MIMOとビームフォーミングとは｜2級の要点

MIMO（Multiple Input Multiple Output）は「送信側と受信側の両方に複数のアンテナを置き、複数の電波の通り道を同時に使う技術」です。ビームフォーミングは「複数のアンテナから出す電波の位相と強さを調整し、狙った方向に電波を集める技術」です。

MIMO の規模は「送信アンテナ数×受信アンテナ数」で表し、たとえば 4×4 MIMO は送信4本・受信4本の構成を指します。同時に送れる独立したデータの流れ（レイヤ、ストリーム）の数は、送信と受信のうち少ない方のアンテナ数が上限です。4×2 なら同時に送れるのは最大2レイヤです。

2つは排他的ではありません。5G の基地局は、多数のアンテナでビームを作りながら、同時に複数のレイヤや複数の利用者に送ります。試験では「目的が速度か、届きやすさか」で見分けると整理しやすくなります。

複数アンテナの使い方は大きく2つです。空間多重は、アンテナごとに別々のデータを同じ周波数・同じ時間に送り、受信側で信号処理によって分離します。周波数を増やさずに速度を上げられるのが利点ですが、それぞれの電波の通り道がよく似ていると分離できません。見通しがよく反射の少ない環境より、ビルなどで反射が多い環境のほうが、かえって効果が出やすい技術です。

ダイバーシチは、複数のアンテナで同じデータを送ったり受けたりし、フェージング（電波の強さの揺れ）で一方が弱くなっても、もう一方で補う使い方です。速度より通信の安定を優先します。受信側に複数アンテナを置く受信ダイバーシチは、MIMO という言葉が広まる前から使われてきた考え方です。

もう一つの分け方が SU-MIMO と MU-MIMO です。SU-MIMO（シングルユーザー）は複数のレイヤを1台の端末に送り、MU-MIMO（マルチユーザー）は同じ周波数・時間で複数の端末に別々のデータを送ります。Wi-Fi 6 でも MU-MIMO と送信ビームフォーミングが特長として挙げられています（Wi-Fi Alliance、確認 2026-09-27）。

Massive MIMO は、基地局に非常に多くのアンテナ素子を並べ、鋭いビームを多数作って、複数の利用者に同時に送る使い方です。アンテナ素子が多いほどビームを細く絞れるので、狙った端末には強い電波を、ほかの方向には弱い電波を送れます。結果として、同じ周波数で同時に多くの端末をさばける（MU-MIMO）ようになります。

高い周波数ほど電波は減衰しやすく、遠くへ届きにくくなります。日本では 2019年4月10日に、総務省が 3.7GHz 帯・4.5GHz 帯・28GHz 帯を使う 5G の開設計画を認定しました（総務省報道資料、確認 2026-09-27）。28GHz 帯のようなミリ波では、ビームフォーミングで電波を集めて距離を補うことが特に重要になります。

ビームの向け方は、ざっくり次の流れで考えると理解しやすくなります。5G NR では、基地局が同期用の信号を方向を変えながら順に送り（ビームスイープ）、端末がどのビームをよく受信できたかを返すことで、使うビームを決めて追従させます（3GPP TS 38.300 の NR 全体記述、確認 2026-09-27）。

1. 1基地局が、同期や報知の信号を複数の方向のビームで順番に送る
2. 2端末が、受信品質のよいビームを測って報告する
3. 3基地局が、そのビームを使ってデータを送る
4. 4端末の移動や遮へいに合わせて、ビームを切り替え・調整し続ける

ビームが細いほど、人や車が間に入っただけで受信品質が落ちやすくなります。「ビームを細くすれば必ず安定する」という言い方は正しくありません。

モバイル2級の出題カテゴリでは「ワイヤレス通信の原理とネットワーク技術」（15%）に当たります（MCPC 公式ページの図で確認、2026年9月時点）。100問なら約15問の枠です。

公式テキスト『モバイルシステム技術テキスト 第11版』の章立てでは、第3章「無線アクセスネットワーク技術」の範囲と当サイトは見ています。章とカテゴリの対応は当サイトの推定です。出題の頻度や配点は公表されていないので、以下は4択で問われうる観点を当サイトが整理したものです。

