ワイヤレス・システムの 将来像について

資料
資料１－７
電波政策懇談会
電波利用システム将来像検討部会（第1
電波利用システム将来像検討部会（第
1回） 資料
ワイヤレス・システムの
将来像について
2008年10
2008年
10月
月24
24日
日
（株）富士通研究所
ネットワークシステム研究所
福田 英輔
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
電波利用に関する将来の方向性について
対象が“動くもの”
•人
•車・電車・飛行機
•商品
商品，ペット
ペット
『いつでも安心・安全』を
• いつでも何処でも，繋がっていること
いつでも何処でも 繋がっていること
• いつでも何処でも，見守られている安心
• いつでも何処でも，見守る安全
よりエコロジカルな社会へ
• 物理的メディア（紙，プラスチックなど）か
らの脱却
対象が“動かないもの”
•『紐』からの開放
•超高速通信
•情報家電
“Wired”を“Wireless”に
• 全てのケーブルをWirelessに
• アクセスの容易さと高い自由度
• 情報家電，屋内アクセス系，車内，医療
現場など
2
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
ワイヤレス技術開発の方向性
10G
1G
(4)Challengingな領域
(2)超高速
データ
(1)セルラの延長上
802.16m LTE-Adv
伝送
送速度 [[bit/s]
100M
10M
802.16d
WiMAX
3G-LTE
802.11b
HSPA
1M
(3)低速データ
WCDMA
100k
10k
固定（狭）
2G
移動速度（Coverage）
3
高速（広）
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
(1) セルラの延長上
(2) 超高速デ
超高速データ
タ
(3) 低速データ
4
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
伝送速度の変遷
移動通信の伝送速度
固定通信の伝送速度
IMT-Advanced
伝送速度
度 [bit/s]
1G
FTTH
802.16d/e
WiMAX●3G‐LTE
100M
802.11a/b/g
IMT 2000(3G)
IMT-2000(3G)
VDSL
●HSDPA (7.6M)
●Cdma2000EV‐DO
CATV
（2 4M)
（2.4M)
xDSL
10M
1M
100K
10K
1K
1990
ISDN
PHS
●W‐CDMA
CDMA2000 (384k)
音声帯域
モデム
1995
2000
2005
2010
2015
2020
出典： 総務省次世代モバイル委員会資料
5
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
“携帯すること”を仮想化する…
NGNの足回りとして，『いつでも，どこでも，何とでも』
通信できる環境が“空気のように在る“ことで，
気
プライベートな機能をネットワークに信託し，
何も持たずに，全てを携帯する。
NGN:
Next Generation Network
Full Mobility
ボーダレスにどのような環境で
もシームレスに （家庭，オフィ
ス 屋外 車 電車 航空機）
ス，屋外，車，電車，航空機）
Broadband
Individualization
ワイヤレスでストレスの無い
ブロードバンド通信
（Thin Client，動画ストリ－ミ
ング，放送）
グ 放送）
個人のデータ，アイデン
個人
デ タ
イデ
ティティ，クレディビリティ，
嗜好をカスタマイズ
6
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
次世代ワイヤレス・ネットワーク
IPマルチメディア
回線交換
プレゼンス
Biometrics情報
サービス
エミュレータ
ロケーション
口座・預金残高
言語翻訳
健康保険，病歴
Help機能
家族情報
Navigation 業務データ
資格・免許
ガイダンス データベース
デ タベ ス
サービス
リソース制御
移動管理
トランスポート，アクセス
3G/3.5G
公衆電話網
インターネット
承認・申請
IPコアネットワーク
AGW
xGSN
RNC
AGW
AGW
S3G
BTS
ストリーミング
サービス
音楽・映画・ゲーム
放送
新聞，雑誌
趣味・嗜好
WiFi/WiMAX
BTS
BTS
BTS:
AGW:
AED:
BTS
Base Station
Access Gateway
Access Edge Device
AP
RNC:
xGSN:
LTE:
7
AP
Radio Network Controller
Serving/ Gateway GPRS Support Node
Long Term Evolution
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
無線アクセスとサービスの調和
Where I am
(Network Availability)
•
•
•
•
GSM/3G(UMTS)/LTE
WiFi/WiMAX
Hot spot
On the move
What I have
(Terminal Capability)
What I want
(Service requirement)
q
)
•GSM/3G(UMTS)
+HSDPA/HSUPA
+WiFi/WiMAX
+LTE / IMT-Adv.
