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2015夏モデルのスマホや、次期 iPhone 6s の噂だったりで、LTE Cat.6 対応、LTE-Advanced 対応、などと謳われています。最近の LTE 関連の通信技術について、それって一体何だっけ？というのを、まとめたいと思います。
まずは、LTE カテゴリー について調べました。対象者としては、専門家の方ではなく、一般の方向けに分かるように解説したいと思います。
今回は、LTE カテゴリーとはどんなものかについてまとめます。実際の端末の対応状況などは次回の記事で扱う予定です。
今後の記事で、LTE-Advanced や、ドコモ プレミアム4G、VoLTE、プラチナバンドなどの通信技術なども取り上げたいと思います。
LTE UE Category は端末性能についての規格
LTE Category とは、端末側の通信性能についての規格になります。
ざっくり言えば、この端末はこんな通信が出来ますよ、という内容です。カテゴリーが上なものほど、高速かつ複雑な通信が可能なイメージを持っておいて良いかと思います。
LTE カテゴリーは、LTE ue Category (LTE User Equipment Category) とも呼ばれます。User Equipment は、端末が具備しているということです。
以降では、単に LTE Category と表記します。
LTE ue Category は 3GPP が策定した規格
規格を決めているのは、3GPP (3rd Generation Partnership Project) というプロジェクトです。
3GPP は、W-CDMA や LTE 等の仕様検討・作成を行う標準化のためのプロジェクトです。各国の標準化団体が集まっている国際的なプロジェクトです。
元々、NTT docomo や SoftBank が 3G 通信方式として採用している W-CDMA を扱っていて、その延長として LTE も取り扱うようになった経緯で 3G の名を冠しています。
[pn-box color=”lgray”]携帯動画などに見られる 3GPP ファイルは、3GPP が策定したファイルフォーマットに従ったファイルです。
[pn-box-close] [pn-box color=”lgray”]au 等が採用している 3G 方式として採用している CDMA2000 は、3GPP2 というプロジェクトにて、仕様の検討・作成が行われました。
[pn-box-close]
LTE Category で規定されている内容
LTE Category では、主に以下の要素により、最高速度が決まります。
- 下り / 上り で使用できる変調方式 (QPSK、16QAM、64QAM、256QAM)
- 下り / 上り で使用できる MIMO
- その他通信高速化技術
変調方式
変調方式とは、同じ電波にどれだけの情報を載せられるか、というイメージになります。AM や FM も変調方式の一種です。QPSK < 16QAM < 64QAM < 256QAM の順に情報量は多くなりますが、多くの情報を載せるためには、複雑な制御が必要になるかと思います。
詳細な技術的内容は Wikipedia 等が参考になるかと思います。
MIMO
MIMO とは、Multi Input Multi Output の略です。端末・基地局間で複数アンテナを利用することで、通信速度を高める技術になります。イメージとしては、道路 1本 (アンテナ 1つ) よりも、並行して走る道路 2本 の方が、より多くの車 (情報) が流れるイメージです。
これは高速化に非常に効果的で、アンテナが 2倍 になると、通信速度もほぼ 2倍高速化されます。
ただし、アンテナを増やすにあたり、以下 2点の制約等から無条件に増やすわけにはいきません。
- 搭載用の物理的なスペースが必要です。
アンテナ同士が近すぎると干渉したりもあるかと思います。 - アンテナを増やすと電力消費量が増えます。
2台分の通信を1台で行っているようなイメージです。
当分、スペースに余裕のないスマホでは、2×2 MIMO が採用され続けるだろう、という予想もあります。
実際のアンテナ写真は、Gigazine に iFixit による iPhone 6plus の分解レポート解説などから見ることができます。以下に一部引用させていただきます。
写真の左から右に向かって伸びている線状のものがアンテナです。
その他高速化技術
申し訳ありませんが、具体的には理解できていません。イメージでは、電波の利用効率を上げるような、基地局と端末とのやり取りの仕方などかと思います。
変調方式、MIMO が同一でも最高速度の異なるカテゴリーがあるため、それらだけではないんだな、ということが押さえておけば良いかと思います。
3GPP による LTE ue-Category の具体的な内容 (速度など)
[pn-box color=”lgray” size=”smaller”]細かい経緯などはすっ飛ばしても良いかと思います … 。Category 毎の速度を速く知りたい方は、表の部分まですっ飛ばして下さい … 。
[pn-box-close]LTE ue-Category は、3GPP Release 8 (2008 Q4) という技術仕様にて、Category 1〜5 が定義されました。その後も新技術などが盛り込まれ、順次発表されています。3GPP Release には、LTE Category だけでなく、基地局側の技術など多くの内容を含んでいます。
- Release 9 (2009 Q4)
- Release 10 (2011 Q1)
- Release 11 (2012 Q3)
- Release 12 (2015 Q1予定?)
