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Ｗ－ＣＤＭＡ

松下温（慶應義塾大学理工学部）

Ver.2＜Ｗ－ＣＤＭＡ＞ 2

Ｗ－ＣＤＭＡ（次世代）

ＮＴＴドコモ、エリクソン……Ｗ－ＣＤＭＡシーメンス、アルカテル……ＣＤＭＡ＋ＴＤＭＡ

– ＧＳＭ方式のインフラの上で利用できる（世界で５０００万人利用）– 低コストでスムーズに次世代へ移行可能– エリクソンやノキヤ（フィンランド）に、ＧＳＭ市場で先行を許した……次世

代で打破したい

ＮＴＴドコモ案にＢＴ、ＴＩＭ（テレコムイタリアモーバイル）、ドイツのマンネヌマンなど支持

– ドコモ方式とＧＳＭとの互換性の確保を宣言して支持集める

ＥＴＳＩ（ＥｕｒｏｐｅＴｅｌｅｃｏｍＳｔａｎｄａｒｄＩｎｓｔ．）の投票で９８年１月３０日

Ｗ－ＣＤＭＡが日欧の次世代共通規格となる


アメリカの動向日欧統一規格（Ｗ－ＣＤＭＡ）北米方式（ｃｄｍａ２０００）

– 一本化交渉が日米欧で活発化– アメリカのクァルコム社がＣＤＭＡの基礎技術を日欧に供与しない方針を

明確化– チップレート米国：３．６８６４ＭＨｚ

日欧：４．０９６ＭＨｚ– 日欧では、クァルコムの技術をそのまま使うと、多大なライセンス料が発

生するという不安がある

日本と協調して多数派を工作した欧州にクァルコム社が最後の対抗をしている形態


次世代システムのポイント

– 既存するインフラが無視できない規模（ＧＳＭなど）最小投資でスムーズな移行が重要– 両方式が併存した場合、少数派は利用地域の拡大に負担が重い

多数派へ移行せざるをえない– 世界で最も早く次世代方式を導入せざるをえない日本 …… 多数派にいたい– アメリカは日本に欧州との橋渡しを期待

次世代サービスの遅れる可能性が大


Ｗ－ＣＤＭＡ方式

実験システムの構成

[ W-CDMA 実験システムアクセス系インタフェース ]

– この実験システムは商品質音声，Ｎ－ＩＳＤＮ，パケット，モデム信号などを統合的に提供– 有線区間はＡＴＭ– 無線区間はＣＤＭＡ

MS : Mobile StationBTS : Base Transceiver SystemMCC : Mobile communication Control Center

MS BTS BSC機能 MSC機能

無線インタフェース BTS-MCC シミュレータ間インタフェース

MCC インタフェース


無線伝送系の構成

マルチバンド

– ４つの帯域幅………………１．２５，５，１０，２０ＭＨｚ– 伝送レートに応じてチップレートの異なる拡散コード– 音声、低レートのデータ……１．２５，５ＭＨｚのチップレート– ２Ｍｂｐｓのデータ…………２０ＭＨｚのチップレート


主要諸元

– 基地局は通話では別々のコード（基地局間の非同期）– 全基地局で共通のコード報知チャネル

項目 W- CDMA N- CDMA (IS95)無線アクセス方式 DS- CDMA FDD DS- CDMA FDD

周波数2GHz 帯

1920 1940MHz ( )～上り2110 2130MHz ( )～下り

824.04 849.98MHz ( )～上り869.04 893.07MHz ( )～下り

キャリア周波数間隔 5MHz(1.25/ 10/ 20MHz )への拡張も容易

1.25MHz

チップレート 4.096Mcps(1.024/ 8.192/ 16.384Mcps )への拡張も容易

1.2288Mcps

変復調方式 Data: QPSK RAKEパイロットシンボル同期検波Spread: QPSK

QPSK

符復号化方式: R=1/ 3 or 1/ 2, K=9内符号畳み込み符号化（）

軟判定ビタビ復号 : ( )外符号リードソロモン符号データ伝送用

R=1/ 2, K=9畳み込み符号化（）軟判定ビタビ復号

シンボルレート 16 1024Ksps～ 19.2Ksps情報伝送速度 2Mbps最大まで可変 1.2, 2.4, 4.8, 9.6Kbps送信電力制御 S RＩベース閉ループ＋開ループ制御閉ループ＋開ループ制御ダイバーシチ RAKE＋アンテナ RAKE＋アンテナ基地局間同期非同期 GPSによる同期


