モバイル端末技術の進化

スマートフォンセミナー
主催：中国総合通信局，中国情報通信懇談会
モバイル端末技術の進化
2012.3.8
パナソニック株式会社
平松勝彦
目次
2
最近のトピック
移動通信の国際標準化
モバイル端末の構成
近距離超高速通信(ミリ波)による新たな可能性
おわりに
1
最近のトピック: 移動電話出荷実績･スマートフォン比率
3
2011年の販売台数3739万台(前年比+6%)．スマートフォンは140%増
で数量構成比は44%[GfK]
スマートフォンユーザは22.9%．20代中心に各年代に分布[インプレス]
2015年度にはスマートフォンユーザが57.1%へ [MM総研]
6000
スマートフォン
5000
フィーチャーフォン
販売台数[万台]
4000
3000
2000
1000
0
2005
2006
2007
2008
2009
2010
年
出所: GfK Japanのプレスリリースより作成
2011
出所:インプレスR&D
2011年11月8日『スマートフォン／
ケータイ利用動向調査2012』
最近のトピック: 利用されているアプリケーション
4
ゲーム(81%)，SNS(80%)，地図・ナビ(70%)をダウンロード
ゲームなどダウンロード後に使わなくなるアプリも多い
ダウンロード
削除
出所: MMD研究所 http://gamebiz.jp/?p=50774
2
5
最近のトピック: トラヒックの伸び
加入者当たりのトラヒックは405MB/月に拡大．'10/6から98%の伸び
通信のピークは22時～01時 [総務省]
集計年月
加入者数
月間通算トラヒック
平均（Gbps）
月間延べ（TB）
１加入者当たり
平均（bps）
月間延べ（MB）
2010年6月
111,578,000
Up
Down
5.6
57.3
1813.8 18572.1
Up
Down
50.2
513.7
16.3
166.4
2011年3月
119,103,400
Up
Down
9.9
95.2
3323.7 31884.0
Up
Down
83.4
799.6
27.9
267.7
2011年9月
123,624,000
Up
Down
15.3
139.3
4959.3 45143.6
Up
Down
123.8
1127.1
40.1
365.2
250
Up
Down
平均値[Gbps]
200
150
100
50
0
23時～24時
22時～23時
21時～22時
20時～21時
19時～20時
18時～19時
17時～18時
16時～17時
15時～16時
14時～15時
13時～14時
12時～13時
11時～12時
10時～11時
09時～10時
08時～09時
07時～08時
06時～07時
05時～06時
04時～05時
03時～04時
02時～03時
01時～02時
00時～01時
時間
出所: 総務省 http://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/field/tsuushin06.html
最近のトピック: 機器・アプリのトラヒック伸び予測
機器の多様化がトラヒック増を誘引
(携帯電話比35～498倍)
機器はノートPC，タブレット，スマー
トフォン，サービスはVideoが牽引
スマートフォンユーザは2016年には
2.6GB/月(2011年比16倍)を通信
121倍
498倍
Laptop and netbook
7,000
データトラヒック[EB/月]
Smartphone
Nonsmartphone
5,000
Gaming
VoIP
File sharing
M2M
Data
Video
10
Tablet
6,000
データ量[MB/月]
35倍
12
8,000
4,000
3,000
2,000
8
6
4
2
1,000
0
2009
6
2010
2011
2012
2013
年
2014
2015
2016
2017
出所 Cisco Visual Networking Index: Global Mobile Data
Traffic Forecast Update, 2011–2016 より作成
0
2011
2012
2013
2014
2015
2016
年
3
最近のトピック: LTEの普及
7
高速大容量のLTE方式の普及が加速
・29ヶ国の49オペレータでサービス中
・59ヶ国の85オペレータが試験中．226オペレータが計画中．
・2013年に本格普及．２015年に累計2.25億加入、販売1億台を予測
商用サービス中
商用ネットワーク建設中
もしくは計画中
トライアル中
出所:GSA http://www.gsacom.com/news/gsa_344.php4
目次
8
最近のトピック
移動通信の国際標準化
モバイル端末の構成
近距離超高速通信(ミリ波)による新たな可能性
おわりに
4
9
国際標準化: 構成
移動通信の国際規格(IMT，IMT-Advanced)を3階層で策定
国際標準化機関:
ITU-R(通信・放送のための周波数割当と無線方式を
規定)
ITU-T(有線通信方式を規定)
地域標準化機関:
地域・国内の要求条件を勘案して標準仕様を規定
フォーラム・会議: 民間の業界団体・企業等がフォーラム標準を策定
国際標準化機関
提案
国レベル提案
ITU-T
ITU-R
承認
地域標準化機関 ARIB/TTC(日), ETSI(欧), ATIS(米), CCSA(中), TTA(韓)
提案
企業レベル提案
承認
地域標準化機関
・フォーラム
3GPP，
企業レベル提案
IEEE
10
国際標準化: マイルストン
国際標準化団体にて周波数資源の割当と方式検討を実施．
周波数資源: World Radiocommunication Conferences (WRC)が3～4年
毎に審議・決定．準備～割当と3会議(10年程度)が必要．
方式開発: ITU-RにてIMT，IMT-Advancedの枠組みの決定と承認．
規格化団体(3GPPsなど)にて規格化
実用化:
規格化団体の規格化終了後，2～3年後に実用化
周波数資源
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
★WRC03
新規周波数検討
★ WRC07
新規周波数割当
新方式検討
方式
★
IMT-Advanced
検討開始
実用化
★
3G開始
★
★ WRC12
WRC15
新規周波数検討
新規周波数割当?
