from NTTドコモ

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rom
NTTドコモ
豊かな生活に役立つ社会基盤となる
LTEサービス「Xi」
（クロッシィ）
2010年12月に東名阪でサービスを開始した「Xi」
（クロッシィ）は，高速，大容量，低遅延を実現するLTE（Long Term
Evolution）規格に準拠した移動通信サービスです．LTE規格に準拠した通信サービスは，欧州をはじめ米国でも順次開始され，
多くの通信事業者が今後対応を予定しています．それに先駆けて，NTTドコモはデータ通信サービスから開始し，従来の3Gエ
リアとの連続性を維持しつつ，4Gへのスムーズな橋渡しとなるLTEを商用化しました．
「Xi」
（クロッシィ）とは
技術的特長
携帯端末やネットワークの高機能化，料金体系としての
定額制の普及拡大により，サービスおよびコンテンツの
LTEには，高速，大容量，低遅延という言葉に代表され
る，3つの技術的な特長があります（図３）．
リッチ化が進んでいます．特に，スマートフォンの急激な
まず第1の特長としては，上下ピークレートの大幅な向上
普及にも伴い，新たなサービスやアプリケーションの発展
が挙げられます．
「Xi」
（クロッシィ）のサービス開始当初は，
が期待されると同時に，動画などのデータトラフィックの
UEカテゴリ3
増加傾向が今後も続くと見込まれており（図１），その対策
して，帯域幅10 MHz運用の一部の屋内局では約75 Mbit/s，
が移動通信事業者にとって共通の課題になっています．
それ以外のエリアでは帯域幅5 MHzで約37.5 Mbit/sを実
＊１
の移動端末を投入し，下りピークレートと
NTTドコモは2004年11月，Super3Gの概念を提唱し
現します（図４）．また，上りピークレートとして，帯域幅
ました（図２）．概念の骨子としては，ユーザ体感の向上や
10 MHz運用の一部の屋内局では約25 Mbit/s，それ以外
サービスの新たな可能性につながる通信速度の高速化や低
遅延化，伸び続けるトラフィックを収容可能とする大容量
＊1
UEカテゴリ3：規格上規定された移動端末の能力分類．
化といった3G技術の長期的な競争力維持，さらには将来の
4Gネットワークへの円滑な移行を可能にすることなどが挙
げられます．さらに，Super3Gの概念に基づき，2009年
システム性能
4G
3月に3GPP（3rd Generation Partnership Project）
スムーズな
4G導入
Release 8として確定したLTE（Long Term Evolution）
標準規格の策定に寄与し，規格確定後は世界と歩調を合わ
4G用周波数帯
せつつ，先頭集団での商用化を進めてきました．
ここでは，2010年12月に東名阪で開始したLTEサービ
3G用周波数帯
LTE（Super3G）
ス「Xi」（クロッシィ）のシステムとサービスの概要につい
て，3Gシステムとの対比を交えつつ解説します．
3Gの長期的
発展
HSUPA
その他
画像
動画
HSDPA
W-CDMA Release 99
2005年
2006年
2007年
2008年
図１ データトラフィックの伸び
48
NTT技術ジャーナル 2011.7
2009年
2000年
2010年
図２ LTE 導入イメージ
のエリアでは帯域幅5 MHzで約12.5 Mbit/sを実現します．
両方を，大幅に短縮しています．これにより，通信を伴う
第2の特長として，無線方式の高度化により，HSPA
アプリケーションのレスポンスやスループット
＊２
＊３
の向上が
（High Speed Packet Access） 比で約3倍の周波数利
見込まれ，移動端末とネットワークの連携を容易にするな
用効率を達成し，大容量化を実現しました．装置価格の低
ど，新たなソリューションの基盤としての活用も期待され
減との相乗効果により増加の一途をたどるデータトラフィッ
ます．
ク収容のための設備投資抑制効果をねらいます．
展開シナリオ
さらに第3の特長として，無線方式や制御シーケンス，ネッ
トワーク構成の見直しにより，移動端末のアイドル状態か
LTEの展開シナリオを模式的に図５に示します．「Xi」
らネットワークに無線接続したアクティブ状態までの接続
遅延，およびユーザデータが移動端末から接続先サーバな
（クロッシィ）開始当初の移動端末は，LTEとW-CDMA
どを往復する伝送遅延であるRTT（Round Trip Time）の
（Wideband Code Division Multiple Access）の能力を
備えたデュアル移動端末であり，LTEエリア内においては
前述したLTE技術の特長を提供し，導入初期に残るLTEエ
リア外ではW-CDMA（HSPA）にシームレスに切り替える
HSPA比
高速
約１０倍
下りピークレート：約75 Mbit/s
上りピークレート：約25 Mbit/s
ことで，充実した3Gネットワークのカバレッジを同時に実
※いずれも帯域幅10 MHz運用の場合
現しています．
LTEはパケット交換（PS: Packet Switched）に特化
大容量
したシステムのため，回線交換（CS: Circuit Switched）
