追跡プロジェクトにおける 4G、5G、LTE、CAT-M、LTE-M、Cat-1、NB-IoT、LoRaWAN の違いは何ですか?

追跡プロジェクトで使用される主なテクノロジーは、通信、センシング、電力、制御、メモリ、コンピューティングです。

主流の追跡技術には、GNSS、Bluetooth および Wi-Fi RSSI、Bluetooth 到来角 UWB、超音波、SLAM、RFID、ネットワーク TOF、赤外線などがあります。SLAM は、画像およびビデオ ストリーミングに高い帯域幅とデータ レートを必要とします。他の技術では、測位メッセージごとに数バイトまたは数十バイトを使用します。測位精度、消費電力、製品サイズ、コスト、ネットワークの可用性または通信距離を考慮すると、通信技術には多くのオプションがあり、このホワイト ペーパーでは、最新のモバイル ネットワーク技術とその特性を紹介します。類似のものを比較することで、追跡プロジェクトにおける各技術の長所と短所を分析し、個人または資産追跡プロジェクトでどの技術を使用するか読者が選択できるようにします。

1. 4Gと5G

4G と 5G は、モバイル ネットワーク テクノロジーの 2 つの異なる世代です。速度、帯域幅、遅延、機能の点で、いくつかの重要な違いがあります。主な違いをまとめると次のようになります。

• スピード
  5G は 4G よりもはるかに高速で、最大 2.5 Gbps のダウンロード速度と 1.25 Gbps のアップロード速度を提供します。一方、4G は最大 1 Gbps のダウンロード速度と 500 Mbps のアップロード速度にしか達しません。そのため、5G は高解像度のビデオストリーミング、バーチャルリアリティ、クラウドゲームなど、よりデータ集約的なアプリケーションをサポートできます。
• 帯域幅
  5G は 4G よりも帯域幅が広いため、サービス品質を犠牲にすることなく、より多くのデバイスとユーザーを同時にサポートできます。5G は、混雑が少なく、より多くのデータを伝送できるミリ波などの 4G よりも高い周波数を使用します。また、5G はより小型で指向性の高いアンテナを使用するため、4G よりも 1 メートルあたり 1,000 台以上のデバイスにサービスを提供できます。つまり、5G は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、スマート TV、ウェアラブル、IoT デバイスからのインターネット アクセスの需要の高まりに対応できます。
• レイテンシー
  5G は 4G よりも遅延が少なく、デバイスとサーバー間の通信の遅延やラグが少なくなります。5G の遅延は約 1 ミリ秒ですが、4G の遅延は約 50 ミリ秒です。5G では、車両、ロボット、医療処置のリモート コントロール、オンライン ゲーム、ビデオ会議など、よりリアルタイムでインタラクティブなアプリケーションが可能になります。

これらは 4G と 5G の主な違いの一部です。ただし、これらの違いは、ネットワークの可用性とカバレッジ、およびデバイスの互換性とパフォーマンスにも依存します。5G のメリットを最大限に活用するには、5G 対応デバイスと、お住まいの地域の 5G ネットワーク プロバイダーが必要です。

IoT プロジェクトでは、ゲートウェイ (LoRaWAN ゲートウェイ、AoA (Angle of Arrival) ゲートウェイなど) のデータ バックホールに 5G と 4G の両方が使用されます。4G がよく使用されるのは、次の理由からです。

• 4Gモジュールの方が安いです。
• 速度、帯域幅、およびレイテンシはシステムのパフォーマンスに大きな影響を与えません。

多くの車両追跡装置は 4G を使用しています。これは、2G と 3G が段階的に廃止される一方で、4G は 5G よりも世界中でカバレッジが優れているためです。

RTK (リアルタイム キネマティック) や PPK (後処理キネマティック) などの一部の高精度 GNSS 測位技術では、測位時に高速かつ大量のデータ通信が必要となるため、4G が使用されます。

