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移動通信システムの展開
森 川 博 之
東京大学新領域創成科学研究科基盤情報学専攻 [email protected] 2002.5.31 2移動体通信システムの発展
アナログ自動車・携帯電話 （第1世代） アナログ自動車・携帯電話 （第1世代） ディジタル自動車・携帯電話 （第2世代） ディジタル自動車・携帯電話 （第2世代） アナログコードレス電話 （第1世代） アナログコードレス電話 （第1世代） ディジタルコードレス電話 （第2世代） ディジタルコードレス電話 （第2世代） IMT2000 （第3世代） 3要素技術
n 狭帯域化 n 50kHz → 25kHz → 12.5kHz → 6.25kHz n マイクロセル／ピコセル化 n セル半径： 100km → 30km → 2km → 0.3km n セクターセル化 n ディジタル化 n アナログ：低品質、高端末コスト、割当周波数不足 n 端末の小型化・低消費電力化 n 高周波数の利用（150MHz, 800MHz, 1.9GHz） n さらなるサイズの小型化 4ディジタル自動車電話
日本(PDC) (IS-54/136) 欧州米国 (GSM) 米国(IS-95) 周波数 800/1500MHz 帯 800MHz 帯 800 MHz 帯 800 MHz 帯伝送方式 TDMA TDMA TDMA CDMA(DS)
多重数 3 (6) 3 (6) 8 (16) −
キャリア間隔 25 kHz 30 kHz 200 kHz 1,250 kHz 伝送速度 42 kbps 48.6 kbps 270.83 kbps − 変ੴ方式 π/4DQPSK π/4DQPSK GMSK BPSK/QPSK セル半径 0.5 20 km 0.5 20 km 0.5 30 km 0.5 20 km 音声符号化 11.2k/5.6bps VSELP 7.95kbps VSELP RPE-LTP 13kbps 8 32kbps QCELP 商用化 1993 年 1993/1998 年 1992 年 1996 年
ディジタル自動車電話
n MHz, BSあたりのユーザ数多い n 高送信電力 n 複雑な端末／ネットワーク n 低ビットレート音声符号化 ≦ 5-13kbps n 音声の無音区間の利用 n 複雑なDSP n 送信遅延 ≒ 200ms R/T n 固定チャネル割当 n FDD n パワーコントロール携帯電話システムの普及分布図
D-AMPS/TDMA(27％) CDMA(9％) GSM(4％) その他AMPS等(60％) 北アメリカ GSM(89%)TACS, NMT等のアナ ログ(11%) ヨーロッパ D-AMPS/TDMA(39％) CDMA(5％) GSM(1％) その他AMPS等(55％) ラテンアメリカ GSM(88％) その他TACS, AMPS. NMT等(12％) アフリカ GSM(35％) CDMA(14%) D-AMPS/TDMA(3%) その他PDC, PHS, TACS, NMT等(48％) アジア7
cdmaOne vs PDC
n 音声符号化 PCM: 64kbps 加入電話網 ISDN 8kbps 9.6kbps（＋誤り訂正） cdmaOne (EVRC) 6.7kbps 11.2kbps PDCフルレート (VSELP) 3.45kbps 5.6kbps PDCハーフレート (PSI-CELP) 8ディジタルコードレス電話
PHS DECT CT-2 周波数 1.9GHz 帯 1.9GHz 帯 800 MHz 帯 伝送方式 TDMA-TDD TDMA-TDD SCPC-TDD 多重数 4 12 1 キャリア間隔 300 kHz 1728 kHz 100 kHz 伝送速度 384 kbps 1.15 Mbps 72 kbps 変ੴ方式 π/4 シフト QPSK GMSK GFSK音声符号化 32kbps ADPCM 32kbps ADPCM 32kbps ADPCM
フレーム間隔 5 ms 10 ms 2 ms 送信ૣ力ピーク 5 ms 10 ms 2 ms 制御チャネル 専用 専用 専用 チャネル選択 自律分散 自律分散 自律分散 9
ディジタルコードレス電話
n MHz, BSあたりのユーザ数少ない n 単位面積あたりの基地局数多い n セル半径小さい n 32kbps ADPCMディジタル音声符号化 n 平均送信電力 ≦ 10mW n 簡潔な無線信号処理 n 送信遅延 ＜ 50ms n ダイナミックチャネル割当 n TDD 10PHS Network
電話網 PHSサービス 制御局 位置登録 データベー ス PHS接続装置 PHS接続装置 共通線信号網 市外 交換機 市外 交換機 加入者 交換機 加入者 交換機 ISDN (NTT網) （共用 可） 加入電話 11IMT-2000
n IMT-2000 (International Mobile Telecommunications) n FPLMTS(Future Public Land Mobile Telecommunication Systems)
の新しい呼び方 n 2000年目標、2000MHz帯域（WARC-92）を利用 n 固定網と同等の高品質サービスの提供 n 2 Mbps までの多元レートサービスの提供 n 屋外から屋内までの多様な運用環境 n 無線周波数資源の有効利用 n グローバルなパーソナル／ターミナルモビリティの提供 n W-CDMA, cdma2000 12
