3G

1979年に1Gシステムが導入されて以来、ほぼ10年ごとに新しい世代の携帯電話規格が登場してきた。各世代は、新しい周波数帯域、より高いデータレート、そしてネットワークアーキテクチャとインフラストラクチャの大幅な変更が必要となるため下位互換性のない伝送技術の導入によって特徴づけられる。

複数の通信会社が無線モバイルインターネットサービスを3Gとして宣伝し、宣伝されたサービスが3G無線ネットワーク上で提供されることを示しました。しかし、世界のほとんどの地域で、3Gサービスはマーケティングにおいて4Gおよび5Gサービスにほぼ取って代わられています。3Gとして宣伝されるサービスは、信頼性と速度（データ転送速度）の基準を含むIMT-2000技術標準を満たす必要があります。IMT-2000規格を満たすには、第3世代モバイルネットワーク、つまり3Gは、最低でも144  Kbpsの安定したインターネット速度を維持する必要があります。^{[ 5 ]}しかし、3Gとして宣伝される多くのサービスは、3Gサービスの最低技術要件よりも高速です。^{[ 7 ]} 3.5Gおよび3.75Gと表記される後続の3Gリリースは、スマートフォンやノートパソコンのモバイルモデムに数Mbit/sのモバイルブロードバンドアクセスを提供しました。 ^{[ 8 ]}

3Gブランドの規格：

• 2001年に3GPPによって標準化されたUMTS （Universal Mobile Telecommunications System）システムは、ヨーロッパ、日本、中国（異なる無線インターフェースを使用）、およびGSM（Global Systems for Mobile Communications）2Gシステムインフラが主流のその他の地域で使用されました。携帯電話は通常、UMTSとGSMのハイブリッドです。同じインフラを共有する複数の無線インターフェースが提供されています。
  • 最も古く、最も広く普及している無線インターフェースは、W-CDMA（広帯域符号分割多元接続）と呼ばれています。
  • TD -SCDMA無線インターフェースは2009年に商用化され、中国でのみ提供された。
  • 最新のUMTS規格であるHSPA+ は、理論上、下り最大56Mbps（ 既存サービスでは28Mbps）、上り最大22Mbpsのピークデータレートを提供できる 。
• 2002年に初めて導入され、3GPP2によって標準化されたCDMA2000システムは、主に北米と韓国で使用されており、IS-95 2G規格とインフラを共有している。携帯電話は通常、CDMA2000とIS-95のハイブリッド型である。最新版のEVDO Rev. Bは、下り最大14.7 Mbit/sの速度を実現している。 

3Gシステムおよび無線インターフェースは、スペクトラム拡散無線伝送技術に基づいています。GSM EDGE規格（「2.9G」）、DECTコードレス電話、モバイルWiMAX規格も形式的にはIMT-2000の要件を満たし、ITUによって3G規格として承認されていますが、これらは通常3Gという名称では呼ばれず、全く異なる技術に基づいています。

