LTE(通信)

電気通信分野において、LTEロングターム・エボリューション)は、携帯電話端末およびデータ端末向けの無線ブロードバンド通信規格です。LTEは4Gの「過渡期」技術とみなされており[ 1 ] 、 3Gの上位技術として3.95Gとも呼ばれます[ 2 ]

LTEは、 2G GSM / EDGEおよび3G UMTS / HSPA規格に基づいています。異なる無線インターフェースとコアネットワークの改良により、これらの規格の容量と速度を向上させています。[ 3 ] [ 4 ] LTEは、GSM/UMTSネットワークとCDMA2000ネットワークの両方を持つ通信事業者にとってのアップグレードパスです。LTEの後継規格であるLTE Advancedは、正式には「真の」4G技術と定義されており[ 5 ]、「LTE+」とも呼ばれています。

用語

この規格は3GPP (3rd Generation Partnership Project)によって開発され、リリース8の文書シリーズで規定され、リリース9ではマイナーな機能拡張が説明されている。LTEは3.95Gとも呼ばれ、 4G LTEAdvanced 4Gとして販売されてきたが、オリジナル版は3GPPリリース8および9のLTE Advancedの文書シリーズで規定されている4Gワイヤレスサービスの技術基準を満たしていなかった。要件はITU-R組織によってIMT Advanced仕様で定められたが、市場の圧力と、WiMAXEvolved High Speed Packet Access、LTEがオリジナルの3G技術にもたらした大きな進歩により、ITU-Rは後にLTEと前述の技術を4G技術と呼べると決定した。[ 6 ] LTE Advanced規格は、IMT-Advancedと見なされるためのITU-Rの要件を正式に満たしている。[ 7 ] LTE AdvancedとWiMAX-Advancedを現在の4G技術と区別するために、ITUは後者を「真の4G」と定義しています。[ 8 ] [ 5 ]

概要

LTEの3GPPロゴ
LTE接続を示すAndroidスマートフォン
LTEモデム
4G+モデム
One UI 6.1を実行している Samsung Galaxy S21+ のLTE およびVoLTEロゴ
HTC ThunderBolt、市販されている2番目のLTEスマートフォン

LTEはLong-Term Evolution [ 9 ]の略で、無線データ通信技術とGSM/UMTS規格の開発におけるETSI (欧州電気通信標準化機構)の登録商標です。しかし、他の国や企業もLTEプロジェクトに積極的な役割を果たしています。LTEの目標は、2000年代初頭に開発された新しいDSP (デジタル信号処理)技術と変調方式を使用して、無線データネットワークの容量と速度を向上させることでした。さらなる目標は、ネットワークアーキテクチャを再設計し、 3Gアーキテクチャと比較して転送遅延が大幅に削減されたIPベースシステムに簡素化することでした。LTE無線インターフェースは2Gおよび3Gネットワ​​ークと互換性がないため、別の無線スペクトルで動作する必要があります。

LTEのアイデアは1998年に初めて提案され、 CDMAを置き換えるためにCOFDM無線アクセス技術を使用し、1428MHz(TE)のLバンドでの地上使用を検討しました。2004年に日本のNTTドコモによって、この標準の研究は2005年に正式に開始されました。[ 10 ] 2007年5月、LTE / SAEトライアルイニシアチブ(LSTI)アライアンスが、新しい標準を検証および推進し、できるだけ早くこの技術を世界中に導入することを目的として、ベンダーとオペレーターのグローバルコラボレーションとして設立されました。[ 11 ] [ 12 ]

