昨今は5Gがメジャーになってきて下り最大6.6Gbps！とかすごい数字を耳にすることが増えてきました。ではこの通信速度理論値はどうやって算出するのでしょうか？具体例を見ていきます。
基礎部分
最大通信速度を計算で求めるにあたって細かい理論は省きます。最大通信速度を決める変数は「通信方式」「帯域幅」「変調」「レイヤ数(MIMO)」です。また理論上の最大値であることに注意が必要です。通信方式は4G LTE/5G NRであることを前提にしています。
FDD方式
FDD方式では上りと下りの周波数が分かれているため、帯域幅/変調/レイヤ数がおなじであれば上り下りともに同一速度が出ます。またレイヤ数が倍になれば速度も単純に倍となるため、表にない組み合わせは適宜補完してください。代表的なものだけ載せます。例えば2MIMOで150Mbpsであれば、4MIMOで300Mbpsになります。
カッコ書きとしたものはプロモーション上表記される速度となっています。
周波数帯域によってはRB(Resorce Block)の制限で上限値が出ない場合や、使用できない帯域幅、導入していない変調方式があるためご注意を。
| 帯域幅 | 変調 | レイヤ数 | 速度[Mbps] |
|---|---|---|---|
| 3MHz (15RB) | 64QAM | 1 | 11.25 |
| 256QAM | 2 | 29.37 | |
| 5MHz (25RB) | 64QAM | 1 | 18.75 |
| 256QAM | 2 | 48.95 | |
| 10MHz (50RB) | 64QAM | 1 | 37.5 |
| 256QAM | 2 | 97.9 | |
| 4 | 195.8(200) | ||
| 15MHz (75RB) | 64QAM | 1 | 56.25 |
| 256QAM | 2 | 146.85(150) | |
| 4 | 293.7(300) | ||
| 20MHz (100RB) | 64QAM | 1 | 75 |
| 256QAM | 2 | 195.8(200) | |
| 4 | 391.6(400) |
TDD方式
TDD方式では上りと下りで同一周波数を用いるため、上りと下りのタイミング(TDD Config)によって速度が異なります。さまざまな組み合わせがありますが、下表におけるSub6/ミリ波のTDD Configは実際に携帯キャリアが運用しているものを使用。Sub6(L5G)のTDD Configはローカル5GとしてZTVで運用されていたものを使用しています。
| 周波数帯 | 帯域幅 | 変調 (DL/UL) | レイヤ数 (DL/UL) | DL速度 [Mbps] | UL速度 [Mbps] |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.5GHz AXGP | 10MHz | 64QAM | 2/1 | 56.16 | 8.64 |
| 256/64QAM | 4/1 | 149.76 | 8/64 | ||
| 20MHz | 64QAM | 2/1 | 112.32 | 17.28 | |
| 256/64QAM | 4/1 | 299.52 | 17.28 | ||
| 2.5GHz WiMAX | 10MHz | 64QAM | 2/1 | 55.08 | 8.64 |
| 256/64QAM | 4/1 | 146.88 | 8.64 | ||
| 20MHz | 64QAM | 2/1 | 110.16 | 17.28 | |
| 256/64QAM | 4/1 | 293.76 | 17.28 | ||
| 3.5GHz LTE | 20MHz | 64QAM | 2/1 | 110.16 | 16.2 |
| 256QAM | 4/1 | 293.76 | 16.2 | ||
| Sub6 | 20MHz | 256QAM | 4 | 324.32 | 106.75 |
| 30MHz | 256QAM | 4 | 496.02 | 163.27 | |
| 40MHz | 256QAM | 4 | 674.07 | 221.88 | |
| 50MHz | 256QAM | 4 | 845.77 | 278.39 | |
| 80MHz | 256QAM | 4 | 1379.94 | 454.22 | |
| 100MHz | 256QAM | 4 | 1736.06 | 571.44 | |
| Sub6 (L5G) | 100MHz | 64QAM | 4 | 701.1 | 750.01 |
| 256QAM | 4 | 934.8 | 1000.2 | ||
| ミリ波 | 100MHz | 64QAM | 2 | 779.21 | 63.35 |
| 256QAM | 2 | 1038.94 | 168.93 |
4G LTEのTDD Configは以下
| 周波数帯 | 技術 | Cyclic Prefix | TDD Config | SSF Patterns |
|---|---|---|---|---|
| 2.5GHz | AXGP | Normal | TDD Config 2 | Special Config 7 |
| WiMAX | Normal | TDD Config 2 | Special Config 6 | |
| 3.5GHz | LTE(docomo) | Normal | TDD Config 2 | Special Config 1 |
| LTE(au) | Normal | TDD Config 2 | Special Config 6 |
5G NRのTDD Configの詳細は以下
