1.LTE への期待 2.LTE の標準化動向 目次 - 3GPPLTE/SAE - NGMN(NextGenerationMobileNetwork) - LSTI(LTESAETrialInitiative) 3.LTE の要素技術 4.EPS ネットワークアーキテクチャ 2

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1 3.9 世代モバイル LTE の可能性 2008 年 11 月 25 日日本電気株式会社モバイル RAN 事業部元野秀一

2 1.LTE への期待 2.LTE の標準化動向 目次 - 3GPPLTE/SAE - NGMN(NextGenerationMobileNetwork) - LSTI(LTESAETrialInitiative) 3.LTE の要素技術 4.EPS ネットワークアーキテクチャ 2

3 3 LTE への期待

4 ICT の進化 通信システムと CPU(PC) の進化 Communication system transmission speed about x1600 per decade (ISDN(1996)-> FTTH(2007) 100M 100M bps bps FTTH WiMAX /4G CLKfreq. CPU performance about x100 per decade (1995 -> 2008) 2G 3GHz Year 4 acoustic coupler 300bps wired analog circuit ISDN circuit 64kbps 2400bps 2400bps ADSL mobile circuit 2Mbps 3.6Mbps HSDPA(3.5G) PHS ~ Year 10M 1989 PC-9821Cb (i486sx) 33M 1 95 LC900/GD (Core 2Duo) 8 0M VT8 0J (Pentium Ⅲ) VR970/MG (Core 2Quad) Year ICT: information & communication technology

5 増大するデータトラヒック需要 日本のブロードバンド契約者のダウンロードトラヒック量 ( 平均 ) (MB/ 人 日 ) 350 ブロードバンド契約者 1 人当たり 1 日に音楽 CD(MP3) 約 4 枚をダウンロードする量に相当 有線も無線も急激に増大! 年で.66 倍の伸びの伸び ( ページビュー / 人 日 ) i モード Web アクセス数 ( 平均 ) 4 年で 6 倍の伸びの伸び '04.11 ブロードバンド契約者は 1.5 倍に トラヒック総量は 2.5 倍に '05.5 '05.11 '06.5 '06.11 '07.5 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ( 出典 ) 総務省 我が国のインターネットにおけるトラヒック総量の把握 (2008 年 2 月 ) より作成 ( 出典 ) ドコモ HP 契約数月次データ過去の i モード利用状況 より作成 5

6 ワイヤレスブロードバンドを目指した 2 つの大きな流れ ワイヤレスブロードバンドを目指した 2つの大きな流れ 3GPP 系の無線通信の進化 W-CDMA, HSPA, LTE 等 CDMA2000, EV-DO, UMB 等 IEEE 系の無線通信の進化 Wi-Fi, WiMAX 等 高 機動性ワイヤレスブロードバンドへ 3GPP 系無線通信 ( 携帯電話系 ) LTE モバイル系の高速化 IEEE 系無線通信 ( 無線 LAN 系 ) ワイヤレスブロードバンド WiMAX 4G 高速システムのモバイル化高速システムのモバイル化 HSPA Evolution HSPA Evolution-2 モバイル WiMAX LTE 4G 低 低 伝送容量 FWA 高 モバイル WiMAX は LTE より先行 6

7 ブロードバンド時代のサービス アプリケーション サービス アプリケーション 放送通信ファイナンスコンテンツ商取引 通信 放送 = トリプルプレイ = -TV - 電話 - インターネット ブロードバンド通信 = モバイル利用 = TV/ ゲーム データ データ ファイナンスと通信 = 電子財布 = - 電子チケット - ショッピング - ファイナンス - 自販機 - 電子マネー クレジットカード機能 新ビジネス機会 - 有料放送 - ビデオ視聴 - ゲーム配信 - TV 電話 - ホームセキュリティ - ホームヘルスサービス - 放送融合型インターネットショッピング - E ラーニング ネットスクール 7

8 2010 年代の無線システムを実現するための課題 (1) 無線ブロードバンド本格化によるトラヒックの爆発的拡大 2007 年 2012 年 2017 年 生活一般 ,172 文化 娯楽 ,802 教育 健康 医療 安全 ,652 公共 交通 企業活動 環境 ,375 モバイル EC 合計 100 1,564 22,27 ( 出典 : 総務省 情報通信審議会 2008 年 10 月 31 日 ) 今後 10 年でモバイル通信量は 220 倍 高速通信により 公共 交通 をはじめ 教育 健康 医療 安全 といった新たしいサービスの伸びが予測される 無線アクセストラヒックの爆発的拡大への対処は 以下の 3 つの施策が基本 1) 利用周波数帯域拡大 2) 周波数利用効率向上 3) 面的 空間的利用率向上その他に 放送 同報通信によるトラヒックの効率的集約も 8

