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■ その116「DLNAの仕組み」
[2007/03/26]
■ その115「ドメインとActive Directory」
[2007/03/19]
■ その114「ワークグループができること」
[2007/03/12]
■ その113「WPSの仕組み」
[2007/03/05]
■ その112「Gopherの生い立ちと現在」
[2007/02/26]
■ その111「Wikiの使われ方」
[2007/02/19]
■ その110「文字コードとは」
[2007/02/05]
■ その109「IISの生い立ち」
[2007/01/29]
■ その108「NASの登場と一般への普及」
[2007/01/22]
■ その107「HomePNAのいろいろ」
[2007/01/15]
■ その106「Ogg Vorbisの成り立ち」
[2006/12/25]
■ その105「MIDIの原理とSMFの構造」
[2006/12/18]
■ その104「AIFFの構造」
[2006/12/11]
■ その103「WAVの構造と現状」
[2006/12/04]
■ その102「WMAの歴史」
[2006/11/27]
■ その101「AACの特徴」
[2006/11/20]
■ その100「MP3/MPEG Audioの仕組み」
[2006/11/13]
■ その99「HSDPAの仕組み」
[2006/11/06]
■ その98「H.264・MPEG-4 AVCの特徴」
[2006/10/30]
■ その97「IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）の特徴」
[2006/10/23]
■ その96「TIFFの特徴」
[2006/10/16]
■ その95「PNGの現状と今後」
[2006/10/02]
■ その94「GIFの構造」
[2006/09/25]
■ その93「10GBASEの種類（2）」
[2006/09/11]
■ その92「10GBASEの種類」
[2006/09/04]
■ その91「GbEのいろいろ」
[2006/08/28]
■ その90「JPEGの特徴」
[2006/08/21]
■ その89「DivXの広がり」
[2006/08/07]
■ その88「MPEGの仕組み」
[2006/07/31]
■ その87「WMVのこれまで」
[2006/07/24]
■ その86「AVIの生い立ちとそのコーデック」
[2006/07/10]
■ その85「QuickTimeの変遷」
[2006/07/03]
■ その84「Realのこれまでと今後」
[2006/06/26]
■ その83「ShareとWinny」
[2006/06/19]
■ その82「DOCSISの仕組み」
[2006/06/12]
■ その81「SQLインジェクションの流れ」
[2006/06/05]
■ その80「RSSの動作」
[2006/05/29]
■ その79「Skypeの仕組み」
[2006/05/22]
■ その78「BitTorrentの特徴と今後」
[2006/05/15]
■ その77「Winnyの仕組みと現状」
[2006/05/08]
■ その76「WinMXの特徴」
[2006/04/24]
■ その75「Gnutellaの歴史と構造」
[2006/04/17]
■ その74「Napsterの歴史」
[2006/04/10]
■ その73「P2Pのいろいろ」
[2006/04/03]
■ その72「IEEE 802.11nの動向」
[2006/03/27]
■ その71「ActiveX Scriptingの動作」
[2006/03/20]
■ その70「Ajaxの仕組み」
[2006/03/13]
■ その69「DHTMLの動作」
[2006/03/06]
■ その68「Scriptの定義」
[2006/02/27]
■ その67「JavaScriptの仕組み」
[2006/02/20]
■ その66「Javaの動作」
[2006/02/13]
■ その65「RFCのプロセス」
[2006/02/06]
■ その64「ActiveX DocumentとActiveX Controlの違いと共通点」
[2006/01/30]
■ その63「ActiveX Controlの機能」
[2006/01/23]
■ その62「ActiveXを構成するもの」
[2006/01/16]
■ その61「Cookieの仕組みと用途」
[2005/12/26]
