LTE（電気通信）

電気通信において、Long Term Evolution ( LTE ) は、携帯電話端末やデータ端末向けの無線ブロードバンド通信の標準規格です。これは「過渡期」の4G技術と考えられており^{[ 1 ]} 、 3G の上位の技術として3.95Gとも呼ばれています^{[ 2 ]}。

LTEは、 2G GSM / EDGEおよび3G UMTS / HSPA規格に基づいています。異なる無線インターフェースとコアネットワークの改善を使用することで、これらの規格の容量と速度を向上させています。^{[ 3 ] [ 4 ]} LTEは、GSM/UMTSネットワークとCDMA2000ネットワークの両方を持つキャリアのアップグレードパスです。LTEはLTE Advancedに引き継がれており、これは正式には「真の」4G技術として定義され^{[ 5 ]}、「LTE+」とも呼ばれています。

この規格は3GPP (第 3 世代パートナーシップ プロジェクト)によって開発され、リリース 8 文書シリーズで規定されており、リリース 9 で軽微な機能強化が説明されています。LTE は3.95Gとも呼ばれ、 4G LTEおよびAdvanced 4Gとして販売されていますが、元のバージョンは3GPP リリース 8 および 9 文書シリーズでLTE Advanced用に規定されている4G無線サービスの技術基準を満たしていませんでした。要件はITU-R組織によってIMT Advanced仕様で設定されましたが、市場の圧力とWiMAX、Evolved High Speed Packet Access 、LTE が元の 3G 技術にもたらす大きな進歩により、ITU-R は後に LTE と前述の技術を 4G 技術と呼ぶことができると決定しました。^{[ 6 ]} LTE Advanced 規格は正式に IMT-Advanced とみなされるための ITU-R の要件を満たしています。^{[ 7 ]} LTE AdvancedとWiMAX-Advancedを以前の4G技術と区別するために、ITUは2012年1月にこれらを「真の4G」と定義した。^{[ 8 ] [ 5 ]}

^{LTEはLong Term Evolution [ 9 ] [ 10 ]}の略で、無線データ通信技術およびGSM/UMTS規格の開発に関してETSI （欧州電気通信標準化機構）が所有する登録商標です。ただし、他の国や企業もLTEプロジェクトで積極的な役割を果たしています。LTEの目標は、2000年代初頭に開発された新しいDSP （デジタル信号処理）技術と変調方式を使用して、無線データネットワークの容量と速度を向上させることでした。さらに、ネットワークアーキテクチャを再設計して簡素化し、 3Gアーキテクチャと比較して転送遅延を大幅に削減したIPベースのシステムにすることも目標でした。LTE無線インターフェースは2Gおよび3Gネットワ​​ークと互換性がないため、別の無線スペクトルで動作する必要があります。

LTE のアイデアは、1998 年にCDMA を置き換えるCOFDM無線アクセス技術の使用と、1428 MHz (TE) の L バンドでの地上使用の研究とともに、日本のNTT ドコモによって 2004 年に初めて提案され、2005 年に正式に標準の研究が開始されました。^{[ 11 ]} 2007 年 5 月に、LTE/ SAEトライアル イニシアチブ (LSTI) アライアンスが、新しい標準を検証および促進して、この技術をできるだけ早く世界的に導入することを目標とする、ベンダーとオペレーター間のグローバルな協力として設立されました。^{[ 12 ] [ 13 ]}