| 周波数帯 | Numerology [KHz] | Cfg | Periodicity [ms] | Slots (D/U) | Symbols (D/U) |
|---|---|---|---|---|---|
| Sub6 | 30 | 1 | 3 | 3/2 | 6/4 |
| 2 | 2 | 4/0 | 0/0 | ||
| Sub6 準同期 (L5G) | 30 | 1 | 2 | 1/2 | 0/0 |
| 2 | 3 | 3/2 | 0/0 | ||
| ミリ波 | 120 | 1 | 0.625 | 3/1 | 10/2 |
| 2 | 2 | 4/0 | 0/0 |
TDD Configの調べ方
LTEの場合、TDD ConfigはSIB1で指定されています。
Pkt Version : 27
RRC Release : 16.1.0
NR RRC Release : 15.10.0
Physical Cell ID : XXX
Frequency : 41040
BCCH-DL-SCH-Message
message : SystemInformationBlockType1
cellAccessRelatedInfo
plmn-IdentityList
PLMN-IdentityInfo
plmn-Identity
mcc
4
4
0
mnc
5
0
cellReservedForOperatorUse : 1 (notReserved)
PLMN-IdentityInfo
plmn-Identity
mcc
4
4
0
mnc
5
1
cellReservedForOperatorUse : 1 (notReserved)
PLMN-IdentityInfo
plmn-Identity
mcc
4
4
0
mnc
5
4
cellReservedForOperatorUse : 1 (notReserved)
trackingAreaCode : XX XX
cellIdentity : XX XX XX XX (4 bits unused)
cellBarred : 1 (notBarred)
intraFreqReselection : 0 (allowed)
csg-Indication : FALSE
cellSelectionInfo
q-RxLevMin : -64
q-RxLevMinOffset : 1
p-Max : 25
freqBandIndicator : 41
schedulingInfoList
SchedulingInfo
si-Periodicity : 1 (rf16)
sib-MappingInfo
SchedulingInfo
si-Periodicity : 2 (rf32)
sib-MappingInfo
0 (sibType3)
SchedulingInfo
si-Periodicity : 2 (rf32)
sib-MappingInfo
1 (sibType4)
SchedulingInfo
si-Periodicity : 3 (rf64)
sib-MappingInfo
2 (sibType5)
SchedulingInfo
si-Periodicity : 6 (rf512)
sib-MappingInfo
tdd-Config
subframeAssignment : 2 (sa2)
specialSubframePatterns : 6 (ssp6)
si-WindowLength : 3 (ms10)
systemInfoValueTag : 16
nonCriticalExtension
lateNonCriticalExtension : 492A0300C
nonCriticalExtension
cellSelectionInfo-v920
q-QualMin-r9 : -22
q-QualMinOffset-r9 : 1 NRの場合も同様にSIB1でTDD Configが指定されます。
Pkt Version : 12
RRC Release Number : 15.10.0
Physical Cell ID : XXX
Frequency : 627360
BCCH-DL-SCH-Message
message : SIB1
cellSelectionInfo
q-RxLevMin : -66
q-QualMin : -22
cellAccessRelatedInfo
plmn-IdentityInfoList
PLMN-IdentityInfo
plmn-IdentityList
PLMN-Identity
mcc
4
4
0
mnc
2
0
trackingAreaCode : XX XX XX(XXXXX)
cellIdentity : XX XX XX XX XX (4 bits unused)
cellReservedForOperatorUse : 1 (notReserved)
si-SchedulingInfo
schedulingInfoList
SchedulingInfo
si-BroadcastStatus : 0 (broadcasting)
si-Periodicity : 0 (rf8)
sib-MappingInfo
SIB-TypeInfo
type : 0 (sibType2)
valueTag : 0
SchedulingInfo
si-BroadcastStatus : 0 (broadcasting)
si-Periodicity : 3 (rf64)
sib-MappingInfo
SIB-TypeInfo
type : 2 (sibType4)
valueTag : 3
SIB-TypeInfo
type : 3 (sibType5)
valueTag : 0
