FUJITSU. 62, 4, p. 442-448 （07, 2011）442

あ ら ま し

LTE（Long Term Evolution）移動通信システムは，スマートユビキタス社会の構築を支えるワイヤレスブロードバンドインフラである。富士通は，クラウド時代に向け

たフィールドプルーブンなプラットフォームとなるLTEシステムの早期確立を目指し，フィールドトライアルによる検証を行った。本フィールドトライアルでは，1.7 GHz帯の5 MHz帯域を使用し，グローバル市場向けEnd to EndのLTEシステムを構築し，エリア設計の妥当性検証，性能評価を実施した。スループット性能の検証では，最大下り回線

34.6 Mbps，上り回線9.5 Mbpsのスループット性能を達成し，フィールドにおいても十分高い性能を発揮できるシステムであることを確認した。また，従来固定のIPネットワークで使用されるアプリケーションをLTEシステム上で動作確認し，クラウド時代に向けた動作検証を行った。

本稿では，フィールドトライアルの実験成果について述べる。

Abstract

The Long Term Evolution (LTE) mobile network system is a wireless broadband infrastructure that supports the construction of a smart ubiquitous society. Fujitsu has conducted a field trial to verify this LTE system that provides a field-proven platform for the forthcoming Cloud age, so that it can be promptly established. In this field trial, 5 MHz bandwidth in the 1.7 GHz band was used to construct an end-to-end LTE system for the global market and the area design was checked and its performance evaluated. Throughput performance of up to 34.6 Mbps for downlink and 9.5 Mbps for uplink was achieved, which confirmed that the system had adequately high performance in the field. In addition, operations of applications conventionally used in fixed IP networks were checked in the LTE system to verify they are ready for the Cloud age. This paper describes the test results of the LTE field trial.

● 鬼柳広幸　　　● 箕輪守彦

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

Field Trial for LTE Mobile Network System

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011） 443

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれるマルチアンテナ技術を採用し，セル中心に位置する伝搬品質の良いユーザのスループットを大幅に向上している。今回の実験では，下り回線2×2のアンテナ構成で，Closed-loop型Precoding MIMOを適用した。帯域幅は5 MHzでオーバヘッドを考慮した下り最大スループットは35 Mbps，上り最大スループットは，9.5 Mbpsである。

LTEシステムは，グローバル市場向けに開発したLTE基地局装置，EPC（Evolved Packet Core），端末のEnd to Endシステムを3局7セル構成で設置した。LTE端末として評価機およびシミュレータを複数台使用し，EPCと基地局間を結ぶバックホールは社内イントラネットによって接続した。LTEシステムの構成を図-1に示す。

7セルの内，1セルについては屋内に設置し，屋内伝搬の試験環境として構築した。さらにLTE基地局の一部となるRRH（Remote Radio Head）には，風力と太陽光によるハイブリッド発電の自然エネルギーを供給する構成とした。

フィールドトライアルの実施と実験成果

本章では，フィールドトライアルの実施内容および成果について述べる。● スループット性能基地局には垂直（V）/水平（H）偏波の2本のセクタ指向性アンテナを用い，地上高30 mのビルの屋上に設置した｛図-2（a）｝。フィールドトライアルでは，LTE端末を搭載した電測車で実験エリア内を走行し，スループットを測定した。取得した最大スループットを表-2に示す。上り/下り回線ともにほぼ理論値に等しいスループットを確認した。さらに，下り回線では，MIMOの採用によりスループット性能が向上しているが，移動局アンテナの偏波特性がスループット性能へ与える影響について測定した。（1） 移動局には2本のV偏波無指向性ダイポールアンテナを用いた。移動局アンテナは，高さ約2 mの電測車｛図-2（b）｝の屋根に設置し，1.5λ間隔のVV配置｛図-3（a）｝と，同じアンテナを±45°傾けた±45°配置｛図-3（b）｝の2パターンを準備した。基地局位置とデータを取得した移動局の走行コースを図-4に示す。建物の影響により，コース

フィールドトライアルの実施と実験成果

ま　え　が　き

LTE（Long Term Evolution）移動通信システム（以下，LTEシステム）は，スマートユビキタス社会を支えるワイヤレスブロードバンドインフラとして期待され，国内ではNTTドコモ様が2010年12月より「Xi」（クロッシィ）（注）としてサービスを開始している。富士通は，クラウド時代に向けたフィールドプルーブンなプラットフォームとなるLTEシステムの早期確立を目指し，フィールドトライアルによる検証を行った。本稿では，フィールドトライアルの実験成果について述べる。

フィールドトライアルの環境構築

フィールドトライアルは，1.7 GHz帯の5 MHz帯域を使用し，川崎市中原区にある富士通川崎工場周辺の半径1.2 kmの市街地/住宅街エリアで実施した。実験パラメータを表-1に示す。LTEでは，下り回線にOFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiple Access），上り回線にSC-FDMA（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）のマルチパスに強い無線アクセス方式が採用されている。また，LTEでは，これらの無線アクセス方式において，時間/周波数領域のスケジューリングを行うことで，スループットの向上を図っている。さらに，下り回線では，MIMO