9 2010 年代の無線システムを実現するための課題 (2) 利用周波数帯域拡大例 ) 移動通信システム用周波数再編 移行の進捗約 270MHz@2003 約 500MHz@2008 へ ( 約 2 倍 ) 周波数利用効率向上例 ) 3GPP システム ( 下り回線 )(TR25.912v7.2.0 他 ) Rel-6 UTRA(1x2): 0.5bps/Hz/cel LTEMIMO(4x4): 2.7bps/Hz/cel( 約 5 倍 ) IMT-Advanced( 目標 ): 3.0bps/Hz/cel( 約 6 倍 ) 当面見込める能力向上は 最大で 12 倍程度 更なる周波数帯域確保と面的 空間的利用効率向上が必須 9

10 無線ブロードバンド化に向けた備え 面的 空間的利用効率向上の基本は 超小型基地局 ( フェムトセル ) 分散基地局の迅速 広範な普及が重要 フェムトセル : 事業者設備としての導入 普及将来的にはユーザ設備としての普及も ( アクセス回線高速化に合わせた ) バックホール回線の高速化 更なる周波数帯域確保 - 周波数割当てでの国際協調の一層の推進 ( 国際競争力視点でも重要 ) - マルチ無線 コグニティブ無線時代の柔軟 動的な周波数利用例 ) 周波数共用 周波数アグリゲーション 動的周波数割当 動的周波数アクセス など 10

11 国内 海外の LTE 展望 主要キャリアは ほとんどが LTE を採用予定 サービス開始時期は 2010 年度 サービス提供国 キャリア増加は 2011 年度 2012~2013 年度は 普及期へ Market Mobile Operators Current Technology 3.9G technology Japan NTT Docomo Softbank Mobile WCDMA WCDMA LTE LTE EMOBILE WCDMA, HSPA LTE KDDI cdma2000 1x LTE America AT&T Wireless Verison WCDMA cdma2000 1x LTE LTE Sprint cdma2000 1x Mobile WiMAX Europe Vodafone Orange WCDMA WCDMA LTE LTE T-Mobile WCDMA LTE Telefonica O2 WCDMA LTE China China Mobile China Telecom TD-SCDMA, HSPA cdma2000 1x TD-LTE LTE China Unicom WCDMA LTE (Source: Seed Planning, Inc.) 11

12 12 LTE の標準化動向

13 移動通信システム高速化の変遷第 3 世代から第 4 世代へ ITU-R システム IMT 区分 IMT-200 EnhancedIMT-200 EnhancedIMT-200 IMT-Advanced 世代 3G 3.5G 3.9G/Pre4G 4G コンセプト 大容量 高品質音声モバイルインターネット ( 無線マルチメディア ) 高速モハ イルインターネットモハ イル同報 / 放送 モハ イル BB へ 本格的モハ イル BB NGN/NGMN 無線技術 CDMA CDMA TDM スケシ ューリンク OFDMA TDM FDM スケシ ューリンク OFDMA(?) 無線方式 3GPP 3GPP2 WCDMA(FDD) TD-CDMA(TDD) TD-SCDMA(TDD) cdma2 001x(FDD) (Rel. 0,Rev.A,Rev.B) HSPA(FDD,TDD) HSPA+ EV-DO(FDD) (Rel. 0/Rev.A/Rev.B) LTE(FDD,TDD) UMB(FDD,TDD) LTE+(?) UMB+(?) IEE OFDMTDD WMAN(802.16e) m NW 進化 CSDomain PSDomain PS の IP 対応進化 IMS/MMD, 異種網接続 FlatArchitecture All -IP 異種網接続 NW Convergence NW 3GPP UTRAN GSM-evolvedCN UTRAN CN E-UTRAN EPC(SAE) E-UTRAN (?) EPC(SAE)(?) 3GPP2 cdma2 00RAN IS-41evolvedCN and PCN EV-DORAN EV-DOCN CAN EnhancedCN CAN (?) EnhancedCN(?) 13

14 A Trend of System Bit Rate Spec. Year ~ ~ 3GPP HSDPA DL 7.2Mbps UL 384kbps WCDMA R.99 DL 384kbps UL 64kbps EDGE DL 237kbps GSM/GPRS HSPA DL 14.4Mbps UL 5.74Mbps LTE 20MHz DL 326.4Mbps UL 86.4Mbps Evolved HSPA DL 42.0Mbps UL 11.5Mbps Evolved EDGE DL 1.2Mbps IMT-Adv. 3GPP2 Cdma2000 1xRev.A DL 3.1 Mbps UL 1.8 Mbps Cdma2000 1xRev.B N=3 DL 14.7 Mbps UL 5.4 Mbps 3GPP2 UMB 20MHz DL 288.0Mbps UL 78.0Mbps IEEE WiMAX Forum Mobile WiMAX Wave1 DL 20.2Mbps UL 5.0Mbps Mobile WiMAX Wave2 DL 40.3Mbps UL 10.1Mbps No backward Compatibility UMB: Ultra Mobile Broadband, defined as LBC (Loosely Backward Compatibility) in Rev.C 14

