f rom NTTドコモ Xiフェムトセルの開発モバイル通信に対する需要の急激な増大に伴い，サービスエリアの迅速な拡大が急務となっています．NTTドコモは2012年 11月にW-CDMA（Wideband Code Division Multiple Access）およびLTE（Long Term Evolution）の両方式に対応した超小型基地局装置を開発し，同年12月から運用を開始しました．本装置は汎用ブロードバンド回線を用いることができ，かつ運用パラメータを自動的に設定するプラグアンドプレイ機能を具備しており，サービスエリアの経済的かつ迅速な拡大を可能とします． Xiフェムトセルの開発スマートフォンの普及と動画などのマルチメディアコンテンツの拡充に伴い，モバイル通信の高速化に対するちなみ，10の15乗分の1を表す単位であるフェムト（Femto）を用いて呼称されます． ■迅速かつ経済的な通信エリア構築マクロセル基地局の設置には，基地局装置以外にも鉄塔，需要が増大しています．これに対しNTTドコモでは，屋外収容箱，アンテナといった比較的大規模な設備が必要 W-CDMA（Wideband Code Division Multiple となるため，設置場所は限定されます．このため，屋外の Access）方式を用いた通信サービス「FOMA」と比較しマクロセル基地局からの到来電波の電力が微弱であり，エ周波数利用効率＊1 が高いLTE（Long Term Evolution）リア品質を十分に確保できない屋内エリアが局所的に生じ方式を用いた「Xi」（クロッシィ）を2010年12月より提ます．供しています． NTTドコモでは，このような屋内のエリア化用に，該ここで，通信容量の増大を目的とした小セル化や電波の当施設内に変復調や電力増幅機能を備えた装置（子局）を不感地帯の低減を目的としたきめ細やかなエリア構築に設置し，保守監視機能を備えた装置（親局）を介して基地は，装置の小型化および軽量化が必要となります．NTT 局と接続する光張り出し基地局や基地局装置からの無線信ドコモは2007年に屋内のFOMA品質改善を目的に，号を複数の屋内アンテナに分配し伝送するIMCS W-CDMA方式に対応した超小型基地局装置（FOMAフェ（Inbuilding Mobile Communication System）＊3といっ．また，2009年には通信速た設備を用意しています．しかし，これらの設備は大規模度の高速化とともに，家庭内に設置するためのユーザ限であり，コストの観点で小規模施設への展開は困難となる定機能やプラグアンドプレイ（Plug and Play）機能（PnP 場合があります．また敷設にかかわる工事期間が比較的長）を具備した高性能FOMAフェムトセルを開発し期となるため，迅速なエリア化が難しい場合があります．ムトセル）を開発しました（1）機能＊2 ました（2）．そして2012年11月にW-CDMAおよびLTE方式の両方一方，屋外からの電波を増幅することで屋内の電波環境を改善する装置として，ブースタ，レピータがあります．に対応したフェムトセル基地局（Xiフェムトセル）を開発これらはコスト，エリア化期間の観点で小規模施設への展し，同年12月から運用を開始しました．ここではXiフェ開に適しますが，マクロセル基地局からの到来電波の電力ムトセルの適用領域，装置仕様，システムアーキテクチャが基準レベル以上で届いていることが敷設の条件となりまについて解説します．す．これら既存の屋内エリア構築手段に対して，フェムトフェムトセル基地局の特長比較的大きな通信エリア（マクロセル）を構築するための屋外基地局装置（マクロセル基地局）に対して，フェムトセル基地局は主に宅内やオフィスおよび小規模店舗といった比較的小さな屋内通信エリアを構築する装置です．マクロセル基地局に比べて通信エリアが非常に狭いことに 46 NTT技術ジャーナル　2014.7 セル基地局はエリア化の迅速性，経済性の両観点で小規模施設のエリア化に適しています（図 1 ）．まず，フェムト＊1 ＊2 ＊3 周波数利用効率：単位時間，単位周波数当りで伝送できる情報ビット数． PnP機能：装置をブロードバンド回線に接続するだけで，装置の設置状況などに応じて自動的に各種パラメータの設定および調整を行い，運用を開始する機能． IMCS：高層ビルや地下街などの携帯電話がつながりにくい，あるいはつながらない場所でも通信を可能とするNTTドコモのシステム．