NB-IoT、LTE-M、Cat-1 bis、Cat-4 の比較
Cat番号は序列ではありません。ベアラーを決めるのは、ペイロード、送信間隔、移動性、接続先のバンドです。モジュールを選ぶ前に、トレードオフを比較してください。
NB-IoT、LTE-M、Cat-1 bis、Cat-4は、ペイロード、消費電力、移動性、到達範囲のトレードオフがそれぞれ異なる4つのセルラーベアラーです。カテゴリー番号はピーク性能を表すもので、用途への適合性を表すものではありません。端末が何を送信するか、どのくらいの頻度で送信するか、移動するかどうか、接続先の事業者がどのバンドを運用しているかから選んでください。
主な情報
- Cat-4は下り最大150 Mbps、上り最大50 Mbpsを伝送します。Cat-1 bisは下り10 Mbps、上り5 Mbpsを伝送します。
- NB-IoTは180 kHzのチャネルを使用し、LTE-MはLTEのグリッド内で1.4 MHzを使用します。
- NB-IoTは固定設置の端末向けに設計されています。LTE-M、Cat-1 bis、Cat-4は移動性に対応しています。
- 省電力はPSMとeDRX、そして無線によって実現されます。ベアラーだけでバッテリー寿命が決まるわけではありません。
このページの内容
Cat番号は序列ではない
Cat-4がCat-1 bisより優れているわけではなく、Cat-1 bisがLTE-Mより優れているわけでもありません。各ラベルは、スループット、消費電力、移動性、到達範囲の異なるバランスを表しています。水道メーターとカメラはどちらもセルラーデータを必要としますが、無線に求めるものは正反対です。最も大きい番号を選ぶと、端末に不要かもしれない電力消費とモジュールサイズを抱えることになります。
カテゴリーからではなく、トラフィックと物理的な設置条件から検討を始めてください。地下室から1日1回40バイトを送信する端末と、動きを検知して写真をアップロードする端末とでは、プロファイルが異なります。前者は何日もスリープでき、深い到達性を必要とします。後者は上りの容量と、セルの切り替えに対応するネットワークを必要とします。
4つのベアラーの比較
| 項目 | NB-IoT | LTE-M | Cat-1 bis | Cat-4 |
|---|---|---|---|---|
| ペイロード | 小容量・低頻度 | 小〜中程度 | 位置情報、ログ、小さな画像 | 画像、音声、大量のログ |
| 送信間隔 | 数分〜数日 | 数秒〜数時間 | 数秒〜数分 | 連続またはバースト |
| 移動性 | 固定設置、ハンドオーバーなし | セルの切り替えに対応 | セルの切り替えに対応 | セルの切り替えに対応 |
| 消費電力 | 最も低い | 低い | 中程度 | 最も高い |
| カバレッジ | 屋内への到達性が最も深い | 拡張されたLTEカバレッジ | LTEカバレッジ | LTEカバレッジ |
| ピークレート（UEカテゴリー、理論値） | 数十kbps（Cat-NB1 約26/66 kbps、Cat-NB2 約127/159 kbpsがピーク） | ピーク約1 Mbps（Cat-M1） | ピーク時 下り10 Mbps / 上り5 Mbps | ピーク時 下り150 Mbps / 上り50 Mbps |
| チャネル | 180 kHz | 1.4 MHz | LTEキャリア | LTEキャリア |
| 音声 | 非対応 | VoLTE（オプション） | 提供されていて、かつモジュールが対応している場合はVoLTE | 提供されている場合はVoLTE |
ピークレートはUEカテゴリーに基づくものです。実運用のレートは、事業者、バンド、信号によって異なります。
トラフィックプロファイルから選ぶ
モジュールを比較する前に、5つの答えを書き出してください：ペイロードのサイズ、送信頻度、端末が移動するかどうか、電源、必要な稼働期間です。屋内で10年持つバッテリーを使い、1日1回40バイトの測定値を送信するメーターであれば、NB-IoTまたはLTE-Mが候補です。移動中に30秒ごとに報告するトラッカーであれば、LTE-M、Cat-1 bis、Cat-4が候補です。動きを検知してJPEGをアップロードするカメラであれば、Cat-4が候補です。
次に、データシートには現れない制約を加えてください。各接続先でモジュールが対応しているバンド、事業者がそのモジュールを認証しているかどうか、ローミングが許可されているかどうか、アプリケーションがどのくらいの長さの省電力スリープを許容できるかです。無線側はバンドファインダーで確認でき、EARFCN 変換ツールはチャネル番号をバンドに変換します。プロファイルが境界付近にある場合は、まず低消費電力のベアラーで試作し、実際の筐体で消費電力を測定してください。
モジュールはネットワークが使うすべてのバンドに対応しているわけではない
| バンド | 相対的な到達範囲 | 意味 |
|---|---|---|
| B28 | はい | ネットワークが使用 |
| B3 | はい | ネットワークが使用 |
| B7 | はい | ネットワークが使用 |
| B41 | いいえ | ネットワークが使用 |
| n78 | いいえ | ネットワークが使用 |
テキストによる説明
この例のモジュールは700 MHz、1800 MHz、2600 MHzのバンドに対応し、2500 MHzと3500 MHzのバンドには対応していません。接続先の事業者は、これらのどのバンドを使っている可能性もあります。バンドの対応はモジュールとアンテナ設計の特性であり、ベアラーのラベルの特性ではありません。出荷するバリアントを確認してください。
スループットのラベルが隠していること
