小特集の発行にあたって

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
編集チームリーダ

小特集❷

放送通信融合とマルチメディア技術

井上真杉・落合秀樹

編集チームリーダ

阿久津明人

ユーザを取り巻く情報端末を相互に接続して構成する

放送通信融合には技術革新がもたらす放送と通信の垣パーソナルエリアネットワーク（PAN：Personal Area

根を超えた新しいサービスの創出への期待が込められてい

Network）―この言葉に目新しさを感じる人は少ないかもる．創出されるサービスは，情報という生活に根ざしたモノしれない．PAN の概念が提唱されて久しいが，まだそののサービスであるからこそ期待が大きい半面，一方で制度一部しか実現されていない．しかしながら本小特集を御覧

面，技術面，生活面などでまだまだ本質的な課題が残る．

になれば，技術や標準規格の着実な進歩によって，PAN

本小特集は，二つの解説論文と二つのサーベイ論文の理想像の実現が近づいていることを実感して頂けるとで構成している．まず解説論文では，放送通信融合を支思う．

える目指すべきICT（Information and Communication

本小特集では，研究開発や国際標準化の第一線で活Technologies）社会に潜む政策・技術の課題を明らかにし，躍される専門家に執筆をお願いした．最初の解説論文で技術，市場，社会，文化を連携させた ICT ガバナンスの必は PAN の動向を俯瞰し，続くBluetoothと ZigBee の解説

要性，あり方などを具体的に解説している．次に米国，欧論文では，最初の規格に対して多くの改善が加えられた最州，アジアの各国で既に行われている海外での放送通信新規格と動向を解説している．次の解説論文では，測距・連携サービスや検討中のサービスについて具体的な事例

測位も可能なウルトラワイドバンド（Ultra-Wideband：

で現状動向を外観し，解説している．論評サーベイ論文でUWB）技術に基づく新規格を紹介し，続いて UWBと法は，特に技術面で二つの観点から放送通信連携サービス規制に関する記事を配置した．続く解説論文では高速通を支える技術についてサーベイした．一つ目の論文では，信をねらうミリ波 PAN 規格の動向を紹介し，最後に IEEE

サービスのホームネットワーク環境を支えるメタデータに関におけるPAN 規格の動向と標準化活動の実際を紹介すして，現状の標準化動向，インタオペラビリティ，ゲートウェ

る記事を配した．

イ，普及に伴う課題等を整理している．二つ目の論文では，

本小特集の特徴は，最新の技術動向に加えて，電波利

新しい映像サービスを支える映像符号化技術について現用と法規制，最新の国際標準規格やその決定プロセス，

状を概観し，今後のサービスで重要となるスケーラビリティ

標準化の舞台裏など，普段目にすることが少ない貴重な情の概念，技術の紹介と今後の課題を整理している．

報が提供されているところにある．本小特集がきっかけで本特集が，きたる放送通信融合時代の生活を支える

本分野の技術者が増え，研究開発，標準化，ビジネスがサービス，サービスを支える技術の研究開発に一助となれ

活発に行われるようになれば幸いである．

ば幸いである．

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークとその動向
Trend on Wireless Personal Area Networks

阪田史郎

†

Shiro Sakata†
ながら，人々に見えないあるいは意識しないところで，

Summary

様々な生活局面でその状況に合わせて的確かつきめ細かなサービス，情報を提供する，としている．このコン無線による通信距離が最大約 10 〜 20 m のパーソナル
エリアネットワークは，ユビキタスネットワーク社会において極めて重要な役割を果たし，人々の様々な生活局
面において，的確できめ細かなサービスを提供することが期待される．筆者は，本論文において，2002 年以降
IEEE802 委員会，ISO を中心に急速に標準化が進められ

ピュータ群の協調を効果的に実現するのが無線通信によるユビキタスネットワークであり，人間一人が自分の直接的な行動を示す範囲とされる 10 〜 20 m までを通信距離としてカバーするパーソナルエリアネットワーク（Wireless Personal Area Network あ る い は Personal

現在も技術開発が続けられている無線 PAN，短距離無線

Area Network）は，ユビキタスネットワークの中でも中を含む広義のパーソナルエリアネットワークについて，

核的な役割を果たす
［2］
［3］
， ．

その位置付け，応用，技術動向を解説する．

本 論 文 で は，IEEE802 委 員 会（IEEE：Institute ofElectrical and Electronics Engineers）や ISO（Interna-

Key words

tional Organization for Standardization）を中心に標準化

PAN，ユビキタスネットワーク，IEEE802，センサネッ
トワーク，アドホックネットワークが進められている広義のパーソナルエリアネットワーク
についてその位置付け，応用例，技術動向，更に今後の展望と課題について述べる．本論文の位置付け，主目的
は，ユビキタスネットワーク技術の進展の中で，密接に関連する従来のパーソナルエリアネットワークの仕様概1．ま え が き

要も含めて，それらが登場してきた考え方，応用などの2005 年の総務省によるユビキタスネットワーク社会（UNS：Ubiquitous Network Society），u-Japan（ubiquitous-Japan）の提唱を受け，2006 年に発表された
e-Japan II では，2010 年ごろを目標に人々の生活を支援する知的情報基盤を形成するユビキタスネットワークの実現を掲げている． ユビキタス

は，1988 年に当時

Xerox の PARC（Palo Alto Research Center）の研究者であった故 Mark Weiser（1952 〜 1999 年）が，21 世紀のコンピュータ環境を ‘Ubiquitous Computing’ と表現したことが端緒とされている［1］．
［1］
では，‘Ubiquitous
Computing’ は，多くのコンピュータ群が互いに協調し†千葉大学大学院融合科学研究科，千葉市
Graduate School of Advanced Integration Science, Chiba University,
Chiba-shi, 263-8522 Japan

44

差異を明確にする点にある．
本特集号で仕様の詳細を解説する IEEE802 委員会では，現在 Bluetooth［4］，UWB［5］，センサネットワーク［6］，ミリ波通信［7］を無線 PAN の対象としているが［8］，ここでは最大通信距離は無線 PAN よりも短いが，類似する機能を提供する ISO で扱われる短距離（近距離，近接，近傍などとも記される）無線も含めて解説する．

2．パーソナルエリアネットワークとその位置付け
無線ネットワークは，使用周波数帯や，通信距離，通信速度，送信電力，変調方式など様々な分類が可能であるが，IEEE802 委員会をはじめとして通信距離で分類されることが多い．通信距離による無線ネットワークの通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

電 話 網 に 相 当 す る 広 域 網（ 無 線 WAN：Wide Area

ネットワークにおける周波数と通信速度の関係を図 2 にNetwork），携帯電話網と同様基地局を通して端末間で示す．

の通信を行うが一つの基地局で半径数 km をカバーする

通信距離による分類では，無線ネットワークは，携帯解説論文

分類を図 1，表 1 に示す．また，以下で解説する各無線

無線 MAN（Metropolitan Area Network），従来有線で

無線ＷＡＮ

無線ＭＡＮ

無線ＬＡＮ

無線ＰＡＮ

短距離
無線
10〜20 m
約100 m
数km

基地局を介してグローバルな通信が可能（携帯電話網）

図1
表1

無線 PAN
無線 LAN

無線 MAN

無線 WAN

標準化機関

例

備

考

・通信方式ごとに個別（主に ISO）

・RFID
・DSRC
・NFC
・赤外線
・特定小電力無線，微弱無線・1 対 1 通信が主・IEEE802.15

・IEEE802.15.1（Bluetooth）
・IEEE802.15.3a（UWB）
・IEEE802.15.4

・業界団体
Bluetooth SIG, WiMedia Alliance,UWB Forum, ZigBee Alliance 等

・IEEE802.11

・IEEE802.11b/a/g
・IEEE802.11n（次世代高速版）

・業界団体
Wi-Fi Alliance・IEEE802.16（BWA）

・IEEE802.16-2004（固定 WiMAX）
・IEEE802.16e（モバイル WiMAX）
・MBTDD-W，MBFDD
・iBurst 拡張 (625k-MC モード）・業界団体
WiMAX Forum・第 2 世代（PDC，GSM 等）
・第 3 世代（W-CDMA, cdma2000）
・第 3.5 世代（HSDPA, EVDO）

・現在は第 2 世代と第 3 世代が利用されている・2013 年ごろ以降に第 4 世代へ

・IEEE802.20（MBWA,
高速移動体対応）
・3GPP，3GPP2

アドホックネットワーク

短距離無線

通信距離から見た現在の無線ネットワーク
センサネットワーク

ネットワーク

通信距離から見た無線ネットワーク

UWB

IEEE802.11n
100 M

通信速度［bit/s］

IEEE802.11g
10 M

IEEE802.11a

IEEE802.11b
IEEE802.16-2004
IEEE802.16e

1MBluetooth

NFC

IEEE802.15.4

100 k

図2

RF-ID

100 M

1G
周波数［Hz］

10 G

小特集❶

10 k
10 M

DSRC

100 G

各無線ネットワークにおける周波数と通信速度の関係

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

45

は Ethernet（IEEE802.3） に 代 表 さ れ る LAN（Local

細かなサービス，情報を提供する」ネットワークとしてArea Network）や構内網と呼ばれてきた無線 LAN，通重要な役割を果たしていく．

信距離が最大約 10 〜 20 m の無線 PAN，更にそれ以下

3．パーソナルエリアネットワークの動向と仕様概要の短距離無線に分けられる［9］．
また，現在はまだ研究中で実用化のめどが明確になっていないがパーソナルエリアネットワークの範疇 に入る

無線ネットワークの全体的な動向とその中でのパーソ通信技術として，人体とその周辺部が比較的良好な導体

ナ ル エ リ ア ネ ッ ト ワ ー ク の 位 置 付 け を 述 べ た 後，であることに着目し，人体を通信経路とする人体通信技

IEEE802.15 を除く各パーソナルエリアネットワークの術（Near-field Intrabody Communication または Proxi-

仕様概要を解説する．
3.1 無線ネットワークの動向とパーソナルエリアネット

mity Communication） を ベ ー ス と す る BAN（Body

ワーク

Access Network または Body Area Network. IEEE802.5
Study Group MBAN（M は Medical）
において検討開始）

パーソナルエリアネットワークを含む無線ネットワー

がある
［10］
［11］
， ．BAN は，腕時計やヘッドマウントディ

クの全体的な現在及び将来の動向としては大きく，ブ

スプレイなどのウェアラブル端末同士の通信や，ウェア

ロードバンド化，ユビキタス化，ネットワーク間連携がラブル端末と将来身の回りの環境に埋め込まれる微小コ挙げられる．ユビキタス化の内容としては，センサの収ンピュータ群との通信に用いられることが想定され，最容，マルチホップ通信，端末の移動への対応，省電力化

大 10 Mbit/s 程度の通信速度，医療やヘルスケアなどへなどを挙げることができる．図 3 にこれらの動向を，標の応用が目標とされている．

準化における IEEE 委員会の TG（Task Group）も含めアドホックネットワーク，センサネットワークなどのた形でまとめて示す．

無線ネットワークや，今後無線が主流となる一般家庭をパーソナルエリアネットワークから見ると，ブロード対象とした情報家電ネットワーク（ホームネットワーク）

バンド化，ユビキタス化，ネットワーク間連携の三つの動などは，ユビキタスシステム（本論文では，ユビキタス

向については，
ユビキタス化との関連が最も強い．ブロー

コンピューティングとユビキタスネットワークの融合形

ドバンド化では UWB の製品開発とミリ波帯を用いた態をユビキタスシステムと呼ぶ）環境において重要な役

ネットワークの研究開発が活発化し，ネットワーク連携

割を果たす．これらのネットワークは，通信距離によるについては技術開発が緒についたばかりという状況であ分類されたものではないが，通信距離との対応では，短り，3.2 〜 3.5 では主にユビキタス化の視点から述べる．

距離無線〜無線 LAN に位置づけられる［9］
［12］
， ．

（ 1 ） ブロードバンド化

パーソナルエリアネットワークは，ユビキタスシステ

パーソナルエリアネットワークにおけるブロードバン

ム環境においては，今後様々な形で，故 Mark Weiser

ド化については，UWB とミリ波帯を用いたネットワー

が記した，「人々に見えないあるいは意識しないところ

クが挙げられる．100 Mbit/s オーダの通信速度をねらいで，様々な生活局面でその状況に合わせて的確かつきめと し 3.1 〜 10.6 GHz の マ イ ク ロ 波 帯 を 用 い た UWB

ブロードバンド化

短距離
無線

シームレス連携802.15.3a（UWB）
802.15.3c（ミリ波）

802.11n802.16-2004
802.16m

3.5G（HSDPA,
EV-DO）
→4G

無線
PAN

無線
LAN

無線
MAN

無線
WAN

802.21（MIH ）

802.11f/r
センサ

ユビキタス化---- 802.15.4, 802.15.4d
802.15.4a（UWB）

メッシュ ---- 802.15.5
移動制御 ----

IETF

図3

46

802.11u802.11s

802.16j
802.16e802.20

MANET

NEMO,
MobileIP

無線ネットワークの全体動向（802 の前の IEEE は省略）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

表2てきたが，方式を一本化できず 2006 年に解散）の実用化，
IEEE802.15.3c における Gbit/s オーダの通信速度をねらいとしミリ波帯を用いたネットワークの標準化が進展しつつある．
（ 2 ） ユビキタス化
センサは，ユビキタスシステムにおける状況認識の要素機能を提供し，センサの収容はパーソナルエリアネッ
トワークを特徴づけるものであり，省電力化の視点からも重要である．接続されたセンサ群を統一的に制御する
センサネットワークの動向については，3.4 で述べる．
マルチホップ通信，端末の移動への対応については，アドホックネットワークのもつ特徴的な機能であり，3.5
でその動向を述べる［13］〜［15］．IEEE802 委員会では，
無線 PAN，無線 LAN，無線 MAN に関し，それぞれ

解説論文（Ultra-Wideband，IEEE802.15.3a で標準化が進められ

特定小電力無線と微弱無線の主要な諸元と用途

方 式

特定小電力無線

微弱無線

規格

独自

独自

伝送速度

2.4 kbit/s

2 kbit/s

利用周波数帯域 429 MHz

307.74 MHz
316.74 MHz

伝送距離30 〜 300 m

30 m

消費電力
（通信／待機）59 mW/0.3 mW

66 mW/3.3 mW

これまでの主な 音声アシスト用無 線電話， 微弱型コードレス電
用途
無線呼出し，リモコン，ワ 話，ワイヤレスマイク，
イヤレスマイク，補聴援助 非 常 警 報 送 信 機，
用ワイヤレスマイク， 構内 自動ドア送信機，リ
ページャ，インターホン，テ モコン等
レメータ，医療用テレメータ，
移動体識別，移動体 検知
センサ，レーダ，画像伝送，
プリンタバッファ等

IEEE802.15.5，IEEE802.11s，IEEE802.16j の 各 TG に
おいて，メッシュネットワークと呼ぶ，マルチホップ通tion），ITS（Intelligent Transport System，高度道路交信の制御方式の標準化を進めている．メッシュネット

通システム）
における自動料金徴収用の ETC（Electronic

ワークでは，近未来の実用化の観点から当面端末の移動

Toll Collection system，ノンストップ自動料金支払いシまでは想定せず，基地局あるいはアクセスポイントの間ス テ ム ） で 用 い ら れ て い る DSRC（Dedicated Shortを無線のみでマルチホップさせる
［13］
［14］
， ．

Range Communication，専用狭域通信）が代表的である．

（ 3 ） ネットワーク間連携

ISO では，RFID，NFC の各技術はそれぞれ非接触セパーソナルエリアネットワークのもつ局所性，及びパーンサ，非接触 IC カードに分類され，将来はともにセンソナルエリアネットワーク内では必ずしも IP（Internet

サネットワーク（例えば ZigBee）のエンドデバイスとしProtocol）を使用しないことから，例えば IEEE802.21 でて動作させることも考えられる．

検討された MIH（Media Independent Handover）と呼ば（ 1 ） 特定小電力無線と微弱無線

れるネットワーク間連携では，その対象は無線 WAN，無特定小電力無線は，1992 年の旧微弱無線の規格の廃線 MAN，無線 LAN，有線の Ethernet までであり，無止に伴って登場し，同時通信 ( 複信 ) も可能である．表線 PAN は陽には扱われていない．

2 に特定小電力無線と旧微弱無線の主要な諸元，応用分

パーソナルエリアネットワークとしては，後述するように，現状ではまだ多くのネットワークが単独としても野の比較を示す［16］．
（ 2 ） 赤外線
赤外線を用いた無線通信については，無線 LAN の標技術は今後の開発に負うところが多い．例えば，今後セ準化を進める IEEE802.11 において 1990 年代初頭に検ンサネットワークやアドホックネットワークにおいて討された後，1993 年に業界団体として発足した IrDA

は，本格的な実用化の段階では，バックエンドの IP（Infrared Data Association） が 標 準 化 を 進 め て き た．

（Internet Protocol）ネットワークとのシームレス連携機

IrDA は，波長 850 〜 900 nm の赤外線による無線イン能が重要となる．

タフェースの業界標準化を目指すコンソーシアムとして

3.2 短距離無線

設立された．IrDA によって標準化された方式が，当初

短距離無線には，古くからトランシーバやリモコン，の IEEE 802.11 の PHY（物理層）規格の一つになった．

無線マイク，業務用のバーコード読取り用，商品タグのIrDA 方 式 に は，1 m 以 上 の 通 信 距 離 で， 最 大 16

管理用などに使われてきたものから，近年非接触 IC カー

Mbit/s の伝送速度を目標とし，部品コストが安いとい

ド，非接触センサ，あるいは車の走行と連動して利用さうメリットがある．しかし，光の伝送の特徴である強い

れるものまで，多様な形態が出現している．古くから使直進性（遮へい物があるとシャドーイングにより通信でわれてきたものとしては，特定小電力無線，微弱無線，きない），送信側と受信側の軸調整が必要，などの課題

赤 外 線 が あ る． 近 年 利 用 さ れ 始 め た も の と し て は，がある．このため，赤外線を用いた無線通信は，直進性RFID（Radio Frequency Identification，無線移動識別），の問題が大きな障害とならない，例えば家電のリモコンJR 東日本の Suica や JR 西日本の ICOCA 更に携帯電話制御のような限定された場面での利用にとどまっているで も 用 い ら れ て い る NFC（Near Field Communica-

［9］
［17］
， ．

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

47

小特集❶

研究開発途上にあり，ネットワーク間の連携についての

（ 3 ） RFID

ベースから構成される．図 4 に，RFID タグの部分の認電子化された一方の情報をもう一方が正確に電子デー

識における動作原理を示す．周波数の分類による各特性

タで引き出したり，引き渡したりする手段で，IC タグ

を表 4 に示す．世界的には，通信距離が長い UHF 帯のや無線タグ，電子タグなどとも呼ばれる．第 2 次世界大

実用化（大きい貨物の単位での読取り・書換えが可能）へ

戦中に米国で敵と味方の戦闘機の識別用に開発されたの期待が高く，5 m 強の通信距離に加え高い読取り精度

レーダ技術の応用といわれ，その後 1970 年代に民間にを実現するための技術開発が進められている［16］．

開放され，1980 年代以降国内においても工場内での部
表3

品管理の自動化ツールとして活用されてきた［14］．現在の RFID は，2001 年以降，インタフェースの標準化，機器の小型軽量化，低価格化に伴い，ユビキタスネット
ワークのキーデバイスとして急速に注目を集め，ユビキ
タスネットワーク技術の象徴として実用化が進展しつつある．以下では，既に利用例が多い，読取り装置から電波を発信しタグ側が ID を送り出すパッシブ RFID について述べる．RFID タグの特徴を表 3 に示す［16］．
RFID を用いたシステムは，RFID タグ，RFID リー

RFID の特徴

非接触

通信距離は平均で 1 〜 100 cm

被覆可能

遮へい物（金属を除く）
が入っても認識できる

小型・薄型

貼付け可能な商品や製品の幅が広がる

ユニーク ID

チップ単体に個別の識別子があるため，モノを個別に管理可能

環境・耐久性

汚れ，振動に強く経年変化が少ないため，長期間にも耐えられる

書換え可能

いったん書き込んだ情報に新たな情報を加えたり，書換えができる

ダ／ライタ，リーダ／ライタを制御するコンピュータ，タ

読み書きの自由度 移動していても読み書きが可能

グの ID や読取り情報，センサ情報を管理するデータ

複数同時読取り複数のタグを一度に認識することが可能

コンピュータ，
データベース

コントローラ送受信部④リーダは受信し受信した情報を処理

メモリ①リーダ（読取り装置）
から電波を発射③RFIDタグはその電力を利用しメモリに記録している情報をリーダのアン
テナに送信

アンテナ

送受信部

②誘導電圧を発生し，更に電力を発生アンテナ

リーダ／ライタタグ

図4
表4

RFID の構成と動作
RFID の周波数別の特性
UHF（900 MHz 付近の帯域）

135 kHz 未満

13.56 MHz

アンテナの大きさ

やや大

やや大

やや小

やや小

送電方式

電磁誘導

電磁誘導

電波

電波

通信距離

〜1m

〜1m

〜7m

〜2m

指向性

2.45 GHz広い（弱い）

広い（弱い）

シャープ（やや強い）

シャープ
（強い）

オンメタル

△

×

△

△

対電磁ノイズ×△○○

対無線 LAN

○

○

○

×

対水分

○

○

△

×

日本

○

○

○（2005 年）

○

米国

○

○

○

○

欧州

○

○

○

△

日本では，100 m 以上でも読み書き可能な 433 MHz をコンテナ輸出入管理用に認可（2006 年 9 月）

48

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

表 5 に想定されている RFID の主な応用を示す．当面れるタグを一意に識別するための読取り専用の ID と，は物流，資産管理が主体であるが，繰返しの読込みと書利用者が書換え可能なユーザ領域（最大 8 kByte 程度）が込みが可能で，悪条件での耐久性をもつため，商品を追ある．この UID に関する国際標準が EPC（Electronic

跡する技術（トレーサビリティ）が注目されている．ト

Product Code）である．EPC の標準化は，EPC グロー

レーサビリティは，商品の生産地から流通機構を通して

バル（旧 Auto-ID センタ）によって推進されている．

消費者に届き実際に消費されるまでのライフサイクルを

Auto-ID センタは，1999 年に自動認識技術のプロジェ

管理することを可能にし，盗難発見や食品衛生，医療支

ク ト と し て 米 国 の MIT（Massachusetts Institute of援，環境リサイクルなど，人々の生活にも多くの利便性

Technology）に設立された．その後 Auto-ID センタは，を提供する．

2003 年に発展的解消を遂げて，ビジネスへの導入と研な お， 国 内 で は EPC グ ロ ー バ ル の ほ か に，YRP

究開発の二つの役割に分かれることになった．前者のビ（Yokosuka Research Park）ユビキタスネットワーキン

ジネスへの導入とそれに関連する標準化の活動を行う非グ研究所のユビキタス ID センタにおいて提唱されてい営利組織（NPO：Non-Profit Organization）として，バーる，商品に限らずあらゆるものを対象とした ucode があ

コ ー ド の 管 理 団 体 が あ る UCC/EAN（Uniform Codeる．ucode は RFID 以外に，アクティブチップ，ID チッCouncil/European Article Number）の活動を引き継ぐ

プ，バーコード，IC カードなども対象としている．表 6形で 2003 年に EPC グローバルが設立された．EPC グに EPC グローバルとユビキタス ID の比較を示す［14］．

ローバルによる RFID のシステムは EPC ネットワーク（ 4 ） NFCと呼ばれるが，その構成と動作を図 5 に示す．

NFC は，ソニーとフィリップスが開発し 2002 年に発

ONS
サーバ

PML：Physical Markup Language
ONS：Object Name System
EPC
RFID

Savant

①EPC

リーダ

②EPC

Savant

③EPC
④
⑤EPC
⑧

分散環境で動作する通信ソフトウェア．EPC をもとに ONS
サーバ，PML サーバと通信を行う．複数の質問に対し IDのチェック，データのスムージング，タスク管理を行う．

ONS

インターネットにおける DNS と同様の手順で EPC を IP ア
ドレスに変換する．Savant サーバからの問合せに対して，
PML ファイルの格納されているアドレスを通知する．

PML

インターネットにおける XML に準拠した言語フォーマット
で，モノの識別情報を記述する．

図5③④PMLサーバのIPアドレス

インターネット⑧PMLで記述された
モノの情報

⑤

PML
サーバ
⑦PMLで記述された
モノの情報

⑥EPC

アプリケー
ション

EPC ネットワークの構成と動作
表5

RFID の想定応用

食物や薬などのトレーサビリティ，SCM，郵便物の追跡，航空貨物の管理，家電リサイクル等の廃棄物管理資産管理

商品の盗難防止，図書館等における本の管理，工場の部品在庫管理

人や動物の動きの管理

入退室管理，構内敷地・空港等における車両管理，交通量管理，スポーツにおける時間の管理，
学生証・社員証，電子パスポート，高齢者・障害者・小学生，ペット，家畜の監視

防犯・防災，偽造防止

イモビライザ，ホームセキュリティ，防災・消防，薬や有価証券，ブランド商品等の偽造防止

マーケティング

RF-ID ポスター等による広告・販促

情報提供

博物館等での展示品解説・案内

支払い・チケット

道路料金の自動徴収，駐車場の自動化，公共交通機関の定期券，イベントの入場券，食堂の清算，
電子財布，スキーリフト券

家庭での利用RFID タグに反応する電子レンジ，洗濯機，冷蔵庫等

ウェアラブル端末

RFID タグやリーダを身体に装着

小特集❶

物流管理

物流管理，資産管理用に RFID が適用される主な商品： 食品，衣料，薬品，家具，文具，玩具，書籍等

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

解説論文

RFID には，UID（Unique Item identification）と呼ば

49

表6

EPC グローバルとユビキタス ID の比較
EPC グローバル

ユビキタス ID（ucode）

設立時期

米国拠点は 1999 年
日本拠点は 2003 年 1 月

2003 年 3 月
（国内）

設立母体

米国 MIT

T-Engine フォーラム

ID の長さ96 ビット (128 ビットも検討）

フォーマットなしの 128 ビット（128 ビット単位で拡張可能）

国内で使用する周波数帯

13.56 MHz，UHF 帯，2.45 GHz（候補） 13.56 MHz，2.45 GHz ほか

無線通信の仕様ISO に提案・準拠（UHF 帯では ISO18000-6）

当初想定するアプリケーション例

流通システムでの商品追跡，万引き防止， モバイル機器，情報家電等生活空間での各種用途
ブランド品の海賊版防止等

ISO14443，同 15693 等非接触 IC カードの既存の無線通信仕様を利用．ITUSG13（ネットワーク型 ID）
で検討

リーダ／ライタのハードウェア，OS Philips，Motorola，TI による共通仕様

T-Engine と eTRON

インターネットの利用

利用を想定

選択肢の一つネットワーク上のシステム

データ収集用ソフト Savant，名前解決用 開発中
サーバ ONS 等

セキュリティ

利 用 者 が 無 線 通 信 機 能 を オ フ に で き る eTRON によるリアルタイム PKI 等
Kill コマンド等

eTRON: entity and economy TRON

表7

表8

NFC の主要な諸元と応用

DSRC（日本）の主要な諸元と応用

周波数

5.8 GHz

通信方式

アクティブ
路側機：全二重データ伝送速度

上り下りともに 1 Mbit/s，4 Mbit/s

通信距離数 m 〜数十 m

マンチェスター

変調方式

ASK，QPSK

・乗車券 / 定期券の非接触読取り
・携帯電話と連携させた電子マネー（決済の承認）
・公共交通機関でのプリペイドカード
・社員証・学生証
・建物・部屋の入退管理
・ディジタルカメラやオーディオ機器の制御

プロトコル

同期式

応用例

・ETC による自動料金徴収
・AHS（Advanced cruise-assist Highway
Systems：走行支援システム）・インターネット接続
・音楽や動画のダウンロード
・IP 電話・駐車場の入出庫管理
・ガソリンスタンドやコンビニでの代金支払い
・物流管理

周波数帯

13.56 MHz

通信距離

約 10 cm（双方向通信可能）

通信速度

106 〜 424 kbit/s，
または 212 kbit/s

変調方式

ASK 10％

符号化方式

主な応用

表した非接触 IC カードの近距離通信技術である．2002
年に ECMA International（European Computer Manufac-

車載機：半二重turers Association，欧州コンピュータ工業会）に提案され，ECMA-340 と し て 認 め ら れ た 後，2003 年 に ISO/IEC IS 18092 として国際標準化された．NFC チップが搭載された機器を双方が特定できる距離に近づけること
で，相互に認識し合い情報交換ができる．
NFC には，ソニーの FeliCa とフィリップスの Mifareの通信方式が含まれており，両者との通信互換性が保証されている．NFC の通信規格と主な応用を表 7 に示す．
（ 5 ） DSRC

表9

IEEE802.11p の主要な諸元

通信速度

3，4，5，6，9，12，18，24，27 Mbit/s(3，6，12 Mbit/s は必須 )変調方式

BPSK OFDM， QPSK OFDM，
16-QAM OFDM， 64-QAM OFDM(IEEE802.11a と同じ )誤り訂正符号

K=7 (64 states) 畳込み符号

符号化率1/2， 2/3， 3/4

サブキャリヤ数52

1990 年代半ば以降標準化が進展した双方向無線通信

OFDM シンボル数

8.0 ms技術で，国内では ARIB STD-T75 として標準化され，ガードインタバル

1.6 ms2001 年に ITS における ETC のための通信手段として占有帯域幅

8.3 MHz

利用が開始されている．表 8 に日本の DSRC の主要な諸元と応用を示す．

イヤの空気圧，エンジンオイルの状態などの情報を，ガ

例えばガソリンスタンドにおける応用では，自動車がソリンスタンドの DSRC 無線機に無線で伝えることがガソリンスタンドに入ると同時に，ガソリンの残量，タ可能となる．DSRC は通信速度が速いため，給油中にカー

50

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

動的に済ませたりすることができるようになる．

公表されたセンサネットワークの主な応用を示す．
従来センサネットワークとしては，センサ数個の小規

なお，欧米における DSRC 用の通信については，日本模なものとして特定小電力無線，微弱無線を利用したもと 異 な り IEEE802.11p（ 無 線 LAN の IEEE802.11a のの，主に大学等における研究用として MICA/MOTE な

ハーフレートで最大 27 Mbit/s，米国では 5.9 GHz 帯をどがある［18］．IEEE802.15.4 において物理層と MAC使用）を採用する方向である．日本においても，次世代の（Media Access Control）層が 2003 年に標準化され，業DSRC については，欧米の仕様の採用に関する検討も進界団体である ZigBee Alliance において上位層が標準化められている．
表 9 に IEEE802.11p の主要な諸元を示す．

中の ZigBee の実用化への期待が高まっている
［6］
［
，18］
，

3.3 無線 PAN［19］．更に，2005 年以降，IEEE802.15.4a においては，

IEEE802 委 員 会 に お け る 標 準 化 の 活 動 と し て は，

伝送媒体に UWB を用い，ZigBee と同程度の消費電力でIEEE802.15.1a における Bluetooth，IEEE802.15.4 にお数 Mbit/s の通信速度，数十 cm の測位精度（ZigBee にける低速センサネットワーク（ZigBee で採用）の標準化

は測位機能はない）を目指した高速センサネットワーク

がほぼ終了した一方で，2006 年に Gbit/s オーダの通信の標準化が，
2007 年中の規約化を目標に進められている．

速度を実現する 60 GHz 帯のミリ波を用いた超高速通信

3.5 アドホックネットワークの IEEE802.15.3c が発足している［7］．詳細は本特集号

アドホックネットワーク研究は，1970 年代初頭の米の「パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波

軍における無線パケット通信方式の研究が起源とされ技術と標準化活動」
を参照されたい．

る．戦場のような苛酷な通信環境においても，その場限

3.4 センサネットワーク

りのネットワークを一時的に構築し兵士や戦車間での通センサネットワークの研究の起源は，センシング機能

信を可能にすることを目的とし，1990 年代末からルーを備えたデバイスが開発され始めた 1980 年代初頭とさチングアルゴリズムを中心に研究，標準化が活発化してれ，1990 年代末ごろから徐々に実用化が始まった．こいる．端末の移動も想定したモバイルアドホックネット

れまでのセンサネットワークは，工場やビル，車両などワークに関しては，現在も実用化に向けた研究が続けらにおける計測，監視制御などの業務用途が主体であった．

れている．

しかし今後は，防犯･防災や，高齢者などに装着された

アドホックネットワークを定義づける特徴として，

バイオセンサ（体温，脈拍，血圧，血糖値，心電，筋電

・固定的なネットワークインフラが存在しないなどを計測）による医療･健康を目的として，一般家庭な・集中管理機構がない

どコンシューマへの浸透が期待される．RFID との共通

・ネットワークトポロジーが変化（端末の移動，電池点も多いが，図 6 に総務省において検討され 2003 年に切れなど）

マンション等ビル管理
セキュリティ・
安全・快適性向上

都市，自然災害の監視・多数で多様なセンサ等が分散配置
・センサ同士がアドホックネットワークを形成
・ネットワークを通じて様々な状況や環境の情報が連携→高度システム，多彩なアプリケーションが実現
・配線不要による設置コスト等の低減化が可能

