【せう先生のスマホ講座】第21回:ドコモがついに「4G」を名乗った! でも、4Gとか「LTE」って、何なの?(中編:3.5G、3.9Gを解説)

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GAPSISをご覧の皆さん、「せう」です。こんにちは。大型連休はあっという間に終わってしまいました……。例年通りだと、そろそろ携帯電話の夏モデルが出る頃合いで、筆者はもちろん、GAPSIS編集長も大変なことになっているはずです。

今週もこのネタです!

前回のスマホ講座では、ドコモがついに「4G」という名称を採用したことから、携帯電話(移動電話)の通信規格の「世代」を順に解説することにしました。第1世代(1G)から第3世代(3G)まで解説したところで筆者が力尽きた長くなりすぎたので、2回に分けることに決定――したのですが、分かりやすくするため、さらに分割して、計3回でお送りすることにしました。

2回目となる今回は、3Gを発展させた「第3.5世代(3.5G)」、3Gと4Gの“つなぎ”になるはずだった「第3.9世代(3.9G)」について解説します。

※文章中の通信速度は、特に断りのない限り、理論上の数値で、実際の通信速度は条件によって異なります。


■第3.5世代(3.5G)――3Gのパケット通信を高速化

前回の講座でも触れたとおり、3Gではより高速のデータ通信を目指し、パケット通信を高速化しました。しかし、日本や韓国以外の世界各地では、GSMを拡張した「EDGE」でも遜色無いスピードが出せることから、初期はあまり普及が進みませんでした。しかし、時代の流れとともに、取り扱うデータ容量が大きくなり、より高速の通信が求められるようになると、3Gを拡張してパケット通信を高速化する動きが見られるようになりました。この過程で生まれた規格は、「第3.5世代(3.5G)」と便宜上呼ばれています。

<HSPA(High Speed Packet Access)――W-CDMAの高速化(1)>

「High Speed Packet Access(HSPA)」は、NTTドコモ(以下、ドコモ)とヨーロッパの通信機器メーカーが主導した「W-CDMA」(UMTS)のパケット通信を高速化したものです。特に、受信速度を向上したものは「High Speed Downlink Packet Access(HSDPA)」、送信速度を向上したものは「High Speed Uplink Packet Access(HSUPA)」と呼んでいます。

今となっては懐かしい「FOMAハイスピード」ロゴ

日本では、2006年8月末にドコモが「FOMAハイスピード」として、受信最大3.6MbpsのHSDPAサービスをスタート。その後、ボーダフォン(現在のソフトバンクモバイル)が同年10月から「3Gハイスピード」として、ドコモ同様、受信最大3.6MbpsのHSDPAサービスをスタートします。

これまた懐かしいイー・モバイル初号機「D01HW」

さらに、新規参入のイー・モバイル(後に親会社のイー・アクセスと合併、更にウィルコムを統合し、ワイモバイルとなり、現在はソフトバンクモバイル)が、2007年3月末のサービス開始時点から受信最大3.6MbpsのHSDPAサービスをスタートします。

なぜ各社ともにHSDPAから取り組んだのかと言えば、データ通信ではアップロードよりもダウンロードする機会の方が圧倒的に多く、受信速度の向上を優先したほうがユーザーメリットを最大化できるからです。送信のHSUPAは、2008年11月にイー・モバイルが日本初導入することになります。


<HSPA+/DC-HSDPA(Dual Cell HSDPA)――W-CDMAの高速化(2)>

その後も、HSPAは高速化をし続けました。2007年12月に複数のアンテナで異なるデータを送受信する「MIMO(Multiple Input Multiple Output)」技術などを採用し、受信最大21Mbps・送信最大11.5Mbpsを実現した「HSPA+」(あるいは「HSPA Evolution」)が正式規格として追加されました。1年後の2008年12月には、隣接する2つの周波数帯域を束ねて通信することで最大受信速度を42Mbpsに拡大した「DC-HSDPA(Dual Cell HSDPA)」も正式規格化されました。

どんどん高速化するW-CDMA規格。日本のW-CDMA陣営キャリアもHSPA+とDC-HSDPAをこぞって導入――と思いきや、W-CDMAの生みの親であるドコモは何と導入を見送ります。

ドコモ初のHSUPA対応機種たち(左からL-05A、L-06A、L-07A)

ドコモは、HSDPAは真っ先に導入し、2009年6月にはイー・モバイルからは遅れたものの、FOMAハイスピードにおいてHSUPAも導入ました。しかし、HSUPA対応エリアはそれほどの広がりを見せず、HSPA+とDC-HSDPAも導入せずに現在に至っています。実は、ドコモは2004年ごろから第4世代(4G)への「架け橋」となる規格「Super 3G」の検討に入っていたのです(詳しくは後述)。そういった事情もあり、W-CDMA規格の拡張にそれほど熱心ではなかったのだと思われます。