カテゴリーは、端末とネットワークの間でネゴシエートされるピークレートのラベルです。Cat-4の150 Mbpsは、広いチャネル、良好な信号、空いているネットワークを前提としています。壁の向こうにあるカメラでは、これより低くなります。Cat-1 bisの下り10 Mbpsでも、位置情報の報告に必要な量をはるかに上回ります。また、受信アンテナが1本であるため、部品点数と消費電力を抑えられます。NB-IoTとLTE-Mは、レートを犠牲にして到達範囲とバッテリーを得ています。その価値は、無線が長時間スリープしながらも到達可能な状態を保てることにあります。
下りと同じくらい注意深く上りを確認してください。ファームウェア更新、ログのアップロード、画像はこの方向に流れます。書類上は高速に見える端末でも、5 Mbpsの上りでは処理が止まることがあります。帯域幅はピークレートとは別の制約です。NB-IoTは180 kHzのブロックに収まり、LTE-Mは1.4 MHzを必要とし、LTEカテゴリーは通常のキャリアを使用します。マルチモードモジュールはフォールバックできますが、それは事業者がフォールバック先のネットワークを運用し、そのモジュールを認証している場合に限られます。
省電力とカバレッジ
バッテリー寿命は無線だけでなく、ネットワークの機能によって決まります。Power Saving Mode（PSM）は、端末がコンテキストを保持したまま数時間から数日スリープし、復帰することを可能にします。拡張間欠受信（eDRX）はページング周期を延ばし、受信機が起動する頻度を減らします。どちらもネットワークとネゴシエートされるもので、モジュールと事業者の両方が対応している必要があります。長いスリープは電力を節約しますが、起動時の遅延が増えます。アプリケーションが要求に応じた応答を必要とする場合、これは重要です。
カバレッジは逆の関係にあります。4つの中でリンクバジェットが最も大きいのはNB-IoTであり、そのため地下のメーターや密閉されたセンサーにも届きます。LTE-Mはカバレッジ拡張機能を備えていますが、NB-IoTには及びません。書類上のリンクバジェットは金属製のキャビネットの中では通用しないため、実際の筐体、アンテナ、取り付け位置でテストしてください。端末がいつでも到達可能である必要がある場合は、スリープ電流だけでなく、起動までの経路も測定してください。
ネットワークの寿命とローミング
接続先の事業者が実際に運用しているベアラーを選んでください。LTE-MとNB-IoTの展開状況は事業者や市場によって異なり、どちらも運用していない事業者もあります。Cat-1 bisはLTE上で動作するため最も広いフットプリントを引き継ぎますが、その代わりに消費電力が増え、モジュールが大きくなります。ネットワークの停波も判断に時間軸を加えます。2Gへのフォールバックを前提に設計した端末には、そのフォールバックがなくなる日に備えた計画が必要であり、2Gのみで認証されたモジュールは座礁資産になります。
ローミング対応も一様ではありません。LTE-MのローミングはNB-IoTのローミングより一般的ですが、ローミングが可能な場合でも、常時ローミングの規則によって海外プロファイルを使い続けられる期間が制限されることがあります。接続先ごとの事業者とバンドのリストを、確認した日付とともに求めてください。マルチモードモジュールであっても、すべてのモードが有効化または認証されているとは限らないため、見積もりがどのベアラーを対象としているかを確認してください。
試してみる：トラッカーのサイジング
あるトラッカーは60秒ごとに位置を報告し、5,000 mAhのバッテリーで動作します。バッテリー推定ツールをトラッカーのプリセットで開き、予測される寿命を読み取ってください。次に、間隔を300秒に設定して比較してください。
間隔を長くすると無線が起動する頻度が減るため、寿命は長くなるはずです。変化が小さい場合は、間隔よりも報告のサイズや起動までの経路が大きく影響しています。それがモジュールの検討に持ち込むべき数値です。
決定する前に確認すること
市場とバンドのリストを、確認した日付とともに求めてください。
理解度チェック
-
カメラが動きを検知してJPEGをアップロードします。どのベアラーが適しており、その理由は何ですか？
Cat-4です。上りのペイロードとバーストには容量が必要だからです。NB-IoTとLTE-Mは、小さく頻度の低いメッセージ向けに設計されています。
-
バーが5本のNB-IoT端末でも遅いことがあるのはなぜですか？
バーは信号強度を示すもので、容量を示すものではありません。NB-IoTはレートを犠牲にして到達範囲を得ており、端末が長いスリープサイクルにあるか、狭いチャネルを共有している可能性があります。
-
接続先でモジュールがローミングできるかどうかを決めるものは何ですか？
事業者の組み合わせとローミング契約、そしてモジュールのバンド対応と認証です。ベアラーのラベルだけでは決まりません。
回答は要求したときに表示されます。採点、保存、送信は一切行いません。
よくある質問
1台の端末で複数のベアラーに対応できますか？
どのくらいのスループットが必要ですか？
NB-IoTはセル間でハンドオーバーしますか？
これらのモジュールはローミングできますか？
音声を伝送できるものはありますか？
出典
- GSMA NB-IoT：深いカバレッジを持つ標準ベースのLPWA
- GSMA LTE-M：LTEの既存基盤上のLPWA（3GPP Release 13、Cat-M1）
- 3GPP TS 36.306：UE無線アクセス能力
- 3GPP TS 36.101：E-UTRAユーザー端末の無線送受信（運用バンド）
- 3GPP TS 38.101-1：NRユーザー端末の無線送受信、Range 1
- 3GPP TS 24.301：Evolved Packet SystemのNASプロトコル
- 3GPP TS 23.682：パケットデータネットワークおよびアプリケーションとの通信のためのアーキテクチャ拡張
- 3GPP TS 36.304：アイドルモードにおけるUEの手順
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