IMT2000/3G規格に準拠する一般的な規格は以下のとおりです。

• EDGEは、 3GPP組織が従来の2G GSMベースの伝送方式を改訂したもので、GPRSと同じ交換ノード、基地局、周波数を使用しますが、新しい基地局および携帯電話のRF回路を備えています。従来のGMSK変調方式に加えて、3倍効率の高い8PSK変調方式を採用しています。EDGEは、既存の2G GSMインフラや携帯電話からのアップグレードが容易なため、現在でも広く利用されています。
  • EDGEとGPRS 2.5G技術を組み合わせたものがEGPRSと呼ばれ、 オリジナルのUMTS WCDMAバージョンと同様に200kbit/s程度のピークデータレートを実現できるため、3GシステムにおけるIMT2000の要件を形式的に満たしています。しかし実際には、EDGEは3Gシステムとしてではなく、2.9Gシステムとして販売されることがほとんどです。EDGEはオリジナルのUMTSおよびCDMA2000システムよりもわずかに優れたシステムスペクトル効率を示しますが、200kHzというGSMのスペクトル帯域幅の制限により、はるかに高いピークデータレートを達成することは困難であり、行き詰まりの状態にあります。 
  • EDGEはIS-136 TDMAシステムにおけるモードの一つでもあったが、現在は使用されていない。
  • 最新版であるEvolved EDGEは、 下り最大1Mbit/s、 上り最大400kbit/sの速度を実現するが、商用利用はされていない。
• ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（UMTS）は、3GPPによって策定・改訂された規格です。符号化方式やハードウェアの面ではGSMから完全に刷新されていますが、一部のGSM基地局はUMTS/ W-CDMA形式での放送に対応できるよう改修可能です。
  • W-CDMAは最も一般的な方式で、通常2,100MHz 帯で運用されています。その他、850MHz、900MHz、1,900MHz 帯を使用する方式もいくつかあります。
    • HSPAは、従来のW-CDMA規格に対する複数の改良を組み合わせたもので、 下り14.4Mbps、 上り5.76Mbpsの速度を実現します。HSPAは下位互換性があり、W-CDMAと同じ周波数を使用します。
    • HSPA+は、HSPAのさらなる改良版であり、無線インターフェースの改善とマルチキャリアHSPAおよびMIMOを組み合わせることで、 ダウンリンクで最大168 Mbit/s、アップリンクで最大22 Mbit/sの理論上のピークデータレートを実現できます。ただし、技術的には、MIMOとDC-HSPAはHSPA+の「+」拡張機能なしでも使用可能です。 
• CDMA2000システム、またはIS-2000は、CDMA2000 1xおよびCDMA2000ハイレートパケットデータ（またはEVDO）を含み、3GPP2（ 3GPPとは異なる）によって標準化され、元のIS-95 CDMAシステムから発展したもので、特に北米、中国、インド、パキスタン、日本、韓国、東南アジア、ヨーロッパ、アフリカで使用されています。
  • CDMA2000 1x Rev. E は Rev. 0 と比較して音声容量が増加しています (元の容量の 3 倍)。EVDO Rev. B は下り最大速度 14.7  Mbit/s を提供し、Rev. C は既存および新規端末のユーザー エクスペリエンスを向上させています。

DECTコードレス電話とモバイルWiMAX規格も形式的にはIMT-2000の要件を満たしているが、それらは希少であり、携帯電話での使用には適さないため、通常は考慮されない。^{[ 9 ]}

3G（UMTSおよびCDMA2000）の研究開発プロジェクトは1992年に開始されました。1999年には、ITUはITU-R M.1457勧告の一部としてIMT-2000用の5つの無線インターフェースを承認し、2007年にはWiMAXが追加されました。 ^{[ 10 ]}

既存の2Gネットワ​​ークとの後方互換性のある拡張規格である進化型規格（EDGEとCDMA）と、まったく新しいネットワークハードウェアと周波数割り当てを必要とする革新的な規格があります。携帯電話は2G GSM規格と帯域幅と組み合わせてUMTSを使用しますが、EDGEはサポートしていません。後者のグループはUMTSファミリーで、IMT-2000用に開発された規格と、 IMT-2000の定義に適合するため含まれた独自開発規格であるDECTとWiMAXで構成されています。

EDGEは3Gの仕様を満たしているが、ほとんどのGSM/UMTS電話はEDGE（「2.75G」）とUMTS（「3G」）の機能を報告する。 ^{[ 11 ]}

日本は3Gをいち早く導入した国のひとつであり、その理由は3G周波数帯の割り当てプロセスにあり、日本では初期費用がほとんどかからなかった。米国とヨーロッパでは周波数帯はオークションに基づいて割り当てられ、3Gサービスを提供したい企業には莫大な初期投資が必要だった。ヨーロッパの企業は周波数帯オークションで合計1000億ドル以上を支払った。^{[ 23 ]}

ネパール・テレコムは南アジアで初めて3Gサービスを導入した。しかし、ネパールにおける3Gの普及は比較的遅かった。3Gネットワ​​ークは2Gと同じ無線周波数を使用しない場合があるため、特に高速データ伝送を実現するには、携帯電話事業者は全く新しいネットワークを構築し、全く新しい周波数のライセンスを取得する必要がある。他国での遅延は、特にUMTSの場合、伝送ハードウェアのアップグレード費用が原因だった。UMTSの導入には、ほとんどの放送塔の交換が必要だった。こうした問題や導入の難しさから、多くの通信事業者はこれらの最新機能の取得ができなかったり、遅れたりした。