セル基地局は広く普及している汎用ブロードバンド回線を好な通信品質を安定して達成しやすいという利点がありま用いてNTTドコモのネットワークへ接続でき，伝送路のす．また店舗のようにユーザが一定の場所に滞留してお敷設コストや設置工事期間を大幅に低減できます．また，り，局所的にトラフィックの高いエリアに対してフェムト単独でエリアを構築できるため，ブースタ等でエリア化がセル基地局を導入することで，これまではマクロセル基地困難な環境にも適用できます．加えて，PnP機能により，局に収容されていたトラフィックの一部をフェムトセル基運用パラメータの自動取得および設置環境に応じた各種パ地局に分散（オフロード）させることができます．その結ラメータの自動調整を実現しており，設置・運用にかかわ果，無線ネットワーク全体としての収容能力を効率的に増るコストを劇的に低減します．大させることができます． ■通信品質の改善 Xiフェムトセルの基本仕様データ通信では基地局の通信容量を複数のユーザで共有するため，1ユーザ当りの通信速度は接続ユーザの数およ開発したXiフェムトセルの基本仕様を表 1 に，外観をび通信状況に影響を受けます．フェムトセル基地局の場合はエリアが狭いことから接続ユーザ数が少数であるため，図 2 に示します．本装置は屋内専用であり，W-CDMAと他ユーザの通信状況の影響を受けにくいという特徴があり LTE両方式の同時運用に対応している点が最大の特徴となます．加えて，屋内では比較的良好な通信環境を維持しやります．最大同時接続ユーザ数はLTEは16，W-CDMAはすいことから，マクロセル基地局配下の場合と比較して良 4となります．また，大容量データ通信サービスはLTE方式を，音声サービスはW-CDMA方式を利用するなど，サービスごとに最適な通信方式を割り当てることで，快適な通高トラフィックエリアでの負荷分散（オフロード）信環境を提供します．さらに，両通信方式の切り替え制御マクロ基地局からの電波が届かない場所のエリア化マクロ基地局からの電波マクロエリアの補完高層階地下階マクロ基地局からの電波が届かない場所のエリア化フェムトセルマクロセル図 2 Xiフェムトセル図 1 フェムトセル基地局の適用領域表 1 Xiフェムトセルの基本仕様対応通信方式 LTE W-CDMA 通信速度（ハードウェア能力値）下り：最大112.5 Mbit/s 上り：最大37.5 Mbit/s 下り：最大14 Mbit/s 上り：最大384 kbit/s 最大同時接続ユーザ数 16 4 周波数帯域帯域幅／キャリア数最大送信電力送信ブランチ数伝送路インタフェース大きさ（高さ×幅×厚さ）重さ 2 GHz 最大15 MHz／ 1 キャリア 5 MHz／ 1 キャリア 10 mW／ 5 MHz／ブランチ　20 mW／ 5 MHz/ブランチ 2 （MIMO対応） 1 10BASE-T／100BASE-TX／1000BASE-T 約1.45リットル（175 mm×185 mm×45 mm）約0.7 kg NTT技術ジャーナル　2014.7 47 from NTTドコモ表 2 3 GPPで規定されるHome BSとWide Area BSの比較 Home BS 通信方式送信系 LTE W-CDMA LTE 最大送信電力＋20 dBm 規定なし周波数安定度 ±（0.25 ppm＋12 Hz）以内 ±（0.05 ppm＋12 Hz）以内受信機の感度受信系 Wide Area BS W-CDMA ‒106.3 dBm ‒₉2.8 dBm/5 MHz ‒120.3 dBm ‒100.8 dBm/5 MHz 隣接チャネル選択度 ‒38 dBm ‒28 dBm ‒52 dBm ‒52 dBm スプリアスレスポンス ‒30 dBm ‒27 dBm ‒40 dBm ‒43 dBm 相互変調特性 ‒38 dBm ‒36 dBm ‒48 dBm ‒52 dBm も可能であり，各種サービスをシームレスに活用できます． W-CDMA，LTEともに2 GHz帯の1キャリアに対応してフェムト（LTE）おり，LTEは最大15 MHzの帯域幅に対応，下り最大マクロ（LTE） 112.5 Mbit/s，上り最大37.5 Mbit/sの高速通信が可能となります．