小特集の発行にあたって多様化する情報通信環境を提供する
次世代ネットワーク技術
編集チームリーダ

馬杉正男

ブロードバンド・ユビキタス社会実現に向けた流れの中で，従来の固定電話網が持つ特徴（高品
質，信頼性，安定性など）と IP ネットワークが持つ特徴（多様なサービスへの対応，オープンなイ
ンタフェースなど）を併せ持つ情報通信技術として，次世代ネットワーク（NGN：Next Generation
Network）の展開が期待されています．今日，インターネットトラヒックの増大，動画を中心としたアプリケーションサービスの利用拡大，
通信と放送の連携に見られるような新規サービスの登場など，
情報通信環境は大きな変革期を迎えており，次世代ネットワーク技術の位置付けがますます高まっていくと考えられます．
次世代ネットワークの規定は，国際標準（国際電気通信連合 ITU-T，ほか）で議論され，サービスの高度化・多様化に対応できるレイヤ構造を有しています．高いレベルの品質，信頼性，安全性などを生かして，遠隔地医療やヘルスケア，防災情報システム，ホームセキュリティ，ネットワーク
型ゲームなど，生活やエンターテインメントからビジネスに至るまで多様なサービス展開の動きが見られます．
本特集では，次世代ネットワーク技術をテーマとして，二つの「解説論文」及び「解説」から構成
されます．
①

次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術②

サービス創出基盤としての NGN③

次世代ネットワーク（NGN）を支える IP ネットワーク品質管理ソリューション

まず，解説論文①では，次世代ネットワーク技術を概観し，その特徴と応用，国内外の標準化動向，更には今後の方向性について解説します．②では，IP Multimedia Subsystem（IMS）に着目して，次世代ネットワーク上でのアプリケーションの提供技術，更にはサービス提供基盤としての Service
Delivery Platform（SDP）などを解説します．最後に③では，次世代ネットワークの品質・信頼性を支えるための品質管理の要求条件と具体的な品質計測ソリューションを紹介します．
本小特集では，今後のブロードバンド・ユビキタス社会において，中核になると考えられる次世代
ネットワークを取り上げ，その概要や応用事例，更には，標準規格化を含めた今後の動向について紹介します．ここで紹介した内容が，情報通信分野にかかわる皆様の一助となれば幸いです．
最後に，大変お忙しい中，原稿の執筆を快諾して頂いた執筆者の皆様，編集に御尽力頂いた通信ソ
サイエティマガジン〈B-plus〉編集委員及び学会事務局の皆様に深く感謝の意を表します．
通信ソサイエティマガジン［2009 SUMMER］

Cover Illustration by
Michio Takahashi

Contents
http://www.ieice.org/cs/jpn/pub/magazine/
b-plus@ieice.org

1 小特集の発行にあたって多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術
編集チームリーダ

馬杉正男

4 私の研究者歴

将来衛星通信ミッションの提案活動

飯田尚志
40 連載企画

計測技術講座〔第 2 回〕

周波数領域の信号計測技術 スペクトラムアナライザ編

佐久間洋

46 子どもに教えたい通信のしくみ

WWW ページが見えるしくみ菅原真司

63 街 plus 探訪

ある編集委員によるインド入門講座 〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

馬杉正男
68 開発物語

MPEG開発物語 〜De-Factoと De-Jure 標準〜

村上篤道
74 連載企画ある編集委員の留学記（第 8 回）

最終回：留学を終えて関屋大雄

48 解説論文

MATLAB/Simulinkによるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM変復調システムの設計法
松江英明／大田健紘／平田幸広／田邉
小特集

