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ネットワークと コミュニケーション技法

ネットワークと コミュニケーション技法. 第 11 回 － モバイル通信 －. 講義内容. １．モバイル通信基礎技術 ２．携帯電話システム ３．携帯電話サービスと将来展望. 電磁波と電波. 直進性 大きい. 波長. 周波数. 高い. 1 億 THz. γ 線. 1.000 万 THz. ●. ＣＴスキャン. ●. レントゲン. Ｘ線. 10 万 THz. 1 万 THz. 紫外線. 1.000THz. 789. THz. 可視光線. ●. 太陽. 384THz. 赤外線. ●. リモコン. ●. 赤外線こたつ.

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  1. ネットワークと コミュニケーション技法 第11回 － モバイル通信 －

  2. 講義内容 １．モバイル通信基礎技術 ２．携帯電話システム ３．携帯電話サービスと将来展望

  3. 電磁波と電波 直進性 大きい 波長 周波数 高い 1億THz γ線 1.000万THz ● ＣＴスキャン ● レントゲン Ｘ線 10万THz 1万THz 紫外線 1.000THz 789 THz 可視光線 ● 太陽 384THz 赤外線 ● リモコン ● 赤外線こたつ 3.000GHz 0.1mm ● マイクロ波中継(4/5/6,11/15.22GHz) 無線通信 周 1mm 300GHz 波 ● 衛星移動通信(2.6GHz) ● 衛星放送 数 ● 電子レンジ 無線LAN(2.4GHz, 5.2GHz) ● 10cm 3 GHz ● 移動通信(第3世代: 2GHz) 電 ● PHS (1.9GHz) ● テレビ(ＶＨＦ)放送 波 ● 移動通信(第2世代：800MHz～1.5GHz) 1m 300MHz ● ＦＭラジオ放送 ● ポケットベル(280MHz) 10m 30MHz 3 MHz 100m 低い ● ＡＭラジオ放送 100km 3 kHz 直進性 小さい

  4. 移動通信の電波伝搬のモデル　 送信 反射波（はね 返る電波） 透過波（通り抜ける電波） 直接波（真っ直ぐ進む電波） 受信 基地局 回折波（回り込む電波） 移動局 （携帯電話機）

  5. マルチパス伝搬 電波は、反射したり、回り込んだり、通り抜けたりする。 → 同じ電波がいろんな方向からやってくる。 ○ 室内や建物の影にいても、電波を受信できる。 × 所々、電波の弱いところができる。 電波の強さ 電波が非常に弱い（電波の谷）

  6. フェージング 場所によって、電波の強さが大きく変わる。 電波の谷では、正常に受信できない。 （電波の強さ） 数十cm 移動すると、電波の強さが激しく変動する。 外部アンテナ1 携帯電話では、2つのアンテナで受信 （どれかのアンテナで受信できる。） 内蔵アンテナ2

  7. 遠回りしてくる電波 電波の通り道が全然違うと、違った問題が起きる。 (b) (a) 先にやってきた電波（a）に、あとからやってきた電波（b）がかぶってしまい、干渉する。

  8. 移動通信の電波伝搬特性 短区間中央値 瞬 瞬時値変動 時 値 短 中央値変動 区 間 （シャドウイング） 長区間中央値 中 央 値

  9. 無線ゾーン 一つの基地局の電波の届く範囲を無線ゾーン（またはセル）と呼ぶ。 ゾーンＥ ゾーンＤ ゾーンＣ ゾーンＢ ゾーンＡ ゾーンＧ ゾーンＦ

  10. セルＥ セルＤ セルＣ セルＢ セルＡ セルＧ セルＦ セルの大きさ 基地局 基地局 f5 f4 携帯電話 基地局 基地局 基地局 f3 f2 f1 基地局 基地局 f7 f6 f1～f7はセルA～セルGでの使用周波数を示す。 携帯電話 約1W PHS 基地局 約10mW 4W マイクロセル マクロセル （半径数100m） 携帯電話基地局 （半径数km） PHS基地局 0.5W セルを六角形でモデル化

  11. セル構成例 正六角形が最もオーバラップ部分の面積が少ない。 セル設計（基地局配置設計）では、正六角セルでエリアを覆う。 R R 基地局 R 基地局 基地局 オーバラップ面積 1.2R2 0.73R2 0.35R2 (c)正六角形セル (b)正四角形セル (a)正三角形セル

  12. 周波数の再利用 電波が限られている （＝足りない） 一人当たりの周波数の帯域幅を小さくする。 離れたところで同じ周波数を使う。 対策 離れた所から、同じ周波数 の電波がやってくることがある。 同じ周波数を使う距離を短くする。 使える人が多くなる。