15 3GPP-LTE 標準化スケジュール ( 当初予定 ) 要求条件 2 RAN-CN 機能分担 アーキテクチャ無線 PhysicalLayer 技術 Study em It 遅れ 遅れ Stage2Level Informationflow, Channelstructure, Mobility,etc. 3 4 WorkItem 年 11 月 LTE 検討開始 年 6 月要求条件を決定 3. アクセス方式として OFDMA(DL) SC- FDMA(UL) に決定 年 9 月に基本検討を完了 年 9 月に仕様 FIX 遅れ Stage3Level Protocol 検討可能な項目から着手 15

16 最新標準化スケジュール ( 月 ) Dec Mar Jun Sep Dec Mar Jun RAN1 Layer 1 P F RAN2 Layer 2 RRC A A P P F F AF RAN3 L1&Transport S1/X2 AP A A P P F F AF RAN4 UE enb Tx/Rx RRM core A A RRM Test Phase 1 Phase 2 enb Test A F F Common env. Signaling RAN5 RF Tx/Rx/Per Req. A RF RRM (Source: RP ) A A A A: Approval P: Pre-Functional Freezing F: Functional Freezing AF: ASN.1 Freezing 16

17 標準化最新状況 (Rel8-SAE) 17 Conclusions (1) SP Target for LTE/SAE freezing is Dec 2008 Rel 8 schedule will be determined by LTE/SAE completion Explicit tracking of LTE/SAE progress at each SA plenary Early stabilization of stage 2 building blocks to expedite stage 3 work is encouraged From SA39 ( 08.3) Reports [Rel8 に含まれる機能 ] Single Radio Voice Call Continuity for 3GPP SAE for generic support for non-3gpp accesses (including Dual radio aspects of optimised handover with WiMAX) SAE impacts on IMS (e.g. Local Break Out aspects) CS fallback [Rel8 から削除された機能 ] SAE aspects of Emergency Calls Functions and procedures for SAE to support LTE MBMS Functions and procedures for SAE to support Control Plane LCS CS over EPS Single Radio Aspects of SAE for Optimised Handover with WiMAX SAE(TSG-CT TSG-SA) の進捗は LTE(TSG-RAN) よりさらに遅い 仕様凍結は 月目標

18 Rel7 の WCDMAHSPA+ WCDMAHSPA(HSDPA&HSUPA) の拡張として Rel7/Rel8 にて様々な機能が提案され 仕様として取り込まれている 下記 Rel7HSPA+ 機能はいずれも UEOption となっている 機能名 (TDD 除外 ) 進捗 Release 内容 MIMO 100% Rel7 HSDPA に対して MIMO(2x2) を適用可能とする ContinuousPacketConnectivityfor packetdatausers 100% Rel7 HSDPA/HSUPA で必要となる個別チャネルを DTX 制御することにより干渉量を削減する EnhancedCELL_FACHstateinFDD 100% Rel7 HS-DSCH 上に FACH を多重可能とする 64QAMforHSDPA 100% Rel7 HSDPA に 64QAM を適用 DL21.6Mbps を実現 ImprovedL2supportforhighdata rates 100% Rel7 RLC/MAC レイヤを変更し Pading による Overhead をなくし 高速伝送に対応 Introd uctionof16qaminhsupa 100% Rel7 HSUPA に 16QAM を適用 UL11.5Mbps を実現 18

19 Rel8 の WCDMAHSPA+ 機能名 (TDD 除外 ) 進捗 Release 内容 EnhancedUplinkforCELL_FACH StateinFDD 90%+α Rel8 CELL_FACH 状態の上りとして E-DCH(HSUPA) を適用することを規定 Combinationof64QAMandMIMOin HSDPA(FDD) 100% Rel8 理論的に DL43.2Mbps を実現 EnhancedUEDRXforFDD 100% Rel8 CELL_FACH 状態時の UE-DRX の導入と CELL_DCH 時に UE-DRX の cycle を追加 EnhancementsforSRNSRelocation Procedure 100% Rel8 FlatArchitecture における SRNSRelocation 手順を導入 EnhancementsforFDDHSPA Evolution 70%+α Rel8 FlatArchitecture において MBMS の SoftCombining を導入 HSPAVoIPto WCDMA/GSMCS continuity 50%+α Rel8 SRVCC(SingleRadioVoiceCallContinuity) HS-DSCHEnhancedServingCell Change 70%+α Rel8 HSDPASer vingcellchange での中断時間を短縮するために HS-SCCH の受信方法を変更 Dual-CellHSDPAopera tionon adjacentcariers RAN1:90% RAN2/4:50%+α RAN3:0%+α Rel8 5MHzx2 により最大で DL43.2Mbps(64QAM) を実現 MIMO との併用は不可 UL は適用対象外 CSvoiceserviceoverHSPA 100% Rel8 CS( 例 : 音声 ) を HSDPA/E-DCH で転送することを規定 ImprovedL2foruplink 100% Rel8 RLC/MAC レイヤを変更し Pading による Overhead をなくし 高速伝送に対応 RFrequirementsforMulticarierand Multi-RATBS 開始 +α 10.3 Multi -RAT をサポートする BS に対する RF の要求条件 今後 DC-HSDPA+MIMO ULDC-HSPA MorethanDual Cel などが提案される予定 19

