進化データ最適化

Evolution-Data Optimized ( EV-DO、EVDOなど)は、無線信号を介してデータをワイヤレスで送信するための通信規格で、通常はブロードバンドインターネットアクセス用です。EV-DOはCDMA2000 ( IS-2000 )規格の進化版で、高データレートをサポートし、無線通信事業者の音声サービスと併用できます。 スループットを最大化するために、コード分割多重接続( CDMA )や時分割多重(TDM)などの高度な多重化技術を使用しています。CDMA2000規格ファミリの一部であり、世界中の多くの携帯電話サービスプロバイダ、特に以前CDMAネットワークを採用していたプロバイダに採用されています。Globalstar衛星電話ネットワークでも使用されています。^[1]

EV-DOチャネルの帯域幅は1.25MHzで、IS-95A（IS-95）やIS-2000（1xRTT）が使用する帯域幅と同じですが^[2]、チャネル構造は大きく異なります。バックエンドネットワークは完全にパケットベースであり、回線交換ネットワークに通常存在する制約を受けません。

CDMA2000 ネットワークの EV-DO 機能は、Rel. 0 では最大 2.4 Mbit/s、Rev. A では最大 3.1 Mbit/s のフォワード リンクエア インターフェイス速度でモバイル デバイスへのアクセスを提供します。Rel. 0 のリバース リンクレートは最大 153 kbit/s で動作し、Rev. A では最大 1.8 Mbit/s で動作できます。これはIP ベースのネットワークとしてエンドツーエンドで動作するように設計されており、このようなネットワークおよびビット レートの制約で動作できるあらゆるアプリケーションをサポートできます。

この規格はリリース 0 (Rel. 0) から始まり、いくつかの改訂が行われてきました。これは後に、サービス品質(レイテンシの改善) とフォワード リンクおよびリバース リンクの高速化をサポートするために、リビジョン A (Rev. A) で拡張されました。2006 年後半には、複数のキャリアをバンドルしてさらに高速化と低レイテンシを実現する機能を含むリビジョン B (Rev. B) が公開されました (下記のTIA-856 Rev. Bを参照)。EV-DO Rev. A から Rev. B へのアップグレードには、セル サイト モデムのソフトウェア更新と、新しい EV-DO キャリア用の追加機器が含まれます。既存の cdma2000 オペレータは、Rev. B ですべての DO キャリアが 5 MHz 以内であることが要求されるため、既存の 1xRTT チャネルの一部を他の周波数に再調整する必要がある場合があります。

EV-DO の初期設計は、モバイル通信 (つまり、移動中の携帯電話サービス) ではなく、静止通信用の 2 Mbit/s を超えるダウンリンクというIMT-2000要件を満たすためにQualcommによって 1999 年に開発されました。当初、この標準は High Data Rate (HDR) と呼ばれていましたが、国際電気通信連合(ITU) によってTIA-856の名称で承認された後、1xEV-DO に改名されました。元々、1xEV-DO は「1x Evolution-Data Only」の略で、1x (1xRTT) エア インターフェイス標準の直接的な進化であり、そのチャネルはデータ トラフィックのみを伝送することを示していました。1xEV-DO 標準ドキュメントのタイトルは「cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specific」です。cdma2000 (小文字) は 1x 標準の別名であり、数値的には TIA-2000 に指定されています。

その後、「only」という言葉に否定的な意味合いがある可能性があるため、標準規格の名前である1xEV-DOの「DO」の部分は「Data Optimized」の略に変更され、フルネームのEV-DOは現在「Evolution-Data Optimized」の略です。1xプレフィックスは多くの大手通信事業者によって削除され、単にEV-DOとして販売されています。^[3]これにより、データ最適化されたテクノロジーをより市場に受け入れられやすく強調しています。

EV-DO チャネルと 1xRTT チャネルを区別する主な特徴は、EV-DO チャネルが順方向リンク (タワーからモバイルへ) で時間多重化されていることです。つまり、特定の時間スロットの間、特定の地理的領域 (セクター) 内の順方向トラフィック チャネルを 1 台のモバイルがフルに使用できます。この技術を使用すると、EV-DO は各ユーザーの時間スロットを個別に変調できます。これにより、非常に複雑な変調技術を使用して良好な RF 条件のユーザーにサービスを提供できると同時に、より単純な (より冗長な) 信号を使用して劣悪な RF 条件のユーザーにサービスを提供できます。^[4]

