携帯電話の基地局

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
2
電磁波と電波
直進性
大きい周波数波長
高い
1億THz
1.000万THz
10万THz
1万THz
γ線
Ｘ線
●ＣＴスキャン ●レントゲン
紫外線
1.000THz
789 THz
可視光線
●太陽
384THz
赤外線
3.000GHz 0.1mm
周
波
数
●リモコン
●赤外線こたつ
● マイクロ波中継(4/5/6,11/15.22GHz)
300GHz 1mm
無線通信
●衛星放送
●電子レンジ
3 GHz 10cm
電
波
300MHz
●テレビ(ＶＨＦ)放送
1m
●ＦＭラジオ放送
直進性
小さい
● 無線LAN(2.4GHz, 5.2GHz)
● 移動通信(第3世代: 2GHz)
● PHS (1.9GHz)
● 移動通信(第2世代：800MHz～1.5GHz)
● ポケットベル(280MHz)
30MHz 10m
低い
● 衛星移動通信(2.6GHz)
3 MHz 100m
3 kHz 100km
●ＡＭラジオ放送
3
移動通信の電波伝搬のモデル
送信
反射波（はね
透過波（通り
返る電波）
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）
4
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）
5
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
6
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。
(a)
(b)
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。
7
移動通信の電波伝搬特性
瞬時値変動
中央値変動
（シャドウイング）
瞬
時
値
短
区
間
中
央
値
短区間中央値
長区間中央値
8
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Ｆ
ゾーンＧ
9
セルの大きさ
基地局
基地局
f5
f4
セルＥ
セルＤ
携帯電話
基地局
基地局
基地局
f3
f2
f1
セルＣ
セルＢ
セルＡ
基地局
基地局
f7
f6
セルＧ
セルＦ
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
4W
PHS
約10mW
マイクロセル
マクロセル
（半径数100m）
（半径数km）携帯電話基地局
PHS基地局
0.5W
基地局
セルを六角形でモデル化
10
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
基地局
R
基地局
オーバラップ面積
1.2R2
(a)正三角形セル
0.73R2
(b)正四角形セル
0.35R2
(c)正六角形セル
11
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。
対策
離れたところで同じ周波数を使う。
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。
12
周波数繰返し
f1
f3
f2
f3
f1
f4
f1
f4
f2
f3
f7
f6
f2
f5
４リユース
７リユース
３リユース
（3つの周波数を使用）（4つの周波数を使用）（7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。
13
・・・
無線アクセス方式
FDMA
周
波
数
4
3
2
1
周波数でユーザを
区別
・・・
時間でユーザを
区別
時間
周
波
数
TDMA
1
2
3
1
4
2
時間
CDMA
コード
周
波
数
ユーザ 1
2 3
コードでユーザを
区別
4
時間
14
ディジタル変復調方式
送信データ
信号変換
帯域制限
ディジタル
変調
周波数変換
（中間周波数帯
→無線周波数帯）
無線区間
再生データ
信号変換
データ再生
雑音除去
ディジタル
復調
周波数変換
（無線周波数帯
→中間周波数帯）
15
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
16
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
ここは新宿です
新宿エリア
渋谷区
ネットワーク
ここは渋谷です
渋谷エリア
17
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
エリアＢ
応答
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
（関門局）
（在圏局）
一斉呼出
無線ゾーンβ
18
位置登録方式
固定網
移動網
ホームメモリ 3123
4567
在圏局
090-3123-4567
移動網へ
一斉呼出
位置登録エリアα
4567
090-3123-4567
ルーチング番号
関門局
移動通信
交換局
無線基地局
位置登録エリアα
位置登録エリアβ
19
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。
ホームメモリ
新宿区
ネットワーク
携帯電話は自分が
登録した位置を記憶
090-123-45678の
携帯電話の位置を
渋谷エリアと記憶
②
渋谷区
ネットワーク
①
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
090-123-45678
新宿エリア
渋谷エリア
20
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
090-123-45678の
更新し、記憶しておく。
ホームメモリ
③
新宿区
ネットワーク
②
携帯電話は自分が
登録した位置を更新
①
携帯電話の位置を
新宿エリアに更新
渋谷区
ネットワーク
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
090-123-45678
新宿エリア
渋谷エリア
21
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
移動局2 移行
基地局
移動局1
位置登録
エリアA
22
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
23
携帯電話とPHSの比較
基地局
PDC
4W
PHS
500ｍW
移動機
0.8W
10ｍW
100ｍ～500ｍ程度
項目
最大
送信電力
セル半径
無線周波数帯
ﾁｬﾈﾙ配置法
0.5～3ｋｍ以上
移動機送信
940-958
893-895
925-940
1,429-1,453
基地局送信
810-828
838-840
870-885
1,477-1,501
（マイクロセル）
MHz
1893.5～1919.6MHz
MHz
固定ﾁｬﾈﾙ配置
ﾀﾞｲﾅﾐｯｸﾁｬﾈﾙ配置
（自律分散制御）
24
モバイル通信の変遷
1980年代
アナログ信号
ディジタル信号
音声
低速データ
第１世代
第２世代
アナログ方式
～64kbit/s
デジタル方式
PDC, GSM, IS-136,
IS-95, PHS等
音声中心
アナログ伝送
/FDMA
2000年代
1990年代
高速データ
広帯域・超高速データ
～384kbit/s(2Mbit/s)
第３世代
IMT-2000
W-CDMA
cdma2000等
音声
高速データ(～２Mbps)
低速データ
映像、音声
デジタル伝送
/TDMA
マルチレートデジタル伝送
/CDMA
20Mbit/s以上
第４世代
Systems
beyond IMT-2000
あらゆる情報、
高精細映像
？
25
IMT-2000無線インタフェース
CDMA系
IMT-2000地上系
無線インタフェース
CDMA Direct Spread (3.84Mcps)
(W-CDMA), (UMTS)
CDMA Multi-Carrier (3.6864Mcps)
(cdma2000)
CDMA TDD
TDMA系
Single Carrier
FDMA/TDMA
26
CDMAの原理とRAKE受信
f
周波数(f)
B
f
b
f
多重伝送
b
データ逆拡散
パワー
変調データ拡散
B
復調
拡散
逆拡散
1011
11010110010
時間
RAKE受信
1011
同相合成
受信出力大
（品質向上）
拡散コード
ユーザ毎に固有
27
IMT-2000のネットワーク構成例
インターネット
イントラネット
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
メッセージ
処理装置
各種
サーバ
各種サーバ
関門中継階梯
交換機
ゲートウェイ
回線交換ﾊﾟｹｯﾄ交換
ゲートウェイ
機能
機能
ATMネットワーク
加入者階梯交換機
回線交換
機能
ﾊﾟｹｯﾄ交換
機能
高度サービス
制御局
移動サービス
制御局
位置登録
共通線信号網
ヨーロッパGSMネット
ワークと互換
加入者階梯交換機
回線交換
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
基地局
基地局
28
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
29
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
ヨーロッパ
北米
中東
アフリカ
アジア
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
：2G, 3Gローミング提供エリア
100
：2Gローミング提供エリア
50
：ローミング未提供エリア
94
114
134
渡航先カバー率：９９％以上
2003.3
2004.3
2006.5
30
モバイルマルチメディアサービス
インターネット
ﾒｰﾙ、ﾌﾞﾗｳｼﾞﾝｸﾞ、ｉﾓｰﾄﾞ
/EZweb/J-Sky Web
位置検索
歩行者ナビゲーション
カーナビゲーション
情報配信
音楽、ｹﾞｰﾑ、映画予告、
広告
遠隔監視・制御
自動販売機POS、
環境監視、情報家電
決済
モバイルｅコマース
RF-IDタグ応用
物流、在庫管理
31
i-modeのビジネスモデル
IP
情報料
IP:Information Provider
(情報提供事業者)
情報
料金回収代行手数料
代行徴収分の請求
DoCoMo
iモード
ユーザー
情報料
32
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
TCP/IP
HTTP
パケット通信
プロトコル
変換
情報提供者
インターネット
料金
DB
ユーザ
DB
ﾊﾟｹｯﾄ網
(PDC-P)
情報提供者
FOMA網
情報提供者
ＩＳＰ
音声・モデム
ﾃﾞｰﾀ
ディジタル携帯・自動車網
(PDC)
音声・モデム
通信
他電話会社通信網
33
多種、多様な端末の充実
904iシリーズ
703iシリーズ
34
HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)
HSDPAを実現する技術
① 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
② 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
③ 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
④ 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
通信速度
基地局
ユーザAの無線状態
ユーザBの無線状態無線状態
良
約14Mbps
ユーザA（時間T1）
無線状態＝良
悪
時間
ユーザA（時間T1）
ユーザB（時間T2）
無線状態＝悪
送信電力一定
ユーザB（時間T2）
35
検索サービスの強化
36
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
車内利用
リモコン
通信先の拡大
デジカメ
音楽プレーヤー
メーター
（検針）
・有線：USB
・無線：非接触IC、IrDA、Bluetooth
ノートPC
改札機
店舗端末
情報家電
自動販売機
37
安全安心を実現するセキュリティ機能
① 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
② 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
③ 指紋センサー