• 空間多重とダイバーシチを、目的（速度か安定か）で区別できるか
• 送受信アンテナ数と、同時に送れるレイヤ数の関係
• SU-MIMO と MU-MIMO の違い（1台に複数レイヤか、複数台に同時か）
• ビームフォーミングの目的と、ミリ波で重要になる理由
• Massive MIMO が 5G でセルの容量を上げる仕組み

選択肢で迷ったときに見直す点を、つまずき別にまとめました。

（当サイトの独自問題）MIMO の空間多重の説明として、最も適切なものはどれか。

1. 1複数のアンテナで同じデータを送り、どれか1つが弱くなっても受信を続けられるようにする
2. 2複数のアンテナから別々のデータを同じ周波数・時間に送り、受信側で分離して速度を上げる
3. 3複数の周波数帯の搬送波をまとめて1台の端末に割り当て、使える帯域幅を広げて速度を上げる
4. 4複数のアンテナの位相をそろえて特定の方向に電波を集め、遠くの端末まで届きやすくする

正解：2。空間多重は、アンテナごとに別のデータを同じ周波数・同じ時間に送り、受信側の信号処理で分離して速度を上げます。

1：同じデータを複数の経路で送って安定させるのはダイバーシチです。3：周波数帯をまとめるのはキャリアアグリゲーションで、増やしている軸が違います。4：特定の方向に電波を集めるのはビームフォーミングの説明です。

（当サイトの独自問題）基地局の送信アンテナが8本、端末の受信アンテナが2本のとき、この組合せで1台の端末に同時に送れる独立したデータの流れ（レイヤ）の数の上限として、最も適切なものはどれか。

1. 1送信と受信のアンテナ数を掛け合わせた16レイヤが上限になる
2. 2送信と受信のアンテナ数を足し合わせた10レイヤが上限になる
3. 3送信側のアンテナ数で決まり、8レイヤが上限になる
4. 4送信と受信のうち少ない方で決まり、2レイヤが上限になる

正解：4。空間多重で同時に送れるレイヤ数は、送信と受信のうち少ない方のアンテナ数を超えられません。受信アンテナが2本なら、分離できるデータの流れは最大2つです。

1・2：アンテナ数を掛けたり足したりしてもレイヤ数にはなりません。8×2 は構成の表し方です。3：送信側が8本あっても、受信側が2本では2つより多い流れを分離できません。余った送信アンテナはビームフォーミングなどに使えます。

（当サイトの独自問題）5G で 28GHz 帯のようなミリ波を使う場合に、ビームフォーミングが特に重要とされる理由として、最も適切なものはどれか。

1. 1高い周波数は減衰しやすいため、電波を狙った方向に集めて届く距離を補う必要があるため
2. 2高い周波数は回り込みやすいため、電波を広い範囲に均一に広げて干渉を減らす必要があるため
3. 3高い周波数はアンテナを大きくする必要があるため、素子の数を減らして装置を小さくするため
4. 4高い周波数は空間多重が使えないため、代わりに同じデータを繰り返し送って補う必要があるため

正解：1。ミリ波は減衰が大きく届きにくいため、多数のアンテナ素子でビームを作り、電波を集めて補います。

2：高い周波数ほど回り込みにくく、広く均一に広げる発想とは逆です。3：周波数が高いほど波長が短く、1つの素子は小さくできるため、同じ大きさにより多くの素子を並べやすくなります。4：ミリ波でも空間多重は使えます。「使えない」とする前提が誤りです。

「速度・安定・向き」の3つの目的で説明できるようになったら、似た選択肢が並ぶ4択で確かめます。モバイル2級の無料お試し20問は登録不要で、公式カテゴリの比率に合わせた問題と全問の解説を確認できます。

周波数の軸で速度を上げるキャリアアグリゲーション、サブキャリアで利用者を分けるOFDMAとSC-FDMAの違いと並べると、「空間・周波数・利用者の分け方」の3軸で無線技術を整理できます。Wi-Fi 側の MU-MIMO はWi-Fi 6とWi-Fi 7の違い、試験全体はモバイル2級の試験概要へ。