資料 AD 1-5
世界での接続機能を有するデバイス数の推移予測 様々な業界での IoT への注目 今後出現するアプリケーションやビジネスモデル 標準化やデバイス価格の低下などにより 接続デバイス数は増加すると予測 2022 年には合計 290 億のデバイスがネットワークに接続され そのうち 181 億以上は IoT デバイス (Wide-area IoT + Short-range IoT) Wide-area IoT デバイス (21 億 ) の内 15 億がセルラー接続型 IoT デバイスと予測 出典 : Ericsson Mobility Report (2016 年 11 月 ) Wide-area IoT: セルラー接続型 IoT (emtc, NB-IoT など ) および LPWA (Sigfox, LoRa, Ingenu など ) Short-range IoT: WiFi, Bluetooth, ZigBee などのおおむね 100m までのカバレッジをサポートする IoT 2
世界での IoT デバイス数の推移予測 200 億 100 億 3
Wide-area IoT (LPWA) 技術とアプリケーション分野 <$25 10Mbps モジュール コスト / 性能 LTE Cat-1 コネクテッド エレベータなどへの音声サービス <$10 1Mbps LTE emtc (Cat-M1) スマートグリッド管理 子供 / 高齢者 / ペット / 重要人物の追跡 環境モニタリング ウェアラブルによる健康管理 スポーツ 医療 車両 / 配送物の追跡自動車テレマティックス <$5 数 10kbps 100bps NB-IoT (NB1) 非セルラー系 LPWA スマートシティの照明 廃棄物管理 スマートメータ スマートビルディング ホームオートメーション 都市照明 農業 10 km 10+ 年 カバレッジ / 4 バッテリー
3GPP での emtc/nb-iot の概要 GERAN SI on cellular system support for IoT GERAN WI on EC-GSM EC-GSM-IoT RAN WI on NB- IoT Cat-NB1 Further enhanced NB-IoT Cat-NB2 RAN WI on low-cost & enhanced coverage Cat-0 リリース 12 RAN WI on further enhancement for MTC Cat-M1 リリース 13 Even further enhanced MTC Cat-M2 リリース 14 2013 5 2014 2015 2016 2017
emtc/nb-iot 共通の主要技術 (1) 低消費電力化 ( 単三電池 2 本で 10 年を目標 ) パワーセーブモード (PSM) 従来からあるアイドル状態 接続状態に加え 省電力状態を新たに定義 省電力状態では 移動機は基地局からのページングも受信しない ただし データ送信はいつでも可能 拡張 DRX (edrx) アイドル状態における移動機のページング受信間隔を拡張 最大 10.24 秒 (LTE) から 43 分 (emtc)/2.91 時間 (NB-IoT) まで拡張 接続状態 接続解除 接続要求 移動機はページング受信可能 PSM と edrx との違い アイドル状態接続状態省電力状態 ( 例 :24 時間 ) アイドル ( 待ち受け ) データ送信はいつでも可 電源投入 省電力状態 移動機はページング受信不可 ページング受信 間欠受信 ( 例 :2.56 秒 ) edrxではこの受信間 6 隔を大幅に拡張
emtc/nb-iot 共通の主要技術 (2) カバレッジ拡張および低コスト化 カバレッジ拡張 繰り返し送信 : 同一信号を複数回送信することにより受信信号のエネルギーを増大させ 従来の LTE 移動機では受信できないような信号強度の低い位置でも データ受信が可能になる 移動機モデムの低コスト化 送受信帯域削減 :LTE のシステム帯域によらず送受信帯域幅を制限することで 送受信回路の簡略化が期待される 半二重 FDD 方式および単一受信アンテナ : 送受信共通の信号発生器 (PLL) や単一受信アンテナを前提として 送受信特性を規定 ( 例 : 受信感度 ) 1 ミリ秒 emtc/nb-iot 向け制御チャネルの繰り返し送信 LTE システム帯域幅 ( 例 :10MHz) データチャネルのスケジューリング emtc/nb-iot 向けデータチャネルの繰り返し送信 LTE 向け制御チャネル送信 ( 全システム帯域を使用 ) 7