二重拡散コードの利用

– 各セルでのチャネル管理それぞれ独立

– 無限に近い数の拡散コードを作り出すためショートコードロングコード

– 伝送チャネルは両コードの組み合わせで指定

– ＩＳ－９５のようなセル間同期システムでは• 同一のロングコードを各セルでチップ位相を変えて使用• セル間でのチップレベルでの同期必要• ＧＰＳのような，同期のために，絶対時計必要

– Ｗ－ＣＤＭＡでは各セルごとに異なるロングコード

セル間非同期を実現

屋内／屋外を連続的にサポート可能

二重拡散を利用


２階層符号割り当て

チャネライゼーション符号レイヤ

スクラブリング符号レイヤ

フルコードセット / セル

１コード / セル

フルコードセット / 移動局

１コード / 移動局

拡散符号はチャネライゼーション符号とスクランブリング符号の２階層構成とし、セルの識別、移動局の識別、コードの識別を実現する。

下り上り


チャネライゼーション符号符号間干渉を防ぐため直交符号。マルチコード伝送を実現するには、拡散率の異なる符号である必要有り。

Orthogonal variable spreading factor

直交符号のツリー構造を使うHadamard-Walsh符号になる

OVSF（直交可変拡散率符号）

C1.1=1

C2.1

C2.2= C1.1 C1.1

C1.1 C1.1

= 1 1 1 -1

C4.1

C4.2

C4.3

C4.4

= C2.1 C2.1

C2.1 C2.1

C2.2 C2.2

C2.2 C2.2

= 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1


OVSF （直交可変拡散率符号）

C1（ 1）C2（ 1）C2（ 2）C4（ 1）

C4（ 2）C8（ 1）C8（ 2）C16（ 2）C16（ 1）

C32（ 3） C32（ 4）C32（ 1） C32（ 2）C64（ 1）

C64（ 2）C64（ 3）C64（ 4）

　符号 Cn （ m ）から C2n （ 2m-1 ） , C2n （ 2m ）　　は拡散率が２倍で互いに直交　 Cn （ m ）は親系列以外の全ての上位　　レイヤと直交

C64 （ 1 ） C64 （ 2 ）：音声ユーザC32 （ 2 ）：データユーザ同時に割り当て可能

（例）

さらに高速のデータ通信： C16

（ 2 ） , C8 （ 2 ）


スクランブリング符号Gold 系列

– 非同期系 CDMA によく使われる– 周期が等しく、相互相関の常に低い２つの M 系列

を加算して得られる

　特性　　符号長がｋビットの場合、

１つの回路から 2^k+1 通りの符号が得られる

　　相互相関値の絶対値は最大でも M 系列の約 2^(1/2)に抑えられる

シフトレジスタ


TPC などパイロット

パイロット同期検波パイロットシンボルを用いた同期検波を採用。下りパイロット信号は送信電力制御（ TCP ）ビットなどとともに時間多重して伝送される。送信電力制御の制御遅延を短くでき、移動機受信部の簡易化も可能。

上りパイロット信号はデータと IQ 多重して伝送される。連続送信が可能となる。送信信号のピークファクタ低減効果もある。TDD モードは断続送信のため下り同様時間多重して伝送する。

データ１データ 2

1 スロット

Q

I

TPC などパイロット

下り

1 スロット

データ

上りパイロットシンボルの多重

Q

I


SIRベース送信電力制御（１）希望波を逆拡散により抽出するため、各チャネルの受信レベルがほぼ等しくなることが必須。

個別チャネル：クローズドループ上り下りとも専用チャネルが割り当てられている。

BS

移動局が信号送信

上りチャネルの SIR を測定ターゲット値と比較

下りチャネルの TPC ビットにより移動局に送信電力の増減を指示


SIRベース送信電力制御（２）

ランダムアクセスチャネル：オープンループ単発の信号であり、個々のランダムアクセス信号に対応するチャネルは存在しないためクローズドループは無理。

BS下り共通チャネルの SIR を測定

無線伝送路の伝搬損失を推定し送信電力を決定


フレーム構成

– パイロットシンボルによる同期検波（上り／下りとも）– １フレーム１６スロット– 各スロットにパイロットシンボルと閉ループ送信電力制御– フレーム長１０ｍｓｅｃ，０．６２５ｍｓｅｃごとにパイロットシンボルと電力制御ビット（ＴＰＣ）を送る

パイロットシンボル (Pilot)

送信電力制御(TPC) ピット

無線フレーム (10ms)＃２＃６４制御フレーム＃１ ……

……スーパーフレーム (640ms)

タイムスロット＃１

タイムスロット (0.625ms)

＃２＃３＃１６……

符号化データ …………


適応送信電力制御

基地局では逆拡散された信号をＲＡＫＥ合成する– ［１ビット当たりの受信信号エネルギー］（ＥＤ）［干渉＋熱雑音電力スペクトル密度］（ＩＯ）– ある定められたＥＤ／ＩＯと比較して大きいとき → 移動機へ送信電力を下げるようなＴＰＣ送信– タイムスロットは０．６２５ｍｓなので、高速移動中でも送信電力を瞬時に追従する

