鈴の音情報局blog

携帯関連の将来や最新の技術情報や業界の行く末などを適当に綴るblogです。 内容の信憑性は?余り信じない方がいいと思います。
本家の鈴の音情報局はこちら→http://suzusuzu.dip.jp:8800/
スマホ・携帯端末アクセス[ランキング][アクセスシェア(グラフ)] (毎年10/1にログをクリア)

同じ規格で周波数による速度の違いを子供でも分かるように検証してみる(理論編)

昨日の記事で800MHz帯と2GHz帯での速度の違いについて少し触れてみた。
これを出来る限り分かりやすく分解して考えてみる。

まず初めに昔使った記事の図を再利用して2GHzと800MHzの波長の違いを確認します。



800MHzが一回波打つ間に2GHzは2.5回波を打っています。
なので同じ厚さの壁を抜ける間により多くの波を壁の中で起こすので壁に吸収されやすいという特性があります。

先ほどのそれぞれの波を横に伸ばして比較してみます。


図に書きこんであるとおり、2.5倍長さが違うところに同じ分量のデータ、7.2Mbpsなら約755万個のデータを
詰め込む事になります。普通に考えれば2.5倍の長さが有る方が同じ表現をするのには有利なはずです。

それをなんとなく分かりやすく表してみたのが以下の図。


周波数が高い方が解像度が高くとれ、2GHzと800MHzで比べるなら2GHzは2.5倍解像度が取れます。
つまり基地局や端末側からすればそれだけ相手の電波が聞き取りやすいというわけです。
よく飛んでくるけど荒い800MHzの電波より、障害物に邪魔されやすいけど細かい2GHzの方が
受信状態が双方同じなら圧倒的に有利なのは「あ」の図で一目瞭然ではないでしょうか。

携帯の画面でもQVGA系よりもVGA系の方が精細に見え、大型フラットパネルTVでは倍速スキャンで
120Hzなんてのが流行っている事でも周波数を上げることは表現力が上がるということが分かるでしょう。


では「何故解像度が上がる」=「速度が出やすい」なのでしょう?
規格が同じなら解像度が高くても乗っているデータ量は同じだろうと主張する方は必ずいるはずです。

それはハイスピード化によるQAM等のように解像度を求める変調方式が主流となり、高速度化が進むほど
それが顕著になってきているからです。16QAMなら一つの状態を縦横4×4に区切ってデータを表現します。
64QAMなら6×6分割に、256QAMなら8×8分割にするわけです。

電波は壁や鉄骨、ノイズなど様々な悪影響の中を潜り抜けていかねばならず、元の形どおりの波形で届く
事の方が稀です。よって解像度が低いと解像度が高い時よりもエラー率がどんどんと高くなっていきます。
私は低周波帯になると解像度の低下によりエラー率が上がり、再送の増加で実効転送速度が落ちるのではない
かという仮説を立ててみました。なので同じ規格ならば周波数によって速度に違いはないという考え方には
私は懐疑的なのです。

以上が私なりの周波数と速度の因果関係に対する考えです。
おかしなところなどが有ればどんどんコメントなどで遠慮なく切りつけて下さい。
私もこの考え方が当たっているのか間違っているのかに興味がありますから。



同じ2GHz帯、800MHz帯でもドコモとソフトバンクでは面単位での比較で速度に差がないとは到底思えません。
より綺麗な電界エリアを作り出したキャリアが安定した速度を叩き出すのではないかと考えています。
勿論どんなキャリアであっても基地局から近くて見通せる場所では速度が出ます。しかしエリア境界などでは
設計による違いが顕著に出るのではと思います。

私はソフトバンクには800MHzを渡すべきではないと考えている人ですが、この解像度の低さを上手に
使う技術を持っているとは到底思えないからです。機器の価格の高さも有りますが、それ以上に
800MHzを扱うにはドコモが行っているようなきっちりとした設計が必要だと思います。
安物アンテナでとにかくパワーを焚いて飛ばせみたいなエリアの作り方では宝の持ち腐れになる
可能性は十分考えられます。700MHz/900MHz帯だってそうです。

話はずれましたが、私が周波数帯は速度に一定の影響を与える可能性があるという私なりの根拠というか
理論というか・・・とりあえず分かって頂けましたでしょうか。
いい加減な思いつき理論ですが、全く的外れでもないと勝手ながら思ってるのですけれども・・・。
関連記事
  1. 2010/06/02(水) 19:38:10|
  2. 携帯
  3. | トラックバック:0
  4. | コメント:9
<<ソフトバンクのフェムトセル、駄目ですよ | ホーム | KDDI、秋冬モデルで9.3Mbpsを名言>>

コメント

参考までに、今週の週間アスキーに速度比較が出ていました。

新宿駅地下構内

下り

ディザイア 1.4Mbps
IS01 0.89Mbps
iPhone 0.83Mbps
エクスペリア 0.81Mbps
IS02 0.22Mbps
ブラックベリー(9700) 0.14Mbps

