高速パケットアクセス

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高速パケットアクセス（HSPA）[ 1 ]は、高速ダウンリンクパケットアクセス（HSDPA）と高速アップリンクパケットアクセス（HSUPA）という2つのモバイルプロトコルを統合したもので、 WCDMAプロトコルを用いた既存の3Gモバイル通信ネットワークの性能を拡張・向上させます。さらに改良された3GPP規格であるEvolved High Speed Packet Access（HSPA+とも呼ばれる）は2008年後半にリリースされ、2010年から世界中で採用が始まりました。この新しい規格では、下り最大337 Mbit/s、上り最大34 Mbit/sのビットレートが実現可能ですが、実際にはこれらの速度が達成されることはほとんどありません。[ 2 ]

概要

最初のHSPA仕様は、下り最大14Mbps、上り最大5.76Mbpsのピークデータレートをサポートしました。また、遅延も低減され、従来のWCDMAプロトコルと比較して、下り最大5倍、上り最大2倍のシステム容量を実現しました。

携帯電話ネットワークの標準規格と世代のタイムライン

高速ダウンリンクパケットアクセス（HSDPA）は、高速パケットアクセス（HSPA）ファミリーの拡張版である3G（第3世代）モバイル通信プロトコルです。HSDPAは3.5Gや3G+とも呼ばれ、UMTS（ Universal Mobile Telecommunications System ）ベースのネットワークで、より高速なデータ速度と大容量を実現します。また、HSDPAは遅延を低減し、アプリケーションのラウンドトリップ時間を短縮します。

HSDPAは3GPPリリース5で導入されました。これによりアップリンクの改良が行われ、新たな384 kbit/sのベアラ速度が実現しました（従来の最大ベアラ速度は128 kbit/sでした）。3GPPリリース7で導入されたEvolved High Speed Packet Access （HSPA+）は、64QAM変調、 MIMO、デュアルキャリアHSDPA動作を追加することで、データレートをさらに向上させました。3GPPリリース11では、さらに高速な337.5 Mbit/sの速度が可能になりました。[ 3 ]

HSDPA の最初のフェーズは、3GPP リリース 5 で仕様が定められました。このフェーズでは、新しい基本機能が導入され、大幅に短縮された遅延で 14.0 Mbit/s のピーク データ レートを達成することを目指しました。速度と遅延の改善により、ビットあたりのコストが削減され、高性能パケット データ アプリケーションのサポートが強化されました。HSDPA は共有チャネル伝送に基づいており、その主な機能は、共有チャネルとマルチコード伝送、高次変調、短い伝送時間間隔(TTI)、高速リンク適応およびスケジューリング、高速ハイブリッド自動再送要求(HARQ) です。その他の新機能には、高速ダウンリンク共有チャネル (HS-DSCH)、直交位相偏移変調、16直交振幅変調、基地局の高速媒体アクセス プロトコル (MAC-hs) などがあります。

HSDPAへのアップグレードは、多くの場合、WCDMAネットワークのソフトウェアアップデートに過ぎません。HSDPAでは、通常、音声通話がデータ転送よりも優先されます。

ユーザー機器のカテゴリ

以下の表は、3GPP TS 25.306リリース11 [ 4 ]の表5.1aから引用したもので、異なるデバイスクラスの最大データレートと、それらがどのような機能の組み合わせによって実現されるかを示しています。セルあたり、ストリームあたりのデータレートは、「HS-DSCH TTI内で受信されるHS-DSCHトランスポートブロックの最大ビット数」と「最小TTI間隔」によって制限されます。TTIは2ミリ秒です。したがって、例えばCat 10は27,952ビット/2ミリ秒=13.976 Mbit/s（よく誤って主張される14.4 Mbit/sではありません）をデコードできます。カテゴリ1～4および11のTTI間隔は2または3であり、最大データレートはその係数で減少します。デュアルセルとMIMO 2x2では、それぞれ複数の独立したトランスポートブロックが異なるキャリアまたは空間ストリームを介して送信されるため、最大データレートが2倍になります。表に示されているデータレートは小数点第1位で四捨五入されています。

さらに、3GGP リリース 7 以降では UE カテゴリがEvolved HSPA ( HSPA+ ) として定義され、Evolved HSDPA UE カテゴリにリストされています。

注記

  1. ^ 16-QAM は QPSK サポートを意味し、64-QAM は 16-QAM と QPSK サポートを意味します。
  2. ^最大コードレートには制限はありません。この列の値が1に近い場合、最大データレートは理想的な条件下でのみ達成できることを示します。そのため、これらのデータレートを実証するために、デバイスは送信機に直接接続されています。
  3. ^表に示されている最大データレートは物理層のデータレートです。アプリケーション層のデータレートは、IPヘッダー（オーバーヘッド情報）など

採択

HSDPAプランのGPRS速度

2009 年 8 月 28 日現在、109 か国で 250 の HSDPA ネットワークがモバイル ブロードバンドサービスを商用化しています。169 の HSDPA ネットワークが 3.6 Mbit/s のピーク ダウンリンク データ スループットをサポートし、21 Mbit/s のピーク データ ダウンリンクを提供するネットワークの数も増加しています。

CDMA2000 - EVDOネットワークは当初、パフォーマンスにおいてリードしていました。特に日本の通信事業者は、このネットワーク規格のベンチマークとして非常に成功していました。しかし、その後、世界中の通信事業者がHSDPAを採用するようになり、状況はHSDPAに有利に転じました。

