モバイル
WiMAX端末向けハンドセット
モジュール
/システムデザインキット
Handset Module and System Design Kit for Mobile WiMAX Terminals
あ ら ま し 富 士 通 の モ バ イ ルWiMAX 向けチ ップセット を搭載した ハンドセッ トモジュー ル （HSM）とシステムデザインキット（SDK）をFDK株式会社と共同で開発した。HSMは富 士通が開発したWiMAX用SoCチップおよびRFチップさらに専用電源チップを搭載したモ ジュール構成で，対応周波数としては2.3/2.5/3.5 GHz帯をサポートしている。外形寸法は 19.7×18.2×1.5 mmである。一方，SDKは，お客様による前記チップセット搭載HSMの評 価作業やチップセットを用いた製品開発を支援する。このSDKを使えば主要な通信システ ム動作状況やインストールしたアプリケーションをパソコンからモニタできる。 本稿では，HSMとSDKのハードウェアおよびソフトウェアの概要を紹介するとともに， WiMAX端末開発への適用例を示す。 Abstract
Fujitsu has developed a handset module (HSM), which incorporates its mobile Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) chipset, and an accompanying system design kit (SDK) in collaboration with FDK CORPORATION. The HSM is composed of a WiMAX system-on-a-chip, a radio-frequency chip, and a dedicated power-supply chip, all developed by Fujitsu. It supports the 2.3-, 2.5-, and 3.5-GHz bands. Its external dimensions are 19.7 × 18.2 × 1.5 mm. The SDK is intended to help customers evaluate the HSM and to support the development of products using this chipset. It enables the operating state of most of the communications system and installed applications to be monitored using a personal computer. In this paper, we provide an overview of the hardware and software of the HSM and SDK and give an example of using them to develop a WiMAX terminal. 渡辺保信（わたなべ やすのぶ） 富士通マイクロソリューションズ （株）第四開発統括部モバイル第二 開発部 所属 現在，WiMAX向けLSIチップ開発 およびモジュール開発に従事。 山本祥二（やまもと しょうじ） 富士通マイクロソリューションズ （株）第四開発統括部モバイル第二 開発部 所属 現在，WiMAX向けLSIチップ開発 および省電力制御に従事。
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表-1 HSM機能諸元 項 目 内 容 通信周波数 2.3/2.5/3.5 GHz 通信帯域 3.5/5/7/10/20 MHz★1 FFTサイズ 512/1024/2048 通信速度 DL（独立型）：20 Mbps（最大）★2 UL（独立型）：8 Mbps（最大）★2 送信出力 PowerClass2 （+23 dBm<=PTx,max<+27 dBm QPSK） ホストインタ フェース SDIO/SPI，GPIO，UART，BT干渉保護I/F 対応ホストOS Symbian/Linux/Windows Mobile/ Windows Vista寸法 19.7×18.2×1.5 mm 動作温度範囲 0～60℃（性能保証） -20～70℃（機能動作保証） 入力電圧範囲 2.7～5.5 V ★1 総務省で免許方針案を策定中 ★2 周波数帯域：10 MHz時 表-2 SDK機能インタフェースパッケージ付属品 項 目 内 容 RFポート 2 GHz帯TRX，2 GHz帯RX，3 GHz帯TRX，3 GHz帯RX ホストI/F SDIO/SPI，UART，GPIO，BT Coexist I/F カスタムI/F USB，JTAG（ARM ICE）
付属ソフト ウェア Flash書込みソフトウェア アプリケーション制御ソフトウェア 付属品 USBケーブル MicroSD延長ケーブル ACアダプタ ま え が き 富 士 通 は2005 年 か ら ， ベ ー ス バ ン ド SoC （System-on-a-Chip）と高周波信号処理LSIを備え たモバイルWiMAX（IEEE規格802.16e）(1)-(5)向け チップセットの開発に取り組んでいる。開発に当 たっては，無線・ベースバンド信号処理・ハード ウェア・ファームウェアなど技術の粋を集めた。ワ イヤレス通信機器の開発においては，機器の開発と 並行して信号処理ファームウェアを効果的に開発・ 評価するためのサポートツールが必要となる。さら に，WiMAX通信システムはワイヤレス通信の公衆 網に使用されるため，移動端末機（MS：Mobile Station）と基地局（BS：Base Station）間の相互 運用性を保証することが必須となる。そのため，基 地局との接続機能および接続状態のモニタ解析機能 を備えた相互運用性試験のための移動端末機，つま りワイヤレス通信機器を用意することが必要である。 ワイヤレス通信機器を開発するお客様にとっては， チップセットが容易に評価でき，またチップセット を使った製品を容易かつ効率的に短期間で開発する ことが重要となる。そのためには，チップセット評 価に必要な機能を備えたハードウェアとソフトウェ アツールをお客様に提供しなければいけない。