2. LTEと4G

LTE と 4G は、モバイル ネットワーク テクノロジーに関連する 2 つの用語です。LTE は Long-term Evolution の略で、ワイヤレス ブロードバンド通信の標準です。4G は第 4 世代の略で、国際電気通信連合 (ITU) によって定義された第 4 世代のモバイル データ テクノロジーの総称です。

LTE は 4G の速度を提供できる技術の 1 つですが、すべての LTE ネットワークが、少なくとも 100 Mbps のピークダウンロード速度などの 4G の基準を満たすわけではありません。これらのケースを区別するために、一部の通信事業者は、4G 要件を満たすより高速で高度な LTE ネットワークを示すために 4G LTE という用語を使用しています。ただし、一部の通信事業者は、実際には 4G 標準よりも遅い LTE ネットワークを宣伝するために 4G LTE という用語を使用する場合もあります。

WiMAX は、4G の速度を提供できるもう 1 つのテクノロジーです。これは、Worldwide Interoperability for Microwave Access (マイクロ波アクセスのワールドワイド相互運用性) の略です。WiMAX は、データ送信に電波を使用するという点で LTE に似ていますが、ネットワーク アーキテクチャと周波数範囲が異なります。4G の初期には WiMAX の方が人気がありましたが、ほとんどの市場では LTE が WiMAX に取って代わりました。

まとめると、LTE と 4G はまったく同じものではありませんが、通信事業者や消費者は両者を同じ意味で使用していることがよくあります。LTE は 4G の速度を実現できる特定のテクノロジーですが、すべての LTE ネットワークが 4G に準拠しているわけではありません。WiMAX は 4G の速度を実現できる別のテクノロジーですが、LTE ほど一般的ではありません。

3. CAT-MとLTE-M

CAT-M と LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) は、IoT アプリケーション向けに設計された LTE セルラー テクノロジ ファミリのデバイス カテゴリであり、同じものの 2 つの異なる名前です。CAT-M および LTE-M デバイスには、従来の LTE デバイスに比べて、消費電力の低減、バッテリー寿命の延長、カバレッジの向上、コストの削減などの利点があります。ただし、データ レートの低下、帯域幅の狭さ、機能の低下などの制限もあります。

主な違いは次のとおりです。

• 帯域幅
  CAT-M および LTE-M デバイスは 1.4 MHz の帯域幅を使用しますが、これは他の LTE デバイスで使用される一般的な 20 MHz の帯域幅よりもはるかに小さいものです。つまり、同じスペクトルにより多くのデバイスを収容でき、データ容量と速度は低くなります。
• データレート
  CAT-M および LTE-M デバイスは、ダウンリンクとアップリンクの両方で最大 1 Mbps のピーク データ レートを備えています。これは、ほとんどの IoT アプリケーションには十分ですが、ビデオ ストリーミングやゲームなどの高帯域幅のサービスには不十分です。その他の LTE デバイスは、ダウンリンクで最大 10 Mbps、アップリンクで最大 5 Mbps (CAT-1)、またはそれ以上 (CAT-4 以上) に達することができます。
• 消費電力
  CAT-M および LTE-M デバイスは他の LTE デバイスよりも消費電力が低いため、バッテリーでより長時間動作できます。また、省電力モード (PSM) や拡張不連続受信 (eDRX) などの省電力機能もサポートしており、使用していないときにスリープ状態にしたり、アクティビティを減らしたりすることができます。
• カバレッジ
  CAT-M および LTE-M デバイスは、特に屋内や田舎のエリアでは、他の LTE デバイスよりもカバレッジが優れています。繰り返しとリンク アダプテーションを使用して、信号の品質と信頼性を向上させることができます。また、カバレッジ拡張モード (CEM) もサポートしており、より高い電力レベルで送信し、より低い信号レベルで受信することができます。
• 複雑
  CAT-M および LTE-M デバイスは他の LTE デバイスよりも複雑さが低く、ハードウェアとソフトウェアの要件がシンプルです。また、音声サポート、キャリア アグリゲーション、複数のアンテナなどの機能も少なくなっています。