造

多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

解説論文
10 次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

黒川章／江崎修司／平松淳／堀越博文

22 サービス創出基盤としてのNGN

荒木靖宏／森川博之

解説
33 次世代ネットワーク（NGN）を支えるIPネットワーク品質管理

ソリューション

中村純也／加賀谷武大／山崎康広
79 巻末言今，“通信”という呪縛からの脱却を！
通信ソサイエティ会長 並木淳治

編集後記……80
B-plus に掲載された論文などの著作権は（社）電子情報通信学会に帰属します．

将来衛星通信ミッションの提案活動
元通信総合研究所所長
前首都大学東京特任教授

飯田尚志
Takashi Iida

はじめに申し上げたところ，東京大学宇宙航空研究所（ISAS）

私は典型的なラジオ少年であったかもしれない．

田 実教授であったが，実際は田宮 潤教授の手ほど私の興味は岩波「科学の事典」に掲載されていたラきを受けた．しかし，田宮先生は１年ほどして惜し

ジオを聞く少年の図から始まった．ラジオを初めてくも他界され，その後は水町守志助教授の指導を受作ったのが 1952 年で，期せずして郵政省電波研究所

けた．博士課程は東口 実教授の下で研究を行ったが，＊1の大学院生として入学を許可された．指導教官は岡（RRL） 設 立 の 年 で あ っ た こ と に 因 縁 を 感 じ る．

水町先生からも指導を賜った．研究課題は修士，博1958 年にはアマチュア無線の免許も得た．以下では，士とも捜索レーダにおける航空機の自動追尾であっ私の携わった研究などについて，どのような経緯やた．博士論文への対処を一所懸命考えていたとき，人のつながりで進めたのかを含めて書いてみたい．

夢に田宮先生が現れ，こうすればいいんだと黒板に何か書こうとした．残念ながら何が書かれたかは分

学生の時代
1965 年，東京大学工学部電子工学科の４年生となからなかったが，その後研究は進んだように思う．
当時盛んとなってきたカルマンフィルタを応用した追尾方式を考案して博士論文とした［1］．就職する＊2り，滝 保夫教授の下で卒業研究を行った．このときに当たり，RRL と KDD

修士２年の伊藤秀一氏（後，電気通信大学教授）が指ろ，翌日，RRL の湯原仁夫次長から電話があり，採用導してくれ，OTH レーダ（Over The Horizon Radar）

するからすぐ決めろということであった．こんなこのクラッタ抑圧用周波数検出フィルタを製作して卒とで私の社会人としての活動が開始された．

研究所に見学に行ったとこ

業論文とした．大学院の面接でレーダをやりたいと＊１ 後の通信総合研究所（CRL），現 情報通信研究機構（NICT）．

4＊2 国際電信電話株式会社，現 KDDI．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

My Frontier Life

国立研究所に入所してRRL 鹿島支所の時代
1971 年，RRL に入所し鹿島支所に配属された．ここは宇宙通信のメッカであり，私が宇宙通信に関係成するために宇宙開発委員会計画部会を毎回傍聴し，宇宙開発計画がどのように決まるのか勉強になった．
ただ，一度企画のような仕事に携わると純粋な意味での研究には戻れなくなり，私の研究管理者としての仕事が始まった．

する端緒となった．鹿島に来てすぐに結婚したこともあり公私ともに私の新しい人生が始まった．

将来ミッション提案活動の始動

当時支所長であった石田 亨氏の下，自由に仕事を1982 年に衛星通信部に配属となり，将来構想に興するという雰囲気の中で，カナダの国際電離層観測味があったので，第二衛星通信研究室の下世古幸雄

衛星 ISIS などの追尾業務，電離層突き抜け減衰量の室長とともに仕事をすることが多くなった．下世古

測定，我が国初の実用衛星である電離層観測衛星 ISS

室長からは将来ミッション構想を提案する研究者にの管制システムの自動化，実験用静止通信衛星 ECS（打なってくれると有り難いという話を何度も聞いた．

上げに失敗）との共用管制システムの自動化に取り

当時，RRL では次期衛星計画を見いだせない状況

組ませてくれた．この間，管制施設の 18 ｍアンテナであったので，将来衛星通信ミッションを探るべく，駆動歯車の油引きや 50 ｍ高の鉄塔に登っての保守作

所内シンポジウムを開催したところ 50 件超の発表業なども担当した．衛星管制システムの自動化につが行われた．私は下世古室長とともに，このシンポ

いては今から見れば初歩的なコンピュータを使って，ジウムの発表から，将来の衛星通信として「多様化」とにかくじっと眺めていればアンテナが追尾を始め，と「パーソナル化」という要素を抽出した．これら