20 NGMN(NextGenerationMobile Network) NGMN Limited とは NGMNLimited は 既存の HSPA や EVDO に続く次世代モバイルネットワークである Beyond3G の技術発展ビジョンを移動通信体事業者主導で検討するための団体であり 2006 年 9 月に設立された 総会 (AnnualGenera lmeeting) 年 1 回開催 理事会 (Boar d) BoardChairman ThomasGeitner(VodafoneGroup) BoardMembers VivekBadrinath(Orange) HamidAkhavan(T-Mobile) HorstLennertz(KPNMobile) BarryWest(SprintNextel) TakanoriUtano(NTTDoCoMo) ShaYuejia(ChinaMobile) WorkingGroup1 TechnicalGroup WorkingGroup2 IPRGroup WorkingGroup3 SpectrumGroup WorkingGroup4 SystemVerification WorkingGroup5 CommunicationGroup 20

21 NGMNTechnicalSteeringCommittee の活動 NGMNProject structurewith4keyareas Technical Steering Committee H 3GPP 3GPP2 WiMAX Forum P1: SDOsandNGMNAlignment 1 GuidancetoSDOs Spon sors/advisorsprojects P5: System Architecture P7: Broadcast/Multicast P8: Terminals: Technology, Ops, Cert. P11: Optimized Backhaul P12: Self-organized Networks P13: Multi-vendor RAN P15: PS Telephony & VCC P10: Deployment targets P14: Network Performance Pxx: Future projects (if any) 2 Recommendations andrequirements 3 Time tomarket 4 Technology assessment 21 各 WG より要求 ( 例 :NGMN RadioAccessTerminalRequirements) が発行され 3GPP などに対する要求条件の入力が行われている

22 LSTI(LTESAETrialInitiative) LSTI は LTE/SAE/UE の結合試験を行うべく NGMN 加入のベンダを中心に 2007 年 5 月に発足した NEC も 2008 年 9 月に加入 PoC:ProofofConcept(ProtoType 機を用いた LTE のコンセプト検証 ) IOT:InteroperabilityTest( 上位レイヤも含んだシステム総合試験 ) IODT:InteroperabilityDevelopmentTest( 下位レイヤのノード間試験 ) 22

23 PoCMeetingsandDeliverables Jan Q1 08 Feb Mar Apr Q2 08 May Jun Jul Q3 08 Aug Sep Oct Q4 08 Nov Dec Jan Q1 09 Feb Mar FDD M1M2 L1 & MIMO L1 peak Tput MIMO gains AMC & HARQ Drive tests Webcast LSTI SB NGMN NGMN PoC FDD F2F PoC TDD F2F - CTIA Basestation Bath LSTI SB Radio latency 350 km/h UE Industry event for LSTI LTE Berlin NGMN OC Press release IODT NGMN conf Application Tput UL Power Control Multiple UEs per cell E2E U-Plane latency Impact of UE speed TDD LSTI SB M3 Multi UE Scheduling gain C-Plane latency QoS / VoIP SIMO Pk rates LSTI SB Informa Hong Kong NGMN OC Informa USA Informa, London MIMO Pk rates Press Release M4 Multi Cell Further consolidation Active mode handover Idle Mode Mobility Cell edge Interference MIMO Precoding UE speed Latency MWC Barcelona 3GPP-ATIS, Dallas L2/L3 Multi UE Multi Cell Note: contents in this page are produced by and belong to LSTI. 23

24 IODTMeetingsandDeliverables 4Q Q Q Q Q Q GPP RAN Plenar RAN#42 RAN#43 ASN.1Freze RAN#44 RAN#45 CT#42 3GPP CT Plenary CT#43 CT#44 CT#45 IODT F2F / 8-Jan IODT F2F IODT M.6b 16-Jan-209 /BaselineforIODT IODT M.7 IODT Result Reporting 30-Oct-209 dates: #1 = 31-Mar-2009 #2 = 31-May-2009 #3 = 31-Jul-2009 #4 = 31-Aug-2009 #5 = 30-Sep-2009 #6 = 30-Oct-2009 = M.7 IODT Minimum Feat has been tested and rep at least four IODT Pair Note: contents in this page are produced by and belong to LSTI. 24