LTE規格は2008年12月に最終決定され、最初の一般向けLTEサービスは、TeliaSoneraによって2009年12月14日にオスロとストックホルムでUSBモデムによるデータ接続として開始されました。LTEサービスは北米の主要キャリアによっても開始され、2010年9月21日に世界初のLTE携帯電話としてSamsung SCH-r900 ^{[ 14 ] [ 15 ]}、2011年2月10日に世界初のLTEスマートフォンとしてSamsung Galaxy Indulge ^{[ 16 ] [ 17 ]}がMetroPCSから提供され、 3月17日にVerizonから提供されたHTC ThunderBoltが2番目に市販されたLTEスマートフォンとなりました。^{[ 18 ] [ 19 ]}カナダでは、Rogers Wirelessが2011年7月7日にLTEネットワークを最初に開始し、「LTE Rocket stick」として知られるSierra Wireless AirCard 313U USBモバイルブロードバンドモデムを提供し、その後HTCとSamsungのモバイルデバイスがそれに続いた。^{[ 20 ]}当初、CDMA事業者はUMBとWiMAXと呼ばれる競合規格にアップグレードする予定だったが、主要なCDMA事業者（米国ではVerizon、Sprint、MetroPCS 、カナダではBellとTelus、日本ではKDDI 、韓国ではSK Telecom 、中国ではChina Telecom / China Unicomなど）は代わりにLTEに移行する意向を発表した。 LTEの次のバージョンはLTE Advancedで、2011年3月に標準化されました。^{[ 21 ]}サービスは2013年に開始されました。^{[ 22 ]} LTE Advanced Proとして知られるさらなる進化は2015年に承認されました。^{[ 23 ]}

LTE 仕様では、ダウンリンクのピークレートが 300  Mbit/s、アップリンクのピークレートが 75  Mbit/s、無線アクセスネットワークでの転送遅延が 5 ms未満となるQoS規定が提供されています。LTE は、高速で移動するモバイル端末を管理する機能を持ち、マルチキャストおよびブロードキャスト ストリームをサポートしています。LTE は、1.4 MHzから20 MHzまでのスケーラブルなキャリア帯域幅をサポートし、周波数分割複信(FDD) と時分割複信(TDD) の両方をサポートしています。GPRS コア ネットワークを置き換えるために設計されたEvolved Packet Core (EPC) と呼ばれる IP ベースのネットワーク アーキテクチャは、 GSM、UMTS、CDMA2000などの古いネットワーク 技術を持つセル タワーへの音声とデータのシームレスなハンドオーバーをサポートしています。^{[ 24 ]}よりシンプルなアーキテクチャにより、運用コストが低くなります (たとえば、各E-UTRAセルは、HSPA でサポートされているデータと音声の容量の最大 4 倍をサポートします^{[ 25 ]} )。   

LTEの周波数帯は国によって異なるため、LTEがサポートされているすべての国でLTEを利用できるのは、マルチバンド対応のスマートフォンのみです。

Long Term Evolution Time-Division Duplex ( LTE-TDD ) は、 TDD LTEとも呼ばれ、China Mobile、Datang Telecom、Huawei、ZTE、Nokia Solutions and Networks、Qualcomm、Samsung、ST-Ericssonなどの国際的な企業連合によって共同開発された4G通信技術および標準です。これは、Long Term Evolution (LTE) 技術標準の 2 つのモバイル データ伝送技術の 1 つであり、もう 1 つはLong Term Evolution Frequency-Division Duplex ( LTE-FDD ) です。一部の企業はTD-SCDMAとの馴染みから LTE-TDD を「TD-LTE」と呼んでいますが、3GPP 仕様書にはその略語はどこにも記載されていません。^{[ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]}

LTE-TDDとLTE-FDDには、データのアップロードとダウンロードの方法と、ネットワークが展開される周波数スペクトルという2つの大きな違いがあります。LTE-FDDはペアの周波数を使用してデータをアップロードおよびダウンロードしますが、^{[ 77 ]} LTE-TDDは単一の周波数を使用し、時間とともにデータのアップロードとダウンロードを交互に行います。^{[ 78 ] [ 79 ]} LTE-TDDネットワークでのアップロードとダウンロードの比率は、より多くのデータを送信または受信する必要があるかどうかに応じて動的に変更できます。^{[ 80 ]} LTE-TDDとLTE-FDDは異なる周波数帯域でも動作し、^{[ 81 ]} LTE-TDDはより高い周波数でより良く動作し、LTE-FDDはより低い周波数でより良く動作します。^{[ 82 ]}  LTE-TDDで使用される周波数は1850 MHzから3800 MHzの範囲で 、いくつかの異なるバンドが使用されます。^{[ 83 ]} LTE-TDD スペクトルは一般的にアクセスが安価で、トラフィックも少ない。^{[ 81 ]}さらに、LTE-TDD のバンドはWiMAXで使用されているバンドと重複しており、LTE-TDD をサポートするように簡単にアップグレードできる。^{[ 81 ]}

