資料コート レス作 1 3 1.9GHz 帯における新 営システムの提案について (sxgp 式 ) 2016 年 7 22 XGP-Forum TWG Ad Hoc 22 SWG for sxgp sxgp 式導 に向けた背景 1.9GHz 帯の 営 バンドでは 現在 3 つの 式 (PHS DECT sphs) が規定されている PHS: 時分割多元接続 式狭帯域デジタルコードレス電話 DECT: 時分割多元接続 式広帯域デジタルコードレス電話 sphs: 時分割 直交周波数分割多元接続 式デジタルコードレス電話 このうち 次世代の PHS 式として期待していた sphs 式は OFDM の技術を利 した周波数利 効 率の いシステムであるが 現時点までサポートする製品が無い状況が継続している XGP フォーラムでは sphs 式の特徴を活かし かつ実現可能なものとして 3GPP で標準化されている TD-LTE 式をベースにした新たなコードレス電話システムの検討をしてきた TD-LTE 式は 今後の携帯電話システムとして全世界に普及する最も有 な 式であり この 式を ベースとすることで デバイス / コンポーネントも 期間に渡る安定供給が期待できる XGP フォーラムとしては TD-LTE 式に準拠した本 式を sxgp (shared XGP) 式と呼び sphs 式の後継システムとして提案したい XGP フォーラムでは sphs (super PHS) の後継として 式名を sxgp(sharedxgp) として標準化する予定 式 体は TD-LTE 式だが 営帯域で使 するため キャリアセンス等 現 TD-LTE 式にない仕様を導 する必要があるため XGP フォーラムで検討している関係から sxgp と命名して検討中 1
1.9GHz 帯における 営デジタルコードレス電話 1884.5 1893.5 1906.1 1915.7 [MHz] 営コードレス電話公衆 PHS 公衆 PHS 公衆 PHS 12.6MHz PHS デジタルコードレス電話 DECT 式デジタルコードレス電話 1.728MHz sphs 式デジタルコードレス電話 2.4MHz sphs 式の後継として新たに sxgp 式を導 したい 2 sxgp 方式の利用例 事業所 のデジタルコードレス電話として 声のほか今後普及が期待される M2M や IoT 製品を取り込んだシステムを構築可能 事業所 コードレス電話システムの 機能化 M2M や IoT 製品への展開 監視センター 1.9GHz 自営 監視カメラ Cloud インターネット 電気通信回線 環境センサー スマートメータ スマートフォン音声端末 C C ロボット 3
sxgp 方式の普及予測 事業所 デジタルコードレス電話の市場はPHS 式が主 で約 300 万台普及 毎年の機器の出荷台数は約 50 60 万台 これまで 全体市場はほぼ横ばいで推移してきたが 今後は微減が予想されている sxgp 式の導 により 新たな機能の提供が可能となり 全体市場の微増が期待されるが 他システムとの絡みもあるため 現時点での市場規模である300 万台を今後 10 年程度は維持すると予測 現在の事業所 デジタルコードレス電話においてはリース契約が主となるため リース期間 (3 年 7 年 ) を考慮し 今後 10 年程度で全体市場の半分程度を巻き取ると想定し 通過点となる2023 年度には全体市場の3 分の1までsXGPの累積出荷台数になると予測 4 LTE 技術の導入の必要性 有効性 今後 期間にわたり安定した部品が供給できるよう グローバルな規格に準拠していることが望ましく その中で 携帯電話の LTE 式は今後の全世界に普及する最も有 な 式であり 周波数利 効率も いことから この 式をベースとしたシステムを基本とした また 1.9GHz 帯は中国国内で普及している TD-LTE の BAND39 の周波数に該当するため TD-LTE と互換にすることにより関連するデバイス / コンポーネントでコストメリットがあり また グローバルで活 される周波数によるスマートフォンや MTC(Machine Type Communication) 端末を含むエコシステムが構築できる 全世界の方式別契約者数の予測全 LTE の国際周波数バンド LTE, TD LTE LTE バンド BAND3 BAND39 (TDD) BAND1 W CDMA, TD SCDMA, HSDPA, HSUPA CDMA GSM, GPRS, EDGE, iden, PDC 1880 PHS 営 PHS,DECT 1920MHz CIAJ レポートより 5
