問題
2007年当時、2Gモバイル通信技術で最も普及していたのは、GSM（市場シェア約80～85%）とIS-95（市場シェア約10～15%）の2つでした。[ 1 ] 3Gでは、UMTSが最も普及しており、 CDMA-2000がそれに僅差で続いていました。
すべての無線アクセス技術は、限られたRFスペクトルを複数のユーザー間でできるだけ効率的に分割するという、同じ問題を解決する必要があります。GSMは、ユーザーとセルの分離にTDMAとFDMAを使用します。UMTS、IS-95、CDMA-2000はCDMAを使用します。WiMAXとLTEはOFDMを使用します。
- 時分割多重アクセス（TDMA） は、通信チャネルを連続した時間スライスに分割することで、マルチユーザーアクセスを実現します。チャネルの各ユーザーは順番に信号の送受信を行います。実際には、特定の瞬間にチャネルを使用しているのは1人だけです。これは、大規模コンピュータサーバーにおけるタイムシェアリングに似ています。
- 周波数分割多重アクセス（FDMA）は、使用する周波数を分離することでマルチユーザーアクセスを実現します。これはGSMにおいてセルを分離するために使用され、セル内ではTDMAを使用してユーザーを分離します。
- 符号分割多重アクセス（CDMA）は、スペクトラム拡散と呼ばれるデジタル変調方式 を使用し、ユーザーまたはセル固有の擬似乱数コードを用いて、音声データを非常に広いチャネルに擬似乱数的に拡散します。受信機は、この乱数化を解除してビットを収集し、元のデータを生成します。コードは擬似乱数であり、互いに干渉を最小限に抑えるように選択されるため、複数のユーザーが同時に通話でき、複数のセルが同じ周波数を共有できます。ただし、これにより信号ノイズが増加し、すべてのユーザーがより多くの電力を使用する必要が生じるため、セルの通信範囲とバッテリー寿命が低下します。
- 直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）は、互いに直交する複数の小さな周波数帯域を束ねることで、ユーザー間の分離を実現します。ユーザーは、個々のユーザーに特定のサブバンドを割り当てることで、周波数領域で多重化されます。多くの場合、TDMAも併用し、割り当てを定期的に変更することで、異なるユーザーが異なる時間に異なるサブバンドを使用できるようにすることで、この多重化が強化されます。
理論上、CDMA、TDMA、FDMAは全く同じスペクトル効率を持つが、実際にはそれぞれに課題がある。CDMAの場合は電力制御、TDMAの場合はタイミング、FDMAの場合は周波数生成／フィルタリングといった課題である。
TDMAとCDMAの根本的な違いを理解するための典型的な例として、カップルが1つの部屋で会話しているカクテルパーティーを想像してみてください。この部屋は利用可能な帯域幅を表しています。
- TDMA方式：話者が順番に聞き手に話しかけます。話者は短時間話した後、別のカップルに話す機会を与えます。部屋の中で同時に話す話者は常に1人だけなので、2つの会話が混ざり合う心配はありません。欠点は、部屋の中で実際に話し合える人数が（帯域幅の面で）制限されることです。
- CDMA方式では、どの話者もいつでも話すことができますが、それぞれ異なる言語を使用します。聞き手は、自分の話者の言語しか理解できません。話すカップルが増えるにつれて、背景雑音（ノイズフロア）は大きくなりますが、言語の違いから会話が混ざり合うことはありません。欠点は、ある時点でそれ以上大きな声で話せなくなることです。その後も雑音がさらに大きくなると（参加者が増えると）、聞き手は話者に近づかない限り、話者の言っていることが聞き取れなくなります。結果として、アクティブユーザー数が増えるにつれて、CDMAセルのカバレッジは低下します。これはセルブリージングと呼ばれます。
IS-95とGSMの長所と短所
出典：[ 4 ]
GSMの欠点
- 一部の電子機器、特に特定のオーディオアンプに干渉します。
- 知的財産は少数の業界参加者に集中しており、新規参入の障壁となり、携帯電話メーカー間の競争を制限している。しかし、IS-95のようなCDMAベースのシステムでは状況はさらに深刻で、クアルコムが主要な知的財産権保有者となっている。
- GSMには、技術的な制限により、固定された最大セルサイト範囲120kmがあります [ 5 ] 。 [ 6 ]これ は、以前の制限である35kmから拡張されたものです。
IS-95の利点
