LPWAのハイエンドにあたるM2M向け規格「LTE Cat.1」、最大10MbpsでLTE同様のカバレージとハンドオーバー性能

IoTに利用できる5G規格「mMTC」は本命なのか？

　今回からは、しばらくLTE絡みの規格を紹介していこう。昨今では5Gの話が盛んで、特に5Gの中でも「mMTC（massive Machine Type Communications）」については、IoTに利用できるという話がしばしば出てくる。

　ちなみに「URLLC（Ultra-Reliable and Low Latency Communications）」も、やはりIoTに向いているという話もあるが、こちらはむしろ高信頼性や、超低遅延性を生かした遠隔制御などがメインで、広義にはIoTではあるのだが、ちょっと毛色が異なってくる。

　それはさておき、では本命はmMTCか？　というと、それも早計だ。何しろまだサービスの概要も決まっていないし、どのタイミングでサービスインするかもはっきりしていない。こうした点がはっきりするまでには、まだしばらく時間を要する。そして幸いなことに、5GではなくLTE（4G）の規格にも、LPWAに分類できるものがいくつかあるのだ。

M2M向けに最初に仕様が固まった「LTE Cat.1」

　LTEの各規格の中で、機器間の通信を意味する「M2M（Machine to Machine）」に向け、最初に仕様が固まったのは「LTE Cat.1」である。

　2008年、3GPP Release 8において「LTE Use Equipment（UE）」という仕様が定められ、その中でLTE Cat.1～5が制定された（正式名称はLTE UE Category 1～5）。3GPP Release 8では、仕様で言えば「HSPA Evolution」（Download 43.2Mbps/Upload 11.5Mbps）が定義されたのだが、これと併せてLTE向けのCat.1～Cat.5が、以下の表のようなかたちで定義されている。

　これらは特にM2M向けというわけではなく、通常の端末向けの規格だ。通信キャリアは必ずしもこれら全てをカバーする必要はない。例えばNTTドコモは2010年にLTEサービス（Xi）を開始しているが、これはCat.3相当である。

　ただ、表を見ると分かるが、Cat.1～Cat.5は基本的に同じ技術であり、Cat.3やCat.4のサービスを実施しているキャリアであれば、もちろん検証とかの手間は必要ながら、若干の基地局の手直しだけでCat.1の運用が可能になる。

Cat.1はコスト高とインフラ未整備で、当初は国際的にも普及せず

　こうした点を踏まえ、このCat.1をM2Mの通信に使おうという動きは、3GPP Release 8が固まる頃から話題になっていた。この当時、M2Mの問題点はコストの高さで、通信費もさることながら、モデム代が馬鹿にならないということもあり、例えば国内では2007年頃に、PHSを使ってM2M向けの回線を提供しようといった動きが盛んだった。Cat.1では、こうした用途を次第に代替していくことを狙っていたようだ。

　ただ、残念ながら市場はそういう方向へは動かなかった。まず、通信キャリアの側から言えば、Cat.3ベースのLTEから、3GPP Release 19で定義されたより高速なCat.6、さらにLTE Advancedという具合に、より速度を上げる方向で設備の更新が行われていった。Cat.1に関しては完全に後回しというか、視野に入っておらず、やればできるが、あえて今やる必要はない、という状況が続いた。

　端末の側で言えば、最新のLTEに対応した高速なモデムへのニーズが大きく、安価なCat.1対応モデムへのニーズは、これに比べて少なかった。そうなると価格が下がる道理はないわけで、価格が下がらないからマーケットも広がらない、という悪循環に陥っていたわけだ。

　さらに、これは日本だけの事情ではなく、海外でも同様だった。加えて言えば、LTEの普及状況も、国ごとにかなりバラつきが大きかった。例えば2016年頃になると、日本などでは90％以上のカバー率でLTEが普及していた一方で、ヨーロッパでは50％前後にとどまるといった状況だった。

