FUJITSU. 63, 6, p. 681-688 （11, 2012） 681

あ ら ま し

モバイルアクセスのデータ通信量は，近年の動画視聴やスマートフォンの普及によ

り急拡大しており，毎年2倍以上のトラフィックの伸びが報告されている。最近の調査では，全世界のモバイルトラフィックの年増加率は将来的に徐々に減少すると予測さ

れているものの，今後も増加を続けるモバイルトラフィックを収容するための対策が必

要とされている。このため，従来の3Gシステムよりも高速・大容量なLTE（Long Term Evolution）システムの導入が日本をはじめ世界各国で進められている。本稿では，モバイルトラフィック対策を述べ，現在サービスが開始されているLTEシ

ステムの技術動向について解説し，富士通が開発している屋外向け基地局装置（eNode B装置）と屋内向けのフェムト基地局装置について紹介する。また，LTEよりも更に高速・大容量化が可能であり，今後の実用化が期待されているLTE-Advancedの技術動向を紹介し，増大を続けるモバイルトラフィックの収容に向けた将来技術について解説する。

Abstract

The amount of mobile data traffic is more than doubling each year because of the increase in mobile video traffic and spread of smartphones. We have to develop effective technologies to cope with this continuously growing amount of mobile data traffic. The Long Term Evolution (LTE) service, which offers higher speed and greater capacity than the 3G system, launched a commercial service in Japan and other countries to deal with the growing mobile data traffic. This paper describes the technological trends in the LTE mobile access system, and introduces an LTE macro base station (eNode B equipment) and LTE Femto base station that are under development. It also describes the technological trends in an LTE-Advanced mobile access system which is an enhanced version of LTE and which is expected to be put to practical use in the near future after 2014.

● 関　宏之　　　● 箕輪守彦

モバイルアクセスシステムの技術動向

Technological Trends in Mobile Access Systems

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モバイルアクセスシステムの技術動向

増加率1.78倍）の増加が見込まれている。● モバイルトラフィックの対策急増するモバイルトラフィックの対策として，移動通信システムの容量を増大するために，以下の四つの方法が有効と考えられる。（1） 周波数利用効率の向上周波数利用効率は，単位周波数帯域幅で達成可能なデータ伝送速度で定義され，OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）などの無線アクセス方式の進化や，MIMO（Multiple Input Multiple Output）などのマルチアンテナ伝送技術の導入によって実現される。（2） 周波数帯域の拡大移動通信用に新たな周波数資源を割り当て，移動通信システムで利用できる周波数帯域幅を増大することを意味する。（3） 小セル化セル半径を縮小するなど，単位面積あたりの基地局数を増やし，ユーザあたりのスループットを向上する技術である。（4） トラフィックオフロードこれまで屋外のマクロ基地局にアクセスしていた屋内端末のトラフィックを，屋内などに設置するWi-Fiやフェムト基地局に収容する技術である。高速無線アクセスシステムの動向を図-1に示す。現在，移動通信の無線アクセス方式は，W-CDMA（Wideband-Code Division Multiple Access）と呼ばれる第3世代方式（3G）から，HSPA（High Speed Packet Access）と呼ばれる3.5世代方式（3.5G）およびLTEの3.9世代方式（3.9G）を経て，LTE-Advancedの第4世代方式（4G）へと進化している。これらの進化を通して，上記の四つのトラフィック対策を実現することで，急増するモバイルトラフィックへの対応が進められている。3Gから4Gの無線アクセス方式の比較を表-2に示す。以降では，既にサービスが開始されているLTEと，2014年以降の実用化が期待されるLTE-Advancedのそれぞれの技術動向について解説する。

LTEの技術動向

LTEは，標準化団体である3GPP（3rd Generation Partnership Project）で，Release 8として仕様化された無線通信方式の規格である。（3） LTEは，表-2

LTEの技術動向

ま　え　が　き

モバイルアクセスのデータ通信量は，動画視聴やスマートフォンの普及により急拡大しており，近年では毎年2倍以上のトラフィックの伸びが報告されている。本稿では，急増するモバイルトラフィックの状況とトラフィックを収容するために有効とされる対策技術について説明した後，モバイルトラフィック対策の観点から，従来の3Gシステムよりも高速・大容量であり，現在世界中で導入が進められているLTE（Long Term Evolution）システムの技術動向について解説する。また，LTEよりも更に高速・大容量化が可能であり，今後の実用化が期待されているLTE-Advancedの技術動向として，LTE-Advancedの主要機能について解説した後，増大を続けるモバイルトラフィックを収容するために，富士通が今後取り組んでいくべき技術課題について説明する。