■ その60「malwareとその分類」
[2005/12/19]
■ その59「rootkitの動作」
[2005/12/12]
■ その58「CSSの役割」
[2005/12/05]
■ その57「HTMLの変遷」
[2005/11/28]
■ その56「PONとその種類」
[2005/11/21]
■ その55「FWAの仕組み」
[2005/11/14]
■ その54「DoSとDDoS」
[2005/11/07]
■ その53「SNMPとMIBの動作」
[2005/10/03]
■ その52「Jumbo Frameとフレームサイズ」
[2005/09/12]
■ その51「WPA2の仕組み」
[2005/09/05]
■ その50「WPAとWPA-PSKの違い」
[2005/08/29]
■ その49「WPAの仕組み」
[2005/08/22]
■ その48「WebDAVの動作」
[2005/08/08]
■ その47「OFDMAの仕組みとOFDMとの違い」
[2005/08/01]
■ その46「OFDMの仕組み」
[2005/07/25]
■ その45「WiMAXの特徴」
[2005/07/11]
■ その44「Wi-Fiの役割」
[2005/07/04]
■ その43「FTPの目的と動作」
[2005/06/27]
■ その42「UPnPの動作」
[2005/06/20]
■ その41「ネットマスクの仕組み」
[2005/06/13]
■ その40「ARPの機能」
[2005/06/06]
■ その39「DNSの原理」
[2005/05/30]
■ その38「デフォルトゲートウェイの役割」
[2005/05/23]
■ その37「MACアドレスの仕組み」
[2005/05/16]
■ その36「スイッチとその進化」
[2005/05/09]
■ その35「ルータによるメリット」
[2005/04/25]
■ その34「ブリッジの原理」
[2005/04/18]
■ その33「リピータの機能」
[2005/04/11]
■ その32「IPアドレスのクラス」
[2005/04/04]
■ その31「ブロードキャスト/マルチキャスト/ユニキャスト」
[2005/03/28]
■ その30「SMTP AUTHと認証の種類」
[2005/03/14]
■ その29「Submissionポートとスパムメール対策」
[2005/03/07]
■ その28「Outbound Port25 Blockingとは」
[2005/02/28]
■ その27「PGPの仕組み」
[2005/02/21]
■ その26「PKIと認証局」
[2005/02/14]
■ その25「公開鍵暗号方式とは」
[2005/02/07]
■ その24「共通鍵暗号とは」
[2005/01/31]
■ その23「SSHの仕組みと応用」
[2005/01/24]
■ その22「SSLの役割」
[2005/01/17]
■ その21「POP3とIMAP4の違い」
[2004/12/27]
■ その20「POP3の役割と機能」
[2004/12/20]
■ その19「SMTPの機能と問題点」
[2004/12/13]
■ その18「SPIとパケットフィルタリング」
[2004/12/06]
■ その17「LANの概念とその広がり」
[2004/11/29]
■ その16「SIPの役割」
[2004/11/15]
■ その15「プロキシの利用」
[2004/11/08]
■ その14「VoIPの仕組み」
[2004/11/01]
■ その13「イーサネットとは」
[2004/10/25]
■ その12「IP/TCP/UDP/ICMPとは」
[2004/10/18]
■ その11「DHCPの役割」
[2004/10/04]
■ その10「MIMOとは」
[2004/09/27]
■ その9「DMZとその効果」
[2004/09/13]
■ その8「ファイアウォールとは」
[2004/09/06]
■ その7「NATとNAPTの違いとIPマスカレード」
[2004/08/30]
■ その6「VPNとVPNパススルーの仕組み」
[2004/08/23]
■ その5「無線LANの問題とWEP」
[2004/08/09]
■ その4「IEEE 802.11a/b/gって何を意味しているの？」
[2004/08/02]
■ その3「ダイナミックDNSって？」
[2004/07/26]
■ その2「グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス」
[2004/07/12]
■ その1「PPPoEって何だろう？」
[2004/07/05]

