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W-CDMA. 松下温 (慶應義塾大学 理工学部). W-CDMA (次世代). NTTドコモ、エリクソン …… W-CDMA シーメンス、アルカテル …… CDMA+TDMA GSM方式のインフラの上で利用できる (世界で5000万人利用) 低コストでスムーズに次世代へ移行可能 エリクソンやノキヤ(フィンランド)に、GSM市場で先行を許した …… 次世代で打破したい NTTドコモ案にBT、TIM(テレコムイタリアモーバイル)、 ドイツのマンネヌマンなど支持 ドコモ方式とGSMとの互換性の確保を宣言して支持集める

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slide1

W-CDMA

松下温

(慶應義塾大学 理工学部)

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W-CDMA (次世代)
  • NTTドコモ、エリクソン……W-CDMA
  • シーメンス、アルカテル……CDMA+TDMA
    • GSM方式のインフラの上で利用できる (世界で5000万人利用)
    • 低コストでスムーズに次世代へ移行可能
    • エリクソンやノキヤ(フィンランド)に、GSM市場で先行を許した……次世代で打破したい
  • NTTドコモ案にBT、TIM(テレコムイタリアモーバイル)、 ドイツのマンネヌマンなど支持
    • ドコモ方式とGSMとの互換性の確保を宣言して支持集める
  • ETSI(Europe Telecom Standard Inst.)の投票で 98年1月30日

W-CDMAが日欧の次世代共通規格となる

<W-CDMA>Ver.2

slide3
アメリカの動向

日欧統一規格(W-CDMA)

北米方式(cdma2000)

    • 一本化交渉が日米欧で活発化
    • アメリカのクァルコム社がCDMAの基礎技術を日欧に供与しない方針を明確化
    • チップレート 米国 : 3.6864M Hz

日欧 : 4.096 M Hz

    • 日欧では、クァルコムの技術をそのまま使うと、多大なライセンス料が発生するという不安がある

日本と協調して多数派を工作した欧州にクァルコム社が最後の対抗をしている形態

<W-CDMA>Ver.2

slide4
次世代システムのポイント
    • 既存するインフラが無視できない規模(GSMなど)

最小投資でスムーズな移行が重要

    • 両方式が併存した場合、少数派は利用地域の拡大に負担が重い

多数派へ移行せざるをえない

    • 世界で最も早く次世代方式を導入せざるをえない日本

……多数派にいたい

    • アメリカは日本に欧州との橋渡しを期待

次世代サービスの遅れる可能性が大

<W-CDMA>Ver.2

slide5
W-CDMA方式
  • 実験システムの構成

[ W-CDMA実験システムアクセス系インタフェース ]

    • この実験システムは 商品質音声,N-ISDN,パケット,モデム信号などを統合的に提供
    • 有線区間はATM
    • 無線区間はCDMA

MCCインタフェース

MS

BTS

BSC機能

MSC機能

無線インタフェース

BTS-MCCシミュレータ間

インタフェース

MS : Mobile Station

BTS : Base Transceiver System

MCC : Mobile communication Control Center

<W-CDMA>Ver.2

slide6
無線伝送系の構成
  • マルチバンド
    • 4つの帯域幅………………1.25, 5, 10, 20MHz
    • 伝送レートに応じてチップレートの異なる拡散コード
    • 音声、低レートのデータ……1.25, 5MHzのチップレート
    • 2Mbpsのデータ…………20MHzのチップレート

<W-CDMA>Ver.2

slide7
主要諸元
  • 基地局は通話では別々のコード(基地局間の非同期)
  • 全基地局で共通のコード 報知チャネル

<W-CDMA>Ver.2

slide8
二重拡散コードの利用
    • 各セルでのチャネル管理それぞれ独立
    • 無限に近い数の拡散コードを作り出すため

ショートコード

ロングコード

    • 伝送チャネルは両コードの組み合わせで指定
    • IS-95のようなセル間同期システムでは
      • 同一のロングコードを各セルでチップ位相を変えて使用
      • セル間でのチップレベルでの同期必要
      • GPSのような,同期のために,絶対時計必要
    • W-CDMAでは各セルごとに異なるロングコード