si-WindowLength : 2 (s20)
servingCellConfigCommon
downlinkConfigCommon
frequencyInfoDL
frequencyBandList
NR-MultiBandInfo
freqBandIndicatorNR : 77
NR-MultiBandInfo
freqBandIndicatorNR : 78
offsetToPointA : 32
scs-SpecificCarrierList
SCS-SpecificCarrier
offsetToCarrier : 0
subcarrierSpacing : 1 (kHz30)
carrierBandwidth : 106
initialDownlinkBWP
genericParameters
locationAndBandwidth : 28875
subcarrierSpacing : 1 (kHz30)
pdcch-ConfigCommon
commonSearchSpaceList
SearchSpace
searchSpaceId : 1
controlResourceSetId : 0
monitoringSlotPeriodicityAndOffset : sl1 NULL
monitoringSymbolsWithinSlot : 80 00 (2 bits unused)
nrofCandidates
aggregationLevel1 : 0 (n0)
aggregationLevel2 : 0 (n0)
aggregationLevel4 : 0 (n0)
aggregationLevel8 : 1 (n1)
aggregationLevel16 : 0 (n0)
searchSpaceType
dci-Format0-0-AndFormat1-0
searchSpaceSIB1 : 0
searchSpaceOtherSystemInformation : 1
pagingSearchSpace : 1
ra-SearchSpace : 1
pdsch-ConfigCommon
pdsch-TimeDomainAllocationList
PDSCH-TimeDomainResourceAllocation
k0 : 0
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 40
PDSCH-TimeDomainResourceAllocation
k0 : 0
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 57
PDSCH-TimeDomainResourceAllocation
k0 : 0
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 29
PDSCH-TimeDomainResourceAllocation
k0 : 0
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 53
PDSCH-TimeDomainResourceAllocation
k0 : 0
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 44
bcch-Config
modificationPeriodCoeff : 0 (n2)
pcch-Config
defaultPagingCycle : 2 (rf128)
nAndPagingFrameOffset : NULL
ns : 2 (one)
firstPDCCH-MonitoringOccasionOfPO
2
uplinkConfigCommon
frequencyInfoUL
scs-SpecificCarrierList
SCS-SpecificCarrier
offsetToCarrier : 0
subcarrierSpacing : 1 (kHz30)
carrierBandwidth : 106
p-Max : 26
initialUplinkBWP
genericParameters
locationAndBandwidth : 28875
subcarrierSpacing : 1 (kHz30)
rach-ConfigCommon
rach-ConfigGeneric
prach-ConfigurationIndex : 9
msg1-FDM : 0 (one)
msg1-FrequencyStart : 6
zeroCorrelationZoneConfig : 7
preambleReceivedTargetPower : -110
preambleTransMax : 6 (n10)
powerRampingStep : 2 (dB4)
ra-ResponseWindow : 5 (sl20)
totalNumberOfRA-Preambles : 17
ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB : 3 (n16)
ra-ContentionResolutionTimer : 1 (sf16)
prach-RootSequenceIndex : 5
restrictedSetConfig : 0 (unrestrictedSet)
pusch-ConfigCommon
groupHoppingEnabledTransformPrecoding : 0 (enabled)
pusch-TimeDomainAllocationList
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 1