IMT Adv
•MIMO/Wearable device
•HM Display
•Voice
•Contents download
•File transfer
•Broadcast
•Transaction
•QoS/Latency
8
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
ワイヤレス・システムにおけるカスタマイズ
アクセス系のカスタマイズ
•アクセス系（3G，LTE，WiMAX，GSM，・・・）の選択
•QoS
QoS （データ品質，リアルタイム性，・・・）
（デ タ品質 リアルタイム性
）
•帯域，データ速度
•Adhocモード
サービスのカスタマイズ
•音声，インターネット，Browser
音声 インタ ネ ト B
•購読（新聞，雑誌，書籍，音楽，ゲーム，・・・）
•商取引，業務の信託
クレディビリティのカスタマイズ
•個人情報のネットワークへの信託の度合い
個 情報
度
•ビジネス・エージェント
•セキュリティ・レベル
セキュリティ レ ル
9
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
3G(IMT-2000)からIMT-Advancedへ
W-CDMA
(3G)
HSDPA/HSUPA
(3.5G)
CDMA2000 1xEV-DO
3G LTE
Rev.0
Rev.A
IMTAdvanced
(4G)
DL: CDMA
UL: CDMA
DL: CDMA
UL: CDMA
DL：CDMA
UL: CDMA
DL：CDMA
UL: CDMA
DL: OFDMA
UL: SC-FDMA
DL: OFDM(?)
UL: (?)
5 MHz
5 MHz
1.25 MHz
1.25 MHz
20 MHz
>100 MHz
Modulation
HPSK,QPSK
HPSK
QPSK
16QAM
BPSK,QPSK
8PSK,
16QAM
BPSK,QPSK
8PSK,
16QAM
QPSK
16QAM
64QAM,etc.
QPSK
16QAM
64QAM,etc.
Data rate
(max.)
DL: 384kbps
UL: 64kbps
DL: 14.4Mbps
UL: 5.7Mbps
DL: 2.4Mbps
UL: 154kbps
DL: 3.1Mbps
UL: 1.8Mbps
DL: >200Mbps
200Mbps
UL: 50Mbps
DL: ~1Gbps
1Gbps
UL: >50Mbps
Service-in
2000
HSDPA: 2006
Available
Available
Expected in
2009
Expected in
next decade
Circuit
switching
Enhancement of
packetised data
rate
t
High speed
low-cost
d t
data
Enhanceme
nt of data
rate and
QoS
Great
improvement of
data rate and
latency
Further
improvement
of data rate
and mobility
Access
method
Bandwidth
Features
10
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
WiMAXの主要諸元
Fixed
(802.16-2004)
Mobile
(802.16e-2005)
802.16m
Frequency
b d
band
< 11GHz
< 6GHz
< 6GHz
Bandwidth
1.25～20MHz
1.25～20MHz
1.25～20MHz
Peak Data Rate
75Mbps
(DL+UL)
75Mbps
(DL+UL)
> 130Mbps(DL)
> 56Mbps(UL)
Cell Radius
2-10km （max. 50km)
2-3km
Up to 5km*
Primary
P
i
(AMC)
BPSK/QPSK/16QAM/64Q
AM
QPSK/16QAM/
64QAM
QPSK/16QAM/
64QAM
Secondary
OFDM
(SC/O
(SC/OFDMA)
)
SOFDMA
(SC/O
(SC/OFDMA)
)
SOFDMA
(SC/O
(SC/OFDMA)
)
Technology for higher data
speed
AAS, STC, MIMO
AAS, STC, MIMO
AAS, STC, MIMO
Mobility
Fix、Nomadic
Max. 120km/h
Max. 350km/h
Frequency
Modulation
AMC: Adaptive Modulation and Coding
SC: Single Carrier,
AAS Adaptive
AAS:
Ad ti A
Antenna
t
S
System
t
STC Space
STC:
S
Ti
Time Coding
C di
MIMO:Multiple Input Multiple Output
* some members propose “functionally up to 100km” for rural area application
11
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
3G-LTE プロトタイピング
12
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
MIMOによるスループット増大効果
50Mbps＠5MHz
p
→ 200Mbps＠20MHz
p
60
1×1SISO(16QAM R=8/9)
R 8/9)
1×1SISO(16QAM R=8/9) Avrg.
2×2MIMO(16QAM R=8/9)
2×2MIMO(16QAM R=8/9) Avrg.
4×4MIMO(16QAM
(
R=8/9))
4×4MIMO(16QAM R=8/9) Avrg.
