LTE カテゴリー6 とは? 【最近の LTE 関連技術 #01】

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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。

イメージ画像

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4GVoLTE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。

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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。

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。

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。

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。

iPhone6plus antenna

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)

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 … 。

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、
  • 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

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 Category3GPP
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
1Rel. 8101164
QAM
516
QAM
250225
310050
415050
530047564
QAM
64Rel. 103002 or 41 or 25016
QAM
74100
853,000851,50064
QAM
96,4Rel. 114502 or 42 or 35016
QAM
107,4100
119,6,46002,3 or 450
1210,7,4100

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
011×01×
63002 or 4350
7575
94502 or 47100×
1081,500
1160013150
12
13390
143,9008

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.  0UL Cat.   0なし
DL Cat.  6UL Cat.   5Cat. 6, 4
DL Cat.  7UL Cat. 13Cat. 7, 4
DL Cat.  9UL Cat.   5Cat. 9, 6, 4
DL Cat. 10UL Cat. 13Cat. 10, 7, 4
DL Cat. 11UL Cat.   5Cat. 11, 9, 6, 4
DL Cat. 12UL Cat. 13Cat. 12, 10, 7, 4
DL Cat. 13UL Cat.   3Cat. 6, 4
DL Cat. 13UL Cat.   5Cat. 6, 4
DL Cat. 13UL Cat.   7Cat. 7, 4
DL Cat. 13UL Cat. 13Cat. 7, 4
DL Cat. 14UL Cat.   8Cat. 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。


今回は以上です。


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