フォワード チャネルは、それぞれ 1.667 ミリ秒の長さのスロットに分割されます。ユーザー トラフィックに加えて、オーバーヘッド チャネルがストリームにインターレースされます。これには、モバイルがチャネルを見つけて識別するのに役立つ「パイロット」、モバイル デバイスにデータのスケジュールを通知するメディア アクセス チャネル (MAC)、およびネットワークがモバイル デバイスに知らせる必要があるその他の情報を含む「制御チャネル」が含まれます。

特定のモバイル ユニットとの通信に使用する変調は、モバイル デバイス自体によって決定されます。モバイル デバイスはチャネル上のトラフィックを監視し、受信信号の強度と認識されたマルチパスおよびフェージング状態に応じて、1 ～ 2% の妥当なフレーム エラー レートを維持しながら維持できるデータ レートを推測します。次に、この情報を「デジタル レート制御」(DRC) チャネルで 1 ～ 12 の整数の形式でサービス セクターに返します。または、モバイルは「ヌル」レート (DRC 0) を選択することもできます。これは、モバイルがどのレートでもデータをデコードできないか、別のサービス セクターにハンドオフしようとしていることを示します。^[4]

DRCの値は次のとおりです。^[5]

EV-DO フォワード リンク チャネルのもう 1 つの重要な側面は、スケジューラです。最も一般的に使用されるスケジューラは、「比例公平」と呼ばれます。これは、セクター スループットを最大化すると同時に、各ユーザーに一定の最低レベルのサービスを保証するように設計されています。その目的は、より高い DRC インデックスを報告するモバイルをより頻繁にスケジュールし、より悪い状態を報告するモバイルが時間の経過とともに改善されることを期待することです。

このシステムには、増分冗長ハイブリッド ARQも組み込まれています。マルチスロット送信の各サブパケットは、元のデータ ビットのターボ符号化レプリカです。これにより、モバイルは、サブセクションがすべて送信される前にパケットを確認することができます。たとえば、モバイルが DRC インデックス 3 を送信し、データを受信するようにスケジュールされている場合、4 つのタイム スロットでデータを取得することが予想されます。最初のスロットをデコードした後、モバイルがデータ パケット全体を判断できる場合は、その時点で早期確認応答を返すことができます。残りの 3 つのサブパケットはキャンセルされます。ただし、パケットが確認されない場合、ネットワークは、すべてが送信されるか、パケットが確認されるまで、残りの部分の送信を続行します。^[4]

EV-DO Rel. 0 のリバースリンク (モバイルからベーストランシーバステーションへ) は、​​CDMA2000 1xRTTのものと非常によく似た動作をする。チャネルには、リバースリンクパイロット (信号のデコードに役立つ) とユーザーデータチャネルが含まれる。1x には存在しない追加のチャネルには、DRC チャネル (上記で説明) と ACK チャネル ( HARQに使用) がある。フォワードリンクは常にすべてのモバイルが使用できるようにフルパワーで送信されるため、リバースリンクにのみ何らかの電力制御がある。 ^[5]リバースリンクには、オープンループとクローズドループの両方の電力制御がある。オープンループでは、リバースリンクの送信電力はフォワードリンクの受信電力に基づいて設定される。クローズドループでは、リバースリンクの電力は、サービングセクターによって示されるように、1 秒あたり 800 回上下に調整される ( 1xと同様)。^[6]

すべてのリバースリンクチャネルはコード分割を使用して結合され、 BPSK ^[7]を使用して基地局に送り返され、そこでデコードされます。ユーザーデータの最大速度は153.2 kbit/sです​​が、実際の状況ではこの速度に達することはほとんどありません。通常達成される速度は20～50 kbit/sです​​。