プラント，設備
異常監視

解説論文

オーディオに音楽をダウンロードしたり，料金決済も自

構造物
劣化監視

物品の流通管理小特集❶

図6

ユビキタスセンサネットワーク技術の将来の利用イメージ（総務省「ユビキタスセン
サネットワーク技術に関する調査研究会」2004 年度の資料より）

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

51

・マルチホップで通信の比較を示す．

が挙げられる［11］，［12］．インターネットも携帯電話もメッシュネットワークについては，無線 LAN を物理

固定的なインフラをもつため，アドホックネットワーク

網とした独自のインタフェースによるシステムが既に数ではない．

多く製品化されている．この無線 LAN を物理網とする想定される応用を表 10 に示す．通信環境に関して戦

メッシュネットワーク実現のための方式の標準化は，場との類似性がある災害時の利用（携帯電話網の基地局

IEEE802.11s に お い て 進 め ら れ て い る．IEEE802.11sのダウンやトラヒック集中による通話制限を想定）につ

では，アドホックネットワークの機能を MAC 層で実現

いては，既に多くの実証実験が国内外において実施されするための従来の MAC 機能の拡張，ルーチング制御，ている．

QoS 制御（輻輳制御，レート制御），周波数チャネル選択，

アドホックネットワークは，近未来の実用化を想定しセキュリティ，他のネットワークとの相互接続，省電力て移動端末をその制御対象とせず基地局／アクセスポイ化の方式等についての詳細な検討がなされている．2008

ントのみでネットワークを構成するメッシュネットワー

年の早い時期には標準化が終了する予定である．

クと，移動端末も含めノードの移動を前提とするモバイ

モバイルアドホックネットワークが実用化される時点

ルアドホックネットワークに分けられる．表 11 に両者

では，表 10 に示すようにパーソナルエリアネットワー
クとしての機能を駆使した各種のアプリケーションに活

表 10分

アドホックネットワークの主な応用

類

概

要

軍事利用

・戦場における兵士，戦車，戦艦，戦闘機間の通信

災害時の利用・地震，津波，洪水，台風，竜巻が発生した
ときの警察や消防による捜索，救出，緊急通報，避難誘導，被害情報の収集・連絡，復旧活動支援．被災者同士の安否確認

パーソナルエリア ・商品倉庫管理，建設工事現場，農場などにネットワークによ おける各種管理
るサービス
・ショッピングモール，テーマパーク，イベ
ント会場，スタジアム等における P2P 情報配信（広告配信・ナビゲーション等）
・情報家電ネットワークにおける各種機器の制御・端末（携帯電話，PDA，ノート PC，ウェ
アラブル端末）間通信
ITS・車車間通信による事故発生や工事などにお（テレマティクス） ける混雑状況や迂回路情報のリアルタイム
通知，カーナビへの反映
・路車間通信によるサービスエリアのサービ
ス情報配信

表 11

用されることが期待される．更に，DSRC との関係も含
めた，VANET（Vehicular Ad hoc NETwork）と呼ばれる ITS への応用も今後の課題である．

4．パーソナルエリアネットワークの今後の展望と課題
2005 年以降，特に有線ネットワークにおいては次世
代ネットワーク NGN（Next Generation Network）の議
論 が 活 発 に な っ て い る．ITU-T（International Telecommunications Union-Telecommunications Sector）
より，既に Y.2001（NGN の定義）と Y.2011（NGN の参照モデル）の二つの勧告が発行され，アーキテクチャ
や機能構成についても具体的に検討が進められている．
NGN は，移動体通信のオール IP 化に関する検討の中で 仕 様 化 さ れ た IMS（IP based Multimedia Subsystem，IMS は 3GPP 呼称で，3GPP2 では MMD（MultiMedia Domain）に対応）をサービス基盤として図 7 に示

モバイルアドホックネットワークとメッシュネットワーク
モバイルアドホック
ネットワーク利用

52

メッシュネットワーク

当面： 戦場，災害時などの一時的な利用 定常的に利用
将来： 平常時の利用（非標準のネットワークは多く製品化されている）（実用ネットワークはほとんどない）

ネットワークトポロジー 動的に変化

当面は変化を前提としない（基地局 / アクセスポイントのみでメッシュを構成）
独自仕様の製品は多い

物理ネットワーク問わない

無線 LAN を対象として各種方式の標準化が進展（IEEE802.11s），
無 線 MAN（WiMAX） に お い て も 議 論 開 始（IEEE802.16j）

標準化機関

IETF（MANET WG，
AUTOCONFIG WG 等）

IEEE802

実現レイヤ

レイヤ 3（ネットワーク層）

レイヤ 2（MAC 層）

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

2010

解説論文

2005

2015

オールIP化移動

IMS → LTE, SAE
Beyond 3G

移動＋固定

FMC
UMA
OnePhone
BT Fusion

移動＋固定
＋
放送

フェムトセル

FMBC+

ワンセグ → NGN@Home →IPTV
ホームゲートウェイ

FMC：Fixed Mobile Convergence

図7

ユビキタス
通信放送融合センサ/ アドホックネットワーク

FMBC：Fixed Mobile Broadcast Convergence

NGN のロードマップ

すような進展が予想されている．すなわち 2010 年以降と非 IP ネットワークの間の柔軟な連携を可能にするネッ

は，NGN の主要なサービスとして，ユビキタスシステ

トワークアーキテクチャが必要となる［20］
［21］
， ．

ムが挙げられている．

（ 2 ） いっそうのセキュリティ強化

また，今後のユビキタスシステムの進展については，

パーソナルエリアネットワークは，一般には通信距離

総務省などによる調査では，ネットワークに接続されるが短い分情報漏えいの抑制には効果的であるが，それ以端末・デバイス（PC や携帯電話から RFID タグ，セン上にエンドデバイスの数が急速なペースで増加すること

サ，情報家電，車載端末，自律走行ロボット，ウェアラ

により漏えいや傍受の危険性がかえって大きくなる

ブル端末など）の数は，2005 年，2010 年，2015 年にお［22］，［23］． プ ラ イ バ シ ー 保 護，DDoS（Distributed

いてそれぞれ世界で約 108，1010，1012 すなわち 5 年ごと

Denial of Service），情報の改ざん防止を含めたセキュに約 100 倍の割合で増加する，という報告がある［14］．

リティ機能（暗号強度，スケーラビリティなど）の強化が

これらの調査では，一人当り 1 端末･デバイスという求 め ら れ る． 更 に， 無 線 LAN に お い て い く つ か のオーダが 2010 年，その後 2015 年には一人当り 100 端末・

EAP（Extensible Authentication Protocol）が新たに提デバイスということになり，NGN がユビキタスシステ

案され標準化されたように，無線システムにおいては有ムへ対応する時期にほぼ合致する．

線システムと比較して認証機能がより重要になる．夥し

更にその後は，おびただしい数の端末・デバイスがネッ

い数のノードが想定されるユビキタスシステム環境でトワークに接続され，バックボーンの IP ネットワーク

は，EAP を 利 用 す る 現 在 の WPA（Wi-fi Protectedと連携して，人々により幅広くきめ細かな利便性を提供

Access）のような認証システムではスケールしないするものと期待される．しかし，このようなユビキタス

［17］
［24］
， ．そのため，新しい認証技術が求められる．

ネットワーク社会が進化していくための課題について，また，モバイルアドホックネットワークでは，他人の携帯端末を無断で中継ノードとして利用する場合が考え（ 1 ） 柔軟なネットワークアーキテクチャ

られる．中継時には，何らかの形で端末の通信部分の制

RFID や簡易なセンサは，ロボットやウェアラブル端御を行うため，悪意がある場合は端末内に不正アクセス

末に実装されるものも含め，今後小型軽量化，低価格化，を試みることも考えられる．更に端末の電力も消費する．

低消費電力化が進展する．RFID タグは 2010 年で 1 個 1

インターネット上で既に多くの実用サービスが提供され円程度を目標としており，これらの末端のエンドデバイている P2P（Peer-to-Peer）通信の問題と共通するが，スとの通信では IP を使用しないのが一般的となる．この

モバイルアドホックネットワークにおいても，セキュリ

ユビキタス化の傾向はますます進展し，非 IP で接続されティ確保の上で更に，他人の通信のために自分の携帯端るパーソナルエリアネットワーク（時には低価格化の追求

末が中継用に使われる，ということへの社会的認知が必や劣悪な無線通信環境のために低信頼で高遅延のネット

要になる．

ワークになることもあり得る）が著しく増大する．非 IP（ 3 ） 高ノード密度環境にける高信頼通信

ネットワークとバックエンドの IP ネットワークとの連携

多くのセンサ群を接続した大規模センサネットワーク

による，エンドデバイスに関する様々な属性情報の検索

や，災害時などに携帯電話をもった多くの被災者が避難や，エンドデバイスからの読取り情報の解析，そのフィー場所に殺到するようなモバイルアドホックネットワー

ドバックなどが重要であり，疎に密に，IP ネットワーク

ク，更に利用者が多くのウェアラブル端末を装着した場

解説論文：パーソナルエリアネットワークとその動向

53

小特集❶

筆者の考えとして以下が挙げられる．

合などにおいては，ノードの密度が高く短距離間の通信が同時に多数発生する．一定以上のノード密度，通信発
生頻度になると干渉などによりパケット損失率が著しく増大し，正常な通信がほとんどできなくなるという報告もある［14］．このような環境でも，コグニティブ無線
［25］
［26］
， などの技術も駆使し干渉などを抑制し，パケッ
ト到達率を高めるような通信制御方式が重要となる．
（ 4 ） 小型軽量大容量電池と低消費電力デバイス，効率的なスリープ制御，低消費電力プロトコルの開発
小型軽量大容量電池と低消費電力デバイス，効率的なスリープ制御に対する要請は，パーソナルエリアネット
ワークに限らず，組込みシステムをはじめ多くのシステ
ムにおいて共通の課題である．しかし，ユビキタスシス
テムが，「人々に見えないあるいは意識しないところでき
め細かなサービス，情報を提供する」ためには，これらの低消費電力化に向けたいっそうの技術開発が求められる．
また，アドホックネットワークでは，エンド・エンドの経路を発見するために制御パケットをフラッディング（制御パケットを受信したノードが次々に隣接するノード群にブロードキャスト）する必要があり，最大 5 ホッ
プ程度の小規模なネットワークでも，一つのエンド･エンドの経路を発見するのに数百オーダの制御パケットが通信される［14］．更に，端末の移動が激しい場合は，経路の切断が頻繁に発生するため再経路構築のためのフ
ラッディングの頻度が高くなり，各端末の電力が大量に消費される．消費電力を極力抑えたフラッディングベー
スのルーチングプロトコルや MAC プロトコルなどの開発が重要となる．
文

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54

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ワーク技術，東京電機大学出版局，2006.
［20］ 阪田史郎，高田広章（編著），組込みシステム，情報処理学会（編），オーム社，2006.
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［23］ 阪田史郎（監修），オンライン詐欺に関するユーザー調査，
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Professional, 2004.（加藤聰彦（監訳）無線 LAN セキュリティ─ IEEE802.11i と WPA の実際，共立出版，2006.）［25］ J. Mitola and G. Q. Maguire, “Cognitive radio: Making
software radios more personal, ” IEEE Pers. Wirel.
Commun., vol. 6, no. 4, pp.13 ─ 18, Aug. 1999.
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2007.
（平成 19 年 4 月 2 日受付，5 月 7 日再受付）

阪田 史郎（正員）▶昭 47 早大・理工・電子通信卒．昭 49
同大大学院修士課程了．同年 NEC（日本電気）入社．以来，同社中央研究所にてイ
ンターネット，マルチメディア通信，モバ
イルコンピューティング，ユビキタスシス
テム等の研究に従事．工博．平 9 同社パー
ソナル C&C 研究所所長，平 11 同社インターネットステム研究所所長．平 9 〜 11
奈良先端科学技術大学院大学客員教授，平 9 〜 11 情報処理学会
理事．平 13 情報処理学会フェロー．平１5 〜 17 本会企画理事．
平 16 〜 18 情報処理学会監事．平 19 より本会評議員，平 16 より千葉大学大学院教授．「マルチメディアシステム」（昭晃堂），「モ
バイルコンピューティング」（アスキー出版），「インターネットと
QoS 制御」（裳華房），「インターネット・プロトコル」，「ユビキタス
技術 無 線 LAN」，
「組込みシステム」（オーム社），「ワイヤレス・
ユビキタス」，「情報家電プロトコル」，「ZigBee センサネットワー
ク」（秀和システム），「無線通信技術大全」（リックテレコム），「アド
ホックネットワークとメッシュネットワーク」（コロナ社）ほか著
書・共著書 30 余．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

解説論文

パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

A Technology that Realize the Personal Area Network̶Bluetooth̶

酒井五雄

†

Itsuo Sakai†

Summary

する」とも記述されている．
前述の白書で列挙されているネットワークの中で，Bluetooth は半径 10 メートル程度の比較的近距離の無Bluetooth は 2.4 GHz 帯域を使用する「パーソナルエリ

線通信を実現する技術である．また比較的近距離のネッ

アネットワーク」（後述）のための近距離無線規格で，1998
年 4 月に 1 Mbit/s の伝送速度をもつ基本仕様が発表されトワークは一般に「パーソナルエリアネットワーク

た．本論文では Bluetooth のハードウェア，ソフトウェアの基本構成及び動作を説明し，「だれでも手軽に使うことを目指した無線規格」としての観点から，無線 LAN との競合回避，接続時間の短縮及び伝送速度高速化というこれまでの仕様更新の要点に関して述べた後，将来に向けた Bluetooth の動向を紹介する．

Key words（Personal Area Network）」と呼ばれ，この用途に使われる無線技術としては Bluetooth のほかに Zigbee が国
際標準規格として実用化されている．表 1 に「ローカル
エリアネットワーク（Local Area Network）」用途とされている IEEE802.11b/g 規格の無線 LAN を加えた 3 方式の概要比較を示す．Bluetooth の伝送速度は Ver 1.1
で 1 Mbit/s であるが，後述する EDR モードなどで 2
Mbit/s，3 Mbit/s を実現する．
情報機器分野では IEEE802.11b 規格の無線 LAN がユビキタス，Bluetooth，パーソナルエリアネットワーク，

1990 年代後半から事務所等の業務用途で使われている．

ISM，UWB

一方 1998 年 4 月に，Bluetooth と呼ばれる近距離無線技
術が発表され，翌年 7 月に仕様が一般公開された．仕様

1．ま え が き
平成 16 年版情報通信白書の第 4 節「ユビキタスネット
ワーク社会の実現と課題」の中で，「ユビキタスネット
ワーク社会とは，『いつでも，どこでも，何でも，誰でも』策定当初から民生機器搭載を目的として，低コストや低消費電力を重視していたため，情報機器や携帯電話をはじめとする関係業界が注目した．
本論文では最初に Bluetooth の要素技術について，次
いで技術的変遷の概要と今後の動向について述べる．

ネットワークにつながることにより，様々なサービスが2．Bluetooth のハードウェア，ソフトウェア技術提供され，人々の生活をより豊かにする社会である」と定義されている．更に「ユビキタスネットワーク社会で

2.1 ハードウェア

は，ADSL，FTTH 等のブロードバンド回線，第 3 世
ネットワークが多様化し，端末においてもテレビ，冷蔵
庫や洗濯機等の家電がネットワークにつながり，電子タ
グ等の小型チップが様々なものに付けられるなど多様化†（株）
ビーテーキュー，東京都
BTQ Corporation, Tokyo, 110-0005 Japan

Bluetooth は最初から量産機器への搭載を目指しているため，高周波部を歩留り良く集積化できる周波数と出力を選択することが低コスト化に重要であった．同時に伝送速度を稼ぐためには高い周波数帯域での動作が求められる．また広く民生機器に搭載されるためには無線局免許の不要な帯域が求められる．これらの条件を満足する解として国際的に工業・科学・医療分野に割り当てら

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

55

小特集❶

代携帯電話，無線 LAN，ブルートゥース（Bluetooth）等，

表1
項 目
主たる用途
最大伝送速度（Mbit/s）

表2
項Bluetooth と他の無線方式の概要比較
Bluetooth

ZigBee802.11b/g

データ通信
音声通信

モニタリング制御

有線 LAN のコードレス化

1, 2, 30.25

11, 54

接続ノード数

7

64000

32（推奨値）

伝送距離（m）

Class 1：30 〜 100Class 2：3 〜 1030 〜 100

30 〜 100

電池寿命

○

◎

△

搭載製品

携帯電話
ハンズフリー機器
携帯プレーヤセンサ
リモコン

ノートパソコン
PDA

規格名称

IEEE802.15.1

IEEE802.15.4

IEEE802.11b
IEEE802.11g

Bluetooth の主要緒元（Ver 1.1）

目

仕 様

使用周波数

2.402 〜 2.480 GHz

空中線出力Class 1：1 mW 以下，
Class 2：1 〜 4 mW
Class 3：4 〜 100 mW

変調方式

周波数ホッピングスペクトル拡散方式（一次変調：2 値 FSK 方式）

ホッピング速度

毎秒 1600 回

ホッピングチャネル

79 チャネル

最大実効伝送速度

対称通信モード ：433.9 kbit/s
非対称通信モード：723.2 kbit/s＋57.6 kbit/s

個体識別 ID(1 MHz 間隔 )48 bit

ンジは電源を半波整流した 50 Hz または 60 Hz の周期で外部空間へわずかな電波が漏えいするとともに，加熱対象物やその量によってスペクトルが変動する．このため，電子レンジを使っている近傍では特定のチャネルでのデータ転送は失敗するが，誤り再送手法によってエラーフリー伝送を実現する．
変調は通常 2 段階で行われ，まず低い周波数で FSK（Frequency Shift Keying）変調（一次変調）を行う．FSK
変調方式とは搬送波 fc を中心に，周波数偏差 Df を加えた（ f c ＋ Df ）を論理「1」，同じく減じた（ f c − Df ）を論理｢0｣ と定義するものである．なお，変調速度は 1 bit/msである．次に，可変周波数発振器で所定の出力周波数から f c を減じた第 2 搬送波を発生させ，これと一次変調
出力とを混合器を通して合成する（二次変調）．この可変れている 2.4 GHz 帯で，集積回路外に終段パワーアンプ

周波数発振器は，625 ms ごとに合成後の出力周波数がの付加が不要な出力 1 mW という基本仕様が決められ

2.402 GHz から 2.480 GHz の 1 MHz ステップとなる周た．Bluetooth の無線部の主要緒元を表 2 に示す．

波数をベースバンド処理部（後述）からの指示で発生す無線部は 2.402 GHz から 2.480 GHz まで，1 MHz ス

る．空中線出力は標準タイプで 1 mW，コードレス電話

テップの 79 チャネルを用いる FH（周波数ホッピング）

親機のように据置機器用には高出力タイプとして送信出タイプの SS（スペクトル拡散）方式が採用されている．

力制御付きの 100 mW まで，更に 1 mW 未満の 3 クラ

この方式は，ある一定時間ごとに送受信の Bluetoothスが規定されている．これらの値は日本では無線局免許

機器間で，79 のチャネルをランダムに切り換えて通信及び無線従事者免許が不要ないわゆる特定小電力機器のすることにより，ある程度長い時間で見ると広い帯域に範囲内となっている．

スペクトルを拡散できる．79 チャネルの切換順序とタ

実用使用範囲は標準タイプで半径 10 m 程度を想定しイミングが一致した送信装置と受信装置間で連続したている．そして，最大実効伝送速度は対称通信モードでデータ伝送が可能となる．

433.9 kbit/s，非対称通信モードで 723.2 kbit/s と 57.6

Bluetooth では毎秒 1600 回というこれまでに例を見kbit/s である．また，音声伝送モードとして 64 kbit/s

ない高速ホッピングが採用され，同じ周波数帯域の他のが規定されている．また，Bluetooth モジュールの個体システム，例えばホッピング周期が毎秒 50 回の FHSS

識別には IEEE802 で規定・管理されている MAC アド方式の無線 LAN 等との競合によるデータ欠落を小規模レスが製造段階で組み込まれて ID（Identification）としに分散させることができる．これにより，両者が同時て用いられる．

に使われても若干のパフォーマンス低下で使用が可能となる．
また家庭などでは電子レンジが妨害源となる．電子レ

56

Bluetooth は図 1 のように 2.4 GHz 無線部，ベースバ
ンド処理部，リンクマネージャの 3 機能ブロックから構成されるモジュールが，高周波特性を管理されて供給さ

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

図1

ベースバンド処理部

スレーブ 1

リンク
マネージャ

解説論文

2.4 GHz
無線部

スレーブ 2

スレーブ 7
スレーブ 3マスタ

Bluetooth モジュール
スレーブ 6

スレーブ 4

スレーブ 5れ，多くの機器はこのようなモジュールを搭載している．
当初は無線部はアナログ IC，他の 2 機能ブロックはソフトウェアで処理するための MPU（Micro Processor

図2

ピコネット

Unit）ベースのセミカクタム IC，そしてプログラム格納のための ROM の 3 チップで構成されていた．2001 年

Standby

末あたりから 2.4 GHz 無線部にも対応できるアナログ
ディジタル混在プロセスでの量産化が主流となって，1個の IC と ROM（Read Only Memory）から構成される

Inquiry

小型化モジュールが一般化した．

Page

2.2 ピコネット（Piconet）
電波という目に見えない通信路を不特定多数の機器でTransmit

有効に使うためには，割当周波数内で互いに独立した複数の通信路として多重利用する仕組みが必要となる．

図3

FHSS 方式ではホッピング周波数の切換順序とそのタイ

Connect

Bluetooth の状態遷移（マスタ側）

ミングが一致することで 1 組の無線機器の通信路が形成される．FHSS 方式で周波数帯域を多重化利用するため

レーブの同時応答による電波の衝突発生を低減していには，複数のホッピングチャネル切換パターンを決めて，る．更に同じ受信チャネルの複数の Bluetooth 機器がマ干渉距離にある対向機器ペア間では異なる切換パターン

スタの呼びかけに応答する場合を想定して，それぞれ内を設定することが考えられる．しかしこれは固定設置機部で発生した乱数によって応答タイミングを遅延させる器が主体の無線方式では許容できても，携帯情報機器とことで，衝突確率を低減する仕組みとなっている．
マスタ機器は一定時間このような「Inquiry（探索）」動

適さない．このため Bluetooth では「ピコネット」と呼作を行ってリスト表示する．使用者はその中から接続すばれる独創的な手法で通信路を形成する仕組みを備える機器を最大 7 台まで指定できる．このようにしてマスている．

タ機器は最大 7 台のスレーブ機器との間で「ピコネット」「ピコネット」では，図 2 のような 1 台のマスタと 7 台を形成する．スレーブ機器は，マスタ機器からビーコン

までのスレーブから構成される機器群が共通の通信路をと呼ばれる信号を受信しており，常に送受信に備えて内用 い る ネ ッ ト ワ ー ク と な る． 電 源 投 入 後， す べ て の部クロックをマスタ機器に同期させている．また，マス

Bluetooth は「Standby（待機）」状態で定められたチャネ

タ機器の指示によってピコネットの状態を保持して低電ルを受信している．ここである機器の Bluetooth がその力待機モードに遷移させることができる．3 種類の低電上位のシステムよりマスタとしての設定がなされると，力待機モードはどれも動作停止状態から内部タイマで一図 3 に 示 す よ う に マ ス タ は 周 囲 の Bluetooth を 探 す

定期間ごとにビーコン及び復帰コマンドの受信動作のみ「Inquiry」動作を行う．定められたパケット構造により，を行い，自己への呼びかけがなければ再度動作停止状態

これを認識した Bluetooth はマスタに対して自己の IDに戻ることを繰り返すもので，受信復帰までの周期が長（ 固 有 ア ド レ ス ） 情 報 を 送 る． な お こ の 際， 個 々 のい順に「Park」「Hold」「Sniff」が定義されている．当然，Bluetooth は電源投入時からの内部クロックカウントを間欠的な受信動作が長いほど平均消費電力値は低くなもとにして受信チャネルを決定している . このため，マる．このように 3 種類の低電力待機モードを規定するこスタが送信チャネルを切り換えて「Inquiry」動作を繰りとで，マスタ機器側のアプリケーションプログラムに返す際に，マスタの送信チャネルと待受け受信チャネル

よって，最も適した選択ができるように配慮されている．

が一致したスレーブだけが，その送信チャネルに対応し2.3 セキュリティ

た応答タイミングで応答する．このように受信チャネル

マスタ機器がピコネット上のスレーブ機器に対して通を分散させることで，マスタの呼びかけに複数のス

信を最初に始める場合は，「Page（呼出し）」モードに

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

57

小特集❶

いう持ち運ばれるものへの搭載を目指す Bluetooth にはよって特定のスレーブ機器を指定する．このモードではマスタ機器から乱数を送り，スレーブ機器はこれと自己

3 Bluetooth の変遷の ID とを定められたアルゴリズムで演算する．こうして得られた結果をマスタ機器に送り返し，同時にマスタ

3.1 AFH（Adaptive Frequency Hopping）

機器においても送信した乱数とリストに登録されたス

IEEE802.11b/g 規格の無線 LAN は Bluetooth と同じ

レーブ機器 ID を用いて同じアルゴリズムで生成された周波数帯域に中心周波数 2412 MHz から 6 MHz 間隔で結果と照合してスレーブ機器の認証を行う．ここで重要

11 チャネル（日本では旧 ISM 帯域と連結使用すれば 14

なのは，ID はユーザレベルでは書換えできないことと，

チャネル）を使用している．近くに設置された互いに独

乱数や演算結果はアプリケーションなどの上位システム

立した無線 LAN 機器システムは，最低 5 チャネル離れから読み取る，あるいは書き換えることができないため，たチャネルを使わないと，無線 LAN システム間での周認証の安全性が確保されている点である．

波 数 競 合 が 発 生 す る． 一 方 初 期 の Bluetooth は 無 線

この認証に成功すると「Connect（接続）」モードを経て図 3 の状態遷移図の「Transmit（送信）」モードに移行

LAN との間で，すべての無線 LAN チャネルにおいて周波数競合が発生した．

する．この際，伝送データを保護するための暗号化伝送

そこで 2003 年 11 月に特定のチャネルを避けてホッピもマスタ機器のアプリケーションによっては指定可能でングする AFH（Adaptive Frequency Hopping）機能をある．暗号鍵としてはマスタ機器から送られる 128 bit

盛り込んだ Bluetooth 仕様 V1.2 が発表された．

の初期コードと通信ごとの乱数及びスレーブ機器 ID を

AFH は，Bluetooth の 79 ホッピングチャネルの特定定められたアルゴリズムで演算した結果を用いる．このチャネルだけを使って通信を行う機能である．使用チャ

結果，個々のスレーブごとのみならず同じスレーブ機器

ネル決定の具体例としては，使用者がマスタ機器側のに対しても「Connect（接続）」を経るごとに新しい暗号

ユーティリティに無線 LAN で使っている周波数または鍵が生成されて，データのセキュリティを確保している．

チ ャ ネ ル を 入 力 す る こ と で， そ れ を 避 け る よ う に「Transmit」モードでは図 4 に示すようにホッピング

Bluetooth の使用チャネルを決める方法が製品化されて周期 1600 回／秒の逆数である 625 ms がフレームと呼ばいる．

れる基本単位となっている．前述のとおり，フレームご

従来は 2402 MHz から 2480 MHz までの 1 MHz おきとに 79 チャネルのうち，一つのチャネルが切り換えての 79 チャネルを，仕様に基づいた擬似的にランダムな利用される．伝送内容は用途によって様々なため，図 4

チャネル切換（ホッピング）パターンで通信した．使用周に示す 1 フレーム／パケットの伝送パターンのほかに，3波数チャネルすなわちホッピングパターンは全帯域を均

フレーム／パケット，5 フレーム／パケットの合計 3 種類

一に利用するため，無線 LAN との周波数競合が起こっが定められている．表 1 の最大伝送速度及び表 2 の最大て互いにパフォーマンスが下がることがあった．

実効伝送速度は 5 フレーム／パケットの場合に得られる．

仕 様 V1.2 の AFH 機 能 に よ れ ば， 無 線 LAN とパケット長は，長ければ長いほど伝送速度は向上する

Bluetooth 機器との周波数競合を避けることができる．

が，一方で誤り環境下では誤り検出によるパケット再送

図 5 に AFH 動作させた Bluetooth の出力波形をスペク頻度が高くなり，実効伝送速度が著しく低下する．このト ル ア ナ ラ イ ザ で 測 定 し た 一 例 を 示 す． ま た 図 6 にため，マスタ側アプリケーションプログラムが常に伝送

IEEE802.11b 規格の無線 LAN の出力測定例を示す．ど

品質を監視することによって，その状態で最も実効伝送

ちらも横軸は中心周波数が 2.441 GHz で表示間隔が 10速度を高くできるパケット長に切り換えて使うのが効果

MHz/div である．

的である．

図 5 の例では，空いているように見える中央部分は，無線 LAN のためにホッピングを避けるようチャネル設
定して動作させている．図 6 と対比させて見れば，両者f (k)f (k +1)の動作周波数が分離されているのが分かる．
使用を避けるチャネルが増加すると，Bluetooth がデータ伝送に使うチャネルが減る．しかし，周波数ホッマスタ

ピング方式のスペクトル拡散方式が成立するためにはあPacketる程度のチャネル数が必要である．Bluetooth では最低ホッピングチャネルを 20 としている．

スレーブ

図 7 に 無 線 LAN と の 周 波 数 共 用 例 を 示 す． 無 線

625 µs

図4

58

f (k +2)

LAN を同一空間で最大限利用する場合，周波数競合を送信タイミング

避けるために無線 LAN チャネルを 1，6，11 に設定す通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

図5

AFH 動作させた Bluetooth の出力

図6IEEE802.11b 規格の無線 LAN の出力

Worst Case での Bluetooth の実使用チャネル
無線 LAN Ch.1

2.400

2.410

2.420

図7

無線 LAN Ch.6

2.430

2.440

無線 LAN Ch.11

2.450

2.460

2.470

2.480 GHz

複数の無線 LAN システムと空き周波数領域る必要がある（3 システム同時利用）．この場合，各無線
LAN チャネルの間，及びチャネル 11 よりも高い周波数帯域に未使用部分があり，これらの合計が約 20 チャネ

Inquire

ルとなる．

f1 f2
Tx

f3 f4

f7 f8

f3 f4

f5 f6

Rx

更に FCC247.15 及び欧州の EN300328 規格で周波数
ホッピング方式のスペクトル拡散方式の必要要件として

f5 f6

Back Off Time
Scannerf4

最低ホッピングチャネル数がそれぞれ 15，20 と定めら

f4
First FHSれていることから，両規格を満たす値として 20 が採用

図8されている．

Inquiry への応答タイミング

3.2 接続時間短縮機能

下では仕様 V1.1 以前の機器の接続時間より短縮され（ 1 ） First FHSる．

Bluetooth 仕様 V1.1 以前では，最初に周りの Bluetooth（ 2 ） インタレースドスキャン

機器の存在を探索する「Inquiry」パケットを認識しても，

Bluetooth は Inquiry 過程では特定の 32 チャネルを使

その直後の応答スロットでは応答が保留されていた．こうことが仕様で定められている．そして電源が投入されれは多くの Bluetooth 機器の存在を想定し，各機器が内た Bluetooth 機器はその 32 チャネルのうち，内部パラ部で発生させた乱数に定数を掛けた時間後の応答スロッメータから仕様に基づいて算出した特定の 1 チャネルでトで応答することで，応答タイミングを分散させるのが間欠受信を行っている．
一方，Inquiry を行う Bluetooth 機器は仕様に基づいねらいであった．

て 32 チャネルの並べ換え処理を行い，並び順で前半（A）

スロットにも応答を許すことで，応答する Bluetooth 機と後半（B）の 2 群に分ける．そして仕様 V1.1 以前では，器が少ない場合の応答時間短縮を図った．仮に複数の

図 9 のように 2.56 秒ごとに片方の群を繰り返し続けて

Bluetooth 機器が同時に応答して衝突しても，各機器が送出した．このため，たまたま A 群に属するチャネル

内部で発生させた乱数に定数を掛けた時間後の応答スで受信している Bluetooth 機器は最初の 2.56 秒の間にロットへの応答を複数回繰り返す．したがって同じ条件

検索パケットが受信できる．しかし反対に，B 群に属す

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

59

小特集❶

しかし仕様 V1.2 では図 8 に示すように，最初の応答

1 train (10 ms)
f1 f2
Tx

f3 f4

f5 f6

…

A A B B B

+90
f13 f14f7 f8

f15 f16

+45

+135

Rx

A A A

Train A set (2.56 s)

図9

…

0

+180
B B A A A

Train B set (2.56 s)
+315

+225

仕様 V1.1 以前のスキャン方式

+270

図 11

1 train (10 ms)
f1 f2
Tx

f3 f4

f5 f6

f7 f8

f13 f14f15 f16

r/4 シフト DQPSK 変調

Enhanced Data Rate の略で，V1.2 以前の仕様のデータ伝送速度 1 Mbit/s を改善したことを意味するネーミン

Rx

グである．
A B A

…

A B A B A

Train A set (2.56 s)

図 10

…

A B A B A

Train B set (2.56 s)

仕様 V1.2 のインタレースドスキャン

こ の 伝 送 モ ー ド は こ れ ま で の Bluetooth 仕 様 V1.1，
及び V1.2 と接続互換性を保持している．
そのため，
探索，
接続及びデータ送信パケットのヘッダ部分は従来と同じ
2 値 GFSK 方式で変調する．あらかじめネゴシエーショ
ン段階で互いに V2.0 + EDR 対応 Bluetooth と確認できるチャネルで受信している Bluetooth 機器は最初の 2.56

た場合には，ペイロードと呼ばれるデータ通信ブロック

秒の間には絶対に検索パケットを受信できない．

だけを r/4 シフト DQPSK 変調で送受信する．

それに対して仕様 V1.2 では図 10 に示すように A，Br/4 シフト DQPSK は 4 値の位相変調方式で，図 11の 2 群のチャネルを交互に使用して検索パケットを送に示すように位相偏移は± r/4 あるいは± 3r/4 となる．このため A 群及び B 群のどのチャネルも最初のる．また，図の中心部の矢印のように，位相が r/4a ず

2.56 秒で検索パケットの送出に使われる．したがってい

れた 2 組の変復調ポイント（0°, 90°, 180°, 270°）と（45°,かなる受信チャネルで待機している Bluetooth 機器でも135°, 225°, 315°）を交互に使って（0, 0）から（1, 1）の 4 値

早い段階から待機チャネルでの検索パケットが送出されに 対 応 さ せ る． こ の 複 雑 な 手 順 の 見 返 り に， 単 純 なる．

DQSPK に比べ，変調後及び復調前の増幅回路の直線性

ここで仕様 V1.1 の機器との接続高速化効果を考えてなど諸性能への要求が緩和される．

みる．First FHS を「送出」できるのは仕様 V1.2 以降の（ 2 ） D8PSK による 3 Mbit/s 伝送モード

Bluetooth 機器であるが，First FHS の「受信」は全仕様

この伝送モードでも 2 Mbit/s 伝送モードと同様，ペで可能である．したがって探索側が仕様 V1.1 以前の機イロードと呼ばれるデータ通信ブロックだけを必要に応種であっても応答側機器が仕様 V1.2 以降のものであれ

じ て D8PSK 変 調 で 送 受 信 す る こ と で， こ れ ま で のば，First FHS による応答及び接続の高速化の恩恵が受Bluetooth 仕様 V1.1 及び V1.2 と接続語互換性を保持しけられる．一方インタレースドスキャンは送出側が仕様ている．この D8PSK は図 11 で示した 8 個の変調ポイ

V1.2 でなければ対応できないが，受信側は仕様 V1.1 以

ントを（0, 0, 0）から（1, 1, 1）の 8 値に対応させる変調方前のものでも恩恵が受けられる．

式である．

このように仕様 V1.2 の First FHS とインタレースド

Bluetooth の ロ ゴ 認 証 規 定 で， 仕 様 V2.0 + EDR は

スキャンの両方を用いれば，送受どちらが旧仕様であっ

r/4 シ フ ト DQPSK に よ る 2 Mbit/s 伝 送 モ ー ド の サても応答及び接続高速化機能の一方の恩恵を受けること

ポートは必須項目となっている．一方 8DPSK による 3ができる．

Mbit/s 伝送モードはオプション（任意）項目と規定され

3.3 データ伝送速度の高速化ている．

（ 1 ） r/4 シフト DQPSK による 2 Mbit/s 伝送モード（ 3 ） 仕様 V2.0+EDR に向いた用途

かねてから Bluetooth のデータ伝送速度の向上を望む

r/4 シフト DQPSK による 2 Mbit/s 伝送モード及び声 は 強 か っ た． こ れ に こ た え て 2004 年 11 月 に

D8PSK による 3 Mbit/s 伝送モードは，今後の音声・音Bluetooth 仕 様 V2.0+EDR が 発 表 さ れ た．EDR は楽応用製品で伝送品質の向上に寄与するものと期待され

60

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

SCO
Audio

Video/
HiFi Audio

RF CommInternet

Printing/
Imaging

Business Card
Exchange

File Transfer

HID

Cars

Headsets

Service
Discovery
SDP

PAN

AVP

L2CAP
Link Manager

楽伝送用途には現状の伝送速度で十分実用に供することが可能なためである．
しかし今後は動画像伝送機器のワイヤレス化が期待さいるが，Bluetooth では UWB との融合で解決を図ってConvergence
UWB MAC

Bluetooth RFUWB PHY

図 12

テムで，既に身近な存在となっている．これは音声・音れている．この要求は様々な無線規格に広く求められてBluetooth Baseband

Bluetooth

携帯電話，自動車搭載オーディオ／ナビゲーションシス

解説論文

HID

に紹介した．今日の主要な Bluetooth 機器の応用分野はBluetooth or UWB

いる．1 日も早く Bluetooth V3.0 仕様が完成し，それを搭載した製品の実現が待たれる．
文
UWB

Bluetooth と UWB の融合概念図ている．もちろん通常のデータ伝送でも，伝送速度が速いことがよいのはいうまでもない．
この伝送モードによって単位時間当りの伝送量が増加するため，携帯電話と外部機器との間のマルチプロファ

献［1］ 総務省（編），平成 16 年版情報通信白書，July 2004.
［2］ Bluetooth SIG, “Bluetooth core specification V1.1,” Nov.