  13. 周波数繰返し f1 f1 f4 f1 f4 f3 f2 f3 f7 f2 f3 f2 f5 f6 ４リユース （4つの周波数を使用） ７リユース （7つの周波数を使用） ３リユース （3つの周波数を使用） 異なる周波数の複数セルを一群としてこのグループでサービスエリアを 面的に覆う。

  14. 無線アクセス方式 ・・・ FDMA 周 波 4 周波数でユーザを区別 数 3 2 1 時間 TDMA 周 波 1 3 1 2 2 4 数 時間でユーザを 区別 ・・・ 時間 CDMA コード 周 波 コードでユーザを 区別 数 ・・・ 4 3 2 ユーザ 1 時間

  15. ディジタル変復調方式 送信データ 周波数変換 （中間周波数帯 →無線周波数帯） 無線区間 ディジタル 変調 帯域制限 信号変換 再生データ 周波数変換 （無線周波数帯 →中間周波数帯） ディジタル 復調 データ再生 信号変換 雑音除去

  16. 携帯電話システムの機能 位置登録エリア ハンドオーバ 発信 着信 待受け 位置登録 位置登録エリア

  17. 報知情報 ●報知情報 　　・そのエリアにいる携帯電話に対し、ネットワークからそのエリア毎の 　　サービス情報を常に通知。　携帯電話はその情報を常時監視。 　　・情報の一つとして、エリア情報がある。 　　・携帯電話はその情報を見て、自分がどのエリアにいるのか判断可能。 新宿区 ネットワーク 渋谷区 ネットワーク ここは新宿です ここは渋谷です 渋谷エリア 新宿エリア

  18. 一斉呼出 位置登録エリアB ホームメモリ 一斉呼出 B 一斉呼出 位置登録 応答 エリアＢ 無線ゾーンα 着信 ルーチング番号 移動通信交換局 移動通信交換局 一斉呼出 （関門局） （在圏局） 無線ゾーンβ

  19. 位置登録方式 固定網 移動網 ホームメモリ 3123 一斉呼出 位置登録エリアα 4567 在圏局 090-3123-4567 4567 移動網へ 090-3123-4567 ルーチング番号 位置登録エリアα 移動通信 交換局 関門局 位置登録エリアβ 無線基地局

  20. 位置登録 その1 ●位置登録 　　・携帯電話は最初に電源をONした時に、そこのエリアの報知情報を 　　見て、自分のいる位置を確認。 　　・ネットワークに対し、自分のいる位置を通知。 　　・ネットワークでは通知された位置を記憶、 　　　携帯電話でも自分の位置を 　　　記憶しておく。 090-123-45678の 携帯電話の位置を 渋谷エリア　と記憶 ホームメモリ ② 新宿区 ネットワーク 渋谷区 ネットワーク 最初の電源ON時 携帯電話はネットワークに 対し、位置を通知 携帯電話は自分が 登録した位置を記憶 ① 090-123-45678 新宿エリア 渋谷エリア

  21. 位置登録 その2 ●位置更新 　　・携帯電話は報知情報と、自分が記憶している登録エリアを比べ、 　　違う場所に来たことを判断したとき、ネットワークに対し、再び 　　位置を通知する。 　　・ネットワークでは通知された位置を以前のものから更新、 　　　携帯電話でも自分の位置を 　　　更新し、記憶しておく。 090-123-45678の 携帯電話の位置を 新宿エリアに更新 ホームメモリ ③ 新宿区 ネットワーク 渋谷区 ネットワーク ② 携帯電話は報知情報により 違う位置に来たことを判断し、 携帯電話はネットワークに対し、 位置を通知 携帯電話は自分が 登録した位置を更新 ① 090-123-45678 新宿エリア 渋谷エリア

  22. 携帯電話ネットワーク 固定電話 ディジタル移動ネットワーク 関門交換局 ホームメモリ局 中継交換局 基地局 加入者 交換局 位置登録 エリアB 基地局 移行 移動局2 位置登録 エリアA 移動局1

  23. ＰＨＳネットワーク 公衆電話網 ＩＳＤＮ 市内交換機 制御装置 INS64、２回線 ＰＨＳ接続装置 ３端末 基地局 端末

  24. 携帯電話とPHSの比較 PDC PHS 項目 4W 500ｍW 最大 送信電力 基地局 0.8W 10ｍW 移動機 100ｍ～500ｍ程度 （マイクロセル） 0.5～3ｋｍ以上 セル半径 移動機送信 940-958 893-895 925-940 1,429-1,453 MHz 1893.5～1919.6MHz 無線周波数帯 基地局送信 810-828 838-840 870-885 1,477-1,501 MHz ﾀﾞｲﾅﾐｯｸﾁｬﾈﾙ配置 （自律分散制御） ﾁｬﾈﾙ配置法 固定ﾁｬﾈﾙ配置

