5G RedCap: IoTの継続的な成長の鍵

序文

最初の5G New Radio (NR) ネットワークは2019年4月に開始され、それ以来79か国で202のネットワークが開始されました。 Omdiaは、世界の5G接続数は2027年末までに68億に近づくと予測している。しかし、ほとんどの接続はスマートフォンに集中しており、大規模な5Gモノのインターネット（IoT）はまだ実現されていない。

3GPP は 5G 標準を定義しており、そのほとんどは消費者向けスマートフォンと高データ スループット/低遅延のユースケースに重点を置いています。多くの IoT アプリケーションではこれらの機能は必要なく、IoT デバイスの設計、製造、運用に大幅な複雑さをもたらす可能性があります。さらに、追加コストが潜在的なメリットを上回り、少なくとも中程度の接続機能においては大規模な IoT は実現不可能になります。

3GPP は、中程度の 5G 接続機能の需要を満たすことを目的とした R17 仕様の 5G RedCap 標準を発表しました。 RedCap は、4G ミッドレンジ接続オプション (LTE Cat-1/1bis および LTE Cat-4) からの進化を可能にします。このレポートでは、2023 年までの 5G RedCap の最新動向を紹介し、このテクノロジーが IoT の継続的な成長の鍵となる理由を探ります。

5G RedCapとは何ですか?

3GPP は 2018 年に 5G 仕様を定義しましたが、これには拡張モバイル ブロードバンド (eMBB)、超信頼性低遅延通信 (URLLC)、大規模マシン型通信 (mMTC) という 3 つの柱が含まれています。 eMBB と URLLC は、技術進歩の限界に挑戦すると考えられており、将来の 5G の驚異的な高スループットと低遅延特性を実証するように設計されています。同時に、mMTCは低電力広域（LPWA）接続技術を使用して、低コストで多数のデバイスを接続します。

これらの新しいテクノロジーは機能性を向上させてきましたが、近年、多くの IoT ユースケースでは eMBB や URLLC が提供する高速性や低遅延性は必要ないことがわかってきました。ただし、mMTC よりも優れた機能が必要です。そのため、3GPP は、中程度の接続機能を必要とするユースケースに対応するために、軽量バージョンの 5G RedCap をリリースしました。

2022 年に 3GPP R17 によってリリースされる 5G RedCap には、次の主な機能が含まれています。

•機器の複雑さを軽減し、機器コストを削減

- 最大帯域幅は、サブ7GHzでは20MHz、mmWaveでは100MHzです。シングルキャリアなので、キャリアアグリゲーションやデュアル接続はサポートされていません。

-サブ7GHz帯で単一の受信機を使用する

- デバイスのメモリ要件の削減

•消費電力を削減

- 拡張された強化された不連続受信（eDRX）と低い送信電力をサポートする強化された低電力モード

- 無線資源管理措置の緩和

• LTE Cat-1と同等以上のデータ伝送速度

- 下り速度は150Mbps、上り速度は50Mbps

- 遅延目標は産業用センサーでは100ms、ビデオ監視では500ms（最小要件）ですが、5G RedCapではさらに低い遅延を実現できます。

- 送信アンテナ 1 つと受信アンテナ 1 つ以上 (最大 2 つ選択可能)

以下に、IoT エコシステムにおける 5G RedCap の潜在的な使用例をいくつか挙げましたが、中速 IoT のすべての使用例で 5G RedCap を使用できます。

• センサー: 圧力センサー、湿度センサー、温度センサー、モーションセンサー、加速度計、アクチュエーター

• 産業用ワイヤレスセンサーネットワーク

• 監視カメラ: スマートシティ、工場、その他の産業施設

• ウェアラブル：スマートウォッチ、指輪、電子健康機器、医療モニタリング機器

• スマートグリッド

• 販売時点管理（POS）

• スマートメーター

• テレマティクス

• 産業用IoT（IIoT）：拡張現実ヘッドセット、自動誘導車両、ロボット制御

2024 年第 1 四半期にリリースが予定されている 3GPP リリース 18 には、追加機能が含まれます。具体的には、リリース 18 では、3GPP リリース 17 RedCap と LTE-M や NB-IoT などの既存の LPWA デバイスの間のパフォーマンスを持つ IoT デバイスに重点を置きます。 LPWA の方が電力消費とカバレッジ指標が優れているため、このカテゴリは LPWA と重複しないように注意することが重要です。

検討されている新しい機能には以下が含まれます:

• R17で規定されているよりも高いデータ転送速度

• ポジショニング: 位置情報に基づくサービスアプリケーション（資産追跡など）

• デバイス間プロトコル（サイドリンク）：デバイス（ウェアラブルなど）は近くのスマートフォンやコネクテッドカーと直接通信できます。

• 免許不要の周波数帯の使用をサポートする

• 5G RedCapユーザー機器の複雑さとコストをさらに削減

また、リリース 18 で予定されている 5G RedCap デバイス タイプは LTE Cat-1 および Cat-1bis に類似しており、データ レート (ダウンリンク) 機能が 10Mbps になることも注目に値します。この機能により、RedCap はこれらの LTE カテゴリの長期的な継続に非常に適しています。

