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ブロードバンドとは ~ FTTH・5Gの時代へ ~

ご利用のインターネットは、どのような接続方法で利用されていますか?一口にインターネットといっても、その接続方法はいろいろあります。

総務省が2022年5月に発表した統計によると、光回線58.2%、携帯電話回線56.2%、CATV(ケーブルテレビ)回線17.4%(複数回答可)で、多くの方が光回線を利用されていることがわかります。

その他の接続方法としては、一般の電話回線、無線、さらには衛星電話でも接続は可能です。要するにデータが伝送できれば、有線であれ無線であれ、銅線であれ光ファイバーであれ問題ないのです。

何が問題になるのかというと「速度」です。

前項でも触れましたが、インターネット初期の「ダイヤルアップ接続」では、単純な画像が表示されるのにも数十秒かかるほどの低速で、現在のように動画を見たり音楽をダウンロードすることは困難でした。

ダイヤルアップ接続は、固定電話のモジュラージャックとパソコンを接続し、電話回線のアナログ信号をデジタル信号に変換するモデムという機器を中継して、プロバイダにダイヤルアップ(電話をかける)して、インターネットに接続する方法でした。

そのため、インターネットに接続している時間分の電話料金が発生していました。速度は非常に遅く、一般のアナログ回線で56Kbps、ISDNでも64Kbps程度でした。また、悪意のあるサイトからダイヤルQ2等に電話をつながれ、膨大な電話料金が発生したりといったトラブルも起こりました。

速度「bps」は、その他の単位 で詳しく学習しますが、1秒間に転送可能なビット数を表しています。(データ容量を表すバイト数ではないので注意が必要です)

計算式も同項で学習しますが、56kbpsの速度では、一般的な5MB程度の音楽ファイルをダウンロードするのに10数分かかる計算になります。テキストだけのウェブページを表示するのもスムーズではありませんでした。

そこで、通信速度の向上と、電話料金の固定された常時接続の2つのサービスが求められるようになりました。

インターネットの高速大容量化と常時接続が可能なサービスのことを、

ブロードバンド

と言います。

目安として、500kbps以上がブロードバンドと呼ばれます。現在の感覚で500Kbpsは非常に低速ですが、2022年の調査では、ブロードバンドの普及率は9割を超えており、ほぼ100%にまで達しています。

逆に低速のインターネットを「ナローバンド」と呼びますが、こうした低速インターネットは、ISDN、電話回線によるダイヤルアップ、PHS回線などのサービスが終了している(する予定)の接続方法に限られています。

そのため、もはやブロードバンドの必要性を説く意味もないのですが、どのようにブロードバンドが普及し、高速大容量化を進めてきたのかを学習していきましょう。

ダイヤルアップ接続の次に普及したのが、

xDSL(エックスディーエスエル)

と呼ばれる接続方法でした。

xDSLの「x」は特定のサービスを表します。DSLは「Digital Subscriber Line」(加入者回線)の略になります。

xDSLでは、数Mbps~数十Mbpsという最低でもダイヤルアップ接続の10倍の速度でインターネットを利用することができ、かつ常時接続を可能にした画期的なサービスでした。

固定電話の回線を使用するため、大掛かりな工事も必要なく、いくら使っても定額料金のため爆発的に普及しました。

なぜダイヤルアップ接続と同じ電話回線を使用して10倍以上もの速度が出せたのかというと、同じ電話回線でも「電話」と「インターネット」で使用する帯域を分けたからです。

ダイヤルアップ接続は、電話回線である銅線ケーブルの「電話が使用する帯域」を拝借してインターネットに利用していました。つまり、インターネットへの接続は「電話」をかけることと同じだったのです。ゆえに「ダイヤルアップ」と呼ばれます。

そのために、電話料金も接続時間分(通話時間分)かかってしまうことや、インターネットを使用している間は電話が使えないなどの問題がありました。

一方、xDSLは、電話回線の電話以外の帯域を使うことで電話と分離し、大容量の高速通信を可能にしました。

電話回線では、その帯域のうち約300Hz~4KHzの間の帯域しか使われていませんでした。それ以上の帯域は、人間の耳では聞き取れないからです。使われていなかった4KHzより高い周波数の帯域をインターネットに使うことで、xDSLは高速通信を可能にしたのです。

実際には「スプリッタ」という機器を接続して周波数帯域を分離します。接続形態は「電話のモジュラージャック」→「スプリッタ」→「xDSLモデム」→「パソコン」となります。

電話回線の帯域イメージ

このように、xDSLは光ファイバーのように新たにインフラ整備をすることなく、既存の電話回線を利用でき、また安価であるため瞬く間に普及していきました。

そして、xDSLの中でもっとも普及したのが、

ADSL(エーディーエスエル)