2002.

［3］ Bluetooth SIG, “ Bluetooth profile specification V1.1, ”

Nov. 2002.

［4］ Bluetooth SIG, “Bluetooth version 1.2 core specification,
Volume 2,” Nov. 2003.
［5］ Bluetooth SIG, “Qualification program reference document, Revision 1.0,” Feb. 2002.

イル接続（例えば音声通話とデータ通信または音楽伝送（平成 19 年 3 月 26 日受付，6 月 5 日再受付）の同時送受信）も可能となった．

4．今後の動向
4.1 Bluetooth と UWB との融合
Bluetooth の 技 術 面 で 今 後 期 待 さ れ る の は UWB（Ultra-Wideband）とのコラボレーションである．発表

酒井 五雄▶ 1976 名古屋大学大学院工学研究科電気専攻修士課程了．同年（株）東芝入社．パソコン，日本語ワードプロセ ッサ，PHS 内蔵 PDA 等の開発を経て現在（株）ビーテー
キューヘ出向中．

された資料によると既存の Bluetooth の最下位層部分に，Multiband-OFDM Alliance（MBOA）が推進している MB-OFDM（MultiBand Orthogonal Frequency
Division Multiplexing）方式の UWB 無線部を追加した
図 12 に示す構造となっている．
これによると，従来仕様の Bluetooth 機器とは完全互換を保ちつつ，UWB の下位層を有する Bluetooth 機器
間 で は デ ー タ 伝 送 量 の 比 較 的 多 い 用 途 で， 既 存 のBluetooth プロファイルを UWB にも使うことを目指していることが読み取れる．
Bluetooth SIG では，Bluetooth と MB-OFDM 方式の
UWB との融合を実現するための技術的検討グループ
で，既存の仕様を最大限生かすことを念頭に置いて仕様改定作業を行っている．Bluetooth と MB-OFDM 方式の UWB との融合規格は Bluetooth V3.0 と名づけられ，小特集❶

2007 年末に仕様書ドラフト版が公開される予定となっ
ている．

5．む す

び

本論文で Bluetooth の生い立ちから今後の動向を簡単

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ Bluetooth ─

61

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークを実現する技術
─ ZigBee ─

ZigBee ─ Wireless PAN Technology ─

福永 茂

†

Shigeru Fukunaga†

Summary

小型無線デバイスに搭載するのはセンサだけでなく，いくつかのタイプがある．以下にいくつかの小型無線デバイスのタイプの例を示す．

パーソナルエリアネットワークのうち，特に低消費電（ 1 ） センサ搭載タイプ

力，低コストが要求されるユビキタスセンサネットワー
クの標準無線方式として，ZigBee の解説を行う．まずユ

最も多いのは，センサを搭載するタイプである．

ビキタスセンサネットワークの概要を示し，ZigBee とその温度を多くの場所で観測して，山火事の発生を予測すの下位レイヤの国際標準である IEEE802.15.4 の解説を行う．

Key words
ユビキタスセンサネットワーク，ZigBee（注 1），IEEE802.15.4，
低消費電力，低コスト

例えば，温度センサを搭載したデバイスにより，野山るシステムや，火災検知用の温度センサ，煙センサや，侵入検知用の赤外線センサなどを搭載したデバイスを家
庭内に複数設置して，ホームセキュリティを実現する応用例が考えられている．
（ 2 ） アクチュエータ搭載タイプ
機器を制御するためのアクチュエータを搭載するタイプもある．センサ搭載タイプと組み合わせて，センサでとらえた情報により，機器をコントロールすることが可

1．ま え が き能となる．例えば，オフィスに数 m 間隔で温度センサ

1.1 ユビキタスセンサネットワークの概要

理するとともに，空調の吹出し口に風向や風量を制御す

いつでも，どこでも，目的の情報に対して，好みの形でアクセスすることができるユビキタスネットワーク社
会の実現に向けて，ユビキタスセンサネットワークが注目されている．
ユビキタスセンサネットワークとは，通信インフラを必要とせず，至る所に設置した多数の小型センサデバイ
スから収集した情報をもとに，新しい機能やサービスを実現するものである．センサデバイスには近距離通信の無線装置が組み込まれており，アドホックにデバイス同士が直接やり取りをすることでネットワークを構成して，センサが観測したデータをマルチホップに集めるこを設置し，従来よりも小さいエリア単位で温度分布を管るアクチュエータを設置して，エリアごとに空調制御することで，快適な空間を実現することが可能となる．人のいないエリアの空調を抑制する機能を追加するだけでも，ビル全体の管理費用は 30％程度削減できるといわれている．このような，ユビキタスセンサネットワークのことを，「センサ・アクチュエータネットワーク」と呼ぶ場合もある．
（ 3 ） 携帯タイプ
人が持ち歩く携帯タイプもある．携帯タイプの小型無線デバイスには，センサやアクチュエータが搭載されておらず，単に情報をマルチホップ中継したり，情報を人とが可能である．

に表示したりするだけの場合もあるが，このような場合†沖電気工業株式会社センサネットワークベンチャーユニット，蕨市
Sensor Network Venture Unit, Oki Electric Industry Co., Ltd.,
Warabi-shi, 335-8510 Japan

サネットワークの一構成デバイスととらえることとする．

62

でも，携帯タイプの小型無線デバイスをユビキタスセン（注 1）：ZigBee は Koninklijke Philips Electronics N.V. の登録商標である．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

するため，位置を管理することも重要となる．無線の強境事象を面でとらえることが可能になった点が，従来のセンサネットワークと大きく異なる特徴である．

度や到達時間を利用して，位置推定を行う手法も研究さ

更には，これまで測定できなかった情報を得ることで，れている．このような場合は，物理的なセンサを搭載し全く新しい機能を提供できる可能性が広がる点も特徴で

ていなくても，位置センサデバイスと考えることもできある．例えば，多数の車のワイパーの動きを計測するこる．

とで，そのエリアの降雨量を推定する事例などは，従来

例えば，通学中の子供の安全を確保するために，子供のセンサネットワークの概念から大きく飛躍した新しいに携帯型小型無線デバイスを持たせて，周囲のセンサデ機能実現の例である．このことから，ユビキタスセンサ

バイス（身に付けた生体センサや周辺に固定設置されたネットワークとは，一つひとつはあまり重要でない情報

センサなど）と連動させて，誘拐などの異常状況を検出を数多く集めることで，大きな重要情報を得るための仕して，子供の位置や状態を家族などに通知することもで組みと考えることもできる．

きる．また，家庭内のホームセキュリティなどで，周囲

1.3 ユビキタスセンサネットワークの構成例のセンサがとらえた情報を個人に通知するために，携帯

ここで，ユビキタスセンサネットワークの典型的な構デバイスに表示したりすることも考えられる．

解説論文

また携帯タイプのデバイスは，デバイスの位置が変化

成例を紹介する．図 1 にネットワーク構成例を示す．小

これらの携帯デバイスを含むユビキタスセンサネット

型無線デバイスがアドホックにつながり，ユビキタスセ

ワークを実現させるためには，バッチや腕時計，ベルト

ンサネットワークを構成する．受け取ったデータを中継など，身に付けやすい形状に実装したり，PDA や携帯する機能をもつデバイスもあり，データをバケツリレー

ゲーム機など，小型携帯機器に装着できるインタフェー

して伝送するマルチホップネットワークを実現する．まスで実装したりすることも必要である．現在では多くのた，各デバイスのつながり方（ネットワークトポロジー）

人が持ち歩いている携帯電話に組み込むことも普及加速

は，近くのデバイスと自由につながるメッシュ型や親子のかぎとなる．

関係をもつトリー型など様々である．

1.2 従来のセンサネットワークとの違い

ユビキタスセンサネットワークでセンシングしたデー

ところで，設置したセンサから情報を集めて制御に利タは，シンクデバイス（データがたまるという意味でそ用するセンサネットワークは，従来から存在する．例えう呼ばれる）に集められ，GW（ゲートウェイ）
を介して，ば，河川の危険区域の地盤のずれを専用回線を介して監

既存のネットワークに転送される．こうすることで，既視し，土砂崩れを防ぐシステムがある．しかし，従来の存のネットワークで動作しているサーバやクライアント

センサネットワークは，設置コスト等の問題から，センがセンサデータにアクセスでき，いろいろなアプリケー

シングポイントが少なく，点でしか環境事象をとらえる

ションに適用することが可能となる．なお，より複合的ことができなかった．また，センサからの情報伝送の手な機能を実現する際には，図 1 に示すように，異なる複段は，主に有線ケーブルが主流であった．

数のユビキタスセンサネットワークが存在して，それぞ

ユビキタスセンサネットワークでは，センサデバイス

れの GW を介して，必要なデータをやり取りする構成の小型無線化とアドホックネットワーク化により設置自になる．例えば，温度センサだけからなるユビキタスセ

由度が向上し，センシングポイントを増やすことで，環ンサネットワーク A と，空調の吹出し口のアクチュエー

小型無線デバイス

クライアント
端末

既存
ネット
ワーク

GW

小特集❶

GW
サーバ

シンクデバイス

図1

ユビキタスセンサネットワーク

ネットワーク構成例

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─63タからなるユビキタスセンサネットワーク B を組み合

図 2 に各無線規格の範囲を示す．ZigBee は大容量デー

わせて，空調管理を実現できる．この場合，温度センサ

タを伝送することをあきらめ，「低消費電力」，「低コスト」の無線装置と吹出し口アクチュエータの無線装置は，必を追求して規格化が進められている．これは，映像や音ずしも相互接続ができて，直接データを交換できる必要

声などのマルチメディアデータも安定して伝送できるこはない．それぞれの GW を経由してデータを交換できとを目指した Bluetooth や無線 LAN などとは大きく異るように構成すればよい．GW 経由で異種ユビキタスセ

なる．

ンサネットワークを接続する検討をしているものの例として，OSNAP［5］などがある．

以下，ZigBee の特徴を Bluetooth 及び無線 LAN とそ
れぞれ比較したものを表 1 に示す．

ただし，このようなユビキタスセンサネットワークが（ 1 ） 電池寿命

インフラシステムとして世の中に普及していくために

Bluetooth が数週間程度の電池寿命であるのに対しは，相互接続性を確保することが重要となる．同一規格て，ZigBee では数年の電池寿命の実現を目指している．

で多くのシステムに利用できれば，デバイス当りの製造

IEEE802.11b と Bluetooth は，通信機能をスリープすコスト低減にもつながるし，異種システム間連携によるる規定がないため，送信しないときは，常に受信機能を新しい機能を誘発することも可能となる．例えば，携帯動作させ続ける必要がある．逆にいえば，すべてのデバ

電話にセンサデバイスを組み込むことで，家庭では家電

イスが常に受信し続けていることを前提としていろいろ

制御デバイス（リモコン）として，会社では従業員の在席な機能が規定されている．したがって，消費電力が大き

管理用の個人デバイスとして利用できるようになる．

く，電池寿命は短くなる．

ショッピングセンタでの買い物情報の個人向け表示装置

ZigBee は，スリープ機能が規定されており，通信にとしても利用できる．健康管理システムと組み合わせれ必要な期間だけ起動させることで，消費電力を下げるこば，家に居ても外出先でも，いつでも健康管理サービスとができる．スリープしないで通信する長さの割合

を継続して受けることが可能となる．

（デューティ比）はアプリケーションに依存し，デュー
ティ比が小さいほど電池寿命が長くなる．

2．ZigBee と IEEE802.15.4 の概要（ 2 ） 複雑さ

2.1 ZigBee の特徴

式を利用しており，RF 部やベースバンド部が複雑にな

このような相互接続性を実現するものとして，ZigBee

る．32 ビット程度の高級なホスト CPU も必要とし，チッBluetooth は，周波数ホッピング拡散の FSK 変調方Alliance［1］で規格化が進められている近距離無線方式の ZigBee が期待されている．

プセット全体のコストも高くなる．
一方，ZigBee では直接拡散 O-QPSK 変調方式などを

ユビキタスセンサネットワークでは，センサデータや利用し，RF 部やベースバンド部を簡易に構成することアクチュエータの制御データのサイズは数バイト程度とができる．そのため，機能を絞り込めば 8 ビットや 16

小さく，発生頻度も数分から数時間に 1 回などと低いこ

ビットの CPU で構成することも可能である．

とから，低レートの伝送ができれば十分である．その代
わり，いろいろな場所に数多く設置するという観点から，また，後述するクラスタトリールーチングも複雑さの低減につながっている．

電池駆動の要求が高い．

テキスト

インターネット／音声

ビデオ
（圧縮）

マルチチャネルディジタル

高802.15.3/WIMEDIA

消費電力

>

802.11a/HL2 & 802.11g
802.11b低<Bluetooth

ZigBee
低

図2

64

<

実際のスループット>

高各無線規格の範囲

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

離が伸びる可能性がある（注 2）．また，日本では現在使用

IEEE802.11b と Bluetooth では，一つの親デバイスにすることができないが，ZigBee で規定されている 868

接続できる子デバイスの数に制限があり，大規模なMHz 帯や 915 MHz 帯の方が，2.4 GHz 帯よりも一般的

PAN を構成することができない．ZigBee では，十分なに，通信距離は 2 倍程度長い．

アドレス空間を割り当てることで，デバイス数の制限な（ 6 ） 伝送レート

く，更にマルチホップネットワークを構成することが可

マルチメディアデータの伝送を行う IEEE802.11b や能であり，大規模な PAN を構成することが可能となる．

Bluetooth は，数 Mbit/s と高い伝送レートであるのになお，ZigBee の接続デバイス数が 64,000 となってい対して，ZigBee では，テキストデータを低頻度で送る

るのは，規格策定の過程で大きいアドレス空間を割り当ことを想定しており，伝送レートは 250 kbit/s とかなりてたためであり，実際に 64,000 台のデバイスと直接通低い．

信することを想定しているわけではない．

解説論文（ 3 ） 接続可能デバイス数

ただし，この伝送レートは，理想状況下にある 2 台の（ 4 ） 接続遅延時間

デバイス間での伝送レートである．実際には通信前にBluetooth は，周波数ホッピングための情報共有に時CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with

間を要するが，ZigBee は接続プロトコルを大幅に簡略

Collision Avoidance）でのキャリヤセンスを行ったり，化しているため，30 ミリ秒で無線通信が可能になる．

伝送確認のための ACK 信号を返送したりする必要があ

このため，リモコンのスイッチなど，ZigBee は時間遅るため，実効的な伝送レートは 250 kbit/s の数分の 1 に延に厳しいアプリケーションにも適している．

落ちる．

（ 5 ） 通信距離

また，同一空間に複数のデバイスが存在する場合は，ZigBee は，屋外など周囲に何もない場所では，100 m

同時に通信を行うと電波干渉が発生するため，デバイス

以上の距離でも通信できるが，屋内など周囲に通信に影数が増えるにつれて，実効伝送レートは低下する．

響を与えるもの（壁や机など）がある場所では，見通し

更に，マルチホップ伝送を行う場合には，一つの中継

30 〜 40 m 程度の通信距離となる．ただし，この値はデバイスの送信信号と受信信号が干渉しないように，送2.4 GHz 帯で送信出力が 1 mW 程度の場合であり，日本

信と受信は別々のタイミングで行う必要がある．そのたの電波法の上限である 10 mW で送信すると更に通信距

め，電波が届く範囲内でのホップ数が増えれば，ホップ数に応じて伝送レートは下がってしまう．

表1
特 徴

したがって，電波が届く範囲に数十のデバイスが存在

各無線方式の比較

してマルチホップ通信を行う場合には，実効伝送レート

ZigBeeBluetooth

IEEE802.11b

電池寿命

数年

数日

数時間

複雑さ

○

△

×

64,000732

接続可能デバイス数
接続遅延時間は数〜数十 kbit/s 程度になることもある．
（ 7 ） セキュリティ
ZigBee では，128 ビットの AES ブロック暗号方式を使用して，認証や暗号を行う．

30 ms

10 s

3s

通信距離

30 〜 100 m

10 m

100 〜 300 m

伝送レート

250 kbit/s

1 Mbit/s

11 Mbit/s

セキュリティ

128 bit AES による認証，暗号64 bit,
128 bit

認証用 ID，
WEP

また，低コストを目指しているため，ホスト CPU のもつ計算能力は期待できない．したがって，暗号化や認（注 2）：利用できる最大送信出力は ZigBee では規定しておらず，各国の電波法に従う．

Application

Customer

Application Interface
Network Layer
Security

MAC Layer

小特集❶

Data Link Layer

ZigBeeIEEE802.15.4

PHY Layer

図3

ZigBee のレイヤ構成

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─65

証では，PC や携帯電話等で一般的な公開鍵暗号方式での会合にて審議が終了し，投票による承認後，標準化さはなく，処理量の少ない共通鍵暗号方式を使用する．共れる予定である．

通鍵暗号方式では，認証を行うデバイス同士が共通の鍵（ 3 ） 15.4bをもつため，一つのデバイスの鍵がシステム外へもれて

15.4 PHY の修正規格であり，2006 年に標準化された．

しまうと，そこからシステムの安全性が大きく崩れてし

15.4 のあいまいな記述の修正だけでなく，新しい変調方

まうことになる．

式の追加，ビーコンモード，セキュリティなどの機能拡

このような脅威への対策として，定期的な鍵更新などの仕組みを入れることが考えられる．ZigBee では，鍵更新を実現するための規定も審議中である．
2.2 ZigBee と IEEE802.15.4 の通信レイヤ構成張を行った．
現在，IEEE802.15.4 といえば，正式には 15.4b での修正を含めた全体の規格のことを指すが，明示的に
IEEE802.15.4-2006 と表現する場合もある．

図 3 に ZigBee の通信レイヤ構成を示す．下位レイヤ

なお，最新の ZigBee-2006 では，まだ IEEE802.5.4-2006

である PHY レイヤや MAC レイヤは IEEE802.15.4 でには対応しておらず，IEEE802.15.4-2003 を参照したま

標準化されており，ネットワークレイヤやセキュリティ

まである．

機能，アプリケーションとのインタフェースなどは，（ 4 ） 15.4c

ZigBee で規格化が進められている．

中国で WPAN 向けに新しく割り当てられた三つのサ
ブギガバンド（注 3）（315 MHz 帯，430 MHz 帯，780 MHz

3．IEEE802.15.4

帯）に適応するための 15.4 PHY と MAC の修正規格．
現在，SG で中国で検討中の CWPAN（Chinese Wireless

3.1 IEEE802.15 シリーズ

PAN）の進捗状況を確認しながら，規格の範囲などを審IEEE802.15［2］ シ リ ー ズ は，WPAN（Wireless

議中．

Personal Area Network）向け無線通信方式の標準規格（ 5 ） 15.4dであり，以下のような規格が存在する．なお，15.4 の一

日本で WPAN 向けに割当が審議されているサブギガ

部と 15.5，15.BAN はまだ審議中である．

バンド（950 MHz 帯）に適応するための 15.4 PHY と・15.1：Bluetooth

MAC の修正規格．現在，日本における電波法改正に向・15.2：共存問題（802.11 との干渉問題などを扱う）

けた審議状況を確認しながら，チャネルモデルなどの技

・15.3：高伝送レート WPAN の物理レイヤ（PHY）と術条件を TG で審議中．

MAC 層を規定
・15.4： 低 伝 送 レ ー ト WPAN の PHY と MAC を 規
定（=ZigBee の PHY，MAC）
・15.5：15.1 や 15.4 でメッシュルーチングを実現するための規格であり，現在，技術条件を TG（TaskGroup）で審議中．
・15.BAN：Body Area Network の略であり，身体の3.3 IEEE802.15.4 の周波数帯
IEEE802.15.4 では，現在三つの周波数帯が規定されている．図 4 に各帯域のチャネル割当を示す．
（ 1 ） 868 MHz 帯
欧州のみで利用できるサブギガバンドである．チャネ
ル幅が 600 kHz で 1 チャネルしか割り当てられていな
いため，やや利用しにくい帯域である．

周辺や内部を伝送媒体とする無線規格．主に医療や（ 2 ） 915 MHz 帯

健康管理向けであり，現在，市場要求などを SG

米国でのみ利用できるサブギガバンドである．2 MHz（Study Group：TG の前段階の審議グループ）で審間隔で 10 チャネルが割り当てられており，多くの応用

議中．

例での利用が期待されている．

3.2 IEEE802.15.4 シリーズ
IEEE802.15.4［3］は，IEEE802.15 シリーズの低伝送レート版として 2003 年に標準化され，2006 年に拡張された．

（ 3 ） 2.4 GHz 帯
全世界で利用できる ISM バンドであり，現在の 15.4の中では，唯一，日本で利用できる帯域である．
2 MHz 幅のチャネルが 5 MHz 間隔で割り当てられて（ 1 ） 15.4いるため，拡散変調方式の効果が高く，電波干渉に強い

低伝送レートを対象とした WPAN の PHY と MAC仕様になっている．

の規定であり，2003 年に標準化された．現在の ZigBee

グローバルに利用できることから，多くの LSI や機の PHY と MAC の規定である．

器が既に製品化されており，グローバルな応用に適して（ 2 ） 15.4aいる．また，出荷量が多いため，コストパフォーマンスUWB（Ultra Wide Band）技術を用いて，距離測定機
能 を 高 め た 15.4 PHY の alternative 規 格．2007 年 3 月

66（注 3）：サブギガバンドとは，1 GHz よりも下の帯域という意味であり，UHF 帯あたりを指す．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

チャネル 0868 MHz PHY

Fc = 868.3, for k = 0
868.0〜868.6 MHz

868.3 MHz915 MHz PHY

チャネル 1〜10

2 MHz
Fc = 906 + 2(k - 1), for k = 1〜10
902〜928 MHz
928 MHz902 MHz
2.4 GHz PHY

チャネル 11〜26
2.4 GHz

5 MHz

2.4835 GHz

Fc = 2405 + 5(k - 11), for k = 11〜26
2400〜2483.5 MHz

図4

IEEE802.15.4 のチャネル割当が高くなることも期待されている．
一方，無線 LAN や Bluetooth，RFID システムなど，
多くの無線方式が利用しており，電子レンジや機械装置から発生する雑音なども混在する帯域であるため，通信品質が不安定になる可能性がある．
3.4 変 調 方 式

表2IEEE802.15.4-2003 の変調方式

周波数帯2.4 GHz915 MHz

チャネル数

16

10

1

変調方式

O-QPSK

BPSK

BPSK

伝送レート

250 kbit/s

40 kbit/s

20 kbit/s

使用可能地域

全世界

米国

欧州

868 MHz

表 2 に IEEE802.15.4-2003 における変調方式を示す．
IEEE802.15.4-2003 では三つの周波数帯でそれぞれ変調方式が規定されている．

表3

2.4 GHz 帯では，周波数利用効率の高い O-QPSK 方

周波数帯式が採用されており，伝送レートは 250 kbit/s と高い．

チャネル数

一方，サブギガバンドである 868 MHz 帯と 915 MHz 帯

変調方式

では BPSK 方式が規定されており，伝送レートは低い．

伝送レート

表 3 に IEEE802.15.4-2006 で追加された変調方式を示IEEE802.15.4-2006 で追加された変調方式

使用可能地域

915 MHz868 MHz

10

1

ASK

O-QPSKASKO-QPSK

250 kbit/s 250 kbit/s 250 kbit/s 100 kbit/s
米国

欧州

す．サブギガバンドの周波数利用効率を高めるため，
IEEE802.15.4-2006 では，二つの変調方式がそれぞれ追加規定された．
3.5 デバイスタイプ
IEEE802.15.4 では，FFD（Full Function Device）とRFD（Reduced Function Device）の二つのデバイスタ
イプが定義されている．
・FFD の主な機能➢ PAN コーディネータやルータになれる➢ 他の FFD や RFD と通信可能➢ スター型や P2P 型，クラスタトリー型など複数のトポロジーに対応
・RFD の主な機能
ネータやルータにはなれない）➢ FFD とのみ通信可能➢ P2P 通信には対応できない➢ 低コストを実現
FFD は，IEEE802.15.4 のすべての機能（Full Func-

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

マルチホップ通信のためのルーチング機能を実装する．
一方 RFD は，一部の機能のみ（Reduced Function）をサポートしたデバイスであり，センサデバイスや照明のスイッチなど，PAN のエッジの低機能なエンドデバイスに使用する．エンドデバイスに必要な機能のみを実装することにより，デバイスの低コスト，低消費電力を追求している．
FFD はすべての RFD 及び FFD と通信することができるが，RFD は一つの FFD（親デバイス）との通信のみ可能である．これらのデバイスをうまく組み合わせる
ことにより，アプリケーションの機能要求に合わせて，
ネットワーク全体の低コスト化，低消費電力化を図ることができる．
3.6 ネットワークトポロジー
IEEE802.15.4 では，スター型と Peer-to-Peer（P2P）
型の二つのネットワークトポロジーが定義されている．
図 5 にネットワークトポロジーの例を示す．

67

小特集❶

➢ エンドデバイスにのみなれる．
（PAN コーディtion）をサポートしたデバイスであり，PAN の管理や，

FFD（Full Function Device）
RFD（Reduced Function Device）
PAN コーディネータ

PAN コーディネータ

PAN コーディネータ( a ) スター型

( b ) P2P 型

図5( c ) クラスタトリー型

ネットワークトポロジー

22 MHzチャネル 1
無線LAN

2400 MHz 2412 MHz

チャネル 6チャネル 112437 MHz

2462 MHz

2483.5 MHz

IEEE802.15.4
ch15

図6

ch25 ch26

ch20

無線 LAN と IEEE802.15.4 のチャネルの関係

スター型は，一つの FFD を中心として，複数の FFD
や RFD が接続する構成となる．中心の FFD は PAN

もっており，無線 LAN などとの共存が可能となっている．

コーディネータとなり，PAN の管理を行う．周辺のデ

また，IEEE802.15.4 では，無線 LAN などと比較しバイスはエンドデバイスとなり，PAN コーディネータてパケットサイズが極めて小さいため，無線 LAN でふとのみ通信を行う．

くそう（ネットワークが渋滞を起こしている状況）を感じ

P2P 型では，FFD のみからなり，近隣の FFD 同士る状況下においても，小さいパケットが通るだけの時間で接続する構成となる．ルーチング機能をもたない的なすき間は空いていることが多く，そのすき間をぬっ

RFD は P2P 型を構成することができない．いずれか一て IEEE802.15.4 パケットを伝送することが可能であつの FFD が PAN コーディネータとして，PAN の管る．

理を行う．PAN コーディネータは，どのような形状のIEEE802.15.4 では，チャネル間隔が 3 MHz であり，

ネットワークトポロジーであっても，一つの PAN に必隣接チャネルに干渉を与えずに 16 チャネルを同時に使ず一つ存在する．

うことができる．一方，無線 LAN ではチャネル幅が 22P2P 型の拡張として，図 5（c）に示すような，クラス

MHz と広く，隣接チャネルとオーバラップしてチャネ

タトリー型トポロジーがある．FFD で P2P 型トポロ

ルが規定されているため，同一空間で同時に使用できる

ジーを構成し，その周辺に RFD が接続する構成をとる．

チャネルは 3 チャネルだけである．

3.7 干渉回避手法

図 6 に無線 LAN と IEEE802.15.4 のチャネルの関係

IEEE802.15.4 では，ネットワーク構築時に，他シスの例を示す．無線 LAN で重ならない 3 チャネルを同時

テムとの干渉を回避するために，PAN コーディネータに利用した場合でも，IEEE802.15.4 はそのすき間のチャがチャネルの使用状態をスキャン（エネルギースキャン）

ネルを利用して通信を行うことが可能である．図 6 の例

し，干渉電力の少ないチャネルを選択する．

では，無線 LAN が 1, 6, 11 チャネルを使用した場合に，通常の通信時は，他の標準無線方式と同じように，
CSMA/CA 方式の LBT（Listen before Talk）機能を

68

IEEE802.15.4 では，15, 20, 25, 26 チャネルを，干渉を受けずに利用可能となる．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

インアクティブ期間

コンテンション
フリー期間（送受信動作を停止させる）

ビーコン

ビーコン

コンテンション
アクセス期間

解説論文

アクティブ期間時間

図7

ビーコンモードのスーパフレーム構造

3.8 ネットワーク構築手順（ 2 ） ビーコンモード

IEEE802.15.4 では，以下の 4 種類のチャネルスキャ

ルータの省電力化を図る手法としてビーコンモードがンが用意されている．これらのスキャン機能を使うこと規定されている．ビーコンモードでは，ルータがビーコ

により，ネットワークの構築 / 接続を行う．

ン信号を定期的に送信する．ビーコン信号には，ビーコ・エネルギースキャン：各チャネルの干渉量を測定

ン信号間でいつ送受信して，いつスリープするかといっ・アクティブスキャン：PAN コーディネータにビーたスーパフレーム構造の情報が含まれており，各デバイ

コン信号を要求して受信・パッシブスキャン：PAN コーディネータからのビーコン信号を待機して受信

スとルータは同期して動作することができるようになる．
図 7 にスーパフレーム構造の例を示す．ルータと各デ
バイスはアクティブ期間に通信を行う．インアクティブ・オーファンスキャン：接続可能なルータを検索

期間では，ルータもスリープすることが可能となり，省PAN コーディネータはまず，エネルギースキャンを

電力化を図ることができる．なお，アクティブ期間に行い，各チャネルの干渉量を見積もり，チャネルを選択

は，オプションでコンテンションフリー期間を設定する

する．次に，アクティブスキャンを行い，周囲のネット

こ と が 可 能 で あ る．TDMA（Time Division Multiple

ワークの PAN コーディネータから情報を収集し，他のAccess）のように各デバイスとの通信用にスロットを割

ネットワークと衝突することのない PAN ID を決定すり当てることで，衝突のない通信（GTS：Guaranteed

る．その後，ネットワークパラメータを設定してネット

Time Slot）
を実現することが可能となる．

ワークを構築する．
新たにネットワークに接続するデバイスは，まず，ア4．ZigBee

クティブスキャン若しくはパッシブスキャンを行い，
PAN コーディネータからのビーコン信号を受信して，4.1 ZigBee Alliance

接続可能なネットワークを探索する．見つかったネット

ZigBee Alliance は，低コスト，低消費電力のオープワークの中から接続すべきネットワークを選択し，そのンな国際標準無線方式を提供することを目的に設立されネットワークのコーディネータに対して接続処理を行う．