その99「HSDPAの仕組み」


■ HSDPAって何？

　「HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）」とは、携帯電話の新しい通信規格です。High Speed Downlinkという名前からわかる通り、ダウンロード、つまり基地局から端末への通信速度を高速化する技術になります。

　これは当然ながらデータ通信のためのもので、通信速度が上がったからといって音声が綺麗に聞こえるようになるとか、そういうものではありません。もともとは、「3GPP」という携帯電話の標準化を行なう団体が定めたもので、最大14.4Mbpsでのダウンロードが可能になっています。

　またHSDPAはあくまでダウンロードのみの高速化ですが、同様にアップロード（端末から基地局）の通信速度を高速化する「HSUPA（High Speed Uplink Packet Access）」という規格も2006年に制定されています。

　HSDPAが注目を集めているのは、3G携帯で相次いでHSDPAの対応が発表されているからでしょう。例えば、NTTドコモも2006年9月にHSDPAに対応したFOMAの発売を開始しており、最大3.6Mbpsのダウンロード速度を利用できるようになりました。


■ HSDPAの仕組み

　それでは、そのHSDPAの仕組みを説明していきましょう。HSDPAはNTTドコモのFOMAやSoftbankのSoftbank 3Gで利用されている「W-CDMA」という方式の上位規格にあたります。まずはこのあたりから説明していきます。

　「CDMA」という方式は、以前取り上げた「OFDM」のときに少し触れました。単純に言えば、各送信者ごとに異なる“符号”をつけて送り出すことで、同時に複数の通信が可能になるという仕組みです。

　もちろん、これは大雑把な原則の話で、実際の規格はもう少し複雑です。現在、CDMAといえば、国内ではauの「cdmaOne/cdma2000」、それとNTTドコモとSoftbankが提供する「W-CDMA」の2種類があります。cdmaOne以外については、ITU-Rが策定したIMT-2000というデジタル携帯電話の世界統一規格に従っています。もっとこのIMT-2000、実際には通信方式として以下の5種類があります。

・DS（Direct Spread）-CDMA
・MC（Multi Carrier）-CDMA
・CDMA TDD
・TDMA-SC（Single Carrier）
・FDMA/TDMA（DECT:Digital Enhanced Cordless Telecommunications）

　また基地局側のシステムとしては、「GSM MAP」と「IS-41」の2種類が規定されており、これをどう組み合わせるかは通信事業者に任されています。


図1：cdma2000 1x
　例えば、NTTドコモのFOMAは、DS-CDMAとGSM MAPの組み合わせですし、auのcdma2000の場合はMC-CDMAとIS-41の組み合わせになっています。ちなみに、IMT-2000は第3世代携帯電話（3G）という括りになっており、cdmaOneはこの前世代の「2.5G（正式名称はIS-95）」となっています。

　上に示した通信方式は、相互に互換性がありません。ですので、W-CDMAとcdmaOne/cdma2000シリーズは、同じCDMA方式を使っているというだけであって、細かい部分は全然異なっています。ただ、大きな括りで言えば、どちらも「FDD-CDMA」と呼ばれる方式に分類されます。FDDとは「Frequency Division Duplex（周波数分割複信）」の略で、要するに基地局から端末、端末から基地局で異なる周波数帯を使うことで、同時に送受信を行なえる（これを全二重通信と呼びます）方法です。

　さて、W-CDMAにせよcdma200にせよ、登場当初はかなり高速なデータ通信が可能でしたが、現在の固定回線のブロードバンドサービス環境と比較すると高速という印象はありません。W-CDMA（NTTドコモのFOMA）の場合は384kbps、cdma2000 1xの場合で144kbpsですから、かつてのPHSの32/64kbpsや、もっと昔のアナログ携帯の9.6kbpsに比べると格段のスピードとは言えるのですが、固定回線との比較ではもはや見劣りしていると言わざるを得ません。

　そこでIMT-2000に属する各通信方式は、より高速な転送方法を策定し始めました。例えばcdma2000の場合、実際は与えられた周波数帯（800MHz帯）では、815～830MHz（端末→基地局）/860～875MHz（基地局→端末）の15MHzの帯域が与えられていますが、これを1.25MHzずつ12のチャネルに分けて使う仕組みになっています（図1）。CDMAは同じ周波数帯に異なるシンボルの電波を重ねて送り出せますが、いくら重ねられるといっても限度があるわけです。そこでチャネル分けをすることで同時に多数の携帯が利用できる仕組みを作っているわけです。

　cdma2000では、まずこの帯域を3倍にする3xという規格を開発しました（図2）。これにより、同時に使えるチャネルの数は3分の1に減りますが、転送速度は3倍になるというわけです。ただ、144kbpsが3倍になっても432kbpsですから、もう少しスピードが上がらないとあまりインパクトはありません。


図2：cdma2000 3x

　一方、W-CDMAでは元来の帯域が5MHzと広いこともあり、この帯域を拡張すると、ただでさえ不足気味な周波数帯をさらに圧迫してしまいます。もちろん、FOMAやSoftbank 3Gの場合、利用される周波数帯は1.9～2.1GHzの範囲ですので、800MHz帯を使うauのcdma2000よりは広い周波数が利用できるのですが、それでも合計で上下ともに60MHzです。