と呼ばれるサービスです。

ADSLとは「Asymmetric Digital Subscriber Line」の略で、Asymmetricとは「非対称」の意味になります。

何が「非対称」なのかというと、データを「送る」速度と「受け取る」速度が非対称という意味です。このデータ送信を「上り」、データ受信を「下り」と表現します。

具体的には、

上り(アップロード)の速度よりも下り(ダウンロード)の速度の方が速い

という通信です。

なぜ「非対称」通信なのかというと、一般的にインターネットを利用する場合、送るデータより送られてくるデータの方が圧倒的に多いからです。

例えば、ウェブサイトを見に行く場合、上り(送るデータ)はウェブページの表示要求のみに過ぎませんが、下り(受け取るデータ)はウェブページに含まれる画像や文字データといったコンテンツすべてになります。非対称というのは、既存の電話回線を利用して高速通信を実現する方法として、じつに理にかなっていたのです。

xDSLにはADSLの他にも、上りと下りが同じ速度(対称)のSDSLや、ADSLをさらに高速化した非対称通信のVDSLなどがありますが、xDSLで非対称の場合は、必ず下り速度の方が上り速度よりも速くなっています。

しかし、xDSLにも欠点がありました。

一般の電話回線を使用するため、アナログ回線である必要があるのです。ISDNというデジタルの電話回線を利用していた場合は、xDSLが利用できませんでした。

さらにアナログ回線は、アナログデータとは で学習のとおり、雑音(ノイズ)の影響を受けやすいのです。

そのため、電話局から離れれば離れるほど速度も低下し、電話局(またはADSLの基地局)から数kmの範囲までしか利用できないという制約がありました。

ADSLでは、1Mbps~47Mbps程度のプランを契約することができますが、例えば8Mbpsのプランを契約したとしても、立地条件等によっては1Mbps程度の速度しか出ないケースもありました。

そこで、高速通信のインフラは、アナログであるxDSLから光ファイバーへシフトすることになります。

電話回線は銅線ケーブルでしたが、光ファイバーはその名のとおり「光」を通すケーブルで、光は全反射しながらケーブルの中を伝わっていきます。銅線の約一万本以上という非常に大容量の通信を行うことができ、さらにノイズの影響を受けにくいという特徴があります。

大容量のため、インターネットのみならず、地上波テレビやローカルテレビ放送、IP電話などもまとめて送受信することができ、通信速度も100Mbps~数Gbpsを実現しています。

光ファイバーによって、こうした総合的なサービスを提供するという構想が政府によって進められてきました。

この構想ことを、

FTTH(エフティーティーエイチ)

と言います。

FTTHは「Fiber To The Home」の略ですが、単に光ファイバーを家庭に引き込むことをFTTHと言う場合が多いです。

先述のとおり、光回線のシェアが58.2%となっており、実質的にほとんどの地域で光ファイバーを引き込むことが可能となり、複合的な住民サービスを行っている自治体も多くなっています。

では次に、2番手の携帯電話回線56.2%となった無線通信についてです。

FTTHと並行して、スマートフォンやモバイル端末の普及により、無線でのインターネット接続も進化してきました。

無線と言えば「Wi-Fi」が有名ですが、この場合の無線通信とは異なります。Wi-Fiは無線LANの規格であり、インターネットに接続する側ではなく、Wi-Fiルータ等の機器を介してネットワーク化したLAN側の通信に使われる規格になります。

Wi-Fiは、ルータなどのアクセスポイントまで無線(Wi-Fi)で接続しますが、アクセスポイントからインターネットへの通信は有線である場合が多く、無線であってもWi-Fi規格ではありません。(無線LANについては、その他の基礎知識編 無線LANの規格とセキュリティー で学習します)

これから学習する「無線」の通信は、携帯電話やルータ等の機器からインターネットに接続する際の通信になります。基本的には携帯電話でインターネットに接続する場面をイメージしてください。

とは言うものの、その仕組みは単純で、衛星電話を除き、近くの基地局から無線を受けて通信するというものです。

基地局というのは、大手キャリアが設置するアンテナ設備のことです。また、近くというのは移動を前提としているため、通信する基地局が決まっているわけではないということです。(自社で通信回線を持っている会社をキャリアと呼び、現在ドコモ、au、ソフトバンクが大手キャリアと呼ばれています)

移動をしながらでも途切れることのない通信が必要であり、地点地点で通信状態の良い基地局と自動的に接続します。

こうした技術を、

移動体通信システム

と言います。

移動体通信システムも時代とともに進化してきました。有名な「4G」や「5G」と呼ばれる規格が移動体通信の規格になります。「G」は「Generation(世代)」の意味で、移動体通信システムの世代を意味します。

また、携帯電話も驚くべき進化を遂げ、PCと遜色のないスペックを持つスマートフォン全盛の時代となりました。通信規格と携帯電話の世代がセットで更新されてきたことから、移動体通信システムと携帯電話の世代は同義で使われています。