  25. モバイル通信の変遷 1980年代 2000年代 1990年代 アナログ信号 ディジタル信号 広帯域・超高速データ 高速データ 低速データ 音声 20Mbit/s以上 ～384kbit/s(2Mbit/s) ～64kbit/s 第２世代 第１世代 第３世代 第４世代 IMT-2000 デジタル方式 Systems beyond IMT-2000 アナログ方式 W-CDMA cdma2000等 PDC, GSM, IS-136,IS-95, PHS等 音声 低速データ 高速データ(～２Mbps) 映像、音声 あらゆる情報、 高精細映像 音声中心 アナログ伝送 /FDMA マルチレートデジタル伝送 /CDMA デジタル伝送 /TDMA ？

  26. IMT-2000無線インタフェース CDMA Direct Spread (3.84Mcps) CDMA系 (W-CDMA), (UMTS) CDMA Multi-Carrier (3.6864Mcps) IMT-2000地上系 無線インタフェース (cdma2000) CDMA TDD TDMA系 Single Carrier FDMA/TDMA

  27. CDMAの原理とRAKE受信 周波数(f) B f B f f b b 変調 データ拡散 多重伝送 データ逆拡散 パワー 復調 時間 RAKE受信 逆拡散 拡散 1011 1011 受信出力大 （品質向上） 同相合成 11010110010 拡散コード ユーザ毎に固有

  28. 基地局 基地局 IMT-2000のネットワーク構成例 有線ネットワーク／無線ネットワークなど 他事業者ネットワーク イントラネット インターネット 移動サービス 制御局 高度サービス 制御局 位置登録 メッセージ 処理装置 関門中継階梯交換機 ゲートウェイ 各種 サーバ 回線交換 　　機能 ﾊﾟｹｯﾄ交換 　　機能 各種サーバ ゲートウェイ 共通線信号網 ATMネットワーク ヨーロッパGSMネットワークと互換 加入者階梯交換機 加入者階梯交換機 回線交換 　　機能 回線交換 　　機能 ﾊﾟｹｯﾄ交換 　　機能 ﾊﾟｹｯﾄ交換 機能 基地局制御装置 基地局制御装置

  29. 国際ローミング FOMAカード(ICカード）の差し替えで端末を変更しても利用可能

  30. ヨーロッパ　 北米 中東　 アジア　 アフリカ　 中南米　 オセアニア　 ローミングサービス提供の国と地域数 134 114 ：2G, 3Gローミング提供エリア 94 100 ：2Gローミング提供エリア 渡航先カバー率：９９％以上　 50 ：ローミング未提供エリア 2003.3 2004.3 2006.5 国際ローミング • ローミングアウト：　134の国/地域（2006年5月現在） • ローミングイン：　 130の国/地域（2006年5月現在） • 音声、TV電話、パケット（i-mode）、SMS SIMPUREシリーズ

  31. モバイルマルチメディアサービス ﾒｰﾙ、ﾌﾞﾗｳｼﾞﾝｸﾞ、ｉﾓｰﾄﾞ/EZweb/J-Sky Web インターネット 歩行者 ナビゲーション カー ナビゲーション 位置検索 音楽、ｹﾞｰﾑ、映画予告、 広告 情報配信 自動販売機POS、 環境監視、情報家電 遠隔監視・制御 決済 モバイル ｅコマース RF-IDタグ応用 物流、在庫管理

  32. i-modeのビジネスモデル I P IP:Information Provider(情報提供事業者) 情報料 情報 料金回収代行手数料 DoCoMo iモード ユーザー 代行徴収分の請求 情報料

  33. 情報提供者 情報提供者 情報提供者 インターネット 料金 DB ユーザ DB モバイルインターネット（iモード）の構成例 iモード サーバ パケット通信 ﾊﾟｹｯﾄ網 (PDC-P) プロトコル変換 TCP/IP HTTP ディジタル携帯・自動車網 (PDC) FOMA網 音声・モデム通信 ＩＳＰ 音声・モデムﾃﾞｰﾀ 他電話会社通信網

  34. 多種、多様な端末の充実 904iシリーズ 703iシリーズ

  35. 基地局 ユーザAの無線状態 通信速度 無線状態 ユーザBの無線状態 良 約14Mbps ユーザA（時間T1） 無線状態＝良 ユーザB（時間T2） 悪 時間 無線状態＝悪 ユーザB（時間T2） ユーザA（時間T1） HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) HSDPAを実現する技術 • 共有チャネル • HSDPA用のHS-DSCH(High Speed – Downlink Shared Channel)の動的な複数ﾕｰｻﾞへの割当て • 適応変復調・符号化 • 移動機の無線環境に応じて変調方式、符号化率、ｺｰﾄﾞ数を決定 • Hybrid-ARQ • 再送されたﾃﾞｰﾀと過去に受信されたﾃﾞｰﾀの合成による再送回数の低減 • 基地局適応スケジューリング • 無線環境の良いﾕｰｻﾞへの優先的な割当てｱﾙｺﾞﾘｽﾞﾑによるｽﾙｰﾌﾟｯﾄの向上 送信電力一定