- IS-95の最大の強みは容量の大きさであり、他のどの技術よりも1MHzあたりの帯域幅でより多くのユーザーを収容できる。
- 同時接続ユーザー数に制限はありません。
- 塔が移動できる距離を制限しない精密な時計を使用する。[ 7 ]
- 消費電力が少なく、広い範囲をカバーできるため、IS-95のセルサイズは大きくなっています。
- 電波状況（携帯電話の受信レベル）が低い場合でも、良好な通話品質を実現できる。
- ソフトハンドオフを使用することで、通話が途切れる可能性を低減します。
- IS-95の可変レート音声符号化器は、話者が話していないときに送信レートを下げることで、チャネルをより効率的に利用できるようにする。
- データ転送速度の向上に向けた明確な道筋が示されている。
IS-95の欠点
- ほとんどの技術は特許で保護されており、クアルコムからライセンスを取得する必要があります。
- 基地局の呼吸現象とは、負荷がかかると通信範囲が縮小する現象のことです。特定の基地局を利用する加入者数が増えると、その基地局の通信範囲は狭くなります。
- IS-95の砲塔は互いに干渉し合うため、通常ははるかに低い砲塔に設置されます。そのため、IS-95は丘陵地帯では性能が低下する可能性があります。
- IS-95/CDMAはUSSD、PTT、連結SMS/E-SMSをサポートしていません。
- IS-95は世界のごく一部しかカバーしておらず、IS-95対応の携帯電話は一般的に国際ローミングに対応していません。
- メーカーは市場規模が小さいことを理由にIS-95対応端末の発売に躊躇することが多く、そのためIS-95対応端末への機能追加が遅れる場合がある。
- 補助金による制限を除けば、CDMA方式の携帯電話はESNによって特定のネットワークに紐付けられているため、通常は通信事業者間で互換性がない。
モバイル規格の市場シェアの推移
このグラフは、さまざまなモバイル規格の市場シェアを比較したものです。
技術別の携帯電話加入者数（左Y軸）と世界の加入者総数（右Y軸）急速に成長する市場において、GSM/3GSM（赤）は市場全体の成長率を上回るペースで成長し、市場シェアを拡大している。CDMAファミリー（青）は市場全体の成長率とほぼ同じペースで成長している一方、その他の技術（灰色）は段階的に廃止されている。
無線インターネット規格の比較
参考として、モバイル無線インターネットと非モバイル無線インターネットの規格の比較を以下に示します。
注：記載されている速度はすべて理論上の最大値であり、外部アンテナの使用、基地局からの距離、地上速度（例えば、列車内での通信は停車時よりも劣る場合がある）など、多くの要因によって変動します。通常、帯域幅は複数の端末間で共有されます。各技術の性能は、技術のスペクトル効率、使用されるセルサイズ、利用可能なスペクトル量など、多くの制約によって決まります。
その他の比較表については、ビットレートの進歩傾向、携帯電話規格の比較、スペクトル効率比較表、およびOFDMシステム比較表を参照してください。
参考文献
- ↑ 「2007年第1四半期末の加入者統計」（PDF）。2007年9月27日にオリジナル（PDF）からアーカイブ済み。2007年9月22日に取得。
- ↑ 「CDMA開発グループが『SVDO』を発表：通話とデータを同時に処理」。Wpcentral.com 。 2009年8月18日。 2018年7月30日取得。
- ↑ 「全米最大かつ最も信頼性の高いネットワーク – AT&T」。Wireless.att.com。2018年8月15日のオリジナルからアーカイブ済み。2018年7月30日取得。
- ↑ 「IS-95（CDMA）とGSM（TDMA）」。2011年2月26日にオリジナルからアーカイブ済み。2011年2月3日に取得。
- ↑ 「AllBusiness: 予期しないエラー状態」 。 2011年1月23日にオリジナルからアーカイブされました。2011年1月18日に取得。
- ↑ 「PCSに関するよくある質問」 。 2006年5月9日にオリジナルからアーカイブ済み。2006年6月14日に取得。
- ↑ 「PCSに関するよくある質問」。 2006年5月9日にオリジナルからアーカイブされました。
- 1 2 "LTE" . 3GPPウェブサイト. 2009 . 2011年8月20日取得.
- 1 2 3 「WiMAXとIEEE 802.16mエアインターフェース規格」(PDF)。WiMax Forum。2010年4月4日。 2012年2月7日取得。