25 IOTMeetingsandDeliverables M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D RAN #40 RAN #41 RAN #42 RAN #43 RAN #44 RAN #45 RAN #46 Kick-off Bonn (T-Mobile) 9/4 F2F Frankfurt (Agilent) F2F Stockholm (Ericsson) F2F Seoul (LGE) F2F France (Orange) 25/6 28/8 10/10 4/2 F2F Shanghai (Huawei) F2F Munich (NSN) F2F Munich (R&S) F2F Japan (NTT DoCoMo) 1/4 24/6 2/9 18/11 25 Minimum Feature Set - MFS Definition of IOT Content Start MFS work on IoDT base line Status October 2008 Break Down and refinement work Note: contents in this page are produced by and belong to LSTI. M8 Interoperability Test Description Bi-lateral IOT and reporting Test Reports according to M9 requirement 1st Lab test documented in Test report (4 company pairs); phased reporting depending on status of 3GPP. - Roadmap exchange - Agreed function list - Feature list - Bi-lateral definition of detailed test specification - Bilateral desk check M9

26 26 LTE の要素技術

27 LTE の要求条件 (TR25.913) PeakThroughput の向上 (DL:1 0Mbps,UL:50Mbps) 現行 3G と同じ置局にて celledgethroughput を向上 周波数利用効率の向上 (Rel. 6(=HSPA) の2-4 倍 ) RAN 内データの Latency は5ms 以下 接続遅延の短縮化 (100ms 以下 ) スケーラブルな周波数帯域幅 (1.4,3,5,10,15,20MHz) 既存 3G システムや非 3GPP システムとのインターワーキングの確保 MBMSの機能拡張 サービスの多様性への追従 ( 例 :VoIP,Prese nce,..) 低速移動端末への最適化 高速移動 (~350km/h) も考慮 27

28 LongTermEvolution 基本コンセプト 新無線アクセス方式 IPIP ネットワークへの最適化 飛躍的なパフォーマンス向上 運用 設備コストの低減 第 3 世代システムと独立したアーキテクチャ 高速 低遅延を実現 1 0Mbps( 下り方向 ) 50Mbps( 上り方向 ) 伝送遅延 : 5msec 以下 接続遅延 : 100msec 以下 新無線アクセス方式の採用 アクセス方式 : Spread-OFDMA( 下り方向 ) SC-FDMA( 上り方向 ) スケーラブル帯域幅 : 1.4MHz-20MHz レイヤ 2 無線制御のシンプル化 アーキテクチャの見直し チャネルの統合 状態遷移と接続手順のシンプル化 ソフトハンドオーバ (DHO) を見直す ( なくす ) ことにより ネットワーク アーキテクチャのシンプル 化 (RNC 機能の一部をeNodeB へ配置 ) IP トラヒックへの最適化 音声等のCS 系サービス提供可能な QoS を実現 ユビキタス系端末増加を睨んだ オーバヘッドの少ない効率的な端末収容を実現 28

29 TypicalLTE/SAEfeatures IMS LTE/SAE is Simplified Network with many improvements particularly in radio access GW MME S1 Improved RTT Simplified Signaling Flow IP Backhaul No RNC Data Forwarding at Handover X2 UTRAN, UTRAN, GERAN or GERAN or Non-3G Non-3G Network Network Inter-RAT Handover, SRVCC or CS Fallback Everywhere the best quality IPSec Uncorrelated signals MIMO with enb Pre-coding Freq. Time Time-Freq. scheduler TX Diversity ICIC Multipath OFDM/CP Beam forming enb Solutions for Cell edge performance 64QAM 16QAM Higher order modulation with improved coding rate 1.4MHz Scalable 20MHz QPSK ~20MHz bandwidth IPTV VoIP GBR Streaming As Backhaul New Community ~350kmph 29

30 LTE 無線の基本技術コンセプト ~3.5G から何が進化したか? OFDMA 採用 (UMB は上り 下りとも LTE は下り ) スケーラブルな帯域幅 MIMO 時間 & 周波数の 2 次元適応無線資源割当て QoS 対応強化 同報 放送対応強化 : E-MBMS NW アーキテクチャの flat 化 簡素化 30

31 LTE 無線方式 項目 下り方向 上り方向 補足 多重アクセス 方式 OFDMA SC-FDMA 多重アクセス方式は異なるが フレーム構成のパラメータは可能な限り共通化 PAPR 問題対策で UL は SC-FDMA 採用 サブフレーム長 0.5ms 2 伝送遅延を小さくし セルスループットを向上させるために 第 3.5 世代システム (HSPA:2ms) の 1/2 CP 長 4-5us(Normal) 16.7us(Extended) 4-5us(Normal) 16.7us(Extended) Normal:1-1.5km の遅延スプレッドに相当する 4-5us Extended: セル端にいる携帯電話機が複数セルから同時に受信可能とするために 5km の伝搬遅延に相当する 16.7us シンボル長 / ブロック長 66.7us 66.7us 下り :CP によるオーバヘッドが 7.5% 程度となる 66.7us(15kHz) 上り : ユーザ毎のパイロット信号を 1 スロットに 1 箇所挿入する構成 31