3GPP で規定されている TD-LTE 方式の周波数帯 TD-LTE 式は LTE 式のうち上り回線と下り回線が TDD 式 (1 つの周波数帯を時間で分割して送信 ) であるもの 3GPP( 携帯電話 式の国際的な標準化プロジェクト ) において TD-LTE 式が利 できる周波数として下記のバンドが定義されている バンド 周波数帯 (MHz) 帯域幅 (MHz) 33 1900-1920 20 34 2010-2025 15 35 1850-1910 60 36 1930-1990 60 37 1910-1930 20 利用国 備考 38 2570-2620 50 中国 欧州 ロシア ブラジル等 39 1880-1920 40 中国 40 2300-2400 100 中国 香港 豪州 インド 南アフリカ 南米等 41 2496-2690 194 日本 中国 米国 カナダ等 42 3400-3600 200 日本 カナダ イタリア スペイン 英国 フィリピン等 日本では PHS で利用バンド 33 を内包 日本では, BWA バンド として使用バンド 38 を内包 43 3600-3800 200 英国 44 703-803 100 45 1447-1467 20 46 5150-5925 775 LAA 用 6 sxgp 式の規格化のコンセプト 3GPP で標準化されている TD-LTE 式にできる限り準拠する 現在製造されている TD-LTE 端末がデジタルコードレス電話の端末としても利 できるよう考慮する 既存のPHS 式 DECT 式と共存するため次の機能を具備する 送信電 の制限 電波発射前のキャリアセンスの実施 帯域外輻射の抑制 時間軸上のスケジューリングの制限 既存の PHS 式 DECT 式のサービス品質に影響を与えないよう次の制約を前提とする 基本的には PHS 式のデジタルコードレス電話がサービスしているエリアでは運 しない DECT 式のキャリア 5 波のうち最も利 の多い 2 波 (F1,F5) の周波数帯は利 しない PHS DECT 及び sphs 式で規定されている端末間通信機能は TD-LTE 端末をそのまま利 するコンセプトから TD-LTE 式ではないこの機能について規格化しない 7
sxgp の技術的概要 8 sxgp 規格の概要 sxgp の規格案 日本の TD-LTE の技術基準 使用周波数帯 1.9GHz 帯 3.5GHz 帯 通信方式 変調方式 基地局から端末への送信を行う場合 OFDM と TDM を組み合わせた TDD 端末から基地局への送信を行う場合 SC-FDMA を使用する TDD OFDM 又は OFDMA の場合 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM SC-FDMA の場合 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 基地局から端末への送信を行う場合 OFDM と TDM を組み合わせた TDD 端末から基地局への送信を行う場合 SC-FDMA を使用する TDD OFDM 又は OFDMA の場合 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM SC-FDMA の場合 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM フレーム構成 1 フレーム 10ms 1 フレーム 10ms 周波数の許容偏差 3ppm 0.1ppm+15Hz 占有周波数帯幅の許容値 5MHz 5MHz, 10MHz, 15MHz, 20MHz の場合 100mW 以下基地局 20W 以下 (5MHzの場合) 空中線電力 5MHzの場合基地局 200mW 以下端末 200mW 以下端末 100mW 以下空中線電力の許容偏上限 20% 下限 79% 上限 87% 下限 79% 差 空中線の絶対利得 電波発射前のキャリアセンスレベル PHS 制御 ch の検出レベル 4dBi 以下 -70dBm( 基地局のみ ) の場合 -77dBm ( 基地局のみ ) 5MHz の場合 -82dBm ( 基地局のみ ) 基地局 17dBi 以下端末 3dBi 以下 規定なし 規定なし 9