た非営利の業界団体であり，2007 年 3 月時点で 200 社

他システムからの干渉などでネットワークとの接続を失ったデバイスは，オーファンスキャンをして，再接続を行う．

以上の企業が参加している．
ZigBee Alliance への日本企業の参加は，欧米やアジアの他の諸国に比べるとまだ少なく，日本市場に ZigBee

3.9 低消費電力機能

ブランドがまだ十分に普及しているとはいえない．そこ（ 1 ） インダイレクトトランスミッションで，日本への ZigBee 普及活動を加速するために，ZigBee

IEEE802.15.4 では，デバイスの省電力化を図るため

メ ン バ の う ち 日 本 法 人 を も つ 企 業 で，2005 年 9 月 にに，デバイスは，親ルータに定期的に問合せを行い，自ZigBee SIG-J（Special Interest Group-Japan）［4］を設

分あてのデータが届いていることを示す ACK 信号を受立した．

けた場合にのみ，データ受信を行う．

・ZigBee 普及を目的とする共同マーケティング

はなく，好きなタイミングでスリープすることができる

・日本国内のユーザに対する技術教育やアドバイスようになり，省電力化を図ることが可能となる．一方ルー・日本市場における ZigBee 仕様に対する要求の調査・

タは，いつ来るか分からないデバイスからの情報や問合研究せを受けるために，常に受信状態にしておく必要があり，・ZigBee に関する法令改正への働きかけ

省電力化を図ることができない．

・ZigBee に関する講演・出版・展示などの普及活動

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

69

小特集❶

これにより，デバイスは常に受信状態にしておく必要

SIG-J では，

などの活動を行っている．

ZigBee コーディネータ

4.2 ZigBee 仕様

ZigBee ルータ

ZigBee 仕様は，2004 年 12 月に初版が規定され，2006

ZigBee エンドデバイス

年 12 月に ZigBee-2006 に改版された．
ZigBee ネットワーク（PAN）
は，ZigBee コーディネー
タ，ZigBee ルータ，ZigBee エンドデバイスから構成される．ZigBee コーディネータは，PAN 全体を管理する機能をもち，PAN に必ず一つ存在する．また，ZigBee
コーディネータや ZigBee ルータはマルチホップ機能をもち，ネットワークの「幹」を構成する．ZigBee エンド
デバイスは，中継機能をもたず，ZigBee コーディネー
タや ZigBee ルータにスター型に接続することにより，ネットワークの「葉」を構成する．

ルーチング経路
D

4.3 ZigBee の機能

受信デバイス

4.3.1 ルーチング機能
ZigBee では，クラスタトリー構造を利用したクラス
タトリールーチングと，メッシュ構造で P2P 通信を行うテーブルルーチングをハイブリッドに利用できる．
（ 1 ） クラスタトリールーチング

S
送信デバイス

図8

クラスタトリールーチング

図 8 にクラスタトリールーチングの例を示す．クラス
タトリールーチングでは，ネットワークの幹を構成する
ZigBee ルータや ZigBee コーディネータを経由して，マルチホップ通信を行う．
クラスタトリーの枝葉の構造によって固有の ID を割り当てるルールを採用しており，転送先の ID を見ただ
けで，パケットを自分の上に転送すればよいか，下に転送すればよいかが分かる仕組みになっている．これにより，どの ID がどこに接続されているかを管理するルーD

チングテーブルをメモリ上に記憶しておく必要がなく，また転送先へのルートを探索する必要もないため，低コS

ストで低消費電力のルーチングを実現できる．

隣接ルートによるショートカット（ 2 ） 隣接ルーチング
トリールーチングでは，幹をたどってルーチングをす

図9

隣接ルーチングるので，図 8 のような場合は，5 ホップの通信が必要となり，最短経路をたどることができない．この問題を緩和するために，隣接ルーチングを規定している．
図 9 に隣接ルーチングの例を示す．各デバイスは，自分から 1 ホップで届くデバイスのアドレスを隣接アドレ
ステーブルとして記憶しておく．受信デバイスが 1 ホップ先にいる場合は，枝を経由せず，直接，隣のデバイスにショートカットして渡すことができる．
（ 3 ） テーブルルーチング
テーブルルーチングは IETF（Internet EngineeringD

Task Force）の MANET（Mobile Ad Hoc Networking）
WG に お い て 標 準 化 さ れ て い る AODV（Ad Hoc On
S

Demand Distance Vector Routing）のアルゴリズムに従って動作する．
図 10 に AODV テ ー ブ ル ル ー チ ン グ の 例 を 示 す．

70

図 10

AODV テーブルルーチング

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ことになり，データ収集のためのルートができ上がる．

解説論文

フラッディングと反対向きの経路を各ルータが記憶した
従来のクラスタトリールーチングやテーブルルーチン
グでデータ収集を行う場合，すべてのデバイスからのルートを設定し，全ルートのアドレスを記憶する必要があったが，Many to One ルーチングでは，1 回のルート

D

検索でルーチングテーブルを作成することができ，更にシンクデバイス

一つのシンクデバイスに対して，一つのアドレスを覚えるだけでよいため，低消費電力で低コストなデータ収集のためのルーチングを実現できる．
（ 5 ） マルチキャストルーチング
ZigBee-2006 では，複数の相手に効率良く伝送するた
図 11

めのマルチキャスト機能もオプション機能として追加さMany to One ルーチング

れた．
マルチキャスト［6］とは，一つの相手にデータを送る
通常のユニキャストと異なり，複数の相手にデータを同時に送る仕組みのことであり，IP マルチキャストと同様に，あらかじめ複数の相手を登録したマルチキャスト

D

アドレスを用意しておく必要がある．
図 12 にマルチキャストルーチングの例を示す．各ルー
タは，登録された複数のアドレスに対してそれぞれ転送
先を判断するのではなく，マルチキャストアドレスに対して，通常のユニキャストと同じように転送先を管理しDており，一つのマルチキャストアドレスを覚えるだけ複数の相手にデータを届けることができる．

S

複数の照明を一つのスイッチで制御する場合など，制御データをマルチキャスト伝送する場面が多いシステム

図 12

マルチキャストルーチング

では，ユニキャストでルーチングするよりも，消費電力，
低コストを実現できる．
4.3.2 アドレッシング機能

ZigBee デバイスでルーチング機能をもつのは，ZigBee

ZigBee のネットワークアドレスとしては，IEEE802.15.4

コーディネータと ZigBee ルータのみであり，ZigBee エで規定されている 16 ビットショートアドレスを利用しンドデバイスは機能を限定して低コスト化するためにており，IEEE802.15.4 の規定外となっているアドレス

ルーチング機能をもっていない．このため，ZigBee エ

割当方法を ZigBee が規定している．

ンドデバイスがテーブルルーチングによるマルチホップ（ 1 ） クラスタトリールーチング用アドレス割当

通信を行う場合，ZigBee エンドデバイスが接続してい

ZigBee では，4.3.1（1）で述べたように，クラスタト

る ZigBee ルータが代わりに AODV の機能を実行する．

リー構造に従ってネットワークアドレスを割り当てる方

したがって，ZigBee コーディネータ及び ZigBee ルータ

法を規定している．

間のみで AODV によるメッシュネットワークが構成さ

ネットワークごとに，各ルータに接続できる子デバイれることになる．

（注 4）
スの最大数（Cskip）とトリーの深さをあらかじめ決め（ 4 ） Many to One ルーチングておき，親デバイスに 1 を加えたアドレスを Cskip 間隔

ユビキタスセンサネットワークでは多くのデバイスかで子デバイスに割り当てる．図 13 に Cskip=4，トリー

らのセンサデータを収集するケースが多いため，その手

例えば，デバイス 2 の下には四つのデバイスがぶら下

ルーチングがオプション機能として追加された．

がることができるが，デバイス 3 しか接続していないの

図 11 に Many to One ルーチングの例を示す．まず，データを集めたいシンクデバイスが，フラッディングで
ソースアドレス（シンクデバイスのアドレス）と中継元のアドレスを覚えるコマンドをネットワーク全体に送る．

（注 4）：正確には，接続可能な子デバイスの最大数は，ぶら下がるルー
タとエンドデバイスで分けて管理しているが，ここでは簡単のため同じに扱って説明している．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

71

小特集❶

の深さ = 4 の場合のアドレス割当の例を示す．

順 を 効 率 化 す る た め に，ZigBee-2006 で Many to One

図 13 クラスタトリーのアドレス割当

で，デバイス 4，5，6 は空席となり，デバイス 2 の隣はZigBee では規定していない．設置した各デバイスに鍵デバイス 7 となる．デバイス 7 の下には既に最大数と同の書き込み装置を有線で接続して鍵を書き込む方法など

数の四つのデバイスがぶら下がっているため，これ以上，を想定している．

子デバイスは接続できない．

4.3.4 その他の新しい機能（ 2 ） その他のアドレス割当

ZigBee-2006 には，以下のような機能も追加された．

ZigBee では，Cskip によるアドレス割当が必須では・デバイスが移動して他のルータに接続する手続きをなく，各ルータがあらかじめ割り当てられたアドレス空間の中で，子デバイスのアドレスを自由に割り当てることもできる．
更に ZigBee では，あらかじめルータに対してアドレ
ス空間を割り当てずに，各デバイスにランダムにアドレ
スを割り当てることとし，ネットワーク内で重複していることが発見されたらアドレスを変更するという，簡易

簡略化するポータビリティ機能
・リンクが切れてもとのルータに再接続する際に簡易接続するリジョイン機能
また，次のバージョンに向け，以下のような新しい機能も審議されている．
・使用中のチャネルの干渉量が多くなった場合に，
PAN 全体でチャネルを変更する機能

なアドレッシング方法なども審議されている．これによ・ルータを省電力に動作させる機能

り，ルータごとの接続デバイス数の制限がなくなり，フ・大きいサイズのデータを送信するために，パケット

レキシブルなネットワークを実現可能となる．

をフラグメントする機能

4.3.3 セキュリティ機能

4.4 アプリケーションプロファイル

ZigBee は，2.1（7）で述べたように，低コスト，低消ZigBee Alliance では，相互接続性を保証することも費電力を追求するため，共通鍵暗号方式を利用する．暗大きな目標としており，応用分野ごとに標準的なアプリ

号 方 式 は，IEEE802.15.4 と 同 じ 128 ビ ッ ト の AES ブ

ケーションプロファイルを規定して，相互接続性を高め

ロック暗号方式を使う．

ている．

鍵の種類は三つ定義されている．

これまで述べてきた機能は，応用分野によっては不要

・リンク鍵なものもある．必要な機能の組合せや，最適なパラメー

・ネットワーク鍵タの範囲を応用分野ごとに規定したものが，アプリケー

・マスター鍵ションプロファイルである．照明のスイッチや空調の温リンク鍵は，二つのデバイス間で 1 対 1 に保持する鍵度など，各プロファイルではその応用例で扱う属性を管で，セキュアにユニキャスト通信をするために使われる．
相手デバイスごとに異なる鍵を利用する．
ネットワーク鍵は，全デバイスに共通に保持する鍵で，ネットワーク内のすべてのデバイスと通信することができる．また，セキュアにブロードキャスト通信をすることができる．
マスター鍵は，各デバイスがトラストセンタ及び任意のデバイスとの間で 1 対 1 に保持する鍵で，この鍵を使ってリンク鍵を生成する．マスター鍵は，セキュアに
各デバイスに記憶させる必要があるが，その方法は72理する仕組みも定義されている．
なお，アプリケーションプロファイルは，ユーザが自由に規定してもよいが，その場合は，他のユーザとの相互接続は保証されない．
主な標準のアプリケーションプロファイルは以下のとおりである．
・HA（Home Automation）プロファイル：ホームネッ
トワーク向けプロファイル
・CBA（Commercial Building Automation）プロファ
イル：ビル管理向けプロファイル

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

工場管理向けプロファイル
・WSA（Wireless Sensor Network Application）プロ
ファイル：大規模環境モニタリングや資産管理，機械器具モニタリング向けプロファイル
・TA（Telecom Application）プロファイル：携帯電話を利用した各種サービス向けプロファイル
・AMI（Advanced Metering Infrastructure）
プロファ
イル：電力／水道／ガスメータの読取り向けプロファ
イル・PHHC（Personal Home Health Care）
プロファイル：
健康モニタリング向けプロファイル

5．サブギガバンド（UHF 帯）の割当動向
サブギガバンドは，電波の回り込みや透過性が大きく，通信距離も長いため，電波の到達性が高い．これを利用して，障害物の多い場所や，通信距離を必要とする場所への利用が期待されている．また，同じ距離を通信する場合は，2.4 GHz 帯に比べて送信電力を小さくできるため，省電力効果も高くなる．
日本では現在，ZigBee としてはサブギガバンドは利用できないが，950 MHz 帯の RFID システムに割り当
てられている周波数帯を共用できるように，総務省で現在審議中である．
これを受けて，3.2 でも述べたように，IEEE802.15.4d
では，日本の 950 MHz 向けの PHY と MAC の審議を進めている．
日本以外の動きとしては，中国や韓国でも新しいサブギガバンドの審議が進められている．欧州でも，現

文

献［1］ ZigBee Alliance，http://www.zigbee.org/［2］ IEEE802.15, http://grouper.ieee.org/groups/802/15/［3］ IEEE802.15.4, “Wireless Medium Access Control (MAC)

解説論文

・IPM（Industrial Plant Monitoring）プロファイル：

and Physical Layer (PHY) specifications for Low Rate
Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs),” http://
www.ieee802.org/15/pub/TG4.html［4］ ZigBee SIG-J, http://www.zbsigj.org/［5］ 長谷川晃朗，石橋孝一，市村順一，小花貞夫，倉田成人，
竹林知善，福永 茂，宮部 裕，宮本和彦，山根大作， 異種センサーネットワークの統合のためのオープンセンサ
ネットワークアーキテクチャの提案， 2006 信学総大，BS-2-5，March 2006.
［6］ D. Kosiur（著），マスタリング TCP/IP IP マルチキャスト（編），オーム社，1999．
［7］ 福永 茂，田川忠道，福井 潔，谷本晃一，菅野秀明， ユ
ビキタスセンサネットワークの開発， 沖テクニカルレ
ビュー 200 号，Oct. 2004.
［8］ 市川武志，谷本晃一， 次世代近距離無線ネットワークを実現する， 沖テクニカルレビュー 200 号，Oct. 2004.
［9］ 阪田史郎（編著），ZigBee センサーネットワーク，秀和シ
ステム，2005.
（平成 19 年 3 月 26 日受付，5 月 28 日再受付）

福永

茂（正員）

▶ 1991 大阪大学大学院工学研究科電子工学専攻了．1991 沖電気工業（株）入社，関西総合研究所（現ユビキタスシステムラボラトリ）配属．以来，2000 まで，動画像符
号化，エラー耐性などの技術開発に従事し，その間，MPEG 会合でエラー耐性主観テスト議長や，VM 文書メインエディタを務
め る な ど，MPEG-4 の 標 準 化 に 貢 献．
2001 以降，センサネットワーク，アドホックネットワーク，セキュリティ，自律分散，位置推定などの技術開発に従事．2007
からセンサネットワークベンチャーユニットにて，ZigBee 関連機器の開発に従事．ZigBee Alliance 会合，IEEE802 会合にも参加 中．IEEE802.15.4d タ ス ク グ ル ー プ の Vice-Chairman とSecretary を兼務．IEEE 会員．

在は 868 MHz 帯が利用できるが，1 チャネルしか割り当てられていないため，割当見直しの議論が進んでい
る．

6．む す

び

ZigBee は，2004 年の初版では不足する機能があり，利用が制限されていたが，ZigBee-2006 で機能が充実され，使いやすい仕様になってきている．今後も，より多くの分野で利用できるように，機能追加が審議される予定である．
また，ZigBee 関連製品も，多くのベンダから提供さ小特集❶れている．市場はまだ本格普及前であり，フィールド
テスト段階のものが多いが，徐々に実運用を視野に入れたシステム［7］〜［9］も出てきている．
ZigBee 規格の成熟とともに，ユビキタスセンサネッ
トワーク市場が活性化されることを期待する．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを実現する技術─ ZigBee ─

73

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

ウルトラワイドバンド技術で加速する
低速無線 PAN
Accelerating Low-Rate Wireless PAN with Ultra-Wideband Technology

李 還幇

†

滝沢賢一

†

甄 斌

†

河野隆二

†, ††

Huan-Bang Li†, Kenichi Takizawa†, Bin Zhen†, and Ryuji Kohno†, ††Summary

ることから，環境モニタリングをはじめ，工場・倉庫の自動管理やオフィスホームオートメーション及び防災・
医 療・ 福 祉 な ど の 分 野 に 利 用 で き る．2003 年 4 月 にセンサネットワークのための低速無線 PAN（WPAN：

IEEE802 標準化委員会の WPAN ワーキンググループ

Wireless Personal Area Networks）として，物理レイ

15（WG15：Working Group 15）の下にあるタスクグルー

ヤに標準規格 IEEE802.15.4 を用いた ZigBee は知ら

プ 15.4（TG15.4：Task Group 15.4）は，低速無線 PANれているが，IEEE802.15.4 の代替物理レイヤとして，
ウルトラワイドバンド（UWB：Ultra-Wideband）技術
を 利 用 し た 標 準 規 格 IEEE802.15.4a が 2007 年 3 月に成立した． IEEE802.15.4a は UWB 技術の特徴である超広帯域性と高い時間分解能を利用してデータ通信と高精度の測距・測位を同時にサポートできる仕様となっているため，低速無線 PAN の利用はいっそう加速されることが期待される．本論文では，標準規格 IEEE802.15.4a の標準化プロセスを概観するとともに，同標準規格の必須仕様と主要オプション
について解説する．更に，同標準規格を利用する上での問題点と開発課題を議論する．

Key words
低速無線 PAN，ウルトラワイドバンド（UWB），標準
化規格，IEEE802.15.4aの標準規格として IEEE802.15.4 を制定し，物理レイヤ（PHY） と MAC レ イ ヤ を 規 定 し て い る［1］． ま た，
ZigBee アライアンスは IEEE802.15.4 の PHY と MACを用い，ネットワークレイヤとセキュリティなどの上層
レイヤの標準化を行った［2］．図 1 に IEEE802 標準化
委 員 会 の 構 成 を 示 す． 最 近，IEEE802.15 に お い てIEEE802.15.4c と IEEE802.15.4d が新たに設置され，それ ぞ れ 中 国 と 日 本 に お け る 低 速 無 線 PAN 規 格 とIEEE802.15.4 との協調を図っている［3］．
一方，ウルトラワイドバンド（UWB：Ultra-Wideband）
技術の無線 PAN への利用が近年盛んに行われている．
2002 年 2 月にアメリカ連邦通信委員会 (FCC：Federal
Communications Commission) は 条 件 付 き で UWB の
無免許利用を許可したことを皮切りに，UWB 技術への関心が一気に高まった．IEEE802 標準化委員会や欧 州 の ECMA（European Computer Manufacture
Association）及び国際標準化機構（ISO：International
Organization for Standardization）などで UWB 技術の標

1．ま え が き
センサネットワークのための低速無線 PAN（WPAN：
Wireless Personal Area Networks）は安価でシンプルな
小型無線ノードを配置して情報収集と伝達を簡易に行え†独立行政法人情報通信研究機構新世代ワイヤレス研究センター，横須賀市
Institute of Information and Communications Technology (NICT),
Yokosuka-shi, 239-0847 Japan††横浜国立大学，横浜市
Yokohama National University, Yokohama-shi, 240-8501 Japan

74

準化を進めた．UWB 技術は非常に広い信号周波数帯域
ふく幅（FCC の定義では 500 MHz 以上）と非常に低い輻射電力密度（FCC の定義では -41.3 dBm/MHz 以下）を有し，時間領域では時間幅の狭い（例えば 1 ナノ秒）パルスを用いて通信を行うことで知られている［4］［, 5］．UWB
技術は広帯域特性と高い時間分解能を有するため，無線
PAN における高速データ伝送や高精度の測距・測位などの応用に適している．
図 1 に示すように IEEE802.15 の中に，UWB を用い

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説論文

IEEE802標準化委員会IEEE802.11
無線 LAN

802.15.1
Bluetooth規格

802.15.2
WPAN と WLANとの共存

802.15.3a
15.3 の代替物理層

802.15.3b
15.3 の維持

IEEE802.15
無線 PAN

IEEE802.16
無線 MAN

802.15.3
802.15.4
高データレート 低データレート
向け物理層
向け物理層

802.15.3c
ミリ波帯
物理層

2006.1 解散要求
2006.7 解散決定

802.15.5
WPAN
メッシュネットワーク

802.15.4a
802.15.4b
15.4 の15.4MAC の
代替物理層 修正と増強

802.15.x
MedicalWireless BAN

802.15.4c
Chinese
WPAN

802.15.4d
Japanese
WPAN

2007.3 成立

図1

IEEE802 標準化委員会の構成

た高速無線 PAN のための標準規格 IEEE802.15.3a と低帯域において，-10 dB 帯域幅（電力スペクトルのピー

速無線 PAN のための標準規格 IEEE802.15.4a のそれぞ

クから 10 dB を下がったところの帯域幅）
が 500 MHz 以

れのタスクグループ TG15.3a と TG15.4a があった［6］,上で，等価等方輻射電力（EIRP：Equivalent Isotropi-［7］．TG15.3a では対立する二つの提案の仕様一本化に

cally Radiated Power）が -41.3 dBm/MHz 以下と定め至らず規格の制定を断念した．2006 年 7 月に TG15.3aられている．UWB からの輻射電力が低く，また，15.4

を正式に解散した．一方，TG15.4a における標準化活動の 装 置 と 同 様 に CMOS（Complementary Metal-Oxide

は順調に行われ，2007 年 3 月に IEEE802.15.4a 標準規

Semiconductor）によって実装が可能である［10］．した

格が成立することに至った．同標準規格は低速無線

がって，IEEE802.15.4 よりも低消費電力と低コストを

PAN の標準規格 IEEE802.15.4 の代替物理レイヤとし兼ね備えた装置化が期待される．更に UWB の広帯域とて位置づけられているが，IEEE802.15.4 に比べてより高い時間分解能を利用して IEEE802.15.4 よりも高い

高速なデータ通信を提供できるとともに高精度の測距・データレートと優れた測距・測位精度を提供できる．

測位を行える．同標準規格を用いることによって，低速

上記 UWB 技術の特徴に着目し，WG15 では 2003 年

無線 PAN の適用分野の拡大や，低速無線 PAN に対す

7 月に IEEE802.15.4a のためのスタディグループ（SG：る利用がいっそう加速されることが期待される．

Study Group）を立ち上げ，2004 年 5 月にタスクグルー

本論文では，まず，IEEE802.15.4a が成立に至るまで

プ TG15.4a に格上げした．その後，TG15.4a の下で測の標準化プロセスを概観する．次に，IEEE802.15.4a の距 方 式 分 科 会（Precision Ranging Subcommittee） と必須仕様と主要オプションを解説する．更に，同標準規UWB チャネルモデル分科会（Channel Model Subcom-

格を利用する上での問題点と開発課題について議論すmittee）を設け，それぞれ測距・測位方式のレビューとる．最後に，本論文をまとめる．

チャネルモデルの作成を進めた［11］［, 12］．また，アプリケーション提案募集（CFA：Call For Applications），

2．IEEE802.15.4a の標準化プロセス

技 術 要 求 文 書（TRD：Technical Requirement Document）［13］ 作 成 及 び 選 定 基 準 文 書（SCD：Selection
Criteria Document）［14］作成などの作業を行った．その容易さなどの特徴があるが［1］［, 8］，周波数帯域の制限

後，提案募集（CFP：Call For Proposals）を行い，2005などから通信時の最大データレートは 250 kbit/s であ

年 1 月の会合では 26 件の正式提案があった．その中，る．これは画像伝送などのデータ量の大きいアプリケー

24 件は UWB 技術を用いる提案であった［15］．他の提ションにおいて支障が生じるおそれがある．また，受信案 と し て，2.4 GHz 帯 で の チ ャ ー プ ス ペ ク ト ル 拡 散

電力を検知することによって測距は可能であるが，一般（CSS：Chirp Spectrum Spread）方式などの提案があっに測距精度が低く，測距精度を向上させるための研究がた．

行われている［9］．
UWB システムは FCC の定義では 3.1 〜 10.6 GHz の

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

IEEE802.15.4a のドラフト第 1 版は 2005 年 12 月に完成されたが，その前に 26 件の提案をマージする活動を

75

小特集❶

標準規格 IEEE802.15.4 は低消費電力，安価，構成の表1
承認プロセススタート①

コメントの種類

WG 郵便投票
投票コメントの WG 審議

いいえあるのコメントは技術必須（TR），技術（T）及び編集（E）の三

新規否定投票つに分けられるが，これを表 1 に示す．特に TR コメン③

ドラフト更新と WG 承認

新規否定投票で，細心の注意を払う必要がある．コメントが不適当と
上記循環郵便投票期間中に全 1181 個のコメントが寄せられたが，81 個が不適当として却下され，その他はすある

べて解決できた．
上記プロセスにおいて，WG15 郵便投票で新規否定投

ない票（No vote）がないことを確認した．その後，ドラフト

標準化委員会承認
標準成立

トは投票者が必ず満たされることを要求しているもの
判断した場合，理由を述べた上で却下することができる．

スポンサー郵便投票

第 5 版 を ま と め， 次 の ス テ ッ プ の ス ポ ン サ ー 投 票④

ドラフト第 1 版完成，承認プロセススタート
WG 郵便投票循環プロセス
スポンサー郵便投票循環プロセス
標準化委員会承認，標準成立

図2

対処法

承認率 > 75％？

ない

①
②
③
④

投票者の意図Technical Required 技術的なもので，必 コメントを受け入れ（TR）
ず満たされる必要が るか却下するかを決ある．
める．
Technical（T）
技術的なものである 受け入れる場合，必が，承認に支障がな 要に応じてドラフトの該当する箇所を修い．
正する．
Editorial（E）
用語や記述ミスなど却下する場合，理由の編集に関連するもを述べる．
ので，承認に支障がない．

ドラフト更新と WG 承認②

郵便投票コメントの分類

ドラフト完成後の標準化プロセス（Sponsor Ballot）に進んだ．WG15 郵便投票では特に投票者に対して資格などの要求はないのに対して，スポン
サ ー 投 票 の 投 票 者 は IEEE-SA（IEEE Standard
Association）のメンバのみに限る．まず，IEEE-SA メ
ンバに対してスポンサー投票者を募り，承諾したメンバがスポンサー投票できる．IEEE802.15.4a に対して計128 名のスポンサー投票者を募った．第 1 回目のスポン
サー郵便投票は 2006 年 8 月末に開始され，同 9 月末に締め切られた．

始め，TG15.4a 下のサブワーキンググループ分けなど，

スポンサー投票のコメントは技術（Technical），編集

ドラフト作業の効率化を図った．詳細を文献［16］に参照（Editorial）及び一般（General）に分類されるが，一般はされたい．図 2 にドラフト第 1 版が完成後の標準化プロ

特にドラフト全体の整合性に関するものである．これらセスを示す．

のコメントに対して表 1 と同じ対処法を用いる．第 1 回

まず，ドラフト第 1 版に対して WG15 の第 33 号の郵目のスポンサー郵便投票では計 549 個のコメントが寄せ

便投票（LB33：Letter ballot 33）が実施された．同投票

られ，2006 年の 12 月にかけてコメントの解決とドラフは 2006 年 1 月に締め切られ，承認率（Affirm Ratio）がトのアップデート作業を行った．549 個のコメントのう75.4％であった．IEEE802 の規定では 75％の投票を獲ち，12 個の技術コメントを不適当として却下した．第 2

得すれば承認とみなせるが，投票で寄せられたすべての回目のスポンサー郵便投票は 2006 年 12 月の下旬からコメントに対して回答することが義務づけられている．

2007 年 1 月にかけて実施され，承認率 96％を獲得した．

したがって，個々のコメントに対してそれぞれ回答を用

技術コメント 1 個を含めて計 5 個のコメントが寄せられ意した上でドラフトをアップデートし，再度郵便投票にたが，新規否定投票がないことを確認し，スポンサー郵

かけるといった循環プロセスに入った．WG15 における

便投票を終了とした．その後，標準ドラフト最終版を

第 2，3，4 回 目 の 郵 便 投 票 を そ れ ぞ れ LB34，LB35，

2007 年 2 月 中 に ま と め，IEEE 標 準 レ ビ ュ ー 委 員 会

LB36 として 2006 年 8 月までに済ませた．それぞれの（RevCom：IEEE Standards Review Committee）に提出

承認率は 79.8％，87.8％及び 96.8％であった．郵便投票

した．2007 年 3 月に RevCom は同ドラフトの最終版を

76

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

発生年月2004 年5月

表3

標準規格成立するまでの主なステップ
イベント

備 考

IEEE802.15.4a タスク 準備として，同スタディグルー
グループスタート
プは 2003 年 7 月に立ち上がっ
ていた．

解説論文

表2

必須仕様パラメータ

パラメータ

数 値

中心周波数

4492.8 MHz

占有帯域幅499.2 MHz（-3 dB）

データレート850 kbit/s

パルス波形

ルートレイズドコサイン
ロールオフ率が 0.6

変調方式

BPM と BPSK の組合せ

誤り訂正符号

RS 符号＋畳込み符号
ただし，受信機は選択可

2005 年
1月

26 個の正式提案を発 その前に，チャネルモデル確
表
立や測距方式レビューなどを済ませた．

2005 年
12 月

ドラフト第 1 版完成， 提案の一本化，規格仕様を決WG 郵便投票開始
めるための正式会合や電話会議など多大な努力を要した．

2006 年
8月

ドラフト第 5 版完成， WG 郵便投票を 4 回繰り返し
スポンサー郵便投票 た後の成功であった．
開始

平均 PRF15.6 MHz & 3.9 MHz

チップレート（ピーク PRF）

499.2 MHz2007 年2月

ドラフト最終版完成， スポンサー郵便投票を 2 回繰RevCom 承認申請
り返した後の成功であった．

プリアンプル符号長

31 ビットチャネルアクセス

ALOHA

2007 年3月

標準規格成立

RevCom 承認

承認し，標準規格 IEEE802.15.4a が成立した．
表 2 に 2004 年 5 月に IEEE802.15.4a のタスクグルー
プの立上げから，2007 年 3 月に同標準規格が成立するまでの主な作業ステップをまとめた．タスクグループの立上げから，標準規格が成立するまで 2 年と 10 か月を

表4

UWB バンドチャネル割当一覧

チャネル
番号

中心周波数
（MHz）

-3 dB 帯域幅
（MHz）

必須 /
オプション

1

3494.4

499.2

オプション

2

3993.6

499.2

オプション

3

4492.8499.2

ローバンド必須

43993.61331.2オプション

56489.6

499.2

オプション

要した．標準規格を作るのに長い時間と地道な努力が必66988.8

499.2

オプション

要であることが分かる．

76489.61081.6オプション

87488.0

499.2

オプション

9

7987.2499.2

ハイバンド必須

108486.4

499.2

オプション

11

7987.21331.2オプション

128985.6

499.2

オプション

13

9484.8

499.2

オプション

14

9984.0

499.2

オプション

15

9484.81354.97

オプション

3．標準規格 IEEE802.15.4a の概要
標準規格 IEEE802.15.4a は主に物理レイヤについて規定し，必須仕様とオプションからなる（注 1）．必須仕様
は IEEE802.15.4a を用いたシステムが必ず具備しなけ
ればならないシステムパラメータを規定し，また，必須
仕様のみで構成されているシステムは最もシンプルな構
成であるといえる．オプション仕様はシステムの性能向上や特別用途のために，必須仕様を具備した上での付加の時限開放が決まっているからである［17］
［
, 18］
．時限

仕様を指す．また，物理レイヤ以外では MAC レイヤ仕開放を利用して安価で性能の良いデバイスを実装するこ様に関する記述及び付録としての測距・測位方式や，他とが目的である（注 2）．一般に，UWB バンドはローバンのシステムとの共存，レギュレーションなどに関する記ド（3.1 〜 4.9 GHz）とハイバンド（6 〜 10.6 GHz）に分け述が含まれている．以下では主要システムパラメータにられるが，ハイバンドにおける必須中心周波数は 7987.2

ついて述べる．

MHz である．UWB バンドにおける全チャネル割当を
表 4 に示す．このチャネル割当は文献［16］で紹介したド表 3 に IEEE802.15.4a の 必 須 仕 様 を ま と め て い る．

ラフト第 1 版からアップデートしたもので，実装をより

中心周波数は 4492.8 MHz で，占有帯域幅を 499.2 MHz

簡単にするための変更を加えている．帯域幅が 499.2としている．ただし，この占有帯域幅は FCC 定義の

MHz のチャネル以外，帯域幅が 1.3 GHz 以上の広帯域-10 dB 帯域幅ではなく，-3 dB の帯域幅（電力スペク
トルのピークから 3 dB を下がったところの帯域幅）を指している．中心周波数を 4492.8 MHz とした理由は 4.2
GHz から 4.8 GHz までの帯域において，日本と欧州のレギュレーションではそれぞれ 2008 年と 2010 年末まで

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN（注 1）：IEEE802.15.4a は① 3.1 〜 10.6 GHz バンド UWB，② 1 GHz 以
下 の サ ブ GHz バ ン ド UWB 及 び ③ 2.4 GHz バ ン ド の CSS (Chirp
Spectrum Spread) の三つを含めるが，ここで一般に UWB として利用される①のみを紹介する．
（注 2）：開放時限をすぎると，他のシステムとの干渉を避けるためのDAA(Detect And Avoid) 技術の実装が義務づけられる．