ま　え　が　き

（注） 「Xi」，「Xi/クロッシィ」は，株式会社NTTドコモの商標または登録商標です。

フィールドトライアルの環境構築

表-1　実験パラメータ項　目 内　容

フィールド環境 市街地/住宅街局構成 3局7セルキャリア周波数（DL/UL） 1862.4 MHz/1767.4 MHzシステム帯域幅 5 MHz基地局最大送信電力 43 dBmアンテナ構成（Tx/Rx） 2/2DLアクセス方式 OFDMAULアクセス方式 SC-FDMAトランスミッションモード TM4

MIMO伝送方式 Closed-loop with rank adaptation

DL：下り回線　UL：上り回線

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011）444

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

内のほとんどは見通し外であるが，F～ G地点の道路沿いは，基地局が見通せる範囲である。本コースで測定したVV配置と±45°配置の下りスループットを図-5に示す。S～ E地点の見通し外では，アンテナ配置によるスループットの差はあまりな

#1（屋内設置）

アンテナ

LTE端末

電測車

BBU（Base Band Unit）

#2

#3

RRH

#1

実験局3

アンテナ

#2

BBU

EPCRRH

内設置）

#1

実験局2

アンテナ

#2

BBU

イントラネット

実験局1

RRH

RRH

ネットワーク機器

ネットワーク機器

ネットワーク機器

コアネットワーク

（a）基地局 （b）電測車

図-1　LTEシステムの構成Fig.1-LTE system structure.

図-2　基地局と電測車Fig.2-eNodeB and test car.

表-2　最大スループット項　目 測定値 理論値比較

下り回線 34.6 Mbps 98.8％上り回線 9.5 Mbps 100.0％

（スループットは1秒平均で測定）

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011） 445

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

いが，F～ G地点の見通し内では，±45°配置で35 Mbpsの最大スループットが安定して得られているのに対し，VV配置では見通し内にもかかわらず25 Mbps程度のスループットしか得られていない。アンテナ配置による特性比較を表-3に整理する。見通し外では平均スループットの差は小さく，見通し内では，基地局のV/H偏波それぞれの信号対

雑音干渉比（SINR：Signal to Noise Interference Ratio）が小さく，かつ受信アンテナ間の相関が大きくなることで，VV配置のスループットが±45°配置に対して20％程度劣化するという結果を得た。● エリアおよびハンドオーバ評価

LTE端末を搭載した電測車で実験エリア内を走行し，ランダムに発呼を繰り返してその成功率を測定することで，エリアカバー率評価を行った。

（a）VV配置 （b）±45°配置

図-3　移動局アンテナ配置Fig.3-UE antenna layout.

図-4　移動局の走行コースFig.4-Drive test route.

表-3　アンテナ配置による特性比較項　目 VV配置 ±45°配置

見通し外平均スループット 20.7 Mbps 21.7 Mbps

見通し内

平均スループット 27.2 Mbps 34.1 MbpsSINR（基地局V偏波） 31.8 dB 37.7 dBSINR（基地局H偏波） 29.8 dB 36.8 dB受信アンテナ相関 0.64 0.18

（スループットは下り回線のもの）

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

スループット（

Mbp

s）

走行距離（m）

V V±45°

A B C D E FS G

見通し内見通し外

図-5　下りスループットFig.5-DL throughput.

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011）446

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

ことを目的としている。フィールドトライアルでは昼間の住宅街などユーザトラフィックが低下している場合を想定して，従来3セル運用しているサービスエリア（通常モード）を1セルのみで運用させるESモードで，電力削減量や，エリアカバー率，スループットなどを測定した。（2） 測定結果を表-5に示す。ESモードでは，アンテナチルトや送信電力を変化させ，ほぼ3セルの通常モードと同等のエリアをカバーするように設定を変更している。通常モードにおける移動局のRSRP（Reference Signal Received Power）とESモードにおける移動局のRSRP値を取得したところ，電源をoffにしたB局近辺でRSRPの低下が見られた。しかし，エリアカバー率（ここでは，移動局のRSRPが-120 dBm以上である地点と定義）については，通常モードとESモードとでそれほど低下していない。一方，システム消費電力については，通常モードに対してESモード時は約44％であった。このように，稼働セルを減少させたときの消費電力削減効果は，エリアカバレッジ95％以上を保ったまま，消費電力をほぼ半減できるという結果が得られた。