LTE-TDDとLTE-FDDは、データ伝送の処理方法に違いがあるにもかかわらず、コア技術の90%を共有しているため、同じチップセットとネットワークで両方のバージョンのLTEを使用することが可能です。^{[ 81 ] [ 84 ]} SamsungやQualcommなど、多くの企業がデュアルモードチップやモバイルデバイスを製造しており、[ ^{85 ] [ 86 ]通信}事業者のCMHKとHi3G Accessは、それぞれ香港とスウェーデンでデュアルモードネットワークを開発しています。^{[ 87 ]}

LTE規格の大部分は、3G UMTSを最終的に4Gモバイル通信技術へとアップグレードすることに関するものです。既存のUMTS回線交換＋パケット交換方式のネットワークから、オールIPのフラットアーキテクチャシステムへと移行するにあたり、システムのアーキテクチャを簡素化することに重点が置かれています。E -UTRAはLTEの無線インターフェースです。その主な特徴は以下のとおりです。

• 利用者の機器カテゴリに応じて、ダウンロード速度は最大299.6  Mbit/s、アップロード速度は最大75.4 Mbit/sに達します（20 MHzの帯域幅を使用する4×4アンテナの場合）。音声中心の端末から、ピークデータレートをサポートするハイエンド端末まで、5つの異なる端末クラスが定義されています。すべての端末は20 MHzの帯域幅を処理できます。   
• 低データ転送遅延（最適な条件下では小型IPパケットの遅延は 5ms未満）、従来の無線アクセス技術に比べてハンドオーバーおよび接続確立時間の遅延が短縮されます。
• 移動性に対するサポートの向上は、頻度に応じて時速350km（220mph ）または時速500km（310mph ）まで移動する端末のサポートによって実現される。    
• ダウンリンクには直交周波数分割多重アクセス、アップリンクには消費電力を抑えるためにシングルキャリアFDMAを採用。
• FDDおよびTDD通信システムの両方をサポートし、同一の無線アクセス技術を用いた半二重FDDにも対応しています。
• ITU-Rが現在IMTシステムで使用しているすべての周波数帯域をサポートしています。
• スペクトルの柔軟性の向上：1.4MHz  、3MHz  、 5MHz、10MHz  、15MHz  、 20MHz幅のセルが標準化されています。（W-CDMAは5MHz幅以外のスライスを選択できないため、 5MHz幅が一般的なスペクトル幅であり、2G GSMやcdmaOne などの従来規格ですでに使用されている国では、展開時に問題が生じる可能性があります。） 
• 半径数十メートル（フェムトセルおよびピコセル）から半径100 km（62マイル）のマクロセルまで、セルサイズをサポートします。農村地域で使用される低周波数帯域では、5 km（3.1マイル）が最適なセルサイズであり、30 km（19マイル）は妥当なパフォーマンスを発揮し、100 kmまでのセルサイズも許容できるパフォーマンスでサポートされます。都市部では、高速モバイルブロードバンドをサポートするために、より高い周波数帯域（EUの2.6 GHzなど）が使用されます。この場合、セルサイズは1 km（0.62マイル）以下になることもあります。      
• 5 MHz セルごとに少なくとも 200 のアクティブなデータ クライアント (接続ユーザー) をサポートする 。^{[ 107 ]}
• 簡素化されたアーキテクチャ: E-UTRANのネットワーク側は、eNode Bのみで構成されています。
• 従来の規格（ GSM / EDGE、UMTS 、 CDMA2000など）との相互運用性および共存性をサポートします。ユーザーはLTE規格を使用するエリアで通話やデータ転送を開始でき、カバレッジが利用できない場合は、GSM/ GPRS、W-CDMAベースのUMTS、あるいはcdmaOneやCDMA2000などの3GPP2ネットワークを使用して、ユーザー側で何も操作することなく通信を継続できます。
• アップリンクおよびダウンリンクのキャリアアグリゲーション。
• パケット交換無線インターフェース。
• MBSFN（マルチキャストブロードキャスト単一周波数ネットワーク）に対応。この機能は、LTEインフラを利用してモバイルTVなどのサービスを提供でき、 DVB-Hベースのテレビ放送の競合となる。LTE信号を受信できるのは、LTE対応デバイスのみ。