Evolution Path
1980‘s First Generation Analog Voice 2.4 kbps 1990‘s Second Generation Digital Voice/Data 9.6-28.8 kbps GSM, PDC, IS-95, IS-54/136, etc…. 2000‘s IMT-2000 Wideband Digital Voice / Multimedia 144 kbps: vehicular 384 kbps: pedestrian 2000 kbps: indoor Global standard13
Wideband CDMA
n 高速データサービスの提供 n 伝搬パス数の増加（パスダイバーシチ効果） ⇒ 所要送信電力低下、容量増 n 統計多重効果大 ⇒ 容量増 n 間欠受信比率低減 ⇒ 電池の長寿命化（待ち受け時間） 14Cellular Generation
n 1st Generation (1G) - Analogn AMPS, NMT, other; 94 M users worldwide
n 2nd Generation (2G) – DigitalTODAY
n GSM: Europe, Asia Pacific, N. America; 280M users n TDMA: N. America, Japan; 100 M users n CDMA: Korea, N. America; 50 M users n PHS: Japan, 6M users (Microcell) ,
n 2.5 Generation (2.5G)
n GPRS, EDGE
n 3rd Generation (3G)
n WCDMA(GSM), CDMA2000(Qualcom), TDSCDMA(China, MII)
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Wireless Everywhere
n 無線LAN
n PAN (personal area network) : Bluetooth and HomeRF n 無線固定アクセス n 衛星 n ITS n 無線アクセスカード n ．．． 16
Wireless Pros & Cons
n Pros
n Flexibility & mobility
n Broad geography support at specific frequency n Can compliment a wired network with bridging n Convenience (Easy-to-Use and Simple to Install)
n Cons
n Relatively expensive
n Distance limits & wall attenuation (150ft barrier) n Security must be addressed
n Prone to narrowband interference
IEEE 802 Wireless Standards
n IEEE 802 committee sets standards for LANs and MANsn Wireless standards http://www.ieee802.org/
n IEEE 802.11 Wireless Local Area Network n IEEE 802.15 Wireless Personal Area Network n IEEE 802.16 Broadband Wireless Access
Wireless LANs
n To extend of replace wired LANs n Infrastructure based of Ad-hoc configuration n ISM bandsn Industrial, Scientific and Medical Bands n Unlicensed commercial use n 2.4 GHz, 5 GHz
n Wireless standards
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日本における
2.4GHz帯
ISM Band Microwave Oven Amateur Radio Mobile ID WLAN MSS Extended WLAN 2400MHz 2500MHz 2450MHz 2483.5MHz 2427MHz 2470.5MHz 2471MHz 2497MHz 2400MHz Frequency(MHz) 20PAN (Personal Area Network)
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無線ホームリンク
Satellite Tuner CATV DVD VTR Telephone line 5GHz 5GHzPersonal Computer Display
Personal Computer Display Display Personal Computer
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Home Network / Office Network
n IEEE1394n 電灯線LAN
