通信事業者は現在、ネットワークの品質によって差別化を図ることができる有名なテクノロジーである「4G」の導入を巡って争っている。しかし、パフォーマンスを求めるこの熱狂的な競争の中で、この 4G の背後にあるテクノロジーである LTE はすぐに限界に達するはずです。データ消費量は爆発的に増加しており、報道範囲をめぐる争いだけでは誰もが目立つことはできません。通信事業者が言及する LTE-Advanced が今後数年間で状況をどのように変えるかを理解してみましょう。
問題を単純化すると、LTE-Advanced の考え方は、国際電気通信連合 (ITU) が定義する真の 4G の要件を達成するために、現在の技術である LTE (Long Term Evolution) を改良することです。第 3 世代電話と同様に、ITU は仕様全体を定義しています。« IMT-アドバンスト»名前に必要な条件「4G」(一部の詳細イチ）。要件の中には、理論上の最大スループット 1 Gbps (動作時 100 Mbps) があります。まだそこには達していない...
なぜこのような流量に関する疑問がすでに出ているのか
すでに記事で指摘したように、「本当に4Gは必要ですか？」、セル (アンテナがカバーするエリア) 内で利用可能な理論上のフローは、そのセル内に位置するすべてのユーザー間で共有されます。非常に密集した地域 (大都市、観光地など) では、セルのサイズはすでにユーザー数を許容できるほど十分に小さくなっています (田舎では、セルは数 km2 になることがあります)。ただし、使用量は増加しており、ますますデータ集約的になっています。したがって、今後はこれらのセルの理論容量、つまり最大共有流量を増やすことを考えなければなりません。
本物のデザインデータ
2G/3G ネットワークは、このようなデータ消費量の爆発的な増加に対処するように設計されていませんでした。多くの用途には十分ですが、その設計により将来のニーズに対する可能性が制限されます。許容可能な速度を提供するには、セルのサイズを大幅に縮小する必要があります (セルあたりのユーザー数を減らすことになります)。これは経済的に適切ではなく、技術的に非常に困難です。
最近採用された LTE テクノロジーにより、すでに速度を大幅に向上させることが可能になっています。これらすべてのデータ用途向けに設計されているため、非常に快適に使用できます (特に待ち時間が大幅に短縮されます)。現段階では、通信事業者の商用 4G により、この利点を大幅に快適に観察できるようになりました。しかし、消費の伸びが著しいため、数年前に予想されていたよりもはるかに早くテクノロジーの限界が訪れる可能性があります。
LTE-Advanced、LTE への自然なアップデート
LTE-Advanced は、現在の技術との互換性を維持する技術的改善で構成されているため、この将来の問題への理想的な対応となります。したがって、オペレーターは次のことが可能になります。更新する技術的および管理上の困難をあまり伴うことなく、ネットワークの容量を増やすために機器を拡張します。ユーザーは、問題なく 4G 携帯電話を使い続けることができます。最も優れた設備を備えた端末（最近の LTE-Advanced 対応端末）は、LTE-Advanced の高速化の恩恵を受けることができます。この共存は、GSM 世代と GPRS / EDGE のケースを思い出させます。カバレッジは同一ですが、ユーザーに提供される速度が異なるのは端末テクノロジーだけです。
さらに、4人目のプレーヤーが市場に登場して以来、フランスの通信事業者がかなり熾烈な戦いを繰り広げていることを知らない人はいないだろう。このような市場に関するこの新しいデータにより、これまでの事業者はネットワークを通じて差別化を図ることができます。最初の戦いはカバーの戦いであり、彼らの年功序列が支配を促進します。 2戦目は流れの戦いとなる。したがって、LTE-Advanced は、競争の観点から特に重要であることがわかります。既存事業者 3 社のスペクトル リソース (周波数ブロック) は新規参入事業者よりも大きいため、新たなセールス ポイントが生まれる可能性があります。