32 OFDM の原理サブキャリア配置 OFDM は 周波数の直交性を利用し サブキャリアのスペクトラムが互いに重なり合うように高密度に配置して 周波数利用効率を高めている 周波数の直交性とは 1 つのサブキャリアがピークの時 他の全てのサブキャリアは 0 になることである 従来の周波数分割多重 OFDM サブキャリアの周波数分割多重 変調波 フィルタ特性 基本波の整数倍の位置にサブキャリアを配置 32

33 OFDM のメリット デメリット (1) 次世代システムのアクセス方式に OFDMA が採用されたのか? OFDM は 複数のサブキャリアに信号を分割してゆっくりと送る多搬送波システム FDM TDM CDM は 1キャリアで信号を送る単一搬送波システムである 単一搬送波システムと比較すると n 本のサブキャリアの多搬送波システムのシンボル長は n 倍になる t 多搬送波システム (OFDM) サブキャリア 1 サブキャリア 2 サブキャリア 3 シンボル長 OFDM: OrthogonalFrequency DivisionMultiplex : : サブキャリア n n 単一搬送波システム (FDM TDM CDM) シンボル長 n 33

34 OFDM のメリット デメリット (2) 数十 Mbps 超える様な高速伝送は OFDM でシンボル長を長くする 長いシンボル長 マルチパス処理量を低減 ( 高機能等化器開発の回避 ) その他に 複数サブキャリア 周波数選択性歪みによる受信劣化を回避 ガードインターバル (GI) シンボルの縁の乱れを切り捨てることでシンボル間干渉を低減 直接波 回折波 反射波 各受信波の遅延差がシンボル長の 10% 程度以上になると マルチパスの影響が無視できなくなる OFDM のデメリット PAPR(PeakAvera gepower Ratio) はCDM の2 倍以上 消費電力増加 34 単一搬送波システムと違って多数の搬送波の位相が偶然揃ってしまった時 大きなピーク電力となる セル展開の複雑性 セル間干渉問題 FDMA TDMA では周波数で CDMA では符号でセルを識別 では OFDMA は?

35 MIMO:MultipleInputMultipleOutput (1) (SpatialMultiplexing) MIMOMultiplexing 並列テ ータ伝送による高レート化 ( セル中央付近の特性強化 ) 伝送レートは送信アンテナ数倍 #1 #2 #3 Tx Rx #1 #2 #3 MIMODiversity 同一テ ータのダイバーシティ伝送による雑音 干渉耐性強化 ( セル端特性の強化 ) 伝送レートは 1 アンテナと同じ 空間 #4 #4 TX #4 TX #3 時間 TX #2 TX #1 周波数 35

36 MIMO:MultipleInputMultipleOutput(2) (SpatialMultiplexing) SingleUserMIMO(SU-MIMO) 同一ユーザに対して異なる空間リソースを割り当て ピークレート向上 LTE では下りリンクに適用 Ant#1 Ant#2 同一ユーザに割当 LTE enb 空間 周波数 LTE UE Ant#1 Ant#2 時間 TX #2 TX #1 MultiUserMIMO(MU-MIMO) 複数ユーザに対して異なる空間リソースを割り当て ( 時間 周波数リソースは同一 ) Cel 内キャパシティ増 LTE では上りリンクに適用 LTE enb Ant#1 Ant#2 空間 UE#1 UE#2 for UE#2 for UE#1 周波数 TX #2 TX #1 時間 36

37 適応変調 符号化 (AMC)(1) 3.5G 以降のシステム (HSPA,EvDO) は 伝搬環境 ( 伝送路状態 ) の変化に応じて 変調方式と誤り符号化路率を適応的に且つ高速に変更して 周波数利用効率を高める方式を採用 AMC=AdaptiveModulationandCoding 伝送路状態劣悪 QPSK (2bits/symbol) 小 多値レベル 大 伝送路状態良好 16QAM (4bits/symbol) R=1/4 ( 誤り訂正能力大 ) 低 符号化率 高 R=3/4 ( 誤り訂正能力小 ) 1.2Mbps (10 コード ) 小 伝送速度 大 7.2Mbps (10 コード ) 無線基地局から遠いエリアでは 符号化率を低くして 低速伝送 無線基地局 無線基地局から近いエリアでは 多値レベルを大きくして 高速伝送 HSDPA での AMC 適用例 37

38 適応変調 符号化 (AMC)(2) スループット EncodedData MCS2( 多値レベル : 大 符号化率 : 高 ) の特性 MCS1( 多値レベル : 中 符号化率 : 中 ) の特性 Original Parity information MCS0( 多値レベル : 小 符号化率 : 低 ) の特性 MCS0 がスループット最大となる領域 Th_01 Th_12 MCS1 がスループット最大となる領域 MCS2 がスループット最大となる領域 SIR 変調方式 ( 多値レベル ) 符号化率 MCS(ModulationandCodingSet) DL:UE が SIR に応じて最適な MCS を判定し 対応する CQI を enodeb へ通知する UL:eNodeB が SIR を測定し 最適な MCS を判定する 38

