次世代モバイルネットワークの標準化動向

あ ら ま し

日 欧 米 中 韓 の 標 準 化 団 体 が1998年 に 開 始 し た3GPP（3rd Generation Partnership Project）は2008年12月にRelease 8と呼ばれる仕様書セットを公開した。Release 8では LTE（Long Term Evolution）が仕様化され，無線ネットワークとコアネットワークの新 しいアーキテクチャ（EPS：Evolved Packet System）も公開された。LTEはパケット通信 のみをサポートし，より柔軟な周波数利用を実現することで，より高速・広帯域通信を 可能としている。しかし近年のスマートフォンなどの新しい端末の増加によりネットワー クが処理するデータ量が大きく増加し，システム容量の更なる拡大が必要となってきた。 これら新しい課題に対応するため，HetNetなどの標準化活動が3GPPを中心として開始 されている。本稿では，次世代の移動通信システムに対するこれらの標準化動向と，富 士通の標準活動への貢献を説明する。 Abstract

In 1998, standards bodies in Japan, Europe, North America, China and South Korea created the 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Version 8 (called Release 8) of 3GPP was released in December 2008 as a set of specifications. This release formally specified Long Term Evolution (LTE), and also presented to the public new architecture for wireless networks and core networks, known as the Evolved Packet System (EPS). LTE supports packet communication services only and has a higher spectrum efficiency; thus, it has simpler architecture, higher data rates and ultra-low latency. However, the amount of data that networks have to cope with has increased in recent years with the increasing adoption of new devices such as smartphones, and it has become necessary to further expand system capacity. To find solutions to issues such as these, standardization activities including HetNet and centering on 3GPP have begun. This paper describes the future direction of these standardization activities for next-generation mobile communication systems, and the way Fujitsu s standardization activities are helping in this area.

● 野田昭繁

標準化動向

ETSI，米国のT1（現ATIS），韓国のTTAにより立 ち上げられたパートナシッププロジェクトで，後 に中国のCWTS（現CCSA）が加わり現在の形に なった（図

-1

）。当初W-CDMAとGSMネットワー クをベースとしたコアネットワークを基本とした 第3世代移動通信システムの標準仕様の検討・開発 を作業対象としていたが，その後GSMをベースと した高速データ通信技術であるEDGE（Enhanced Data GSM Environment） に 関 す る 標 準 仕 様 も 作業対象としている。また2008年にリリースさ れたRelease 8と呼ばれる仕様書セットではLTE （Long Term Evolution）とEPS（Evolved Packet

System）に関する標準仕様を作業対象として追加 している。 3GPPは第3世代移動通信システムで利用される 標準仕様の検討と仕様書の策定のみ行っている。 3GPPで策定された標準仕様書は3GPPのパート ナメンバ（OP：Organizational Partnerと呼ばれ る）である六つの地域標準化団体により各国，各 地域の標準として発行される。また，国際標準と す る た め に 各OPが 協 力 し てITU（International Telecommunication Union）に3GPP仕様を提案し， ITUが国際勧告として発行するよう活動している。 ま　え　が　き 第3世代移動通信システムはアナログをベースと した第1世代，デジタル技術を導入した第2世代を 経て，より高速通信を世界中で利用可能とするた め開発が進められてきた。日欧米中韓の標準化団 体は，当初から世界中の移動通信事業者，通信ベ ンダが利用できる標準システムとして，IMT-2000 と名付けられた第3世代移動通信システムの開発 を 目 指 し て3GPP（3rd Generation Partnership Project）を立ち上げた。富士通は当初からこの 3GPPに 参 加 し，W-CDMA，HSPA，LTE/SAEな ど第3世代移動通信の標準化活動に積極的に貢献し てきた。 本稿では，3GPPを中心とした第3世代移動通信 システムの標準化活動について述べる。

3GPP

3 G P P は ， U T R A （ U n i v e r s a l M o b i l e Telecommunication System Terrestrial Radio Access）とGSM（Global System for Mobile Communications）をベースとしたコアネットワー クを基本として第3世代向けの標準仕様を検討・開 発するために，1998年日本のTTC，ARIB，欧州の

ま　え　が　き

3GPP

ITU（International Telecommunication Union）

ARIB ATIS CCSA ETSI TTA TTC

Individual Members 技術提案 技術仕様開発

資金，運営サポート 開発技術仕様書

地域標準化団体（Organizational Partners）

ARIB： Association of Radio Industries and Businesses ATIS： European Telecommunications Standards Institute CCSA： China Communications Standards Association