EV-DO のリビジョン A では、リリース 0 との完全な下位互換性を維持しながら、プロトコルにいくつかの追加が行われます。

これらの変更には、最大バースト速度を 2.45 Mbit/s から 3.1 Mbit/s に上げるいくつかの新しいフォワードリンクデータ速度の導入が含まれていました。また、接続確立時間を短縮するプロトコル (拡張アクセスチャネル MAC と呼ばれる)、複数のモバイルが同じタイムスロットを共有する機能 (マルチユーザーパケット)、およびQoSフラグの導入も含まれていました。これらはすべて、 VoIPなどの低遅延、低ビットレートの通信を可能にするために導入されました。^[8]

EV-DO Rev. Anの追加フォワードレートは次のとおりです: ^[9]

フォワードリンクの変更に加えて、リバースリンクが強化され、より複雑な変調（したがって、より高いビットレート）をサポートできるようになりました。オプションのセカンダリパイロットが追加されました。これは、モバイルが強化されたデータレートを達成しようとするときにアクティブ化されます。リバースリンクの輻輳とノイズの増加に対処するために、プロトコルでは、リバースリンクの状態が許すとネットワークによって補充される干渉許容量を各モバイルに与えることを要求しています。^[9]リバースリンクの最大速度は1.8 Mbit/sです​​が、通常の状態では、ユーザーは約500〜1000 Kbit/sの速度を体験しますが、DOCSISやDSLよりも遅延が大きくなります。

EV-DO Rev. B は、Rev. A 仕様のマルチキャリア進化版です。EV-DO Rev. A の機能が維持され、次の機能強化が行われます。

• キャリアあたりの速度が高速化します (キャリアあたりのダウンリンクで最大 4.9 Mbit/s)。一般的な展開では、2 つまたは 3 つのキャリアが含まれ、ピーク速度は 14.7 Mbit/s になります。複数のチャネルをバンドルすることで速度が高速化されるため、ユーザー エクスペリエンスが向上し、高解像度の ビデオ ストリーミングなどの新しいサービスが可能になります。
• チャネル間で統計的多重化を使用することでレイテンシが短縮され、ゲーム、ビデオ電話、リモート コンソール セッション、Web ブラウジングなどのレイテンシに敏感なサービスのエクスペリエンスが向上します。
• 通話時間と待機時間の増加
• 隣接セクターからの干渉、特にセル信号の端にいるユーザーへの干渉が軽減され、ハイブリッド周波数再利用を使用することで提供できるレートが向上します。
• ファイル転送、Web ブラウジング、ブロードバンド マルチメディア コンテンツ配信など、非対称のダウンロードおよびアップロード要件 (つまり、各方向で異なるデータ レートが必要) を持つサービスを効率的にサポートします。

クアルコムは早い段階でEV-DOが一時的な解決策であることを認識し、LTE間のフォーマット戦争が近づいていることを予見し、新しい標準が必要であると判断しました。クアルコムは当初、この技術をEV-DV（Evolution Data and Voice）と呼んでいました。^[10] EV-DOが普及するにつれて、EV-DVはEV-DO Rev Cに進化しました。

EV-DO Rev. C規格は、次世代のアプリケーションと要件に合わせてCDMA2000携帯電話規格を改良するために3GPP2によって規定された。これはCDMA2000の自然な進化経路としてクアルコムによって提案され、仕様は3GPP2（C.S0084-*）とTIA（TIA-1121）によってそれぞれ2007年と2008年に公開された。^{[11] [12]}

UMB（Ultra Mobile Broadband）というブランド名は、この規格の同義語として2006年に導入されました。^[13]

UMB は第 4 世代の技術として、 LTEやWiMAXと競合することを目指していました。これらの技術は、高帯域幅、低遅延のTCP/IPネットワークを基盤とし、その上に音声などの高レベル サービスを構築します。4G ネットワークの広範な導入により、これまでは実現不可能だったアプリケーションが実現可能になるだけでなく、どこにでもあるものになります。このようなアプリケーションの例としては、モバイル高解像度ビデオストリーミングやモバイル ゲームなどがあります。

LTE と同様に、UMB システムは、ピーク速度が最大 280 Mbit/s の次世代無線システム上で実行されるインターネット ネットワーキング テクノロジをベースとしていました。設計者は、このシステムが、置き換えを意図していたテクノロジよりも効率的で、より多くのサービスを提供できるようにすることを目指していました。置き換えを意図していたシステムとの互換性を確保するため、UMB は、既存の CDMA2000 1X および 1xEV-DO システムを含む他のテクノロジとのハンドオフをサポートすることになりました。