Throughpu
ut[Mbps]
スループ
プット
(5MHｚ
ｚ当り）
[Mbpps]
50
40
Ｘ４
MIMO（４アンテナ）
30
20
Ｘ２
10
MIMO（２アンテナ）
Ｘ１
0
5
10
15
20
mSIR[dB]
受信SN [dB]
25
Ｘ
１
シ グ
シングル・アンテナ
ナ
30
35
MIMO:
13
Multiple Input Multiple Output
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
IMT-Advancedの要求条件
Minimum Requirements
Required values (決定値)
WiMAX提案値
3GPP提案値
Cell spectral efficiency (e.g.
Indoor))
DL: 3 b / s / Hz /cell
UL: 2.25 b / s / Hz / cell
(4x2)
((2x4))
2.6 (4x2)
1.3 ((1x4))
2.6 (4x2)
2.0 ((2x4))
Peak spectral efficiency
DL: 15 b / s / Hz
UL: 6.75 b / s / Hz
(4x4)
(2x4)
7 (アンテナ構成不明)
2.8 (同上)
30 (8x8)
15 (4x4)
Bandwidth
Scalable up to including 40 MHz
提案なし
1.4 / 3 / 5 / 10
/15 /20 /100
Cell edge user spectral
efficiency (e.g. Indoor)
DL: 0.1 b / s / Hz / user
UL: 0.07 b / s / Hz / user
0.09
0.05
0.09
0.07
Latency
100 ms Control plane
10ms User Plane
indoor : 10 km/h で1.0 b/s/Hz
microcellular : 30 km/hで0.75 b/s/Hz
Base coverage urban : 120 km/hで
0.55 b/s/Hz
High speed : 350 km/hで0.25
km/hで0 25 b/s/Hz
100
10
50
2.5以下
- intra-frequency
- inter freq. within a spectrum band
- inter freq.
freq between spectrum bands
27.5 ms以下
40 ms以下
60 ms以下
50 以下
100以下?
100以下?
VoIP capacity (e.g. Indoor)
50 active users/sector/MHz
60
Mobility
Handover interruption time
14
提案値は左 350km/h
に同じ。
25以下
31.7 ?
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
[課題]Cell Edge Capacityの改善
• 基地局近傍ではMIMOによ
り最大スループットを実現
• SIRが高いためAMCで高効
率変調（ex. 64QAM)の適用
が可能
スループ
プット
• 低SIRのためMIMO適用によ
る効果は得られない
• 指向性利得の得られるAAS
指向性利得 得られる
がMIMOよりも有利
• RSによるSIR改善
BTSからの距離
AMC: Adaptive Modulation and Coding
MIMO:Multiple Input Multiple Output
15
AAS: Adaptive Antenna System
RS: Relay System
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
Multi-hop Relayによる解決案
リピータに追加される新たな機能
zより広いカバレジ
zより高いスル プット
zより高いスループット
透過relay mode
zTwo hop simple relay
zCentralized scheduling
非透過relay mode
zMultiple Relay
zFor expanding coverage
zCentralized/Distributed
Centralized/Distributed scheduling
Passengers in a train
Train/vehicles in a tunnel
16
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
IMT-Advancedの技術的課題
複数の周波数帯
RF回路のTunability
800，850，900，1500，
1700 1800 1900 2100 2600
1700，1800，1900，2100，2600
Migrationに応じた装置Update
e
410-430，450-470，470-960，
2300 2400 2700 2900
2300-2400，2700-2900，
3400-4200，4400-4990
SDRによる多様性吸収
高速AD/DA，ハイエンドDSP
多様な無線インターフェース
（TDMA, CDMA,OFDMA）
［LTE Ad 802.16m］
［LTE-Adv.,
802 16 ］
AMPの高効率化
ブ
ブロードバンドデータ伝送
ドバンドデ タ伝送
MIMO，AAS, AMC
100 Mbp～１ Gbps
AAS:
Adaptive Antenna System
MEMS: Micro-Electro Mechanical Systems
17
AMC:
MIMO:
SDR:
Adaptive Modulation and Coding
Multiple Input Multiple Output
Software Defined Radio
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
パーソナル・モバイルギアの利用シーン
Ubiquitous Services
Office
Context Awareness
Security & Privacy
Cellular
- B3G/3G
Vehicular mobility
Resilience
Home
Broadcast TV
Hotspot
MIMO
antenna
Pedestrian mobility
Display/Controller
18
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
期待されるアプリケーション例
Welcome to the paradise.