★
IMT-Advanced
承認
★
384kbpsから42Mbpsへ徐々に進化 LTE開始
75Mbps
★
LTE-Advanced
開始
5
11
周波数資源: WRCのトピック
WRC-07 (2007/10/22-11/16, 164ヵ国から約2800名が参加)
IMT(第3世代及び第4世代移動通信システム)の新たな周波数を確保
割当済み
1710 - 2025 MHz
2110 - 2200 MHz
2500 – 2690 MHz
新規割当
450 - 470 MHz, 20MHz幅
698 - 806 MHz, 108MHz幅
2.3 - 2.4 GHz, 100MHz幅
3.4 - 3.6 GHz, 200MHz幅
428MHz
WRC-12 (2012/1/23-2/17, 約170ヵ国から約3000名が参加)
新議題化を決定
z 追加周波数の要求条件の検討
z 候補周波数帯域の検討
WRC-15
周波数の追加分配の結論
方式開発: LTE/LTE-Advancedの要求条件
12
カタログスペック(最大通信速度・最大周波数利用効率)だけでなく，
・『通信事業者視点』=キャパシティ
・『ユーザ視点』=セル端(基地局から遠い)ユーザのスループット
の増大を目指す．
DL
UL
DL
最大周波数利用効率
[bps/Hz]
UL
DL
キャパシティ
[bps/Hz/Cell]
UL
セル端ユーザスループット DL
[bps/Hz/user]
UL
最大通信速度
[Mbps]
LTE
300
75
15
3.75
2.67(4x4)
0.74(1x2)
0.08(4x4)
0.024(1x2)
LTE-Advanced
1000
500
30
15
3.7(4x4)
1.2(1x2), 2.0(2x4)
0.12(4x4)
0.04(1x2),0.07(2x4)
※ (m x n) : m transmit-antennas and n receive-antennas
6
方式開発: LTE-Advancedの標準化の流れ
13
ITU-RがIMT-Advancedの方式提案を募集
3GPPにて2008年よりフィージビリティスタディ(SI)と規格化(WI)を
実施し，LTE-Advanced(Rel-10)を提案．ITU-Rが規格認定
2008
Q1
ITUITU-R
Q2
2009
Q3
Q4
Q1
Q2
Q3
(0)Invitation
2010
Q4
Q1
Q2
(1)
Q3
2011
Q4
Q1
Q2
Q3
2012
Q4
Q1
Q2
Q3
Q4
(2) (3) (4)Spec. Recommendation
Submission
Proposal
3GPP
Input
LTE-Advanced
Study Item
LTE-Advanced
Rel-10 Work Item
LTE-Advanced
Rel-11 Work Item
Critical milestones in radio interface development process
(0) Issue an invitation to propose Radio Interface Technologies (RITs)
(1) ITU proposed cut off for submission of candidate RIT and a Set of SRIT (SRIT) proposals
(2) Cut off for evaluation report to ITU
(3) WP5D decides framework and key characteristics of IMT-Advanced RITs and SRITs
(4) WP5D completes development of radio interface specification Recommendations
方式開発: LTE-Advancedの承認
14
ITU paves way for next-generation 4G mobile technologies
ITU-R IMT-Advanced 4G standards to usher
new era of mobile broadband communications
Geneva, 21 October 2010 — ITU’s Radiocommunication Sector (ITU-R) has
completed the assessment of six candidate submissions for the global 4G mobile
wireless broadband technology, otherwise known as IMT-Advanced.