sxgp のキャリア配置 及び5MHzのキャリアを規定 は今後のIoTの展開に対応するため 5MHzは既存のLTE 端末に対応するため はPHSの制御チャネルを避けて配置 5MHzについても端末送信側は制御チャネルの帯域での送信を抑制 ( 後述 ) DECT 式において最も利 の多いF1 及びF5の周波数帯を避けて配置 PHS 1893.5 制御チャネル 1906.1MHz F1 F2 F3 F4 F5 DECT 1.728MHz 1897.4 1899.2 1901.0 sxgp 1899.3 5.0MHz 10 TDD フレーム構造 1 フレーム 10ms #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 1 サブフレーム 1ms 1 スロット 0.5ms = 7 シンボル 0 1 2 3 4 5 6 CP 1 シンボル 実効データ 66.7µs CP : サイクリック プリフィックスマルチパスフェージングによる波形歪みから じるサブキャリア間の 渉を軽減するためのガード期間 11
上り 下りのフレーム構成 10ms #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 3GPPで定義されているフレーム構成 UL/DL サブフレーム番号 構成番号 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 0 D S U U U D S U U U 1 D S U U D D S U U D 2 D S U D D D S U D D 3 D S U U U D D D D D 4 D S U U D D D D D D 5 D S U D D D D D D D 6 D S U U U D S U U D U: 上りサブフレーム D: 下りサブフレーム, S: スペシャルサブフレーム sxgp で採 予定 上りと下りが同数 スペシャルサブフレームは下りから上りへの切り替えを うサブフレームであり 上りの 部 下りの 部及びガード期間から構成される 12 スペシャルサブフレームの構成 1ms 14 シンホ ル 10ms D S U U D D S U U D 3GPPで定義されているスペシャルサブフレームの構成 構成番号 OFDMシンボル番号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 D D D U 1 D D D D D D D D D U 2 D D D D D D D D D D U 3 D D D D D D D D D D D U 4 D D D D D D D D D D D D U 5 D D D U U 6 D D D D D D D D D U U 7 D D D D D D D D D D U U 8 D D D D D D D D D D D U U U: 上りシンボル D: 下りシンボル, 空 : ガード期間 sxgp で採 予定 ガード期間の いものを選択 13
リソースブロック (RB) 周波数軸上では 12 サブキャリア ( サブキャリア間隔は 15kHz) を基本単位としている 12 サブキャリアと時間軸上の 1 スロット分で囲まれた部分をリソースブロック (RB) といい ユーザへの割当はこの時間的に連続する 2RB 単位で われる 12 サブキャリア 180kHz 15kHz 周波数 1RB 12 7=84RE(Resource Element) 時間 14 キャリアの帯域幅とリソースブロック数 キャリア 5MHz キャリア 帯域幅 リソースブロック数 3MHz 5MHz 6 15 25 1ms 6RB 1.08MHz 25RB 4.5MHz 10MHz 50 20MHz 100 sxgp で採 予定 *LTE 式は OFDM を採 しているため 占有帯域幅に対して サブキャリアを配置する帯域を約 90%( 以下 ) に抑制している 従って 占有帯域幅 : キャリアでは 1.08MHz に 6RB を配置し 5MHz キャリアでは 25RB を配置している 180kHz 180kHz 1RB 84RE(Resource Element) 15