現在フランスで導入されている LTE テクノロジーは、速度の観点から見ると、小柄なアップデート。実際、セルあたりの速度は、デュアルキャリアの 42Mbps から、せいぜい 150Mbps (Orange および Free Mobile の場合) に「だけ」なります。多くの人にとって、これは大きなギャップではないでしょう。ただし、3G で十分な速度が得られたとしても、LTE テクノロジーはデータ用に設計された最初のテクノロジーであることを忘れてはなりません。それは特にナビゲーションの品質に表れます。
LTE はデータ使用に比類のない快適さを提供します
すべての 4G ユーザー (良好な通信範囲などを条件として) は、速度の向上と遅延の減少という 4G 接続の快適さを実感することができます。この快適さにより、消費者はフェアユースをさらに利用する傾向にあります。Bouygues Télécom は + 200% と言っています… それは悪くありません。ただし、物事を正しく解釈してください。消費を増やすのは流れではなく、快適さです。数分でフェアユースが使用されたと結論付ける誤った計算を行う人もいます...そのようにみなされる意味も可能性もありません。
現在のフェアユースの平均使用量は 500 MB を超えません。習慣を維持しているユーザーは、同じ量のデータをより即時的に消費します。ただし、4G のカバレッジが十分であれば、通信事業者はフェアユースをかなり迅速に増やす必要があります (現在の 3G は高価なフェアユースを備えており、特に大規模通信事業者にとっては、今後のフェアユースの増加をサポートすることはほとんどありません)。
新しく新興の LTE には小さな可能性があり、LTE-Advanced には大きな可能性があります
理論上のスペクトル効率は、1 Hz の帯域幅で 1 秒間に転送できるデータ量 (ビット) で測定されます。クラシックダウンロードでは 15 bit/s/Hz、アップロードでは 6.75 bit/s/Hz に達します。 Orange と Free Mobile の 2 つの通信事業者の 2600 MHz 帯域のスペクトル リソース、つまりダウンロード用の 20 MHz を使用すると (SFR と Bouygues Télécom の 15 MHz と比較して)、理論上の最大スループットは次のようになります。15 ビット/秒/Hz x 20000 Hz = 300 メガビット/秒。ただし、現在の技術では 150 Mbps しか得られません。これにより、スペクトル効率が半分になります。現在フランスで導入されている LTE はまだ最大容量に達していないと言うだけで十分でしょう。
ただし、ダウンロードで 15 bit/s/Hz のスペクトル効率を達成したとしても、4G 標準の速度、つまり 1 Gbps に達するには、通信事業者は単一ブロック (クラシック LTE の場合) に約 70 MHz が必要になります。これは現在の技術ではまったく不可能です。スペクトルを共有しなければならないオペレータの数とスペクトル内の周波数の不足を考慮すると、同じ帯域内で連続する 70 MHz を取得するのは困難です。
最終的に、真の 4G の仕様に到達するには、LTE-Advanced が必要になります。この LTE-Advanced では、速度を上げるために多くの技術的な変更が加えられます。ここでは、2 つの原則に基づいた 2 つの主要な改善を開発することを選択しました。スペクトル効率を高め、ユーザーが利用できる帯域幅を増やす。
スペクトル効率の向上
スペクトル効率を向上させるためのすべての技術と改善について詳しく説明するつもりはありません。私たちは、すでに知っている進歩の 1 つである MIMO を開発するだけです。複数入力複数出力。現在、MIMO テクノロジーは、特定の WiFi 接続および特定の 3G デュアルキャリア アンテナ (この特定のケースではセルあたり最大 84 Mbps [MIMO 2×2]) に使用されています。
より多くの受信を可能にするために両側にアンテナを追加
したがって、このテクノロジーは、複数のアンテナで同時にデータを送受信することで構成されます。データの送信方法は状況 (空間ダイバーシティまたは空間多重) に応じて異なりますが、考え方は最終的に同じです。つまり、アンテナの数が 2 倍になります。出力(リレーレベルで) スペクトル効率を 2 倍にすることが可能になり (簡略化します)、より多くのユーザーをサポートできるようになります。端末側では受信アンテナの数を2倍にすると(入力)、パフォーマンスとダウンロード速度を 2 倍にするところまで進めます。シンプルかつ効果的。