実装においてはW-CDMA機能とLTE機能の共用化を行い，装置の小型化および低消費電力化を達成し Xiフェムトセルています．また，自然空冷式により無騒音を実現しています．無線特性は3GPP（3rd Generation Partnership 有線PnP機能汎用BB回線を介した運用情報の自動取得 Project）においてフェムトセル基地局を想定して策定さ , の規格（表 2 ）にれたHome BS（Base Station）＊4,（3）（4）準拠しており，周波数安定度や受信感度などの条件から，マクロセル基地局へ適用されるWide Area BS ＊5 フェムト（３G）マクロ（３G）無線PnP機能定期的に設置場所の電波環境を測定し，周辺環境を考慮した無線パラメータの自動設定 FOMA/Xi ネットワーク認証（暗号化） IPsec（Xi） IPsec（FOMA）網終端装置ゲートウェイ（Xi/FOMA）汎用ブロードバンド（BB）回線網図 3 Xiフェムトセルネットワーク構成例の規格の装置と比較して，水晶発振器＊6などの内部回路についてより低価格なデバイスを採用しています．さらに，NTTドコ M a n a g e m e n t E n t i t y ）＊ 1 0 ， I P - R N C （ I P - R a d i o モのネットワーク内の高精度クロック装置と接続すること Network Controller）＊11などの接続先情報をIPsec回線で，自装置内の時刻を定期的に補正するため，クロック生上で自動的に取得し設定することで，自律的にFOMA/Xi 成部においても，安価な水晶発振器などの内部デバイスをネットワークへ接続します．なお，IPsecを確立する際採用しています．の認証方式としては，EAP-AKA（Extensible Authen- Xiフェムトセルのネットワーク構成 Xiフェムトセルのネットワーク構成例を図 ₃ に示し ti ca tion Protocol Method for 3rd GenerationAuthentication and Key Agreement）＊12 方式（5）を採用しており，Xiフェムトセルに挿入されたUSIM （Universal Subscriber Identity Module）＊13 の認証鍵ます． ■汎用ブロードバンド回線への対応 IPアドレスの取得方法として，PPPoE（Point-to-Point ＊7 およびDHCP（Dynamic Host Protocol over Ethernet） Conﬁguration Protocol）＊8 に対応しており，設置環境＊4 ＊5 ＊6 に応じた多様なネットワーク構成に対応可能です．また，＊7 ブロードバンド回線上での盗聴やデータの改ざんを防＊8 止するため，FOMAおよびXiネットワークそれぞれにインターネット上の暗号化技術であるIPsec（Security ＊9 Architecture for Internet Protocol）＊9 を設定してい＊10 ＊11 ます． ■PnP機能（1）　有線PnP機能ネットワークから自局の運用に必要なMME（Mobility 48 NTT技術ジャーナル　2014.7 ＊12 ＊1₃ Home BS：3GPPで規定される無線特性規格で，家庭･屋内向けBTSを想定して策定されたBTS classficationです． Wide Area BS：3GPPで規定される無線特性規格で，屋外向けBTSを想定して策定されたBTS classificationです．水晶発振器：水晶の圧電効果を利用して高い周波数精度の発振を起こす素子. PPPoE：イーサネット上にてPPPの機能を利用するためのプロトコル． PPPは，IPアドレスの自動割当てやユーザ認証などの機能を持ちます． DHCP：ネットワークに接続したコンピュータにIPアドレスなどの情報を自動的に割り当てるプロトコル． IPsec：IPパケットそのものを暗号化したり，認証することで，セキュリティの高い通信を行うプロトコル． MME：eNBを収容し，モビリティ制御機能などを提供する論理ノード． IP-RNC：無線リソース制御などを行う3Gノード，IP技術をベースに開発され，IPおよびATMインタフェースを有した装置． EAP-AKA：IETF（Internet Engineering Task Force）で標準化された第 3世代移動通信システムの認証と鍵共有方式． USIM：携帯電話会社と契約した情報を記録しているICカード．