  36. 検索サービスの強化

  37. 端末の高機能化 おさいふ 自動販売機（在庫管理） タクシーなど （配車管理） 機能の取り込み 外部機器への組込み 　・モジュール化 テレビ メーター （検針） 車内利用 リモコン 通信先の拡大 　・有線：USB 　・無線：非接触IC、IrDA、Bluetooth デジカメ 音楽プレーヤー 改札機 店舗端末 ノートPC 自動販売機 情報家電

  38. 暗証番号を入力 ロック設定・解除 安全安心を実現するセキュリティ機能 • 遠隔ロック • 他の電話から遠隔操作で他人が使用できないようにロック • ICカードロック • 端末暗証番号によりICカードの利用を制限 • 指紋センサー • 事前登録の指紋によるロックの設定、解除 • 顔認証（フェイスリーダー） • 事前登録の顔認証画像によるロックの設定、解除 • セキュリティスキャン • ｳｨﾙｽ自動検出、ｾｷｭﾘﾃｨﾊﾟﾀｰﾝの自動更新 • 電子認証サービスFirst Pass • ﾄﾞｺﾓから取得したﾕｰｻﾞ証明書による認証

  39. 「おサイフケータイ」の利便性向上 • 「おサイフケータイ」対応端末契約数の拡大が加速　 　　　　⇒ ケータイの生活インフラ化が着実に進展　　 • ドコモのクレジットサービス「DCMX」の提供（4月28日開始予定） TICKET TRANS- PORTATION モバイルSuica 2006年1月28日開始 FINANCE ONLINE SHOPPING SHOPPING MEMBER’S CARD KEY/ID ◆ サービス提供予定の企業も含まれています。◆ 「Edy（エディ）」はビットワレット株式会社が管理する 　 プリペイド型電子マネーサービスのブランドです。 ◆ 「Suica」は東日本旅客鉄道株式会社の登録商標です。

  40. ワンセグ受信とネット連携 ・地上波デジタルＴＶ番組の視聴 ・データ放送から興味あるインターネットサイトにアクセス 番組を見たユーザが、商品購入 サイト等へアクセス （ネットショッピング等） 据え置き TV向け 携帯電話の 基地局 13セグメント （1チャンネル分の帯域） 携帯向けは ワンセグメント 据え置き TV向け 放送局 インターネット

  41. 通信と放送の連携 携帯電話ならではのコミュニケーションと連携した番組視聴を目指して 通信 放送 通信 サービス Gガイド番組表 リモコン ワンセグ iモード　 ■リアルタイムな情報 　も表示可能 　　・天気 　　・交通情報 　　・ニュース データ放送サイトへ 　放送サービス （放送局が提供） 番組を選択しTVを起動 i モ | ド サ イ ト へ データ放送全画面 表示も可能 通信キャリアサービス 　　（ドコモが提供） iモードサイトへ ■既存iモードサイト 　・関連詳細情報 　・物販 　・マイメニュー登録 Gガイド番組表 リモコン起動 Gガイド番組表：テレビ番組表とAVリモコン機能が一つになったiアプリ

  42. 4Gに向けて ITU-Rフレームワーク勧告での（「４G」の呼称は「IMT-Advanced」） 最高速度の仕様は、高速移動で100Mbps、低速移動（構内系含む）で1Gbps。 Systems beyond IMT-2000は 旧来のシステムの能力を包含する 移動速度 100Mbps System Beyond IMT-2000の新しい能力 IMT-Advanced 高速 New Mobile Access 破線はSystem Beyond IMT-2000のデータ・ レートがまだ決定していないことを示している Enhanced IMT-2000 IMT-2000 1Gbps . Enhancement New Nomadic / Local Area Wireless Access 低速 1 10 100 1000 通信速度 (Mbps)

  43. 電波の利用状況（平成21年4月現在） WiMAX 引用：http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/index.htm

  44. 電波の利用状況（平成21年4月現在） 引用：http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/index.htm

  45. 引用：日経NETWORK 7月号　話題の端末iPadで学ぼう！　無線通信技術の基本

  46. 引用：日経NETWORK 7月号　話題の端末iPadで学ぼう！　無線通信技術の基本

  47. 引用：日経NETWORK 7月号　話題の端末iPadで学ぼう！　無線通信技術の基本

  48. 課題 １．モバイル通信において周波数の有効利用を　 　図る理由は何か？また、周波数有効利用の方 　法を列挙せよ。 ２．第３世代携帯電話方式の特徴を技術及び 　サービス面から各々説明せよ。

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