一方、新規事業者として参入したイー・モバイルは、とりわけドコモとの差別化要素として、データ通信に特化した戦略を打ち立てていました。2007年12月にHSDPAの増速(受信3.6Mbps→7.2Mbps)を行ったことや、2008年11月のHSUPAの導入は、その現れです。その後、さらなる差別化のために、2009年7月にHSPA+、2010年12月からは「EMOBILE G4」というブランドのもと、DC-HSDPAの導入に踏み切りました。

ソフトバンク初のULTRA SPEED対応モデム「004Z」

他方、ソフトバンクモバイルは、2G(PDC)サービスの終息後、同じ帯域でW-CDMAサービスを開始することになりました。2011年2月、この帯域を使ったHSPA+とDC-HSDPAサービス、「ULTRA SPEED」を開始しました。最初はデータ通信専用端末限定でしたが、2011年冬商戦にULTRA SPEED対応のAndroidスマートフォンを「ULTRA PHONE」として投入します。その後、追加取得した900MHz帯(プラチナバンド)でもHSPA+サービスを開始しました(今後、LTEに置き換え予定)。


<EV-DO――CDMA2000の高速化>

「Evolution Data Only(Optimized)(EV-DO)」は、アメリカのQualcommが開発した3G規格「CDMA2000」のパケット通信を高速化した規格です。自社が開発した後、データレート技術を応用したものです。「Broadcast/Multicast Services(BCMCS)」と呼ばれる、通常の通信と同じ速度スペックのマルチキャスト(情報の一斉配信)ができることも特徴です。

最初期段階では、1セクタ(基地局の通信区画)あたり最大受信速度2.4Mbpsの「Release 0」から始まり、その後、最大受信速度3.1Mbpsの「Revision A(Rev.A)」、最大受信速度4.9Mbpsで、マルチキャリア(複数の隣接する周波数帯を束ねて高速通信ができる技術)にも対応する「Revision B(Rev.B)」と開発が進んでいきます。

auの初代WIN端末たち(左からW11H、W11K、W01K)

日本では、CDMA2000を導入したau(KDDIと沖縄セルラー電話)が2003年11月末から、Release.0のサービスを「CDMA 1X WIN」として提供開始しました。W-CDMA陣営よりも高速な通信ができることから、特に動画や音楽を楽しむユーザー層の支持を集めました。また、通信効率の良さからパケット定額サービス「ダブル定額」の導入が実現し、競争面でもインパクトを与えました。

2006年12月には東芝からRev.A対応の端末が2機種登場、W-CDMA陣営の大きな長所だったテレビ電話機能を搭載することに成功します(ただし、データ通信ベースで実装されていて、W-CDMA携帯電話やISDN電話とテレビ電話する場合は、KDDIのゲートウェイ経由だった)。そして、2008年に登場した「KCP+(KDDI Common Platform Plus)」端末からRev.A端末が本格展開されます。しかし、初期のKCP+端末があまりに動作が遅く不安定だったこと、同じセル内のユーザーが増えるほど通信速度が顕著に遅くなりやすいという規格上の欠点がその「人気」によって露呈したこと、そして何よりW-CDMA陣営のエリア整備の一巡と端末動作の安定性向上もあり、CDMA2000導入以来続いてきたauの勢いに急ブレーキがかかってしまいました。

その後、auはRev.Bの要素技術であるマルチキャリアを下位規格であるRev.Aに取り込んだ「Multi Carrier Rev.A」を「WIN HIGH-SPEED」として2010年11月にサービス化、対応端末では最大で3波を束ねて受信最大9.2Mbpsで通信できるようにしました。しかし、エリアの多くは2波(受信最大6.2Mbps)対応に留まっていて、CDMA2000規格の欠点である同じセル内のユーザーが増えるほど通信速度が顕著に遅くなりやすい欠点を根本的には解消しきれていないこともあり、LTEへの注力につながっていくことになります。



■第3.9世代(3.9G)――3Gから4Gへの「ゆるやかな移行」を目指す

<Long-Term Evolution(LTE)――読んで字のごとくの「長期間の革新」を目指す規格>

ドコモが2004年から唱え始めたSuper 3G構想(ドコモテクニカルジャーナルより引用)
(※クリックして拡大)

携帯電話(移動体通信)を使った高速通信に対する需要は、HSPAやEV-DOの普及とともに、予想を遙かに超えて高まっていきました。その一方、ドコモは、3G(W-CDMAやCDMA2000)における増速拡張を短期・中期的なものと捉えていて、長期的に進化を遂げられる通信規格の策定を考えるようになりました。それが、現在のLTE規格の大元となった「Super 3G」構想です。