ユーザへの帯域の割当 ユーザへの割当は 各ユーザの回線状況に応じて 時間軸上で連続する 2 つのリソースブロック単位で割り当てられる 下り OFDM 上り SC-FDMA( シングルキャリア ) ユーザ 1 ユーザ 2 RB D ユーザ 3 S U U D D S U U 時間 RB 180kHz 周波数 D 16 下り回線の制御信号 (1) リファレンス信号 (Reference Signal) 端末で下り回線の信号を同期検波するための基準信号 リソースブロック内で下図のように配置され すべての下りのサブフレームにおいて送信される リファレンス信号が配置されている場所ではデータ伝送は わない リファレンス信号 D S U U D D 180kHz 周波数 1ms ダウンリンクの領域 時間 17
(2) 基地局同期信号及びシステム報知信号端末が基地局を識別するための基地局同期信号及び端末にシステム情報を通知するためのシステム報知信号が定期的に報知される 端末がシステムで利 されるキャリアの帯域幅を意識せずに受信できるよう帯域の中央に配置される PSS( プライマリー同期信号 ) とSSS( セカンダリー同期信号 ) があり 10msフレーム位置を識別するため SSSは5ms 単位で異なるパターンを出 する (3) 下り制御信号無線リソースの割当情報 送達確認情報 呼出情報などの制御情報を送信する 下りのサブフレーム及びスペシャルサブフレームの先頭に配置される D S U U D D S U U D 下り制御信号 システム報知信号 基地局同期信号 :PSS システム帯域幅 6RB 基地局同期信号 :SSS サフ フレーム 1ms 18 上り回線の制御信号 端末からの基地局への送達確認信号 受信品質の通知 リソース割当等の制御情報を送信する 1 フレーム :10ms 1 フレーム :10ms D S U U D S U U D システム帯域幅 ユーザ #2 0.5ms 1ms ユーザ #1 ユーザ #2 ユーザ #1 ユーザ #1 ユーザ #2 端末から送信するデータ信号が無い場合 : システム帯域の両端の RB に 0.5ms 期間に配置される 複数ユーザからの制御信号は上図のように多重される 端末からの送信するデータ信号が有る場合 : データ信号に多重されて端末から基地局に送信される 複数ユーザからの制御信号はデータ信号と同じ配置で上図のように多重される 19
送信電力について PHSの送信電 は1チャネル当たりの時間平均が10mWであるが 1スロットのバースト内平均電 は最 80mWとなっている DECT 式も同様 1スロットのバースト内平均電 は最 120mWで運 している 5ms PHS 1 2 3 4 5 6 7 8 625μs 80mW(19dBm) DECT 10ms 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 416.67μs 120mW(20.5dBm) sxgpの送信電 も これらと同程度にすることが望ましく 1サブフレームのバースト内平均電 は100mWとする 5MHzキャリアはに べ帯域が広いため 同じ送信電 では帯域当たりの電 密度が低下する このため5MHzの場合は1サブフレームのバースト内平均電 を200mWとしたい 後述の到達距離計算値からも これらの送信電 値であれば屋内利 分野において 分な距離が到達可能である 10ms sxgp D S U U D D S U U D 1ms 100mW(20dBm) 5MHz 200mW(23dBm) 5MHz 20 5MHz キャリアの送信電力 200mW の妥当性について 送信電 を帯域幅で 較すると DECT 式のバースト内平均電 は 1.728MHz で 120mW である sxgp 式の キャリアはこれとほぼ同じ帯域幅であるので キャリアの場合のバースト内平均電 は 100mW が適当である 5MHz キャリアは DECT 式 (1 波 1.728MHz) の約 3 波分の帯域となるが DECT 式は 3 波の帯域で 360mW(120mW 3) の電 になることから sxgp 式の 5MHz キャリアで 200mW は共存できる妥当な電 である DECT 方式 120mW DECT 方式 120mW 3 1.728MHz sxgp 方式 100mW sxgp 方式 200mW 5MHz 21