77

小特集❶

3.1 UWB バンドのチャネル割当

BPM
{0}
T BPM

BPM
{1}
T BPM

バーストスクランブル区間

ガード区間

バーストスクランブル区間

ガード区間

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

……
……

BPSK
{0}

T burst
BPSK
{1}

……
……

T sym = N cT c

…

Tc

図3

シンボル構成及び BPM+BPSK 変調の仕組み

M + 48ʻ位置ʼビット

b 0,…, b M-1, p 0, p 47
M ビット
b 0,…, b M-1

RS 符号（K + 8, K）

BPM
&
BPSK

畳込み符号
（k = 3, R =1/2）
M + 48ʻ極性ʼビット

図4

誤り訂正符号

チャネルがいくつか用意されている．電力密度が決まっ

スバーストがホッピングできる区間で，異なる端末間のているため，帯域幅を大きくすれば発射電力が大きくな

パルスバーストの衝突回避のために用いられる．後者はり，より高速なデータレートをサポートできるからであ

伝搬路遅延スプレッドを吸収するために設けられている．また，帯域幅が広いほど時間分解能が上がり，測距・る．この二つの区間は等時間幅をもつことから，パルス測位の精度向上につながる．表 4 では必須中心周波数とバーストは T sym/4 の時間幅の中をホッピングすることして，ローバンドとハイバンドの二つのものが含まれるになる．パルスバーストの時間幅 T burst はデータレー

が，システムを実装する際，ローバンドとハイバンドのトに依存し，複数個のチップからなるが，一般に T burst

どちらかを実装すれば標準規格が満たされる．

% T sym である．したがって，スクランブルを利用して

3.2 変復調と誤り訂正

マルチユーザアクセスをサポートできる．また，図 3 に

IEEE802.15.4a の特徴の一つは良い性能を重視する同示すようにパルスバーストの極性を用いて，BPSK の ‘0’

期復調と安価でシンプルな構成を重視する非同期復調をと ‘1’ を割り当てられる．すなわち，BPM と BPSK を

同時にサポートできることである．そのために変調方式組み合わせて 1 シンボルで 2 ビットを伝送できる．受信と し て， バ ー ス ト 位 置 変 調（BPM：Burst Position

機に同期検波器を用いれば上記 2 ビットを復調できる

Modulation）とバイナリー位相変調（BPSK）を組み合わが，非同期検波器を用いた場合は BPM の 1 ビットのみせて用いた．図 3 を用いて変調シンボルの構成と変調のを復調する．

仕組みを解説する．一つのシンボルに時間幅 T c のチッ

誤り訂正符号（FEC：Forward Error Correction）としプが配置可能な総数は N c 個で，シンボル長は T sym=て一般によく用いられるガロア体 GF (26) 上の組織リー

T c・N c となる．また，一つのシンボルを時間幅 T BPM=
T sym/2 の二つの BPM 区間に分け，それぞれにバイ ナ

ドソロモン（RS）符号及び組織畳込み符号を用いた．誤リ ー BPM の ‘0’ と ‘1’ を 割 り 当 て る． 更 に， 一 つ の（K+8，K）の RS 符号化器において，48 個のパリティ

BPM 区間はパルスバーストを伝送するバーストスクラ

ビットが付加され．更に，拘束長が k=3 と符号化率がンブル区間とガード区間に分けられている．前者はパル

R=1/2 の畳込み符号化器において，倍のビットが付加

78

り訂正符号の構成を図 4 に示す．M 個のデータビットは

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007di ( n ) = )は変調器で BPM 変調し，また，畳込み符号化器で付加した M+48 個のパリティビットは変調器で BPSK 変調

1
0

n=0
n = 1, 2, g, L - 1（2）

される．すなわち，BPM と BPSK はそれぞれパルス

ただし，デルタ関数の長さ L はチャネルによって 4，バーストの 位置 と 極性 を記述することになる．ここ16，64 などの値をとる．一般に SYNC 区間が長ければで，一般に使われている RS 符号と拘束長 k=3 の畳込

長いほどチャネル推定と測距の精度が上がる．ここで，み符号を選んだのは，構成の簡単さと性能のバランスを端末の移動によるチャネル変動と距離変動への対応を考考慮した結果である．RS 符号と畳込み符号は必須仕様

慮に入れ，SYNC 区間長は 16，64，1024，4096 シンボルとなっているが，これは送信機に対する規定である．受の四つから選択可能とした．一方，SFD 区間はプリア

信機では消費電力の低減と安価の装置を実装するため，ンブルの後に続くデータシンボルの開始を宣言し，タイRS 復号器のみを実装してもよいし，復号器を実装しな

ママーカの役割を果たす．SFD は基本的に図 5 に示し

いこともできる．符号器を実装することによってシステ

た 8 シンボルの構成を用いる．ただし，データレートがムの複雑度は大きく変わらないが，復号器における復号

オプションの 110 kbit/s の場合のみ，64 シンボルを用処理は複雑度の増大と消費電力の増加につながるからで

いて SFD を構成するが，ここでは説明を省略する．注ある．

意すべき点として，プリアンブルシンボルとデータシン

3.3 PRF とデータレート

ボルとで異なる PRF 値をもっている．以下では，直接

図 3 のシンボル構成はデータシンボルに対する定義でデータレートと関係のあるデータシンボルについて説明

あ る． 必 須 チ ッ プ レ ー ト（ ピ ー ク PRF：Peak Pulse

解説論文される．RS 符号化器から出力された M+48 個のビットする．

Repetition Frequency）は 499.2 MHz であるため，図 3

データシンボルの必須平均 PRF は表 3 に示すようにのチップ長（時間幅）T c は約 2 ns となる．データシンボ

15.6 MHz と 3.9 MHz の二つがある．平均 PRF は 1 シルとは別にプリアンブルシンボルがある．プリアンブル

ンボルに含まれるパルスの数で定義されるため，平均の役割はチャネルの初期捕そく，通信路推定，パケット

PRF が大きければ，1 シンボル当りのパルス数は多くな

同期及び測距などを行うことである．したがって，デーる．その結果，出力電力を一定としたときにパルスの尖タシンボルとは逆にパルスを定常的で均一に発生させる

頭電圧値は小さくなるメリットがある．一方，遅延スプ必要がある．上記役割を果たすために，完全な周期自己レッドの大きい通信環境下において，PRF が大きくな

相 関 特 性 を 有 す る PBTS 符 号（Perfect Balanced

ればパルス間干渉が生じる確率は大きくなる．特に電力

Ternary Sequences）をプリアンブル用パルス列として検波のような非同期検波器は特性劣化を受けるおそれが選んだ．必須仕様で符号長 31 ビットの PBTS とオプ

ある．平均 PRF を小さくすることによって，上記電力

ションで符号長 127 ビットの PBTS 符号はそれぞれ用検波の特性劣化を抑えられる．以上の PRF 値のトレー意されている［16］．図 5 にプリアンブルの構成を示す．

ドオフ関係から必須仕様では二つの平均 PRF を用意しプリアンブルは SYNC（Synchronization）区間と SFDた．この二つの平均 PRF 値は整数倍関係にあるので，（Start Frame Delimiter）区間に分けられる．SYNC 区

同じパルス生成器を用いて生成でき，複雑度を上げるこ間において，シンボル S i を一様に送っている．ただし，となく構成できる．

S i は次のように PBTS 符号 C i を拡散することによって

IEEE802.15.4a の必須データレートが 850 kbit/s であ得ている．

るが，オプションとして，110 kbit/s や 6.81 Mbit/s とSi = Ci 7 d L ( n )27.24 Mbit/s などのデータレートが用意されている．110（1）kbit/s は測距・測位をメインとするアプリケーションのために設けられ，6.81 Mbit/s と 27.24 Mbit/s はデータ

ここで，デルタ関数 dL は次式で定義される．

SYNC 区間
SFD 区間（16, 64, 1024, 4096 シンボルのいずれかを用いる）（8, 64 シンボルの 2 択）
Si

…

…

Si

0

図5

Si

小特集❶

Si

Si

0

8 シンボル時の構成
- Si
Si
0

0

- Si

プリアンブル構成

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

79

表5

平均 PRF とデータシンボルパラメータ，符号化率及びデータレートの対応関係

平均
PRF
（MHz）

データシンボル構成パラメータ

FEC 符号化率

シンボル
ビット
レート
レート
（Msymbol/s） （Mbit/s）

Nburst

Nhop

Ncpb

Nc

Tburst（ns）

Tsym（ns）

k=3

RS

15.60

32

8

128

4096

256.418205.13

0.5

0.87

0.12

0.11

15.60

32

8

16

512

32.04

1025.64

0.5

0.87

0.98

0.85

15.60

32

8

2

64

4.01

128.21

0.5

0.87

7.80

6.81

15.60

32

8

1

32

2.00

64.10

1

0.87

15.60

27.24

3.90

128

32

32

4096

64.10

8205.13

0.5

0.87

0.12

0.11

3.90

128

32

4

512

8.01

1025.64

0.5

0.87

0.98

0.85

3.90

128

32

2

256

4.01

512.82

0.5

0.87

1.95

1.70

3.90

128

32

1

128

2.00

256.41

1

0.87

3.90

6.81

Nburst：1 シンボル当りのパルスバースト区間の数
Nhop：バーストスクランブル区間におけるパルスバーストのホッピング区間の数
Ncpb：パルスバーストに含まれるチップ数

レートを重視するアプリケーションのために用意され用いた非同期受信機にとって好都合である．

た．必須仕様のデータレートとオプションのデータレー

3.4 パルス波形

トを異なる動作モードと見ることができる．ただし，オIEEE802.15.4a の必須仕様パルス波形として，ロール

プションの動作条件について，この章の最後で述べる．

オフ率が 0.6 のルートレイズドコサインパルスを指定しプリアンブル符号長が必須仕様の 31 bit のときに，二つた．これを式（5）に示す．

の必須平均 PRF に対応するデータシンボル構成のパラ
メータと符号化率及びデータレートを表 5 にまとめた．

( 1 + b ) rt
F+
cos <
Tp

ここで，N cpb は一つのパルスバースト当りのチップ数を表し，図 3 の関係を用いて次式より求まる．

Ncpb =

TburstTc（3）

また，N burst は 1 シンボル当りのパルスバースト区間の数で，次式より計算される．

T sym
Nburst =Tburstr (t) =

4b
r Tp

d

sin <

( 1 - b ) rt
F
Tp
4bt
Tp

2

4bt
n -1
Tp

（5）

ただし，b=0.6 はロールオフ率を表し，T p は用いたパルスの時間幅である．一方，他のパルス波形を用いると（4）

N hop は図 3 の一つの BPM 区間におけるバーストスク

きに，次の式で定義されるパルス間の相互相関係数

z (x) =

3
1
Re # r ( t ) p * ( t + x ) dt
-3
Er E p（6）

ランブル区間にあるパルスバースト区間の数である．すなわち，パルスバーストはスクランブルを行うためにが 0.7 以上でなければならない．ここで，r (t) は式（5）ホッピングできる区間の数である．したがって，N hop=の必須仕様パルス，p (t) は r (t) と異なるパルス波形，

N burst/4 が成り立つ．

* は複数共役を表す．また，E r と E p はそれぞれ r (t) と表 5 のパラメータ設定は同じ平均 PRF に対して，1

p (t) のエネルギーである．式（6）の条件は同一ピコネッ

シンボルに含まれるパルスバースト区間の数が同じであトの中に異なるパルス波形を用いたデバイスが同時に存ることを前提としている．したがって，データレートの在する環境下においても，デバイス間の通信が行えるこ

変更は一つのパルスバーストに含まれるパルスの数を変とを保障するためのものである．

えることによって実現されている．パルスバースト長は一方，種々な用途に対応するため IEEE802.15.4a で含まれているパルス数に従って変わるので，シンボル長は三つのオプションパルス波形を用意している．これらもデータレートによって異なる．平均 PRF15.6 MHz とはチャープ UWB（CoU：Chirp on UWB），連続スペク

3.9 MHz を比較すると，後者の 1 シンボル当りのパルス

トルパルス（CS：Continuous Spectrum），及び UWB 線

バースト区間数とバーストスクランブル区間におけるパ

形組合せパルス（LCP：Linear Combination of Pulses）

ルスバーストのホッピング区間数はそれぞれ前者の 4 倍である．LCP はパルスを組み合わせたものを一つのパである．遅延スプレッドの大きい環境下では電力検波をルス波形として扱い，使用可能なパルスに拡張性をもた

80

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

ように 1 シンボル長はデータ伝送区間とガード区間に分

テ ィ ン グ す る ピ コ ネ ッ ト（SOP：Simultaneously

けられ，更にデータ伝送区間においてパルスバーストがOperated Piconets）の数を増やしたり，ピコネット間のホッピングしているため，CCA の操作を難しくしてい

相互干渉を低減させたりする役割を果たす．例として，

る．また，対象としているアプリケーションでは一般的

CoU パルスは次式によって定義される．

にネットワークのトラヒックが小さいと考えられるた

解説論文

らしている．CoU と CS オプションは同時にオペレー

め，必須仕様でのチャネルアクセス方式を ALOHA と

rat2
d
n
pCoU ( t ) = * r ( t ) exp -j 2
0 others

T
T
#t#
2
2 （7）

ここで，r (t) は式（5）のレイズドコサインパルスで，
a=B/T はチャープレートである．占有帯域幅が必須仕様の 499.2 MHz のとき，a は∓ 500 MHz/2.5 ns の値をとる．CoU パルスを用いることによって周波数バンドとバーストホッピングと異なる SOP をサポートする次元（チャープレート）を提供できるだけでなく，チャープ
信号の優れた相関特性を利用して，ピコネット間の干渉を抑えることができる．例として図 6 に CoU を用いる
ときと用いないときのピコネット間の干渉特性を示す［19］．横軸は希望ピコネットデバイスからの電力（P c）と干渉ピコネットからの電力（P i）の比で，縦軸はビット誤り率（BER：Bit Error Rate）を示す．また，信号対雑音比（E b/E 0）をパラメータにとっている．いずれの信号
対雑音比の値においても CoU を用いることによって
BER を低減できた．信号対雑音比は小さいほど，CoU

した．
しかし，トラヒックの大きいアプリケーションにおいて，ALOHA 方式ではパケットの衝突確率が大きくな
り，ネットワーク全体のスループットは低下してしまう
お そ れ が あ る． こ れ を 避 け る た め に， 必 須 仕 様 のALOHA 以外に，UWB の CCA オプションを用意した．
UWB のデータシンボル区間においても CCA を可能とするために，プリアンブルシンボルを周期的にデータシンボル区間に挿入した．図 7 にデータフレーム構成を示
す．データフレームはプリアンブル部とデータ部からなり，データ部にはヘッドとデータシンボルからなる．
CCA を行わなければ，プリアンブルの後にデータシン
ボルのヘッドとデータシンボルが続くが，CCA を行う
ときにはプリアンブルシンボルが周期的にデータ部に挿入される．これは移動通信等でパイロットシンボルによるマルチパスの推定・補償のフレーム構成と似ているが，ここでは CCA に定常的なセンシング対象を提供すの BER 低減効果は大きい．なお，チャープ信号の相関
プリアンブル
シンボル区間特性は測距・測位精度を高めるのにも好都合である．
3.5 チャネルアクセス方式
IEEE802.15.4 で は チ ャ ネ ル ア ク セ ス 方 式 と し て
CSMA-CA （Carrier-Sense Multiple Access with

ヘッドとデータシンボル区間

挿入前

Collision Avoidance）を用いている．CSMA-CA を行う
ために CCA（Clear Channel Assessment）と呼ばれる

挿入後…

チャネルは占用されているかどうかの評価プロセスを施す必要がある．一方，IEEE802.15.4a では 3.2 で述べた

挿入されたプリアンブルシンボル（4 データシンボル対 1 プリアンブルシンボル）

図7

E b / N 0 = 6 dB
E b / N 0 =10 dB
E b / N 0 =15 dB

BER

10 -1
10

CoU CoU
なし あり

-2

10 -3

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

CoU による SOP 特性の向上

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

CCA 成功率 95％

0.2
0.15
0.1

CCA 成功率 80％
ALOHA

0.05
0

P c /P i（dB）

図6

全フレーム CCA

0.25

小特集❶

10 -4
10 -5
-10 -9

プリアンブルシンボル挿入前後のフレーム構成規格化したスループット

10 0

図8

10 -1

10 0
ネットワークの負荷

CCA によるスループット特性の改善

81

ることが目的である．CCA の成功率とスループット等

効な干渉回避技術（DAA：Detect And Avoid）の実装がを勘案して，挿入されるプリアンブルシンボルとデータ求められる．DAA が実装されない場合は電力マスクがシンボルの比率は 1 対 4 の割合のときに特性がよいこと-41.3 dBm/MHz から -70 dBm/MHz に引き下げられを確認した．

る．ただし，時限装置として 4.2 GHz から 4.8 GHz ま

図 8 に CCA を行うことによるスループット特性の改でにおいて，2008 年末まで DAA がなくても使用する

善効果を示す［20］．横軸はネットワークの負荷で，ネッことができる．いずれにしても将来に UWB を使用する

トワークに入力されるトラヒック量とネットワーク容量

上で DAA が不可欠な技術であり，安価で有効な DAAとの比で定義される．縦軸は規格化したスループット

技術の開発は急務である．一方，7.25 GHz から 10.25

で，データシンボル伝送に使用されるネットワーク容量

GHz ま で の 帯 域 に お い て DAA の 制 限 が な い の で，とネットワーク全体容量との比で定義される． ALOHAUWB ハイバンドでの安価の装置化は今後の課題であと CCA の特性以外，全フレーム CCA の特性も与えた．

る．欧州では DAA の代わりに LDC（Low Duty Cycle）

これはフレーム全体にわたって CCA が可能であるとのを用いることも可能としているので［18］，その動向を注

仮定での理想特性である．また，CCA について，CCA

目したい．日本のレギュレーションで UWB を利用しやの成功率は 95％と 80％のときの特性を示した．ネット

すくした点がある，UWB の帯域幅は 450MHz 以上を満

ワーク負荷が 10％以下であれば，ALOHA を用いてもたせばよいとの規定である．

十分なスループットは得られることが分かる．一方，

ここでは省略するが，IEEE802.15.4a では測距・測位

ネットワーク負荷が 10％を超えると，CCA を用いるこ

方式についてレビューを行い，TOA（Time Of Arrival）とによってスループットを改善できる．CCA の成功率

や TDOA（Time Difference Of Arrival）などの測距・が大きいほど，スループットの改善効果は大きい．ここ

測位方法を勧めている［16］．高精度の測距・測位を行う

で，CCA の成功率はチャネルが占用されているときに，ためにいくつかの課題を解決しなければならない．まず，

CCA がこれを正しく検出したことを指す．成功率が測距・測位の基本は測距しようとする二つの端末間での0％に近づくと，スループット特性は CCA を行わない

測距パルスの伝送時間を測ることである．測距はナノ秒

ALOHA のそれに近づく．

単位で行わなければならないので，伝搬時間を同じ精度以上では IEEE802.15.4a の必須仕様と主なオプショで測る必要がある．そのために，測距パルスをいかに精

ンパラメータについて解説した．デバイス間通信に支障

度良く検出できるかが重要である．特にマルチパス環境が生じないように，ピコネット加入またはチャネルアク

下において，遅延波に含まれるパルスは先頭パルスよりセス時には必ず必須仕様パラメータを用いることが定めも大きい電力をもつことがある．比較的小さい先頭パル

られている．また，オプションパラメータを用いて通信スを正確に検出するための工夫が求められる．また，マを行うときに同一ピコネット内のすべてのデバイスが同ルチパス環境下において直接波は存在しないときの測距

オプションパラメータを具備している場合に限ることはなど様々な課題が残されている［24］〜［26］．次に，測距・規定されている．

測位の精度に影響を与えるものとして，測距する二つの端末間のクロックオフセットがある．二つの端末がもっ4．利用上の問題点と課題ている時計間の同期誤差によるものもあれば，端末の水

ここでは，筆者らは UWB の研究開発並びに標準化活動を行う中で感じている IEEE802.15.4a を利用するときの問題点及び今後の課題について述べる［19］〜［23］．
ションを行っている．日本のレギュレーションでは
UWB を利用するときのデータレートが 50 Mbit/s 以上を満たさなければならないと規定し，IEEE802.15.4a の利用は制限されることになる．FCC と欧州などでは類似する規定はない．ただし，日本のレギュレーションを2008 年末以後に見直しする予定で，制限が緩和されることを期待したい．一方，日本と欧州は FCC 以上に厳しい UWB 電力マスクを課している．例として図 9 に日EIRP（dBm/MHz）FCC に続いて，日本と欧州などは UWB のレギュレー

3.4 4.2 4.8

-40

82

10.25

2008 年
末まで時
限開放

-50
-60
-70

有効な干渉回避機能の実装が必要．ただし，4.2〜4.8 GHzにおいて 2008 年末までは実装しなくてもよい

-80
-90

-100

1

2

3

本の電力マスクを示す．UWB ローバンドで利用可能の
周波数バンドは 3.4 GHz から 4.8 GHz まであるが，有

7.25

図9

4

5
6
7
8
周波数（GHz）

9

10

11

日本の UWB 電力マスク

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

もある．上記のいずれも測距精度を大きく劣化させる可能性があるので，対策を講ずる必要がある［22］．また，測位は一般的に 3 点からの距離が分かれば可能であるが，3 点との測距・測位アルゴリズムを吟味する必要がある［23］．更に，3 点間の相互位置関係の測位精度への影響や，測位アルゴリズムの簡素化による消費電力の低減などの課題がある．
最後に，IEEE802.15.4a は主に物理レイヤ仕様を規定しているが，受信機の構成を定義していない．より良い性能を目指す同期受信機と安価でシンプルな構成を目指す非同期受信機のほかに，データレートや他のオプショ
ンパラメータを選択することができる．いかにアプリ
ケーションに合致した低コストで性能の良い装置の開発は重要である．

5．む す

び

標準規格 IEEE802.15.4a は UWB 技術の特徴である
広帯域性と高い時間分解能を活用し，同じ物理レイヤ仕様を用いて通信と測距を同時にサポートできるメリット
が あ る． 先 に 成 立 し た 低 速 無 線 PAN の 標 準 規 格
IEEE802.15.4 と 比 べ て よ り 低 い 消 費 電 力 と よ り 高 い
データレートを実現し，より精確な測距・測位を行えるなど様々な潜在能力を有している．
本論文は IEEE802.15.4a の必須仕様と主要オプションについて解説したもので，標準規格をすべて網羅する
ものではないことに注意されたい．IEEE802.15.4a は異なるアプリケーション要求に対して数多くのオプション
仕様を用意している．必須仕様とオプションをうまく利用することによって，伝搬距離が 30 m 以上，データ
レートが 850 kbit/s 以上，測距・測位精度が数十センチ以下を実現できる．これらの特徴を利用して，低速無線
PAN の利用分野が拡大され，利用はいっそう加速されることを期待したい．
文

献［1］ J. A. Gutierrez, E. H. Callaway. Jr., and R. L. Barrett, Jr.，
Low-rate wireless personal area networks ─ enabling

解説論文：ウルトラワイドバンド技術で加速する低速無線 PAN

ubiquitous networking a reality?: A discussion on apotential low power, low bit rate standard, ” IEEE
Commun. Mag., vol.00, no.00, pp.140 ─ 146, June 2004.
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トワークにおける受信電力を用いた屋内位置推定方法の検討， 第 29 回 情 報 理 論 と そ の 応 用 シ ン ポ ジ ウ ム 予 稿 集，vol.1, pp.267 ─ 270, Nov. 2006.
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positioning in a multipath environment, ” Conference
Recording, IEEE VTC2004-Fall, vol.5, pp.3540 ─ 3544,
Sept. 2004.
（平成 19 年 3 月 26 日受付，5 月 7 日再受付）

小特集❶

wireless sensors with IEEE 802.15.4TM, IEEE Press,
2004.
［2］ http://www.zigbee.org/［3］ http://grouper.ieee.org/groups/802/15/［4］ K. Siwiak and D. McKeown, Ultra - wideband radio
technology, John Wiley & Sons, Ltd., 2004.
［5］ M. Ghavami, L. Michael, and R. Kohno, Ultra wideband
signals & systems in communication engineering, John
Wiley & Sons, 2004.
［6］ 河野隆二， 通信の常識をひっくり返す無線ブロードバンドの核心，「ウルトラワイドバンド
（ＵＷＢ）
無線技術」
前編，日
経コミュニケーション，pp.152 ─ 157, 7 月 1 日号，2006．
［7］ 河野隆二， 通信の常識をひっくり返す無線ブロードバンドの核心，「ウルトラワイドバンド
（ＵＷＢ）
無線技術」
後編，日

経コミュニケーション，pp.88 ─ 93, 7 月 15 日号，2006．
［8］ J. Zheng and M. J. Lee ，“ Will IEEE 802.15.4 make

解説論文

晶発振器の安定度に起因する相対周波数偏差によるもの

83李還幇（正員）▶昭 61 中国北方交通大学・工・通信と制御卒．平 3 名古屋工業大学大学院博士前期課程了．平 6 同大学院博士後期課程了．博士（工学）．同年郵政省通信総合研究所（現
独立行政法人情報通信研究機構）入所．以来， 技 術 試 験 衛 星 ETS-VI や COMETS など用いた移動体衛星通信の実験研究，UWB技術の研究開発及び標準化活動などを経て，現在，同医療支援 ICT グループ主任研究員．医療及び健康支援のための無線通信技術の研究開発及び標準化活動に従事．平 11〜 12 米国スタンフォード大客員研究員．平 14 より電通大客員准教授．平 18 年 5 月より IEEE802.15.MBAN 副議長．平 7 年度本会学術奨励賞，平 9 年度同論文賞，平 12 科学技術庁注目発明各受賞．著書「ビタビ復号を用いたブロック符号化変調方式」（トリ
ケップス，平 11）．

滝沢 賢一（正員）▶平 8 長岡工業高専・電気卒．平 15 新潟大学大学院自然科学研究科博士後期課程
了．博士（工学）．同年独立行政法人通信総合研究所（現在，独立行政法人情報通信研
究機構）入所．平 15 〜 17，UWB 結集型特別グループに所属，ウルトラワイドバンド
無線通信の研究及び標準化に従事．現在，医療支援 ICT グループに所属，医療及び健康支援のための無線通信技術に関する研究開発及び標準化に従事．
平 18 年度本会学術奨励賞受賞．

甄

河野 隆二（正員：フェロー）▶ 昭 54 横 浜 国 大・ 工・ 情 報 卒． 昭 59 東大大学院博士課程了．工博．同年東洋大・工・講師．昭 61 同大学・工・電気助教授，昭63 横浜国大・工・電子情報助教授を経て，
平 10 より同教授．昭 59 〜 60 カナダ，ト
ロント大客員研究員．情報通信システム，
情報理論，符号理論，ディジタル信号処理，
スペクトル拡散通信（CDMA），移動通信，
高度交通システム（ITS），アレーアンテナによる時空間信号処理，
ソフトウェア無線 (SDR)，UWB 無線の研究に従事．平 10 〜 14
ソニーコンピュータサイエンス研究所先端情報通信研究室室長兼業，平 14 より独立行政法人通信総合研究所 UWB 結集型特別グ
ループリーダ併任，平 14 文部科学省 21 世紀 COE プログラム「横浜国立大学：情報通信技術に基づく未来社会基盤創生」拠点リーダ．
本会スペクトル拡散研究専門委員会委員長，同 ITS 研究専門委員会委員長，同ソフトウェア無線時限研究専門委員会委員長，IEEE
Transactions on Communications 及び Transactions on Information Theory の Editor，IEEE Information Theory Society 理事などを歴任，平 11 年度本会業績賞受賞「スペクトル拡散通信に関する先駆的研究」，平 15 第 1 回ドコモモバイルサイエンス賞先端技術優秀賞受賞．

斌▶平 3 中国西安交通大学・工・電子卒．平6 同大大学院修士課程，平 9 同博士課程了．
工博．平 12 〜 14 サムスン綜合技術研究院において，Bluetooth SIG や WiMedia 関連の研究開発に従事．平 15 〜 16 NTT 未
来ネットワーク研究所において，RFID と
リアルタイム測位方式の研究開発に従事．
平 17 より独立行政法人情報通信研究機構
専攻研究員．UWB 技術の研究開発及び標準化活動などを経て，現在，同医療支援 ICT グループ専攻研究員．医療及び健康支援のための無線通信技術の研究開発及び標準化活動に従事．

84

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド

解説・報告
UWB 無線にまつわる法規制
東京工業大学高田潤一

1．ま え が きれておらず，また利用する周波数帯の割当もされていない．
このため，周波数監理を行う Study Group（SG）1 のもとに2002 年 の First Report and Order に 始 ま る 米 国 FCC

TG 1/8 “Compatibility between Ultra-Wideband devices（Federal Communications Commission）による UWB（Ultra-（UWB）and radiocommunication services” が 設 け ら れ た．

Wideband）開放政策は，それまでの ITU-R（International

TG 1/8 で は 共 存（coexistence） で は な く 両 立 性（com-Telecommunication Union-Radiocommunication sector）に

patibility）に対して検討がスタートし，後には既存業務へのよる電波監理の考え方とは大きく異なるもので，諸外国に波影響（impact）という形で議論が進められた．TG 1/8 は 2003

紋を広げた．無線通信規則（Radio Regulations：RR）［1］4.4

年 1 月から 2005 年 10 月にかけて合計 6 回開催され，4 本のにおいても，RR に基づいて運用される無線通信業務に有害新勧告案と 1 本のレポート案を出力して終了した．これらのな混信を生じさせないこと，有害な混信からの保護を要求し新勧告案，新報告案は SG 1 での審議を経た後に ITU 加盟

ないことを明示することを前提に，周波数配分の例外が認め各国の郵便投票に付され，すべて承認された．2007 年 4 月

られており，我が国においても微弱電波という形で適用され

現在，4 本の新勧告はすべて発行済であり［2］〜［5］，新報告てきた．しかしながら，FCC が認めた放射電力のレベルがはドラフトのまま公開されている［6］．

ITU-R でこれまで検討されてきた許容干渉量に比べて非常に大きい点が議論となった．FCC の政策は，許容される電波の放射に関する規制は，放射が意図的であるとないとにか

2.1 UWB 技術の特徴
勧告［3］は UWB の定義を含む，基本的な特徴についてまとめたもので三つ Annex（注 1）より構成される．
Annex 1 は用語・略語の定義である．「UWB 技術（UWB

従来の電波監理の枠組みにおいては，意図的な電波の発射とTechnology）」は，近距離無線通信を行うために，無線通信

意図しない電波の放射にはそれぞれ異なる基準が適用されて業務に割り当てられた周波数帯を含む非常に広い周波数帯域

いるが，前者の方が後者よりもはるかに厳しい規制のもとにで意図的に電波を送信（transmission）する技術，と定義され置かれているというねじれ現象が生じている．ITU-R では，る．UWB 技術を用いた機器は，典型的には，－10 dB 帯域

Task Group（TG）1/8 において，UWB 機器が既存の通信幅が 500 MHz 以上，あるいは－10 dB 比帯域が 20％以上の業務に与える影響に関して，利害関係者が様々な立場から議電波をアンテナから意図的に発射する．FCC の文書では論に参加し，2005 年 10 月には UWB 技術に関する四つの勧“emission” という語が使用されているのに対して，ITU-R

告案と一つのレポート案をまとめた．これを受けて，日本の勧 告 で は “transmission” と い う 語 が 使 用 さ れ て い る．RR

総務省や欧州の CEPT においても UWB の導入に向けた法

1.137 及び 1.138 には，それぞれ “radiation” と “emission” が規制が整備されている．本報告では，ITU-R TG 1/8 の議論

定義されており，前者は単なる電波の発射を，後者は無線局をベースに，UWB 無線の法規制に関する考え方を述べ，各による電波の発射を表している．UWB 機器は無線通信業務

国の動向について紹介する．最後に，これらの活動を通しては行わないので，“emission” という語は不適切であるとして得た法規制にまつわる個人的な意見・感想を述べる．

退けられた．その一方，“radiation” は放射線のイメージが2．ITU-R TG 1/8 での議論
ITU-R においては，UWB がどの業務に属するかは特定さ解説・報告あるとして，その使用には英語圏の参加国からの強い抵抗が（注 1）：ITU 勧告における Annex は，付録ではなく勧告の具体的な内容
である．

85

小特集❶

かわらず同一であるべき，という物理的考察に基づいていた．

あり，“transmission” を使用することとなった．－10 dB 帯

り，大半の周波数帯において FCC の許容レベルに比べて数域幅という概念は既存の無線通信業務における信号の特徴量

十 dB 小さい．これは，無線通信業務の保護に必要とされてとしては使われておらず，専ら UWB 信号のために定義されいる INR が－6 〜－20 dB と非常に小さな値であることが主たものである．周波数帯域に関しても，占有周波数帯幅（99

な原因である．例えば，固定通信業務［8］を例にとると，誤％電力値），帯域外発射，スプリアス発射などの概念は適用

り特性の劣化要因（電力）を，熱雑音を含む装置の不完全性，

されない．送信時間率（activity factor）は UWB 機器が実際

一次業務内での周波数共用，その他の干渉源の 3 種類に分類に送信している時間率を表す．後ほど述べる UWB の影響のし， そ れ ぞ れ の 比 率 を 89 ％，10 ％，1 ％ と し て い る（ 注 3）．

評価にあたって考慮されるパラメータとなる．

UWB 機器はその他の干渉源に当たるため，劣化要因電力のAnnex 2 は UWB 技術の一般的特徴である．高い利用密度の可能性，高いデータレート，安全な通信，ロバストな通

