5Gは高�]データレート、低����、�H様なデバイスが主な��長であるから、�\術もそれに�官�することになる。��に高�]データレートの実現が最も�Mしく、ここに�\術は集中する。5Gで��要なデータレートを�uるための高�]�\術としては、より高周�Sで広い周�S数帯域を�W(w┌ng)��することが�L(f┘ng)かせない。ただし、周�S数を高める�\術はそう�~単ではない。�k般に周�S数を�屬欧譴��屬欧襪曚鼻∩�信パワーは落ち、�p信性�Δ藁�化してゆく。寄�斃椴未筌ぅ鵐瀬�タンスなどが邪魔するからだ。送�p信性�Δ��屬欧�RF�v路と、デジタル変調を行うベースバンドの無線アクセス�v路でデータレートをいかに�屬欧襪�、が�_要になる。

RF�v路では、やはり高周�S化が��要で、LTEで使われているサブギガ、1.8GHz帯、2GHz帯よりももっと高い周�S数帯を使う。5Gの最初の実証実�xでは、3.5GHz帯、4.5GHz帯、28GHz帯が総��省の周�S数割り当てとなっている。やはり3.5GHz帯と4.5GHz帯からスタートしそうだ。�p信?d─ng)v路では、アンテナ、LNA（ローノイズアンプ）や局�霹�振�_(d│)、送信?d─ng)v路では、RFパワーアンプが新たな周�S数に�官�した半導��チップを開発しなければならない。局発ではRF-MEMSも求められる。RFパワーアンプではGaN HEMTによるパワーアンプや、消�J電��を下げるためのエンベロープトラッキング�v路�\術（送信すべき信��(gu┤)�單戮亦�って電源電圧も変える�\術）も��要になる。

アンテナ�\術では、マッシブMIMO（Multiple Input Multiple Output）が本格的に使われる。マッシブMIMOはソフトバンクのLTEギガサービスで最初に導入された。��来のMIMOだと2×2（送�p信2個ずつ）アンテナだったが、5Gでは8×8アンテナの検討も進んでいる。��に28GHz以�屬離潺��S�覦茲砲覆襪函�電�Sが直進的になり、360度に広がらなくなるため、位相を変えて携帯電�Bの向きを揃えるビームフォーミング�\術が�L(f┘ng)かせなくなる。もちろん、ビームフォーミングには高度なロジックLSIが��要で、送信・�p信のアンテナの向きを電�Sを�Rってすぐに電子的に変えるのである。

本来アンテナは、�S長の長さで電�Sを�\幅させるための共振�_(d│)であるため、共振させるためのインダクタンスやキャパシタンスが��要となる。しかもマッシブMIMOならコンデンサを構成する平�Cアンテナをアレイ�Xに並べることになる。また、周�S数が�屬�れば�屬�るほど�S長は反比例して�]くなる。3GHzだと�S長は1cm、30GHzは1mmになる。つまりミリ�Sやテラヘルツ�Sとなるとアンテナは半導��チップやパッケージに実�△任�るようになる。3.5GHz帯のMIMOアンテナの素子は1cm弱と小さい。このためMIMOアンテナはセラミック平�C�屬俣H数の共振�_(d│)素子をアレイ�Xに並べたものになる。ミリ�SとなるとICパッケージの�屬縫▲鵐謄覆鬟瓮織襪離ぅ鵐�ジェットや印刷などで�Wくことができるようになる。もちろん、パッケージの�j(lu┛)きさとミリ�Sの周�S数に依�Tするが、60GHzだと�S長は0.5mmなのでパッケージ�屬飽�刷できそうだ。

デジタル変調�v路を使うベースバンド�v路では、OFDM（直交周�S数分割�H�_）無線アクセスの並�`度を�屬欧���(sh┫)向にある。OFDMは周�S数軸で振幅と位相（90度）で直交させる無線アクセス��(sh┫)式で、この周�S数のサブキャリヤごとにデジタル変調QAM（直交振幅変調）を使う。LTEでは、�kつのQAMに16個のデジタル値を載せる16QAMが主流で、高�]化には64個の64QAMを使っているが、5Gでは256QAMになりそうだ。QAMは、振幅変調と位相変調を�W(w┌ng)��するデジタル変調��(sh┫)式。デジタル変調では、変調のアルゴリズムをモデル化し���Qする場合に解析的な解が求められないことが�Hく、級数�t開を数値演�Qする。数値演�Qに適した積和演�Q専��のマイクロプロセッサであるDSPがこれまで同様、出番となる。

こういった送�p信?d─ng)v路や変調�v路には半導��ICが使われるが、これらを動かすための電源��のICも�L(f┘ng)かせない。いわばDC-DCコンバータやAC-DCコンバータといった電源��ICである。

以�崕劼戮討�たような半導��ICが基地局だけではなくスモールセルにも使われ、さらに端��にも入ることで半導���噞にとっては�j(lu┛)きなビジネスとなりうる。もちろん、これ以外にも顔認証に使う2Dアレイの�C発光レーザーVCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、iPhoneだけではなく��てのスマートフォンにも入ることになるため、ここにもビジネスチャンスが広がっている。東�B工業�j(lu┛)学の伊賀健�k元学長が発��したVCSEL�C発光レーザーは、iPhone向けには�盜颪慮�半導��メーカーFinisar社が供給しており、VCSEL�x場は残念ながら日本メーカーではなく、Lumentumなどの�盜��U光半導��メーカーが��配している。

また低����に関しては、マイクロプロセッサや専��プロセッサの�]度とアーキテクチャに依�Tするため、プロセッサの性�Ω��屬�要求される。�H様なデバイスとはIoT端��そのものであり、データレートが��いIoT端��でも5Gのセルラーネットワークで通信できる仕組みが使われるだろう。すでにLTEのベースステーションでは、基地局のハードウエアをそのままにソフトウエアを変えるだけでIoT端��をセルラーネットワークで動作できるようにNB-IoTやCat-M1などの��格に�官�できる���△鬚靴討い襦�

参考�@料
1. 5G無線通信はなぜ半導��メーカーにも影�xを及ぼすのか(1) (2018/12/28)