Rel-13 emtc の概要 最大送受信帯域幅 物理チャネル 下り変調方式 上り変調方式 移動機の最大送信電力 複信方式 LTE の 6PRB (1.08MHz に相当 周波数帯域幅は 3GPP テスト要求仕様では 1.4MHz として規定 ) emtc 専用の下り制御チャネル (MPDCCH) を導入した以外は LTE の物理チャネルを再利用 QPSK 16QAM BPSK QPSK 16QAM 200mW (LTE と同一 ) 100mW 全二重 FDD TDD 半二重 FDD 下りピークレート (*) 800kbps ( 全二重 FDD 時 ) 300kbps ( 半二重 FDD 時 ) 上りピークレート (*) 1Mbps ( 全二重 FDD 時 ) 375kbps ( 半二重 FDD 時 ) 対応周波数帯 (LTE バンド ) 1(2GHz), 2, 3(1.7GHz), 4, 5, 7, 8(900MHz), 11(1.5GHz), 12, 13, 18(800MHz), 19(800MHz), 20, 21(1.5GHz), 26(800MHz), 27, 28(700MHz), 31, 39, 41(2.5GHz) 対 LTE カバレッジ拡張 低消費電力 15dB の拡張を目標とした繰り返し送信をサポート PSM edrx 8 (*) 移動機あたりの値
emtc 移動機側の送信特性 3GPP RAN4 ワーキンググループでは emtc 移動機は最大 6PRB までしか送信しない LTE 移動機とみなし emtc 用の送信特性は特に規定していない 例えば 10MHz の LTE システム帯域幅で運用される emtc 移動機に対しては LTE の 10MHz 用の移動機送信特性が適用される 9
Rel-13 NB-IoT の概要 最大送受信帯域幅 LTE の 1PRB (180kHz に相当 周波数帯域幅は 200kHz として規定 ) 物理チャネル 下り変調方式 上り変調方式 移動機の最大送信電力 複信方式 下りピークレート (*) 上りピークレート (*) 上り :NPRACH NPUSCH 下り :NPBCH NPDCCH NPDSCH QPSK QPSK π/2-bpsk π/4-qpsk 200mW (LTE と同一 ) 100mW 半二重 FDD 21.25kbps 62.5kbps 対応周波数帯 (LTE バンド ) 1(2GHz), 2, 3(1.7GHz), 5, 8(900MHz), 11(1.5GHz), 12, 13, 17, 18(800MHz), 19(800MHz), 20, 25, 26(800MHz), 28(700MHz), 31, 66, 70 ( 赤字は Rel-14 で 2016 年 12 月に仕様化が完了予定 ) 対 LTE カバレッジ拡張 低消費電力 23dB の拡張を目標とした繰り返し送信をサポート ( 対 GSM で 20dB のカバレッジ拡張 ) PSM edrx 10 (*) 移動機あたりの値
その他 NB-IoT の特徴 下り信号波形 :LTE と同じ OFDM を使用 ( キャリア間隔 :15kHz) 上り信号波形 : シングルトーンとマルチトーン伝送が定義 シングルトーン :15kHz と 3.75kHz の 2 種類 マルチトーン :LTE と同じ SC-FDM を使用 キャリア間隔 :15kHz 3 6 12 トーンの 3 モードが定義 運用モード インバンド ( 左 ) ガードバンド ( 中 ) スタンドアローン ( 右 ) LTE の周波数帯域幅 NB-IoT 200kHz NB-IoT LTE ガードバンド LTE ガードバンド NB-IoT GSM 11
NB-IoT 移動機側の送信特性 (1) スペクトラムエミッションマスク (SEM) +26dBm -5dBm -8dBm 3GPP TS36.101 V13.5.0 Table 6.6.2F.1-1 チャネル端からの距離 (khz) 許容値 (dbm) 参照帯域幅 ±0 +26 30kHz ±100-5 30kHz ±150-8 30kHz ±300-29 30kHz ±500-1700 -35 30kHz -29dBm -35dBm 200kHz NB-IoT キャリア 0kHz 100kHz 150kHz 300kHz 500kHz 12