LTE Category は、3GPP Release 12 から非常に複雑になります。Release 8 〜 11 では、ダウンロードもアップロードも含めて、端末として 1つの Category が割り当てられる形でした。Release 12 では、ダウンロードとアップロードと、それぞれに Category を割り当てるようになりました。
- Release 11 まで
- この端末は Cat. 5 対応
- ダウンロード : 最大 300Mbps、アップロード : 最大 75Mbps、
- この端末は Cat. 5 対応
- Release 12 から
- ダウンロード : Cat. 9 対応
- 最大 450 Mbps
- アップロード : Cat. 5 対応
- 最大 75 Mbps
- ダウンロード : Cat. 9 対応
さらに、Cat. 11 対応であれば Cat. 9, 6, 4 も対応している、といった包含関係もあったりするため、非常に複雑です。
今後の端末スペックとしては、LTE Cat. xx 対応、といった表記はあまりされなくなっていき、単純に 最大 300 Mbps 、といった表記になるのではないかと思います。
元々、端末スペックを購入者に伝えるための規格ではなく、端末側と基地局との間で、対応通信方式をやり取りするための規格ですので、本来の役割に戻る感じと言えるかも知れません。
ところで、正確な用語としては、ダウンロード / アップロードではなく、Downlink / Uplink ですが、エンドユーザー的見方？としては、分かりやすく ダウンロード / アップロードの表現で進めたいと思います。
3GPP Release 11 までの LTE Category
3GPP Release 11 まででは LTE Category は以下のようになります。これらは、端末の最大通信速度の能力であり、実際には基地局などキャリア側の対応も必要になったりします。その辺りは後述します。
| ue Category | 3GPP Release |
ダウンロード | アップロード | |||||
| Cat. | 含Cat. | 最大 ピーク レート (Mbps) |
最大 空間 レイヤー 数(MIMO) |
最小 CC数 |
最高 変調 方式 |
最大 ピーク レート (Mbps) |
最高 変調 方式 |
|
| 1 | – | Rel. 8 | 10 | 1 | 1 | 64 QAM |
5 | 16 QAM |
| 2 | – | 50 | 2 | 25 | ||||
| 3 | – | 100 | 50 | |||||
| 4 | – | 150 | 50 | |||||
| 5 | – | 300 | 4 | 75 | 64 QAM |
|||
| 6 | 4 | Rel. 10 | 300 | 2 or 4 | 1 or 2 | 50 | 16 QAM |
|
| 7 | 4 | 100 | ||||||
| 8 | 5 | 3,000 | 8 | 5 | 1,500 | 64 QAM |
||
| 9 | 6,4 | Rel. 11 | 450 | 2 or 4 | 2 or 3 | 50 | 16 QAM |
|
| 10 | 7,4 | 100 | ||||||
| 11 | 9,6,4 | 600 | 2,3 or 4 | 50 | ||||
| 12 | 10,7,4 | 100 | ||||||
CC とは、コンポーネントキャリア (Component Carrier) のことで、キャリアアグリゲーション (CA) で束ねる帯域の数のことです。つまり、Cat. 8 〜 12 では CA 対応必須 ということが分かります。
Category の包含関係からは、以下の 3系統があるようだ、ということが分かります。
- Cat. 4 – Cat. 6 – Cat. 9 – Cat. 11
- Cat. 4 – Cat. 7 – Cat. 10 – Cat. 12
- Cat. 5 – Cat. 8
第1系統と第2系統の違いは、アップロード速度です。その他高速化技術の部分での差かと思われます。