グローバルモバイルサプライヤー協会（GSA）によると、2007年12月時点で、40カ国で190の3Gネットワ​​ークが、71カ国で154のHSDPAネットワークが稼働していた。アジア、ヨーロッパ、カナダ、米国では、通信会社が約100種類の端末設計に対応し、W-CDMA技術を用いて3Gモバイルネットワークを運用している。

3Gネットワ​​ークの展開は、一部の国における追加の周波数ライセンス料の莫大なコストによって遅延した。特にヨーロッパ諸国では​​ライセンス料が高額で、政府による限定数のライセンスのオークションや封印入札方式のオークション、そして3Gの潜在力に対する当初の期待感によってさらに高騰した。これが通信業界の崩壊につながり、光ファイバー分野やドットコム業界における同様の崩壊と同時期に発生した。

3G規格は、2G以降のモバイル通信市場の大幅な拡大と、消費者向け携帯電話の進化により、広く知られるようになったと言えるでしょう。この時期の特に注目すべき発展は、スマートフォン（例えばiPhoneやAndroidファミリー）の登場です。スマートフォンはPDAと携帯電話の機能を兼ね備え、モバイルインターネット接続への需要を飛躍的に高めました。また、3Gはその速度と性能によってインターネット閲覧の有力な代替手段となり、「モバイルブロードバンド」という用語を生み出しました。3Gネットワ​​ーク、そして現在では4Gネットワ​​ークに接続するUSB​​モデムも普及しつつあります。

2007年6月までに、2億人目の3G加入者が接続され、そのうち1000万人がネパール、820万人がインドにいた。この2億人は、世界の30億人の携帯電話契約のわずか6.7%に過ぎない。（CDMA2000 1x RTTの顧客（最大ビットレートは 3Gを定義する200kbit/sの72%）を含めると、2007年6月時点でほぼ3G加入者ベースの総数は4億7500万人で、これは世界の全加入者の15.8%である。）3Gが最初に開始された国である日本と韓国では、3Gの普及率は70%を超えている。^{[ 24 ]}ヨーロッパでは、3Gの普及率でトップの国はイタリアで、加入者の3分の1が3Gに移行している。3Gの使用でトップの国には、ネパール、英国、オーストリア、オーストラリア、シンガポールがあり、移行率は32%である。

ITUの推計によると、^{[ 25 ]} 2012年第4四半期時点で、世界のモバイルブロードバンド加入者総数68億3500万人のうち、アクティブな加入者は20億9600万人で、これは30%強に過ぎません。モバイルブロードバンド加入者の約半分は先進国の加入者で、総数16億人のうち9億3400万人、50%をはるかに超えています。ただし、モバイルブロードバンド接続機能を備えた電話と、大型ディスプレイなどを備えたスマートフォンには違いがあることに注意してください。 ^{[ 26 ]} ITUとinformatandm.comによると、米国には3億2100万のモバイル加入者がおり、そのうち2億5600万が3Gまたは4Gで、これは加入者ベースの80%と米国人口の80%の両方に相当します。^{[ 25 ]} ComScoreによると、わずか1年前の2011年第4四半期には、米国で調査された人のうち、スマートフォンを所有していると回答したのは約42%でした。日本では、3Gの普及率は約81%とほぼ同じでしたが、スマートフォンの所有率は約17%と低くなっています。^{[ 25 ]}中国では、2014年6月時点で3G加入者は4億8650万人で、人口は13億8556万6537人（2013年の国連推計）でした。^{[ 27 ]}

世界中で4Gネットワ​​ークの普及が進むにつれ、3Gの利用は減少傾向にあります。世界中の多くの通信事業者は、すでに3Gネットワ​​ークを停止しているか、停止手続きを進めています（下表参照）。一部の地域では、3Gを停止する一方で、旧世代の2Gは引き続き運用されています。Vodafone UKは、2Gが低電力の代替手段として有用であることを理由に、この方式を採用しています。^{[ 28 ]}英国のEEは、2024年初頭に3Gネットワ​​ークを停止する予定です。 ^{[ 29 ]}米国では、Verizonが2022年12月31日に3Gサービスを停止しました。^{[ 30 ]} T-Mobileは2022年3月31日にSprintのネットワークを停止し、2022年7月1日にメインネットワークを停止しました。^{[ 31 ]} AT&Tは2022年2月22日に停止しました。^{[ 32 ]} Telenor IoTによると、ヨーロッパでは3Gのサービス終了が2Gを上回っており、14か国の19の通信事業者が2025年までに3Gを段階的に廃止する予定です。しかし、同じ年に2Gネットワ​​ークを停止する予定の通信事業者は8か国の8社のみです。^{[ 33 ]}

