エッチ‐エス‐ディー‐ピー‐エー【HSDPA】
HSDPA
HSDPAとは、第3世代携帯電話(3G)のデータ通信規格「W-CDMA」の拡張によって、下り方向(ダウンリンク)のデータ通信速度を高速化する規格のことである。
HSDPAでは、電波状況によって変調方式を自動的に選択し、より高速な通信を行うことができる。電波の状態が良好なときは、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)と呼ばれる高速な変調方式を用いてデータ転送を行う。逆に電波の状態が良くない場合には、速度は16QAMの1/4だが安定性が高いQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)によって変調し、さらに転送効率は低いが誤り訂正の能力が大きい符号化方式を用いることによって、確実にデータ転送が行われるように切り替えられる。
また、HSDPAでは、正常な送受信に失敗したデータを破棄せずに、再送時に利用してエラー発生時のデータ再送を抑えるHARQ(ハイブリッドARQ)方式や、基地局内の複数のユーザーのうち最も電波状況のよいユーザーの通信を優先する切り替え方式などを採用することで、さらに通信の高速化を図っている。
従来の通信方式である3G規格では、最大通信速度は2Mbps程度とされているが、HSDPAではおよそ14Mbpsまで通信速度を高速化することができるといわれている。
HSDPAは第3世代携帯電話(3G)の規格を標準化した3GPPによって策定された。3Gの拡張版であり、次世代方式となる4Gとの橋渡しをする通信方式であるという意味で、HSDPAは3.5Gと呼ばれることも多い。日本では2006年の半ばに、NTTドコモが提供する「FOMA」の拡張版「FOMAハイスピード」で提供が開始されている。
なお、下り方向の高速化技術であるHSDPAに対して、上り方向(アップリンク)に関する高速化技術は「HSUPA」(High Speed Uplink Packet Access)と呼ばれる。HSUPAは、FOMAハイスピードでは2009年に提供が開始される。なお、HSDPAとHSUPAは併せてHSPA(High Speed Packet Access)と総称される。
参照リンク
3GPP specification(HSDPA) - (英文)
High-Speed Downlink Packet Access
(HSDPA から転送)
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2019/01/24 02:18 UTC 版)
ナビゲーションに移動 検索に移動High-Speed Downlink Packet Access(HSDPA)は第3世代移動通信システム (3G) 通信プロトコルの一種でHSPAファミリーの1つであり、Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) に基づくネットワークのデータ転送速度と容量を改善する。3.5G、3G+、turbo 3G などとも。HSDPAのサポートする下り転送速度は 1.8/3.6/7.2/14.4Mbit/s である。HSPA+ではさらに高速なデータ転送を実現しており、DC-HSDPAでは下り最大42Mbit/s、UMTS Release 9 では下り最大84Mbit/sとなっている[1]。
目次
テクノロジー
HS-DSCH チャネル
UMTS release 5 で、HSDPAのために新たなトランスポート層 High-Speed Downlink Shared Channel (HS-DSCH) が追加された。その実装のために3つの新たな物理層チャネル HS-SCCH、HS-DPCCH、HS-PDSCH も導入された。High Speed-Shared Control Channel (HS-SCCH) はユーザーに対して HS-DSCH でデータを送ることを2スロット前に通知する。High Speed-Dedicated Physical Control Channel (HS-DPCCH) は上りのチャネルで、肯定応答情報とユーザーの CQI (Channel Quality Indicator) を送る。CQIは基地局側でそのユーザー機器に次の転送でどれだけのデータを送るかの計算に使う。High Speed-Physical Downlink Shared Channel (HS-PDSCH) は上位の HS-DSCH トランスポート・チャネルにマッピングされていて、実際のユーザーデータの転送を行う。
ハイブリッド自動再送要求 (HARQ)