第3系統は、最高でここまでいけるはず、という感じでしょうか。LTE Cat. 8 で最大 DL 3Gbps / UL 1.5 Gbps にも達していますが、MIMO 8×8 で 8本のアンテナを用意する必要があり、CA も5本束ねる、という非常に高いハードルのため、実装された端末が登場するのは、まだまだ相当先になるでしょう。
覚えておくとしたら、Cat. 4/5 → Cat. 6/7 → Cat. 9/10 → Cat. 11/12 の順に技術の世代みたいなものがあるようだ、というところでしょうか。また、今後は通信高速化において、キャリアアグリゲーションが非常に重要だ、というところは覚えておいて良いかと思います。
3GPP Release 12 における LTE Category の定義
前述の通り、3GPP Release 12 では LTE Category は、ダウンロード、アップロードそれぞれに決められています。
Rel. 11 までだと、ダウンロードとアップロードの組合せ毎にカテゴリーがつくられていたため、カテゴリー数がどんどん増えていく勢いでしたが、分けることにより整理されています。
| ダウンロード | アップロード | |||||
| Cat. | 最大 ピーク レート (Mbps) |
最大 空間 レイヤー 数(MIMO) |
256 QAM サポート |
Cat. | 最大 ピーク レート (Mbps) |
64 QAM サポート |
| 0 | 1 | 1 | × | 0 | 1 | × |
| 6 | 300 | 2 or 4 | 3 | 50 | ||
| 7 | 5 | 75 | ◯ | |||
| 9 | 450 | 2 or 4 | 7 | 100 | × | |
| 10 | 8 | 1,500 | ◯ | |||
| 11 | 600 | ◯ | 13 | 150 | ||
| 12 | ||||||
| 13 | 390 | |||||
| 14 | 3,900 | 8 | ||||
ダウンロード Cat. / アップロード Cat. の組合せに対して、含まれる LTE Category
3GPP Rel. 12 では、ダウンロード Cat. と アップロード Cat. がそれぞれに設定されました。その組合せによって、どの Cat. に当てはまるか ( DL/UL-Cat. ではなく、Rel. 11 までの Cat. ) が決まるようです。
| ダウン ロード Cat. |
アップ ロード Cat. |
含 Cat. |
| DL Cat. 0 | UL Cat. 0 | なし |
| DL Cat. 6 | UL Cat. 5 | Cat. 6, 4 |
| DL Cat. 7 | UL Cat. 13 | Cat. 7, 4 |
| DL Cat. 9 | UL Cat. 5 | Cat. 9, 6, 4 |
| DL Cat. 10 | UL Cat. 13 | Cat. 10, 7, 4 |
| DL Cat. 11 | UL Cat. 5 | Cat. 11, 9, 6, 4 |
| DL Cat. 12 | UL Cat. 13 | Cat. 12, 10, 7, 4 |
| DL Cat. 13 | UL Cat. 3 | Cat. 6, 4 |
| DL Cat. 13 | UL Cat. 5 | Cat. 6, 4 |
| DL Cat. 13 | UL Cat. 7 | Cat. 7, 4 |
| DL Cat. 13 | UL Cat. 13 | Cat. 7, 4 |
| DL Cat. 14 | UL Cat. 8 | Cat. 8, 5 |
大分ややこしいですので、覚える必要はないかと思います。色々な組合せが可能なんだなー、位に覚えておけば良いかと思います。
ひとこと
LTE Category が、誰が決めた、どんなものかということをご紹介しました。
次回は、LTE Category がどのハードウェアによって決まるか、や実際の端末の対応状況についてまとめたいと思います。
[pn-box color=”lgray”]参考、 出典
[pn-box-close]
今回は以上です。
[pn-amzn-lte-01]
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