その変遷は、1G、2G、3G、4G・・・と単純に変わってきています。

まず「1G」は、1980年代にアナログの自動車電話やショルダーホンと呼ばれる大型の携帯電話の規格として登場しました。

次の「2G」は、1990年代にデジタル方式となった通信規格で、デジタル化によりWebやメールが利用可能となり、小型の携帯電話が広く普及しました。「iモード」や「EZweb」といったインターネットサービスが開始されています。

そして「3G」は、2000年代に国際機関ITUが標準化したした規格で、IMT-2000(アイエムティー ニセン)とも呼ばれます。3Gから規格が国際標準となり、携帯電話が世界中で使えるようになりました。

ただし、IMT-2000という規格が定められてはいるものの、実際に認められた規格は5種類以上もあり、厳密な意味では統一された規格とは言えませんでした。ドコモとソフトバンクは「W-CDMA」、auは「CDMA2000」という規格が採用されています。

それでも通信速度は劇的に進化し、384Kbpsから最大100Mbps程度の通信が可能となりました。

通信速度にこれほど開きがあるのは、3G世代の中に3.5世代や3.9世代と呼ばれる中間世代が存在するためで、同じ3Gに含めるかどうか異なる見解があったりします。実質的な3Gでは、最大で2Mbps程度の速度になります。

さらに特筆すべきは、爆発的な利用者の増加により、3Gの人口カバー率がほぼ100%を達成していることです。そのため、現在でも4Gの電波が届かないところでは3Gに接続される場合があります。

そして、現在に通じる「4G」が登場します。

4Gは、2010年代にITUが認定したIMT-2000の後継「IMT-Advanced」に準拠した規格の総称です。3Gから規格の幅が広くなり、複数の規格が世代に含まれています。4Gも同様に見方によっては3Gに含まれる規格もあります。

4Gになると、電波によるデータ伝送技術の進歩と、周波数帯域を広く使うことができるようになり、数十Mbpsから最大1Gbps程度の速度を実現しました。有線のインターネットと比べても遜色のないレベルになっています。

ところが、先述のとおり3Gには「3.9世代」とも呼ばれる規格が存在し、少々ややこしくなっています。

それが、

LTE(エルティーイー)

と呼ばれる規格です。

LTEは「Long Term Evolution」の略で、3Gを「長期的に進化」させたという意味です。その名のとおり、3Gから4Gへの移行のための橋渡し的な規格でしたが、今日では実質的には4Gに含まれており、最大で100Mbps程度の通信速度を実現しています。

LTEを利用したサービスには、ドコモの「Xi(クロッシィ)」やソフトバンクの「SoftBank 4G LTE」などがあります。現在でもLTE回線は、スマートフォンやモバイルルータなど広く利用されています。

また、同じ3.9世代に含まれる規格として、

WiMAX(ワイマックス)

と呼ばれる規格もあります。

WiMAXは「Worldwide Interoperability for Microwave Access」の略で、IEEE(アイトリプルイー)という国際機関が標準化した無線通信規格です。またややこしくなってしまいますが、Wi-Fi規格を認定した機関です。

細かく言えばWi-Fiは「IEEE 802.11」でWiMAXは「IEEE 802.16」なので、規格として異なります。Wi-Fiは免許が不要な周波数で狭いエリアに限定されますが、WiMAXは専用の周波数で基地局との長距離通信を実現します。

WiMAXの場合は、大手キャリアが設置してる基地局とは別の通信網になります。回線を提供しているのは、UQコミュニケーションズ1社となっていて、そのため通信可能エリアは大手キャリアより狭くなります。

またWiMAXは、データ通信用のインターネット回線となっています。大手キャリアの回線のように通話をすることはできません。(IP電話は可能です)そのため、基本的にはWiMAX規格のルータを利用してインターネットに接続します。

現在では、UQコミュニケーションズのサービス名「UQWiMAX」からWiMAXが普及したため、WiMAXと言えばUQコミュニケーションズのサービスと混同されていますが、固有のサービス名ではありません。

他社でも契約は可能となっていますが、回線の基地局を整備しているのはUQコミュニケーションズ1社です。これは格安携帯と似ていて、回線を所有者から間借りして独自のプランで販売する方法です。WiMAXの場合は、大手の名前だから対象エリアが広くて速いわけではありません。

逆にLTEでは、格安SIMメーカー(自社回線を持たない仮想移動体通信事業者「MVNO」)が、大手3社から回線を間借りして独自のプランで販売しています。

この場合は、インフラの整備保守費用などが不要なため、格安で販売することができます。ただし、回線を間借りするわけなので、通信の品質は大手に劣る場合があります。また通信量に制限がある場合も多いようです。

