HSPA

HSPA (High Speed Packet Access) とは

HSPA（High Speed Packet Access）は、W-CDMA（Wideband Code Division Multiple Access）を拡張した高速パケット通信規格です。3G（第3世代移動通信システム）から3.5G（第3.5世代移動通信システム）への移行期に位置づけられ、モバイルデータ通信の高速化に大きく貢献しました。HSPAは、下り回線を高速化するHSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) と、上り回線を高速化するHSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) または EUL (Enhanced Uplink) の二つの技術から構成されています。

HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)

HSDPAは、3GPP（Third Generation Partnership Project）のRelease 5で規定された規格で、下り方向のデータ通信を高速化します。最大14.4Mbpsのパケット通信を可能にし、以下の点が主な特徴です。

- 物理チャネルの追加:

- 下り方向には、HS-PDSCH (High Speed Physical Downlink Shared Channel) と HS-SCCH (Shared Control Channel) が追加されました。
- 上り方向には、HS-DPCCH (Dedicated Physical Control Channel for HS-DSCH) が追加されました。

- MAC-hsレイヤの新設:

- 基地局側では、フロー制御、スケジューリングおよび優先制御、パケット合成型HARQ、TFRIの選択などの機能が追加されました。
- フロー制御は、無線側の通信速度に合わせてデータ送出速度を調整します。
- スケジューリングは、優先度情報に基づき、端末にタイムスロットを割り当てます。
- パケット合成型HARQは、再送データを組み合わせて復号します。
- TFRIの選択は、送信品質に応じて最適な変調方式やデータサイズを選択します。
- 端末側では、パケット合成型HARQと順序制御が追加されました。
- パケット合成型HARQは、受信失敗データを再送データと組み合わせて復号します。
- 順序制御は、データの順序を保持して上位レイヤへ渡します。

- 既存設備との互換性: HSDPAの導入にあたって、基地局と端末のMAC-hsレイヤに機能を追加するだけでよいため、既存のR99通信網の設備を大きく変更することなく導入が可能でした。
- EV-DOとの技術的な共通性: HSDPAの要素技術（基地局スケジューラ、HARQ、AMCなど）は、auなどが展開していたEV-DOと本質的に同じですが、HSDPAは5MHzと広い帯域を使用します。これにより、基地局のリソース変動に対応するため、端末からは受信品質を示すCQIを送信し、基地局側でデータサイズを決定する方式が採用されました。
- 端末カテゴリ: HSDPAでは、端末の受信能力をカテゴリ分けすることで、さまざまなニーズに対応した端末を製造できるようにしました。
- 符号化手順: 初回送信データは仮想的なIRバッファサイズに合わせて符号化された後、物理チャネルのサイズに応じて間引かれる2段階のRate Matchingを行います。これにより、再送データの符号化率を柔軟に設定できますが、下位互換性を持たない場合があります。
- 通信速度: タイムスロットあたりに受信可能なビット数の最大値を基に計算される通信速度は、MAC-hsレイヤでの速度であり、実際のユーザ体感速度とは異なる点に注意が必要です。

HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access)

HSUPAは、3GPP Release 6で規定された上り方向の高速化規格です。HSDPAとの混同を避けるため、3GPPではEUL（Enhanced Uplink）とも呼ばれます。端末あたりの最高速度は0.7Mbpsから5.7Mbpsに向上しました。HSUPAの特徴は以下の通りです。

- 端末カテゴリ: HSDPAと同様に、端末の送信能力に応じてカテゴリ分けされています。カテゴリによって使用可能なタイムスロット長が異なり、奇数カテゴリは10msのみ、偶数カテゴリは10msと2msが使用可能です。
- 符号化: HSDPAのような2段階の符号化は行わないため、タイムスロット長を除けば上位カテゴリが下位カテゴリを包含します。

HSPA Evolution / HSPA+

HSPA Evolutionは、HSPAをさらに高速化した規格で、HSPA+、Enhanced HSPA（eHSPA）、Evolved HSPAとも呼ばれます。下り最大21Mbps、上り最大11.5Mbpsを実現します。日本では、2009年からHSPA+のサービスが開始されました。当初はデータ端末のみでしたが、後に音声端末にも対応しました。

DC-HSDPA (Dual Cell High Speed Downlink Packet Access)

DC-HSDPAは、複数の周波数帯を束ねることで、さらなる高速化を実現する規格です。日本では、主に5MHz幅×2の周波数帯を利用し、下り最大42Mbpsの通信速度を実現しました。2010年からサービスが開始されましたが、後にLTEサービスへの移行が進み、サービスが終了しました。

DC-HSPA (Dual Cell High Speed Packet Access)

DC-HSPAは、複数の基地局や周波数帯の帯域幅を広く利用することで、上り下りともにDC-HSDPA以上の速度を実現する高速化規格です。下り最大84Mbps、168Mbpsが規格化されていますが、日本国内での商用サービスの提供は事実上不可となっています。

次世代通信技術への移行

HSPAとその進化系は、3Gから4Gへの過渡的な技術と位置づけられ、LTEへの移行を支えました。

日本の状況

- NTTドコモ: 2006年にHSDPAサービスを開始し、後にHSUPAにも対応しました。HSPA+やDC-HSDPAには言及していませんが、代わりにLTEサービスのXi（クロッシィ）を提供しています。
- ソフトバンクモバイル: 2006年にHSDPAサービスを開始し、2011年からHSPA+、DC-HSDPAサービスを開始しました。1.5GHz帯を使用し、ULTRA SPEEDというブランドで提供しました。2017年に1.5GHz帯の3Gネットワークが停波し、DC-HSDPAサービスは終了しました。
- イー・アクセス（現ソフトバンクのY!mobile部門）: 2007年にHSDPAサービスを開始し、後にHSUPA、HSPA+、DC-HSDPAサービスを提供しました。2018年1月に3Gネットワークが停波し、サービスを終了しました。

まとめ

HSPAは、3Gから3.5Gへの進化を牽引した重要な技術であり、HSDPAによる下り高速化、HSUPAによる上り高速化、そしてHSPA+やDC-HSDPAによる更なる高速化によって、モバイルデータ通信の発展に大きく貢献しました。これらの技術は、LTEへの移行期において重要な役割を果たし、現在のモバイル通信技術の基盤となっています。

外部リンク

- FDD enhanced uplink; Overall description; Stage 2