事前登録の指紋によるロックの設定、解除
④ 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
⑤ 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
⑥ 電子認証サービスFirst Pass

暗
証
番
号
を
入
力
ロ
ッ
ク
設
定
・
解
除
ﾄﾞｺﾓから取得したﾕｰｻﾞ証明書による認証
38
「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）

TRANSPORTATION
TICKET
モバイルSuica
2006年1月28日開始
ONLINE
SHOPPING
FINANCE
MEMBER’S
CARD
SHOPPING
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。
39
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
（
1 13
チセ
ャグ
ンメ
ネン
ルト
分
の
帯
域
）
放送局
携帯向けは
ワンセグメント
携
基帯
地電
局話
の
据え置き
TV向け
インターネット
40
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
サ
ー
ビ
ス
（
放放
送
局送
がサ
ー
提ビ
供ス
）
通
信
キ
（
ドャ
コリ
モ
がア
提サ
供ー
）ビ
ス
通信
放送
通信
Gガイド番組表
リモコン
ワンセグ
iモード
データ放送
サイトへ
番組を選択し
TVを起動
データ放送全画面
表示も可能
i
モ
|
ド
サ
イ
ト
へ
■リアルタイムな情報
も表示可能
・天気
・交通情報
・ニュース
iモードサイトへ
Gガイド番組表
リモコン起動
■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：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
41
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
IMT-2000
Enhanced
IMT-2000
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
.
1Gbps
Enhancement
New Nomadic / Local
Area Wireless Access
低速
1
10
100
1000
通信速度 (Mbps)
42
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
43
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
44
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
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
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。
48

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