周波数利用効率の向上による容量増大
約３倍
には対応していません．3Gにて回線交換で提供していた
低遅延
音声などのサービスは，当面は3Gへの切替えにより提供し
約１/４
接続遅延，RTTの短縮
※RTTの最大短縮効果
＊2
＊3
図３ LTE 技術の特長
HSPA：W-CDMAのパケットデータ通信を高速化した規格．
スループット：単位時間当りに，誤りなく伝送される実効的なデータ量．
（Mbit/s）
300 Mbit/s
300
250
ピークレート（Mbit/s）
UEカテゴリ
５MHz
200
150
LTE UE
カテゴリ5
10 MHz
15 MHz
20 MHz
1
10
10
10
10
2
37.5
50
50
50
3
37.5
75
100
100
4
37.5
75
112.5
150
5
75
225
300
150
100
20 MHz×4
MIMO
LTE UE
カテゴリ4
150 Mbit/s
LTE導入初期のカテゴリ
LTE UE
20 MHz×2
カテゴリ3
MIMO 100 Mbit/s
NTTドコモおよび世界の多くの市場で開発中
50
２Mbit/s
384 kbit/s
Release 99
14 Mbit/s
Cat. 10
21 Mbit/s
29 Mbit/s
64QAM
MIMO
HSPA
HSPA＋
（Release 6）
64QAM and MIMO
75 Mbit/s
42 Mbit/s
10 MHz×2
MIMO
DC-HSPA
（10 MHz）
５MHz×2
MIMO
（Release 7）
37.5 Mbit/s
LTE
「Xi」
（クロッシィ）開始時
図４ 下りピークレートの変遷
NTT技術ジャーナル 2011.7
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NTTドコモ
3G/LTE移動端末
3G移動端末
LTE/4G
移動端末
LTE/4G
移動端末
4G
PS
サービス
LTE
3G (Release 99)
2G
移動端末
3G (HSPA)
アクセス不可
PDC
2001年∼
パケットネットワークによる
CS&PSサービス
CS&PS
サービス
2010年∼
2015年∼
2020年∼
図５ 展開シナリオ例
ます．
これらの諸条件により，当面は3G（HSPA）システムに
インターネット
LTEシステムをオーバレイさせてサービスを提供し，中長
期的に3GシステムをLTE，さらには4Gシステムに巻き
HLR/HSS
取っていくシナリオが考えられます．
IMS
GGSN
システム概要
CS-GW
システム構成を図６に示します．現行の3Gネットワーク
IP網
EPC
SGSN
IP-RNC
eNodeB
をベースに，コアネットワークに交換局（EPC: Evolved
BTS
Packet Core），無線アクセスネットワークに無線基地局
LTEエリア
（eNodeB: evolved Node B）を新設します．3Gの無線
3G エリア
制御局（RNC: Radio Network Controller）の機能は，
HLR: Home Location Register
HSS: Home Subscriber Server
I M S: IP Multimedia Subsystem
EPCとeNodeBに配分してノードとしては削除し，よりフ
ラットでシンプルなネットワーク構成としています．一方，
移動端末
制御信号
データ信号
図６ システム構成
中継転送プロトコルとしてはIP（Internet Protocol）を採
用し，パケットトラフィックと親和性を高めつつ，汎用機
器による低コストでのネットワーク構築を可能にしていま
す．また，既存設備を有効活用するため，eNodeBは3Gに
提供サービスと端末概要
おける無線基地局（BTS: Base Transceiver Station）
と併設可能にし，サイトやアンテナ，無線部を共用する構
現在「Xi」（クロッシィ）は，データ専用端末によりサー
成としています．コアネットワーク内の接続ルートとして
ビスを提供しています．データ通信サービスとしては，
は，3G移動端末からの接続は，従来どおり3Gにおけるパ
FOMAと同様のmoperaによるインターネットなどとの接
ケット通信の加入者階梯の交換局であるSGSN（Serving
続や，MVNO（Mobile Virtual Network Operator）に
GPRS Support Node） か ら ， 関 門 階 梯 の GGSN
よる通信事業者が提供するデータ通信利用が可能です．
（Gateway GPRS Support Node）を経由してサーバ群
「Xi」（クロッシィ）導入初期の端末は，USB接続の
への接続ポイントに接続し，一方，3G・LTEデュアル移動
L-02CおよびExpress CardタイプのF-06Cをライン
端末は，LTEの交換局であるEPCに含まれる加入者階梯の
アップしています．いずれの端末も，前述のとおりLTEと
ゲートウェイ装置であるS-GW（Serving Gateway）から
W-CDMAの両方式に対応しており，LTEエリア外では，自
関門階梯のP-GW（PDN
＊４
-GW）を介して接続します．な
お，3G・LTEデュアル移動端末が3Gエリアで通信する場
