NB-IoTについて

LPWA勉強会 #2 ＠北とぴあ(東京都北区王子) 発表資料
NB-IoTについて -周波数と消費電力を中心にお話します -
日本ノーベル株式会社 佐藤匡人

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1. NB-IoTについて - 周波数と低消費電力を中心にお話します - 日本ノーベル株式会社 佐藤 匡人 © 2017 Japan Novel Corporation 1
2. 規格のお話 © 2017 Japan Novel Corporation 2
3. 今更ですがLPWAの比較 © 2017 Japan Novel Corporation 3 SIGFOX LoRaWAN Cat M1 NB-IoT 規格制定 Sigfox社 LoRa Alliance 3GPP(Rel.13) 3GPP(Rel.13) 周波数帯 920MHz (ISMバンド) 920MHz (ISMバンド) LTE ライセンスバンド LTE ライセンスバンド 帯域幅 100Hz 125KHz 1.4MHz 200KHz 通信方向 現在は上りのみ 双方向 双方向 双方向 送信信頼性 冗長送信 Ack確認/再送 Ack確認/再送 Ack確認/再送 上り 通信速度 100bps 250bps 1Mbps 250Kbps 端末 送信電力 20mW 20mW 100mW 100mW
4. LTEとNB-IoTは関係あるの？(1) © 2017 Japan Novel Corporation 4 カテゴリ Cat 5 Cat 4 Cat 3 Cat 2 Cat 1 帯域幅 20MHz 上り 通信速度 75Mbps 50Mbps 50Mbps 25Mbps 5Mbps アンテナ 4×4 MIMO 2×2 MIMO 2×2 MIMO 2×2 MIMO 1×1 SISO LTE Release8(2009年)の規格 当時はIoTという言葉が無く、M2M向けにCat 1が定義されています。
5. LTEとNB-IoTは関係あるの？(2) © 2017 Japan Novel Corporation 5 LTE Release13(2016年)の規格によってNB-IoTが定義されました。 Cat 1 ⇒ Cat 0 ⇒ Cat M1 ⇒ NB-IoT Release 8 Release 12 Release 13 時期 2009年3月 2011年6月 2016年3月 カテゴリ Cat 1 Cat 0 Cat M1 NB-IoT 帯域幅 1.4～ 20MHz 1.4～ 20MHz 1.4MHz 200KHz 上り通信速度 5Mbps 1Mbps 1Mbps 250Kbps Handover 〇 〇 〇 × 送受信方式 全二重 全/半二重 全/半二重 半二重
6. 3GPPのドキュメントを読みたい(1) © 2017 Japan Novel Corporation 6 3GPPのドキュメントは主にTR(Technical Report)とTS(Technical Specification)があります。 TRは、規格の変更点などをまとめたレポートになります。 TSが、いわゆる技術規格書（仕様書）になります。 NB-IoTを知るうえで必要そうな仕様書は以下の通りです。 TR33.888：Cat 0の技術レポート TR45.820：Cat M1/NB-IoTの技術レポート TS36.101：LTE物理層の無線通信規格書 TS36.201：LTE物理層の概略説明書 TS36.211：LTE物理チャネルと変調に関する規格書 TS36.213：LTE物理層手順規格書
7. 3GPPのドキュメントを読みたい(2) © 2017 Japan Novel Corporation 7 3GPPのドキュメントは以下のサイトで入手できます。 http://www.3gpp.org/specifications/specification-numbering
8. NB-IoTについて © 2017 Japan Novel Corporation 8
9. NB-IoTを使うとLTEの帯域が足りなくなるの？(1) © 2017 Japan Novel Corporation 9 ガードバンドを有効利用することで解決できます。 LTEチャネル 伝送帯域幅 ガードバンド ガードバンド 隣接チャネルとの混信や干渉を防ぐために、チャネルの両端に一定の空白周波数帯を作って います。実際に無線通信で使用する帯域を「伝送帯域幅」、空白周波数帯を「ガードバン ド」と呼んでいます。 1チャネルで20MHzを使う場合は、上下に1MHzのガードバンドを設けます。NB-IoTは 200KHzしか使わないので、このガードバンドを使って通信を行うことができます。
10. NB-IoTを使うとLTEの帯域が足りなくなるの？(2) © 2017 Japan Novel Corporation 10 LTEのガードバンド情報を以下に記載します。 LTE / Cat M1 NB-IoT チャネル幅 1.4MHz 3MHz 5MHz 10MHz 20MHz 200KHz 伝送帯域幅 1.08MHz 2.7MHz 4.5MHz 9MHz 18MHz 180KHz ガードバンド 160KHz×2 150KHz×2 250KHz×2 500KHz×2 1MHz×2 10KHz×2 NB-IoTはチャネル幅が200KHzしか使用しないので、スマートフォンなどで使用する 「チャネル幅：20MHz以上」であれば、ガードバンドで十分通信ができます。 「チャネル幅：3MHz以下」の場合はガードバンドが狭いのでNB-IoTで使用すること はできません。Cat 1,0,M1と共存するケースなので実際にあるかどうかは不明です。 ガードバンドでNB-IoTを使える