モバイルトラフィックの状況と対策

● モバイルトラフィックの状況総務省の情報通信審議会が2008年に発表した推計（1）では，2007年のモバイル通信量を基準とした場合，モバイルトラフィックは2012年には6倍，更に2017年には200倍以上に増大すると予測されている。10年で200倍は，年平均増加率で1.7倍に相当する。最近の調査報告（2）によると，全世界のモバイル

トラフィックの年増加率は，2008年から4年連続で2倍を超えている。表-1に示すように，年増加率は今後徐々に減少すると予測されるが，それを加味しても2011年から2016年の5年間で18倍（平均年

ま　え　が　き

モバイルトラフィックの状況と対策

表-1　モバイルトラフィックの年増加率全世界のモバイルデータトラフィックの年増加率

2009年 140％（2.4倍）2010年 159％（2.59倍）2011年 133％（2.33倍）2012年（予測） 110％（2.1倍）2013年（予測） 90％（1.9倍）2014年（予測） 78％（1.78倍）

出典：Cisco VNI Mobile（2012年）

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モバイルアクセスシステムの技術動向

の大幅な削減を可能にしている。（4） LTEを含んだモバイルネットワークアーキテクチャの全体構成を図-2に示す。● LTE基地局（eNode B）

LTEは，3Gと同じ周波数を利用することを特徴としており，図-3に示すように，モバイルオペレータが3Gサービスに利用している周波数の一部を徐々にLTEに置き換えることにより，3GからLTEへのスムーズな移行が可能となる。そのため，LTE基地局は，既存の3G基地局と併設して設置される。また，「小セル化」を実現するために，LTE

に示したように，DownLink（DL）にOFDMA，UpLink（UL）にCyclic Prefixを用いたSC-FDMA（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）と，マルチパス環境に強い無線通信方式を採用している。また，最大64QAMの多値変調にMIMOのマルチアンテナ技術を組み合わせることで，データ伝送速度を大幅に向上している。更に，LTEは，パケットベースのネットワークアーキテクチャを採用しており，LTE基地局装置は直接コアネットワークに接続されており，端末の常時接続やプロトコルの簡素化によって，接続遅延時間

図-1　高速無線アクセスシステムの動向

高速無線アクセスシステム

移動速度

Bluetooth802.15.1

UWB802.15.3a

1G（アナログ）

2G（デジタル）

3G（IMT-2000）

LTE

AMPS IS-95GSMPDC

WiMAX802.16-

2004802.16e 802.16m

W-CDMA/TD-SCDMA/HSPA

CDMA2000 EV-DO/DVETACSNTT

～40 k 2 M 54 M 100 M伝送速度（bps）

1 G14 M

ZigBee802.15.4

2.4 GHz802.11b

5 GHz802.11a/g

802.11n

PAN

Wi-Fi

携帯電話 1995 2000 2010

LTE-Advanced高速

低速

PAN： Personal Area NetworkPDC： Personal Digital CellularTD-SCDMA： Time Division Synchronous Code Division Multiple AccessUWB： Ultra Wide BandWi-Fi： Wireless Fidelity

AMPS： Advanced Mobile Phone SystemETACS： Extended Total Communications SystemEV-DO： Evolution Data OnlyEV-DV： Evolution Data and VoiceGSM： Global System for Mobile CommunicationsIS-95： Interim Standard-95 Multiple Access

表-2　無線方式の仕様および性能の比較W-CDMA（3G） HSPA（3.5G） LTE（3.9G） LTE-Advanced（4G）

無線方式 DL：CDMAUL：CDMA

DL：CDMAUL：CDMA

DL：OFDMAUL：SC-FDMA

DL：OFDMAUL：SC-FDMA

周波数帯域幅 5 MHz 5 MHz 20 MHz 100 MHz

変調方式 HPSK，QPSK HPSK，QPSK,16QAM

QPSK，16QAM，64QAM

QPSK，16QAM，64QAM

最大データレート DL：384 kbpsUL： 64 kbps

DL：14.4 MbpsUL： 5.7 Mbps

DL：300 MbpsUL： 75 Mbps

DL：3 GbpsUL：1.5 Gbps

特　徴 回線交換サービスに適用

パケットデータ通信速度の向上

データレートとLatencyの向上

データとモビリティの更なる向上

DL： DownLink（基地局→携帯電話） HSPA： High Speed（Downlink/Uplink）Packet AccessUL： UpLink（携帯電話→基地局） OFDMA： Orthogonal Frequency Division Multiple AccessCDMA： Code Division Multiple Access SC-FDMA： Single Carrier-Frequency Division Multiple Access

