列の候補．
11. SRS：基地局側で上りリンクのチャネル品質や受信タイミングなどを測定するための上りリンク参照信号．
12. CSI：信号が経由した無線チャネルの状態を表す情報．
13. ドップラー周波数：無線通信において，送信機もしくは受信機の移動によって発生する周波数の誤差．
14. ハンドオーバ：UEが接続先のセルを切り替えること．
15. RRC：無線ネットワークにおける無線リソースを制御するプロトコル．
16. L3：OSI参照モデルの第3層（ネットワーク層）．
17. L1/L2：開放型システム間相互接続（OSI：Open Systems Interconnection）参照モデルの第1層（物理層）および第2層（データリンク層）．
18. セル：セルラ方式の移動通信ネットワークと移動端末との間で無線信号の送受信を行う最小のエリア単位．
19. シグナリング：端末と基地局間の通信に使用する制御信号．
20. DU：5G基地局を集約ノードと分散ノードに分割した際の，分散ノードのことを指す．
21. PDCP：レイヤ2におけるサブレイヤの1つで，秘匿，正当性確認，順序整列，ヘッダ圧縮などを行うプロトコル．
22. RLC：レイヤ2のサブレイヤの1つで，再送制御などを行うプロトコル．
23. RACH：ランダムアクセス手順において端末が基地局に最初に送信する物理チャネル．
24. TCI state ID：信号／チャネルの疑似コロケーション（QCL：Quasi-Co-Location）に関する情報の識別子．
25. intra-CU LTM：同一基地局内の2つのセル間で行われるハンドオーバ．
26. inter-CU LTM：異なる基地局間の2つのセル間で行われるハンドオーバ．
27. XR：ウェアラブル端末などを用いて，現実と仮想の環境が融合する体験を提供する技術の総称．
28. BSR：ULのMACサブレイヤで伝送される制御信号MAC CE（Medium Access Control Control Element）の一種．UEがgNBに対し，送信を希望するULデータのバッファ滞留量を報告するために用いられる．なお，MACは無線インタフェースのレイヤ3におけるサブレイヤの1つで，無線リソース割当て，TB（Transport Block）へのデータマッピング，HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）再送制御などを行うプロトコルを指す．
29. PDU：プロトコルレイヤ・サブレイヤが処理するデータの単位．
30. DRX：端末の消費電力削減を目的とした間欠受信．
31. Configured Grant：基地局からあらかじめユーザ個別にPUSCHリソースを割り当てておき，上りリンクデータが発生したら，SR（Scheduling Request）送信を行わずにUEが当該リソースでPUSCHを送信できる仕組みのこと．
32. FR1：周波数レンジの1つ．410～7,125MHzを指す．
33. FR2：周波数レンジの1つ．24,250～71,000MHzを指す．
34. 物理下りリンク制御チャネル（PDCCH）：DLにおける物理レイヤの制御チャネル．
35. Handheld UE：いわゆるスマートフォンのような，ユーザが手に保持して用いるデバイスを指す．
36. FWA：無線通信規格の1つで，固定無線アクセスシステムを指す．FWA端末はスマートフォンのような携帯端末とは異なり固定されて使用する想定のため，一般的に，携帯端末と比較して大きなデバイス容積で各種無線信号処理ハードウェアが実装しやすい．
37. CPE：無線通信規格の1つで，顧客の敷地内に設営される無線システムを指す．一般的に，携帯端末と比較して大きなデバイス容積で各種無線信号処理ハードウェアが実装しやすい．
38. キャリアアグリゲーション：1つの基地局でサポートされる複数のキャリアを用いて同時に送受信を行うことにより，高速伝送を実現する技術．
39. デュアルコネクティビティ：端末が2つの基地局と接続し，それぞれの基地局との送受信を同時に行うことで広帯域化を実現する技術．
40. 回り込み：無線装置において，自身の送信アンテナから送信された電波が自身の受信アンテナに受信されること．
41. UE capability：標準仕様で規定された各種機能やそれらの機能に付随する性能要件への対応可否，またある機能を使用する際に複数の設定を取り得る場合にどの設定に対応可能なのか，といった端末の機能対応可否の総称．
42. π/2 BPSK：2値の情報を2つの位相状態に対応させたデジタル変調方式であるBPSKにおいて，各変調ごとに基準となる位相状態をπ/2（90度）ずつシフトさせることで急激な位相変動を避けて，ピーク電力対平均電力比を抑えることを可能とする変調方式．
43. QPSK：デジタル変調方式の1つで，4つの位相にそれぞれ1つの値を割り当てることにより，同時に2bitの情報を送信可能．
44. 16QAM：デジタル変調方式の1つで，振幅と位相の異なる16通りの組合せに対して，それぞれ1つの値を割り当てることにより，同時に4bitの情報を送信可能．
45. 64QAM：デジタル変調方式の1つで，振幅と位相の異なる64通りの組合せに対して，それぞれ1つの値を割り当てることにより，同時に6bitの情報を送信可能．
46. シンボル：伝送するデータの時間単位であり，OFDMの場合は複数のサブキャリアから構成される．各サブキャリアには複数のビット（例えばQPSKなら2bit）がマッピングされる．
47. 256QAM：変調方式の種類．256QAMは振幅と位相が異なる256通りの信号点に情報ビットを変調する．1回の変調で8ビットの情報を伝送することができる．
48. ビームスイーピング：複数のビームを用いる際に，それらを連続で切り替えることで空間的に掃引すること．
49. EN-DC：NRノンスタンドアローン運用のためのアーキテクチャ．LTE無線でRRC connectionを行い，追加の無線リソースとして加えてNRを用いる．
50. NR-CA：複数のNRキャリアを用いて同時に送受信することにより後方互換性を保ちながら帯域拡大により高速伝送を実現する技術．
51. 物理ランダムアクセスチャネル（PRACH）：UEが初期アクセスやハンドオーバなどにより，セルとコネクション確立を行う場合などに送信される物理チャネル．
52. 物理上りリンク共有チャネル（PUSCH）：ULでデータを送信するために用いる共有チャネル．
53. 物理上りリンク制御チャネル（PUCCH）：ULで制御信号を送信するために用いる物理チャネル．
54. カバレッジ：基地局当りのUEとの通信を行うことができるエリア（セル半径）．カバレッジが大きいほど設置する基地局数を低減できる．
55. CP-OFDM：IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）によって生成した時間領域の信号に対して，CPと呼ばれる末尾の信号のコピーを先頭に挿入する処理を加えた波形生成方法．
56. DFT-S-OFDM：CP-OFDMの処理前の周波数領域の信号を生成する際，信号にDFTを適用する波形生成方法．
57. PAPR：任意の時間において生成される信号の，電力の時間平均値に対する最大電力値の比．
58. 上位レイヤ：物理レイヤより上位に位置するすべてのレイヤであり，具体的にMAC，PDCP，RLC，S1AP（Adaptation Protocol）），X2APなどを指す．
59. 物理レイヤ：OSI参照モデルの第一層．例えば，物理レイヤ仕様とは，ビット伝送に関わる無線インタフェース仕様のことを指し示す．

