LTE Cat.1 bis ってなに？ (いまさらLTE？)

2024年04月22日月曜日

【この記事を書いた人】
doumae

IIJ 技術担当部長最近はインターネットの技術を紹介するのがお仕事です。元々プログラマ、サーバ・データセンター・ネットワーク・セキュリティ・モバイルといろいろやってきました。

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本日発表したプレスリリースにて、「LTE Cat.1 bis」という通信方式が登場しています。

IIJ、フルMVNOとしてSIMCom Wireless Solutions社通信モジュール「SIM7672G」を用いてIoT向けLTE通信方式「Cat.1 bis」の接続確認を実施 (2024年4月22日プレスリリース)

「世間の注目が5Gに移っている中でいまさらLTE？」「bisってなに？」などなど、ちょっとわかりにくい所があるので、少し突っ込んで解説してみたいと思います。

LTEの通信カテゴリ

「Cat.1 bis」の「Cat」は「カテゴリ」の意味です。そして、「bis」は「改訂版」という意味です。古くからパソコンを触っている方なら「V.34bis」「V.42bis」といった規格名で目にしたことがあると思います。つまり、「LTE Cat.1 bis」は「LTEカテゴリ1の改訂版」という規格名です。

4G(LTE)・5Gの通信規格は随時改良が加えられています。その時々の技術と需要に応じて、いくつかの「UEカテゴリ」(端末カテゴリ)というものが追加されています。UEカテゴリの違いで一番わかりやすいのは、通信速度です。以下、一部を表で紹介します。

UEカテゴリ	3GPP 規格	制定年	速度(下り/上り)	MIMO
Cat.M (LTE-M)	Rel.12	2015年	1Mbps/1Mbps	1
Cat.0	Rel.12	2015年	1Mbps/1Mbps	1
Cat.1 bis	Rel.13	2016年	10Mbps/5Mbps	1
Cat.1	Rel.8	2007年	10Mbps/5Mbps	2
Cat.2	Rel.8	2007年	50Mbps/25Mbps	2
Cat.3	Rel.8	2007年	100Mbps/50Mbps	2
Cat.4	Rel.8	2007年	150Mbps/50Mbps	2
Cat.5	Rel.8	2007年	300Mbps/75Mbps	4
Cat.6	Rel.10	2010年	300Mbps/50Mbps	2 or 4
(このあともカテゴリはどんどん追加されています)

※通信速度は規格上のもの。実際のサービスでは異なる値が設定される場合もある。
※3GPPは3G・4G(LTE)・5Gの規格を制定している団体

2007年に3GPP Release.8という規格で定義されたCat.1～Cat.5が、「元祖LTE」に相当するUEカテゴリです。これらは主に当時のスマートフォンで利用されていました。

3GPPの新しい規格が制定されると、カテゴリも追加されていきます。表では省略していますが、この後制定されたカテゴリでは新技術が投入され、通信速度が大幅に向上しています。

一方、この頃利用が本格化してきた、IoTに向けた通信規格も追加されました。2015年のRelease.12で追加されたCat.M(LTE-M)と、Cat.0がそれです。これらは、通信手順を簡略化して速度を低下させる代わりに消費電力を削減するといった、IoT向けのアレンジが加えられています。ちなみにIIJのSIMもLTE-Mに対応しており、IoT製品で利用されています。

IIJ、フルMVNOとして「LTE-M」の接続確認を実施 (2018年11月 15日プレスリリース)

そして、今回のテーマ「Cat.1 bis」は、LTE-Mよりもあと、2016年の3GPP Release.13で追加されました。文字通りCat.1の改訂版なのですが、主要な目的はLTE-Mと同様にIoT向けです。

Cat.1 bisはCat.1とほとんど同じなのですが、違いは一点「MIMO非対応」というところです。MIMOについては、ここでは「アンテナの本数」と解釈してください。「元祖LTE」のCat.1は「アンテナ2本」ですが、Cat.1 bisは「アンテナ1本」です。