現在、世界中で 3G の利用可能性とサポートが低下しています。3G に依存して使用するテクノロジーは、多くの場所で動作しなくなっています。たとえば、欧州連合は、加盟国がフォールバックとして 2G ネットワークを維持することを保証し、2G 周波数との下位互換性を持つ 3G デバイスが引き続き使用できるようにする予定です。しかし、米国やシンガポールのように 2G ネットワークの廃止を計画している、または既に廃止した国では、3G のみをサポートし、2G との下位互換性を持つデバイスは動作しなくなっています。^{[ 34 ]} 2022 年 2 月の時点で、米国の携帯電話ユーザーのうち 1% 未満が 3G を使用しており、AT&T はサービス終了前に一部の顧客に無料の交換デバイスを提供しました。^{[ 35 ]}

ITUは、ユーザーが3G機器やプロバイダから期待できるデータレートの明確な定義を提供していません^{[ 40 ]}。そのため、3Gサービスを購入したユーザーは、規格を指摘して、その規格で規定されているレートが満たされていないと言うことができない可能性があります。解説の中で「IMT-2000はより高い伝送レートを提供することが期待されている。静止または歩行中のユーザーの場合は最低2 Mbit/s、移動中の車両の場合は348 kbit/sのデータレート」^{[ 41 ]}と述べていますが、実際には、必要な最低レート、必要な平均レート、どのインターフェースモードが3Gとして認められるかを明確に規定していないため、市場ではさまざまなデータレートが「3G」として販売されています。  

市場での実装において、通信事業者が定義する3Gダウンリンクデータ速度は、導入される基盤技術によって異なり、 UMTS（WCDMA）では最大384kbit/秒、HSPAでは最大7.2Mbit  /秒、HSPA+では理論上の最大21.1Mbit  /秒、 DC-HSPA+（技術的には3.5Gだが、通常は3Gという商標名でひとまとめにされる）では42.2Mbit/秒となっている。

3Gネットワ​​ークは、2Gネットワ​​ークよりも高いセキュリティを提供します。UE（ユーザー機器）が接続するネットワークを認証できるようにすることで、ユーザーはネットワークが意図したものであり、なりすましではないことを確信できます。^{[ 42 ]}

3Gネットワ​​ークでは、従来のA5/1ストリーム暗号の代わりにKASUMIブロック暗号が使用されています。しかし、KASUMI暗号にはいくつかの深刻な脆弱性が指摘されています。

3Gネットワ​​ークインフラストラクチャのセキュリティに加えて、IMSなどのアプリケーションフレームワークにアクセスする際にもエンドツーエンドのセキュリティが提供されますが、これは厳密には3Gの特性ではありません。

3Gネットワ​​ークによってもたらされた帯域幅と位置情報機能により、2Gネットワ​​ークではこれまで実現不可能だった、あるいは利用できなかった幅広いアプリケーションが可能になった。最も重要な進歩の一つは、移動中でもインターネットをスムーズに閲覧するなど、データ集約型のタスクを実行できるようになったことであり、また、高速なデータ通信速度と向上した信頼性の恩恵を受けるその他の活動にも従事できるようになったことである。

3Gネットワ​​ークは、個人間の通信にとどまらず、医療機器、火災報知器、足首モニターなど、さまざまな分野のアプリケーションをサポートしました。この汎用性は、3Gがこれほど幅広い用途を可能にした最初のネットワークとなったことから、セルラー通信における重要なマイルストーンとなりました。^{[ 43 ]}従来の携帯電話の使用を超えて機能を拡張することで、3Gはセルラーネットワークをさまざまな技術やサービスに統合するための基盤を築き、次世代のモバイルネットワークによるさらなる進歩への道を開きました。