LTE規格は2008年12月に策定され、最初の公開LTEサービスは2009年12月14日にTeliaSonera社がオスロストックホルムでUSBモデムによるデータ接続として開始した。LTEサービスは北米の主要通信事業者でも開始され、2010年9月21日にはSamsung SCH-r900が世界初のLTE携帯電話として発売された[ 13 ] [ 14 ]。また、2011年2月10日にはSamsung Galaxy Indulgeが世界初のLTEスマートフォンとして発売された[ 15 ] [ 16 ]。いずれもMetroPCS社から提供され、 3月17日にはVerizon社からHTC ThunderBoltが発売され、商業的に販売される2番目のLTEスマートフォンとなった。[ 17 ] [ 18 ]カナダでは、ロジャースワイヤレスが2011年7月7日にLTEネットワークを初めて立ち上げ、Sierra Wireless AirCard 313U USBモバイルブロードバンドモデム(通称「LTEロケットスティック」)を提供し、その後HTCとサムスン両社がモバイルデバイスを続々と投入した。[ 19 ]当初、CDMA事業者はUMBWiMAXと呼ばれる競合規格へのアップグレードを計画していたが、主要なCDMA事業者(米国のVerizonSprintMetroPCS 、カナダのBellTelus 、日本のKDDIのau、韓国のSKテレコム、中国のChina Telecom / China Unicomなど)はLTEへの移行を発表した。 LTEの次のバージョンはLTE Advancedで、2011年3月に標準化されました。[ 20 ]サービスは2013年に開始されました。[ 21 ] LTE Advanced Proとして知られる追加の進化は2015年に承認されました。[ 22 ]

LTE仕様は、下り最大速度300 Mbit/s、上り最大速度75 Mbit/s、無線アクセスネットワークで5 ms未満の 転送遅延を可能にするQoS規定を提供する。 LTEは、高速で移動するモバイルを管理する機能があり、マルチキャストおよびブロードキャストストリームをサポートする。 LTEは、1.4  MHzから20 MHzのスケーラブルなキャリア帯域幅をサポートし、周波数分割複信(FDD)と時分割複信(TDD)の両方をサポートする。 GPRSコアネットワークに代わるものとして設計されたEvolved Packet Core (EPC)と呼ばれるIPベースのネットワークアーキテクチャは、 GSMUMTSCDMA2000などの古いネットワークテクノロジーを使用するセルタワーへの音声とデータのシームレスなハンドオーバーをサポートする。[ 23 ]より単純なアーキテクチャにより、運用コストが低減する(たとえば、各E-UTRAセルは、HSPA [ 24 ]でサポートされているデータと音声の容量の最大4倍をサポートする)。

LTE の周波数とバンドは国によって異なる ため、LTE がサポートされているすべての国で LTE を使用できるのは、マルチバンド フォンのみです。

歴史

3GPP標準開発のタイムライン

携帯電話ネットワークの標準規格と世代のタイムライン

キャリア採用のタイムライン

GSMまたはHSUPAネットワークをサポートするほとんどの通信事業者は、いずれLTEへのアップグレードを行うと予想されます。商用契約の全リストは[ 61 ]でご覧いただけます。

以下は、OpenSignal.comが2019年2月/3月に測定した4G LTEカバレッジの上位10カ国/地域のリストです。[ 72 ] [ 73 ]

ランク国/地域浸透
1 韓国97.5%
2 日本96.3%
3 ノルウェー95.5%
4 香港94.1%
5 アメリカ合衆国93.0%
6 オランダ92.8%
7 台湾92.8%
8 ハンガリー91.4%
9 スウェーデン91.1%
10 インド90.9%

すべての国/地域の完全なリストについては、4G LTE 普及率による国別リストを参照してください。

LTE-TDDとLTE-FDD

LTE-TDDロングタームエボリューション・タイムディビジョンデュプレックス)は、 TDD LTEとも呼ばれ、中国移動大唐電信華為技術、ZTEノキアソリューションズ&ネットワークスクアルコムサムスンST-エリクソンを含む国際的な企業連合によって共同開発された4G通信技術および規格です。これは、LTE(ロングタームエボリューション)技術規格の2つのモバイルデータ伝送技術の1つであり、もう1つはLTE-FDDロングタームエボリューション周波数分割複信)です。一部の企業は、 TD-SCDMAへの親しみを込めてLTE-TDDを「TD-LTE」と呼んでいますが、3GPP仕様書のどこにもこの略語への言及はありません。[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]