LTEおよびMIMO 4×4
現在、通信事業者が配備している 4G アンテナは 2×2 MIMO 用に設計されています。つまり、2 つのアンテナが出力リレーレベルで。この構成により、20 MHz の帯域幅で 150 Mbps のスループットを得ることができます。これは、受信時のスペクトル効率 7.5 bit/s/Hz に相当します。テクノロジーがそれを可能にすれば、4×4 MIMO に移行できるようになりますが、依然として LTE 標準にとどまります。理論上の速度は 2 倍になります。次に、LTE カテゴリ 5 について説明します (「イチ端末のさまざまなカテゴリの詳細については、LTE-Advanced によって新しいカテゴリがもたらされることに注意してください)。
4×4 MIMOの採用にはすでに数年かかるでしょう。一方で、通信事業者のアンテナはテクノロジーをサポートする必要があります。導入には数か月かかります。一方、モバイル端末はチップと十分な数のアンテナを統合する必要があります。これらの配置は、間違いなく小型モバイル デバイスにとって大きな問題を引き起こすでしょう。
LTE-Advanced による次のステップ
LTE-Advanced は、ダウンロードで 8×8 MIMO を実現します (アップロードでは常に 4×4)。両側に 8 つのアンテナ (中継アンテナ – 端末) があり、スペクトル効率が 2 倍になります: 30 ビット/秒/Hz。アイデアとして、他の条件がすべて同じであれば、Free Mobile と Orange の 20MHz により 600 Mbps の速度に達することが可能になります。このテクノロジーの採用によって下位互換性がまったく変更されないことを考えると、これは非常に有望です。アンテナ側では、容量と潜在的なユーザーの数を 2 倍にします。したがって、テクノロジー自体の統合が難しいことを除けば、導入に障害となるものはありません。
セルエッジでのスペクトル効率
アンテナの数を増やすことで、出力、スペクトル効率を高め、より多くのユーザーが信号を受信できるようにします。接続されるオブジェクトの数が今後数年で増加し続けることを考慮すると、これは非常に良い点です。ただし、セルラー接続の主要な問題の 1 つである、境界またはエッジの場合を忘れてはなりません。アンテナから離れるほど、信号は弱くなります (距離とさまざまな障害物のため)。ただし、これらのセルラー境界では別の問題が発生します。他のアンテナからの信号が次のように認識される可能性があります。"干渉"接続の安定性が損なわれるためです。
LTE-Advanced では、これらのセルの端での快適性を向上させるためにいくつかの改良が加えられます。これらの改善点の 1 つは、協調マルチポイント動作と呼ばれるもので、端末が隣接するアンテナによって妨害されないようにする必要があります。さらに、このテクノロジーのおかげで、端末は透過的な方法で利用可能な帯域幅を増やすために、さまざまなアンテナから信号を受信できます。これは接続を安定させるために重要なポイントです。このような障壁を克服することで、これらの国境地域にいる多くのユーザーが、移動中のユーザーも含めて、はるかに高品質の接続を取得できるようになります。
利用可能な帯域幅を増やす
スペクトル効率の向上により 600Mbps が利用できると非常に快適になりますが、ITU が要求する Gbps には達しません。さらに、スペクトル効率を向上させるための技術は（特に端末側で）統合するのが難しいため、数年間は完全に導入されるべきではありません（ユーザー側では、いずれの場合でも、リレーはユーザー以上のサポートを行う可能性があります）。したがって、スループットをさらに向上させるために、他の技術を手元に用意し、より迅速に導入できる他の技術を用意する必要があります。
キャリアアグリゲーション
中間のステップは、単純に帯域幅を増やすことです。より多くの Hz = 一定のスペクトル効率でより多くのスループット。このために、LTE-Advanced はキャリア アグリゲーション テクノロジーを提供します。言い換えれば、異なる周波数ブロックを組み合わせて帯域幅を拡大します。このテクノロジーにより、同じ周波数帯域 (たとえば 2600 MHz、帯域内アグリゲーションについて説明します) 内のキャリアを結合できるだけでなく、異なる帯域のキャリア (たとえば、800 MHz + 2600 MHz (バンド間アグリゲーション)) を結合することも可能になります。 。