　こうなると、そもそもCat.1を利用するためのインフラがまだ準備されていないことになる。それもあってか、「EC-GSM-IoT（Extended Coverage-GSM-IoT）」という2Gの技術をベースにしたLPWAが爆誕してしまうわけだが、これはまた別の機会に紹介したい。

不発のCat.0、広帯域とハンドオーバー性能からCat.1に再び脚光

　さて、そんなわけでM2M向けの通信方式として決定的なものがない、という状況下で、機器メーカーは「より安価にモデムを作れる通信方式」の標準化を3GPPに働きかけることになる。紆余曲折を経て、最終的には「3GPP Release 12」において、「Cat.0（LTE UE Category 0）」として2015年に標準化が行われることになった。ではこのCat.0が使われたかというと、結局これを採用するキャリアは皆無だった。このあたりはCat.M1のところでまた説明をしたいが、要するにCat.0は事実上死んだ規格になってしまったわけだ。

　面白いのは、その2015年に再びCat.1がよみがえりはじめたことだ。2015年といえば、既にSIGFOXはサービスを開始しており、またLoRa Allianceも結成された時期で、「とりあえずM2Mで繋ぐ」という手段に関しては、携帯電話以外のソリューションが登場し始めた時期である。

　ただ、SIGFOXにしてもLoRaにしても、消費電力との兼ね合いではあるにせよ、非常に帯域を絞った規格であり、ある程度の帯域が必要という用途には向かない。さらに、徒歩や自転車といった程度の移動速度であればハンドオーバーを含む通信が可能だが、それ以上の速度になると対応が難しくなる。この点はCat.0の反省から生まれたCat.M1でも同じで、結果として「より広い帯域とハンドオーバー性能を提供できる、M2M向けの通信規格」のニーズが洗い出されることになり、ここに、Cat.1が最適という話になったわけだ。

　通信速度そのものは最大でも10Mbps程度で、実効で言えば数Mbps程度でしかないが、それでもSIGFOXやLoRaWANなどに比べてはるかに広帯域だし、移動時の対応についてもLTEと同じハンドオーバー技術が利用できるため、新幹線は厳しいとしても、自動車や普通電車程度であれば十分利用できる。

　こうした動向を踏まえて、まず、2015年にフランスのSequans Communicationsが「Calliope」チップセットをリリースし、翌2016年3月にはNTTドコモとの相互運用試験を完了している。

　2015年にはオランダgemaltoのCat.1向けモジュール「ESL31」も発表されており、こちらも2016年7月にNTTドコモとの相互運用試験を完了している。このあたりから次第に製品が増え始め、2016年11月にはu-bloxの「LARA-R3121」が出荷されている。2016年1月にSONYが買収したイスラエルのAltair Semiconductorも、2016年11月にNTTドコモと組んでデモを行っている。

オランダgemaltoのCat.1向けモジュール「ESL31」

u-bloxの「LARA-R3121」

　ここで取り上げたリリースが、NTTドコモと絡んだものばかりなのはたまたまで、国内ではKDDIやソフトバンクなども相互運用試験を行っている。また、海外の携帯電話キャリアも同様に相互運用試験を実施しており、2017年あたりから急に現実的なソリューションとして使えるようになった。

　現状で言えば、NTTドコモであれば18製品の相互接続試験が完了しており、KDDIなら8製品、一方、ソフトバンクも同じく8製品）というように、Cat.1対応製品の選択の幅がずいぶん広がった。

　モジュールだけでなくサービスの側も同様で、例えば東京ガスとソフトバンクの実証実験のように、ビジネスとして成立するかの検証も2016年頃から積極的に行われており、これを経て主要なキャリアはCat.1のサービスを提供開始している。

　では、そのCat.1がLPWAか？　と言われると、その条件の1つである“Low Power”に関しては、おそらく上限ギリギリではあるだろう。LTE Cat.1については、ほぼLTE網と同程度のカバレージと同程度のハンドオーバー性能を持ち、最大10Mbpsのダウンロードと5Mbpsのアップロードが可能な、いわばLPWAのハイエンドにあたる規格としていいかと思う。