好きな時に
好きな場所で
好きな場所
欲しい情報を
欲しい情報
小型HMDで高精細
動画を
通勤途中，電子新聞紙の最新情報が
自動配信／更新
HMD: Head Mounted Displays
19
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
(1) セルラの延長上
(2) 超高速デ
超高速データ
タ
(3) 低速データ
20
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
IEEE802.15各規格の守備範囲
15.3c
mmWave
Data rate
D
e [Mbps]
1000
15.3a
UWB
100
10
1
15.x
15
x
mBAN
15.4a
L
Lower-rate
t
UWB
15.1
Bluetooth
15 4 Zi
15.4
Zigbee
b
0.1
10
1
100
Range [m]
21
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
IEEE802.15のWG
IEEE 802
802.15
15 WPAN Working Group
802.15.1
Bluetooth
802.15.2
Coexistence
802.15.3
High-Rate
WPAN
802.15.1a
Bl t th
Bluetooth
v1.2
802.15.TG3a
UWB
(withdrawn)
802.15.5
WPAN Mesh
Networking
802.15.4
Low-Rate
WPAN
802.15.TG4a
UWB-IR/CSS
802.15.TG3b
MAC
Maintenance
802.15.TG3c
Millimeter
wave PHY
22
802.15.TG6
BAN
802.15.TG4b
Rev. and
Enhancement
802.15.SG4c
PHY ffor Chi
China
802.15.TG4d
PHY ffor J
Japan
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
15.3c High-rate PHY Alternative
doc.: 15-06-0369-09-003c
November 15, 2006
summary-usage-model
UM1 Uncompressed Video Streaming
U1/U3
TV
PC, uMPC,
Set top Box
(STB)
Point-to-point
TV or Monitor
Environment
Throughput
MAC SAP
BER/PiER
Distance Note
NLOS, LOS
NLOS
Residential
(STB-TV)
1.78 Gbps
1.49, W/O Blk
Stream, Up to
1080i, 24, 60
10-6 BER for PHY
Simulations
5
LOS, NLOS
Residential
((STB-TV))
3.56 Gbps
2.98, W/O Blk
Stream, Up to
1080p 24
1080p,
24, 60
10-6 BER for PHY
Simulations
10
Submission
Slide 2
•No data retransmission
required
•Unidirectional data
transmission noted by
Solid line
•Low bitrate reverse link
•Target of 10-9 TMDS
CER for HDMI
•Pixel is RGB, 24 bits
Ali Sadri, Intel Corporation
IEEE作業文書より抜粋
23
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
15.3c High-rate PHY Alternative
doc.: 15-06-0369-09-003c
November 15, 2006
summary-usage-model
UM5 Kiosk File-downloading
U7/U9
U7/U9
STB, Game Consol
Movie and Game Kiosk
Mobile Storage
Device, PDA
Environment
Throughput
MAC SAP
BER/PER
LOS-office
(Server-PDA or
PDA STB)
PDA-STB)
1.50 Gbps burst
(Server-PDA or
PDA-STB)
PDA
STB)
LOS-office
(Server-PDA or
PDA STB)
2.25 Gbps burst
(Server-PDA or
PDA-STB)
Submission
Distance
Note
8% PER before
retransmission
2K Byte
1m
• Asymmetric download/Upload
• Low data rate reverse link
8% PER before
retransmission
2K Byte
1m
Slide 11
Ali Sadri, Intel Corporation
IEEE作業文書より抜粋
24
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
BANの応用例（医療)
„ 医療応用
„
„
生体情報をセンサによって収集、または生体に積極的に刺激を与えることに
よって 疾病の治療 予防 管理 または緊急医療や在宅治療に役立てる
よって、疾病の治療、予防、管理、または緊急医療や在宅治療に役立てる。
医療ICT(MICT)コンソーシアム
NICT、横浜国立大学、横浜市立大学、松下電工、沖電気、東芝、KDDI、富士
気
フィルム、富士通などが参加。センサネットワークの医療への実用化を目指し、ア
プリケーション、PHY、MACやハードウェアのスペックの面から検討を進めている。
25
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
携帯電話をBAN/PANへのGatewayに
Safety Alert
PAN/BAN World
W ld
Core Network
Shopping
PAN
BAN
Moving office
Personal
Space
Gate Pass
MIMO
antenna
Biosensor
Wireless Headset
26
Home Network
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
新世代端末を用いたネットワーク・サービス
ID Management Authentication
server
server
SDP
Global IP Network
Medical terminals
(
(Authentication/
Information acquisition)
(Authentication/Control)
Medical Info,
Welfare and medical service
W-LAN
RFID
USB (authentication key)
Integrated display of
the information
At bedside
Home healthcare
Mobile terminal
PAS
Information Solution by specialized IP terminal
=Personal Access Solution
(e.g. ‘Nightingale’ system)
27
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.
28
All Rights Reserved,Copyright © 2008, Fujitsu Laboratories Ltd.