1％，すなわち INR －20 dB が割り当てられられるとしてい
る．

信などの特徴が述べられている．続いて，通信路容量，電力勧告の Annex 1.2 は実機を用いた様々な干渉実験の結果

スペクトル，変調方式，共通信号方式（commonsignaling

である．必ずしも体系的なデータではなく，個々の実験結果

mode），マルチパスの影響，イメージング及び位置推定などを並べた形となっている．Annex 1.3 は様々な干渉軽減法をの性質を定義している．

リストアップしたもので，スペクトルの制御，交差偏波の使Annex 3 は UWB 技術の運用上の特徴である．通信機器，

用，ノッチフィルタ，変調方式の工夫，周波数ホッピング，

車載レーダ，地中レーダなどの用途別の特徴，及び，それぞチャープ信号，バースト発振，アンテナによる空間制御，干れの用途における稼動率が与えられている．特に複数の渉検出回避（detect and avoid technology：DAA）技術など

UWB 機器からの干渉を考える際に，稼動率が重要なパラが含まれている．

メータとなる．

Annex 2 は，前述したように単一 UWB 機器及び UWB

2.2 UWB 機器が無線通信業務に与える影響

機器の集合が干渉源の場合それぞれに対する干渉評価の方法

勧告［5］は UWB 機器が送信する信号が無線通信業務の範をまとめたものである．

疇で運用される各種システムに対して与える影響を，解析的

2.3 周波数監理の枠組み

及び実験的に評価した結果，及び影響を軽減する技術につい勧告［4］は UWB 機器を導入するにあたっての周波数監理てまとめたもので，二つの Annex からなる．本勧告は結果の枠組みをまとめたもので，一つの Annex とこれに対するだけをまとめたもので，個別の検討方法に関する詳細な記述

三つの Appendix からなる．前文の “recommends” では RR

は報告［6］に示されている．

4.4 への準拠の帰結として，UWB 機器が他国の無線通信業

勧告の Annex 1.1 では，机上検討による無線通信業務ご務に対しいかなる悪影響を与えることも禁じるとともに，既との影響の評価結果を，UWB 機器の最大許容 e.i.r.p.（dBm/

存業務による UWB 機器への影響が生じても保護を求めるこ（注 2）．許容最大 e.i.r.p. の算出にあとを禁じている．Annex 1 2.2 では，特に安全のための業務

た っ て は， 評 価 方 法， 保 護 に 必 要 な 干 渉 対 雑 音 電 力 比と受動業務の保護を強く求めており，RR 5.340 による発射（interference to noise ratio：INR），稼動率，被干渉システ

禁止帯の厳守が明示されている．受動業務とは，観測対象がムの特性，UWB の特性，干渉及び導入のシナリオなど様々

自然現象として発する微弱な電波を観測するものであり，な条件を考慮する必要があるため，勧告には主要な条件だけ

DAA のような技術が使用できないためである．3.1 ではが明記され，詳細な説明は報告を参照する形式になっている．

UWB の周波数監理の枠組みとして，UWB 信号の平均電力勧告の Annex 2 で示されるように，干渉のメカニズムは 2

及び尖頭値電力のスペクトル密度，すなわちスペクトルマス

種類に大別される．携帯端末のように UWB 機器が被干渉シ

クを用いて技術基準を示すことが勧められている．これは，ステムに非常に近接する可能性がある場合には最近接する

無線通信業務で使用する信号の周波数監理が占有帯域幅，帯UWB 機器からの干渉が支配的になるのに対し，衛星通信の域外放射，スプリアス放射などを使用して行われているのとアップリンクのように多数の UWB 機器からの影響が重畳さ対照的であり，電気機器の不要電波発生に係る電磁環境適合れる場合には UWB 機器の集合として干渉を取り扱う必要が性の試験と同等に行われることを示している．すなわち，米ある．後者については，利用密度，送信時間率などを考えた

国 FCC が 2002 年に UWB の使用を認可した際に導入した

モンテカルロシミュレーションを行うこともある［7］．検討

方法を追認しているといえる．ただし，発射の「禁止」に関しされている無線通信業務は，IMT-2000 を除く陸上移動通信，ては定量的な定義がなく，主発射帯域という概念のない

海上移動通信，航空移動通信／無線航行，IMT-2000，無線

UWB 機器においては，具体的にどうすればよいのかは明示

LAN を含む無線アクセス，アマチュア無線及びアマチュア

されていない．

MHz）の形で表している

無線衛星，気象レーダ，固定通信，固定衛星通信，移動衛星

Appendix には，勧告案が作成された当時の電波監理の例

通信，無線航行衛星，地上放送，衛星放送，地球探査衛星，
宇宙研究，電波天文，と多岐にわたっている．許容 e.i.r.p. の算出は，主に被干渉側のシステム技術者によって行われてお

86

（注 2）
：e.i.r.p. の定義については，2.4 で説明する．
（注 3）：勧告には，この比率は要検討であると書かれているが，10 年以
上この値が使用され続けている．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告示 と し て， 米 国 FCC が 実 施 し て い る 周 波 数 監 理， 欧 州

尖頭電力は参照帯域幅 50 MHz のガウスフィルタに対する

CEPT（European Conference of Postal and Telecom-

出力で定義される．しかしながら，スペクトルアナライザのmunications Administrations）による周波数監理の案，日本

RBW を決定する IF フィルタが理想的なガウス型となる上の総務省がによる技術要件の案が収録されている．このため，

限が 3 MHz 程度であり，それ以上広い RBW を使用した場

FCC 以外の事例については，当時はまだ議論が収束してお合には，フィルタの位相特性やスペクトル形状の影響で正確らず，最終的に決定されたものとは一致していないが，今後な測定ができない．そこで尖頭値検波で 3 MHz RBW のマッUWB の導入を検討する国が検討にあたって参考になること

クスホールド表示とし，最悪値を仮定してコヒーレント信号を目的に収録されているものである．

を仮定した周波数スケーリングを行うことが推奨されてい2.4 UWB 送信信号の測定法
勧告［2］は UWB 機器が送信する信号を周波数監理の観点から測定するための手法についてまとめたもので，一つのAnnex からなる．測定方法は大別して周波数領域・時間領
域 の 2 通 り が あ る． 電 力 は 等 価 等 方 放 射 電 力（effective
isotropic radiation power：e.i.r.p.）で定義された電力スペク
トル密度（単位 dBm/MHz）で評価される．e.i.r.p. は送信電力と最大アンテナ実効利得の積で表され，放射電力密度の指標となる．したがって，実使用状態を模擬した放射測定を原則とし，測定用受信アンテナは利得またはアンテナ係数が既知であるとして，受信電力スペクトル密度から，e.i.r.p. に換算する．
－10 dB 帯域は周波数領域測定により得られる．通常の占有帯域幅の定義とは異なり，1 MHz 分解能帯域幅（resolution（注 4）

bandwidth：RBW）の尖頭値検波により得たスペクトルの最大レベルから 10 dB 低下する周波数のうち，最も高い周波数と最も低い周波数との差で定義される．
測定環境としては，1 GHz 以下が 5 面，1 GHz 以上が 6面の電波暗室を推奨され，距離 3 m を原則としている．
電力スペクトル密度は，1 GHz 以下では CISPR16-1-1［9］準尖頭値検波が，1 GHz 以上では rms 検波（平均二乗検波）及び尖頭値検波が使用される（注 5）．CISPR 準尖頭値検波は通常 の EMC の 放 射 妨 害 波 測 定 に 用 い ら れ て い る も の で，
EMC 測定と機器を共通化することが主な趣旨であると考えられる．1 GHz 以上で 2 通りの異なる検波器が用いられるのは，平均電力と尖頭電力でそれぞれ受信機に与える影響が異なることが理由である．尖頭電力は，受信機初段の低雑音増幅器（LNA）の飽和に関係する量で，参照帯域幅（reference
bandwidth）50 MHz で定義される．50 MHz という数値は，最初に FCC が採用した値を踏襲しており，その説明では
LNA 前段の受信機フィルタのうち，最も帯域幅の広い部類のもの，とされている．
平均電力は，既存の無線通信業務への干渉量を表すもので，
参照帯域幅 1 MHz で定義される．勧告［5］で議論されている
許容電力はほとんどの場合がこちらの値である．
積分時間 1 ms 以内の電力平均値で定義される．積分時間が長いほど，インパルス性の信号に対して rms 検波出力が小さくなるため，上限が定められている．スペクトルアナライ
ザで測定する場合は，rms 検波で RBW を 1 MHz とし，積分時間が 1 ms 以内となるよう掃引時間を調整する．

解説・報告

Limit RBW = Limit BW + 20 log10

RBW
BW 

（1）

により分解能帯域幅 RBW から参照帯域幅 BW への換算を行う．
スペクトルアナライザは受信機とは異なり初段の雑音指数が悪く，例えば 1 GHz における雑音電力は，距離 3 m における e.i.r.p. に換算して－47 dBm/MHz 程度となるため，低雑音増幅器の使用が不可欠となる．
時間領域測定にはオシロスコープを使用するが，スペクト
ルアナライザに比べてダイナミックレンジが小さいため，尖頭電力の最大値を正確に求める場合のみ，使用が推奨される．
この場合，フィルタリングはディジタル信号処理で実現されるため，任意の帯域幅のフィルタが理想的に実現できる．波形測定となるため，受信アンテナの校正データは，振幅のみ
でなく位相も含めた複素アンテナ係数とする必要がある．
なお放射測定以外に給電点における伝導測定も勧告されている．この場合は，別途測定したアンテナ利得を乗積することで e.i.r.p. に換算する．

3．米国の動向1990 年代後半から UWB の導入可能性を検討していた米国 FCC は 2002 年に First Report and Order［10］を発行し，いち早く UWB の解放政策を実施した．UWB 機器は，FCC
規則 Part 15［11］で規定されている．Part 15 は，電波を発射する機器のうち個別免許が不要なものすべてに対して，意
図的・非意図的な電波放射のいずれにも適用される点に特徴がある．スペクトルマスクは地中レーダ，壁透過レーダ，侵入監視システム，医用画像システム，自動車レーダ，屋内シ
ステム，携帯システムのそれぞれに対して個別に定義されており，自動車レーダは準ミリ波帯，それ以外のシステムはマ
イクロ波帯を主に使用する．3.1 〜 10.6 GHz で－41.3 dBm/
MHz というよく知られているマスク値は，屋内・携帯シス
テムに対する平均 e.i.r.p. である．一説によれば，この数値
は CISPR で当時議論されていた 1 GHz 以上の放射妨害波のマスク値をそのまま適用したのではないか，といわれている．
1. でも述べたように，意図的に放射された電波と意図せず（注 4）：スペクトルアナライザの中間周波（intermediate frequency, IF）
フィルタ（通常はガウスフィルタ）の 3 dB 帯域幅．
（注 5）：CISPR については 6.1 で説明する．

87

小特集❶

平均電力は参照帯域幅 1 MHz のガウスフィルタに対するる．すなわちに放射された電波は，分離して測定することが技術上不可能に狭い帯域まで認めている．スペクトルマスクに関しては，

であるばかりでなく，既存の無線通信業務与える干渉量もそ

4.2 〜 4.8 GHz に お け る 平 均 e.i.r.p. を，2010 年 12 月 31 日

れぞれの電力が同じであればほぼ同一であると考えられる．

までの時限付きで，干渉軽減対策がない場合でも上限－41.3

したがって，両者の規制を区別すべきでなく，両者を合算しdBm/MHz まで認めている．

た放射測定を行って規定 e.i.r.p. を満足していればよいと考えられている．その一方，GPS 帯域は厳しく保護されており，

5．日本の動向

GPS の周波数帯域である 1160 〜 1240 MHz と 1559 〜 1610

日本では情報通信審議会情報通信技術分科会 UWB 無線シ

MHz では，平均電力，尖頭電力に加えて，1 kHz RBW によステム委員会が，2002 年 10 月から議論を開始し，2006 年 3る線スペクトルの平均電力測定を行い，例えば携帯デバイス

月に報告をまとめている［16］．報告では，他の無線システム

では－85.3 dBm/kHz を満足する必要がある．

との共用条件に関する留意点として，以下のような項目を挙げている．

4．欧州の動向

・屋内利用の担保

欧州においては，CEPT（European Conference of Postal

・航空機，船舶，衛星内での利用禁止

and Telecommunications Administrations）が UWB の技術

・ゲーム機を含む玩具への組込み禁止

的 要 件 に つ い て 検 討 を 行 っ て き た．CEPT は 欧 州 連 合・UWB 無線システムの実態の変化に伴う技術的条件の見（European Union：EU）を含む欧州 47 か国が加盟する情報
通信及び郵便の法規制に関する会議である．
勧告［4］Appendix 2 に掲載されている俗にスロープマス

直し・干渉軽減技術の有効性に関する関係者の合意に基づく実証実験等による確認ク（slope mask）と呼ばれるスペクトルマスクは 2005 年に・実利用に際し有害な干渉を与えた場合の技術的条件見直CEPT が発行したレポート［12］による暫定案である．2006

し及び UWB 無線システム製造業者による干渉除去へ

年 3 月に ECC Decision として発布された決定［13］は，このの積極的対応暫定案から大きく変更されている．顕著な違いは，平均
e.i.r.p. の上限を FCC と同じ－ 41.3 dBm/MHz と規定している周波数範囲が，6 〜 8.5 GHz に限定されている点である．

・放送（Field Pickup Unit, FPU：移動系素材伝送中継装
置）：大規模イベント会場での利用禁止
・電波天文：天文台周辺における UWB 無線システムの利用に対する注意喚起

その後，2006 年 12 月に発布された ECC Decision［14］で・携帯電話：2008 年までに時限導入（後述）される 4.2 〜は，3.1 〜 4.8 GHz における検出回避技術（detectand avoid

4.8 GHz における干渉軽減技術を備えない UWB 無線シtechnology：DAA）及び低デューティサイクル（low duty

ステムの 2009 年以降の残存数軽減による第 4 世代移動

cycle：LDC）信号の検討結果を受け，下記条件の LDC につ

通信システムへの影響の回避

いては，3.4 〜 4.8 GHz において平均 e.i.r.p. の上限を－41.3

これらについて留意した上で，3.4 〜 4.8 GHz 及び 7.25 〜

dBm/MHz まで認めることとしている．

10.25 GHz において，平均空中線電力の上限を－41.3 dBm/

・バースト長：5 ms 以下

MHz としている．3.4 〜 4.8 GHz では干渉回避技術の具備が・バースト間隔：平均 38 ms 以上（平均時間 1 s）

必要であり，具備していない場合の上限は－70 dBm/MHz

・総停波時間：1 s 当り 950 ms 以上としている．ただし，4.2 〜 4.8 GHz については 2008 年 12・総送信時間：1 s 当り 5％未満，及び 1 h 当り 0.5％未満

月末日までの時限で干渉回避技術の具備が免除される．なお，

この条件を満足しない場合には［13］が引き続き適用され，電力に関しては e.i.r.p. ではなく空中線電力，すなわち送信3.8 GHz 以下は－85 dBm/MHz，3.8 GHz 以上は－70 dBm/

アンテナに入力される電力で定義している．また，アンテナ

MHz と非常に厳しい値となっている．なお，電波の利用状

利得が 0 dBi 以下であることが条件とされている．ほかにも況を監視し，干渉を及ぼす可能性がある場合には周波数，送注目すべき条件として，送信速度が 50 Mbit/s 以上であるこ

信電力などを制御して干渉を回避する DAA については，現とが要求されている．これは干渉評価で仮定した UWB 無線

在のところ信頼できる実装方法が明らかになっていないとシステムの導入の仮定が高速無線 PAN に限定されているこ

し，引き続き研究開発を進めることを推奨するにとどめていとに起因すると考えられる．

る．この CEPT の決定を受けて，欧州委員会（European
Commission）は 2007 年 2 月に

帯域外における規定は，1.6 GHz 未満で－90 dBm/MHz，UWB 技術の EU 域内での

1.6 〜 2.7 GHz で －85 dBm/MHz，2.7 GHz 以 上 で －70

認可を決定した［15］．この決定には具体的な技術基準が明示

dBm/MHz，11.6 〜 11.7 GHz 及び 11.7 〜 12.85 GHz で－85

され，すべての EU 加盟国が半年以内にこの技術基準に基づ

dBm/MHz となっている．

いて UWB の利用を認可することを義務づけている．この技

この報告に準拠する形で，電波法施行規則，無線設備規則，

術基準は基本的に上記 CEPT の決定に基づいているが，帯

特定無線設備の技術基準適合証明等に関する規則が 2006 年

域幅は 50 MHz 以上としており，ITU-R 勧告に比べて非常

8 月 1 日付で改正され，公式に UWB 無線システムの利用が88

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告PSD e.i.r.p. [dBm/MHz]

-40
-50
-60
-70

EU
Japan
USA indoor

-80
-90

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Freuency [GHz]図1

1 MHz 当り平均 e.i.r.p. 密度の上限値の比較認められた．なお，法令化にあたっては－10 dB 帯域幅の下干渉側が互いの立場から激しい議論を戦わせており，最終的

限が 450 MHz に変更されている．

な結果はある種の妥協の産物と見ることができる．

テレコムエンジニアリングセンター（TELEC）は法整備

本章では，これらの議論のプロセスに中立的なスタンスでを受け，技術試験適合証明のための特性試験の暫定試験方法

携わってきた筆者が，UWB の法規制に関して個人的に考えを総務大臣に届けるとともに，これを技術文書として取りまたこと，学んだことなどをつづってみる．

とめている［17］．電力の上限が空中線電力で規定されたこと

6.1 ITU-R と CISPR との関係を受けて，測定法も伝導測定のみで定義されている．無線設UWB の干渉に関する議論では，二つの国際機関，すなわ

備規則では不要発射は 1 MHz 帯域幅における平均電力と尖ち ITU と CISPR の間の不整合が常に見え隠れする．ITU

頭電力で定義されているため，ITU-R 勧告［2］とは異なり 1

は国際連合の下部機関で，無線通信業務に関する国際的な調GHz 以下でも準尖頭値検波は使用しない．帯域内電力につ整 を 行 う． こ れ に 対 し て CISPR（International Special

いては，尖頭電力が 50 MHz 帯域で規定されているが，コヒー

Committee on Radio Interference）は IEC（International

レント信号を仮定して 1 MHz 帯域に換算して，同様の測定

Electro-technical Commission）の下部委員会で，無線障害の法を採用する．手順としては，まず尖頭値検波を用いて掃引原因となる各種機器からの不要電波の許容値や測定法に関すしてピーク周波数を探索し，次に周波数をゼロスパンとして，る合意形成を行う．すなわち，ITU-R は意図的な電波発射

サンプル検波によりデータを取得して尖頭電力及び平均電力を管轄し，CISPR は意図しない電波発射を管轄しているのを計算で求めるという方法をとる．なお，バースト送信の場

で，互いの領域の間にはきちんと線が引かれているが，問題合には送信時のみの平均電力を求めており，送信時間率の制は，両者が定める技術基準の間に整合性がない（ように見え

御を用いた平均電力の低減効果は考慮されない．

る）
点にある．

電 波 産 業 会（Association of Radio Industries and Busi-

最近，CISPR 22［19］が改定され，情報機器に対する 1 〜

nesses：ARIB）も法整備を受けて，UWB 無線システムに対6 GHz における放射妨害波の上限が制定された．測定法が違する標準規格を 2006 年 12 月に策定した［18］．これは，上記

うので若干数値に上下はあるものの，クラス B 機器（PC なの法改正に準拠して策定されたもので，特定の通信方式は定ど）では，3 〜 6 GHz で平均 e.i.r.p. 換算値が－41.3 dBm/

義していない．

MHz・尖頭 e.i.r.p. 換算値が 12.7 dBm/50 MHz となる．こ

図 1 には，以上米国（屋内），欧州，日本における，1 MHzの CISPR の許容値は FCC の UWB 機器に対する許容値よ当りの平均 e.i.r.p. 密度の上限値を比較して示す．現在のとりも更に高い．しかしながら，CISPR 22 が改正される前は，

ころ，干渉軽減対策なしに三つの地域で共通に使える周波数

1 GHz 以上の放射妨害波については，そもそもの規制自体がは 4.2 〜 4.8 GHz と 7.25 〜 8.5 GHz に限られ，しかも後者存在していなかった．

6．エ ッ セ イ
前章までの内容は，様々な議論を経て出てきた最終的な結果を客観的にまとめたものである．結果から直接は読み取れないが，それぞれのプロセスにおいては，UWB 推進側と被解説・報告

仮にクラス B 情報機器の内部でクロックのジッタなどを使って放射する意図のない変調信号を作り，CISPR の上限
ぎりぎりまで「たまたま」電波が漏れてしまうような装置を作れば，UWB 無線機器よりも大電力の伝送が可能である，というパラドックスが成立しかねない．
もしも ITU-R での干渉検討が妥当なものであるとすれば，

89

小特集❶

は 2008 年末までの時限解放である．

これらのクラス B 情報機器の氾濫で，既に大半の無線通信がレギュレーションの測定である，という説明だった．スペ

業務が致命的な打撃を受けているはずである．事実，電波天クトル管理委員会での TG 1/8 への測定法の寄与文書の審査

文や衛星リモートセンシングなど，受動業務においては既にの際にも，TG 1/8 会合自体でも同様の指摘を受けた．

深刻な影響が出始めていると聞く．しかしながら，無線通信

UWB 委員会で技術的条件の検討をしていたときのこと．

機器だけに干渉の網の目を細かく張っておきながら情報機器

与干渉側と被干渉側の折合いがなかなか付かないのだが，よは非意図的な放射であるがゆえに見過したり，逆に多くの無くよく聞いていると与干渉側の担当者はすぐ「FCC では〜」

線通信システムが現実の情報機器からの放射妨害で問題がなと発言する．国際的な干渉検討は ITU-R の管轄なのだから，

いにもかかわらず UWB により致命的な打撃を受けるように

ITU-R 勧告を引用して議論をすればもっと議論が円滑に進主張したり，といった状況は，行政の縦割の弊害を反映した

むのに，とはある被干渉側担当者の言．

問題であるといえる．とはいえ，利害関係者があまりに多数

所変われば品変わるとはよくいったものだ，と感心する．

かつ多様であるため，議論が成立する規模で検討を行うとす

6.4 伝搬モデルについてれば，このような縦割の状況が起きることは十分に想定でき，しかも避けることは困難な状況であろう．

6.2 伝 導 測 定

最後まで理解し苦しんだのが，既存の無線業務に影響を及ぼさない距離，いわゆる離隔距離の検討に際して使用した伝搬モデルだった．

TG 1/8 も最終回，既に勧告案も前回会合までにほとんど

UWB 委員会での最初の検討は自由空間伝搬を仮定した離固まり，あとは細かいブラッシュアップ，という最終段階で，隔距離の算出だったのだが，離隔距離の値が数十 km に及ぶ

これまで積極的な寄与がなかった某国から，「テレビに UWB

例も出てきた．アンテナの高さにも依存するが，離隔距離が機器を組み込んで売り出したいメーカーがいる．組み込む前

数 km から数十 km に及べば地球の曲率により見通し線が遮のスペクトルはこれだ．UWB 信号をどうやって測るんだ？」

られるため，明らかに過大評価であると当の被干渉側からもと問題提起があった．テレビから出る放射妨害波が－40伝搬モデルの妥当性に疑問が呈される場面もあった．

dBm/MHz を超えており，UWB 信号がマスクされてしまう

この種の検討では，与干渉側は伝搬損が大きくなる多重波ために測定できないという主張である．このような話はこれ

環境モデルを，被干渉側は伝搬損が小さくなる自由空間モデが初めてではなかったのだが，少なくとも勧告前文で問題点ルを好む傾向にある．確かに市街地伝搬による損失は被干渉だけは指摘してほしい，と強く主張してきた．この件を議論

側から見れば干渉の過小評価といえるが，一方で見通し線のしていたら，勧告案が時間切れで成立しないことは明白で

第 1 フレネルゾーンの一部または全部が大地で遮へいされるあったため，筆者自身の個人的な意見は「全くそのとおり！」

ような状況（注 6）では，見通し波と大地反射波の干渉により伝であったのだが，diplomatic に，「放射妨害波の測定について（注 7）
搬損が距離の 4 乗に比例するモデル［20］，あるいは球面

は ITU-R ではなく CISPR の管轄なので，放射妨害波の測定

大地での回折による減衰［21］を考慮すべきであろう．

に言及することはできない」と却下した．
この問題提起が技術的には適切かつ重大であることは明白

7．む

す

び

で，FCC Part 15 では UWB 信号と放射妨害波を区別せず，

本論文では UWB 無線の法規制に関する考え方について報合計の電力だけに注目して規制値を定めている．ところが，告した．現在，まだ国内では UWB のマーケットが立ち上がっ

日本の場合，より厳しいスペクトルマスクを定めているばかていないが，ようやく制度が整備されたので，近いうちに製りでなく，放射測定を行う無線機器は基本的に実使用状態で品が市場に登場するものと期待される．その一方，現在の法試験を行うことが決まっているため，UWB 送信機を情報機

律でカバーされているのは旧 IEEE 802.15.3a で検討されて器に組み込んで測定する場合，帯域内は大丈夫でも，不要発いたマイクロ波の高速 PAN だけで，IEEE 802.15.4a 低速

射に関しては放射測定をすれば情報機器から放射される妨害

無線 PAN や準ミリ波の近距離レーダなどはまだカバーされ波で許容電力レベルを超えてしまう．このように，現実はておらず，引き続き検討が進められている段階である．

UWB 送信機の方が情報機器本体よりも厳しいスペクトルマ

謝辞

筆者の ITU-R TG 1/8 に関する活動は，すべて情スクを課されることとなるため，UWB 信号だけを取り出し

報通信研究機構 UWB 結集型特別グループ専攻研究員としてて測定できる伝導測定でなければ，所望のマスクを実現する携わったものであり，同機構には貴重な経験の機会を与えてことができないのである．

頂いたことに感謝する．ただし，本論文における主観的表現

6.3 議論の土台

は筆者個人の考えに基づくものであり，東京工業大学，情報UWB 委員会で測定法の議論をしていたときのこと，EMC

通信研究機構，総務省，ITU-R など各種機関の意見を代表

測定の大家の先生から，「レギュレーションの測定は物理量のするものではない．

測定とは違う」と指摘を受けた．高性能の測定器を使って時間をかけて高い確度の測定を行うことはレギュレーション測定の目的ではなく，一般の測定器を使用して妥当なオーダの正確さで測定できるというコンセンサスが得られる測定こそ90（注 6）：通常，第 1 フレネルゾーンが遮へいされていない場合には見通し内伝搬モデルが適用可能である．
（注 7）：自由空間では伝搬損は距離の 2 乗に比例する．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

標準化解説
解説・報告

文

献

解説・報告

（平成 19 年 4 月 22 日受付，5 月 15 日再受付）

高田 潤一（正員）▶昭 62 東工大・工・電気電子卒．平 4 同大大学院博士課程了．千葉大助手，東工大助教授を経て平 18 より同教授．平 15 より NICT UWB 結集型特別 G 研究員，平18 より同医療支援 ICT G 研究員（兼務）．
元 ITU-R TG 1/8 測定法 WG 議長．平 18
より本会ソフトウェア無線研究専門委員長．現在は電波伝搬に関する研究に従事．

小特集❶［1］ “Radio regulations,” ITU-R, 2004.
［2］ “ M e a s u r e m e n t t e c h n i q u e s o f u l t r a - w i d e b a n dtransmissions,” Rec. ITU-R, SM. 1754, 2006.
［3］ “Characteristics of ultra-wideband technology,” Rec.
ITU-R, SM. 1755, 2006.
［4］ “Framework for the introduction of devices using
ultra-wideband technology,” Rec. ITU-R, SM. 1756，
2006.
［5］ “Impact of devices using ultra-wideband technology
on systems operating within radiocommunication
services,” Rec. ITU-R, SM. 1757, 2006.
［6］ “Studies related to the impact of devices using ultrawideband technology on radiocommunication services,”
Rep. ITU-R, SM. 2057, 2006.
［7］ “Monte Carlo simulation methodology for the use insharing and compatibility studies between different
radio services or systems,” Rep. ITU-R, SM.2028-1,
2002.
［8］ “Maximum allowable error performance andavailability degradations to digital radio-relay systems
arising from interference from emissions andradiations from other sources,” Rec. ITU-R，F.
1094-1, 1995.
［9］ “Specification for radio disturbance and immunity
measuring apparatus and methods ─ Part 1-1：Radio
disturbance and immunity measuring apparatus ─Measuring apparatus,” CISPR 16-1-1, second eds.,
2006.
［10］ “First report and order：In the matter of revision ofPart 15 of the commission’s rules regarding ultrawideband transmission systems,” ET Docket 98-153,
FCC 02-48, 2002.
［11］ “Radio frequency devices,” Part 15, Federal Communications Commission Rules, 2006.
［12］ “The protection requirements of radiocommunications systems below 10.6 GHz from generic UWBapplications,” ECC Report 64, Electronic Communications Committee (ECC), European Conferenceof
Postal and Telecommunications Administrations(CEPT), 2005.
［13］ “ECC Decision of 24 March 2006 on the harmonised
conditions for devices using Ultra-Wideband (UWB)
technology in bands below 10.6 GHz,” ECC/DEC/（06) 04, Electronic Communications Committee(ECC), European Conference of Postal and
Telecommunications Administrations (CEPT），2006.
［14］ “ECC decision of 1 December 2006 on the harmonised
conditions for devices using ultra-wideband (UWB）
technology with low duty cycle (LDC) in thefrequency band 3.4-4.8 GHz,” ECC/DEC/(06) 12,
Electronic Communications Committee (ECC),
European Conference of Postaland Telecommunications Administrations (CEPT), 2006.
［15］ “Commission decision of 21 February 2007 onallowing the use of the radio spectrum for equipmentusing ultra-wideband technology in a harmonisedmanner in the community,” 2007/131/EC, European
Commission（EC), 2007.
［16］ “ 情報通信審議会情報通信技術分科会 UWB 無線シス

テム委員会報告， 総務省情報通信審議会，2006.
［17］ 超広帯域無線システムの無線局に使用するための無線設備（超広帯域無線システム）の特性試験方法，
TELEC-T406 1.0 版，（財）テレコムエンジニアリング
センター，2006.
［18］ “UWB（超広帯域）無線システム標準規格， ARIB
STD-T91 1.0 版，（社）電波産業会，2006.
［19］ “ I n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y e q u i p m e n t - R a d i odisturbance characteristics-Limits and methods ofmeasurement,” CISPR 22，Consol. Ed. 5.2，2006.
［20］ “Propagation data and prediction methods for theplanning of short-range outdoor radiocommunication
systems and radio local area networks in thefrequency range 300 MHz to 100 GHz,” Rec. ITU-R,
P.1411-3, 2005.
［21］ “Propagation by diffraction,” Rec. ITU-R, P.526-9,
2005.