NB-IoT 移動機側の送信特性 (2) ガードバンド配置 (1/3) NB-IoT キャリアが LTE のガードバンドに配置される場合は LTE のスペクトラムマスクも満たすことが要求される 例 :LTE 5MHz 5MHz 250kHz 4500kHz 250kHz LTE のガードバンド 250kHz LTE LTE キャリア LTE のガードバンド -15dBm LTE 5MHz の許容値 13
NB-IoT 移動機側の送信特性 (2) ガードバンド配置 (2/3) LTE 5MHz では NB-IoT キャリアを LTE キャリアの真横においた場合でも LTE のマスクを満足しない 5MHz 250kHz 4500kHz 250kHz +26dBm LTE のガードバンド 250kHz LTE 200kHz NB-IoT -5dBm -8dBm この部分が LTE の許容値を上回る -15dBm 200kHz -29dBm -35dBm 0kHz 100kHz 150kHz 300kHz 500kHz 14
NB-IoT 移動機側の送信特性 (2) ガードバンド配置 (3/3) LTE の周波数帯域境界から Foffset 以上の帯域を確保することで NB-IoT のマスクが LTE の許容値も満足する LTE 5MHz では LTE キャリアを含む全体をどちらかにシフトする必要がある 250kHz 5MHz 4500kHz 250kHz +26dBm 3GPP TS36.101 V13.5.0 Table 6.6.2F.1-2 LTE のシステム帯域幅 Foffset (khz) 5MHz 200 10MHz 225 15MHz 240 20MHz 245 LTE のガードバンド 200kHz 110kHz LTE NB-IoT -15dBm 200kHz -5dBm -8dBm LTE 5MHz の許容値 -29dBm -35dBm 0kHz 100kHz 150kHz 300kHz 500kHz 15
NB-IoT 移動機側の送信特性 (3) 3GPP TS36.101 V13.5.0 Table 6.6.2F.3-1 (GSM に対する ACLR は省略 ) パラメータ 隣接チャネル漏えい電力比 (ACLR) NB-IoT の UTRA および GSM に対する ALCR を NB-IoT 移動機の ACLR として規定 3GPP では UTRA チャネルに対する ACLR 要求条件を UTRA および E-UTRA 両方のチャネルを保護するための要求条件としている ACLR ( 隣接チャネルの測定電力が -50dBm を超える場合に適用 ) NB1 キャリアのチャネル端から隣接チャネル中心周波数へのオフセット 隣接チャネルの参照帯域幅 隣接チャネル測定窓 NB1 キャリアの参照帯域幅 NB1 キャリア測定窓 要求条件 37dB ±2.5MHz 3.84MHz RRC フィルタロールオフ率 : 0.22 180kHz 矩形フィルタ 200kHz NB-IoT キャリア 隣接チャネル 2.5MHz 3.84MHz 16
NB-IoT 移動機側の送信特性 (4) スプリアスエミッション LTE と同様のスプリアスエミッション許容値を適用する スプリアス領域は NB-IoT の両チャネル端から 1.7MHz 離れた位置から定義される (GSM と同一の基準を採用 ) +26dBm -5dBm -8dBm 帯域外領域 1.7MHz -29dBm -35dBm -36dBm NB-IoT キャリア 0kHz 100kHz 150kHz 300kHz 500kHz 1000kHz 1500kHz 1700kHz スプリアス領域 17
Rel-14 での emtc および NB-IoT の拡張 2017 年 3 月に標準化完了予定 FeMTC :emtc の拡張 ピークレートの向上 上り送信帯域幅として 5MHz を追加予定 下り送信帯域幅として 5MHz/20MHz を追加予定 マルチキャスト ( 一対複数 ) 通信のサポート 移動機の位置測定の高精度化 VoLTE を想定したリソーススケジューリング enb-iot : NB-IoT の拡張 ピークレートの向上 ただし FeMTC とは異なり 送受信帯域は 180kHz を維持 マルチキャスト ( 一対複数 ) 通信のサポート 移動機の位置測定の高精度化 低最大送信電力クラス 接続状態でのハンドオーバーサポート 18