Rel-18ではモビリティ，ロードバランシング^*77，ネットワーク消費電力の最適化の3つのユースケースを実現するAI/ML^*78機能が仕様化された．

1. モビリティについては，ハンドオーバ元の基地局がハンドオーバ先の基地局に送るhandover request messageに，AI/MLで予測したUEの将来の移動軌跡を含めることが可能になり，ハンドオーバ先の基地局は当該情報を用いて，次のハンドオーバ時に適切なハンドオーバ先の選択が可能となる．
2. ロードバランシングについては，AI/MLで予測した隣接gNBの将来のロード状況（例えば，将来のActive UE数）をgNB間で交換することが可能になり，その情報を用いることで，先読みしたロードバランシング制御となり，よりスマートなリソース制御が可能となる．
3. ネットワーク消費電力の最適化については，gNBの消費電力の測定メトリック^*79Energy Costを新たに定義した．AI/MLで予測した隣接gNBのEnergy CostをgNB間で交換することが可能になり，上記のAI/MLで予測したgNBの将来のロード状況と合わせた情報に基づいて，ロードバランシング制御することでネットワーク全体の消費電力最適化が期待される．

なお，AI/MLアルゴリズムとモデルに関しては3GPP scope外である．

1. ロードバランシング：セル間のトラフィック負荷分散．
2. AI/ML：モデルを用いて推論すること，および，推論に用いるモデルを機械学習により生成すること．
3. メトリック：対象の属性や状態を一定の基準に基づいて測定・数値化したものを指す．
4. CHO：ハンドオーバ実施方法の1つ．ハンドオーバ実施時に指示するのではなく，あらかじめ切替先と切替条件をネットワーク側からUEに通知を行う．
5. ノード：ネットワークにおいて，入力から受け取った値を伝搬する点のこと．

本稿では，3GPP Rel-18仕様で策定された5G-Advanced無線の高度化技術について概説した．本稿で紹介した産業創出・ソリューション協創向け高度化技術，モバイルブロードバンド向け高度化技術，および無線ネットワーク高度化技術については，本特集別記事でより詳細に解説しているので，参照されたい[1]～[3]．3GPPでは2023年12月から，5G-Advancedの2番目の仕様としてRel-19仕様の策定を開始している[4]．ドコモは，3GPPにおける5G標準化推進に寄与しており，今後も5G標準化のさらなる発展に貢献していく．

• [1] 吉岡，ほか：“3GPP Release 18における産業創出・ソリューション協創向け高度化技術，”本誌，Vol.32，No.2，Jul. 2024．
• [2] 松村，ほか：“3GPP Release 18におけるモバイルブロードバンド向け高度化技術，” 本誌，Vol.32，No.2，Jul. 2024．
• [3] 栗田，ほか：“3GPP Release 18におけるネットワーク省電力化・負荷分散・高密度化のための高度化技術，”本誌，Vol.32，No.2，Jul. 2024．
• [4] 原田，ほか：“5G-Advanced標準化動向，”本誌，Vol.32，No.2，Jul. 2024．