実は、Cat.1は規格上通信機にアンテナを2本付けることになっているのですが、実際には片方のアンテナを外してしまっても通信自体は可能です。(もちろん通信性能は低くなります) その、アンテナを片方外した状態を正式に規格化したのが、Cat.1 bisだと考えても差し支えないでしょう。

3G停波と5Gに行けない理由

さて、IIJがこのタイミングでCat.1 bis対応を表明したのは、実は3G停波(終了)が関係しています。

世間でIoTという言葉が使われ始めたのは2015年頃からですが、実際にはそれ以前からモバイル回線のIoT的な利用は広がっていました。(当時はユビキタスという言葉がありましたね)例えば、自動販売機の在庫を遠隔から確認する装置や、物流トラックの位置の追跡などです。これら、LTE開始以前から使われていたシステムでは3Gが使われていました。

そして、2026年3月末に3Gでの通信サービスが終了(docomo網)するため、いよいよこれらのシステムを入れ替える必要が出てきたのです。

ここで「IoTといえば5Gが本命だし、4G(LTE)を飛ばして5Gに乗り換えては？」という事は当然考えます。しかし、IoTシステムを作っている立場では、今5Gに乗り換えるのはあまり現実的ではないのです。

今回入れ替え対象になっているシステムは、元々3Gを使っていたため、

通信速度はあまり必要ではない (数Mbps程度出れば良い)
通信遅延についてもあまり気にしない
元々あったシステムの入れ替えなので、「高密度」は対応不要

ということで、5Gの特徴である「高速」「低遅延」「高密度」を必要としていません。しかも、

通信モジュールはまだまだ価格が高い
消費電力の低減がまだ十分ではない
RF(無線)の設計をやり直す必要がある (製品筐体の再設計)
3Gに比べてエリアが狭い

という5Gデメリットの方が強く出てしまうのです。

その一方、4G(LTE)は長年使われていたため、技術がこなれており、

3Gと同じ程度の速度は充分に出せる
モジュール価格が安い
消費電力もかなり低減できている
3G並にエリアが広がっている
あと10年ぐらいは利用できそう

という、メリットがあります。

つまり、IoT製品の3G通信モジュールを載せ替えるなら、5Gより4G(LTE)を選択する方が、今は現実的なのです！

LTE-Mじゃダメなの？

ダメじゃありません。3GからLTE-Mへの載せ替えも充分現実的です。

ただ、実は、LTE-Mにはちょっと困ったデメリットがあるんです。それは「エリアが(微妙に)狭い」ということです。

LTE-Mは、4G(LTE)のシステムに後から追加された規格なので、LTE-Mに対応するためには基地局をアップデートしなければなりません。日本国内ではキャリアの努力によりほとんどの基地局でLTE-M対応アップデートが行なわれているということですが、一部LTE-M非対応の基地局もあるようです。また、各キャリアは4G(LTE)を複数のBand(周波数帯)でサービスしていますが、LTE-Mで利用できるのはその中の一部となっているようです。

こうした事情で、エリアのキワのキワ……と言ったところで、「スマホでは4Gの電波を拾うのに、LTE-Mの端末で電波を拾えない」という現象が発生してしまいます。(案件でぶち当たりました)

そもそも、3Gと4G(LTE)は全く別個の設備なので、「3Gと同じエリアを4Gで保証する」

と言うことは不可能なのですが、「できる限り(3G並に)ひろいエリアで使いたい」というご要望に全力でお答えしようとすると、若干悩ましさがありました。

Cat.1 bisは、実は端末側のカテゴリであって、基地局側はごく普通の Cat.1のままです。つまり、LTE-Mのように基地局のアップデートも必要ありませんし、原則すべてのBandで通信が可能です。このため、4G(LTE)以降で最も広いエリアで通信が可能な規格と言えます。