さら に，設計情報の基礎となる参考データやアプリケー ション開発のためのプラットフォームを用意するこ とが重要である。このプラットフォームとして，ハ ンドセットモジュール（HSM）をFDK株式会社と 共同開発した。これにより，お客様は短期間で製品 開発をすることが可能である。 富士通は，WiMAXモバイル端末とアプリケー ションを効率的に開発するためのツールを2種類開 発した。ここでは，詳細は省略するがチップエバ レーションキット（CEK）は，システム動作のモ ニタリングや開発したアプリケーションの端末への インストールなど効率的で有効な機能を数多く備え ている。これはチップ設計評価，およびソフトウェ ア開発者のためのデバックツールとなる。一方，シ ステムデザインキット（SDK）を使えば，主な通 信システム動作状況やインストールしたアプリケー ションをパソコン（PC）からモニタすることがで きる。これにより，お客様は容易にHSMを使って システム試験を実施することが可能である。 本稿では，まずHSMとSDKの概要を紹介し，つ ぎにHSMとSDKのハードウェアおよびソフトウェ アの構成についてそれぞれ説明する。最後に， WiMAX端末の開発への適用例を示す。 HSMとSDKの概要 HSMは，富士通のWiMAX用ベースバンドSoC “MB86K22”およびRF LSI“MB86K52”，さらに 専用電源LSI“MB39C316”を搭載したモジュール から成り立ち，開発支援をするためにSDKがある。 主な仕様をそれぞれ表-1と表-2に示す。製品装置お よびモジュール開発者のニーズを考慮に入れ，チッ プセットを搭載した製品開発に必要な機能ならびに ソフトウェアを盛り込んでいる。 HSM WiMAXモバイルシステムに対応した製品開発を お客様が行う場合，リファレンスデザインとなる HSMのみを提供することでシステム通信試験が可 取扱い説明書
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能となる。お客様は，簡単なカスタマイズを行うだ けで短納期での製品開発が可能である。HSM内部 構造を図-1に示す。 （1） ハードウェアのアーキテクチャ HSMのハードウェア構成を図-2に示す。このモ ジュールに搭載している3個の主要LSI機能を簡単 に 説 明 す る 。 ベ ー ス バ ン ドSoC は ， モ バ イ ル SDRAM （ 128 M ビ ッ ト ） と SIP （ System in Package）を統合している。MAC（Media Access Control）レイヤ処理部，PHY（Physical）レイヤ 処理部さらにADC，DACのアナログ回路を備えて いる。これらに65 nm低リークテクノロジと電源制 御機能を内蔵することで低消費電力化を実現してい る。RF LSIは，90 nmのCMOSテクノロジを適用 することで高品質なRF性能が得られた。WiMAX フォーラム認証プロファイルの多重周波数帯域をサ ポートしている。電源LSIは，LDO（Low Drop Out）が5 ch，DC/DCが3 ch（カレントモード方式 同期整流降圧2 ch，昇降圧1 ch）搭載している。ま た，I2Cバスに準拠した通信インタフェースを有し 内部状態通知および電源制御が可能である。 図-1 HSMの内部構造 Fig.1-HSM internal structure.BPF: Band-Pass Filter PA: Power Amplifier SiP: System in Package PMM: Power Management Module
BB SoC: Base‐Band System-on-a-Chip
VCTCXO: Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator X’TAL: Crystal
HOST側との通信インタフェースには，SDIO （Secure Digital Input/Output ） /SPI （ System
Packet Interface）インタフェースおよびGPIO
図-2 HSMのハードウェア構造 Fig.2-Hardware structure of HSM.
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（General-Purpose Input/Output）インタフェース を備えている。
さらに，デバック試験用として，JTAG（Joint Test Action Group）インタフェースおよびUART （Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）-HOSTインタフェースを用意している。また， Bluetooth/WLAN共存干渉除去インタフェースも 備えている。 （2） 主要な開発要素 HSMは，最新の高密度実装や設計方法を採用す ることで，小型化や高密度化での各種ノイズ源によ るRF性能低下を防いでいる。具体的には，デジタ ル回路を介してアナログ回路に混入するノイズ影響 を抑える配線分離した実装設計を行っている。また， 発熱を極力抑える放熱パターン設計や実装レイアウ トを注意深く検討している。結果として，ノイズに よる機能低下や発熱に対する影響を排除された性能 が得られた。 （3） ソフトウェアのアーキテクチャ HSMの使用目的に合わせたシステム組込み向け とPC直結向けの富士通提供リファレンスソフト ウェアを準備している。ただし，LSIチップセット を要求するお客様には最終形態に合わせたソフト ウェア開発が別途必要となる。 HSMはSDKに組み込んだ状態で関連ソフトウェ アを起動して各種性能評価が可能となる。例えば， メンテナンスツールを使うことで，RF送受信性能 試験（送信電力，送信スペクトラム，送信スペクト ラムマスク，受信感度など）を確認することがで きる。 SDK SDKは，HSMを使った開発中のWiMAX端末お よびソフトウェアアプリケーションを対象にお客様 が実施する機能・性能評価ならびにシステム評価を 行うために設計された機能評価ボードである。 SDKの外観を図-3に示す。また，SDKハードウェ ア構造とSDKソフトウェアのアーキテクチャをそ れぞれ図-4と図-5に示す。 ● ハードウェアのアーキテクチャ 図-3 SDK外観写真
Fig.3-General view of SDK photograph.