LTE規格は、オールIPネットワークでパケット交換のみをサポートしています。GSM、UMTS、CDMA2000の音声通話は回線交換方式なので、LTEの採用に伴い、通信事業者は音声通話ネットワークを再設計する必要があります。^{[ 108 ]} 4つの異なるアプローチが生まれました。

LTEによる音声通話（VoLTE）

回線交換フォールバック（CSFB）

この方式では、LTEはデータサービスのみを提供し、音声通話の発信または受信時には回線交換方式に切り替わります。この方式を採用する場合、通信事業者はIMSを導入する代わりにMSCをアップグレードするだけで済むため、迅速にサービスを提供できます。ただし、通話接続に時間がかかるという欠点があります。

音声とLTEの同時接続（SVLTE）

この方式では、端末はLTEモードと回線交換モードの両方で同時に動作し、LTEモードでデータサービス、回線交換モードで音声サービスを提供します。これは端末のみに依存するソリューションであり、ネットワークに対する特別な要件はなく、IMSの導入も不要です。このソリューションの欠点は、消費電力が高くなり、端末価格が高騰する可能性があることです。

単一無線音声通話継続性（SRVCC）

通信事業者が開始するものではないもう1つのアプローチは、 SkypeやGoogle Talkなどのアプリケーションを使用してLTE音声サービスを提供するOTT（Over-the-Top）コンテンツサービスの使用です。 ^{[ 109 ]}

LTE の主要な支持者のほとんどは、当初から VoLTE を優先し、推進しました。しかし、初期の LTE デバイスやコア ネットワーク デバイスでのソフトウェア サポートの不足により、多くの通信事業者が暫定的な解決策としてVoLGA (Voice over LTE Generic Access) を推進することになりました。 ^{[ 110 ]}そのアイデアは、モバイル ハンドセットが顧客のプライベート インターネット接続 (通常は無線 LAN 経由) を介して音声通話を実行できるプロトコルを定義するGAN (Generic Access Network、UMA または Unlicensed Mobile Access とも呼ばれる)と同じ原理を使用することでした。しかし、VoLGA はあまり支持を得られませんでした。なぜなら、VoLTE ( IMS ) は、音声通話インフラストラクチャ全体をアップグレードする必要があるというコストはかかるものの、はるかに柔軟なサービスを約束しているからです。VoLTE では、LTE 信号品質が悪い場合に 2G または 3G ネットワークにスムーズにハンドオーバーできるように、Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC) が必要になる場合があります。^{[ 111 ]}

業界ではVoLTEが標準化されているものの、初期のLTE展開では、通信事業者は暫定的な措置として回線交換方式によるフォールバックを導入する必要があった。VoLTE非対応のネットワークまたは端末で音声通話を発信または受信する場合、LTE端末は通話中は旧式の2Gまたは3Gネットワ​​ークに切り替わる。