データは誤り検出訂正ビットと共に送られる。従って小さな誤りは再送しなくとも訂正可能である。詳しくは前方誤り訂正を参照。
再送が必要な場合ユーザー機器はそのパケットをセーブし、後に再送されたパケットと組み合わせて誤りのないパケットを可能な限り効率的に復元する。再送したパケットも壊れていたとしても、2つのパケットを組み合わせることで誤りのないパケットを構築できる。再送パケットは元のパケットと同一の場合(チェイス合成法で復元)と最初とは異なる場合(IR (incremental redundancy) 法で復元)がある。
再送は無線ネットワークコントローラではなく基地局から行われるので、再送にかかる時間が改善されている。
高速パケットスケジューリング
HS-DSCH下りチャネルは、無線の状態に合わせて最適になるよう調整したスケジューリングで複数ユーザーで共有する。各ユーザー機器は下り信号品質を毎秒500回ほど定期的に通知している。全ての機器からのそういった情報を使い、基地局が次の2msのフレームでどのユーザーにどれだけデータを送るかを決める。下り信号品質が高いユーザーほど多くのデータを送ることができる。
HSDPAユーザーに割り当てられるチャネライゼーションコード・ツリーの量、すなわちネットワーク帯域幅はネットワークが決定する。この割り当ては「半静的」で、運用中に変更可能だが、フレーム単位に変更できるわけではない。HSDPAユーザーへの帯域幅割り当てと非HSDPAユーザーの音声への帯域幅の割り当てはトレードオフの関係にある。チャネライゼーションコードの割り当て単位は16分割(拡散率が16)であり、HSDPAは16のうちの15まで割り当てられる。基地局が次のフレームをどのユーザーに割り当てるか決める際、各ユーザーにどのチャネライゼーションコードを割り当てるかも決める。この情報はユーザー機器に対して1つ以上の "scheduling channels" で送られる。それらのチャネルはHSDPAの一部ではなく、別個に割り当てられるものである。したがってある2msフレームにおいて、複数のユーザー向けのデータが別々のチャネライゼーションコードを使って同時に送られる。ある2msフレームでデータを受け取るユーザーの最大数は、割り当てられたチャネライゼーションコードの数で決まる。これとは対照的に CDMA2000 1xEV-DO では、データは一度に1人のユーザーにしか送られない。
適応変調符号化
変調と符号化の方式は、ユーザー毎の信号品質やセル使用率によって変えられる。初期状態では四位相偏移変調 (QPSK)だが、無線の状態がよければ16QAMと64QAMでデータのスループットを劇的に向上させることができる。5つの符号割り当ての場合、QPSKでは最大 1.8Mbit/s、16QAMでは最大 3.6Mbit/s のピーク性能となる。さらに符号を割り当てる(10, 15など)ことによってデータ転送レートが向上し、ネットワークのスループットが向上する。
その他
HSDPAはUMTS Release 5 からその規格の一部となっており、上りリンクを最大 384 kbit/s まで向上させる改良も伴っている。それまでは最大 128 kbit/s だった。
データ転送レートの向上と同時に、HSDPAではレイテンシが短縮されており、結果としてアプリケーションのラウンドトリップタイムが改善されている。
3GPPのその後の規格では HSPA+ がリリースされ、64QAM、MIMO、2つの5MHz搬送波を同時に使用するデュアルセルHSDPAなどの追加でデータ転送レートをさらに向上させている。
HSDPA ユーザー機器 (UE) のカテゴリー
HSDPAは異なるデータ速度の様々なバージョンで構成されている。次の表は 3GPP TS 25.306 の release 9 版の表 5.1a に基づいており[2]、機器クラス毎の最大速度とそれをどういう機能の組み合わせで実現しているのかを示したものである。2009年時点の最も一般的な機器はカテゴリー6(3.6Mbit/s)からカテゴリー8(7.2Mbit/s)のものだった。
プロトコル | 3GPP Release | カテゴリー | HS-DSCH 符号の 最大数 |
変調方式 | MIMO、デュアルセル | 最大データ転送レート での符号化率[3] |
最大データ転送レート [Mbit/s] |
---|---|---|---|---|---|---|---|
HSDPA | Release 5 | 1 | 5 | 16-QAM | .76 | 1.2 | |
HSDPA | Release 5 | 2 | 5 | 16-QAM | .76 | 1.2 | |