2007年には、世界中の通信事業者がモバイルブロードバンド接続を提供するためにHSDPA対応USBモデムの販売を開始しました。さらに、HSDPA対応固定電話代替機器の人気も高まりました。これらの機器は、イーサネットやWi-Fi経由のデータ通信にHSDPAを提供するだけでなく、従来の固定電話を接続するためのポートも備えていました。中には、理想的な条件下で「最大7.2Mbps」[ 5 ]の接続速度を謳う製品もありました。しかし、屋内などの電波の届きにくい場所では、これらのサービスは速度が遅くなることがありました。

高速アップリンクパケットアクセス（HSUPA）は、HSPAファミリーに属する3Gモバイル電話プロトコルです。3GPPリリース6で仕様策定・標準化され、アップリンクデータレートを5.76Mbpsに向上させ、容量を拡張し、遅延を低減します。その他の改良点と組み合わせることで、Voice over Internet Protocol（VoIP）、画像のアップロード、大容量メールの送信といった新機能が可能になります。

HSUPAはUMTSの進化における2番目の大きなステップでした。その後、LTE（下り150Mbps、上り50Mbps）やLTE Advanced（下り最大1Gbps超）といった、より高速な転送速度を持つ新しい技術に取って代わられました。

テクノロジー

HSUPAは、WCDMAに拡張専用チャネル（E-DCH）と呼ばれる新しいトランスポートチャネルを追加します。HSDPAと同様の改良点として、マルチコード伝送、より高速なリンク適応を可能にする伝送時間間隔の短縮、高速スケジューリング、増分冗長性を備えた高速ハイブリッド自動再送要求（HARQ）などがあり、再送の効率を高めます。HSDPAと同様に、HSUPAは「パケットスケジューラ」を使用しますが、「リクエスト・グラント」方式で動作します。つまり、ユーザー機器（UE）がデータ送信の許可を要求し、スケジューラがいつ、何台のUEが送信を許可するかを決定します。送信要求には、UEの送信バッファとキューの状態、および利用可能な電力マージンに関するデータが含まれます。ただし、HSDPAとは異なり、アップリンク伝送は互いに 直交しません。

この「スケジュール型」伝送モードに加えて、標準規格ではUEからの自発的な伝送モード（「非スケジュール型」と呼ばれる）も許容されています。非スケジュール型モードは、例えば、短縮されたTTIとNode Bベースのスケジューラでは必要な短い遅延時間と一定の帯域幅を提供できないVoIPサービスに使用できます。

各MAC-dフロー（すなわちQoSフロー）は、スケジュールモードまたは非スケジュールモードのいずれかを使用するように設定されます。UEは、スケジュールフローと非スケジュールフローのデータレートを個別に調整します。各非スケジュールフローの最大データレートはコールセットアップ時に設定され、通常は頻繁に変更されることはありません。スケジュールフローで使用される電力は、絶対グラント（実際の値で構成）および相対グラント（単一のアップ/ダウンビットで構成）メッセージを通じて、Node Bによって動的に制御されます。

物理層では、HSUPA は次の新しいチャネルを導入します。

  • E-AGCH（絶対許可チャネル）
  • E-RGCH（相対グラントチャネル）
  • F-DPCH（フラクショナルDPCH）
  • E-HICH (E-DCH ハイブリッド ARQ インジケーター チャネル)
  • E-DPCCH（E-DCH専用物理制御チャネル） – E-DCHトランスポートチャネルに関連付けられた制御情報を伝送します。
  • E-DPDCH（E-DCH専用物理データチャネル） – E-DCHトランスポートチャネルを伝送します。

ユーザー機器のカテゴリ

次の表は、HSUPA のさまざまなカテゴリのアップリンク速度を示しています。

さらに、3GGP リリース 7 以降では UE カテゴリが Evolved HSPA (HSPA+) として定義され、Evolved HSUPA UE カテゴリにリストされています。

進化型高速パケットアクセス（HSPA+）

Evolved HSPA（HSPA Evolution、HSPA+とも呼ばれる）は、WCDMA仕様の3GPPリリース7で定義された無線ブロードバンド規格です。既存のHSPA定義を拡張しているため、リリース99のWCDMAネットワークリリースまで下位互換性があります。Evolved HSPAは、マルチ入力マルチ出力（2x2 MIMO）技術と高次変調（64 QAM）を採用し、下り42.2～56 Mbit/s、上り22 Mbit/s（5 MHzキャリアあたり）のデータレートを提供します。デュアルセル技術により、これらの速度は2倍になります。

2011年以来、HSPA+はWCDMA事業者の間で広く導入されており、約200の契約が締結されています。[ 6 ]

参照

参考文献

  1. ^ Nomor Research: ホワイトペーパー「高速パケットアクセス技術」 2009年1月23日アーカイブ、 Wayback Machine、nomor.de
  2. ^ 「Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); UE Radio Access capabilities」（PDF） ETSI、2014年1月。 2014年3月4日閲覧。
  3. ^ 「HSPA」。当社について。
  4. ^ 3GPP TS 25.306 v11.0.0 http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25306.htm
  5. ^「Vodafone UK - メンテナンス」。vodafone.co.uk 。
  6. ^ 「DC-HSPA+、39のネットワークに42Mbpsを提供」 3GPP 2017年7月8日閲覧。

参考文献

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