Super 3Gは、将来の第4世代(4G)で採用されると予想される技術を、3G通信サービスで使われている周波数帯域で先行して採用、ゆっくりと2G(GSM)/3Gを置き換え(あるいは併用)していき、最終的により広い周波数帯で高速通信できるであろう4Gへスムースに移行するという、まさに「長期的な進化」を重視した仕様になっています。また、Super 3Gではインターネット(IP)電話技術の発展を前提に、パケット通信に特化して高効率化を目指したのも特徴です。一方、「長期的な進化」であるため、音声通話・パケット通信に2G/3Gを併用することも前提としていました。

ドコモが提唱した「Super 3G」は、「Long Term Evolution(LTE)」「Evolved Universal Terrestrial Access Network(E-UTRAN)」という名称で2010年の商用運用開始を目指して規格化作業が本格化し、2006年6月に基本仕様の方向性が決定、2008年12月に確定しました。

W-CDMAに続き、LTEでもある意味“生みの親”となったドコモ。LTEでも世界最速商用化――と思われていたのですが、実際は違いました。FOMAでは、W-CDMAの基本仕様(UMTS)の確定前に商用化をした故に、基本仕様に準拠するまでに必要以上の時間と労力を割いてしまいました。なので、LTEでは基本仕様が確定した後に商用化作業を本格化したのです。

日本初の商用LTEサービスとなった「Xi」

世界最速で商用化したのは、有力な通信機器・端末メーカーをかかえるスウェーデン・ノルウェーの「TeliaSonera(テリア・ソネア)」というオペレーターで、2009年12月のことでした。ドコモは、約1年後の2010年10月に「Xi(クロッシィ)」という名称でLTEのサービスを開始しました。その後、同年12月にイー・アクセスが「EMOBILE LTE」、少し間をあけて2012年3月にソフトバンクが「SoftBank 4G LTE」としてサービスを開始します。

LTEはW-CDMA陣営が主導して策定された通信規格ではありますが、置き換え・併用対象にはライバル陣営であるQualcommのCDMA2000も入っています。日本では、2012年9月、auが「au 4G LTE」としてCDMA2000と組み合わせたLTEサービスを開始します。

LTEには、大きく分けて、受信と送信の通信帯域を別個に用意する「周波数分割多重式LTE(FD-LTEまたはFDD-LTE)と、送受信の帯域を分けず、単位時間ごとに受信・送信を切り替える「時分割多重式LTE(TD-LTEまたはTDD-LTE)」の2方式が存在し、どちらも正式規格の中に含まれています。

FD-LTEは、日米欧が中心に推進してきた方式で、日本で「LTE」と付くサービスは全てこの方式です。受信と送信の通信帯域を別個に用意するため、片方の混雑が他方に影響することが無いという長所を持ちます。しかし、「メリットはデメリット」とは言ったもので、周波数帯域をある程度広く確保する必要があるという欠点があります。

TD-LTEは、中国が推進してきた方式です。LTEに使える周波数帯域が限られている状況でも、パラメーター設定で送信速度、あるいは受信速度を高められることが長所です。しかし、こちらも「メリットはデメリット」で、受信を重視しすぎると送信速度が遅くなり、送信を重視しすぎると受信速度が遅くなるという欠点があります。


<モバイルWiMAX――「無線LAN」から発展し、移動体通信と“同化”していった規格>

LTEは、ドコモの提案をもとに、規格化を移動体通信(携帯電話)事業者・機器メーカーの団体が行ったことからわかるとおり、あくまでも携帯電話の延長線にある規格でした。それに対して、「Worldwide Interoperability for Microwave Access(WiMAX)」は、もともと人口密度の低い地域や、光ファイバーや通信用銅線を敷設するのが困難な地域の「ラストワンマイル」(建物への引き込み)を目的とした規格で、無線LANを中長距離範囲に拡大した「無線MAN(Metropolitan Area Network)」として出発しました。これに、ハンドオーバー(通信する基地局の切り替え)機能を加えたものが、モバイルWiMAXとなります。

モバイルWiMAXは、2005年12月にアメリカのIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)において「IEEE 802.16e」規格として承認されました。W-CDMAやCDMA2000のパケット通信拡張よりも高速な通信ができることが特徴で、アメリカ、韓国や日本などで商用サービスとして提供されましたが、サービスを終了したり、LTEに移行したりしている場合もあります。