帯域間アグリゲーションは、当局が限られたスペクトル内で大規模な連続帯域幅を利用可能にするという困難にうまく対処します。端末レベルのキャリア アグリゲーションにより、必ずしも連続しているわけではない複数の周波数ブロックを「結合」できるようになり、より大きな「仮想」ブロックが得られます。
ただし、可能性 (つまり、利用可能な合計幅) はユーザーの状況によって異なります。特定の周波数は領域をよりよくカバーし (セルが大きく、建物への侵入が良好)、すべてではなく特定の周波数のみを組み合わせることができることはおそらく珍しいことではありません。一方で、周波数を組み合わせる可能性により、接続がより堅牢になります。つまり、ある周波数から別の周波数に飛び移るべきではありません。端末は最も安定した周波数 (ゴールド周波数内) に接続し、可能であれば他の周波数を使用します。間違いなくバッテリーのゲインになります。
集約できるブロックの数は年月の経過とともに増加します
入手可能なドキュメントの中には、理論上の最大集約ブロック数が 5 であると記載されているものもあります。ただし、MIMO と同様に、キャリア アグリゲーションの採用は長年にわたって行われるでしょう。クアルコムはすでに 2 つのキャリア (2 ブロック) の集約を可能にするチップを提供しています。ゴビ昨年 11 月に発表された LTE 9×35 モデムでは、2 つの 20 MHz ブロックを集約して合計 40 MHz にすることができます。 2014 年以降、これにより、Bouygues Télécom または SFR では約 190 Mbps、Orange では約 225 Mbps の速度を達成できるようになります。 Free Mobile は、そのスペクトル リソースが許可していないため、このテクノロジーを提供できません (周波数ブロックが 1 つしかありません)。
すぐに、集約できるブロックの数が増加するはずです。これはまた、通信事業者 (Bouygues Télécom 以外) が、当初 2G 向けだった 1800 MHz 帯域を LTE (BT が現在使用しているように少なくとも一部 [10MHz]) で使用することを奨励するはずです。これにより、一定のスペクトル効率で、速度をさらに 75 Mbps 向上させることができます (したがって、オレンジの場合は最大 300 Mbps)。その後、2G ネットワーク ユーザーの数が十分に減少すると、通信事業者は 1800 MHz 帯域の 20 MHz 全体 (Free Mobile は 15 MHz を取得)、または追加の 150 Mbps (Free Mobile の場合は 115 Mbps) を再割り当てすることができます。最後に、国は 700 MHz 帯域のさらに数 MHz を競売にかけるべきである。これらの黄金周波数は、第 2 のデジタル配当 (テレビ) から得られるものである。
さらに、LTE-Advanced により、通信事業者はより少ない技術的制約でマイクロセルを作成できます。これにより、密集したエリアにある小さなセルが、あまり使用されていないがカバー特性が低い周波数帯域 (たとえば 3.5 GHz 帯域) で送信することが可能になります。この帯域はすでに世界中の数社の通信事業者 (特に NTT ドコモ) によって計画されており、Orange はすでに 2.6 GHz と 3.5 GHz の 2 つの帯域で 2 つの 20 MHz ブロックを集約する実験を開始しています。次に、20 MHz の単一ブロックで利用可能なスループットを 2 倍にし、一定の (現在の) スペクトル効率で 300 Mbps に達することができます。
結論
データ消費量の爆発的な増加により、4G ネットワークの輻輳のリスクがすぐに問題になる可能性があります。したがって、LTE の容量を増やす、つまりセルあたりのスループットを増やして、ユーザーあたりの平均スループットやユーザー数を増やすという考えがあります。
LTE-Advancedの登場