HSDPA | Release 5 | 3 | 5 | 16-QAM | .76 | 1.8 | |
HSDPA | Release 5 | 4 | 5 | 16-QAM | .76 | 1.8 | |
HSDPA | Release 5 | 5 | 5 | 16-QAM | .76 | 3.6 | |
HSDPA | Release 5 | 6 | 5 | 16-QAM | .76 | 3.6 | |
HSDPA | Release 5 | 7 | 10 | 16-QAM | .75 | 7.2 | |
HSDPA | Release 5 | 8 | 10 | 16-QAM | .76 | 7.2 | |
HSDPA | Release 5 | 9 | 12 | 16-QAM | .70 | 10.1 | |
HSDPA | Release 5 | 10 | 15 | 16-QAM | .97 | 14.4 | |
HSDPA | Release 5 | 11 | 5 | QPSK | .76 | 0.9 | |
HSDPA | Release 5 | 12 | 5 | QPSK | .76 | 1.8 | |
HSPA+ | Release 7 | 13 | 15 | 64-QAM | .82 | 17.6 | |
HSPA+ | Release 7 | 14 | 15 | 64-QAM | .98 | 21.1 | |
HSPA+ | Release 7 | 15 | 15 | 16-QAM | MIMO | .81 | 23.4 |
HSPA+ | Release 7 | 16 | 15 | 16-QAM | MIMO | .97 | 28.0 |
HSPA+ | Release 7 | 19 | 15 | 64-QAM | MIMO | .82 | 35.3 |
HSPA+ | Release 7 | 20 | 15 | 64-QAM | MIMO | .98 | 42.2 |
Dual-Cell HSDPA | Release 8 | 21 | 15 | 16-QAM | デュアルセル | .81 | 23.4 |
Dual-Cell HSDPA | Release 8 | 22 | 15 | 16-QAM | デュアルセル | .97 | 28.0 |
Dual-Cell HSDPA | Release 8 | 23 | 15 | 64-QAM | デュアルセル | .82 | 35.3 |
Dual-Cell HSDPA | Release 8 | 24 | 15 | 64-QAM | デュアルセル | .98 | 42.2 |
DC-HSDPA w/MIMO | Release 9 | 25 | 15 | 16-QAM | デュアルセル + MIMO | .81 | 46.7 |
DC-HSDPA w/MIMO | Release 9 | 26 | 15 | 16-QAM | デュアルセルl + MIMO | .97 | 55.9 |
DC-HSDPA w/MIMO | Release 9 | 27 | 15 | 64-QAM | デュアルセル + MIMO | .82 | 70.6 |
DC-HSDPA w/MIMO | Release 9 | 28 | 15 | 64-QAM | デュアルセル + MIMO | .98 | 84.4 |
16-QAM はQPSKサポートも含み、64-QAMは16-QAMとQPSKサポートを含む。最大データ転送レートは物理層でのデータ転送レートである。アプリケーション層のデータレートはIPヘッダなどを除くので、その約85%である。
ロードマップ
HSDPAの第一フェーズは 3GPP release 5 に示された。フェーズ1では基本機能が示され、ピーク転送レート 14.4Mbit/s を目指した。新たに High Speed Downlink Shared Channels (HS-DSCH)、QPSKと16QAMの適応変調、基地局には High Speed Medium Access protocol (MAC-hs) が導入された。
HSDPAの第2フェーズは 3GPP release 7 で示され、Evolved HSPA (英: HSPA+) と名付けられた。42Mbit/sのデータレートを達成している[1]。ビームフォーミングやMIMO (Multiple-Input Multiple-Output communications) といったアンテナアレイ技術を導入している。ビームフォーミングとは、基地局のアンテナからの送信電力がユーザーの方向にビーム状になるようにする技法である。MIMOは送受信双方で複数のアンテナを使う技法である。HSPA+の実際の配備は2008年後半から始まった。