LTE-TDD と LTE-FDD には 2 つの大きな違いがあります。データのアップロードとダウンロードの方法と、ネットワークが展開される周波数スペクトルです。LTE-FDD はデータのアップロードとダウンロードにペアの周波数を使用しますが、[ 77 ] LTE-TDD は単一の周波数を使用し、時間の経過とともにデータのアップロードとダウンロードを交互に行います。[ 78 ] [ 79 ] LTE-TDD ネットワーク上のアップロードとダウンロードの比率は、より多くのデータを送信または受信する必要があるかどうかに応じて動的に変更できます。[ 80 ] LTE-TDD と LTE-FDD は異なる周波数帯域で動作し、[ 81 ] LTE-TDD は高い周波数でより適切に動作し、LTE-FDD は低い周波数でより適切に動作します。[ 82 ] LTE-TDD に使用される周波数は 1850 MHz から 3800 MHz の範囲で、いくつかの異なる帯域が使用されています。[ 83 ] LTE-TDDスペクトルは、一般的にアクセスコストが安く、トラフィックも少ない。[ 81 ]さらに、LTE-TDDの帯域はWiMAXに使用されている帯域と重複しており、WiMAXはLTE-TDDをサポートするように簡単にアップグレードできる。[ 81 ]

LTE-TDDとLTE-FDDの2つのタイプのデータ伝送の処理方法には違いがあるにもかかわらず、LTE-TDDとLTE-FDDはコア技術の90%を共有しており、同じチップセットとネットワークで両方のバージョンのLTEを使用することが可能となっている。[ 81 ] [ 84 ]サムスンクアルコムなど多くの企業がデュアルモードチップやモバイルデバイスを製造しており、[ 85 ] [ 86 ] CMHKHi3G Accessはそれぞれ香港とスウェーデンでデュアルモードネットワークを開発している。[ 87 ]

LTE-TDDの歴史

LTE-TDDの創設には、技術の開発と試験に取り組んだ国際企業の連合が関与した。[ 88 ]中国移動はLTE-TDDの早期提唱者であり、[ 81 ] [ 89 ]大唐電信[ 88 ]華為などの他の企業と共にLTE-TDDネットワークの導入に取り組み、後にLTE-TDD機器がホワイトスペース(放送テレビ局間の周波数スペクトル)で動作できるようにする技術を開発した。[ 75 ] [ 90 ]インテルも開発に参加し、中国で華為とLTE-TDD相互運用性ラボを設立した。[ 91 ]また、ST-エリクソン[ 81 ]ノキア[ 81 ]ノキア・シーメンス(現ノキア・ソリューションズ・アンド・ネットワークス[ 75 ]と共にLTE-TDD基地局を開発し、容量を80パーセント、カバレッジを40パーセント増加させた。[ 92 ]クアルコムも参加し、LTE-TDDとLTE-FDDに加え、HSPAとEV-DOを組み合わせた世界初のマルチモードチップを開発した。[ 86 ]ベルギーの企業であるAccelleranもLTE-TDDネットワーク用のスモールセルの構築に取り組んでいる。[ 93 ]

LTE-TDD技術の試験は2010年に開始され、リライアンス・インダストリーズとエリクソン・インドがインドでLTE-TDDのフィールドテストを実施し、ダウンロード速度80メガビット/秒、アップロード速度20メガビット/秒を達成しました。[ 94 ] 2011年までに、チャイナモバイルは6都市でこの技術の試験を開始しました。[ 75 ]

当初は中国やインドなど少数の国でのみ利用されている技術と見られていましたが、[ 95 ] 2011年までにLTE-TDDへの国際的な関心は、LTE-FDDに比べてLTE-TDDの導入コストが低いこともあり、特にアジアで高まりました。[ 75 ]その年の半ばまでに、世界中で26のネットワークがこの技術の試験を実施していました。[ 76 ]グローバルLTve(GTI)も2011年に開始され、創設パートナーには中国移動、バーティ・エアテルソフトバンクモバイル、ボーダフォン、クリアワイヤーエアロ2、E-Plusがいました。[ 96 ] 2011年9月、HuaweiはポーランドのモバイルプロバイダーAero2と提携し、ポーランドでLTE-TDDとLTE-FDDを組み合わせたネットワークを開発すると発表しました。[ 97 ]また、2012年4月までにZTE Corporationは19カ国33の通信事業者向けに試験的または商用のLTE-TDDネットワークを展開する取り組みを進めました。[ 87 ] 2012年末、Qualcommはインドで商用LTE-TDDネットワークを展開するために積極的に取り組み、Bharti AirtelおよびHuaweiと提携してインド初のマルチモードLTE-TDDスマートフォンを開発しました。[ 86 ]