新宿中央公園

下り
ディザイア 2.3Mbps
エクスペリア 0.98Mbps
iPhone 0.84Mbps
IS02 0.38Mbps
IS01 0.36Mbps
ブラックベリー(9700) 0.13Mbps


  1. URL |
  2. 2010/06/02(水) 22:45:40 |
  3. ちろ #mQop/nM.
  4. [ 編集]

>ちろ #mQop/nM.
そのレスがこの記事と何の関係があるのですか。
この記事は機種ごとの速度比較の記事ではありませんよ。
  1. URL |
  2. 2010/06/04(金) 09:13:54 |
  3. たなべ #Lp1fShno
  4. [ 編集]

鈴さんの意見が理論的に正しいとして、
直接内容には関係ないかも知れませんが、一つ疑問なのが、

>電波は壁や鉄骨、ノイズなど様々な悪影響の中を潜り抜けていかねばならず、
>元の形どおりの波形で届く事の方が稀です。よって解像度が低いと
>解像度が高い時よりもエラー率がどんどんと高くなっていきます。
>私は低周波帯になると解像度の低下によりエラー率が上がり、
>再送の増加で実効転送速度が落ちるのではないかという仮説を立ててみました。

これって、高周波であることに拠るエラー率(邪魔されたり吸収されてしまうことに拠る損失率)と解像度が低いことに拠るエラー率のどちらが高いのでしょうか?
いや、壁や鉄骨、ノイズなどの実際に使われる話が出たんで、それなら高周波の方が実際に届きにくいことも考えなきゃいけないんじゃないかと思ったんですが。
  1. URL |
  2. 2010/06/04(金) 23:34:32 |
  3. 通りがかりの置きみやげ #HSDP1/G.
  4. [ 編集]

そもそも、一枚目の画像で、2GHzと800MHzを同じ波長で区切って考えているのは何故でしょうか?

そもそも通信規格として、W-CDMAは5MHz幅、cdma2000は1.25MHz幅と規定されており、周波数帯が2GHzであろうが、800MHzであろうが『使う周波数の幅』は同じです。
(鈴の音さんが概念図として書いている『解像度は同じ』で、波長が異なる)
  1. URL |
  2. 2010/06/05(土) 00:30:16 |
  3. ほーまー #SVUff9GE
  4. [ 編集]

模式図がうまく出るかなあ……

>>図に書きこんであるとおり、2.5倍長さが違うところに同じ分量のデータ、7.2Mbpsなら約755万個のデータを詰め込む事になりま す。普通に考えれば2.5倍の長さが有る方が同じ表現をするのには有利なはずです。

 無限大のスペクトルに信号を載せても良いならばそれも成り立ちますが、実際に信号を載せられるのは帯域幅の範囲内に限られます。波を伸ばすメタファに沿って説明すると

 800MHzの場合、下限周波数から上限周波数の間のこの範囲内(短い棒と長い棒の長さの差の部分)にデータが載ります。
      ↓
______
_______

2GHzの場合はここです。
            ↓
____________
_____________

 使える「長さ」は下限周波数から上限周波数の間だけしかない点に注目してください。すなわち、占有帯域幅が同じなら、データを載せられる「長さ」は結局同じということです。

 では、搬送波の波長の違いによって実効データレートに何故差が出るのでしょうか。周波数が低いほど自由空間伝播損失が低く長距離の通信に向いています。しかし、よく飛ぶということは、マルチパス成分が増えることの裏返しでもあり、結局、アンテナ間の距離が離れるほどS/Nは劣化します。

 すなわち、利用者数の多寡以前に、セルを広げるほど実効データレートは低下するということです。無線系で速度を稼ぐにはセルを小さくするしかありません。小さなセルなら飛ばないハイバンドで支障はなく、むしろ隣接セルへの影響が少ないぶん有利と言えます。
  1. URL |
  2. 2010/06/06(日) 10:40:26 |
  3. aquila #tMiOp0Sk
  4. [ 編集]

W-CDMA(HSPA)は、そもそもチップレートが3.84Mcps(1秒間に384万回bitが変わりうる)と決まっています。
なので、波長がどうあれ1無線フレーム(即ちTTIが10msec)に38400bitしか送れません。

しかも、この38400bitに対して符号系列(CDMAの「C」)による二次変調が行われて、さらに転送レートは落ちます。
例えば符号系列が16個の場合、1bitに対して16bitの符号を掛け合わせます。
従って、上位レイヤのデータで見ると1bitですが、無線レイヤ的に見ると16bitに「拡散」しているわけです。
符号系列16の時は、10msecごとに、38400bit/16系列=2400bitを送受信できる…ということになります。
ただし、ユーザデータだけではなくチャネル制御用データも同じラインでやり取りされるので、実際のデータレートはもう少し
低くなります。