LTE規格は、さまざまな周波数帯域を網羅しており、それぞれの帯域は周波数と帯域番号の両方で指定されています。

• 北米– 600、700、850、1700、1900、2300、2500、2600、3500、5000 MHz (バンド 2、4、5、7、12、13、14、17、25、26、28、29、30、38、40、41、42、43、46、48、66、71)  
• 中央アメリカ、南アメリカ、カリブ海地域– 600、700、800、850、900、1700、1800、1900、2100、2300、2500、2600、3500、5000 MHz (バンド 1、2、3、4、5、7、8、12、13、14、17、20、25、26、28、29、38、40、41、42、43、46、48、66、71)  
• ヨーロッパ– 450、700、800、900、1500、1800、2100、2300、2600、3500、3700 MHz (バンド 1、3、7、8、20、22、28、31、32、38、40、42、43) ^{[ 115 ] [ 116 ]}  
• アジア– 450、700、800、850、900、1500、1800、1900、2100、2300、2500、2600、3500 MHz (バンド 1、3、5、7、8、11、18、19、20、21、26、28、31、38、39、40、41、42) ^{[ 117 ]}  
• アフリカ– 700、800、850、900、1800、2100、2300、2500、2600 MHz（バンド1、3、5、7、8、20、28、40、41）  
• ^{オセアニア（オーストラリア[ 118 ] [ 119 ]}およびニュージーランド^{[ 120 ]}を含む）– 700、850、900、1800、2100、2300、2600 MHz（バンド1、3、5、7、8、28、40）  

そのため、ある国で購入した携帯電話が他の国では使えない場合があります。国際ローミングを利用するには、マルチバンド対応の携帯電話が必要です。

欧州電気通信標準化機構（ETSI）の知的財産権（IPR）データベースによると、2012年3月時点で、約50社がLTE規格を対象とする必須特許を保有していると申告している。 ^{[ 121 ]}しかし、ETSIはこれらの申告の正確性について調査を行っていないため、^{[ 121 ]}「LTEの必須特許の分析は、ETSIの申告以上のものを考慮に入れるべきである」^{[ 122 ]。}独立した調査によると、携帯電話メーカーの全収益の約3.3～5%が標準必須特許に費やされている。これは、クロスライセンスなどの割引ライセンス契約のため、公表されている合計レートよりも低い。^{[ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]}

• 4G-LTEフィルター
• 無線ネットワークプロトコルの一覧
• E-UTRA – LTEで使用される無線アクセスネットワーク 
• HSPA+ – 3GPP HSPA規格の拡張版 
• フラットIP –モバイルネットワークにおけるフラットIPアーキテクチャ 
• LTE-A
• LTE-A Pro
• LTE-U
• ナローバンドIoT（NB-IoT）
• LTEネットワークのシミュレーション
• QoSクラス識別子（QCI）– LTEネットワークにおいて、ベアラトラフィックに適切なサービス品質を割り当てるために使用されるメカニズム。 
• システムアーキテクチャの進化– LTEにおけるコアネットワークの再構築 
• VoLTE
• WiMAX – LTEの競合相手 
• 5G NR – LTEの後継規格 

• アジレント・テクノロジー、LTEと4Gワイヤレスへの進化：設計と測定の課題（2019年7月10日、Wayback Machineにアーカイブ済み）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ、2009年ISBN 978-0-470-68261-6
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• Erik Dahlman、Stefan Parkvall、Johan Sköld、Per Beming、『3G Evolution – HSPA and LTE for Mobile Broadband』 、第 2 版、Academic Press、2008 年、ISBN 978-0-12-374538-5
• Erik Dahlman、Stefan Parkvall、Johan Sköld、4G – LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband 、Academic Press、2011、ISBN 978-0-12-385489-6
• Sajal K. Das、John Wiley & Sons（2010年4月）：モバイルハンドセット設計、ISBN 978-0-470-82467-2。
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• ムスタファ・エルゲン著、『モバイルブロードバンド：WiMAXとLTEを含む』、スプリンガー、ニューヨーク、2009年
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• 3GPPウェブサイトのLTEホームページ
• LTEに関するよくある質問
• LTEダウンリンクの簡単な紹介
• LTE-3GPP.info: Rel.14を完全にサポートするオンラインLTEメッセージデコーダー