オムディア分析

4Gミッドレンジ接続技術（LTE Cat-1、Cat-3、Cat-4）がモジュール出荷の大部分を占める

図 1 は、出荷された IoT モジュールのうち、LTE Cat-1、Cat-3、または Cat-4 モジュールの割合を、他のモジュール (すべての 2G、3G、および残りの 4G および 5G モジュールを含む) と比較したものです。中速 4G LTE 規格 (Cat-1、Cat-3、Cat-4) は、世界で最も人気があり、広く使用されているセルラー IoT 規格であり、2023 年のモジュール出荷の 50.3% を占めます。

1. 図1: 2023年に出荷されるモジュールの半分以上（50.3%）はLTE Cat-1、Cat-3、またはCat-4のいずれかです。

4G LTE Cat-1、Cat-3、Cat-4 規格は、低速 LTE カテゴリと比較して最適化されたデータ レートとレイテンシを提供し、高速 LTE カテゴリよりも複雑さが少なく、より競争力のある価格のハードウェアを提供します。対照的に、5G 規格には現在、4G 規格の LTE Cat-1、Cat-3、Cat-4 に相当する中速アプリケーションがありません。 5G 規格では、eMBB、URLLC、mMTC という 3 つの極端なシナリオのみが提案されています。

4G中距離接続技術は進化していない

現在、LTE Cat-1、LTE Cat-1bis、LTE Cat-3、LTE Cat-4などの4Gミッドレンジ接続技術は進化していません。本レポートの冒頭で述べたように、eMBB や URLLC などの高性能技術は、より高グレードの LTE 技術 (LTE Cat-6 と Cat-24 の間) の継続となります。特に多くの 2G および 3G ネットワークがシャットダウンされているため、2G や 3G などの低レベルのテクノロジーは、今後数年間で mMTC (NB-IoT または LTE-M) ネットワークに切り替わることになります。したがって、現在 4G テクノロジーを使用している IoT デバイス/ユースケースの寿命を確保するには、特に 5G ミッドレンジ接続が必要になります。少なくとも長期的には、対応する 5G ミッドレンジ接続テクノロジーがなければ、現在 LTE テクノロジーを使用しているデバイスはネットワーク劣化のリスクに直面することになります。 2G/3G から NB-IoT/LTE-M への切り替えという複雑なプロセスを経た後では、誰もこれをもう一度見たいとは思いません。

論理的には、設計標準が非常に類似しており、同じユースケースに使用できるため、RedCap は LTE Cat-1/1bis と LTE Cat-4 の進化型テクノロジーになります。次の例を考えてみましょう。

• Qualcomm の QCX216 LTE Cat-1bis チップは 2022 年 12 月に発売されました。製品紹介によると、この製品はスマート水道・電気メーター、トラッカー、電子メーター、スマートシティなどのユースケース向けに設計されている。 UNISOC は LTE Cat-1bis 分野で最大の企業であり、同社の 8910DM モジュールは決済システム (POS)、スマート メーター、産業用制御システムに導入されています。これらのユースケースは、LTE Cat-1 の場合よりもサイズが若干制限されます。LTE Cat-1 では 2 つのアンテナが必要ですが、LTE Cat-1bis では 1 つのアンテナのみが必要です。

• 2008 年に 3GPP R8 が LTE Cat-1 をリリースして以来、この技術は順調に発展してきました。産業オートメーション、テレマティクス、ビデオ監視、デジタルサイネージ、決済システム（サイズの制限はあまりありません）に導入されています。

• 電気自動車 (EV) 充電ステーションは、中速接続技術のユースケースとして急速に成長しています。近年、電気自動車は政府から強力な支援を受けています。例えば、米国は2030年までに50万カ所の充電ステーションを建設する「インフラ法」を導入した。英国でも同様の取り組みがあり、新築住宅、職場、ショッピングセンターすべてに電気自動車の充電ポイントを設置することを義務付けている。これらのデバイスは、使用状況に基づく分析、バッテリー状態データ、課金情報など、ドライバーや充電ステーションの運営者にとって役立つデータを生成します。十分なデータスループットを処理でき、インストールと運用が十分に安価な接続テクノロジが必要になります。したがって、これらのデバイスにはミッドレンジの接続テクノロジが最適です。

これらは、5G RedCap がサポートするように設計されたユースケースであり、4G が廃止された後 (多くは 2030 年から 2040 年の間に廃止されると予想されています)、これらのデバイスが次世代の通信ネットワークに接続できるようにします。

出典: オムディア