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モバイルアクセスシステムの技術動向

基地局は3G基地局よりも多く（密に）設置される。以上のことから，LTE基地局は，3G基地局と比べて大幅な小型化，軽量化，低消費電力化が求められる。富士通で開発したeNode B装置の外観を図-4に，装置諸元を表-3に示す。eNode Bは，BBU（Base Band Unit）とRRH（Remote Radio Head）に分かれており，1台のBBUと最大3台のRRHが標準仕様であるCPRI（Common Public Radio Interface）などの標準規格に準拠したインタフェースで接続される。富士通のeNode B装置

の特徴を以下に示す。（1） LTEと3GのRRH共用

RRHがCPRI共用装置を介して，LTEのBBUと3GのBBUと同時に接続でき，1台のRRHを用いてLTEと3Gの共用サービスが可能である。（2） BBUの屋外設置

BBUの小型化により，RRHだけでなくBBU装置の屋外設置が可能となり，基地局を増設する際に，設置場所の制約が緩和され，柔軟な設置が可能である。（3） RRHの小型・軽量化

RRHは，ビルの屋上や鉄塔などアンテナの近くに設置される。富士通のRRHはプラスチック筐体を用いることで小型・軽量化を実現しており，基地局の増設に伴うRRHの設置を容易にする。● フェムト基地局フェムト基地局は，屋内端末の高スループット化と同時に，トラフィック増大に対する「トラフィックオフロード」対策として期待される。音声がサービスの主体であった3Gに対して，LTEではデータ通信がサービスの主体となるため，屋内環境で高いスループットを実現するだけでなく，屋外から屋内にかけてシームレスなサービス提供を実現することが重要となる。富士通で開発したLTEフェムト基地局装置の外

LTE150 Mbps

3G 3G 3G LTE37.5 Mbps

3G 3G LTE75 Mbps

3G LTE112.5 Mbps

5 MHz

10 MHz

15 MHz

周波数

周波数

周波数

周波数

20 MHz

図-3　3GからLTEへの移行シナリオ

図-2　モバイルネットワークアーキテクチャ

3G/HSPA

HGW

RNC

G/SGSN

EPC EPC

Node BeNBeNB eNB eNB

LTE-AdvancedLTE

AGWxDSL/FTTx

Control/Management

Transport/Access

Circuit switchemulated service

IP multimediaservice

Streaming serviceService

Resource Control/Mobility Management

AGW： Access GatewayeNB： Evolved Node BEPC： Evolved Packet CoreG/SGSN： Gateway/Serving GPRS Support Node

HGW： Home GatewayPSTN： Public Switched Telephone NetworksRNC： Radio Network Controller

IPコアネットワーク

LTE/Wi-Fi

フェムト基地局

PSTN

インターネット

Node B

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モバイルアクセスシステムの技術動向

（3） ネットワークサービス連携フェムト基地局は，ホームやオフィス内のICT機器を連携させるゲートウェイ機能として活用することができる。また，フェムト基地局を経由してクラウド上のサービスプラットフォームとICT機器を連携させた新しいサービスの提供についても検討されている。

LTE-Advancedの技術動向

増大を続けるモバイルトラフィックに対応するために，移動通信方式も進化を続けなければならない。3GPPでは，LTEの機能を包含しながら新しい機能を追加する形でLTE仕様を発展させており，特に，Release 8仕様から大幅な機能拡張を行ったRelease 10以降の仕様をLTE-Advancedと呼んでいる。（5） 以下に，LTE-Advancedで追加された四つの主要機能について説明する。

LTE-Advancedの技術動向

観を図-5に，装置諸元を表-4に示す。富士通のフェムト基地局の特徴を以下に示す。（1） 場所を選ばない簡単設置電源投入後，フェムト基地局はサーバから必要なパラメータをダウンロードしてサービスを開始する（Plug＆Play）。また，フェムト基地局はマクロ基地局や周辺のフェムト基地局との干渉を自動で回避する独自の干渉制御機能を備え，場所を選ばない簡単設置を実現する。（2） LTE-Wi-Fi Interworkingフェムト基地局はLTEとWi-Fiの両方の機能を有しており，端末はいずれの方式でもフェムト基地局にアクセス可能である。また，この特徴を生かし，干渉やロードバランスを考慮したLTEとWi-Fiの切替制御や，1台の端末がLTEとWi-Fiを同時に使って高速データ伝送を行うLink Aggregationについても検討を進めている。