その後のリリースでデュアル搬送波運用が導入された。2つの5MHz搬送波を同時に使用する技法である。これにMIMOを組み合わせると、理想的な信号条件でのピーク転送レートは 84Mbit/s に達する。
その後ロードマップは 3GPP Release 8 で示された E-UTRA へと向かっている。このプロジェクトを Long Term Evolution (LTE) と呼ぶ。LTEでは当初から下り320Mbit/s、上り170Mbit/s を目指しており、OFDMAを変調方式に採用している[1]。
採用例
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2009年8月28日時点で、109カ国でHSDPAを採用した携帯電話網が250運用中である。そのうち169のネットワークが下り最大3.6Mbit/sまでをサポートしている。21Mbit/sや28Mbit/sをサポートするネットワークが増えつつある。2009年末までにHSDPAサポートを予定している業者もあり、オーストラリアでは2010年2月に初の42Mbit/s対応を予定している。テルストラはさらに2011年に84Mbit/sへの移行を計画している(デュアルセル+MIMO)[4]。2010年5月、インドネシアで第2位の携帯電話事業者 Indosat が DC-HSPA+ の42Mbit/sのネットワーク運用を開始した。他にも シンガポールの StarHub、香港のCSLが HSPA+ による42Mbit/sの運用を開始している[5][6]。
CDMA2000-EV-DO方式のネットワークが性能ではHSDPAの先を行っており、日本のプロバイダーが高いベンチマーク値を示している。しかし、HSDPAを採用する業者が世界的に増えつつあり、状況は変わってきている。オーストラリアではテルストラが CDMA-EVDO のネットワークからHSDPAのネットワークに移行することを発表した。カナダでは Rogers Wireless が2007年4月1日からHSDPAシステムの配備を開始した。2008年7月には、ベル・カナダとテラスは共同でEV-DO/CDMAネットワークでHSDPAもサポートする計画を発表した[7]。ベル・カナダはそのネットワーク運用を2009年11月4日に開始し、テラスは2009年11月5日に開始した[8]。2010年1月、T-Mobile USA が HSDPA を採用した[9]。
ブロードバンド・モバイルとしてのマーケティング
2007年、パソコンでブロードバンドのモバイル接続として使うための HSDPA USBモデムが世界的に出回るようになった。また、固定電話回線の代替としてHSDPAを使用する機器(イーサネット、Wi-Fi、電話回線ポートなどを持つ)も登場している。ただし、無線の状態によっては理想的な最大転送レートを発揮できないので注意が必要である。
脚注・出典
- ^ a b c HSPA mobile broadband today
- ^ 3GPP TS 25.306 v9.0.0 http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25306.htm
- ^ 最大符号化率は制限されない。この欄の値が1に近いほど最大データ転送レートの実現には理想条件に近い状態が必要なことを意味する。
- ^ Telstra switches on 42 Mbps Next G, plans 84 Mbps upgrade in 2011 Comms Day
- ^ Indosat first in Asia to launch 42 Mbps HSPA+
- ^ Indosat gears up for 4G and launches Asia's fastest network - Ericsson
- ^ “Telus, Bell Announce Switch from CDMA to HSDPA”. 2011年3月6日閲覧。
- ^ Marlow, Iain (2009年11月3日). “Bell, Telus launch high-speed networks”. Toronto Star 2011年3月6日閲覧。
- ^ T-Mobile USA Finishes Upgrade to HSPA 7.2
参考文献
- Sauter, Martin (2006). Communication Systems for the Mobile Information Society. Chichester: John Wiley. ISBN 0470026766.