39 高速スケジューリング 瞬時毎に 回線品質の良好な端末にパケット無線リソースを優先的かつ高速に割当て 無線リソースを有効利用することで 高いセル ( セクタ ) スループットを実現 ユーザダイバーシティ効果 代表的なスケジューリング方式 MaxCIR: 全端末の中で 瞬時回線品質 (CIR) 最大の端末へ割当てスループットは高いが 割当てが基地局周辺に偏る PF(ProportionalFairness): 端末毎に ( 瞬時回線品質 / 時間平均回線品質 ) 等との比を計算し この比が最大の端末に割当てる公平性を確保し かつ 比較的高いスループットを実現 回線品質 端末 A の回線品質 端末 B の回線品質 BS1 端末 B 端末 A 端末 A へ割当て 端末 B へ割当て 端末 A へ割当て 時間 39

40 時間 周波数での無線リソーススケジューリング Sub-Carrier Resource Block 180kHz(12sub-carriers) 1ms TTI 時間 周波数 時間と周波数領域とで Reso urceblock をユーザに柔軟に割当てる リアルタイム性 (VoIP など ) の高いテ ータには 優先的にリソースを割当てる 参考 :36.300v v

41 セル端スループットの向上策 FractionalFrequencyReuse(FFR) FFR の目的は 隣接するセクタ セルとの干渉を避け周波数を有効利用する 再使用するセットは UE の受信状況 ( 受信電力など ) で決められる すべてのリユースセットセクター 1 優先のリユースセットセクター 2 優先のリユースセットセクター 3 優先のリユースセット 3 基地局 Sector 1 Sector 2 Sector 3 UE が使うセット Reuse set Reuse set Reuse set Reuse set サブキャリアセット ポイントはサブキャリアセット t のうち一部をそのセクタ専用としていること これらを有効に機能させるために又 周波数が高くなり伝搬損が大きくなるため ティルト等で干渉を減らし カバレージ内ではヌルが少ない空中線が必要になる 41

42 42 LTE 使用周波数帯域 (FDD) TS36.104v G(W-CDMA) と同一周波数を使用可能 アナログ TV 周波数の巻き取りなど使用可能な周波数が増えている 帯域幅を柔軟に変更可能 周波数のマイグレーションが容易 Europe FDD MHz MHz MHz MHz 議論中 FDD 18MHz MHz MHz 17 Americas FDD 30MHz MHz MHz 14 Americas FDD 31MHz MHz MHz 13 Americas FDD 30MHz MHz MHz 12 Japan FDD 23MHz MHz MHz MHz MHz 11 Americas FDD 340MHz 2110MHz-2170MHz 1710MHz-1770MHz 10 Japan FDD 60MHz MHz MHz MHz MHz 9 Europe,Asia FDD 10MHz 925MHz-960MHz 880MHz-915MHz 8 Europe FDD 50MHz 2620MHz-2690MHz 2500MHz-2570MHz 7 Japan FDD 35MHz 875MHz-885MHz 830MHz-840MHz 6 Americas FDD 20MHz 869MHz-894MHz 824MHz-849MHz 5 Americas FDD 355MHz 2110MHz-2155MHz 1710MHz-1755MHz 4 Europe,Asia FDD 20MHz 1805MHz-1880MHz 1710MHz-1785MHz 3 Americas FDD 20MHz 1930MHz-1990MHz 1850MHz-1910MHz 2 Europe,Asia FDD 130MHz 2110MHz-2170MHz 1920MHz-1980MHz 1 region Mode UL-DLSepara tion Downlink Uplink EUTRABand 3G 3G 3G 3G LTE 3G LTE LTE LTE LTE Spectrum Migration 3G 3G 3G 3G LTE 3G LTE LTE LTE LTE Spectrum Migration

43 LTE 使用周波数帯域 (TDD) TS36.104v EUTRABand Uplink Downlink UL-DLSepara tion Mode region MHz-1920MHz 1900MHz-1920MHz TDD MHz-2025MHz 2010MHz-2025MHz TDD MHz-1910MHz 1850MHz-1910MHz TDD MHz-1990MHz 1930MHz-1990MHz TDD MHz-19320MHz 1910MHz-19320MHz TDD MHz-2620MHz 2570MHz-2620MHz TDD MHz-1920MHz 1880MHz-1920MHz TDD MHz-2400MHz 2300MHz-2400MHz TDD FullDuplexFDD F_DL Downlink F_UL HalfDuplexFDD F_DL F_UL Downlink Uplink Uplink Downlink Uplink DL/UL 周波数は別だが同時送受信は行わない MACLayer で制御 DL/UL の離隔が狭い周波数帯 ( 例 :Band5,Band11) にて 端末側の Duplexer の作りを楽にする TDD F_DL/UL Downlink Uplink Downlink Uplink 43