SDKは，HSM実装ソケットとUART-USB変換回 路および各種インタフェースコネクタで構成してい る 。 HSM は ， 富 士 通 の WiMAX 用 SoC “MB86K22”が持つ基本的なシステム動作機能を モニタ制御するためのインタフェースを装備してい る 。 さ ら に ， 富 士 通 のWiMAX 用 RF LSI “MB86K52”やパワーアンプなどのRFフロント回 路も装備している。SDKの主要インタフェースは， 先に説明したHSMのハードウェアアーキテクチャ で示されたインタフェースにコネクタを介してPC と接続することができる。また，使い勝手を考えて AC100 V入力に対応している。 なお，インタフェースについて以下に説明する。 （1） ホストインタフェース USB2.0規格に準拠したインタフェースをホスト インタフェースとして基板上に実装している。 HSMとは，UART-USB変換回路を介してPCと接 続することができる。 （2） RFインタフェース 周波数ごとに分離されたSMA（Sub Miniature Type A）コネクタポートを四つ用意している。多 重化した2.3 GHz/2.5 GHz帯と3.5 GHz帯用の送受 信信号をRFインタフェースにそれぞれ接続する。 さらに，2.3 GHz/2.5 GHz帯と3.5 GHz帯用の受信 信号をRFインタフェースにもそれぞれ接続する。 これらはSMAコネクタを介して測定装置につなぐ ことで無線インタフェース信号の性能を評価するこ とができる。 （3） プロセッサデバック用インタフェース WiMAX用SoCのプロセッサをデバックするため の イ ン タ フ ェ ー ス は ，JTAG I/F に よ る ARM （Advanced RISC Machines ， ICE ： In-Circuit
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GPIO: General-Purpose Input/Output SDIO: Secure Digital Input/Output SPI: System Packet Interface
図-4 SDKハードウェア構成 Fig.4-Hardware structure of SDK. HSM 図-5 SDKソフトウェアのアーキテクチャ Fig.5-Architecture of SDK software. Emulator）-ICEポート，UARTポートから成り， いずれも基板上に実装している。 SoCの基本ファームウェアは，SDKを使ってデ バックすることができる。 （4） メンテナンスポート 性能評価，メンテナンスおよび障害の切分けを行 うために，SDKにはデバック用ポートをいくつか 装備している。これらのポートは，システムパラメ
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タを変更する場合にも使うことができる。モバイル 端末の機能はシステムパラメタ値によって制御され る。この値はフラッシュROMに格納され，この値 を変更することによってモバイル端末の機能を制御 することができる。システムパラメタには，端末の MACアドレスのほかに，タイマ・リトライ回数・ RF出力電力などの制御値がある。 ● ソフトウェアのアーキテクチャ 図-5に示すように，SDKはSymbian/Linux/ Windows Mobile/Windows VistaのPC上で動作す るソフトウェアツールを4種類用意している。すな わち，制御ドライバ，制御アプリケーション，メン テナンスツール，およびこれ以外のツールとなる。 これらを以下に説明する。 （1） 制御ドライバ PCのSDIO/SPIインタフェースに対応したサンプ ルドライバが付属している。 （2） アプリケーション制御 SDKには，アプリケーションソフトウェアの開 発に役立つサンプルプログラムをいくつか用意して いる。これらのプログラムは，端末に関する情報を 取り出して表示するAPI（Application Program Interface）を活用している。このようなプログラ ムの利用によって，お客様は自社のアプリケーショ ン開発に専念することができる。 （3） メンテナンスツール 富士通のモバイルWiMAX向けチップセットの機 能や性能を評価するメンテナンス用ソフトウェアが SDKには付属しており，無線特性やプロトコル評 価作業をお客様は容易に実施することができる。メ ンテナンスツールを使った場合の操作画面を図-6に 示す。 （4） そのほかのツール お客様のシステムカスタマイズを支援するソフト ウェアツールとして，上記以外にもフラッシュメモ リメンテナンスツール，フラッシュメモリ書換え ツール，MACアドレス設定ツール，システムパラ メタ設定ツールの四つを付属する。これらのツール を使えば，工場量産時のファームウェア実装や工場 出荷後のファームウェアアップデートに要する時間 を短縮することができる。 WiMAX機器適用に向けた取組み 本章では，お客様がHSMを使った機器装置の開 発を進めるために必要となる富士通が取り組む支援 をハードウェアとソフトウェアそれぞれの観点に分 けて簡単に示す。 （1） ハードウェア WiMAXのように開発と標準化が同時進行する新 しい技術の場合，相互運用性の確認や開発した製品 に関する情報をお客様に提供することが重要となる。 