11. NB-IoTを使うとLTEの帯域が足りなくなるの？(3) © 2017 Japan Novel Corporation 11 ガードバンドだけでなく、インバンドも使用できます 伝送帯域幅 ガードバンド ガードバンド ガードバンドだけでなく、伝送帯域幅でもNB-IoTを使用することができます。 ガードバンドに対してインバンドと呼びます。 180MHz 180MHz
12. 低消費電力への取り組み：eDRX(1) © 2017 Japan Novel Corporation 12 3GPPのTS23.770に「Study on system impacts of extended Discontinuous Reception (DRX) cycle for power consumption optimization」があります。ここでは、eDRXのシーケンスが確認できます。 UEがDRX値をリク エストしている
13. 低消費電力への取り組み：eDRX(2) © 2017 Japan Novel Corporation 13 3GPPのTS24.008に「Mobile radio interface Layer 3 specification; Core network protocols; Stage 3」があります。このド キュメントの「Table 10.5.5.32/3GPP TS 24.008: Extended DRX parameters information element」を見ると、eDRXの時間が記載されて います。 S1 mode The field contains the eDRX value for S1 mode. The E-UTRAN eDRX cycle length duration value and the eDRX cycle parameter 'TeDRX ' as defined in 3GPP TS 36.304 [121] are derived from the eDRX value as follows: bit 4 3 2 1 E-UTRAN eDRX cycle length duration eDRX cycle parameter 'TeDRX ' 0 0 0 0 5,12 seconds (NOTE 4) NOTE 3 0 0 0 1 10,24 seconds (NOTE 4) 20 0 0 1 0 20,48 seconds 21 0 0 1 1 40,96 seconds 22 0 1 0 0 61,44 seconds (NOTE 5) 6 0 1 0 1 81,92 seconds 23 0 1 1 0 102,4 seconds (NOTE 5) 10 0 1 1 1 122,88 seconds (NOTE 5) 12 1 0 0 0 143,36 seconds (NOTE 5) 14 1 0 0 1 163,84 seconds 24 1 0 1 0 327,68 seconds 25 1 0 1 1 655,36 seconds 26 1 1 0 0 1310,72 seconds 27 1 1 0 1 2621,44 seconds 28 1 1 1 0 5242,88 seconds (NOTE 6) 29 1 1 1 1 10485,76 seconds (NOTE 6) 210 10485.76s ≒175分(2.9H)
14. 低消費電力への取り組み：PSM(1) © 2017 Japan Novel Corporation 14 3GPPのRelease12からPSM（Power Save Mode）が追加されました。 Power Save Mode：送信、受信共に行っていない状態。Attach情報は保持している。 Idle Mode：受信のみ行っている状態。待ち受け状態。 Connected Mode：送受信を行っている状態。 PSMでは送受信を行っていないので、無線Modemとしてはスリープ状態と同等 の電力消費となります。 PSMの時間は端末側から指定しています。3GPPのTS24.301の「Table 8.2.4.1: ATTACH REQUEST message content」に書かれている” T3412 extended value”が該当します。
15. 低消費電力への取り組み：PSM(2) © 2017 Japan Novel Corporation 15 T3412 extended valueの実態は3GPPのTS24.008の「Table 10.5.163a/3GPP TS 24.008: GPRS Timer 3 information element」に書かれています。 最大値は310H （12.9日） 最大値は9920H （413.3日）
16. 参考：Qualcomm MDM9206 © 2017 Japan Novel Corporation 16 https://www.qualcomm.com/products/mdm9206-iot-modem
17. まとめ © 2017 Japan Novel Corporation 17
18. まとめ © 2017 Japan Novel Corporation 18 ガードバンドを使うことで、周波数帯域不足（既存ユーザへの割り当て不足）は解 消できそう。 eDRX,PSMの時間はオペレータが最終決定するので、サービスが始まらないとわ からないことが多い。 eDRMの最大時間が2.0H、PSMの最大時間が12.9日（or 413.3日）と なっているが、ここまで長いならPDNを張りなおしても消費電流としては大差ないは ず。実運用がどうなるのか、早く知りたい。 NB-IoTになることで、Qualcomm以外のChipset Vendorが参入し、価格 破壊が起こることを期待している。 「MVNOへ（NB-IoTが）開放されるのか」「NB-IoTでeSIM対応を行うのか」 など、まだまだ疑問点は多い。