W－CDMA （次世代）

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

ＥＴＳＩ（ＥｕｒｏｐｅＴｅｌｅｃｏｍＳｔａｎｄａｒｄＩｎｓｔ．）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
1

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：３．６８６４ＭＨｚ
日欧：４．０９６ＭＨｚ
– 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
2

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
3
Ｗ－ＣＤＭＡ方式

実験システムの構成
MCCインタフェース
MS
BTS
無線インタフェース
BSC機能
MSC機能
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
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
4
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
5
主要諸元
項目
無線アクセス方式
W-CDMA
DS-CDMA FDD
2GHz 帯
周波数
1920～1940MHz (上り)
2110～2130MHz (下り)
5MHz
キャリア周波数間隔
(1.25/10/20MHzへの拡張も容易)
4.096Mcps
チップレート
(1.024/8.192/16.384Mcpsへの拡張も容易)
Data: QPSK パイロットシンボル同期検波 RAKE
変復調方式
Spread: QPSK
内符号: 畳み込み符号化（R=1/3 or 1/2, K=9）
符復号化方式
軟判定ビタビ復号
外符号: リードソロモン符号 (データ伝送用)
シンボルレート
16～1024Ksps
情報伝送速度
最大2Mbpsまで可変
送信電力制御
SＩRベース閉ループ＋開ループ制御
ダイバーシチ
RAKE＋アンテナ
基地局間同期
非同期
–
–
N-CDMA (IS95)
DS-CDMA FDD
824.04～849.98MHz (上り)
869.04～893.07MHz (下り)
1.25MHz
1.2288Mcps
QPSK
畳み込み符号化（R=1/2, K=9）
軟判定ビタビ復号
19.2Ksps
1.2, 2.4, 4.8, 9.6Kbps
閉ループ＋開ループ制御
RAKE＋アンテナ
GPSによる同期
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
6

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
二重拡散を利用
–
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
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
7
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
下り
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
１コード/移動局
上り
8
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
C2.1
C1.1 C1.1
=
C2.2
C1.1 C1.1
=
1
1
C4.1
C2.1 C2.1
=
=
C4.2
C2.1 C2.1
C4.3
C2.2 C2.2
C4.4
C2.2 C2.2
1
1
1
1
1 1
1 -1
-1 1
-1 -1
1
-1
-1
1
1
-1
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
Orthogonal variable spreading factor
9
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
C16（1）
同時に割り当て可能

さらに高速のデータ
通信： C16（2）, C8（2）
C32（1）
C64
（1）
C8
（1）
C1
（1）
C2
C2
（1）
（2）
C
4
C4
（2）
（1）
C8
（2）
C16（2）
C32（2） C32（3）
C64（2）C64
（3）
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
C32（4）
C64（4）
10
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
シフトレジスタ
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
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
11
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。
1スロット
Q データ１データ2
TPCなどパイロット
1スロット
Q パイロット TPCなど
I
I
下り
データ
上り
パイロットシンボルの多重
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
12
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
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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
14

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
……
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
＃１６
…………
15
適応送信電力制御
上り回線
移動局
送信データ
拡散変調
電力増幅
逆拡散
ＴＰＣビット
受信データ
ＲＡＫＥ復調
基地局
拡散変調
逆拡散
ＲＡＫＥ復調
Ｅｂ/Ｉｏ測定
ＴＰＣビット
送信データ
比較
目標Ｅｂ/Ｉｏ
下り回線
［閉ループ送信電力制御］

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）
を測定する
［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
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
16
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
17
論理チャネル構成
制御チャネル（ＣＣＨ：ＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）
共通制御チャネル（ＣＣＣＨ：ＣｏｍｍｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）
報知チャネル（ＢＣＣＨ：ＢｒｏａｄｃａｓｔＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）
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：ＰａｇｉｎｇＣｈａｎｎｅｌ）
下りアクセスチャネル（ＦＡＣＨ：ＦｏｒｗａｒｄＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）
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：ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）
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：ＤｅｄｉｃａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）
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：ＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）
トラフィックチャネル（ＴＣＨ：ＴｒａｆｆｉｃＣｈａｎｎｅｌ）
個別トラフィックチャネル（ＤＴＣＨ：ＤｅｄｉｃａｔｅｄＴｒａｆｆｉｃＣｈａｎｎｅｌ）
ユーザパケットチャネル（ＵＰＣＨ：ＵｓｅｒＰａｃｋｅｔＣｈａｎｎｅｌ）
＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2
18
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ＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔ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ＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔ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ＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔ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ＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔ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
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