日本で唯一、モバイルWiMAXを採用した「UQ WiMAX」

日本では、KDDI、Intelや東日本旅客鉄道(JR東日本)などが共同出資して設立した会社、UQコミュニケーションズが2009年2月に試験サービスを開始、7月に正式に「UQ WiMAX」としてモバイルWiMAXサービスを開始しました。開始当初は、受信最大40Mbpsで、実効受信速度でも10Mbps以上は軽く出ていた(条件次第では20Mbps以上も)、最速のモバイルブロードバンドであり、その割に価格もお手頃だったこと、そして(事業免許条件でもありますが)積極的にMVNO(仮想移動体事業者)に回線や端末を卸売りしたことから、最初はパソコン用アダプターやWi-Fiルーターを中心に普及していきます。その後、KDDIが、auブランドでWiMAX内蔵スマホを発売したり、IntelがWiMAX通信にも対応した無線LAN(Wi-Fi)アダプターをパソコン向けに供給したり、JR東日本が自動販売機やデジタル広告配信にWiMAXを利用したりと、出資者の後押しもあり、急速にユーザー数を増やしていきます。

その後、モバイルWiMAXを高度化した規格「WiMAX Release 2.0(WiMAX 2.0)」および「WiMAX Release 2.1(WiMAX 2.1)」が「IEEE 802.16m」として2011年3月にIEEEで承認されました。特にWiMAX 2.1は、TD-LTEにも準拠しており、TD-LTE対応端末にわずかな改修を加えるだけで使えるようになっています。日本でモバイルWiMAXを採用したUQコミュニケーションズは、WiMAXの後継サービスとしてWiMAX 2.1を採用、「WiMAX 2+」というブランドを付与し2013年10月にサービスを開始しました。


<XGP(eXtended Global Platform)――ウィルコムが実用化を目指したが……>

ウィルコム(旧DDIポケット、のちにイー・アクセスに吸収され、ワイモバイルに、現在のソフトバンクモバイル)は、日本独自の簡易移動体通信システム「Personal Handyphone System(PHS)」のサービスを提供してきました。PHSは高音質通話と安価な料金で支持を集めていましたが、3G携帯電話が登場し、エリアも広がってくると、特に通信速度面で不利な面が目立ち始めました。

そこで、PHSの特徴を引き継ぎつつ、データ通信に特化した「次世代PHS」と呼ばれる構想の実験を2005年に開始しました。実験を重ねていった結果、2007年には国際連合の機関のひとつ、国際電気通信連合(ITU)において「次世代PHS」が無線ブロードバンド(BWA)の推奨規格のひとつに入ることになりました。2007年12月には、モバイルWiMAX方式を採用するUQコミュニケーションズとともに、「次世代PHS」を利用したBWA事業が認可されることになりました。

XGP対応通信カード(NECアクセステクニカ(現在のNECプラットフォームズ)製のGX001N)

そして、2009年4月、「WILLCOM CORE XGP」という名称でJR山手線の内側からエリア限定でサービスを提供開始しました。「XGP(eXtended Global Platform)」という呼び方は、この頃から使い始めたようです。

しかし、このXGPの開発や設備投資はかなり財政負担が大きく、その影響でウィルコムは事業再生ADR(裁判外紛争解決手続き)を申し立てることになります。その手続き過程でウィルコムのXGP事業は、スポンサーとなったソフトバンクが主導して設立したWireless City Planning(WCP)に譲渡されました。

AXGPは「SoftBank 4G」として、ソフトバンクモバイル経由で提供

その後、WCPはXGPのサービスを継続して提供しつつ、「Advanced eXtended Global Platform(AXGP)」方式を2011年11月から試験提供を開始します。AXGPは、TD-LTE規格にほぼ準拠しており、XGPとは使う技術は概ねである同じものの、互換性は全くありません。WCPは、2012年1月には旧来のXGPサービスを終息、2月にAXGPを商用提供開始、関連会社であるソフトバンクモバイルに回線を貸し出して「SoftBank 4G」としてサービスインしました。UQコミュニケーションズとは異なり、原則として自ら直接サービスを提供しておらず、ほぼ全回線がソフトバンクモバイル経由で提供されます。


ということで、第3.9世代の通信規格が出揃いました。しかし、本文中にもあるとおり、規格的に第4世代ではないのに「4G」を名乗っているサービスがいくつかあります。本当は、この原稿が「後編」として、その辺の経緯も書く予定だったのですが、予想以上に盛りだくさんになったので、次回のスマホ講座を真の「後編」と位置付け、本来の「4G」と、商業上の「4G」について解説していきます。


記事執筆者プロフィール
せう
ブログ:せうの日記、Twitter:@shoinoue

静岡県三島市で産まれ、静岡県駿東郡長泉町で生まれ育ったアメリカ系日本人3世。見た目が日本人離れしている反動で、身の回りの道具は日本で開発されたものだらけである。ITmedia、andronaviを始めとするWeb媒体を中心に執筆活動を展開。自前のブログ「せうの日記」も宜しくお願いします。

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