特集:IoTがもたらす製造業の革新〜進化する製品、サービス、工場のかたち〜
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» 2017年07月31日 10時00分 UPDATE

IoT観測所(35):日本で全く話題にならないLPWA「EC-GSM-IoT」は途上国で花開く (1/3)

日本で全く話題にならないLPWAがある。2G技術のGSMをベースとする「EC-GSM-IoT」だ。ただし、3Gの普及もままならないアフリカや南米などの開発途上国では、EC-GSM-IoTがIoTの通信を担う可能性が高い。

[大原雄介,MONOist]

 マイクロソフト、グーグルと2回ほどIoT向けクラウドサービスの話を続けたので、またちょっと話をIoT向けの通信規格であるLPWA(Low Power Wide Area)ネットワークに戻したい。今回ご紹介するのはEC-GSM-IoT(Extended Coverage-GSM-IoT)である。

 EC-GSM-IoTは日本では全く話題にならない。というのは日本にはこれを利用するためのインフラがないためだ。名前の通りGSMネットワークを使い、到達範囲を広げ、しかもIoT向けにした規格である。

 規格はNB-IoTとかLTE Cat.M1と同じく3GPPが策定作業を行っており、主要な部分についてはRelease 13で仕様の策定作業が完了している。もっとも、全部というわけではなく、幾つかの拡張部分に関しては2017年7月……というか、今月中に策定作業が終わる予定のRelease 14に含まれることになっている。

 このEC-GSM-IoTは、もともとはエリクソン(Ericsson)が提案したEC-GSM(Extended Coverage for GSM)という規格であり、ノキア(Nokia)が提案したN-GSM(NarrowBand GSM)と比較した上で、EC-GSMベースで仕様策定が行われることになった。

 さて、そのLTE Cat.M1とNB-IoT、それとEC-GSM-IoTの特徴を比較したのが図1である。

表1 表1 LTE Cat.M1とNB-IoT、EC-GSM-IoTの比較(クリックで拡大) 出典:3GPP

 EC-GSM-IoTの特徴をざっとまとめると以下のようになる。

  • 周波数帯は、既存のGSM帯をそのまま利用する。つまりNB-IoTとかと同じくライセンスバンドなので、事業者免許が必要になる
  • バンド幅は原則チャネルあたり200KHz
  • 変調方式はGSMKがメインで、8PSKはオプションとなる。要するにGSMとEDGEの音声ネットワークをそのまま使う形だ。GSMの場合、GMSK音声だとフルレートで22.8Kbpsの帯域が利用できる。これを4タイムスロット(Timeslot)分使うと、理論上は91.2Kbpsの帯域になるが、実際には350〜70kbps(カバレッジレベルで変動)の帯域となる。一方EDGEの場合フルレートだと28.8kbpsだが、これを8タイムスロット使うことで230.4kbpsとなる計算だ
  • 多重化方式はTDMAとFDMAの両方
  • 通信方式は基本HD(Half-Duplex)ながら、FDD(Frequency Division Duplex)もサポート
  • 通信距離は、33dBmのパワークラスで164dBとなり、大体15km以内となる。ちなみに23dBmクラスだと154dBmで、10km内外になる
  • 省電力機構としてはPSM(Power Saving Mode)の他、ext.I-DRXを追加予定。5Ahの電池で最大10年程度の電池寿命を想定
  • 電力クラスは33dBm以外に23dBmを追加予定
  • 1つの基地局で最大5万台程度までデバイスを接続可能

 基本的には既存のGSMなりEDGEの音声チャネルをそのまま流用してIoT向けの通信規格を策定したもので、あまり新技術は搭載されていない。例外はext.I-DRXで、これはLTC Cat.M1に追加されたeDRXと同じ仕組みである。もっとも、I-DRXは最長52分程度となっている。

 他に新機能としてはセキュリティの拡張(保護機能の統合、相互認証機能、暗号化アルゴリズムの強化)とか、極めて低速で通信するためのタイマー拡張、SGSNモードで通信頻度を下げるためにカバレッジを保存しておく仕組み、省電力のために近隣の通信セルのモニタリング頻度を下げるRelaxed Idle Modeの導入、といった項目が挙げられている。これらはいずれもLTEで導入された技術を転用した形である。当然基地局側もこれに対応する必要はあるのだが、その難易度はそう高くないとされている。

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