関連項目
外部リンク
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HSDPA
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/04/10 01:21 UTC 版)
詳細は「High-Speed Downlink Packet Access」を参照 HSDPAは、3GPP Release 5にて規定されている。物理チャネル速度としてセル当たり下り方向最大14.4Mbpsのパケット通信が可能である。 3GPP FDDのRelease '99規格に対して、物理レイヤでは以下のチャネルが追加された。 下り方向HS-PDSCH (High Speed Pysical Downlink Shared Channel) HS-SCCH (Shared Control Channel) 上り方向HS-DPCCH (Dedicated Physical Control Channel(uplink) for HS-DSCH) また、MACレイヤでは以下の機能を有するMAC-hsが物理レイヤと隣接する形で新設された。 基地局側フロー制御 - 上位レイヤに対して、無線側の通信速度に応じた適切なデータ送出速度を指示する機能。ただし、3GPP上では本機能を実現するアルゴリズムは規定されず、実装依存となっている。 スケジューリングおよび優先制御 - 上位ノードから通知された優先度情報を考慮しつつ、システム全体の総合的な通信効率を向上させることを目的として、端末にタイムスロットを配分する機能。ただし、3GPPにおいては本機能を実現するアルゴリズムは規定されず、実装依存となっている。 パケット合成型HARQ - Hybrid Automatic Repeat Requestの略。受信側で復号失敗データが破棄されずに再送データと組み合わせて復号されることを考慮した上で、再送パターンを決定する。複数のHARQプロセスが独立に動作する。 TFRIの選択 - TFRI (Transport Format Resource Index) はタイムスロットに割りあてたコード数、変調方式、データサイズを表しており、HS-SCCHを用いて端末に送信される。端末から送信された品質情報を用いて適切なTFRIを選択することで適応変調・符号化 (AMC: Adaptive Modulation and Coding)を実現する。ただし、3GPP上では本機能を実現するアルゴリズムは規定されず、実装依存となっている。 端末側パケット合成型HARQ - 受信失敗データを廃棄せずに再送データと組み合わせて復号を行う。複数のHARQプロセスが独立に動作する。復号成功時にはACK、復号失敗時にはNACKをHS-DPCCH上で伝送する。 順序制御 - 送信側のHARQがプロセスごとに独立に動作するため、初回送信時の時系列順に受信成功するとは限らない。本機能では、初回送信時の順序性を保持した上でデータを上位レイヤへ受け渡す。復号失敗の確認応答が基地局側で復号成功と誤判定してしまうなどの理由で、あるHARQプロセスについてデッドロックが発生することがある。本機能ではこのようなデッドロックを回避するために、受信されるべきデータの待ち時間(Timer T1)が設定されている。待ち時間が満了すると、端末で受信されたデータは強制的に上位レイヤに受け渡される。 以上のように、HSDPAでは基地局と端末にMAC-hsを追加することで機能を実現しているが、逆に言えば、その他のレイヤには大きな変更が加えられていない。この点から、既にR99通信網を整備している事業者にとっては設備の大幅な入れ替え無しにHSDPAが導入可能であると言える。 HSDPAの要素技術(基地局スケジューラ、HARQ, AMC等)は、auなどが既に商用展開しているEV-DOと本質的には同一である。しかし、EV-DOでは占有帯域が1.25MHz (Rel. 0、Rev. Aの場合。Rev. Bでは20MHzにまで拡大予定) であるのに対し、HSDPAでは5MHzと広帯域であるため、HSDPAシステムのみで帯域を占有してしまうことは好ましくない。よって、HSDPAではEV-DOと異なり、端末からは受信品質に対応したインデックスであるCQI(Channel Quality Indicator)をHS-DPCCH上で送信するのみに止まり、実際にタイムスロット単位で送信されるデータサイズは、送信時に使用可能な基地局送信リソースに基づいて基地局で決定する方式が採用された。これにより、音声ユーザやR99パケットユーザが存在することで基地局送信リソースが変動したとしても、問題なく通信を行うことが可能となっている。対してEV-DOでは、ある帯域をEV-DOのみで占有可能なため基地局送信リソースが変動せず、端末側において、所要の誤り率で受信可能なデータレートと受信品質が常に対応することになる。このため、端末から所望のデータレートを直接的に基地局に通知することでAMCを実現している。
※この「HSDPA」の解説は、「HSPA」の解説の一部です。
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