[WIRELESS JAPAN 2006] iBurstは固定電話と同等の品質でVoIPが提供できる -京セラ | RBB TODAY

[WIRELESS JAPAN 2006] iBurstは固定電話と同等の品質でVoIPが提供できる -京セラ

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 7月20日(木)、東京ビッグサイトにおいて、「WIRELESS JAPAN 2006」が開催された。ここでは、会議棟レセプションホールにおいて催された「iBurst最新規格/技術解説」の内容について報告する。
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 7月20日(木)、東京ビッグサイトにおいて、「WIRELESS JAPAN 2006」が開催された。ここでは、会議棟レセプションホールにおいて催された「IEEE802ワイヤレス技術フォーラムDAY02:iBurst&WiMAX徹底攻略」の中から、「iBurst最新規格/技術解説」の内容について報告する。

 この講演では、京セラの小山克志氏が登壇し、同社が推進しているワイヤレスブロードバンド通信システム「iBurst」に関する技術解説や、最新状況、実証実験の報告などを行った。

 iBurstは、ユビキタス社会の要求に応えるべく開発されたワイヤレスブロードバンドシステムであり、Mobile WiMAX(IEEE802.16e)と同じような位置づけとなる無線通信技術だ。通信速度は、1基地局あたり24.4Mbps(下り)/7.95Mbps(上り)、1ユーザーでは最大1Mbps(下り)/346kbps(上り)で、安定したデータレートを提供する。主に家庭や会社においてワイヤレスADSLを提供する手段として利用したり、移動中でのアクセスを可能にしたり、VoIP利用による通話でコストを低減することもできる。すでに京セラでは、iBurst内蔵のSIPフォンの発売や、Mobleフォンの開発なども予定しているという。

 講演の中で、小山氏はiBurstの特徴として、以下の6つのメリットについて例を挙げて説明した。

・高い周波数利用効率
・インターネット網への容易な接続性
・常時接続
・優れたセキュリティ機能
・VoIPのサポート
・優れたモビリティ機能

 まず小山氏は、iBurstの技術的な背景と原理から説明。iBurstでは、TDMA/TDD方式を採用しており、フレームを5msごとに分割し、そのフレームを上り/下りで3つずつの非対称スロットに分けてデータを送信している。冗長ビットを除く最大データ転送量は1768ビット(下り)/576ビット(上り)で、3つのスロットをアグリゲ−トすると、前述のように1ユーザーでは最大1Mbps(下り)/346kbps(上り)となる。

 iBurst基地局では、先の3つずつのスロット構成に加えて、5MHzの帯域を8つのキャリアに分けて同時に利用でき(FDMA)、さらに3空間多重(SDMA)もサポートしている。これにより最大スロット数は3スロット×8キャリア×3空間多重となり、3チャンネルぶんのコントロールチャンネルを除くと、利用できるスロットは合計69となる。したがって単独基地局での理論スループットは、これらのスロットの転送量を合計し、それぞれ24.4Mbps(下り)/7.95Mbps(上り)、最大で32.35Mbpsとなる計算だ。最大周波数利用効率は32.35Mbps/5MHz=6.47(bit/sec/Hz/cell)である。小山氏は「実際のサービスでは複数の基地局が設置されるので、この値は減少することになるが、それでも外のシステムと比べて劣化が少なく、iBurstが高い最大周波数利用効率を持っていることにかわりはない」と説明する。  

 通常では電波の特性上、周波数が高くなれば指向性が高くなるため、サービス感度、セル半径は小さくなり、基地局の設置数を多くしなければならない。そのため、ネットワークコストも増加する傾向にある。小山氏は「ワイヤレスブロードバンドで使用する際の最も効率のよい周波数帯は2.5GHzだが、これらはすでに外のシステムで利用されている。iBurstはわずか5MHzの帯域でワイヤレスブロードバンドを実現できるため、周波数の獲得も容易」とし、GSM Guaed BandやITM2000 TDD Bandでの周波数獲得の優位性について例を示した。

 次に小山氏は、iBurstがなぜ高い周波数利用効率を実現できるのか、その要素技術について解説した。「技術的には、低い信号品質におけるデータ再現能力、受信電力変動(Fading)に対する制御方法、隣接セルからの妨害電波に対する抑止性能などを改善したことにより、高い周波数利用効率を実現できた」という。これらを実現するコアテクノロジーは「アダプティブアレイアンテナ技術」。これは、同社が長年にわたり開発してきた技術である。

 アダプティブアレイアンテナ技術では、基地局の各アンテナがユーザーターミナルからの信号を受信すると、その信号の振幅と位相を基地局内のモデムで検出し、さらにそれぞれの受信信号の位相関係に基づいて、送信の振幅と位相をコントロールすることができる。そのため、送信したい対象に希望波を強調する「ビームフォーミング」や、干渉の対象に逆位相波を配して干渉を抑圧する「ヌル点形成」が可能となる。これらの一連のプロセスによって、信号レベルの改善や干渉波レベルを減少させることができ、結果としてカバーエリア、1ユーザー当たりのデータレート、基地局のスループットなどが向上する。また、最大3空間までの多重伝送(SDMA)も実現できるようになった。

 そして、この空間多重技術がもう1つのコアテクノロジーとなるものである。多重数は、アンテナの本数と処理を受け持つプロセッサの能力によるところが大きい。iBurstでは、現在12本のアンテナを使用し、最大3空間を実現している。このほか、ダウンリンクで9つ、アップリンクで8つの変調クラスを持ち、電波環境にあった変調方式を2フレームごと(10ms)に自動選択できる「適応型変調方式」も用いられている。そのため、電波環境の悪い場所では、接続性を重視した低変調クラスに、一方、電波環境の良い場所ではデータレートを重視した変調方式となるため、通信が切れづらく、高いデータレートを提供できるようになるという。

 iBurstシステムは、IPベースのネットワークを前提に構築されている。iBurstの主要なエレメントはとしては、ユーザーのノートPCに接続するiBurst PCMCIAカード、ユーザーターミナル、ベースステーション、PDSN、iBurstシステムを統治管理するEMSサーバなどである。これらのシンプルな構成によって、インターネット網への容易な接続性を実現することができる。

 iBurstは常時接続性に関しても優位性を示すという。基地局間でのハンドオーバー機能をサポートしており、各ユーザー端末はiBurstネットワークに接続して認証されれば、定期的に基地局へのランダムアクセスを実施し、使用周波数や通信品質などを自働的に判断する。そのため最適な基地局との間で、接続を維持することができるわけだ。

 通信の際のセキュリティについても、iBurstの強度は高い。基地局認証ではiHAP、ユーザー端末認証ではiTAPをサポートしており、暗号化にはiSECを採用。iSECプロトコルは、暗号鍵を有するとともに、フレームごとに(5ms)更新される。「これにより、銀行決済や企業業務など、セキュリティレベルの高いアプリケーションへの対応も可能だ」と、小山氏は強調する。

 無線でのVoIPサービスについては、音声品質を向上するための様々な技術が開発されているが、iBurstではIP電話の品質基準となる指標(ITU-T G.107)におけるR値が79、無線区間における遅延時間も60msとなっており、「いずれも固定電話同等のレベルを実現している」という。さらに、小山氏は同社の横浜事業所などで検証したiBurstのモビリティ機能に関する結果をビデオで紹介した。このビデオでは、実験局でのハンドオーバー実験と、高速移動による走行試験の結果が示された。いずれの実験でも実用上の問題がないことがわかったという。
《井上猛雄》

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