Harmonization among these proposals has resulted in two technologies,
“LTE-Advanced” and “WirelessMAN-Advanced” being accorded the official
designation of IMT-Advanced, qualifying them as true 4G technologies.
ITU、LTE-AdvancedとWiMAX2を次世代通信規格として承認 2012年1月21日
国際電気通信連合は、次世代移動通信システム規格「IMT-Advanced」に準拠する
規格として、「LTE-Advanced」と「WiMAX 2」の両規格を承認した。メーカー
各社での製品開発の本格化が予想される。
LTE-Advancedは、LTEとの互換性を保ちながら、広帯域化を可能にする技術など
を組み込み、高速移動時の下り100Mbps、低速移動時・停止時の最大1Gbps、
上りは最大200Mbpsを開発目標としてきた。
7
15
目次
最近のトピック
移動通信の国際標準化
モバイル端末の構成
近距離超高速通信(ミリ波)による新たな可能性
おわりに
16
下り最大通信速度の変遷
モバイル端末の通信速度は17年で3万倍(2.4kbps⇒75Mbps)
4G時代は1Gbps超へ
最大通信
速度[bps]
3.9G&4G
100M
17年で
年で300
30000
00倍
倍
下り通信速度は17
下り通信速度は
下り通信速度は17年で30000倍
HSDPA
LTE
75M
'10/12
14M
10M
1M
100k
10k
1k
3G&3.5G
2.4M
'03/11
7.2M
3.6M
3.1M '08/4
'06/8 '06/12
CDMA2000
W-CDMA CDMA2000 1x EV-DO
384k
1x
cdmaOne
'01/10
144k
2G＆2.5G PDC
'02/4
64k
Packet
PDC
'00/1
28.8k
14.4k
'97/3
9.6k
'98/7
'95/4
2.4k
'93/3
'93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 '05 '06 '07 '08 '09 '10 '11 年
8
移動通信システムの発展
17
通信速度・ハードウェア・アプリケーションが相互に連携しながら進歩
スマートフォン時代で『一人ひとりの端末』へ
無線LAN
ワンセグ
GPS
携帯電話の
ハードウェアの進化
ステレオサウンド
FeliCa
カメラ
カラー液晶
相互に連携しながら
相互に連携しながら
コンシェルジュ
サービスが発展
サービスが発展
動画配信
音楽配信
デコレーションメール
テレビ電話
アプリ
メール
携帯電話の
アプリケーションの進化
電話
'93 '94 '95 '96 '97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 '05 '06 '07 '08 '09 '10 '11 年
モバイルとインターネットの融合
18
LTEの導入により，携帯電話(音声+SMS)ユーザ30億人と，
家庭のPC経由のインターネットユーザ10億人が融合し，
35億人のモバイルインターネット市場が生まれる
出所: 日経コミュニケーション(2008年10月)
9
19
サービスイメージ
高速・大容量モバイル通信による、コミュニケーション体験の変革
いつでも、どこでも、誰とでも、何とでも「繋がる」楽しさ
サービスPF
コンテンツ
プロバイダ
インフラ
放送事業者
課金・認証
サーバ
SIPサーバ
One Phone
ｾﾙﾗｰ網
ｵｰﾙIP
ｺｱﾈｯﾄﾜｰｸ
ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ
CSG
Community Service Gateway
ダウンロードに要する時間
2G
3G
LTE
LTE-Advanced
28.8kbps 384kbps 100Mbps
1Gbps
音楽
13.3分
2.88MB
電子ブック
1.6時間
21MB
映画
278時間
3.6GB
1分
0.2秒
0.02秒
7.3分
1.7秒
0.17秒
21時間
4.8分
29秒
無線LAN
ホームネットワーク