また，ハンドオーバ（H.O）についても同様に，接続する基地局を切り換えることを繰り返し，H.O成功率を測定した。測定結果を表-4に示す。エリア内の発呼成功率は95％以上を確認した。発呼ができなかった箇所における原因は，複数セル間の干渉やビル影などによる受信信号の品質劣化が主要因である。このような，いわゆるカバレッジホールについては，小電力の基地局を追加設置するなど，様々な対策が必要とされている。さらに，H.O成功率についても95％以上を確認した。エリア設計時に算出した受信電力などのデータを用い，モデル化したシミュレータを使ってH.O発生箇所やH.O問題事象発生率をあらかじめ算出している。また，H.O動作を最適化するために，H.O前後のスループットが同一となることでユーザにH.Oを感じさせないことや，頻繁にH.Oが発生してシステムリソースを過度に使用しないようなパラメータの最適化を行うことで，H.O成功率向上に貢献している。● 屋内性能電波が届かない地下街や，ビル内に単独でシステムを導入するような場合は，屋内に基地局およびアンテナを設置してカバーする。今回のフィールドトライアルでは，屋内に基地局およびアンテナを設置した場合を想定して，屋内の電波伝搬の基本特性試験を実施した。図-6は，屋内に基地局を設置し，下りスループットを取得したものである。ほぼ全域で20 Mbpsを超えており，LTEの特長であるMIMO効果が屋内においても有効であり，高いスループットを確認した。● Energy Savings

Energy Savings（ES）は，SON（Self-Organizing Network）の重要なユースケース，ソリューションの一つであり，ユーザのトラフィックに応じて基地局を停止し，隣接基地局によってエリア補完するなどのトラフィックと運用基地局数を最適化することで，ネットワークの消費電力を削減する

表-4　発呼およびハンドオーバ評価項　目 サービスエリア内における成功確率

発呼 95％以上ハンドオーバ 95％以上

図-6　下りスループット（屋内環境）Fig.6-DL throughput (Indoor Env.).

表-5　通常モードとESモードにおける消費電力

項　目モード

備　考通常 ES

システム消費電力 1.00 0.44 通常モードを1として算出エリアカバー率（％） 99.5 97.8 RSRPが-120 dBm以上と定義

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011） 447

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

● 自然エネルギー供給環境負荷軽減のため，自然エネルギーを使用した機器運用を行った。風力と太陽光によるハイブリット発電システムで，従来気候に左右される発電量を風力と太陽光の2種類の発電方式を採用することで，自然エネルギーとしては，比較的安定的に電力供給を可能とする発電システムである（図-7）。フィールドトライアルにおいては，基地局装置の電力の一部に自然エネルギーを供給し，電力供給に関する基本データを取得した。

アプリケーション動作環境の検証

LTEシステムは，ユビキタス社会を支えるインフラとして期待されている。今回は，従来固定のIPネットワークで使用されるTV会議システム，ハイビジョン映像装置（IP-9500）を使った映像配信，ネットゲームなどをLTEシステム上で接続し，アプリケーションの動作を検証した。高速，大容量，低遅延といったLTEシステムの特長により，従来の固定のネットワークで使用されるアプリケーションが動作できることを確認した。これらのTV会議システムやハイビジョン映像配信については，富士通フォーラム2010やワイヤレスジャパン2010へ出展（図-8）し，リアルタイムデモを公開した。実際に中原区のLTE実験エリア内でTV会議システムとハイビジョン映像装置を搭載した電測車を走行させ，展示会場までをLTEシステム実験網によっ

アプリケーション動作環境の検証

て接続し，その走行映像をライブで配信した。また電測車に搭乗している担当者と会場にいる来場者をTV会議によって会話可能とし，LTEシステムの応答性の高さを体感できる展示を公開した。

む　　す　　び

今回のフィールドトライアルでは，川崎市中原区に構築した実験エリアでEnd to EndのLTEシステムを評価し，エリアカバー率やスループット

む　　す　　び

TV会議 ハイビジョン映像

図-7　ハイブリッド発電システムFig.7-Hybrid power generater.

図-8　ワイヤレスジャパン2010出展Fig.8-Wireless Japan 2010 exhibition.

FUJITSU. 62, 4 （07, 2011）448

LTE移動通信システムのフィールドトライアル

地などの多様なエリアを補完するシステムを含めた検証を実施し，通信事業者が抱える課題に対するソリューション検証を進めていく。

参 考 文 献

（1） 大山哲平ほか：LTEフィールド実験における下りリンクMIMOスループットの検証．電子情報通信学会，2010 ソサイエティ大会 B-5-43．

（2） 横山　仁ほか：LTE屋外実験によるセル数削減の評価．電子情報通信学会，2010 ソサイエティ大会 B-5-44．

などの基本性能をはじめ，Energy Savingsや自然エネルギー供給などのシステム運用の確認を行うことで，フィールドにおいても十分高い性能を発揮できるシステムであることを確認した。また従来，固定のIPネットワークで使用されるアプリケーションをLTEシステム上で動作可能であることを確認し，将来のクラウド時代に向けた動作検証を行った。今回は，マクロ基地局と呼ばれる比較的セル半径が大きく，広いエリアをカバーする基地局を使用したが，今後は，カバレッジホールや屋内不感

鬼柳広幸（きやなぎ　ひろゆき）

アクセスネットワーク事業本部モバイルキャリア事業部 所属現在，移動通信システムの方式設計に従事。

箕輪守彦（みのわ　もりひこ）

アクセスネットワーク事業本部モバイルキャリア事業部 所属現在，移動通信システムの方式設計，プロダクト戦略に従事。

著 者 紹 介