ちなみに符号系列が16あるということは、16人が同じ周波数帯でbitを送信して、受信側が判別できるということになります。
当然、多くの端末が接続するほど符号系列の長さを増やしてたくさんの端末を収容することになり、個々の端末に与えられる
符号が長くなって転送レートは落ちるわけです。
それに符号系列は2の倍数(2,4,8,16...)でしか増やせません。この辺はGold符号系列云々の話なんですが、自分は
詳しくないので申し訳ない(汗)

HSPAもチップレートは同じですが、1チップの変調方式にQPSKと16QAMが使われて、1無線フレームをさらに5分割した
サブフレーム単位でMACレイヤの再送処理(いわゆるHARQ)を行っています。
箱の大きさが大きくなって、しかも不良品の取り替え速度も上がってる…と思ってもらえればいいかと。

とまあ、どの周波数帯使っても仕様上同じですから、理想的な伝搬環境で同じ帯域幅のシステムを用い、800MHz帯と
2GHz帯を比較しても、データレートは同じになるはずです。
あとは、800MHz帯と2GHz帯の伝播特性の違いを利用していかにセル設計を組むか…という話になります。
マルチパスについてはRAKE受信という技術があるので多少パスが増えてもS/Nは改善できますが、あまりに発信先から
離れてしまうと、遅延などでパスをきちんと検出できなくなるので限界はありますね。
  1. URL |
  2. 2010/06/06(日) 14:14:46 |
  3. 餅 #nLnvUwLc
  4. [ 編集]

ドコモは2ギガ重視の筈ですよ

まあ、僕には理化学的解説は全くできないんですけど。

特性の違いはあったとしてもドコモは「プラスエリアかどうかでサービスに違いはない」と総合カタログやらでは謳ってますが、実際は使用帯域幅セル設計基地局仕様(セクタ数)等々で間違いなく差があると思います。


事実、電車に乗りながらネットしてて感じますが、京都米原間を270キロで走ってる状態の方が、紀伊半島沿線のプラスエリア(特に白浜串本間)で90キロ程度で走行してるよりも遙かにいいですね。琵琶湖南東部の田畑の平地を疾走するのと森林みたいな海山をぬって走るのとは確かに環境全然違うんですが…

しかしながら、端末固有の特性もあるんかもしれませんが、我がF-09Aや前機F-01A、いやそれ以前の機種でもプラスエリアで優秀に感じたのは皆無ですよ(・∀・)ホント


ちなみに比較で掲げたところは当然HSエリアです


最後にスレチなんですけど、マルチメディアの件でレス来ないのはつまらないです(苦笑)。
  1. URL |
  2. 2010/06/06(日) 22:43:16 |
  3. どこも族 #c/PM1KLI
  4. [ 編集]

シャノン=ハートレーの定理

周波数の大きさによって伝送できる情報量に違いがあると論じられておりますが、
波に含めることができる情報の量は周波数帯域幅で決まり、変調の周波数(2GHz,800MHz)には依存しません。
そのあたりは、シャノン=ハートレーの定理という理論で計算されます。
通信路容量Cを求める式に周波数の変数が含まれていないことから、周波数によって「解像度」のような違いはないと言えるでしょう。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A3%E3%83%8E%E3%83%B3%EF%BC%9D%E3%83%8F%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%81%AE%E5%AE%9A%E7%90%86
  1. URL |
  2. 2012/10/14(日) 07:08:43 |
  3. ねむ #-
  4. [ 編集]

これはさすがに、搬送波と変調方式の違いを全然わかっていないでしょ、と言わざるを
得ません。4アマ(第4級アマチュア無線技士)のテキストなり、その他の電波工学関連の
書籍をお読みいただければ、本記事の問題が理解できるかと思います。
と、搬送波の話はaquilaさんが、変調方式(正しくは変調の前段階のコーディング)の
話は餅さんが既にコメントされていました。私が偉そうなことをいえる立場じゃない(汗)
  1. URL |
  2. 2012/10/15(月) 00:35:37 |
  3. みりん #r1kBbc/Q
  4. [ 編集]

コメントの投稿(投稿時には必ず何らかの名前を付けてください)


管理者にだけ表示を許可する

(名前を入れないとクリックできません)

トラックバック

トラックバックURLはこちら
http://suzunonejh.blog15.fc2.com/tb.php/876-ad6cea4e
この記事にトラックバックする(FC2ブログユーザー)

最近の記事

機能リンク

最近のコメント

カテゴリー

ブログ内検索

ブログリンク

RSSフィード

QRコード

QR

月別アーカイブ



メールフォーム

お問い合わせ・ご質問はこちらから。

名前:
メール:
件名:
本文:

suzunone.m(あっと)gmail.com に
直メでもOKです。