図-4　eNode B装置の外観 図-5　フェムト基地局装置の外観

（a）BBU （b）RRH

表-3　eNode B装置諸元項　目 仕　様

無線周波数帯 700 MHz～ 2.6 GHz帯域幅 5，10，15，20 MHz

アクセス方式 DL：OFDMAUL：SC-FDMA

アンテナ技術 DL：2×2 MIMOに対応UL：1×2 SIMOに対応

セクタ数 最大6セクタ最大送信電力 40 W（20 W＋20 W）最大伝送速度（セクタあたり）

DL：150 MbpsUL：50 Mbps

BBU-RRHインタフェース ORI/CPRI/OBSAI

装置サイズ/重量 BBU：20 L以下RRH：12 L（10 kg）

表-4　フェムト基地局装置諸元項　目 仕　様

装置諸元

サイズ/重量 130 mm（W）×25 mm（D）×220 mm（H）/600 g

入力電源 100～ 240 VAC

消費電力 12 W有線回線 100Base-Tx/1000Base-T

無線アクセス

LTE

無線周波数 3GPPバンドに対応帯域幅 5 MHz，10 MHz

アンテナ構成 DL：2×2 MIMOUL：1×2 SIMO

最大送信電力 10 mW×2（@10 MHz）3GPP仕様 Release 9

Wi-Fi 標準仕様 IEEE 802.11a/b/g/n上記仕様は許可なく変更される場合があります。

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モバイルアクセスシステムの技術動向

重の仕様が追加され，DLと同様にコードブックベースのプリコーディングが適用されている。（3） セル間干渉制御（eICIC）

LTE-Advancedでは，マクロセル内に小出力のピコ基地局や張出しRRH，フェムト基地局などを配置して，セル内の高トラフィックを収容するHetNet（Heterogeneous Network）と呼ばれるセル構成が検討されている。HetNetの概念図を図-6に示す。eICIC（enhanced Inter-Cell Interference Coordination）は，HetNetにおいてマクロ基地局とマクロセル内の小セル局とのセル間干渉を低減することで，セル容量を増大する技術である。具体的には，マクロ基地局の送信フレームの一部のサブフレームを送信停止区間とし，その区間に小セル局がセル間干渉の大きい位置にいるユーザと通信することで，セル間干渉の発生を抑える。（4） セル間協調送受信（CoMP）

CoMP（Coordinated Multi-Point transmission and reception）は，異なる基地局間の送受信処理を協調させることで，セル境界の通信品質を向上する技術であり，Release 11での仕様化が進められている。基地局間の協調には，独立したeNode B

（1） Carrier Aggregation（CA）ITU-R（International Telecommunication

Union-Radiocommunication sector） が 定 め たIMT（International Mobile Telecommunications）-Advancedの最小要求条件を満たすため，LTE-Advancedでは，最大伝送速度1 Gbps以上，周波数利用効率15 bps/Hz以上が目標とされた。Release 10で追加されたCAは，最大100 MHzの帯域に対応し，LTEとのバックワードコンパチビリティを確保するため，最大で五つのComponent Carrier（LTEの最大20 MHzの帯域幅）を束ねて扱う機能である。CAにより，様々な周波数バンドに割り当てられた移動通信用の周波数帯域を用いて，端末あたりの伝送速度を高めることができる。（2） マルチアンテナ多重伝送（MIMO）

LTEのMIMOはDLで最大4レイヤ多重であったが，Release 10では最大8レイヤ多重まで拡張された。100 MHzの周波数帯域を用いた場合，最大伝送速度は3 Gbpsとなる。レイヤ多重数の拡張に対応して，チャネル推定用のリファレンス信号や，伝搬品質測定用のリファレンス信号の仕様も追加されている。また，ULにおいても最大4レイヤ多