44 LTEUECategories TS36.104v FDDLTE に関して5clas のCategory が定義 3G/HSPA に比べて削減されている (HSPA はHSDPA で 15class,HSUPA で6class ) Category1 Category2 Category3 Category4 Category5 PeakRate DL 10Mbps 50Mbps 1 0Mbps 150Mbps 3 0Mbps UL 5Mbps 25Mbps 50Mbps 50Mbps 75Mbps RFBandwidth 20MHz Modulation DL QPSK,16QAM,64QAM UL QPSK,16QAM,64QAM(optional) QPSK, 16QAM, 64QAM DL2x2MIMO Optional Mandatory DL4x4MIMO Optional(ornotsupported) Mandatory MBMS Optional 44

45 誤り訂正符号化と誤り再送の効率的結合 HARQ:Hybrid-AutomaticRepeatRequest Encoder Chase combining Encoder Incremental redundancy Retransmission Retransmission Node-B Node-B UE NACK ACK Radio channel UE NACK ACK + Softcombining Decoder Decoder Decoder Decoder NG OK NG OK 45

46 TTIBundling CRC Coding RM RV=0 RV=1 RV=2 ACK/NAK retransmission HARQ process number #0 #0 #0 #3 #4 #5 #6 #7 unused #0 #0 #0 #3 #4 #5 #6 #7 bundle HARQ RTT HARQ RTT HARQ RTT UL の Coverage 改善のため ACK/NACK 応答を待たずに連続 TTI で再送し 受信側で Soft-combining データ送信の最後の TTI に対して ACK/NACK が送信される ACK/NACK に対する再送は HARQRTT 2TTI 後 受信側基地局での動作は標準化規定外 46

47 DRXOperation/PersistentScheduling DRX Operation OnDurationTimer データ非受信区間 (DRX) は端末はスリープ状態とすることにより省電力化を実現 DRX/On-duration の制御は enodeb 内スケジューラで実施 さらにきめ細かい制御 (LongDRX/ShortDRX) が仕様にて定義されている ( 詳細割愛 ) whenever[(sfn*10)+subframenumber]modulo(curentdrx)=drxstartoffset TS36.321Fig3.1-1 に加筆 Persistent Scheduling #0 #1 #2 #3 #4 #16 #17 #18 #19 #20 1ms 20ms Voice Call 送信間隔が一定 ( 例 : 音声 =20ms) の通信に関しては 予めリソースを確保し UE に通知する PDCCH/PUCCH によるリソースの通知が不要 リソースの有効利用が可能となる HARQ の再送時には PDCCH/PUCCH を使用 この部分のリソースが不要 (DL の例 ) PDCCH User1 User2 User3 User2 User4 User2 User5 47

48 48 EPS ネットワークアーキテクチャ

49 LTE 無線ネットワークアーキテクチャ EPC 現状の RNC が持つ機能を enb に縮退したネットワーク構成 softhandover のための macrodiversity combine の機能は削除 シンプルなネットワーク構成となり OPEX, CAPEX を低減可能 発着呼処理時間 U-plane 伝送遅延を削減可能 参考 R99 CN MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway EPC: Evolved Packet Core enb: evolved NodeB 49 RNC NodeB RNC NodeB

50 MMEPool/S-GWServiceArea(S1-Flex) Operator A Operator B MME UPE MME UPE MME S UPE 1 MME UPE S-GW S-GW S-GW S-GW S1 NB NB NB RAN Operator 単一の enodeb が複数の MME もしくは S-GW と接続される (MME- Pool Area,S-GWServiceArea) S1-Flex(3G の RNC-CN 間 Iu-Flex と同等 ) 目的 1. 複数のオペレータによる EUTRAN-Sharing( 上図 ) 2. 冗長構成 3. Relocation 回数の削減 50

51 コアネットワークの進化 :SAE(SystemArchitectureEvolution) 従来 3GPP 網 音声専用網 (CSDomain) とパケット専用網 (PS Domain) を独立に配備 Node-B RNC UTRAN LMSC SGSN CS CS Domain Domain PS PS Domain Domain S A E 導入 GMSC GGSN PSTN Internet LTE ENB PSTN NW の簡素化 ( フラット化 ) 最新の IP 技術導入により OPEX,CAPEX の低減 SAE 網 音声を含む全てのトラヒックが扱える柔軟な IP 網 (IMS を通じて VoIP 網に最適 ) 無線 LAN など 3G アクセス以外のアクセス網も収容可能 更に異アクセス網間のハンドオーバー 高品位な通信を IP 網で実現 ( オペレータのポリシィをダイナミックに反映できる QoS 制御 ) IMS IMS SAEGW VoIP EPC EPC Internet WLAN 51

52 EPS(EvolvedPacketSystem) の要求条件 TS Internet and E-UTRAN Heterogeneousaccess systemmobility SupportofIPTraffic;IPv4/v6, IP-Multicast.QoS FixedAccessSystemswithverylimitedornomobi lity Ser vice Continuity; Inter-RATSer vice Continuity SRVCC (SingleRadi ovcc) CSFB(CSFall back); 52

53 最後に NEC はLTE/SAE の技術開発 を通して 豊かな社会づくりに貢 献していきます 53

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