91

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド
解説論文

パーソナルエリアネットワークを進化させる
ミリ波技術と標準化活動
Millimeter-Wave Technology and Standard Activity to Evolve Personal Area Network

荘司洋三 1 原田博司 1 加藤修三 1 豊田一彦 2 高橋和晃 3 川崎研一 4
池田秀人 5 大石泰之 6 丸橋建一 7 中瀬博之 8 安藤 真 9
Yozo Shoji1, Hiroshi Harada1, Shuzo Kato1, Ichihiko Toyoda 2, Kazuaki Takahashi3,
Kenichi Kawasaki4, Hideto Ikeda5, Yasuyuki Oishi6, Kenichi Maruhashi7,
Hiroyuki Nakase8, and Makoto Ando9

Summary
IEEE802.15.3c（TG3c）では，最低データレート 2 Gbit/s
以上，オプショナルデータレート 3 Gbit/s 以上を目指す

Key words
IEEE802.15.3c，60 GHz 帯，利用モデル，ミリ波，無線
PAN，キオスクファイルダウンロード，物理層

ミリ波パーソナルエリアネットワークの標準策定活動を進めている．2007 年 1 月に行われたロンドン会議では標準方式の提案者が参照すべき，システム要求条件，選択
条件，利用モデル，伝搬路モデルに関する文書がまとめられ，提案者を正式に募り，その意思表明を求める CFI（Call For Intent）が正式発出された．その結果，総勢 27
社（名）からの意思表明があり，2007 年 5 月会合にて各提案者の方式が示されることになっている．本論文では，
IEEE におけるミリ波 WPAN の標準化に話題を特化し，その標準策定の過程において重要となる利用モデル，伝1．ま え が き2005 年 3 月，近年通信システムに関しては，事実上の世界標準規格を策定している機関として名高い米国電気電子技術者協会（IEEE）内に，免許不要 60 GHz 帯を用いて WPAN（Wireless Personal Area Network）を実現するための物理層 /MAC 層標準を策定するタスクグ

搬モデルを中心に解説する．また早期ミリ波デバイスのループ，IEEE802.15.3c（以下 TG3c）が設立された［1］．

国内普及を目指して，国内主要企業を中心に結成したミ

免許不要 60 GHz 帯は，既に世界主要国において共通

リ波実用化コンソシアムの活動概要ついても紹介する．

的に法制化がなされており，国内では 59 〜 66 GHz が，
米国やカナダ，韓国では 57 〜 64 GHz が割当済みであ

1 独立行政法人情報通信研究機構，小金井市
National Institute of Information and Communications Technology,
Koganei-shi, 184-8795 Japan
2 日本電信電話株式会社 NTT 未来ねっと研究所，横須賀市
NTT Network Innovation Laboratories, NTT Corporation, Yokosukashi, 239-0847 Japan
3 松下電気産業株式会社，門真市
Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd, Kadoma-shi, 571-8501 Japan
4 ソニー株式会社，東京都
Sony Corporation, Tokyo, 108-0075 Japan
5 沖電気工業株式会社，東京都
Oki Electric Industry Co.,Ltd., Tokyo, 105-8460 Japan
6 富士通株式会社，東京都
Fujitsu Limited, Tokyo, 105-7123 Japan
7 日本電気株式会社，川崎市
NEC Corporation, Kawasaki-shi, 211-8666 Japan
8 東北大学，仙台市
Tohoku University, Sendai-shi, 980-8577 Japan
9 東京工業大学，東京都
Tokyo Institute of Technology, Tokyo, 152-8552 Japan92

る．また，ヨーロッパ諸国に関しても基本的にこれらに準じた周波数割当が統一的に行われる予定である．
60 GHz 帯はこのように非常に広帯域な周波数が利用可能なため，1 Gbit/s を超える，いわゆるマルチギガビッ
ト伝送を実現する有望な周波数帯として期待されている．
現在 TG3c が掲げる要求仕様としては物理層におけるペイロード部のビットレートが 2 Gbit/s 以上を達成す
ることが必須とされており，オプションモードとして 3
Gbit/s 以上の達成が望ましいとされている．
ところで，60 GHz 帯を用いる無線通信システムに関する研究開発例は過去十年以上に及ぶが，いまだ十分な普及化と実用化のめどが立っていない．これらの背景に

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

択され，そのうち二つが必須利用モデルとして定められ性が強く伝搬損の極めて大きいミリ波帯の電波伝搬特性

た．

に起因していると考えられる．すなわち，これらの伝搬

さて，このように国際的に始まった本格的なミリ波デ特性を十分に踏まえた上での，適切なアプリケーション

バイスの標準化の動向を背景に，シングルキャリヤ伝送とマーケットの創出に失敗してきたためと考えられる．

方式を用いて早期にミリ波デバイスの実用化を目指すべ

近年，60 GHz 帯のデバイス生産コストの問題についきといった声が高まり，同じ意見をサポートする国内主ては，主要 RF デバイスがシリコンデバイスやシリコン

要企業と情報通信研究機構（NICT）が中心となって，ゲルマニウムを用いた CMOS プロセスにて生産するめ2006 年 7 月，ミリ波実用化コンソシアム（以下 CoMPA）

どが立ち，状況は大量生産を必要とするマーケットを創を結成した．同コンソシアムの発起人は，NICT, NEC，出できるかどうかにかかっているように見受けられる

NTT, 沖電気，ソニー（株），松下電器産業（株）
，富士

［2］〜
［6］
．

通（株）
，東北大学，東京工業大学からなる．

また，伝搬特性に考慮した適切なミリ波アプリケー

現在，CoMPA は国内 19 機関，海外 1 機関から構成

ションの開発という点では，本論文にて後に詳しく述べされており，更に活動分野を六つに分けてワーキンググ

るように，近距離見通し通信環境に特化した，大容量ファループ（WG）を構成して，活動中である．2006 年度におイル転送を必要とする広帯域アプリケーションの需要がける，CoMPA からの TG3c への提出寄与文書は 30 件予想されている．

以上に及び，標準策定において重要な位置付けとなる利

本論文では，TG3c における標準策定活動の最新動向

用 モ デ ル， 伝 搬 モ デ ル の 多 く に つ い て， 最 終 的 に はについて解説すると同時に，ミリ波デバイスの早期普及

CoMPA の意図が反映された形で最終ドキュメントが出と，IEEE 標準への寄与を目的として設立したミリ波実

版されるに至っている．

解説論文

は，ミリ波デバイスの生産コストの問題もあるが，直進用 化 コ ン ソ シ ア ム（CoMPA：Consortium of Millimeterwave Practical Applications）の活動について紹介する．2．
では，TG3c の最新動向と CoMPA の概要について紹介する．3．
では TG3c において標準を策定するた

3．利用モデルと伝搬モデル
3.1 利用モデル [7],[8]めに採択された利用モデルと伝搬モデルについて解説すIEEE802.15.3c において定められたミリ波 WPAN 標

る．4．では特に上記利用モデルの中で CoMPA が注目

準策定の基準となる利用モデルは，CoMPA より提案さしているモデルについて取り上げ，我々が行った独自のれたものを含めて五つある．中でも以下でも述べるポイ

懸案事項に対する検討結果について紹介する．5．
では今ント─ポイント型の通信を定義している #1 と #5 が今回後の物理層提案に向けて CoMPA 内部にて行っているの TG3c においては必須利用モデル（提案者が性能評価検討結果例について紹介する．

することが必須とされている利用モデル）として定められている．各利用モデル，及びそこで定義されているパ

2．IEEE802.15.3c におけるミリ波 WPAN の標準化プロセスとミリ波実用化コンソシアム

ラメータについて述べる．
3.1.1 利用モデル #1：ポイント─ポイント型非圧縮
映像伝送

60 GHz 帯を用いる WPAN デバイスの IEEE 標準策

図 1 に利用モデル #1 として定義されたポイント─ポ定において，まず重要となるプロセスが，利用モデルのイント型非圧縮映像伝送モデルのイメージを，表 1 に主設定とこれから導かれるシステム要求値の明確化であ

要パラメータを示す．
近年，HD 映像伝送用途として普及する HDMI ケー

MAC 層の標準化を目指す上で，想定すべき利用環境（距

ブルの無線化を想定した，TG3c においては実現を望む

離や伝搬環境など），アプリケーション（ビデオ伝送なの声が最も高かったアプリケーションを反映したものであかファイル転送なのかなど），伝送品質（所要 BER など）

り，必須利用モデルとして採択されている．ただし，実を含む，一つの利用シナリオを定めることである．標準

現上の観点からは高データレート及び Pixel エラーレー

会合では各提案者が，自身の提案方式のこれら利用モデ

トにして，10-9 以下という低誤り率品質が要求される

ルにおける通信性能を示すことで他方式と比較検討されと同時に，実際の HDMI の無線化に限定した場合，制ることとなる．また更に複数想定される利用モデルから

御信号となる低レート双方向通信のリンクをどのように重要なものを必須利用モデルとして選択し，事実上すべ実現するかなどの課題が残されている．

ての提案者にその利用モデルを用いた場合の性能評価を

3.1.2 利用モデル #2：ポイント─マルチポイント型

示すことを義務づける場合がある．TG3c の議論においては後に示すように五つの利用モデルが会合によって採

非圧縮映像伝送
図 2 に利用モデル #2 として定義されたポイント─マ

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

93

小特集❶

る．これは同ミリ波デバイスが通信上用いる物理層及び

PDA

Printer (PR)Set Top Box (STB)TV Monitor (large)

PC

Monitor (TV)PC
External HDD

図3
図1
表1

利用モデル #1 のイメージ

表3

利用モデル #1 の主要パラメータ

通信距離5 m/10 m

スループット1.78 Gbit/s/3.56 Gbit/s

伝搬環境

見通し / 見通し外家屋内

所要 BER/PER

10-9 Pixel Error Rate（PiER）（10-6 BER in simulation）

BER：Bit error rate, PER：Packet error rate

利用モデル #3 のイメージ

利用モデル #3 の主要パラメータリンク

PC ─ TV

PC ─ HDD

PC ─ PR

通信距離

1m

1m

5m

スループット1.78 Gbit/s/
3.56 Gbit/s

250 Mbit/s

500 Mbit/s

伝搬環境

見通し外
机上

見通し机上

見通し外
オフィス

所要
PiER/PER

10-9 Pixel
Error Rate

8 % PER（再送制御前）

ワイヤレスブリッジ（WB）
PDA

ビームプロジェクタ/
大画面モニタ（BP/TV）

TV Monitor (large)
STB

PC#3

PC#1

PC
PC#2

TV Monitor

図2

図4

利用モデル #2 のイメージ

表4
表2

利用モデル #2 の主要パラメータ

利用モデル #4 のイメージ

利用モデル #4 の主要パラメータ

リンク

PC#n ─ PC#k

PC#1 ─ WB

PC ─ BP/TV

STB ─各テレビ間：5 m
テレビ間：5 m

通信距離

1m

1m

5m

41.6 Mbit/s

125 Mbit/s

1.78 Gbit/s

スループット

スループット1.78 Gbit/s+0.62 Gbit/s

伝搬環境

見通し + 見通し外家屋内

伝搬環境

見通し外机上見通しオフィス

10-9 Pixel Error Rate（PiER）

所要PER/PiER

8 % PER（再送制御前）

所要 BER/PER

通信距離

ルチポイント型非圧縮映像伝送モデルのイメージを，
表 2 に主要パラメータを示す．

10-9 PiER

本来の PAN 利用イメージに最も近い利用モデルと考えられるが，利用モデル #2 以上に複雑な多元接続を利用モデル #1 をポイント−マルチポイント型に拡張サポートする必要があり，適応アンテナ技術のみならした利用モデルであるが，3.1.1 で述べた課題に加えて，ず，これをサポートする MAC プロトコルの新たな開指向性を有するミリ波アンテナを用いてこのような多発が必要と考えられている．

元接続を実現する方法が今後の開発課題となる．TG3c

3.1.4 利用モデル #4 ：会議アドホック

では適応アンテナ技術を用いた空間ビームスイッチン

図 4 に利用モデル #4 として定義された会議アドホッ

グの利用などが議論されている．

クモデルのイメージを，表 4 に主要パラメータを示す．

3.1.3 利用モデル #3：オフィスデスクトップ

3.1.5 利用モデル #5：キオスクファイルダウンロード

図 3 に利用モデル #3 として定義されたオフィスデス

図 5 に利用モデル #5 として定義されたキオスクファ

クトップモデルのイメージを，表 3 に主要パラメータ

イルダンロードモデルのイメージを，表 5 に主要パラを示す．

メータを示す．

94

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

環

PC/STB
PDA

TG3c における伝搬モデルの分類

境見通し（─ LOS ─）

見通し外（─ NLOS ─）

オフィス

利用可
（NICT）

利用可（NICT）

家屋

利用可（NICT）NICT データより抽出

机

上

利用可
（NICT）N/A

利用可（IMST/Intel）

N/A

図 書 館

解説論文

表6

Kiosk server (sever)

図5σ2

利用モデル #5 の主要パラメータ

リンク

Server ─ PDA

PDA ─ PC/STB

通信距離

1m

1m

スループット

1.5 Gbit/s/2.25 Gbit/s バースト

伝搬環境

見通しオフィス / キオスク環境

所要 PER

8 %（再送制御前）

Ao
A

表5

σ1

利用モデル #5 のイメージ

α LOS

Dk

γ

Γ

Ω0

σφ

利用モデル #5 は CoMPA 提案による利用モデルであ1/Λ

り，利用モデル #1 と併せて，TG3c では必須利用モデ

図6ルとして採択されている．

1/λ

ToA

TSV モデルの概念図

3.2 IEEE802.15.3c 標 準 の た め の MAC 拡 張 について時間（ToA：Time of Arrival）と到来方向（AoA：Angle

IEEE802.15.3c 標準における MAC は基本的に 15.3bof Arrival）の観点からの図面となっており，振幅に統計

MAC により実現することになっている．しかし，15.3c

分布特性をもつ見通し（LOS：Line-of-sight）波と，それがミリ波帯の周波数を扱う物理層の標準であるため，例以外の見通し外（NLOS：Non-line-of-sight）散乱波統計

えば指向性アンテナを用いることに起因した特別な端末モデルとの合成により表される．図面では見通し波成分発見機能などを 15.3bMAC に加える必要があると見らの振幅を αLOS として表し，複数のクラスタと呼ばれる

れている．

遅延波群の集合については，第 1 クラスタの第 1 遅延波

3.3 IEEE802.15.3c 標 準のためのチャネルモデル［9］〜［13］

成分に対して振幅 X 0 を与えている．更に本振幅を起点に生起率Λ，減衰係数Γで，第 2，第 3 と順次クラスタ標準となる物理方式を決める上で，対象とする周波数が生起し，また，これらクラスタ内では生起率λ，減衰帯の伝搬特性の把握とモデル化は非常に重要である．

係数 g で遅延波が発生するモデルとなっている．なお各

TG3c では表 6 に示すように，環境を八つに分類し，そ

遅延波の到来方向については無指向性を基本として 0 〜

れぞれについて伝搬データの取得と伝搬路モデル化を検360 度の一様分布で与えるが，ミリ波では送受指向性ア

討してきた．それぞれの検討状況と採択されたものにつンテナが利用されることを考慮してアンテナパターンをいてはその提出機関先を表 6 に示す．

畳み込み，最終的に受信される遅延波成分が選択される．
ところで，既に触れたようにミリ波帯の電波は直進性

館の環境など完成しなかったものがあるが，それ以外にが強く，伝搬損も極めて大きい．これに加えて，十分についてのほとんどの伝搬モデルが NICT により提出さ成熟していないミリ波デバイス，とりわけパワーアンプ

れ採用されている．ここで採用された伝搬モデルは，従デバイスの制約も大きく，送信電力が制約されることが来 か ら IEEE 標 準 な ど で 利 用 さ れ て き た Salah 及 び

多い．このような状況から，早期ミリ波デバイスの普及

Valenzuela によって開発された散乱波伝搬モデル SV

を考えた場合には，見通し環境下で需要の見込めるシスモデル［9］” に，Shoji 及び Sawada によって開発されたテムを目指すことが望ましいのは明らかである．

見通し波伝搬モデルを合成した “TSV モデル（Triple-

上記のような観点から NICT は見通し環境モデルを

S-V モデル）［10］” と呼ばれる，ミリ波固有の伝搬特性

重要伝搬モデルと位置づけ，多くの伝搬データ測定を実を考慮した伝搬モデルとなっている．

施すると同時に伝搬モデルを完成させた．

図 6 は TSV モデルの概念図を示している．波の到来

更に NICT は，提案した伝搬モデルに基づいて伝搬

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

95

小特集❶

表 6 から明らかなように，見通し外の机上環境や図書

路をシミュレートする Matlab コードについても，併せは，キオスクファイルダウンロードの概要を改めて述べて開発し，これを TG3c のメンバに配布している［12］，ると同時に，これを実現する上での懸案事項とされた，［13］．TG3c における提案者はこれを使用して，自身の端末の手ぶれの影響（PDA ジッタ）についての検討結果

提案方式の性能を示すことになる．

について解説する．

更に方式提案に際しては，伝搬モデルにアンテナパ
ターンを加味してシミュレーションを行うことになっている．IEEE の標準化では，各提案者からの提案方式を4.1 キオスクファイルダウンロードの利用イメージ
図 7 にキオスクファイルダウンロードのアプリケー
ションイメージを示す．

比較検討し，必要であれば提案のマージを行い，方式を

駅構内やコンビニエンスストアなどに，ミリ波デバイ決定する．このため，各提案を公平に比較するためにシスが搭載されたキオスクサーバが設置され，ユーザが所ミ ュ レ ー シ ョ ン の 前 提 条 件 を そ ろ え る 必 要 が あ る．

持する携帯電話や PDA などの携帯端末に，これと通信

CoMPA では，アンテナモデルとして次のようなモデル

可能なミリ波デバイスが搭載されている環境を想定してを提案し，リファレンスアンテナモデルとして採用されいる．

ている［24］．

ユーザは所望の映像や音楽，ゲームソフトなどのコン

G ( i, z ) [ dB ] = G 0 - 3.01 $ d

2ii-3 dBn20 # i # iml /2
G ( i, z ) [ dB ] = -0.4111 $ ln ( i-3 dB) - 10.597
iml /2 # i # 180c
iml = 26 $ i-3 dB
JJ
N2N
1.6162KK
O O
G 0 = 10 log KK
i-3 dB O O
KKK sin d 2 n O OO
PP
LL
ここで， G ( i, z ) は z 軸に回転対称なビームを表す．
また，i-3 dB はビームの半値角であり，これを与えることにより指向性パターンを決定することができる． i の単位は degree である．

4．キオスクファイルダウンロードと実用上の懸案事項［14］［，15］
キオスクファイルダウンロードはミリ波デバイスの早期実用化を願う CoMPA 参加企業間の議論のもと，重要と位置づけられた利用シナリオの一つである．本章でテンツを指定することで，自身の携帯端末に数秒程度でこれを無線にてダウンロードする．
この場合の通信に想定される所要スペックとしては，
通信距離は 1 m 以下の非常に短距離で十分であると同時に，データレートについても，最大 1 Gbit/s 未満で十分と考えている．これはまだ数年先を見越しても，ス
トレージのデータレートが 1 Gbit/s 以上には及ばないとの予測からである．
4.2 キオスクファイルダウンロードにおける PDA ジッタの影響調査CoMPA が推進する利用シナリオ，キオスクファイル
ダウンロードはユーザ端末の位置が人の手によって支持されることを想定している．したがって，通信中に手ぶれ（PDA ジッタ）によって受信電力の時変動が発生すると考えられる．したがって，これが信号品質に与える影響を考慮すべきとの議論が TG3c 会合内であった．
これを受け，CoMPA では実際にキオスクダウンロードを想定した送受通信環境を整え，複数の試験者に依頼することで，PDA ジッタの影響測定を実施した．本測定の主なパラメータを表 7 に示す．
本測定では，ネットワークアナライザを用いて構成した送受信アンテナ間のリンクをキオスクダウンロードの送受信リンクとみなして，複数の試験者におよそ距離 1m 点で，試験中には結果が試験者には分からない状態，
すなわち試験者の目安のみで受信機となる受信アンテナ
を送信アンテナに向けてもらい 20 秒間静止してもらうという測定を複数回実施した．これにより得られた結果の１サンプルを例として図 8 に示す．
表7

図7

96

キオスクファイルダウンロード

PDA ジッタの影響測定のパラメータ

通信距離

1m

使用周波数

62.5 GHz

アンテナビーム幅

送信：60°/ 受信：30°

掃引（観測）
時間

20 秒（801 点）

サンプル数

20（4 人× 5 回）
サンプル

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

幅値対確率度密度で表示したものを図 9 に，相対振幅値
対累積確率密度で表示したものを図 10 に示す．

示しており，最大の振幅揺らぎ値を考慮した場合でもたかだか 0.7 dB 以下という結果を得た．

解説論文取得した 20 サンプルの結果を集計し，これを相対振以上の結果から，実際のキオスクダウンロードシステ

これらの集計結果から，PDA ジッタとして現れる受ムの設計若しくは運用上，PDA ジッタの影響はほとん

信振幅の揺らぎは，測定では 99% 累積値で 0.45 dB をど無視してよいと結論づけられた．また，この結果はRelative received signal amplitude [dB]

TG3c 内においても受け入れられた．
1

5．IEEE802.15.3c 標準のための物理層検討

0.8
0.6

5.1 物理層検討において考慮すべき利用モデル及び

0.4

チャネルモデル

0.2
03.でも述べたように TG3c では五つの利用モデルが定-0.2

義されており，このうち，二つのモデルが必須利用モデ-0.4ルとして定められている．一つはポイント─ポイント型-0.6

非圧縮映像伝送アプリケーションを想定した利用モデル

-0.8
-1

0

2

4

6
8
10 12 14
Communicating time [s]

16

18

20

#1 であり，もう一つは駅構内やコンビニエンスストアなどに設置されたキオスクサーバに対して携帯電話やPDA などの携帯端末で音楽，ゲームソフト等のコンテ

図 8 PDA ジッタ測定結果の 1 サンプル例

ンツをダウンロードすることを想定した 利用モデル #5
である．この二つの利用モデルのシステム要求条件を改ProbabilitynDensity Function

7

めて表 8 に示す．

10-3

各利用モデルにおいて想定すべき環境や所要条件につ6

いても併せて同表に示している．

5

5.2 物理層案として検討すべき項目
物理層の設計を行う上で重要となる検討項目には，以4下の四つが挙げられる．

3（ 1 ） 周波数プラン

2（ 2 ） 回線設計

1（ 3 ） フレームフォーマット

0

図9

0

0.1

0.2
0.3
0.4
0.5
Relative received amplitude [dB]

0.6

0.7

PDA ジッタ測定の集計結果（相対振幅値と確率密度の関係）（ 4 ） 変調方式，誤り訂正方式（1）に関しては現在，免許不要 60 GHz 帯の使用帯域が各国で異なるため，可能な限り各国共通に使用できる周 波 数 プ ラ ン が 望 ま し い． ま た，TG3c が 求 め る 2
Gbit/s 以上の伝送レートをできるだけ簡易な機器構成ている 7 GHz 帯で最低 3 チャネルが割当可能であるこ

1
0.99
0.98

表8

0.97

利用モデル #1 及び M#5 の要求条件
利用モデル #1

0.96
0.95

通信距離

5 m/10 m

0.94

スループット1.78 Gbit/s/3.56 Gbit/s

伝搬環境

LOS/NLOS Residential model

所要 BER/PER

10 Pixel Error Rate

0.93
0.92
0.91
0.9

図 10

−9

利用モデル #5

0.3 0.35

0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65
Relative received signal amplitude [dB]

0.7

PDA ジッタ測定の集計結果（相対振幅値と累積確率分布の関係）

通信距離

1m

通信速度

1.5 Gbit/s/2.25 Gbit/s バースト伝送

伝搬環境

LOS office model

所要 BER/PER

8% PER

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

97

小特集❶

Cumulative Probability Distribution Functionで実現すると同時に米国，日本それぞれで割り当てられ

57

USA
Canada
Korea

58

59

60

61

62

63

Band 1

Band 2

Band 3

Japan

Band 2

Band 3

図 11

64

GHz
66

65

Kiosk

所要 PER

PER=0.08

シンボルレート

1.664

変調方式

QPSK

符号化方式

RS (255, 239)

Ns

Np

Ns

単

位

Gsymbol/s

Lcp_PSDU LFFT_PSDU

Lss: Length of synchronization code
Nrds: Number of repetitions of synchronization code in short preamble(just after MIFS)
Nrdl: Number of repetitions of synchronization code in long preamble
Nibf: Number of repetitions of synchronization code for identification of
beacon frameNsfr: Number of repetitions of synchronization code for start framedelimitation (SFD)
Lgice: Length of cyclic prefix (CP) for initial channel estimation (CE)PHY-SAP ペイロードデータ
レート (Rb)

3.119

送信電力 (PT)10dBm

送信アンテナ利得 (GT )

15

dBi

中心周波数 (fc)

60

GHz

パスロス (1 m) (PL0)68dB

LFFT_header: Length of sub-block (equal to points of FFT for Frequency
DomainEqualizer: FDE if used) in PLCP header

受信アンテナ利得 (GR )

15

dBi

Lcp_PSDU: length of CP in PSDU

-79.1

dBm

10

dB

LFFT_PSDU: Length of sub-block (equal to points of FFT for Frequency
DomainEqualizer: FDE if used) in PSDU

-69.1

dBm

ビット当りの雑音電力(N=-174+10 log10 (Rb))

Gbit/s

所要 Eb/N0 (S) (PER=0.08)

6.6

シャドーイングマージン(Mshadowing )1dB

実装損 (I )

5

dB

-56.5

dBm

28.5

dB

受信感度
(Pth = S +PN +Mshadowing +I )Lce: Length of symbols for initial CE
Np: Number of pilot symbols for phase drift compensation (programmable)

雑音指数 (NF)
雑音電力 (PN =N+NF )Np

Nrds or Nrdl
Lcp_header LFFT_header

UM#5

伝搬モデル

PSDU

Band 3

リンクバジェット解析の例

利用モデル

PLCP
headerNibf Nsfd Lcecp Lce

Lss

周波数割当プラン（Channelization）の例
表9

PLCP preamble

Ns: Number of symbols between pilot symbols
Lcp_header: length of CP in PLCP header

図 12

基本フレームフォーマット構成

Transmitter

リンクマージン

Input data
generator

Sourceencoder

最大帯域幅は 2.317 GHz となる．

Digitalmodulator

Nonlinearityof power
amplifier
Channel model Communication
channel

BER/PERevaluationとが必要とされる．仮に周波数分割方式によりチャネル
割当を実現すると，図 11 に示すようにチャネル当りのChannelencoder

Phase noise

Receiver
Received
data

Sourcedecoder

Channeldecoder

Digitaldemodulator（2）に関しては受信感度を検討するために表 9 に示すような回線設計を行う必要がある．TG3c にて採択され

図 13

物理層特性の評価方法

た伝搬モデルを用いて提案方式の BER や PER 特性を評価し，利用モデルが要求する通信距離を満たすか，ま的なフレームの構成を検討する必要性がある．また（4）たマージンが何 dB あるかを示す必要がある．

の変調方式，誤り訂正方式を検討するためは，やはり伝また（3）に関しては TG3c においては 802.15b で規定

搬モデルを考慮した，シミュレーションにより BER/されているスーパフレームとフレームフォーマットが前PER 特性の評価検討を行うことで候補が見えてくる．

提となり，同期，伝搬路状況を推定する PLCP（Physical

特にミリ波増幅器の非線形性に対して耐性をもつ変調方

Layer Convergence Protocol）プリアンブル，物理層と式や，高速処理に耐えると同時にミリ波伝搬特性によるMAC 層のヘッダを伝送する PLCP ヘッダ，並びにデー

誤り訂正に適した誤り訂正方式を検討する必要がある．

タペイロードである PSDU（PHY Service Data Unit）

5.3 物理層評価で用いる通信モデル［16］，
［17］

からなる．

図 12 で示したフレームの伝送特性を評価するために，

このような基本フレームフォーマット構成から，シス

図 13 に 示 す 評 価 系 で，MATLAB を 用 い た 計 算 機 シ

テム上必要となるスループットを実現できるように具体

ミュレーション手法によって実現する．この評価におい98

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

Ω0

Small Rician factor (Dk )S-V model responseΓ, Λ, γ, λTime of Arrival (TOA)
Each ray arrives
Each cluster arrives
at the time with theat the time with theexponential distribution exponential distribution
with average value of with average value of
1/λ
1/Λ

図 14

Relative power [dB]

Relative power [dB]

Rician factor (DK )γ: Amplitude of each
ray is degraded by
the order of e-t /γ
Γ：Amplitude ofeach cluster isdegraded by theorder of e-t /r

-80

-90

SV クラスタ

-100

-110

0

20

40
60
Time of arrival [ns]伝搬路のモデル化-70

うに TSV モデルが利用できる状態にある．シミュレー
ション検討に必要となる各パラメータの概要を図 14 に示す．
なお，TSV モデルのチャネルレスポンスは次式で表される．

Relative power [dB]（ 1 ） 伝搬特性のモデル化は既に 3. にて解説したよ見通し波成分

-75

シミュレータの中で使用できるようにモデル化を行い，それを組み込む必要がある．

-85

-95
-100
-105
0

20

図 15

l=0 m=0al, m-Tl C -xl, m c-k [1-d (m)]= X0 ee

Gr ( 0, Wl + }l, m)

Eal, m ? Uniform ( 0, 2r ]ここで，b は見通し波の振幅係数， al, m は l 番目クラス
タ中における m 番目レイの遅延波の振幅係数，Tl は l番目クラスタの遅延時間，更に xl, m は l 番目クラスタ
における m 番目レイの遅延波の遅延時間となっている．
更に，Wl は l 番目クラスタの到来方向， }l, m は l 番目
クラスタ中 m 番目レイ到来方向を指す．また， Gt1 や

Gr2 などについてはその t や r の下付き記号によりそれぞれ送信信号及び受信信号に対するアンテナ利得を意味

80

100

チャネルレスポンスの比較

搬路モデル生成ブロック及びその参照データとして採用されて，IEEE サーバに公開されている．
例として，家庭内環境において実測したチャネルレス
ポンスと TSV モデルによりにより得たチャネルレスポ
ンスの比較例を図 15 に示す．見通し波成分の生起と遅延波のクラスタの様子がうまくシミュレートできている様子がうかがえる．
（ 2 ） PA の非線形特性のモデル化については，TG3cにおいては次式で示される Modified Rapp モデルが採用されている．

F AM-AM ( y ) =

Gx
1

2p
Gx
n o
e1 + dV sat
2p

するが，ここで見通し波が 2 波モデルで表現できることを考慮して，更に便宜上，直接受信信号に相当するもの

F AM-PM ( i ) =て表している．
上記の TSV モデルに従ったチャネルレスポンスを実Axqqxd1 + c m n
B

現する MATLAB ブロック，並びにこのブロックから

ここで G ： 小信号利得，V sat ：飽和出力電力，p ：生成される家屋伝搬モデル及びオフィス伝搬モデルの実

フィッティングパラメータである . また，A，B，q は，現例は既に CoMPA より TG3c に提出され，正式な伝実測値から得られるフィッティングパラメータである．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

99

小特集❶

を 1，机上による 1 回反射信号に相当するものを 2 とし

40
60Time of arrival [ns]（ b ）TSV モデル生起例

3+ ! ! al, m d ( t - Tl - xl, m) d ( { - Wl - }l, m)

2

Beam width: 60 deg
Assuming distance: 3 m

SV クラスタ-90h ( t ) = bd ( t )nD
2r 2h1 h2
F
Gr1 Gr1 + Gr2 Gr2 C 0 exp < j
D
mf
D

100

-80

-110

3

80

（ a ） 測定例ては（1）伝搬特性，（2）PA の非線形特性，
（3）
位相雑音を

b=

AntennaheightTx: 170 mm
Rx: 150 mm
Beam width: 60 deg
Distance: 3 m

見通し波成分
β

解説論文

-70

LOS component10 0

Packet error rate

10 -1

10 -2

10 -3

10 -4 1

表 10

BPSK AWGN w/o coding w/o PN
BPSK AWGN w/coding w/o PN
BPSK AWGN w/coding w/PN dBclow=-90
BPSK LOS office w/coding w/o PN
BPSK LOS office w/coding w/PN dBclow=-90

2

図 16

3

4
5
6
Eb/N0 [dB]

7

8

9

評価で使用したパラメータ

帯域

7

チャネル数

3

帯域 / チャネル

2.33

変調方式

QPSK

BPSK

検波方式

同期

同期

変調多値数レベル2

1

シンボルレート

1.6

1.6

ロールオフファクタ

0.35

0.35

PHY ペイロード長

2048

PSDU コードレート

3/4

PSDU 伝送時間

6827

13653

ns

伝送レート
（符号化なし）3.2

1.6

Gbit/s

ペイロードデータレート

2.4

1.2

Gbit/s

GHz
GHz

Gsps
byte

PER 特性（BPSK，見通しオフィス）

たディジタル信号処理においては，できるだけ低ビット
10

0



分解能で処理できることが望ましい．これらの観点から
CoMPA ではシングルキャリヤ（SC：Single Carrier）方式を基本提案方式として標準化を目指している．

Packet error rate

10 -1

しかしながら，TG3c が求める 2 Gbit/s 以上を ASK，
FSK，BPSK 等で伝送を行うと図 11 に示した周波数プ10ランを満たすことが難しくなる．

-2

また，ミリ波帯での高度な多値変調方式の利用は位相

10 -3

10 -4 1

雑音による劣化を受けやすい．そこで，QPSK，オフセッ
ト PSK 等が基本伝送モードとなる．MSK も帯域制限

QPSK AWGN w/o coding w/o PN
QPSK AWGN w/coding w/o PN
QPSK AWGN w/coding w/PN dBclow=-90
QPSK LOS office w/coding w/o PN
QPSK LOS office w/coding w/PN dBclow=-90

2

図 17

3

4
5
6
Eb/N0 [dB]の面からは有効な手段と考えられるが，マルチパス環境
7

8

9

PER 特性（QPSK，見通しオフィス）

での使用も想定すると，受信側で周波数軸等化を行う場
合に周波数軸上での振幅が安定しないため，安定な等化性能を得ることが難しいという課題がある．なお，誤り訂正については近距離通信を行う場合はリードソロモン
符号が中心と考えられるが，見通し外環境や高効率符号モデル化の例は文献［16］に示されている．
最後に（3）位相雑音のモデル化は TG3c においては次式で示されるモデルが採用されている［17］．

PSD ( f ) = K $2=1 + dfn G
fz=1 + d

2

f
n G
fp

化性能を考えた場合，畳込み符号や LDPC 符号の利用も候補として考えられる．
5.4.2 基礎伝送特性例
図 16 及び図 17 に，表 10 に示した評価パラメータを用いて QPSK 若しくは BPSK 変調で 2048 Byte パケットを伝送した場合の PER 伝送特性を示す．同図には，誤り訂正の使用した場合と使用しなかった場合（w/coding または w/o coding）及び 5.3 に示したモデルに従ここで K は PLL の低周波数ノイズ， f p は極周波数

う位相雑音の影響を信号に重畳した場合と使用しなかっそして fz は零周波数である．以上のモデルを利用してた場合（w/PN または w/o PN）のそれぞれについて結果

物理層の評価を行う必要がる．

を示している．

な お f z が 100 MHz， f p が 1 MHz， そ し て K が-87 dBc/Hz の場合の特性例が［25］に示されている．

PA に対する出力バックオフ値は 3 dB としている．
同図より見通しオフィス伝搬環境下において BPSK 方

5.4 物理層の基礎検討と評価結果例

式 及 び QPSK 方 式 が PER=8% を 満 足 す る た め に は

5.4.1 基 礎 検 討

Eb/N0 としては，4.8 dB 以上及び 6.7 dB 以上が，それミリ波 WPAN という比較的近距離での利用形態を想ぞれ必要であることが分かる．

定すると端末を小電力で駆動できることが望ましく，ま100

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

すび

本論文では，近年注目を浴びている免許不要 60GHz
帯 WPAN の標準化活動を行う IEEE802.15.3c（TG3c）の動向について解説した．また，シングルキャリヤ方式
をベースとして物理層提案を TG3c へ共同検討し，早期ミリ波デバイスの実現と普及を目指しているミリ波実用化コンソシアムの設立概要と，同コンソシアムが提案検討中の利用モデルであるキオスクファイルダウンロードの詳細，また検討中の物理層に関する評価項目，評価に必要となる各種モデル，物理層特性（PHY）の基礎検討
結果例について紹介した．
文

献［1］ http://www.ieee802.org/15/pub/TG3c.html［2］ B. Razavi, “A mm-Wave CMOS heterodyne receiver withon-chip LO and divider, ” ISSCC Dig. Tech. Papers,
pp.188 ─ 189, Feb. 2007.
［3］ S. Emami, C. H. Doan, A. M. Niknejad, and R. W.
Brodersen, “A highly integrated 60 GHz CMOS front-end
receiver,” ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.190 ─ 191, Feb.