　つまり、帯域5MHzの場合に12チャネルというわけで、状況的にはcdma2000と変わりません。規格上は、帯域を20MHzに拡張することで速度を上げる方法も存在しますが、これを使うとチャネルの数はたったの3つになってしまい、現実問題としては使われていません。

　そこでHSDPAでは、帯域を増やさずに（5MHzのまま）転送速度を高速化する、という方法を採用しました。具体的には、W-CDMAに対して5項目の改善がなされており、これにより最大14.4Mbpsの転送速度を実現しています。その改善点とは以下のようなものです。

・High Speed Shared Channel Transmission：複数の「符号」を同時に使って通信する
・Fast Scheduling：通信状態が良好な携帯との通信を、スケジューリングで優先する
・Fast Link Adaption：電波状態に合わせて、通信のパラメータを随時変更する
・High Speed Uplink Channel Transmission：変調方式について、W-CDMAの「QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）」に加え、「8QAM（Quadrature Amplitude Modulation）/16QAM」をサポート
・Hybrid ARQ（Automatic Retransmission reQuest）:通信エラーがあった際に、再送信データと最初に受信したデータを組み合わせることで、迅速にエラーから回復させる

　要するに通信状態が良いときには、圧縮の効く変調を使い、優先度を上げて通信させることで高いデータレートを確保し、逆に通信状態が悪い場合はエラーに強い変調方式を使い、また通信の優先度を下げることで他の通信を阻害しない、という仕組みです。これに、複数符号の同時利用を組み合わせることで、帯域を増やさずに転送速度を上げられると言うわけです。

　ちなみに採用されている仕組みはちょっと異なりますが、cdma2000もHDRと呼ばれる高速化技法を用いて、帯域を1.25MHzのまま最大2.4Mbpsの転送速度を確保できる「cdma2000 1x EV-DO」、これを改良して最大3.1Mbpsまで出るようにした「cdma2000 1x EV-DO Rev.A」といった規格を制定しました。auはこのcdma2000 1x EV-DOを「CDMA 1X WIN」という名称でサービスを開始しています。


■ HSDPAの今後

　HSDPAは国際的な規格であり、日本のみならず世界各国でサービスが始まりつつあります。もちろん、14.4Mbpsというのは理想的な値であって、よほど通信状態が良くないとこの値は出ません。ちょうど、ADSLで48Mbpsや50Mbpsと謳っていても、実際にこの速度がでるのは電話局からの近距離に限られているようなものです。NTTドコモではHSDPAサービスを最大3.6Mbpsに帯域を絞っていますが、現実的にはこのあたりが普通に利用できる限界と言えるでしょう。

　今後はというと、HSUPAのサービスも各事業者とも予定してはいますが、現実問題として携帯電話でこうしたニーズがあるかどうかは少し微妙です。ただ、HSDPAは現実問題として、IEEE 802.11、つまり無線LANと競合するだけの速度になってきており、上下速度が同じ無線LANと比較するとやや見劣りします。そんな事情もあり、今後はHSDPAとHSUPAがセットになった形でサービスとして提供されていくと見られています。

　さらにその先としては、3.9G世代の登場が予定されています。HSDPA/HSUPAは、世代で言えば第3.5世代という呼び方がされていますが、これと4G（第4世代）の間に、3.9Gが挟まる格好です。こちらに関しては現在さまざまな作業がなされていますが、転送速度としては30Mbps前後をターゲットとしており、モバイルWiMAXと同程度のスループットが確保できる、という目論見のようです。ただし、技術的にはW-CDMAやHSDPA/HSUPAの延長でこれは実現できず、その意味ではこれはまったく異なるサービスに切り替わると考えたほうが妥当でしょう。


2006/11/06 10:59
槻ノ木 隆
　国内某メーカーのネットワーク関係「エンジニア」から「元エンジニア」に限りなく近いところに流れてきてしまった。ここ２年ほどは、企画とか教育、営業に近いことばかりやっており、まもなく肩書きは「退役エンジニア」になると思われる。（イラスト：Mikebow）
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