ETSI： European Telecommunications Standards Institute TTA： Telecommunications Technology Association of Korea TTC： Telecommunication Technology Committee

地域標準として 仕様移転 勧告提案

図-1 標準化機関の相互関係

LTEとその他無線アクセスとの比較を表

-1

に 示す。 図

-4

で 示 す よ う に 第1世 代（ ア ナ ロ グ ） か ら 第2世代（デジタル）に技術が変わったとき，周 波 数 効 率 は 約10倍 近 く 向 上 し た。 し か し 第3世 代（W-CDMA）の周波数効率は第2世代の約4倍， HSPA+（Enhanced High Speed Packet Access） の周波数効率は第3世代（W-CDMA）の約2倍と減 少し，LTEの周波数効率はHSPA+と比べてやや向 上する程度になってきている。このことから高速・ 広帯域化の実現への流れは今後とも変わらないも のの，周波数の利用効率の面から見ると今後の飛 躍的向上を実現することは困難になりつつある （図-4）。 このため3GPPでは，HetNetと呼ばれるMacro/ Micro/Pico/Femtoなどの様々なサイズのセルを階 層化し，システム全体の容量を向上させる方式を 検討している。HetNetの概念図を図

-5

に示す。 HetNetの実現には従来と異なるセル選択方式， 干渉制御，ハンドオーバを含むモビリティ制御

3GPP

の組織構成 3GPPは大きく分けて四つの仕様開発グループ （TSG：Technical Specifi cation Group）から構成 され，それぞれTSG-RAN，TSG-GERAN，TSG-CT，TSG-SAと呼ばれている。各TSGはその配下に いくつかの作業部会WG（Working Group）が設 置され，より詳細な仕様検討・開発は主にこれら WGで行われている。 3GPPの組織構成を図

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に示す。 移動通信システム標準化動向 移動通信システムは従来より高速・広帯域を目 指してきた。第2世代では数10 kbpsであった通信 速度は10年で飛躍的に向上し，2008年に標準仕様 が規定されたLTEでは300 Mbps，さらに2011年 に 規 定 さ れ たLTE-Advancedで は 最 大1 Gbpsと な っ て い る。 図

-3

は 第2世 代（GSM） か らLTE-Advancedまでの無線技術と伝送速度の進化を示し ている。

3GPP

の組織構成 移動通信システム標準化動向 3GPP PCG

Project Co-ordination Group Chairman：WEIGEL，Walter（ETSI） Vice-Chairman：SHIGETA，Noriyuki（TTC） Vice-Chairman：CHATTERJEE，Asok（ATSI） CHIN，Byoung-Moon（TTA） TSG-GERAN GSM EDGE/

Radio Access Network

TSG-RAN

Radio Access Network TSG-SAServices

and Systems Aspects

TSG-CT

Core Network & Terminals

GERAN WG1（Radio Aspects）

GERAN WG2（Protocol Aspects）

GERAN WG3（Terminal Testing）

RAN WG1（Radio Layer 1 spec）

RAN WG2（Radio Layer 2 spec）

RAN WG3

（lub spec，lur spec，lu spec

UTRAN O&M requirements）

RAN WG4（Radio Performance

Protocol aspects）

RAN WG5（Mobile Terminal）

SA WG1（Services） SA WG2（Architecture） SA WG3（Security） SA WG4（Codec） SA WG5（Telecom Management） CT WG1（MM/CC/SM（lu）） CT WG3 （Interworking

with external networks）

CT WG4（MAP/GTP/BCH/SS）

CT WG6

（Smart Card Application

Aspects）

図-2 3GPP組織構成 Fig.2-3GPP organization chart.

machine通信や複数のユーザ間でカレンダー情報 や電話番号などの様々な加入者情報の同期を図る Syncサービスなどの新しいトラフィックがより大 きなデータ通信負荷を移動通信システムにかける ことが予想されている。これら大量データ通信に 対応するためのトラフィックオフロードに関する 新たな標準仕様開発が進められている。 3GPPでの標準化ロードマップを図

