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» 2014年03月28日 18時53分 UPDATE

800MHzがプラチナなら、3.5GHzはダイヤモンド:KDDI、小山ネットワークセンターで3.5GHz帯活用技術をアピール

KDDIは、3月28日に同社小山ネットワークセンターで、LTE-Advancedと3.5GHz帯の有効活用するための技術説明とC/U分離技術の実証実験を公開した。

[長浜和也,ITmedia]

マクロな視点では本質的な解決はできない

 説明を行ったKDDI常勤顧問の渡辺文雄氏は、スマートフォンの急速な普及とともに、モバイルデータトラフィックが2016年度には2011年度の16倍にまで増加するという見通しを示して、マクロ的な視点におけるトラフィック急増への対応を訴えるが、その解決策の本質は「マクロ的な視点では見えない」と主張する。

 KDDIが行った100メートル四方メッシュで区切った首都圏のモバイルデータトラフィックの時系列変化を調べたところ、ごく限られた局所的短時間でトラフィックが急増することが分かり、単なるデータ転送速度の高速化と広帯域化だけでなく、局所的に高密度なトラフィックに対応できる新技術が必要と渡辺氏は説明している。

kn_kddi35_02.jpgkn_kddi35_03.jpgkn_kddi35_01.jpg 急速に普及が進むスマートフォンの影響でデータ転送量も増加する。しかし、転送速度の高速化と広帯域化だけでは局所的に高密度で発生するトラフィックには対応できない

 KDDIでは、以前から次世代通信技術としてLTE-Advancedの導入に向けた開発を進めており、すでに運用している帯域と、今後取得を目指す3.5GHz帯でも導入して、高速なデータ通信速度と広帯域の需要に応えて、マクロ視点のトラフィック増加に対応するとともに、小セル化や多アンテナ化によって局所的超高密度トラフィックの増加にも対処していくという。

 そのために必要となるのが3.5GHz帯を有効に活用する調査と新技術の開発だ。3.5GHz帯はKDDIがプラチナバンドと呼んでいる800MHzと比べて広い帯域幅を確保して高速データ通信が可能な一方で、直進性が強く遠くに届きにくく建物の中にも入っていかないという使いにくい性質を持つ。しかし、渡辺氏は、その性質が基地局同士の干渉を減らし高い転送速度を確保できるほか、アンテナサイズや出力を抑えられることで小さな基地局を多数配置する小セル展開に向いていて、局所的高密度トラフィックに対応に適している説明した。

 KDDIでは、日本の実人口カバー率99%に達した800MHz帯対応LTE(プラチナバンド)に、3.5GHz帯小セルエリア(渡辺氏はこれを“ダイヤモンドバンド”と呼んでいた)を組み合わせることで、局所的超高密度トラフィックにも対応する高速データ通信網を提供する考えを示している。

kn_kddi35_04.jpgkn_kddi35_05.jpgkn_kddi35_06.jpg 電波不達エリアができる、建物の中で受信できない、と使いにくい側面もある3.5GHzだが、一方で、基地局を高密度で設置しても干渉が起きにくいなど、小セル化に適した一面もある

ただ組み合わせればいいというものでもない

 渡辺氏は、既存帯域で導入する予定のLTE-Advancedと、3.5GHz帯のLTE-Advancedの組み合わせでは、電波の性質が大きく異なる3.5GHz帯で細かいエリア設計と新しい技術的工夫が必要と述べている。そのために、KDDIでは、「電波の見える化」ツールを開発して、3.5GHz帯の電波が実際の街でどのように進むのかを詳細に把握し、そのデータを基にして細かいエリア設計を行う「エリア設計ソフトウェアシミュレータ」も開発している。

kn_kddi35_07.jpgkn_kddi35_08.jpgkn_kddi35_09.jpg 細かいエリア設計に必要な電波伝達把握のために、KDDIでは電波見える化ツールを開発した。全周に96基の受信アンテナを実装した可動式受信機とマンションの一室に設置した仮設基地局の組み合わせで電波の来る方向と強さを測定して市街地における電波な伝わる状況を可視化する

kn_kddi35_10.jpgkn_kddi35_11.jpgkn_kddi35_12.jpg 測定用受信機の実機。GPSで位置情報を取得するほか、全周カメラで街の景色も一緒に関連付けて保存する。モニターには電話の来る方向(水平面と鉛直面)と強度を示している

 さらに、広域の既存帯域エリアに小セルの3.5GHz帯エリアが点在するため、移動に伴うハンドオーバーが多発することになる。このとき瞬断や転送速度の低下が発生するが、これは、通常はユーザーデータ(User plane)と制御信号(Control plane)は、同じ基地局と端末で送受信しており、ハンドオーバーが発生するたびに、両方の信号を新しく接続した基地局と接続しなおさなければならないためだ。

 この問題に対応するため、切り替えに時間のかかるControl planeを広域エリアの基地局と送受信することでハンドオーバーの発生を減らす「C/U分離技術」の開発を進めている。KDDIでは、C/U分離技術の実証実験を行う車両を用意して、小山ネットワークセンターの敷地内に仮設した1.5GHz帯広域エリアと3.5GHz帯小セルにおいてハンドオーバーによって転送レートが大きく低下しないことを実際に示した。

kn_kddi35_13.jpgkn_kddi35_14.jpgkn_kddi35_15.jpg 従来のハンドオーバーでは、ユーザーデータと制御信号を一緒に切り替えていたので影響が大きかった。C/U分離技術を導入すると、切り替えに時間のかかる制御信号を広域基地局に接続するため、ハンドオーバーの影響を抑えることが可能になる

kn_kddi35_16.jpgkn_kddi35_18.jpgkn_kddi35_17.jpg 車両を使った実証実験では、1.5GHz帯の広域基地局とそのエリアの中に3.5GHz帯の小セルを2エリア配置し、小セルエリアが切り替わっても転送速度が落ちないことを紹介した。左のC/U分離技術対応デバイス(緑色のグラフ)では最も低下した転送レートでも右の未対応デバイス(黄色のグラフ)と比べて高い値にとどまっている

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