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 2
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 3
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 4
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 5
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 6
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 8
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
PUSCH-TimeDomainResourceAllocation
k2 : 9
mappingType : 0 (typeA)
startSymbolAndLength : 27
msg3-DeltaPreamble : 6
p0-NominalWithGrant : -102
pucch-ConfigCommon
pucch-ResourceCommon : 12
pucch-GroupHopping : 1 (enable)
hoppingId : 297
p0-nominal : -110
timeAlignmentTimerCommon : 7 (infinity)
n-TimingAdvanceOffset : 2 (n39936)
ssb-PositionsInBurst
inOneGroup : 80
ssb-PeriodicityServingCell : 2 (ms20)
tdd-UL-DL-ConfigurationCommon
referenceSubcarrierSpacing : 1 (kHz30)
pattern1
dl-UL-TransmissionPeriodicity : 0 (ms0p5)
nrofDownlinkSlots : 3
nrofDownlinkSymbols : 6
nrofUplinkSlots : 2
nrofUplinkSymbols : 4
ext1
dl-UL-TransmissionPeriodicity-v1530 : 0 (ms3)
pattern2
dl-UL-TransmissionPeriodicity : 4 (ms2)
nrofDownlinkSlots : 4
nrofDownlinkSymbols : 0
nrofUplinkSlots : 0
nrofUplinkSymbols : 0
ss-PBCH-BlockPower : 21
ue-TimersAndConstants
t300 : 5 (ms1000)
t301 : 3 (ms400)
t310 : 6 (ms2000)
n310 : 7 (n20)
t311 : 1 (ms3000)
n311 : 0 (n1)
t319 : 3 (ms400) 具体計算例
ドコモが2017年に展開した下り最大788Mbps PREMIUM 4Gの組み合わせは1.7GHz(20M)+3.5GHz(20M)+3.5GHz(20M)です。つまり上の表に照らし合わせると200+294+294=788Mbpsとなります。
2025年6月現在日本国内における下り最高速度はドコモの6.6Gbpsです。組み合わせは以下の通りで、計算すると6588.96Mbpsと約6.6Gbpsになります。
| 周波数帯 | 帯域幅 | 変調 | レイヤ数 | 速度[Mbps] |
|---|---|---|---|---|
| 3.7GHz | 100M | 256QAM | 4 | 1736.06 |
| 4.5GHz | 100M | 256QAM | 4 | 1736.06 |
| 28GHz | 100M×4 | 64QAM | 2 | 779.21×4 |
現実の基地局設備状況
これまで計算してきた通信速度は理論上の最高速度であることもさることながら、現実の基地局設備状況にも左右されます。
特にMIMOは速度を向上させることができる技術ですが、700MHz～1.5GHzの帯域においては2MIMOまでで運用されている基地局しかありません。2GHz帯ですら4MIMO運用している局はわずか1%未満で、1.7GHz帯も楽天モバイルを除けばほとんどは2MIMO運用です。
28GHz帯のミリ波は現状256QAMで運用している基地局まで確認されています。NR-DC・EN-DCの組み合わせによっては上限が64QAMになることもあるため十分に生かし切れていないが、さらなる速度向上が期待できる部分です。
参考
4G Theoretical Throughput Calculator
Calculate the maxium theoretical throughput of a specified LTE Configuration. Supports TDD, FDD and SDL, Carrier aggrega...
tools.pedroc.co.uk
5G-NR Theoretical Throughput Calculator
A tool to calculate the theoretical maximum for 5G-NR, with FDD, TDD, SDL and SUL band support.
tools.pedroc.co.uk
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