2007.

［4］ B. Heydari, M. Bohsali, E. Adabi, and A. M. Niknejad,“Low-power mm-Wave components up to 104 GHz in
90nm CMOS,” ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.190 ─ 191,

Feb. 2007.

［5］ A. Natarajan, B. Floyd, and A. Hajimiri, “A bidirectional
RF-combining 60 GHz phased-array front-end,” ISSCC
Dig. Tech. Papers, pp.202 ─ 203, Feb. 2007.
［6］ B. Floyd, S. Reynolds, U. Pfeiffer, T. Beukema, J. Grzyb,
and C. Haymes, “ A silicon 60 GHz receiver andtransmitter chipset for broadband communication, ”
ISSCC Dig. Tech. Papers, pp.182 ─ 183, Feb. 2006.
［7］ A. Sadri, “802.15.3c Usage Model Document (UMD),”（平成 19 年 3 月 22 日受付，5 月 18 日再受付）

荘司 洋三（正員）▶平 7 阪大・工・電気卒．平 11 同大大学
院博士後期課程工学研究科通信工学専攻
了．同年，郵政省通信総合研究所（現在の独立行政法人情報通信研究機構）に入所．以来，主としてミリ波通信システムの研究開
発と標準化活動に従事．主任研究員．米国
電気電子学会（IEEE）会員．平 12 本会学術奨励賞，平 15 CRL 優秀業績賞（個人），平

06-0055-21-003c, May 2007.

［8］ Y. Shoji, C.-S. Choi, S. Kato, I. Toyoda, K. Kawasaki, Y.
Oishi, K. Takahashi, and H. Nakase, “Re-summarizationof merged usage model definitions parameters,” IEEE

802. 15-06-0379-02-003c, Sept. 2006.

［9］ A. A. M. Saleh, et al., “A Statistical Model for Indoor
Multipath Propagation,” IEEE J. Sel. Areas Commun.,vol.5, no.2, pp.128 ─ 137, Feb. 1987.
［10］ H. Sawada, Y. Shoji, Chang-Soon Choi, K. Sato, R.

19 本会エレクトロニクス ソサイエティ賞各受賞．

原田 博司（正員）▶平 7 大阪大学大学院通信工学専攻博士課
程了．同年，郵政省通信総合研究所入所．
以来，ディジタル信号処理を利用した高速移動通信技術，ソフトウェア無線通信技術，
コグニティブ無線通信技術に関する研究に従事．平 8 オランダ・デルフト工大ポスト
ドクトラルフェロー．現在，独立行政法人
情報通信研究機構新世代ワイヤレス研究セ
ンターユビキタスモバイルグループ研究マネージャー．工博．平18 本会業績賞，平 18 文部科学大臣表彰若手技術者賞各受賞．平

17 〜 19 本会ソフトウェア無線研究専門委員会委員長．IEEE 会員．

解説論文：パーソナルエリアネットワークを進化させるミリ波技術と標準化活動

101

小特集❶

Funada, H. Harada, S. Kato, M. Umehira, and H. Ogawa,LOS ofﬁce channel model based on TSV model,” IEEE
802. 15-06-0377-02-003c, Sept. 2006.
［11］ H. Sawada, Y. Shoji, Chang-Soon Choi, K. Sato, R.
Funada, H. Harada, S. Kato, M. Umehira, and H. Ogawa,LOS residential channel model based on TSV model,”IEEE 802.15-06-0393-00-003c, Sept. 2006.
［12］ H. Harada, R. Funada, H. Sawada, Chang-soon Choi, Y.
Shoji, and S. Kato, “ A proposed plan to merge IntelM AT L A B c o d e a n d N I C T M AT L A B c o d e , ” I E E E
802.15-06-0516-01-003c, Dec. 2006.
［13］ H. Harada, R. Funada, H. Sawada, and S. Kato: “CMGolden Set for PHY Simulation of TG3c (CM1.3)” IEEE
802. 15-07-0580-00-003c, Jan. 2007.
［14］ Y. Shoji, R. Funada, H. Sawada, Chang-Soon Choi, K.
Sato, H. Harada, and S. Kato, “Solutions-to-LOS-mmWWPAN,” IEEE 802.15-06-327-00- 003c, July 2006.
［15］ Y. Shoji, Chang-Soon Choi, H. Sawada, S. Kato, I.
Toyoda, K. Kawasaki, Y. Oishi, K. Takahashi, and H.

解説論文

6．む

Nakase, “Performance degradation due to PDA jitter in
UM5 simulation,” IEEE 802.15-06-0440-02-003c, Nov.
2006.
［16］ C.-S. Choi, Y. Shoji, H. Harada, R. Funada, S. Kato, K.
Maruhashi, and I. Toyoda, “Behavioral model of 60GHzband power amplifier for SYS/PHY evaluation, ” IEEE
802.15-06-0396-01-003c, Sept. 2006.
［17］ Chang-Soon Choi, Y. Shoji, H. Harada, R. Funada, S.
Kato, K. Maruhashi, and I. Toyoda, “ RF impairment
models for 60 GHz-band SYS/PHY simulation, ” IEEE
802.15-06-0477-01-003c, Nov. 2006.
［18］ H. Harada, et al., “CM MATLAB Release 1.1 Support
Document,” IEEE 802.15-07-0559-03-003c March 2007.
［19］ 加藤修三ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（1）総論，移動通信ワークショップ，
pp.175 ─ 178, March 2007.
［20］ 荘司洋三ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（2）ターゲットアプリケーションとユーセージモデル，移動通信ワークショップ，pp.174 ─
182, March 2007.
［21］ 沢田浩和ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（3）チャネルモデル，移動通信ワーク
ショップ，pp.183 ─ 186, March 2007.
［22］ 原田博司ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（4）物理層構成，移動通信ワーク
ショップ，pp.187 ─ 190, March 2007.
［23］ 児島史秀ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（5）15.3cMAC における必要事項の検 討， 移 動 通 信 ワ ー ク シ ョ ッ プ，pp.191 ─ 194, March
2007.
［24］ 豊田一彦ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研
究開発と標準化活動─（6）アンテナ，移動通信ワークショッ
プ，pp.195 ─ 198, March 2007.
［25］ C.-S. Choi ほか， IEEE802.15.3c ミリ波 WPAN に関する研究開発と標準化活動─（7）ミリ波 RF フロントエンド，移動通信ワークショップ，pp.199 ─ 201, March 2007.

加藤 修三（正員：フェロー）▶昭 52 東北大学大学院博士課程了．同年
日本電信電話公社入社．昭 52 〜平 7NTT
研究所にて衛星通信及び，パーソナル通信の研究に従事し，変復調・同期制御・誤り
訂 正 方 式 の 研 究 開 発 及 び TDMA 装 置 のASIC 化 を リ ー ド． こ の 間， 世 界 初 のTDMA 装置の ASIC 化に成功，また，世界初の２Ｖ動作商用 ASIC の開発に成功．その後，米国で携帯電話（IS-136）用ベースバンド ASIC の開発に成功し，更に携帯電話の開発と製造に従事．日米でのビジネス経験を経て，現在，情報通信研究機構プログラムディレクタ，東北大学電気通信研究所客員教授，パシフィック・スター・コミュニケー
ションズ代表等を務める．IEEE フェロー．

豊田 一彦（正員）▶昭 60 阪大・工・通信卒．平 2 同大大学
院通信工学専攻博士後期課程了．工博．同年日本電信電話（株）入社．平 2 〜 13 NTT
研究所及び NTT エレクトロニクス（株）にて，三次元 MMIC の研究及び事業化に従事．平 13 より NTT 研究所にて，60 GHz
帯ミリ波を使ったギガビットワイヤレスシ
ステムの研究開発並びにミリ波 WPAN・ミ
リ波放送素材伝送システムの標準化に従事．平 16 〜 19 新潟大学
大学院客員助教授．現在，NTT 未来ねっと研究所主任研究員．平6 本会学術奨励賞，Japan Microwave Prize（APMC’94），平 15
電気通信普及財団テレコムシステム技術賞，平 18 本会エレクトロ

池田 秀人▶昭 50 山梨大・工・電気卒．同年沖電気工業（株）入社．昭 56 〜平 6 国内及び同社
米国法人において AMPS・TACS 方式携帯
電話機の設計開発及び製造に従事．平 7 〜
11 同 社 シ ン ガ ポ ー ル R&D セ ン タ 勤 務，
WCDMA 関連技術の研究開発を支援．現在
同社横須賀 R&D センタ勤務．ミリ波ホームネットワークプロジェクトに従事．

大石 泰之（正員）▶昭 59 筑波大・第三学群・基礎工学類卒．
同年（株）富士通研究所入社．以来，PDC，
WCDMA 等の携帯電話システムをはじめとする移動無線通信の研究開発に従事．現在，
ネットワークシステム研究所先端ワイヤレス 研 究 部 長． 平 15 電 気 科 学 技 術 奨 励 賞（オーム技術賞）受賞．IEEE 会員．

丸橋 建一（正員）▶平元神戸大・理・物理卒．平３同大大学
院理学研究科修士課程了．同年日本電気（株）入社．化合物半導体低雑音 FET．ミリ波集積回路，ミリ波モジュールの研究開発に従事．現在，日本電気（株）デバイスプ
ラットフォーム研究所主任研究員．IEEE
会員．

ニクスソサイエティ賞受賞．IEEE 会員．

高橋 和晃（正員）▶昭 63 横浜国立大学大学院工学研究科電子情報工学了． 同年松下電器産業（株）入社，Bi-CMOS，GaAs デバイス，RF-MEMS
応用デバイスなどの研究に従事．松下技研（株）勤務を経て現在，松下電器産業（株）
ネットワーク開発センター勤務．ミリ波広帯域無線システム，デバイスの研究開発に従事．博士（工学），IEEE 会員．

川崎 研一（正員）▶昭 58 九大・工・電子卒．同年ソニー（株）
入社．TV 事業部にて衛星放送受信機の開発設計に従事．平元〜 2 テキサス大学オースティン校客員研究員．平 元〜 8 ソニー（株）にて衛星放送受信機の開発設計に従事． 平 8 〜 17 米国 Sony Electronics, Inc
社 テクノロジーセンターサンディエゴに赴任．衛星放送受信機の開発，米国地上波
DTV 受信機の研究開発，60 GHz 無線システムの研究に従事．平17 よりソニー（株）RF・信号処理開発部にてミリ波 CMOS シス
テムの研究開発に従事．IEEE 会員．

102

中瀬 博之（正員）▶ 1989 東 北 大・ 工・ 電 気 卒．1995 同 大
大学院工学研究科博士課程（電気及通信）了．博士（工学）．同年日本電信電話（株）ワ
イヤレスシステム研究所入社．1999 より
東北大電気通信研究所助手．2005 同助教授，現在に至る．移動通信ネットワーク，
無線通信技術に関する研究に従事．1994
第 4 回 PIMRC 学生論文賞．1996 第 11 回
電気通信普及財団賞（テレコムシステム技術賞）2005 FPGA/PLD
Design Conference ユーザプレゼンテーション審査員特別賞各受
賞．IEEE．エレクトロニクス実装学会各会員．

安藤

真（正員）

▶ 1979 東京工業大学大学院博士課程了．
同年電電公社入所，1982 東京工業大学助手，1995 同教授．電磁界理論，アンテナの 研 究 に 従 事． 国 際 電 波 科 学 連 合Commission B 委 員 長，IEEE ア ン テ ナ
伝 搬 ソ サ イ エ テ ィ AdCom，EU ACE
Scientific Council，本会エレクトロニクス
ソサイエティ会長．1992 第８回井上賞，1993 本会業績賞，論文賞，2004 電波功績賞，2006 情報化促進
貢献に対し総務大臣表彰．

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

小特集❶

パーソナルエリアネットワークの無線技術と最新トレンド

解説・報告
IEEE 802.15 ワーキンググループにおける標準化動向
情報通信研究機構医療支援 ICT グループ / 大阪市立大学

原 晋介

筆者は，過去には独立行政法人情報通信研究機構の UWBという三つの種類（格みたいなもの）がある．IG は，ある新結集型特別グループの研究員として，そして現在は同機構のしい標準規格の対象分野が提起された後に，その分野に興味

医療支援 ICT グループの研究員として，無線パーソナルエ

をもっている人が集まり，そこでの PHY，MAC やアプリ

リアネットワークに関する標準化を行っている IEEE 802.15

ケーションを広く議論する．SG はその分野での新しい標準

ワーキンググループに 2005 年 1 月から出席している．本報

規格の必要性を確認し，TG への昇格で必要となる 5C（5

告では，本原稿を書いている 2007 年 4 月初旬での，本ワー

Criteria）と PAR（Project Authorized Request）を決定する．

キンググループにおける最近の標準化動向について，筆者が5C は，（1）Broad Market Potential（大きな市場をもってい実際に経験してきたことを交えて解説する．なお，記述に不ること），（2）Compatibility（IEEE 802.1 規格の性格を満足

正確なところが少々あるかもしれないが御容赦願いたい．

していること），（3）Distinct Identity（既存標準規格と明確に

1．ま え が き異なるアイデンティティをもっていること），（4）Technical
Feasibility（技術的に実現可能であること），（5）Economic

IEEE 802.15 ワーキンググループは，IEEE 802 ローカル

Feasibility（経済的に実現可能であること）を明確に述べた

エリアネットワーク／メトロポリタンエリアネットワーク標文書であり，一方，PAR は，その標準規格の名称，性格や準 化 委 員 会（LMSC：Local Area Network/Metropolitan

標準化を終了させるまでの手順等を明確に述べたものであArea Network Standards Committee）下のワーキンググルー

る．TG は，標準規格を決定するための技術的要求条件（TR：プであり，無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN：Technical Requirements）や選択基準文書（SCD：Selection

Wireless Personal Area Network）に関する規格の標準化をCriteria Document）等を決定した後，それらに沿って一つの行っている．標準化の対象は，変復調方式を規定する物理層標準規格を実際に決定し，決定した標準規格の文書を作成（ド（PHY：Physical layer）と送受信機間の通信手順を規定する

ラフティング）する．IG から SG への昇格，SG から TG へ

メディアアクセス制御層（MAC：Medium Access Controlの昇格は実行委員会（EC：Executive Committee）での承認

layer）の主に二つである．

が 必 要 で あ る． 特 に，SG か ら TG へ の 昇 格 で は，5C と本報告では，IEEE 802.15 ワーキンググループでの最近の標準化動向を述べるが，内容を理解するには，IEEE 802

PAR の審査が重要なポイントとなる．

2.2 TG での標準規格決定プロセス

LMSC の構成や標準規格決定プロセスについての理解が若TG ではあらかじめ決められた標準化計画に従って標準化干必要となる．以下では，まず，これらについて少し触れ，が 進 め ら れ る． 提 案 呼 び か け（CFI：Call For Intent to

それから本論に入る．

propose）に明記されている期間内に，規格を提案しようとする者は提案する意思を示す必要がある．そして，その期間後の会議から，提案の意思を示した提案者は各自の提案の発表

2.1 ワーキンググループの種類を行う．複数の提案から一つの提案に最終的に絞る（ダウンIEEE 802 LMSC には，有線から無線に関する様々なワー

セレクション）手順は，各 TG で決めた方法（Down Selection

キンググループが存在する．各ワーキンググループには，イProcedure） に よ る． 例 え ば， 後 述 す る TG4a，TG3a や

ンタレストグループ（IG：Interest Group），スタディグルー

TG3c の場合，総提案数が 7 以上の場合は，投票によって六プ（SG：Study Group）とタスクグループ（TG：Task Group）

つの提案にまず絞られ，そして二つに絞られた後，最終的に

解説・報告

103

小特集❶

2．IEEE 802 LMSC のワーキンググループ

一つの提案が決定されるというものである．会議の運営はロることがある），月曜日から木曜日までの 4 日間セッション

バート法に従って行われ，投票によって信任されるには，棄が続く．会議場では，朝食のサービスがあり（ホテルに朝食権を除く有効投票の 75% 以上の信任投票が必要である．なが付いている場合は，このサービスは時としてない），休憩

お，2007 年 3 月現在，IEEE 802.15 ワーキンググループに

時間には，クッキーやコーヒーのサービスがある．午後の休は 128 名の投票権者がいる．

憩時間にはアイスクリームがサービスされることがあり人気

標準化提案が一つにまとめられるとドラフティングの作業が高い．昼食をとる時間は 1 時間であり，中間会議では昼食が始まる．ドラフトができ上がると，全投票権者にそのドラが付くが，総会では付かない．会議場は，サービスと思って

フ ト が 配 布 さ れ，1 回 目 の 電 子 メ ー ル 投 票（LB：Letter

いるのか，常に異常に寒い．また，セッション会場はスライ

Ballot）が行われる．そのドラフトを信任するには理由を明ドを映すために常に暗い．非常に過酷な会議である．ちなみ記する必要はないが，不信任するにはその不信任の理由をコに，筆者は，会議中にホテルの自分の部屋でテレビのスイッ

メントする必要がある．LB によって標準化ドラフトが信任

チをこれまで 1 度も入れたことがない．

されるにはやはり 75% 以上の信任投票が必要で，得られな

投票権は個人単位で取得でき，ある時期に開催される会議

かった場合，標準化の最初からやり直しになったり，すべてのあるワーキンググループで投票権を得るためには，その会の不信任コメントに対する回答を用意しながらドラフティン

議の過去 4 回の総会のうち 2 回に参加し，かつそのワーキン

グからやり直しになったりする．1 回目の LB で 75% 以上のググループのセッションの 75% 以上に出席していることが信任投票が得られると，信任投票数を増やすために，不信任基本的な条件となる．ただし，そのうち 1 回の総会は 1 回ののすべてのコメントに回答し，ドラフトの修正をしていく．

中間会議に置き換えることができる．セッションの出席確認

LB は数回繰り返され，最終的には 95% 程度の信任投票が得は，各セッション中に，各自がもっているノートパソコンかられるのが通常である．LB が終了すると，今度は IEEE 内ら電子的に出席を付けたり，回ってくる出欠用紙に自署したにある標準化協会（Standard Association）メンバによるスポりすることによって行われる．この「個人単位で投票権をもンサ投票（SB：Sponsor Ballot）が行われ，LB と同じプロセてる」というのが，アメリカの業界団体である IEEE での標スが繰り返される．SB が終了すると，IEEE 内の評価委員

準化の性格を，他の団体での標準化の性格と大きく異にして会（RevCom：Review Committee）において文書フォーマッいる点である．例えば，携帯電話等の移動体通信システムのトや標準化のプロセスが最後に審議され，承認後，IEEE の標 準 化 団 体 で あ る 3GPP（the 3rd Generation Partnership

標準規格となり初めて世に出る．

Project）では，組織単位でしか投票権をもてない．したがっ

2.3 年間の会議回数と投票権て，IEEE では，自分の思いどおりの規格を標準規格にするIEEE 802 標 準 化 会 議 は 年 に 6 回 開 催 さ れ，3 月，7 月，

ことは，その気になれば（膨大な人員と資金をつぎ込めば）可

11 月に開催される総会（Plenary Meeting）と 1 月，5 月，9 月

能である．外国のある企業は，それに近いことを実際にやっに開催される中間会議（Interim Meeting）で構成される．1 回ている．

の会議は，1 日当り 2 時間のセッションが四つあり（午前に30 分の休憩を挟み 2 セッション，午後も 30 分の休憩を挟み
2 セッションあり，朝 8 : 00 から夜 6 : 00 まで．時として，五つのセッションやチュートリアルがあり，夜 11 : 00 までにな

図1

104

3．IEEE 802.15 ワーキンググループの最近の標準化状況
図 1 に，2007 年 4 月現在で活動中の IEEE 802.15 ワーキ

2007 年 4 月現在の IEEE 802.15 ワーキンググループ構成

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告ンググループの構成を示す［1］．各グループでの最近の標準

TG3a の膠着状態を知っている TG4a のグループメンバは，

化状況について，筆者が主に出席しているグループを中心に

このまま力と力でぶつかり合うと TG3a のように一つの提案

して述べる．

にまとめることができないと感じ，その結果，2005 年 3 月

3.1 TG4aにとった選択は，まず，六つのグループが合意できる基本合本標準規格のもとになっている IEEE 802.15.4 標準規格

意案（Baseline Agreement）を作り，それから細部を徐々には，センサネットワークのような低伝送速度かつ低消費電力

つめていくことであった（このやり方は，IEEE 802.11 流とを満足する PHY/MAC を規定しているもので，800 MHz 帯，いう話もある）．TG3a と異なり，これができた理由は，エ900 MHz 帯及び ISM 帯でそれぞれ 20 kbit/s，40 kbit/s 及びネルギー検波，遅延検波や同期検波という違いはあるが，250 kbit/s の伝送速度をもつものとして 2003 年にリリース

UWB 帯での UWB-IR に基づいた方式の提案が五つと，こさ れ て い る（IEEE 802.15.4-2003）． こ の 標 準 規 格 は ま た

れとは周波数帯が異なる 2.4 GHz-ISM（Industrial，Scientific

ZigBee の PHY/MAC として採用されている．

and Medial）帯でのチャープを使ったスペクトル拡散（CSS：IEEE 802.15.4a は 1 m 以下の測距能力をもった，伝送速

Chirp Spread Spectrum）方式に基づいた提案が一つであっ

度は IEEE 802.15.4 よりも大きなスケーラビリティをもち，たからである．基本合意で，（1）UWB 帯での UWB-IR は，更なる低消費電力を実現できる代替 PHY と，それに伴うエネルギー検波，遅延検波と同期検波が可能な変調方式とス

MAC の修正を規定する 15.4 の修正規格（Amendment）であペクトル拡散方式であること，（2）2.4 GHz-ISM 帯の CSS はる．IEEE 802.15.4a は 2004 年 3 月に正式に TG となり，同測距能力をもたない，などであった［3］．仕方ないことであ

年 7 月の CFI に対して 26 の提案があった．これらの提案はるが，（1）により UWB-IR の PHY は非常に複雑な構成に2005 年 1 月と 3 月の会議で発表が行われたが，これらの会なったことは否めない．また，（2）の理由は，ISM 帯の送信

議の間にチェアマンにより提案の合併（マージ）が推奨され，電力は UWB 帯のそれより大きいので，CSS が優れた測距

3 月の時点で 26 の提案は六つのグループによる提案に集約能力をもつと，マーケットが UWB-IR から CSS に流れるのされた．したがって，2005 年 3 月にはダウンセレクション

をおそれたからであろう．我々の意に反して，UWB-IR では行われなかった．

は MAC が CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access

ところで，IEEE 802.15.4a と同じ時期に標準化の議論がwith Collision Avoidance） か ら ALOHA に 修 正 さ れ た が始まった IEEE 802.15.3a は高伝送速度の WPAN の標準規

（UWB-IR 信号をキャリヤセンスで見つけることは難しいこ格である IEEE 802.15.3 の代替 PHY の修正規格であった．

とと，より安価な送受信機構成にしたいという理由から），

TG3a で は，2003 年 9 月 に 提 案 が MB-OFDM（Multi-Band

標準化はその後順調に進み，ドラフトの電子メールによる第Orthogonal Frequency Division Multiplexing）と DS-UWB

1 回の投票（LB33：2006 年 1 月）では 75.4%，第 2 回の投票

（Direct Sequence-Ultra-Wideband）の二つに集約されたが，（LB34：2006 年 5 月 ） で は 79.8%， 第 3 回 の 投 票（LB35：

これら二つの提案は根本的に異なる方式に基づいていたこと

2006 年 7 月）では 87.8%，第 4 回の投票
（LB36：2006 年 8 月）と，両者の支持投票数がほぼ同じであったことから，提案をでは 96.8% のそれぞれ信任投票が得られ，更に，スポンサ一つに絞れないという状況が 2005 年 3 月の時点でも続いて投票においても第 1 回の投票で 94%（2006 年 9 月），第 2 回いた（なお，TG3a の標準化活動は 2006 年 1 月に TG3a 始の投票で 96%（2007 年 1 月）の信任投票が得られている．ワー

まって以来の 94.7% という高い支持で取下げが決定していキンググループでの承認は 2006 年 11 月に条件付で得られてる）．

お り， 最 終 の IEEE の RevCom で の 承 認 は 2007 年 3 月 22

話を TG4a に戻そう．表 1 は，2005 年 3 月時点での六つ日に得られた．他の TG に出席してみて感じたことであるが，の提案である［2］．主に 3.1 GHz から 10.6 GHz である UWB

TG4a のチェアマンである Patrick Kinney 氏の手腕は素晴

帯でのインパルス無線（IR：Impulse Radio）に基づいた方式

らしいものであった．

の提案が五つ，主に 2.4 GHz-ISM（Industrial，Scientific and

3.2 TG3c

Medial）帯でのチャープを使ったスペクトル拡散（CSS：

本標準規格のもとになっている IEEE 802.15.3 標準規格

Chirp Spread Spectrum）方式に基づいた提案が一つである．

は，高伝送速度を満足する PHY/MAC を規定しているもの

表 1 TG4a での 2005 年 3 月時点での六つの提案
Eureca (A)Eureca (B)Chaotic-UWB

DS/CS-UWB

DBO-CSSWM-UWB

Doc. Number

05/0130-r0

05/0113-r2

05/0132-r0

05/0127-r0

05/-126-r0

05/0028-r2

Operating Frequency
Band(s)3.1 〜 10.6/2.4 GHz

3.1 〜 10.6 GHz

3.1 〜 5.1 GHz

3.1 〜 10.6/2.4 GHz

2.4 GHz

3.1 〜 10.6 GHz

Modulation Technique

IR-UWB

M-TOK-UWB

COOK-UWBDS-UWB/CSSCSS

OOK or BPSK

Data Rate

250 kbit/s

250 kbit/s

250 kbit/s

1 Mbit/s

1 Mbit/s

8 Mbit/s

解説・報告

105

小特集❶

Proposal Descriptor

で，55 Mbit/s までの伝送速度をもつものとして 2003 年にSG4c は， 中 国 で WPAN 用 に 割 り 当 て ら れ て い る 314 〜

リリースされている．

316 MHz 帯，430 〜 434 MHz 帯及び 779 〜 787 MHz 帯に対IEEE 802.15.3c は，IEEE 802.15.3 に対するミリ波帯（60応するための，IEEE 802.16.4-2006 標準規格の代替 PHY とGHz）での代替 PHY と，それに伴う MAC の修正規格であそれに伴う MAC の修正規格である．現在は，5C と PAR

る．IEEE 802.15.3c は 2005 年 3 月 に 正 式 に TG と な り，の策定を行っているところである．

2007 年 1 月の CFP に対して 27 の提案があった．同年 5 月

3.4 TG4dにすべての提案の発表が行われ，チェアマンによる合併の推

日本では，950 MHz 帯はパッシブタグシステムに現在割奨の後，同年 7 月ダウンセレクションが行われる予定である．

り当てられているが，この周波数帯でアクティブタグシステ

標準規格には，計算機シミュレーション，実験や理論にムを共用することが総務省で検討されている．TG4d は，

よって学術的に一番良い特性が得られるものが選択される

SG4c と同様に，この 950 MHz 帯アクティブシステムに対応のではなく，他の標準規格の動向やマーケットに投入できるするための，IEEE 802.16.4-2006 標準規格の代替 PHY とそまでの早さ等，企業の論理で最適と思われるものが選択されれに伴う MAC の修正規格（Amendment）である． 2007 年 1

ることに注意しなくてはならない．ミリ波帯の信号はその直月に正式な TG となっている．

進性の強い伝搬特性から，見通し内のマルチパスがあまり多

3.5 TG5

くない状況での高速伝送に向いている．したがって，そのTG5 は，メッシュネットワーキングを可能にするために

PHY として，マルチパスに強い OFDM をわざわざ使う必PHY/MAC の中に存在すべきメカニズムを決定するための要性はなく，シングルキャリヤ変調プラス等化器が向いてい勧告（Recommended practices）である．TG5 は 2004 年 7 月

ると考えるのが合理的である．これは学術的に正しいと思に正式に TG となり，勧告のドラフティングは終了しており，う．しかし，WPAN の MB-OFDM のチップベンダ，ある2007 年 5 月に第 1 回の LB が計画されている．

いは WLAN の IEEE 802.11a や g のチップベンダは，既に3.6 WNGOFDM のベースバンド回路デザインやノウハウをもってお次世代の無線通信の標準規格となるような芽を見つけるたり，彼らにとっては，わざわざシングルキャリヤで回路デザめの委員会として，IEEE 802.15 ワーキンググループの中に，

インからやり直すより，今あるデザインやノウハウを応用す

SCwng（Wireless Next Generation Standing Committee）とる，つまり，ベースバンド OFDM 信号をマイクロ波帯に現いうものが 2006 年 7 月から設立されている．IEEE 802.15

在アップコンバートしているものを，ミリ波帯にアップコンの WNG で は，PHY/MAC だ け に こ だ わ る こ と な く，

バートする方が簡単で，マーケットへ投入できる期間も短縮

WPAN に関連することならば何でも発表できる．したがっできるのである．したがって，このような企業の論理からすて，WNG のセッションは，IG，SG や TG のそれとは全く

れば，ミリ波帯でも OFDM を使用するというのが合理的な雰囲気が異なっている．WNG から IG を経て SG に最近昇のである．

格したものに次の SGmban（Medical Body Area Network）

TG3c に は シ ン グ ル キ ャ リ ヤ を 推 奨 す る グ ル ー プ とがある．

OFDM を推奨するグループの二つが現在存在している．ま3.7 SGmban

た，TG3a のように，これら二つの変調方式は基本的に異なIG-BAN としての活動は，2006 年 5 月から開始されたが，る方式である．TG4a 以上にチェアマンの手腕が要求され，2007 年 1 月に SG に昇格したときには，“Medical” の “M” が両グループが妥協点を見出せるかどうかが今後のかぎとな

付いて SGmban となっている．家庭内でのヘルスケアのたる．次回 2007 年 5 月からの TG3c の動向は注目に値する．

めの体温計，心拍計や血圧計等のセンサや，病院内での心電3.3 SG4c図，脳波形や筋電計等のセンサを，体表面に常時装着して使IEEE 802.15.4-2003 標準規格は，その不確かな部分や不必用する場合の，超近距離（2 m 以下），超低消費電力（バッテ

要な複雑性を改善し，セキュリティキーの使用に柔軟性をも

リーレス動作可能），電磁波の人体への影響（例えば，SAR：

たせ，また新しい周波数帯に対応するために，TG4b によっSpecific Absorption Rate 値を規定）を考慮に入れる，等を特て 2006 年 6 月 に 改 訂 さ れ て い る（IEEE 802.15.4-2006）．

徴とする新しい標準規格である．本標準規格には，このような体表面間や体表面と少し離れたアクセスポイント間の
PHY/MAC の規定だけでなく，体内に埋め込まれたインプ
ラントセンサやカプセル内視鏡等とアクセスポイント間の
PHY/MAC の規定も含まれている．
2007 年 3 月に，アプリケーション，法規制及び電波伝搬の三つのサブグループが組織され，7 月の TG への昇格に向け，5 月には，アプリケーションの絞込みが行われる見込みである．他のワーキンググループと違ってグループ名に番号とアルファベットが付いていない理由は，医療用の新しい周106

通信ソサイエティマガジン NO. 2 秋号 2007

解説・報告波数帯（例えば，医療用テレメータ帯）のための新しい PHY

謝辞

本報告を書くにあたり，沖電気の福井潔氏と情報通と，それに伴う MAC の修正ならば 15.4e という道もあるし，

信研究機構の滝沢賢一氏に多くの意見を頂き，文章を修正頂

全く新しい標準規格を目指すなら 15.6 という道もあるからいた．ここに深く感謝の意を表します．

である．どちらを選択するかはこれから議論をし，その選択が今後の標準化への道のりを決定する．

4．む

す

び

文

献

［1］ http://ieee802.org/15/index.html［2］ IEEE-15-05-0159-00-004a.
［3］ IEEE-15-05-0140-01-004a.

（平成 19 年 4 月 4 日受付）

学生の時代を含め約 20 年間，これまで数多くの国際会議に出席してきた．情報通信研究機構の研究員となり，2007
年 1 月に IEEE 802 標準化会議に最初出席するときは正直抵抗があった．大学で学術研究を行っている研究者にとって，標準化会議は無縁であるべきと考えていたからである．しかし，現在，標準化会議は大変面白いし，国際会議も面白いが，国際会議は少々生ぬるいと思う．提案を発表し終わった後の，他の方式を提案しているグループからの攻撃，密かに手を組んでいるグループからの好意的な質問，ダウンセレクションの緊張感…．標準化会議では妥協が全く許されない．

原晋介（正員）▶ 大 阪 市 立 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科 教 授．
IEEE 802 標準化会議には，2006 まで独立
行政法人情報通信研究機構 UWB（UltraWideband）結集型特別グループの研究員としてワーキンググループ IEEE 802.15.4aに，2006 からは同医療支援 ICT グループの研究員としてワーキンググループ IEEE
802.15 mban に主に出席している．

アメリカは成功を求めて人々がやってくる国であり，良いも の は 必 ず 認 め ら れ る 国 で あ る と 信 じ て い た． し か し，IEEE の標準化会議での実情は全く違った．日本より学歴が重要視されることはいうまでもなく，もっとコネ社会である．
セッション会場で表に立って魅力的な発表し，皆で議論していることよりも，その間にセッション会場を抜け，裏側で当事者間が密かに話し合っていることが，その標準規格の将来の方向を決める．そういう裏取引きに誘ってもらえるようにならないと一人前になったとはいえない．
企業の研究者だけでなく，大学の教員や学生も，国際会議
だけでなく，標準化会議に一度出席してみるべきであると思う．それも，提案を発表し，ダウンセレクションが行われる場を経験してみる価値はある．その人のその後の研究姿勢に大きな影響を与えるに違いない．

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