Ｗ－ＣＤＭＡ 松下温 （慶應義塾大学 理工学部）

Ｗ－ＣＤＭＡが日欧の次世代共通規格となる 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（Ｅｕｒｏｐｅ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔ．）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

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 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 ： ３．６８６４Ｍ Ｈｚ 日欧 ： ４．０９６ Ｍ Ｈｚ 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

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

[ W-CDMA実験システムアクセス系インタフェース ] Ｗ－ＣＤＭＡ方式 実験システムの構成 [ 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 MCCインタフェース MS BTS BSC機能 MSC機能 無線インタフェース 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＞Ver.2

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

主要諸元 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

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 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 二重拡散を利用 ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

２階層符号割り当て フルコードセット/セル フルコードセット/移動局 １コード/セル １コード/移動局 下り 上り 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 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。 チャネライゼーション符号 直交符号であり、同時に同一局で使用したときの符号間干渉を最小にする。直交符号には数に制限があり、どのセルでも符号セット全ての符号語が用いられる。 全てのセルで共通に使われるため、セルの区別ができない。 下り セル内の移動局の識別およびマルチコード伝送時のコードの識別のために使われる。 上り マルチコード伝送時のコード識別のためのみに使われる。 スクランブリング符号 異なるセルでは送信局が異なるため直交化は期待できない。直交符号である必要はないため多数の符号が存在するので、各セルまたはユーザに異なる符号を割り当てることができる。 セルを識別するために使用。 移動局を識別するために使用。 １コード/セル １コード/移動局 下り 上り ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

チャネライゼーション符号 OVSF（直交可変拡散率符号） 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 C4.1 C4.2 C4.3 C4.4 C2.1 C2.1 C2.1 C2.1 C2.2 C2.2 C2.2 C2.2 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 = = C2.1 C2.2 C1.1 C1.1 C1.1 C1.1 = 1 1 1 -1 = ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2 Orthogonal variable spreading factor

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 （例） C64（1） C64（2） ：音声ユーザ C32（2）：データユーザ 同時に割り当て可能 さらに高速のデータ通信： C16（2）, C8（2） 極端に高速のデータ通信に対しては、１つの通信チャネルに複数の拡散符号を割り当てるマルチコード伝送も可能である。 複数の符号を使用すると振幅変動が大きくなりピークファクタの観点からは不利になるが、拡散率が極端に低い符号を使うことによる特性劣化の心配はない。 ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

スクランブリング符号 Gold系列 特性 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 　　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 シフトレジスタ Ｍ系列とは、DS－CDMA方式の拡散符号によく使われるもので、利点としては、 １周期中の０と１の発生確率が一定である。必ず０が１つだけ少ない。 自己相関関数の波形はインパルス関数によく似ている。 プリファードペアと呼ばれるＭ系列同士の相互相関値はきわめて低い。 しかし、プリファードペアと呼ばれる符号系のパターンが増やしにくいという致命的な欠点がある。符号系のパターン数はそのまま同じ周波数帯を使って同時に通話できるユーザの数に当たるのだが、プリファードペアの数はせいぜい１桁である。 Ｍ系列には相互相関値を常に低く抑えることのできるプリファードペアが少ないこともあり、なかなか使われていない。そこで、考え出されたのがGold系列である。 この系列は、周期が等しく、プリファードペアである２つのＭ系列を単位加算することで得られ、符号の発生回路もＭ系列のものを使える。 比較的多くのパターンが得られる系列だが、Ｍ系列から派生した者なので、相互相関値を０にすることはできない。また、自己相関特性もM系列に劣る。しかし相互相関特性が簡単な計算で割り出せ、同時に通話できる回線数の見積もりが簡単にできるので、非同期CDMAの拡散符号としてよく用いられる。 ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

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。 TPCなど パイロット データ１ データ2 1スロット 1スロット W-CDMAはパイロットシンボルを用いた同期検波を採用している。下りパイロット信号はTPC（送信電力制御）ビットなどともに時間多重して伝送される。これにより、送信電力制御の制御遅延を短くできる。 IQ多重について Cos波にIチャネルsin波にQチャネルを割り当てる IQは互いに直交。合成されてQPSK波となる Q Q パイロット TPCなど データ I I 上り 下り パイロットシンボルの多重 ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

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 Cdmaは干渉を前提としたシステムであり同程度の電界強度で受信される信号の中から希望はを逆拡散により抽出する。従って各チャネルの受信レベルがほぼ等しくなることが必須である。W-CDMAはSIRベースのオープンループ送信電力制御とクローズドループ送信電力制御により高速高精度の受信レベル制御を実現している。ここでは送信電力制御がより重要な上り伝送について、個別チャネルと共通チャネルの送信電力制御の概要を説明する。 個別チャネルは基地局と移動局の間に上り下りとも専用のチャネルが割り当てられている。基地局は、移動局が受信する上りチャネルのSIRを測定し、ターゲット値と比較し、下りチャネルTCPビットにより、移動局に送信電力の増減を指示する。TPCビットは１スロット（667micros）に１ビット割り当てられており、667ごとに1dBステップという、高速高精度のクロースドループ送信電力制御が可能である。 ランダムアクセスチャネルの信号は単発の信号であり、また個々のランダムアクセル信号に対応する下りチャネルが存在しないので、クロースドループの送信電力制御はできない。そこで、移動機は下り共通チャネルのSIRを測定し、無線伝送路の伝搬損失を推定し、送信電力を決定する。このオープンループ送信電力制御により、ランダムアクセル信号の受信電力も制御可能となった。 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

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

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 …… ＃１６ 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

適応送信電力制御 ［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 上り回線 移動局 基地局 送信データ 拡散変調 電力増幅 逆拡散 ＲＡＫＥ復調 Ｅｂ/Ｉｏ測定 ＴＰＣビット ＴＰＣビット 拡散変調 比較 受信データ ＲＡＫＥ復調 逆拡散 送信データ 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） ［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 を測定する ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

無線チャネル構成 物理チャネル……異なるコード 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 報知チャネル ： １２ 報知チャネル ： １２ 共通制御チャネル ： １２ （ＦＡＣＨ，ＲＡＣＨ） （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

論理チャネル構成 制御チャネル（ＣＣＨ：Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ） 共通制御チャネル（ＣＣＣＨ：Ｃｏｍｍｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ） 報知チャネル（ＢＣＣＨ：Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ） 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：Ｐａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ） 下りアクセスチャネル（ＦＡＣＨ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ） 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：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ） 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：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ） 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：Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ） トラフィックチャネル（ＴＣＨ：Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ） 個別トラフィックチャネル（ＤＴＣＨ：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ） ユーザパケットチャネル（ＵＰＣＨ：Ｕｓｅｒ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｈａｎｎｅｌ） ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

論理チャネル 報知チャネル（ＢＣＣＨ） ページングチャネル（ＰＣＨ） 下りアクセスチャネル（ＦＡＣＨ－Ｌ／Ｓ） 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 Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ 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 Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ 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 Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ 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 Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ の双方向チャネル ＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞Ver.2

アクセス手順 報知（とまり木）チャネルを開く アクセスチャネルＲＣＨで通信要求 ＳＤＣＣＨ設定 ユーザ認証（乱数送信して暗号をもらう） 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