LTE-Advanced の主な目的は、Gbps を超える速度を約束しながら上位互換性を維持するための技術的改善を提供することです。そのうちの 2 つ、キャリア アグリゲーションと MIMO テクノロジーを紹介しました。利点は、現在のネットワークに疑問を抱かせることなく、データ消費量の増加を吸収するためにこれらの改善を長年にわたって行うことができることです。一種のアップデート。
最後に、LTE-Advanced 導入の最初のステップは、通信事業者の集約です。 800 MHz と 2600 MHz の 2 つの帯域の 2 つの周波数ブロックのみを組み合わせることで、Orange は SFR と Bouygues Télécom で 225 Mbps、190 Mbps を提供できるようになりました。その後、2G 周波数の再構築により、最終的には 3 つの歴史的な通信事業者が 20 MHz を回復できるようになり、Free Mobile は 15 MHz を取得できるようになります。これにより、最終的にセル当たりの理論上の最大速度は Orange で 375 Mbps、SFR と Bouygues Télécom で 337 Mbps、そして最終的に Free Mobile で 262 Mbps になります。次に、700MHz 帯域の周波数の割り当て (2 番目のデジタル配当) が続きます。
キャリアアグリゲーションを十分にマスターすれば、通信事業者は次のようなネットワークを展開できるようになります。マイクロセル、ネットワーク セルのカバー範囲は狭い (周波数は約 3.5 GHz) が、その帯域幅は 20 MHz を超える可能性があるため、非常に高速な速度を得ることが可能になります。スペクトル リソースは高周波数でより豊富になります。この端末は、マイクロセルの高速性を利用しながら、安定性を高めるためにゴールド周波数での「サポート」接続を維持します。
同時に、特に中継側と端末側のアンテナの数を倍増する MIMO テクノロジーのおかげで、ネットワークのスペクトル効率を向上させることができます (実際には 4 倍)。現在、受信時のスペクトル効率は 7.5 bit/s/Hz です。 LTE-Advanced の理論データでは、30 bit/s/Hz のスペクトル効率が約束されています。言い換えれば、Orange と Free Mobile は、2600 MHz 帯域の 20 MHz ブロックのおかげで、理論的には 600 Mbps を提供でき、これは大幅な向上となります。セルエッジでの接続もさまざまな技術を使用して改善する必要があります。その 1 つは、隣接する各アンテナからの信号を結合して理論上のスループットを向上させるものです。
最終的に私たちが期待できること
現在通信事業者が利用できるすべてのブロックを考慮し、1800MHz 周波数の 2G 再ファームを考慮すると、最終的には LTE-Advanced (マイクロセルや 2 番目の配当なし) のおかげで、Orange で 1500 Mbps、SFR および Bouygues Telecom で 1350 Mbps になります。そして最後に無料モバイルの 1050 Mbps。マイクロセルは間違いなく 600 Mbps (20 MHz ブロック) の追加を可能にし、2 番目の配当は最も寛大な事業者に少なくとも 10 MHz、つまり 300 Mbps を提供するはずです。前に5Gそうなると、2020 年からは間違いなく 2 Gbps を超えるでしょう。
残念ながら、LTE-Advanced テクノロジーの導入には時間がかかります。さらに、大都市は最新のテクノロジーでカバーする費用がはるかに安いため、デジタル格差は常に一定の情報格差の原因となるでしょう。全体として、この流量の増加は消費者にとって有益です。個別に速度の向上が重要だからというわけではなく、単純に、コネクテッド オブジェクト (4G)、コネクテッド カー、スマートフォンの普及などの出現により、ネットワークの利用が今後ますます強まるはずだからです。したがって、最も技術に精通した人々を喜ばせるために、ネットワークは非常に急速に進化するはずです。LTE-Advanced には多数のエキサイティングな改良が含まれていますが、ここでは今後 5 年または 8 年間についてのみ話します...
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Chiyoye