を測定する

送信データ

受信データ

拡散変調電力増幅

ＲＡＫＥ復調逆拡散

Ｅｂ / Ｉｏ測定

比較

目標Ｅｂ / Ｉｏ

移動局基地局

［閉ループ送信電力制御］

ＴＰＣビット

逆拡散ＲＡＫＥ復調

拡散変調ＴＰＣビット

送信データ

下り回線

上り回線


無線チャネル構成

物理チャネル……異なるコード報知チャネル：１２共通制御チャネル：１２（ＦＡＣＨ，ＲＡＣＨ）共通制御チャネル：１２（ＰＣＨ）個別物理チャネル：３００

論理チャネル……タイムスロット化して同じ位置のものを集めたもの


制御チャネル（ＣＣＨ：ＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）共通制御チャネル（ＣＣＣＨ：ＣｏｍｍｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）報知チャネル（ＢＣＣＨ：ＢｒｏａｄｃａｓｔＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）報知チャネル１（ＢＣＣＨ１）報知チャネル２（ＢＣＣＨ２）ページングチャネル（ＰＣＨ：ＰａｇｉｎｇＣｈａｎｎｅｌ）下りアクセスチャネル（ＦＡＣＨ：ＦｏｒｗａｒｄＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）下りアクセスチャネル -ロング（ＦＡＣＨ -Ｌ：ＦＡＣＨ -Ｌｏｎｇ）下りアクセスチャネル - ショート（ＦＡＣＨ - Ｓ：ＦＡＣＨ - Ｓｈｏｒｔ）ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ：ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）ランダムアクセスチャネル -ロング（ＲＡＣＨ -Ｌ：ＲＡＣＨ -Ｌｏｎｇ）ランダムアクセスチャネル - ショート（ＲＡＣＨ -Ｌ：ＲＡＣＨ - Ｓｈｏｒｔ）個別制御チャネル（ＤＣＣＨ：ＤｅｄｉｃａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）孤立個別制御チャネル（ SDCCH ： Stand-alone Dedicated Control Channel ）付随制御チャネル（ＡＣＣＨ：ＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＣｈａｎｎｅｌ）

トラフィックチャネル（ＴＣＨ：ＴｒａｆｆｉｃＣｈａｎｎｅｌ）個別トラフィックチャネル（ＤＴＣＨ：ＤｅｄｉｃａｔｅｄＴｒａｆｆｉｃＣｈａｎｎｅｌ）ユーザパケットチャネル（ＵＰＣＨ：ＵｓｅｒＰａｃｋｅｔＣｈａｎｎｅｌ）

論理チャネル構成


論理チャネル報知チャネル（ＢＣＣＨ）

基地局から移動局に対してセル、又はセクタ毎のシステム的な制御情報を報知するための片方向チャネル

ページングチャネル（ＰＣＨ）基地局から移動局に対して、広いエリアに同一の情報を一斉に伝送するための片方向チャネル

下りアクセスチャネル（ＦＡＣＨ－Ｌ／Ｓ）基地局から移動局に対する制御情報、又はユーザパケットデータを伝送するための片方向チャネル

ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ－Ｌ／Ｓ）移動局から基地局に対する制御情報、又はユーザパケットデータを伝送するための片方向チャネル

孤立個別制御チャネル（ＳＤＣＣＨ）制御情報のためのＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔの双方向チャネル（１物理チャネル専有）

付随制御チャネル（ＡＣＣＨ）制御情報のためのＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔの双方向チャネル（ＤＴＣＨに付随したチャネル）

個別トラフィックチャネル（ＤＴＣＨ）ユーザデータを転送するためのＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔの双方向チャネル

ユーザパケットチャネル（ＵＰＣＨ）ユーザパケットや制御情報を伝送するためのＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔの双方向チャネル


アクセス手順

– ＬＡＩ，上りロングコード– 下りロングコード– 周辺セル下りロングコード– ＲＡＣＨ上りロングコード– ＦＡＣＨ，ＰＣＨ下りショートコー

ド

– スロットＡＬＯＨＡ衝突ありうる– ＳＤＣＣＨ上下ショートコード– 位置登録

– ＴＭＵ → ＩＭＵＩ変換

– 結果照合

– 上下通話用ショートコード

報知（とまり木）チャネルを開く

アクセスチャネルＲＣＨで通信要求

ＳＤＣＣＨ設定

ユーザ認証（乱数送信して暗号をもらう）

通話チャネル設定

獲得

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