コマンドを打ち，テレメータを受信してテープレコー

をまとめ，1984 年アムステルダムで開催された IEEE-

ダに記録するというシステムを完 成することができ

ICC に発表したところ，Satellite Communication andた［2］．自動化の効果について，衛星データ取得率

Broadcasting 誌の編集長から面白いから原稿を書いが 9 ％向上したことが後で分かった．ISS プロジェクてくれという手紙をもらい，同誌に論文を発表でき

ト経費は約 100 億円と推定されるので，約 9 億円のた［3］．

効果があったことになる．ただ残念なことに，褒めてくれた人はいなかった．

多様化サービスの一つとして，上記シンポジウム
で中橋信弘衛星通信部長が提案したアイデアにミリ1975 年から 1 年間，科学技術庁長期在外研究員と波を加え，第二衛星通信研究室の島田政明研究官がしてカナダ通信省通信研究センター（CRC）に滞在し，主担当となって，ミリ波パーソナル衛星通信システ

ここで多くの知友を得ることができた．

ムにまとめた．これは当時としては新しい概念であったが，郵政省のある審議会委員からは衛星通信は最企画部主任研究官を経験

終的には家庭の電話につながるのだからパーソナル

1979 年に RRL 小金井本所の衛星研究部第三衛星である，なぜパーソナル衛星通信なのかという反論

通信研究室に転勤となった．高橋耕三室長からは衛があったと聞く．このミッションは技術試験衛星Ⅵ

星の将来計画などの研究態度を学んだ．陸上移動体型（ETS-VI） ミ ッ シ ョ ン の 一 つ と し て 実 現 し た が，

通信衛星のアンテナ径と衛星価格との関係を導いて，

1994 年，ETS-VI は静止軌道投入に失敗してしまい残

東京で開催された国際宇宙航行連盟会議 IAF 80 で初念であった．

めて英語で発表した．そうしたら大手通信事業者のもう一つのミッションとしてアジア・オセアニア

方からそんなに簡単に陸上移動体衛星通信ができる

地域の衛星放送システムを検討した．これは，上記ようなことをいってもらっては困るという主旨の電シンポジウムでの手代木扶第三衛星通信研究室長の話をもらった．

提案によるところが大きい．その提案に触発され，

1 年ほどして，企画部主任研究官として研究管理の衛星放送対象国として国民総生産の小さな国，テレ

仕事に約２年間携わった．このとき，議事概要を作

ビ放送未実施の国を選び，３ビームの衛星システム

私の研究者歴5

（AOSAT）としてまとめ，国際協力学術奨励金交付作

者とプロジェクトを考えて欲しいとの連絡を受けた．

品に応募した［4］．この検討は年末年始休暇中に行っそこで，AOSAT 衛星提案が縁で参加していた太平洋たものであったが，本論文は 1 席を得た．審査員に学会の研究会でお会いした野口正一東北大学教授には著名な社会学者の中根千枝東京大学教授も含まれ，

宇宙通信分科会共同議長をお願いし，野口教授がか評価して頂いたことはうれしかった．これを，1985

ねて提唱されていた太平洋島嶼国などにおける非営年の太平洋電気通信協議会年次総会（PTC 85）に発利の衛星利用汎太平洋情報ネットワークプロジェク

表したところ，南半球のある国の放送局の方から，トを提案し合意された．この会合で会った Pelton 博

なぜこのようなスタディを行うのかというクレーム

士（コロラド大学）には後述するようなお世話になっに近いコメントをもらった．

たが，そ の経緯を交遊抄［5］に書いた．

多様化する種々の衛星通信ミッションについては，
将来の静止プラットホームのミッションとして検討を進めた．この検討は，当時設立されようとしていた（株）宇宙通信基礎技術研究所の研究項目を考える
際に参考とされたと聞く．政策に必要な研究項目のメ