さらに、スマートフォン本体は別売りで、契約したサービスの情報などが記録されたSIMカードを提供します。このSIMカードを挿すだけで機種を問わずスマートフォンを利用することができますが、本体のスマートフォンは別途購入する必要があります。逆に言えば、スマートフォン本体は大手キャリアと同じものを利用できるということでもあります。

比較は難しいところですが、こうした通信規格と仕組みを理解しておくことで、今後もサービスの選択に役立つはずです。

またLTEWiMAXも、移動体ではなく家庭用の有線ではない無線ブロードバンドとしても利用されています。光回線を引き込む必要がなく、専用のホームルータに電源を入れるだけで通信を開始することができます。

ホームルータでもポケットルータでも、ルータから基地局はLTE規格やWiMAX規格で通信し、ルータからLAN側の接続機器はWi-Fi規格で通信が行われます。周波数がでてくるとややこしくなってきますが、仕組みをしっかり理解しておきましょう。

そして、じつはこれら3.9世代の「LTE」や「WiMAX」が4Gの主流となっているのです。

本来の意味での4G規格としては、LTEをさらに進化させた「LTE-Advanced」規格、WiMAXをさらに進化させた「WiMAX2」規格のサービスがあります。どちらも最大で1Gbps程度の通信速度を実現しています。

ここまでくると、すでに一般的なFTTHを超える通信速度になっています。しかし、さらなる高速大容量化への進歩は止まりません。

2020年代に入ると、

5G

の実用化がはじまりました。

5Gの大きな特徴は、使われていない高周波数帯を利用することです。周波数は高くなるほど直進性が高くなるため、障害物に大きく影響されます。詳しくは割愛しますが、それを補う技術が開発され、実用化できるまでになってきました。

5Gは、4Gの10倍以上である10Gbps~20Gbpsの超高速通信を実現しています。

また、スマートフォンやパソコンだけでなく、家電や自動車などの様々な「モノ」がインターネットに繋がる「IoT:アイオーティー」社会の基盤となることを想定しており、無数の機器が接続しても耐えられる設計となっています。(IoTは「Internet of Things」の略であらゆるモノがインターネットにつながり情報交換されるという意味です)

さらに「超低遅延」という特徴もあります。

超低遅延とは、通信のタイムラグが非常に少ないという意味です。これは重要な意味を持ち、例えば遠隔医療や自動運転などで、遠隔地からリアルタイムで医療ロボットや自動車が操作できることになります。

5Gの超高速通信と超低遅延によって、ライフスタイルや働き方が大きく変わる可能性がある

のです。

ただし、まだ5G対応エリアが限られていること、5G対応する機器が多くない(対応する機器にもそれなりのスペックが必要となる)ことから、これから次第に、しかし近い将来確実に浸透していく規格になります。

さて、このようにブロードバンドは20年ほどの間に劇的に進化してきました。

今後は冒頭に示した、FTTH、4Gまたは5Gのモバイル回線、CATVのいずれかが選択肢になってくるでしょう。3GやADSLなどは各社サービスをほぼ終了しています。

では、ここまで学習してきて、ブロードバンドがインターネットにおける僅かな通信距離であると言えば、どう思うでしょうか?

キャリアの通信網がインターネットと比べて距離が短いという意味ではありません。

ざっくり言えば、プロバイダや基地局から家庭までの僅かな距離がブロードバンドになったという意味です。

もともとプロバイダ同士の通信や、キャリアの基地局から基地局への通信のような膨大なデータが流れる基幹ネットワークでは、すでに光ファイバーなどの有線ケーブルが整備されているのです。海外とも光海底ケーブルで繋がっています。

こうした通信事業者間の基幹ネットワークを、

バックボーン

と言いますが、バックボーンはすでに高速大容量通信が確立しているのです。

つまり、ブロードバンドが必要だったのは、家庭までの僅かな距離だけだったのです。

ラストワンマイル

と呼ばれていたこの距離も、技術の進歩により、ほぼ解消しつつあります。

5Gが日本中に浸透すれば、世の中が大きく変わっていくかもしれません。

更新履歴

2008年7月25日
ページを公開。
2009年5月17日
ページをXHTML1.0とCSS2.1で、Web標準化。レイアウト変更。
2018年1月30日
ページをSSL化によりHTTPSに対応。
2023年2月2日
内容修正。

参考文献・ウェブサイト

当ページの作成にあたり、以下の文献およびウェブサイトを参考にさせていただきました。

文献
図解入門 インターネットのしくみ
インターネット環境は光回線が当たり前の時代に
https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000628.000080271.html
5Gとは?4G LTEとの違いを初心者向けにやさしく解説
https://simpc.jp/rikatech/about-5g/
格安SIMとWiMAXはどっちがいい?
https://www.moneypost.jp/lab/wimax/column/mvno-sim-wimax-compare/
WiMAX
https://www.infraexpert.com/study/wireless27.html