n HomePNA(Home Phoneline Networking) n HomeRF Working Group（www.homerf.org）
n 家庭内の電気製品
n SWAP-CA(Shared Wireless Access Protocol Cordless Access) = IEEE802.11 + DECT n 1MHz∼2MHz以上、複数同時通信、TDMA, CSMA/CA, 2.4GHz帯、音声伝送にはDECT/PHS技術採用、同時６通話 n Bluetooth（www.bluetooth.org） n ビジネス／オフィスでの携帯機器 n 0.5平方インチのモジュール、1MHz∼2MHz, 10m 23
Wireless LAN and PAN
OFDM (JAP) 54 Mbps MMAC OFDM (EUR) OFDM (U.S.) FHSS FHSS DSSS Modulation 200 MHz 54 Mbps HiperLAN2 54 Mbps IEEE 802.11a 5 GHz 1 Mbps Bluetooth 83.5 MHz 1.6/10 Mbps HomeRF 11 Mbps IEEE 802.11b 2.4 GHz BW Max speed Name RF 24
Wireless LAN and PAN
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ワイヤレス固定系アクセスシステム
n ローカル市場における競争の促進 n 広帯域アクセス手段のユーザへの早期普及 n ワイヤレスローカルループ(WLL) FR/ATM PSTN Internet 26Competitive Access Technologies
n 公衆回線・ISDN ：銅線, ∼128kbps, 公衆網n FTTH(Fiber to the Home)：光ファイバ, *, 専用／公衆網 n xDSL (Digital Subscriber Line)：銅線, 数100kbps∼数10Mbps, 専
用 n CATV：同軸ケーブル, 数100kbps, 専用 n 考慮すべき事項 n 物理的形態 n 回線速度 n 接続形態 n 料金形態 n その他（guaranteed/best-effort, symmetric/asymmetric,,,) 27
Satellites
n Coverage for wide areas at potentially higher data rates n For low latency data,
low earth orbit (LEO) is preferred
n Providers focused on global voice services, with data second
n Iridium: 66 satellites, 780km, 48 spot beams/satellite, Motorola n Teledesic: 840 satellites (21 orbits), 700km, $9 billion, 2Mbps
voice/data, phased array antenna, faster than terrestrial network, Bill Gates, Craig McCaw
Regional Area
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GEO vs LEO
n GEO (Geostationary Orbit)
n 高度35,786km ⇒ 往復伝搬遅延 250ms n 高緯度地方： coverage 悪い
n 中緯度地方： shadowing の影響
n LEO (Low Earth Orbit)
n 高度1,500km以下 n 伝搬遅延小 n 電波出力 GEO の 1/3000 n 複数の衛星 ⇒ 衛星間ハンドオフ，衛星間通信 n 低起動のため衛星寿命短い
ITS
n 高度道路交通システム n ナビゲーションの高度化、自動料金収受システム、安全運転支 援、交通管理最適化、道路管理効率化、歩行者支援等 n 道路交通情報通信システム(VICS)： 電波ビーコン、光ビーコ ン、FM多重放送n 自動料金収受システム(ETC)： DSRC (Dedicated Short Range Communication), 5.8GHz, スポット型間欠極小ゾーン構成 n ヘテロジニアスネットワーク構成の必要性
車載無線機器
Interface Devices (Built-in Display, Annunciator,
Microphone, Keypad, etc. connected to the Computer) Multi-Application
Transponder Toll & Parking Transponder Gas Payment Transponder Vehicle to Vehicle Transponder Other ITS Communications Equipment 87.5-107.9 MHz FM subcarrier 800 to 900 MHz Cellular Phone 1575.42MHz GPS Receiver 76-77 GHz Collision Avoidance Radar
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