5MHz キャリアの端末送信について 5MHz キャリアの場合 PHS 制御チャネルを避けて配置することができないが 端末送信についてはリソースブロックを制御チャネルの周波数帯を避けて割り当てることが可能 ( 基地局送信の場合は制御信号の送信帯域をコントロールできない ) 制御チャネルへの影響をできる限り抑えるため 端末送信については 5MHz キャリアであっても最 6RB 幅 (1.08MHz) に制限することとする したがって 送信電 も端末側は キャリアの場合と同様 100mW 以下とする sxgp のバースト内平均電 5MHz 基地局送信 100mw (20dBm) 200mw (23dBm) 端末送信 100mw (20dBm) 100mw (20dBm) 制御チャネル PHS 1893.5 1906.1MHz 1897.4 1899.2 1901.0 100mW 1899.3 基地局側下り 200mW 5.0MHz マルチアンテナ送信 (MIMO 含む ) の場合 合計電 が上記を超えないこと 端末側 上り 上り 上り 6RB 6RB 6RB 100mW 100mW 100mW 22 sxgp のデータ通信速度と到達距離 前 の送信電 条件 ( 時 : バースト内平均電 100mW 5MHz 時 : バースト内平均電 200mW( 基地局 ) 100mW( 端末 )) を いると 到達距離は以下のようになる 屋内利 分野においては 分な距離であると考える QPSK 16QAM 64QAM 下り 166kbps 826kbps 2.1Mbps 上り 58kbps 272kbps 694kbps 到達距離約 630m 約 330m 約 130m 下り 723kbps 3.5Mbps 8.5Mbps 5MHz 上り (6RB 制限 ) 70kbps 349kbps 861kbps 到達距離約 530m 約 257m 約 102m ( 注 ) DL 2x2MIMO 有りの速度到達距離は屋内伝搬で算出 23
sxgp のデータ通信速度と到達距離 前項の算出条件は以下の通り データ通信速度の算出条件 QPSK : MCS=1 16QAM : MCS=11 64QAM : MCS=21 として計算 (MCS : Modulation and Coding Scheme 変調 式 符号化を す識別番号 ) 下りは全リソースブロックを割り当てた条件とする 上りは 1 ユーザに対して 6RB を割り当てた条件とする 上りの両端 1RB ずつを制御 ch として使 レイヤ数 : 下り 2, 上り 1 UL/DL 構成番号 = 1, スペシャルサブフレーム構成番号 = 5 到達距離の算出条件 ITU-R P1238.6 の屋内伝搬モデル QPSK : MCS=1 16QAM : MCS=11 64QAM : MCS=21 に応じた所要 SIR で計算 基地局の NF=4dB 端末の NF=7dB で計算 24 sxgp のデータ通信速度と到達距離 データ通信速度の算出 法 MCSの数値から 割当 RB 数で通信可能なbit 数 (TBS:Transport Block Size) を算出し それを単位時間で除算して算出している < 例 :5MHz(25RB) DL MCS=1の場合 > 3gpp TS36.213 より抜粋 904bit x 2 レイヤ x 4(DL subframe 数 ) / 0.01s(1Frame) = 723kbps 他の条件についても同様に計算している 25
今後の検討項目 次回以降の作業班において以下の検討項 について提案する予定 PHS 式 DECT 式と共存するための電波発射前のキャリアセンスレベルの検討 PHS 式の制御チャネルを保護するための条件の検討 PHS 式 DECT 式 sxgp 式が混在した場合の所要チャネル数の算出 帯域外輻射による他システムとの共 の検討 26 自営の PHS 方式の制御チャネルの見直しについて 27
自営 PHS 制御チャネルの新たな追加に関する検討の提案 営の PHS 式の制御チャネルが 営帯域の中央に配置されているため PHS 式が運 している場所では DECT 式 sxgp 式の利 が 幅に制限される 1.9GHz 帯 営帯域全体の周波数利 効率を向上させるためには 新たな制御チャネルとして現 の ch12 ch18 に加えて ch35 ch37 を設定し 将来的には新制御チャネルに移 していくことが望ましい しかしながら 現在使われている 営のシステムに対して機器の交換やソフト変更を要求することは現実的ではなく 新制御チャネルに対応するとしても今後新たに導 される装置を対象とせざるをえない PHS DECT sxgp 現 営制御 ch 新 営制御 ch 12 18 35 37 F1 F2 F3 F4 F5 5.0MHz 以上の点を踏まえて PHS の制御チャネルの新たな設定について次の項 について検討を いたい 新制御チャネルに移 した場合の周波数利 効率 新制御チャネルへの現実的な移 シナリオ 28