日本では、ソフトバンクモバイルが2012年2月にAdvanced eXtended Global Platform (AXGP)の名称でLTE-TDDサービスを開始し、SoftBank 4Gとして販売しました。AXGP帯域は以前はウィルコムPHSサービスに使用されていましたが、2010年にPHSが廃止された後、PHS帯域はAXGPサービスに再利用されました。[ 98 ] [ 99 ]

米国では、クリアワイヤがLTE-TDDの導入を計画しており、チップメーカーのクアルコムは、自社のマルチモードLTEチップセットでクリアワイヤの周波数をサポートすることに合意した。[ 100 ] 2013年にスプリントがクリアワイヤを買収したことで、[ 77 ] [ 101 ]同社は、サムスンアルカテル・ルーセントノキアが構築したネットワーク上でLTEサービスを提供するためにこれらの周波数を使い始めた。[ 102 ] [ 103 ]

2013年3月時点で、156の商用4G LTEネットワークが存在し、そのうち142はLTE-FDDネットワーク、14はLTE-TDDネットワークでした。[ 88 ] 2013年11月時点で、韓国政府は2014年にLTE-TDDサービスを提供する4番目の無線通信事業者を許可する計画を立てていました。[ 79 ]また、2013年12月には、中国の3つの移動体通信事業者にLTE-TDDライセンスが付与され、4G LTEサービスの商用展開が可能になりました。[ 104 ]

2014年1月、ノキアソリューションズアンドネットワークスは、中国移動のTD-LTEネットワーク上でVoice over LTEVoLTE )通話の一連のテストを完了したことを発表しました。 [ 105 ]翌月、ノキアソリューションズアンドネットワークスとスプリントは、LTE-TDDネットワークを使用して毎秒2.6ギガビットのスループット速度を実証し、従来の毎秒1.6ギガビットの記録を上回ったと発表しました。[ 106 ]

特徴

LTE規格の大部分は、3G UMTSを最終的に4Gとなるモバイル通信技術へとアップグレードすることに焦点を当てています。その主な目的は、既存のUMTS回線パケットスイッチングを組み合わせたネットワークから、オールIPのフラットアーキテクチャシステムへの移行に伴い、システムアーキテクチャの簡素化を図ることです。E -UTRAはLTEの無線インターフェースです。主な特徴は以下のとおりです。

音声通話

cs domLTE CSFBからGSM/UMTSネットワーク相互接続

LTE規格は、オールIPネットワークでパケット交換のみをサポートしています。GSM、UMTS、CDMA2000の音声通話は回線交換であるため、LTEの導入に伴い、通信事業者は音声通話ネットワークを再設計する必要があります。[ 108 ] 4つの異なるアプローチが浮上しました。

LTE 経由の音声通話 (VoLTE)
回線交換フォールバック(CSFB)
このアプローチでは、LTEはデータサービスのみを提供し、音声通話の発信または着信は回線交換ドメインにフォールバックします。このソリューションを使用する場合、事業者はIMSを導入する代わりにMSCをアップグレードするだけで済むため、迅速にサービスを提供できます。ただし、デメリットとして、呼設定の遅延が長くなることが挙げられます。
音声とLTEの同時利用(SVLTE)
このアプローチでは、端末はLTEモードと回線交換モードを同時に動作させ、LTEモードでデータサービスを提供し、回線交換モードで音声サービスを提供します。これは端末のみをベースとしたソリューションであり、ネットワークに特別な要件はなく、IMSの導入も必要ありません。このソリューションの欠点は、消費電力が高くなり、端末が高価になる可能性があることです。
シングルラジオ音声通話継続 (SRVCC)

通信事業者が主導していないもう一つのアプローチは、オーバーザトップコンテンツ(OTT)サービスの利用であり、 SkypeGoogle Talkなどのアプリケーションを使用してLTE音声サービスを提供する。[ 109 ]

