4Gテクノロジーについて、およびIoT との関連性

4Gテクノロジーはセルラーネットワークの第4世代で、データ速度の高速化と低レイテンシを実現し、より効果的な周波数の利用が可能です。大きく分けて4G-LTE（Long Term Evolution）とWiMaxの2つがあります。

4Gの主な特徴

4Gネットワークは、IMT-Advancedと呼ばれる国際電気通信連合（ITU）標準に基づいています。この標準では、下り速度が高速移動中の車両では最大100Mbps、ユーザーが静止または歩行している場合は最大1Gbps、上り速度が最大50Mbpsに規定されています。これらの速度は、3Gネットワークで提供される速度を大幅に上回ります。 

4Gネットワークは、大量の携帯端末を処理し、高精細度ビデオストリーミングのようなデータ量の多いインターネット活動に対応するため特別に設計されています。その実現のため、4Gでは以前の世代にはなかった電気通信テクノロジーが利用されています。

4Gテクノロジーのコンポーネント

4Gテクノロジーは、高度な機能とプロトコルを組み合わせることで、IoTデバイスとネットワークインフラ間の通信の効率化を実現しています。関連する主なコンポーネントとメカニズムの概要は以下の通りです。

• 無線アクセスネットワーク（RAN）：RAN はIoTデバイスとコアネットワークの間の仲介役を務め、基地局やアンテナなど、無線信号の送受信を担う機器から構成されています。

• ロングタームエボリューション（LTE）：LTEは4Gネットワークで使用される主要な標準であり、データ速度の高速化、スペクトル効率の向上、レイテンシの低減に寄与します。LTE機能を搭載したIoTデバイスは、LTEインフラにシームレスに接続でき、信頼性が高く高速なデータ伝送を実現します。

IoTにおける4Gの技術仕様

• ピークデータ伝送速度：4GネットワークはITU標準に従い、高速移動中の車両では最大100Mbps、ユーザーが静止または歩行しているときは最大1Gbpsの下り速度を提供します。これにより、IoTシナリオでの効率的なリアルタイムデータ伝送が可能になります。

• レイテンシの低減：4Gでは、前世代と比較してレイテンシが大幅に低減しています。数ミリ秒程度の低いレイテンシにより、IoTデバイスはクラウドプラットフォームと迅速なデータ交換が可能となり、重要なアプリケーションは瞬時に応答できるようになります。

• ネットワーク容量：4Gネットワークはネットワーク容量を向上させ、単位面積あたりの接続デバイス数の増加が可能です。膨大な数のデバイスを同時に接続する必要があるIoT導入では、このスケーラビリティ（拡張性）が重要になります。

IoTにおけるLTEベースのネットワークタイプ

• LTE-M（Long Term Evolution for Machines）： LTE-Mは4Gの一種で、IoTアプリケーション専用に設計されています。電力効率、バッテリー寿命の延長、カバレッジの向上を優先し、頻繁な充電なしで長時間動作する必要がある低電力IoTデバイスに適しています。

• LTE Cat-1（カテゴリ1）：LTE Cat-1は4Gに含まれるもう1つのカテゴリで、データ速度と消費電力のバランスを考慮しています。LTE-Mに比べてデータ速度が速くなっていますが、電力効率も維持しています。LTE Cat-1は、中程度から高程度のデータスループットを要するIoTアプリケーションに適しています。LTE Cat-1ネットワークは、最大10Mbpsのデータストリーミングスループットなど、高速なデータ伝送が可能です。

• NB-IoT（LTE Cat-NB）は、通常下り速度が0.07Mbps、上り速度が0.03Mbpsで動作します。1.6秒を超える比較的高いレイテンシであるため、断続的で小さなデータ伝送を含む、レイテンシが重視されない用途の方が適しています。NB-IoTは接続密度の点で優れており、長距離に対応し強い信号透過性を持つため、屋内での使用や長距離に及ぶIoTプロジェクトに適しています。NB-IoTの一般的なユースケースには、スマートユーティリティメーター、スマートホームテクノロジー、産業や農業のモニタリングシステムなどがあります。