合は，SGSNからP-GW経由で接続します．
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NTT技術ジャーナル 2011.7
＊4
PDN（Packet Data Network）
：P-GWを介して接続する外部のパケット
ネットワーク．
オーバであり，遷移ノードのケース別に，eNodeB内セク
タ間，EPC内eNodeB間，EPC間ハンドオーバがあります．
xGSN
EPC
eNodeB
EPC
X2
S1
S1
eNodeB
eNodeB
EPC内eNodeB間ハンドオーバは，eNodeB間の論理イ
IP-RNC
ンタフェースであるX2により信号処理を行うX2ハンド
オーバと，eNodeBとEPCとの間の論理インタフェースで
3G/LTE（HSPA）
デュアル端末
LTEセル
LTEセル
Intra-RAT X2ハンドオーバ
LTEセル
Intra-RAT S1ハンドオーバ
lu
あるS1により信号処理を行うS1ハンドオーバがあり，X2
リンク維持のコストとS1ハンドオーバによるコストのト
Inter-RATハンドオーバ
NodeB
NodeB
NodeB
NodeB
NodeB
3G（HSPA）
セル
3G（HSPA）
セル
3G（HSPA）
セル
3G（HSPA）
セル
3G（HSPA）
セル
レードオフにより，運用設定を判断します．
また，ハンドオーバ前後の中心周波数が同一か否かで，
図７ ハンドオーバ機能概要
周波数内，周波数間ハンドオーバに分類されます．
(2) Inter-RATハンドオーバ
Inter-RATハンドオーバはRAT間ハンドオーバであり，
LTEから3Gへの移行および3GからLTEへの移行に分類さ
動的に3Gシステムに切り替わります．ローミング時は2G
（GPRS: General Packet Radio Service）にも対応して
おり，幅広く利用できます．
れます．
■音声サービス提供機能
前述のとおり，LTEはPSに特化したシステムであり，
3GではCSで提供していた音声サービスは，当面3Gへの切
主な機能
替えにより提供します．これをCSフォールバックと呼び
ます．
■ハンドオーバ
LTEでのハンドオーバには，大別してネットワークが切
なお，LTE導入初期はCSフォールバックにより提供する
音声サービスも，将来的にはLTE上のPSドメインでの提供
替え先セルを移動端末に指示するバックワードハンドオー
を視野に入れています．
バと，移動端末が自律的に切替え先セルを捕捉するフォ
■Allways-ON
ワードハンドオーバがあります．
バックワードハンドオーバはPS Handoverと呼ばれ，無
LTEではPPP（Point-to-Point Protocol）＊６を用いず，
IP接続のみによる常時接続を行う“Always-ON”コンセプ
＊７
時（電源
線切替え時の瞬断によるパケットロスを抑制するため，切
トが採用されています．LTEエリアでアタッチ
替え元のeNodeBから切替え先のeNodeBに送達確認未完
ON時など）には，ユーザが設定したPDNに自動接続し，
了のデータを転送するデータフォワーディング，および
IPアドレスが割り当てられます．手動接続もユーザ設定に
フォワードデータと新しいデータの順序誤りを補正するた
より可能です．
めのリオーダリングに対応しています．
また，フォワードハンドオーバは，ネットワークからの
今後の展開
切断信号を契機としたRelease with Redirectionと，移
＊５
動端末が自律的にNAS（Non Access Stratum） の復
Super3Gを提唱して以来，およそ5年にわたる研究開発
旧を行うNAS Recoveryにさらに分類され，いずれも瞬断
の結果，2010年12月に「Xi」（クロッシィ）のサービス
によるデータロスを伴います．
ブランド名で，LTE標準規格準拠の移動通信サービスを東
別 の 観 点 と し て は ， 無 線 シ ス テ ム （ RAT: Radio
名阪で開始することができました．今後は，計画どおり
Access Technology）や周波数，またeNodeBやEPCの
サービスエリアを充実させるとともに，利用帯域幅の拡大
切替えを伴うか否かで，次のとおり分類されます（図７）．
によるさらなる高速化や高機能化に取り組み，端末ライン
(1) Intra-RATハンドオーバ
Intra-RATハンドオーバはLTEシステム内でのハンド
アップの充実や契約数の伸びとともに LTEサービス「Xi」
（クロッシィ）を社会に浸透させ，豊かな生活の基盤として
役立てることを目指します．
＊5
＊6
＊7
NAS：アクセス層（AS: Access Stratum）の上位に位置する，移動端末
とコアネットワークとの間の機能レイヤ．
PPP：3Gネットワークなどのデータ通信で広く用いられているレイヤ2
プロトコル．
アタッチ：移動端末の電源投ON時などにおいて，移動端末をネット
ワークに登録する手続き．
◆問い合わせ先
NTTドコモ
研究開発推進部
TEL 03-5156-1749
NTT技術ジャーナル 2011.7
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