通信総合研究所への復帰とアジア太平洋地域への展開
1989 年に通信総合研究所（CRL，前 RRL）に復帰し，宇宙通信部長となった．

ニューをそろえておくというのは国立研究所の役割であると思うので，十分この役割は果たせたと思う．

汎太平洋情報ネットワーク実験

1984 年に第二衛星通信研究室長となった．この前復帰して気になっていたのは ISY プロジェクト準備

後に，米国では宇宙ステーションを建設するという会合で提案合意された衛星利用汎太平洋情報ネット

話があり，ISAS の長友信人教授，航空宇宙技術研究

ワークをどう具体的に進めるかであった．その後の所（NAL）の山中龍夫総合研究官，RRL 衛星計測部の関係者のディスカッションの結果，①低価格地球局

岡本謙一主任研究官と私などが，宇宙ステーションにの利用，②実績のあるハワイ大学の PEACESAT (Pan-

我が国でどう対応していくべきか何度か打合せを持っPacific Education and Communication Experiments

た．このとき，長友先生などから宇宙ミッションに対

by Satellites) との協力が望ましいとされた．我が国する考え方を大いに学んだ．私に検討を課せられたでは当時，技術試験衛星 V 型（ETS-V）が後期利用実ミッションは宇宙ステーションにおける大形アンテナ

験段階にあった．衛星のビームパターンを眺めていの組立てで，NAL の狼てハワイまで届くのではないかと気付き，宇宙通信

嘉彰主任研究官などと大型

アンテナ研究会を立ち上げ，約３年間活動した．

部移動体通信研究室の鈴木龍太郎主任研究官に相談したところ，彼は可能であること，地球局は自身で製作すると断言した．こうして，汎太平洋情報ネッ

宇宙開発事業団へ出向

トワーク実験が具体的に進み始めた．当時我々とし＊3

1987 年４月，宇宙開発事業団（NASDA） に出向を命ぜられ CS-3 衛星開発に参加した．ここでは衛星ては，我が国で開発した衛星技術が初めて海外の人々に役立つのだと考え，張り切って取り組んだ．

開発本部木戸敬久副本部長から衛星プロジェクトに汎 太 平洋 情 報 ネ ッ ト ワ ー ク実 験 は， ハワ イ大学

対する取組み方を教わった．1988 年に CS-3a 及び bに CRL で開発した地球局を設置して，日本との間での一連の衛星打上げ作業に携わるという貴重な経験

64 kbit/s 回線を構成することであった．本実験の最をした．

初のイベントは，1990 年 11 月に神戸で開催された

NASDA に出向する直前に，NAL の山中総合研究官

汎太平洋情報ネットワーク構想シンポジウム (PAN-より，1992 年国際宇宙年（ISY）プロジェクト準備

Net 90) であった．PAN-Net 90 は，同ネットワーク

会合をハワイで行うので，宇宙通信分科会への出席

構想の実現方策の協議とヒューマンネットワーク創りの推進を目的として開催され，兵庫県，郵政省，＊3 現 宇宙航空研究開発機構（JAXA）．

6

東北大学，電気通信大学，神戸大学，ハワイ大学，
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

My Frontier Life

NASDA などの協力の下，ハワイ大学とシンポジウム
会場間で ETS-V 利用テレビ会議が成功裏に行われた．

West SAT

Satellite Switch

East SAT

本実験では地球局を短期間に製作できたが，約 7 人の研究者が約 2 か月間毎晩遅くまで，しかも後半の
1 か月は土及び日曜日も頑張った結果であった．本実験はその後，ISY プロジェクトとしてタイ，インドネ
シア，パプアニューギニア，フィジーなどが参加する
PARTNERS（Pan-Paciﬁc Regional Telecommunication