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に示す。 の見直しと新たな標準仕様の開発が必要である。 Release 11（2012年9月機能凍結予定）を含めて今 後の大きな標準化課題と言える。 スループットの向上と同様に新しい標準仕様開 発の方向にデータオフロードが挙げられる。ここ 数年にデータ通信の定額制の導入とスマートフォ ンの増加により大量データ通信が移動通信システ ムへ大きな負荷となっている。またMachine-to-10k 100k 1M 10M 100M 通 信 速 度 （ bp s ） 22.8k 384k 2M 14.4M 80M*1

*1：64QAM＋2x2MIMO＋Multi carrier

*2：64QAM＋2x2MIMO *3：100MHz ch *4：20MHz ch 42M*2 300M 1G 1G*3

GSM EDGE W-CDMA HSPA LTE LTE-Advanced

1998 ∼2001 ∼2003 ∼2009 ∼2012

200M*4

（年）

Non-3GPP RATs

図-3 無線技術と通信速度の進化

Fig.3-Evolution of radio access technologies and throughput. 表-1 無線方式の比較

W-CDMA（3G） HSDPA/HSUPA（3.5G） 3G LTE（3.9G） LTE-Advanced（4G） 無線方式 DL：CDMA_UL：CDMA DL：CDMA_UL：CDMA DL：OFDMA_UL：SC-FDMA DL：OFDM（？）_{UL：（？）} 周波数帯域幅 5 MHz 5 MHz 20 MHz ∼ 100 MHz 変調方式 HPSK，QPSK HPSK，QPSK，16QAM QPSK，16QAM，_64QAMなど QPSK，16QAM，_64QAMなど 最大データレート DL：384 kbps_{UL：64 kbps} DL：14.4 Mbps_{UL：5.7 Mbps} DL：300 Mbps_{UL：75 Mbps} DL：1 Gbps_{UL：75 Mbps}

特 徴 回線交換サービスに適応 パケットデータ通信速度の_向上 データレートとLatencyの_劇的向上 データレートとモビリティ_{の更なる向上} DL： Down Link（基地局→携帯電話）

UL： Up Link（携帯電話→基地局）

HSDPA： High Speed Downlink Packet Access CDMA：Code Division Multiple Access

化が必要となる。すなわちLTE市場の立上げ，活 性化につながる標準化活動を進めていく必要があ る。このためには単に基地局ベンダ，ネットワー クベンダだけでなく端末に搭載するチップ開発ベ ンダ，サービスプロバイダ，コンテンツプロバイ ダなどのLTE市場の主要プレーヤが利用しやすい エコシステムとしての

LTE

LTEの標準化活動は単にLTEの技術要件，プロ トコル仕様を検討開発するだけではない。 LTEを通信事業者が導入し，ユーザに受け入れ られるためには様々なビジネスセグメントの活性 エコシステムとしての

LTE

1994 97 00 03 06 09 12 2x 4x 8x 6x 10x 2G（GSM） vs 1G（アナログ） 3G（W-CDMA） vs 2G LTE vs HSPA+ HSPA+ vs 3G （年） Macro Micro Femto Pico _Relay Femto 固定網 インターネット 固定アクセスライン（FTTx）

DAS：Distributed Antenna System Femto Access Point（Base Station）

Pico Cell Base Station Relay Base Station

Micro Pico Femto 固定網-モバイルインターワーキング モバイルコアネットワーク モバイルバックホール Relay Backhaul 図-4 周波数利用効率の改善 Fig.4-Improvements in spectral effi ciency.

図-5 HetNet概念図

だけでなくサービス，アプリケーションといった 分野のベンダの標準化活動が今後重要になってい くことを示している。

標準仕様の開発が必要となる。とくに図

-7

におけ

るBusiness and general consumer marketの立上 がりが必要である。このことはLTEの標準化が単 にインフラストラクチャベンダやデバイスベンダ LTE-Advanced SON（Self-Organizing Network） Energy Saving Management

Network Selection for non-3GPP LTE+ Machine type Communication

2008

4Q Stage 3 機能凍結

Rel-8

1Q 2Q 3Q 4Q 1Q

2009

2Q 3Q 4Q

2010

1Q 2Q 3Q 4Q

2011

2012

Stage 1 機能凍結

Rel-9

Stage 2 機能凍結 Stage 3 機能凍結 Rel-10機能凍結

Rel-10

（e）Home Node-B eMBMS

MSR（Multi Standard Radio） EPS（LTE/EPC）enhancements LIPA Rel-8 Stabilization EPS（LTE/EPC） Common IMS eCall ETWS（Earthquake and Tsunami Warning System） Home（e）NodeB IMS Centralized Services

Rel-11

2012年9月Rel-11機能凍結 LTE-Advanced MTC（Machine-Type Communications） トラフィック増大に対応するための トラフィックオフロード Heterogeneous Network（HetNet）， H（e）NodeB Mobility End-to-end QoS/QoE

Inteworking between 3GPP and data application provider（Mobile Cloud），IP-PBX， Broadband Fixed NW，Local Network，etc.