LTEの主要支持者のほとんどは、当初からVoLTEを推奨し、推進してきました。しかし、初期のLTEデバイスやコアネットワークデバイスではソフトウェアサポートが不足していたため、多くの通信事業者が暫定的な解決策としてVoLGA(Voice over LTE Generic Access)を推進することになりました。[ 110 ]このアイデアは、携帯電話が顧客のプライベートインターネット接続(通常は無線LAN経由)を介して音声通話を行うためのプロトコルを定義するGAN(Generic Access Network、UMAまたはUnlicensed Mobile Accessとも呼ばれる)と同じ原理を利用するというものでした。しかし、VoLGAはあまり支持されませんでした。VoLTE(IMS)は、音声通話インフラ全体のアップグレードが必要になるものの、はるかに柔軟なサービスを約束しているからです。VoLTEでは、LTE信号品質が悪い場合に2Gまたは3Gネットワ​​ークへのハンドオーバーをスムーズに行うために、Single Radio Voice Call Continuity(SRVCC)が必要になる場合があります。[ 111 ]

業界ではVoLTEが標準化されていますが、初期のLTE導入では、通信事業者は暫定的な対策として回線交換フォールバックを導入する必要がありました。VoLTE非対応のネットワークやデバイスで音声通話を発信または受信する場合、LTE端末は通話中、従来の2Gまたは3Gネットワ​​ークにフォールバックします。

強化された音声品質

互換性を確保するため、3GPPは少なくともAMR-NBコーデック(狭帯域)を要求していますが、VoLTEに推奨される音声コーデックは、 HD Voiceとも呼ばれるAdaptive Multi-Rate Widebandです。このコーデックは、16kHzサンプリングをサポートする3GPPネットワークで必須となっています。[ 112 ]

フラウンホーファーIISは、LTE端末向けAAC-ELD(Advanced Audio Coding – Enhanced Low Delay)コーデックの実装である「Full-HD Voice」を提案し、実証しました。 [ 113 ]従来の携帯電話の音声コーデックは3.5kHzまでの周波数しかサポートしておらず、今後HD Voiceと呼ばれる広帯域音声サービスが7kHzまでしかサポートしていなかったのに対し、Full-HD Voiceは20Hzから20kHzまでの全帯域幅をサポートします。しかし、エンドツーエンドのFull-HD Voice通話を成功させるには、発信側と受信側の両方の端末、そしてネットワークがこの機能をサポートしている必要があります。[ 114 ]

周波数帯域

LTE 規格はさまざまなバンドをカバーしており、各バンドは周波数とバンド番号の両方で指定されます。

  • 北米 – 600、700、850、1700、1900、2300、2500、2600、3500、5000 MHz (バンド 2、4、5、7、12、13、14、17、25、26、28、29、30、38、40、41、42、43、46、48、66、71)
  • 中央アメリカ、南アメリカ、カリブ海地域 – 600、700、800、850、900、1700、1800、1900、2100、2300、2500、2600、3500、5000 MHz (バンド 1、2、3、4、5、7、8、12、13、14、17、20、25、26、28、29、38、40、41、42、43、46、48、66、71)
  • ヨーロッパ – 450、700、800、900、1500、1800、2100、2300、2600、3500、3700 MHz (バンド 1、3、7、8、20、22、28、31、32、38、40、42、43) [ 115 ] [ 116 ]
  • アジア – 450、700、800、850、900、1500、1800、1900、2100、2300、2500、2600、3500 MHz(バンド1、3、5、7、8、11、18、19、20、21、26、28、31、38、39、40、41、42)[ 117 ]
  • アフリカ – 700、800、850、900、1800、2100、2300、2500、2600 MHz (バンド 1、3、5、7、8、20、28、40、41)
  • オセアニア(オーストラリア[ 118 ] [ 119 ]およびニュージーランド[ 120 ]を含む) – 700、850、900、1800、2100、2300、2600 MHz(バンド1、3、5、7、8、28、40)

その結果、ある国の携帯電話が他の国では使えない可能性があります。国際ローミングを利用するには、マルチバンド対応の携帯電話が必要になります。

特許

欧州電気通信標準化機構(ETSI)の知的財産権(IPR)データベースによると、2012年3月時点で約50社がLTE規格をカバーする必須特許を保有していると宣言している。 [ 121 ] ETSIは宣言の正確性について調査を行っていないため[ 121 ] 、 「LTE必須特許の分析では、ETSIの宣言よりも多くの特許を考慮する必要がある」としている。[ 122 ]独立した調査によると、携帯電話メーカーの全収益の約3.3~5%が標準必須特許に費やされていることが明らかになっている。これは、クロスライセンスなどの割引ライセンス契約により、公表されている合計レートよりも低い。[ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]

参照

参考文献

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