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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
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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
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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
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＊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
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