図-6 標準化ロードマップ Fig.6-3GPP release plan.

Standard bodies Regulatror Indutry bodies Enabler group User device vendors Chipset manufactures Infrastructure suppliers Test equipment manufactures Service content providers Appl s software developers

Rich voice VoIP

CS support Enterprise VPN Media access

and internet TV Vertical-specific applications Broadcast

mobile TV Home/consumer electronics Gaming Internet-based _applications Improved mobile

broadband Transport and logistics Complements existing services Machine to machine apps （Mobile）Operators

Momentum group Business and general consumer market

E

図-7 LTEエコシステム Fig.7-LTE ecosystem.

仕様を規定する3GPPやIETF，IEEE，TMForum など，開発された製品が標準仕様に準拠している かを試験するWAC，GCF，LTSIなど認証団体・ 活動などとの連携が必要である。富士通は無線・ ネットワークビジネス部門（ネットワークビジネ スグループ），端末ビジネス部門（ユビキタスプロ ダクトビジネスグループ），富士通研究所が連携し， これら移動通信システムに必要な標準化活動に貢 献している。 む　　す　　び 富士通は移動通信システム標準化活動におい て従来より大きな貢献を果たしてきた。とくに 1998年に設立された3GPPにおいてグローバル標 準の実現に向けて多くの貢献を果たしてきている。 LTEおよびLTE-Advancedの標準化活動において もITU-R，ITU-T，3GPP，IETFな ど の 活 動 を 通 じて標準活動に参加・貢献を行ってきている。今 後クラウドとモバイルの融合などの実現に向けて 一層の標準化活動を進めていく。 む　　す　　び 富士通の標準化活動 富士通は第3世代移動通信システムの標準化活 動に積極的に貢献してきている。日本における第 2世代移動通信システムであるPDCの標準化活動 からITUで行われてきたFPLMTS（Future Public Land Mobile Telecommunications System）/ IMT-2000標準化活動を経て3GPPの設立にも貢献 してきた。 3GPP活動では設立当初からのメンバであり， TSG-RAN，TSG-CTおよびTSG-SAの各TSGと配 下のWGに参加し，多くの提案・貢献を行っている。 また今までに二つのWG（TSG-RAN WG4，TSG-SA WG2）の議長・副議長，三つのTSG（TSG-RAN， TSG-CT，TSG-SA）の副議長に就任している。こ れは日本企業として3GPPでの標準化活動に最も貢 献しているメンバの1社として富士通が認められて いるものである。 標準化活動は図

-8

に示すように周波数割当てや システム必須能力を規定するITUやGSMA，標準 富士通の標準化活動

ETSI PLUGTESTS：製品がETSI，3GPP，IETF，IEEE標準に

準拠しているかをテストするETSIのグループ

ITU： International Telecommunication Union ITU-R： ITU Radiocommunicaiton Sector

ITU-T： ITU Telecommunication Standardization Sector GSMA： GSM Association

IEEE： Institute of Electrical and Electronics Engineers TM Forum： TeleManagement Forum

GCF： Global Certification Forum 3GPP： 3rd Generation Partnership Project IETF： Internet Engineering Task Force WAC： Wholesale Applications Community LSTI： LTE/SAE Trial Initiative

Multi Service Forum LSTI GCF WAC TM Forum IETF IEEE 3GPP GSMA ITU-R/ ITU-T ETSI PLUGTESTS 図-8 標準化関連活動の連携

Fig.8-Established co-operations with industry organizations.

野田昭繁（のだ　あきしげ） 事業企画本部事業管理統括部 所属 現在，移動通信システムの標準化活動 に 従 事。3GPP TSG-SA副 議 長，TTC 3GPP専門委員会委員長。 著 者 紹 介