モバイル端末の機能・構成
20
通信，放送，近距離通信，位置情報など様々な無線機器を一つに凝縮
ハードウェア／OSで各種アプリケーションを実現
セルラ通信
無線LAN
近距離通信
放送
位置情報
アプリケーション
OS
LTE, 3.5G/3G, GSM/GPRS
Wi-Fi
Bluetooth, 赤外線, Felica
ワンセグ
GPS
SNS, Game, Music/Video, Map/Navi, Mail, Voice, etc
iOS, Android, RIM, Windows
U/I
アプリケーションCPU
ハードウェア
通信CPU
RF
以降で説明
アンテナ
10
LTEモバイル端末の構成例
21
海外での利用を想定して全ての世代の移動通信方式(2G～LTE)に対応
小型・低消費電力を常に追求
RF
Protocol
Stack
Peak
Suppress
MAC
OFDM
Demod
アンテナ
アプリケーション
CPU
通信CPU
無線通信機能とアンテナ数
22
移動通信方式は4種類，7周波数帯に対応
ワンセク，GPS，buletooth，WiFiなど多くの無線機器を搭載
システム
周波数[MHz]
アンテナ数
UL: 1447.9～1462.9, 1940～1960
LTE
最大4 (MIMO受信用)
DL: 1495.9～1510.9, 2130～2150
UL: 830～845,
3.5G
2 (ダイバーシチ受信用)
DL: 875～890
UL: 1769.9～1784.9, 1940～1960
3G
1
DL: 1864.9～1879.9, 2130～2150
GSM
UL: 890～ 915, 1710～1785, 1850～1910
1
/GPRS DL: 935～ 960, 1805～1880, 1930～1990
ワンセグ
470～770
2 (ダイバーシチ受信用)
GPS
1574.397～1576.443
1
Felica
13.56
1
Bluetooth
2400～2484
1
無線LAN
2409.5～2474.5
1
11
23
1. アンテナ部
『つながりやすさ』の実現のために高利得化が鍵
人体による影響を考慮しつつ，高利得の小型・内蔵アンテナを実現
z 周波数，帯域幅の異なる多岐の
無線通信システムに対応する
制約条件
z 小型化
MIMO複数アンテナ素子の近接配置
トレード
オフ
• RF線路引き回しの削減 Î 伝搬損失低減
MIMOアンテナ素子間結合の低減
• アンテナ相関の低減 Î 放射効率の向上
同一/異なる無線通信システムのアンテナ統合
z 内蔵化 Î デザイン性の向上
z 人体による影響の考慮
ユーザの利用形態に即した検討
出所: 西木戸他，信学ソ大，B-1-226, 2004. “携帯機用
平行3素子アンテナのMIMO 特性解析”
24
2. 無線部
『長く使える』の実現のために省電力化が鍵
中心周波数・帯域幅の動的切替，マルチバンド電力増幅による小型・省
電力・低コスト化を実現
広帯域＆帯域可変対応
(1.4～20MHz)
MIMO受信(DL：2x2)
(ULはシングル送信)
mipi標準対応
DigRF v.3.9-I/F
64QAM受信
低EVM設計, 高CNR
12
25
3. 通信CPU
『電波から信号を取り出す』『手順を踏んでつながる』を実現
『長く使える』の実現のために省電力化が鍵
MIMO復調
信号分離性能が高いMLDなどが必要
トレードオフ
演算量の低減が必要
QRM-MLD with ASESS等の利用
CPU
Digital Baseband
2G/2.5G/3G/3.5G-core
SCFDMA
Mod
FEC
HARQ
(TURBO
/ CC)
AMC
LTE-core
Protocol
Stack
MIMO
Decode
Cell Search
Peak
Suppress
CPU
MAC
OFDM
Demod
Digital Baseband
Turbo復号
並列化 Î 処理遅延の短縮
Max-Log-MAP復号 Î 演算量の低減
LSI設計
半導体プロセスの微細化
LSI低消費電力化技術の活用
・クロックゲーティング
・トランジスタの閾値電圧の可変制御，
ほか
4. アプリケーションCPU
26
映像・音楽・ゲーム・メールなど『楽しい』を実現
『サクサク動く』ための高速動作と『長く使える』ための低消費電力を
高度に両立