IN

6
5
4
3 OUT
2
1

6
5
4
3
2
1
1 2 3 4 5 6

6 5 4 3 2 1

IN

OUT

West SAT（150°
E）

Network for Experiments and Research by Satellite）
計画に発展し，2002 年まで続けられた．

Optical ISL（2 Gbit/s）

East SAT（150°W）

59,600 km

高速衛星通信上記の活動を行っていたとき日米貿易摩擦が起きており，1990 年に衛星調達に関する日米間の取決め

Ka-Band or mm-Wave(1 Gbit/s)

合意がなされた．これに関して，元 NASA 副長官であった Edelson 博士を中心に冷え切った日米関係にあって両国の宇宙開発技術者の親交及び相互理解を深める目的で，日米宇宙協力ワークショップ（JUCS，現在 JUSTSAP）が同年ハワイで開催された．このとき，
CRL 畚野信義所長が私を JUCS 宇宙通信分科会の共同

図1

AAPTS の概念

議長に任命した．米側の共同議長は Edelson 博士であった．同分科会では，①安価な地球局の提供（ETS-V

この後，ギガビット衛星技術に関しては次の二つの利用実験を念頭），②未提供の高度サービスの開拓，

方向で動いた．

を追究していくこととなった．

第１の動きとして，1993 年にハワイ島で開催されその後，私は Pelton 博士の招へいで 1991 年６月

た JUCS の宇宙通信分科会で，Edelson 博士は，前記からコロラド大学に客員教授として１年間滞在し，PTC 92 の発表論文により，本ワーキンググループのNASA の委託研究として上記②の研究を行うことに検討は完了したとし，日米高速衛星通信実験を行うこなった．当時私は宇宙通信部長であったので，1 年間とが提案された．以後，この実験を進めるための作業留守にするには管理職を辞めねばならず問題もあっが始まった．この実験は，日本から INTELSAT 衛星経

たが，畚野所長は私の方針を許可してくれた．コロ

由でハワイに結び，ハワイと米本土との間を ACTS 衛

ラド大学での研究において，私は NASA の先進通信星で結ぶシステム構成により，太平洋横断高速衛星通技術衛星 ACTS の次世代版として衛星・地球局間で信実験を行うものである．我が国では，高速衛星通信

１Gbit/s 回線を構成する図１のようなシステムを提の必要性がなかなか理解されず，実験の雰囲気作りに案した．アジア・太平洋地域で 21 世紀には高いレ数年を要した．私は，JUCS 宇宙通信分科会の共同議

ベルの教育，医療サービスのためにギガビット衛星長として米側との調整に当たっただけであったが，こは 不 可 欠 だ と 考 え ら れ た た め で あ る．Pelton 博 士の長期戦に耐えたのは，宇宙通信部門脇直人主任研究は本衛星システムを AAPTS（Advanced Asia-Paciﬁc

官の実験に対する熱意と，郵政省の支援があったこと

Telecommunications Satellite）と命名した．この研が非常に大きかった．1997 年 3 月，ついに第 1 フェー

究結果は PTC 92 に発表された［6］．ギガビットといズの実験として伝送速度 45 Mbit/s の通信実験が成う言葉は Pelton 博士が使ったと思うが，私のノート