相 互 運 用 性 の 確 認 に 関 し て ， 富 士 通 はWiMAX フォーラムのPlugFestに参加するほか，主要な基 地局メーカと協力しながら社内の相互運用性試験を 積極的に実施している。また，主要なお客様に対し て展示会やプレゼンテーションあるいは個別デモを 適時実施している。図-7に示すような動作デモでは， 20 Mbps以上の伝送能力を他社に先駆けて実証した ほ か ，WiMAX ア プ リ ケ ー シ ョ ン の 可 能 性 や WiMAX用SoCの優位性を示している点から富士通 はモバイルWiMAX製品に関して優位な位置にある。 富士通は今後もシステム通信品質の向上に向けた 基地局との接続試験を実施していく。多くの基地局 メーカとの接続試験を行うことは，富士通のチップ セットが有効であることを証明することになる。 （2） ソフトウェア モバイル通信端末向けソフトウェア開発の規模と 複雑さは現在増大しており，開発に必要となるお客 様の負担が高まっている。通信事業者のモバイル端 図-6 メンテナンスツール画像 Fig.6-Maintenance tool image.モバイルWiMAX端末向けハンドセットモジュール/システムデザインキット
図-7 動作デモ風景
Fig.7-Operation demonstration scenery.
末 （ と く にWiMAX 製 品 ） は ， WiFi （ Wireless Fidelity）の場合と違って様々なサービスに対して 複雑なプロトコル通信処理が必要とされる。さらに， ソフトウェア開発の内容は通信事業者ごとに異なっ ている。そのため，事業者の要求すべてに応えるた めに必要なソフトウェアを開発する必要がある。 富士通は，従来より移動通信システム用の携帯電 話端末および基地局の開発を通して，通信事業者向 けモバイル製品技術に関する経験を積んでいる。そ の経験を生かすことでお客様が必要とするソフト ウェアツールおよびWiMAXモバイル端末開発の参 考となるサンプルプログラムを提供することができ る 。 そ の よ う な ソ フ ト ウ ェ ア を 参 考 と し て ， WiMAXモバイル端末の開発期間を大幅に短縮する ことができる。 む す び 本稿では，WiMAXモバイル端末の開発を効率化 するHSMとSDKの概要について述べた。WiMAX モバイル端末の評価および開発に当たってお客様が 必要とするソフトウェア環境とソフトウェアツール を提供し，お客様の製品開発期間を短縮させる。 WiMAXシステムの標準化作業は現在も進行中で あり，新規提案が次々に発表され規格化されている。 また，移動体通信市場の需要は利用ユーザの要求条 件に従って変化している。この傾向を受け，富士通 は今後もSoC機能のアップグレードに取り組むとと もに，さらに小型化と低消費電力化を目指していく。 また，市場の要求に応じてHSMとSDKを発展させ る必要がある。一例として，WiMAX向け製品開発 を 更 に 加 速 す る た め に ，USB ド ン グ ル お よ び Expressカードに対応したチップセットやHSMを 開発する計画を持っている。このようなリファレン スデザインの提供を通じて，今後もWiMAX製品の 拡大に貢献するとともに，予測されるマーケットト レンドに応じて利便性をさらに追求する予定である。 参 考 文 献
（1） IEEE Std 802.16-2004：IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks ， Part 16 ： Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems. Oct. 2004．
（2） IEEE Std 802.16e-2005 and IEEE Std 802.16-2004/Cor 1-2005 ： IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks ， Part 16 ： Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems Amendment 2 ： Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands and Corrigendum 1．Feb. 2006．
（3） IEEE P802.16-Rev2/D2 ： Draft Standard for Local and Metropolitan Area Networks，Part 16： Air Interface for Broadband Wireless Access Systems．Dec. 2007．
（4） WiMAX Forum Mobile System Profile，Release 1.0：Approved Specification（Revision 1.5.0）．Nov. 2007．
（5） WiMAX Forum Mobile Radio Conformance Tests （MRCT ） Release 1.0 ： Approved Specification （Revision 2.0.0）．December，2007．