セル間非同期を実現

屋内/屋外を連続的にサポート可能

二重拡散を利用

<W-CDMA>Ver.2

slide9
2階層符号割り当て

拡散符号はチャネライゼーション符号とスクランブリング符号の2階層構成とし、セルの識別、移動局の識別、コードの識別を実現する。

フルコードセット/セル

フルコードセット/移動局

チャネライゼーション

符号レイヤ

スクラブリング

符号レイヤ

1コード/セル

1コード/移動局

下り

上り

<W-CDMA>Ver.2

slide10
チャネライゼーション符号

符号間干渉を防ぐため直交符号。

マルチコード伝送を実現するには、拡散率の異なる符号である必要有り。

OVSF(直交可変拡散率符号)

直交符号のツリー構造を使う

Hadamard-Walsh符号になる

C1.1=1

C4.1

C4.2

C4.3

C4.4

C2.1 C2.1 C2.1 C2.1

C2.2 C2.2 C2.2 C2.2

1 1 1 1

1 1 -1 -1

1 -1 1 -1

1 -1 -1 1

=

=

C2.1

C2.2

C1.1 C1.1 C1.1 C1.1

=

1 1

1 -1

=

<W-CDMA>Ver.2

Orthogonal variable spreading factor

slide11

C1(1)

C2(1)

C2(2)

C4(2)

C4(1)

C8(1)

C8(2)

C16(1)

C16(2)

C32(4)

C32(2)

C32(3)

C32(1)

C64(1)

C64(2)

C64(3)

C64(4)

OVSF(直交可変拡散率符号)
  •  符号Cn(m)からC2n(2m-1), C2n(2m)  は拡散率が2倍で互いに直交
  • Cn(m)は親系列以外の全ての上位  レイヤと直交

(例)

C64(1) C64(2) :音声ユーザ

C32(2):データユーザ

同時に割り当て可能

さらに高速のデータ通信: C16(2), C8(2)

<W-CDMA>Ver.2

slide12
スクランブリング符号

Gold系列

  • 非同期系CDMAによく使われる
  • 周期が等しく、相互相関の常に低い2つのM系列を加算して得られる

特性

  符号長がkビットの場合、1つの回路から2^k+1通りの符号が得られる

  相互相関値の絶対値は最大でもM系列の約2^(1/2)に抑えられる

シフトレジスタ

<W-CDMA>Ver.2

slide13

1スロット

データ1

データ2

パイロット同期検波
  • パイロットシンボルを用いた同期検波を採用。
  • 下りパイロット信号は送信電力制御(TCP)ビットなどとともに 時間多重して伝送される。

送信電力制御の制御遅延を短くでき、移動機受信部の簡易化も可能。

  • 上りパイロット信号はデータとIQ多重して伝送される。

連続送信が可能となる。送信信号のピークファクタ低減効果もある。

TDDモードは断続送信のため下り同様時間多重して伝送する。

パイロット

TPCなど

1スロット

Q

Q

パイロット

TPCなど

データ

I

I

上り

下り

パイロットシンボルの多重

<W-CDMA>Ver.2

slide14
SIRベース送信電力制御(1)

希望波を逆拡散により抽出するため、各チャネルの受信レベルがほぼ等しくなることが必須。

個別チャネル:クローズドループ

上り下りとも専用チャネルが割り当てられている。

上りチャネルのSIRを測定ターゲット値と比較

移動局が信号送信

BS

下りチャネルのTPCビットにより移動局に送信電力の増減を指示

<W-CDMA>Ver.2

slide15
SIRベース送信電力制御(2)

ランダムアクセスチャネル:オープンループ

単発の信号であり、個々のランダムアクセス信号に対応するチャネルは存在しないためクローズドループは無理。

下り共通チャネルのSIRを測定

BS

無線伝送路の伝搬損失を推定し送信電力を決定

<W-CDMA>Ver.2

slide16
フレーム構成
    • パイロットシンボルによる同期検波(上り/下り とも)
    • 1フレーム16スロット
    • 各スロットにパイロットシンボルと閉ループ送信電力制御
    • フレーム長10msec, 0.625msecごとにパイロットシンボルと電力制御ビット(TPC)を送る

スーパーフレーム (640ms)

……

無線フレーム (10ms)

制御フレーム #1

#2

……

#64

タイムスロット (0.625ms)