z IPアプリケーションやプロトコルの処理を行う
z 動画像処理・音声/音楽処理・移動局における各種デバイスの制御，電
源・充電の制御を行う
制約条件
z LTEの導入によるデータの大容量化
Î CPUの高速化
z スマートフォンなどにみられるモバイル端末の高機能化
Î オープンプラットフォームへの対応
z ハイビジョン映像の録画再生や3Dグラフィックスの採用などの映像処理
系の高度化
Î ディスプレイやグラフィックスの高性能化
13
27
目次
最近のトピック
移動通信の国際標準化
モバイル端末の構成
近距離超高速通信(ミリ波)による新たな可能性
おわりに
28
ミリ波(60GHz)で何ができる？
インターフェス高速化・ストレージ大容量化
⇒ギガビットへの期待
日米韓が無線局免許不要の特定小電力に割当済み⇒グローバルに使える
音声
機器間
機器間
近接通信
近接通信
1m
Bluetooth2.0
zigBee
宅内、構内
宅内、構内
通信
通信
10m
B
U W a)
.4
(15
映像
(圧縮)
(非圧縮)
波
ミリ Hz)
B
d
WB
60G
UW
波
波U SSBB ( 2.11a
ロ
ロ
ク
U
0
ク
イ essss U .0 8
ig
マ
マイreelle
WiG
hh 33.0
iir
t
t
o
W
W ettooo
lue
BBlu
b
.11
802
車内・室内
伝送距離
0.1m
.111nn
880022.1
(GHz)
57
58
59
60
61
62
64
65
66
日本
拡張済
59.0
66.0
米国、カナダ、韓国
57.0
100m
64.0
欧州
地域内
地域内
通信
通信
57.0
MWiMAX
(802.16e)
1000m
広域
広域
通信
通信
63
66.0
オーストラリア
59.4
4G
2G / 2.5G / 3G /3.5G 3GLTE
62.9
WiMAX
0.01
0.1
1.0
10
100
1,000
伝送速度(Mbps)
14
標準化団体WiGigが狙うユースケース
29
Sync＆Go, Wireless DisplayにPC用途を加え，幅広い用途展開を狙う
出所：WiGig_White_Paper_FINAL.pdf
ギガビット無線伝送への期待
30
従来の無線LANの20倍を超える高速伝送を実現
30分程度のハイビジョン映像(圧縮)を10秒以下で転送
非圧縮伝送による超低遅延な映像伝送
＜HDｽﾄﾘｰﾐﾝｸﾞ＞
・モバイルゲームを大画面で
（非圧縮で低遅延）
・ﾓﾊﾞｲﾙ内ｺﾝﾃﾝﾂを大画面で
（圧縮で低消費電力）
＜大容量高速転送＞
・取りためた番組を高速持ち
だし
☆WiFiの20倍の転送速度
◆高速通信で瞬間転送
（3分→10秒）
☆WiFiで実現できない低遅延
◆非圧縮伝送で低遅延
（300msec→1.5msec）
300
実効転送時間
＜瞬間転送＞
・モバイル機器間で瞬間転送
・ｺﾝﾃﾝﾂｷｵｽｸで街角高速
ﾀﾞｳﾝﾛｰﾄﾞ
実効遅延時間
250
WiFi(11n)
WiFi(11n)
200
150
WiGig(1G)
WiGig(1Gbps)
100
ダウンロード時間
（2.4GB)
WiGig(2G)
WiGig(2Gbps)
0
50
1分
100
150
200
3分
50
0
WiFi(圧縮)
WiGig（非圧縮）
WiFi（圧縮）WiGig（非圧縮）
15
目次
31
最近のトピック
移動通信の国際標準化
モバイル端末の構成
近距離超高速通信(ミリ波)による新たな可能性
おわりに
モバイルライフサービス
在宅医療
32
地域ネットワーク
インターネット
モバイル端末
あなたと地域社会をむすび、豊かで安心な生活を
16
モバイル端末の進化により変わる世界
33
高速かつ異種網間でシームレスに繋がる世界
屋外ではLTE-Advanced，会社では802.11ac(WLAN)，
家庭内ではWiGig(ミリ波)で通信するモバイル端末
ユーザがモバイル端末とネットワークの垣根を意識しない
ネットワークの進化に裏づけされたモバイルクラウドによりデータ・
アプリケーションの所有から利用へ
膨大な量のセンサデータや，ユーザの行動データに基づいた，
ユーザ毎のきめ細やかな支援サービスを実現する世界
ユーザの意図を理解する行動支援モバイル端末
34
17

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