3GPPの W-CDMA用途の移動通信用加入者識別モジュール．（a）マクロセル内にXiフェムトセルが設置されている環境（b）マクロセル外にXiフェムトセルが設置されている環境 ②Xiサービスは問題なく使用可能 ②フェムト基地局内でFOMA⇔Xi 間の切替不可 × ③両サービスを停止しユーザをマクロセルへ遷移 × ③Xiフェムトエリアのサービス継続 × ①FOMAフェムトエリアが通信サービス断 ①FOMAフェムトエリアが通信サービス断 Xiフェムトセル Xiサービス Xiフェムトセル FOMAサービスマクロセル Xiサービスマクロセル FOMAサービス図 4 サービス継続判断機能の使用例情報に基づき認証を実施しています．（2）　無線PnP機能初回起動時および定期的に設置場所の電波環境を測定し，周辺のFOMA/Xiマクロセル・フェムトセルの電波（干継続の有無を周辺の環境に応じて判断します．今後の展開渉）状況を考慮した無線パラメータ（周波数，送信出力，コーここでは，NTTドコモが2012年11月に開発したドなど）設定を行います．これにより，Xiフェムトセルの W-CDMAおよびLTE方式に対応した超小型基地局装置に設置時に必要とされていた電波測定および無線パラメータついて，その概要を解説しました．今後さらなる高性能の設定が不要となるため，より簡易に運用を開始すること化を検討するとともに，適用領域の拡大についても検討ができます．ここで，運用帯域を5 MHzごとに分割したします．各帯域で干渉電力を測定することで，自セルよりも狭い帯域幅で運用されている周辺セルが存在する場合においても，適切な無線パラメータ設定を可能とします．無線 PnP機能により，Xiフェムトセルを含めたネットワーク全体として最適なエリアを形成しています．その他の特徴装置故障や回線障害などによりFOMA/Xiの一方の通信サービスが利用できなくなった場合に，XiフェムトセルにおいてFOMA，Xi間の切替ができなくなる場合が想定されます．この場合，マクロセル内にXiフェムトセルが設置されていれば，通信サービスへの影響を最小限にとどめるため，Xiフェムトセルの両サービスを停止し，配下の全ユー ■参考文献（1）渡辺･大矢根･中南･平本：フェムトセル用超小型基地局装置の開発， NTT DOCOMO テクニカル･ジャーナル，Vol.16，No.2，pp.61-65，2008. （2）寺山･大矢根･佐藤･滝本：家庭内における新たなサービスを提供するフェムトセル技術， NTT DOCOMO テクニカル･ジャーナル，Vol.17， No.4，pp.19-25，2010. （3） 3GPP TS 25.141 v11.4.0： Base Station (BS) conformance testing (FDD), Jan. 2013．（4） 3GPP TS 36.141 v11.3.0： Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Base Station (BS) conformance testing, Jan. 2013．（5）山内･國友･内山･今井：ホームUサービスのシステム開発, NTT DOCOMO テクニカル･ジャーナル，Vol.16，No.3，pp.6-12，2008． ◆問い合わせ先 NTTドコモ R&D戦略部 TEL 03-5156-174₉ ザをマクロセルへ遷移させる必要があります（図 ₄（a））．一方，周辺にマクロセルがない場所にフェムトセルが設置された環境では，一方の通信サービスが利用できない状態でも，他方の通信サービスを継続することに利点があります（図4（b））．Xiフェムトセルでは周辺のFOMAサービスおよびXiサービスの運用状態を監視し，Xiフェムトセルの一方のサービスが利用できない場合にもう一方のサービス NTT技術ジャーナル　2014.7 49