タイムスロット #1

#2

#3

……

#16

符号化データ

…………

パイロット

シンボル (Pilot)

送信電力制御

(TPC) ピット

<W-CDMA>Ver.2

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適応送信電力制御

上り回線

移動局

基地局

送信データ

  • 基地局では逆拡散された信号をRAKE合成する
    • [1ビット当たりの受信信号エネルギー](ED)

[干渉+熱雑音電力スペクトル密度](IO)

    • ある定められたED/IOと比較して

大きいとき → 移動機へ送信電力を下げるようなTPC送信

    • タイムスロットは0.625msなので、高速移動中でも送信電力を瞬時に追従する

拡散変調

電力増幅

逆拡散

RAKE復調

Eb/Io測定

TPCビット

TPCビット

拡散変調

比較

受信データ

RAKE復調

逆拡散

送信データ

目標Eb/Io

下り回線

[閉ループ送信電力制御]

を測定する

<W-CDMA>Ver.2

slide18
無線チャネル構成
  • 物理チャネル……異なるコード

報知チャネル : 12

共通制御チャネル : 12

(FACH,RACH)

共通制御チャネル : 12

(PCH)

個別物理チャネル : 300

  • 論理チャネル……タイムスロット化して同じ位置のものを集めたもの

<W-CDMA>Ver.2

slide19
論理チャネル構成

制御チャネル(CCH:Control Channel)

共通制御チャネル(CCCH:Common Control Channel)

報知チャネル(BCCH:Broadcast Control Channel)

報知チャネル1(BCCH1)

報知チャネル2(BCCH2)

ページングチャネル(PCH:Paging Channel)

下りアクセスチャネル(FACH:Forward Access Channel)

下りアクセスチャネル-ロング(FACH-L:FACH-Long)

下りアクセスチャネル-ショート(FACH-S:FACH-Short)

ランダムアクセスチャネル(RACH:Random Access Channel)

ランダムアクセスチャネル-ロング(RACH-L:RACH-Long)

ランダムアクセスチャネル-ショート(RACH-L:RACH-Short)

個別制御チャネル(DCCH:Dedicated Control Channel)

孤立個別制御チャネル(SDCCH:Stand-alone Dedicated Control Channel)

付随制御チャネル(ACCH:Associated Control Channel)

トラフィックチャネル(TCH:Traffic Channel)

個別トラフィックチャネル(DTCH:Dedicated Traffic Channel)

ユーザパケットチャネル(UPCH:User Packet Channel)

<W-CDMA>Ver.2

slide20
論理チャネル
  • 報知チャネル(BCCH)

基地局から移動局に対してセル、又はセクタ毎のシステム的な制御情報を報知するための片方向チャネル

  • ページングチャネル(PCH)

基地局から移動局に対して、広いエリアに同一の情報を一斉に伝送するための片方向チャネル

  • 下りアクセスチャネル(FACH-L/S)

基地局から移動局に対する制御情報、又はユーザパケットデータを伝送するための片方向チャネル

  • ランダムアクセスチャネル(RACH-L/S)

移動局から基地局に対する制御情報、又はユーザパケットデータを伝送するための片方向チャネル

  • 孤立個別制御チャネル(SDCCH)

制御情報のための Point to Point の双方向チャネル(1物理チャネル専有)

  • 付随制御チャネル(ACCH)

制御情報のための Point to Point の双方向チャネル(DTCHに付随したチャネル)

  • 個別トラフィックチャネル(DTCH)

ユーザデータを転送するための Point to Point の双方向チャネル

  • ユーザパケットチャネル(UPCH)

ユーザパケットや制御情報を伝送するための Point to Point の双方向チャネル

<W-CDMA>Ver.2

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アクセス手順

報知(とまり木)チャネルを開く

  • LAI,上りロングコード
  • 下りロングコード
  • 周辺セル下りロングコード
  • RACH上りロングコード
  • FACH,PCH下りショートコード

獲得

アクセスチャネルRCHで通信要求

  • スロットALOHA衝突ありうる
  • SDCCH上下ショートコード
  • 位置登録

SDCCH設定

  • TMU → IMUI変換

ユーザ認証(乱数送信して暗号をもらう)

  • 結果照合

通話チャネル設定

  • 上下通話用ショートコード

<W-CDMA>Ver.2