UMB が OFDMA を採用すれば、先行技術で使用されていた CDMA 技術の多くの欠点が解消されるはずだった。これには、「ブリージング」現象、マイクロセルによる容量追加の難しさ、端末で利用できる総帯域幅を制限する固定帯域幅サイズ、必要な知的財産が 1 つの企業によってほぼ完全に管理されることなどが含まれる。

既存のRel. Bネットワークの容量はEVRC-B音声コーデックとQLICハンドセット干渉キャンセルを使用することで1.5倍に増加できますが、1x AdvancedとEV-DO AdvancedはBTS干渉キャンセル（リバースリンク干渉キャンセル）、マルチキャリアリンク、スマートネットワーク管理技術を使用して最大4倍のネットワーク容量の増加を実現します。^{[14] [15]}

2008年11月、UMBの主要スポンサーであるクアルコムは、同技術の開発を終了し、 LTEを採用すると発表した。これは、ほとんどのCDMAキャリアが4G技術としてWiMAXまたはLTE規格のいずれかを採用することを選択したという発表に続くものであった。実際、UMBを採用する計画を発表したキャリアはなかった。^[16]

しかし、4G テクノロジーの継続的な開発プロセスの中で、3GPP は LTE にいくつかの機能を追加し、LTE がすべてのワイヤレス ネットワークの唯一のアップグレード パスとなることを可能にしました。

• OFDMAベースの無線インターフェース
• 周波数分割デュプレックス
• 1.25～20 MHz のスケーラブルな帯域幅 (OFDMA システムは、5 MHz を超える広い帯域幅に特に適しています)
• マクロセル、マイクロセル、ピコセルなどの混合セル サイズのサポート。
• IPネットワーク アーキテクチャ
• フラット、集中型、混合トポロジーのサポート
• データ速度は下り275 Mbit/s以上、上り75 Mbit/s以上
• フォワードリンク（FL）の高度なアンテナ技術により、データレートが大幅に向上し、レイテンシが短縮されます。
  • MIMO、SDMA、ビームフォーミング
• 準直交リバースリンクによるリバースリンク（RL）セクター容量の向上
• 適応型干渉管理を使用したセルエッジユーザーデータレートの向上
  • 動的部分周波数再利用
  • 他のセル干渉に基づく分散RL電力制御
• 高速でシームレスなL1/L2ハンドオフによりリアルタイムサービスを実現
  • 独立したRLとFLのハンドオフにより、エアリンクとハンドオフのパフォーマンスが向上します。
• クイックページングと半接続状態の使用による電力最適化
• 柔軟なエアリンクリソース管理を使用した低オーバーヘッドシグナリング
• RL CDMA制御チャネルを使用した高速アクセスとリクエスト
• 新しいスケーラブルなIPアーキテクチャがテクノロジー間のハンドオフをサポート
  • 新しいハンドオフメカニズムは、ネットワーク全体とさまざまなエアリンクテクノロジーにわたるリアルタイムサービスをサポートします。
• ビーコンの使用による高速取得と効率的なマルチキャリア操作
• マルチキャリア構成により、段階的な導入と低複雑性デバイスと広帯域デバイスの混在をサポート

• 3GPP2
• 4G
• CDMA2000
• 進化したエッジ
• フラッシュOFDM
• 高速ダウンリンクパケットアクセス（HSDPA）
• モバイルブロードバンド
• モバイルブロードバンドモデム
• 直交周波数分割多重方式(OFDM)
• インターフェースビットレートのリスト
• Evolution-Data Optimized ネットワーク機器サプライヤーのリスト
• CDMA2000 ネットワークのリスト
• LTE
• 音声とEV-DOデータの同時通信（SVDO）
• ワイマックス

• 3GPP2 CDMA2000 標準および仕様文書
• CDMA 開発グループ (CDG)
• EVDOforums.com EV-DO ディスカッション グループ
• EVDO Rev. B 機能のビデオデモ