図-6　HetNetの概念

Macro

MicroFemto

Pico Relay

Femto

固定網

インターネット

固定アクセスライン（FTTx）

DAS：Distributed Antenna System

Femto Access Point（Base Station）

Pico Cell Base Station Relay Base Station

Micro

Pico

Femto

固定網-モバイルインターワーキング

モバイルコアネットワーク

モバイルバックホール

Relay Backhaul

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モバイルアクセスシステムの技術動向

ラフィックオフロードを考慮したフェムト基地局装置について紹介した。そして，今後の実用化が期待されているLTE-Advanced（4G）の技術動向として，LTE-Advancedの主要機能である「CA」「MIMO」「eICIC」「CoMP」について解説した。また，今後も増大を続けるモバイルトラフィックを収容するための将来技術として，HetNetに着目し，C-BBUを用いて複数のRRHを集中制御する技術やC-BBUを用いてLTE-Advancedの四つの主要機能を組み合わせて最適化するインテグレーション技術について説明した。富士通は，LTEの本格的な普及に向けた技術開発を進めると同時に，LTE-Advancedの実用化と商用化に向けた将来技術の開発を推進していく予定である。

参 考 文 献

（1） 総務省：情報通信審議会 情報通信技術分科会 携帯電話等周波数有効利用方策委員会報告，December 2008．

http://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/ policyreports/joho_tsusin/bunkakai/pdf/ 081211_1_si1-2.pdf（2） Cisco：Cisco Visual Networking Index：Global

Mobile Data Traffic Forecast Update，2011-2016．February 2012．

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/ white_paper_c11-520862.html（3） 3GPP TS36.201 V8.3.0：LTE Physical Layer -

General Description（Release 8）．Mar. 2009． http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/ 36.201/36201-830.zip（4） 3GPP TS36.300 V8.10.0：E-UTRA and E-UTRAN

Overall description Stage 2（Release 8）．Sep. 2009． http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/36_series/ 36.300/36300-8a0.zip（5） 中村武宏ほか：LTE-Advancedの概要および標準化動向．NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル，Vol.18，No.2，p.6-11（2010）．

（6） 関 宏之：超高速ブロードバンドサービスを提供するヘテロジーニアスネットワーク．電子情報通信学会

総合大会，BP-2-6，2012年3月．

間の有線インタフェースを用いる方法と，複数のRRHと集中型eNode BをCPRIなどの高速インタフェースで結ぶ構成を用いる方法がある。CoMPには，Joint ProcessingやCoordinated Scheduling/Coordinated Beamformingなどの方法があるが，処理遅延の小さい高速インタフェースを用いることで，スケジューリング処理の協調が可能となり，より高い効果が期待されている。

今後の課題

今後も増大を続けるモバイルトラフィックに対応するためには，HetNetによる小セル化は重要な技術である。特に，ベースバンド信号処理部を1か所に集中して配置したCentralized-BBU（C-BBU）基地局を用いて，C-BBUから張り出した複数のRRHを集中制御することで，マクロセルや小セルの間でスケジューリングなどの高速な連携処理が可能となり，CoMPだけでなく，CA，MIMO，eICICなどのLTE-Advancedの各機能を組み合わせて最適化するインテグレーションが可能となる。（6）

今後は，C-BBUとRRHを用いたHetNetの実現に向けて，（1） C-BBUの集中制御による最適化アルゴリズム（2） C-BBUの大規模信号処理実装技術（3） C-BBUとRRH間の高速インタフェースを実現するための光伝送技術およびミリ波伝送技術

（4） 広帯域かつ複数帯域の信号を高効率に送受信可能なRRH装置

（5） フェムト基地局やリレー局も含めたHetNet全体の最適干渉マネジメント技術などの技術開発を進めていく必要がある。

む　　す　　び

本稿では，急増するモバイルトラフィックを収容するために有効とされる「周波数利用効率の向上」「周波数帯域の拡大」「小セル化」「トラフィックオフロード」の四つの対策技術と，これらのトラフィック対策の観点から，3Gから4Gへと進化しているモバイルアクセスシステムの技術動向について解説した。LTE（3.9G）の技術動向では，3GからLTEへのスムーズな移行を考慮したBBUとRRHからなる基地局装置構成と，屋内での高速化とト

今後の課題

む　　す　　び

FUJITSU. 63, 6 （11, 2012）688

モバイルアクセスシステムの技術動向

関　宏之（せき　ひろゆき）

ネットワークシステム研究所 所属現在，次世代セルラシステムおよび無線基地局装置の研究開発に従事。

箕輪守彦（みのわ　もりひこ）

アクセスネットワーク事業本部モバイルネットワーク事業部 所属現在，移動通信システムの方式設計，プロダクト戦略に従事。

著 者 紹 介