功裏に実施された．この実験に対し 1998 年に NASAによると 1991 年 11 月６日の打合せのときである．

Group Achievement Award を受賞した．

私の研究者歴7

第２の動きとして，我が国で 1992 年にギガビットらであった．外部評価は有馬先生に委員長をお願い

衛星の提案が行われたが，上にも述べたように当時して行われた．効果的な評価方法はなお検討課題でほとんどの衛星関係者は関心を示さなかった．1994

あろうが，評価が研究意欲を鼓舞するものであって年にはマルチメディアがブームとなり，光ファイバ

欲しいと今でも願っている．

一色であった．しかし，1995 年１月阪神淡路大震災に襲われ，衛星通信に対する社会の論調は一変した．

CRL 退職１年後に JAXA の理事として国際宇宙ス
テーションプロジェクトを約２年間担当した．

同年 2 月，首相を本部長とする高度情報通信社会推進本部において，地上系と衛星系といった多様な通再び研究者として

信基盤の整備が必要とする基本方針が決定された．
また，郵政省高速衛星通信システムに関する調査研

最後に，前節の期間及びその後の NICT 特別招へい

究会は，1.2 Gbit/s 級通信技術衛星の開発などの提言

研究員，首都大東京特任教授としての期間の活動にを行った．これを受け，1996 年から CRL においてギついて述べる．学会活動として，1998 年に米国航空

ガビット衛星プロジェクトが開始された．ギガビッ

宇宙学会（AIAA）第 17 回国際通信衛星会議（ICSSC）

ト衛星プロジェクトはその後 2002 年に e-Japan 重点が初めて我が国で開催され，成功裏に終了したこと

計画に整合すべく超高速インターネット衛星 WINDSを受け，AIAA 衛星通信フォーラム（JFSC）を設立した．

プロジェクトに発展し，CRL（現，NICT）と JAXA のJFSC では，機関誌 Space Japan Review を発行すると共同プロジェクトとなり，2008 年２月に衛星が打ちともに，その後４年ごとにアジアで開催される ICSSC

上げられ，順調に実験が進められている．

に人材を供給するという活動を継続している．書籍

その他の活動として，小型衛星研究会があるが詳細は省略する．

著作活動として，衛星通信に関する大学院レベルの書籍を作ろうと計画し，多くの研究者と共著で 1997
年にオーム社から発行した［8］．また，AIAA から要研究所の運営へ請され，Pelton 博士らと共著で AIAA プログレスシ
リーズの一つを発行した［9］．

1995 年からは，研究所の運営に企画部長，次長，

研究活動では，将来の衛星通信の需要を掘り起こす

所長そして独立行政法人通信総合研究所の理事長と提案を行った．まず，鈴木良昭宇宙通信部長とともにしてかかわった．当時，次のような情勢・課題があっ検討を行い，図２に示すように，今後 30 年間の衛星た［7］．①情報通信情勢の激変に伴う予算規模の飛通信需要の増大予想を第１～第３世代の衛星としてま躍的拡大，②開かれた研究所への変化，③外部評価

とめ，2001 年の ICSSC で発表した［10］．この予想の実施，④独立行政法人化．④は相当な大仕事であっは大雑把なものではあるが，現在欧米ではまさに第２たが，ここでは③のみを記述する．

世代の衛星が実現されようとしている．本提案は上記

外部評価は，当時 CRL でも必至という情勢であっ

AIAA の書籍著作のきっかけとなった．また，鈴木良

た．しかし，本当に大丈夫なのかという思いはどう
当時理化学研究所理事長であられた有馬朗人先生にCRL で講演して頂いたときのことであった．このとき先生は研究者の流動化，任期付研究員制度の導入などを話された．私は当時企画部長であったが，先生の御講演を聞き，これは CRL でもいけるぞと思ったものである．その理由は，先生が問題点として挙

通信容量（bit/s）

してもつきまとうものであった．転機となったのは，
10P

光ファイバ

100T
1T
10G

100M
2000

1.25〜 5T

400G

2.5〜 40T

第 2 世代50〜500G

通信衛星

第 1 世代5 〜 50G

2005

2010

第 3 世代
0.5 〜 5T

2015

2020

2025

2030

（年）

げられた制度運用などについては，実質的に CRL ではほとんど既に実施してしまっていたことだったか
8

図2

高速衛星通信の将来需要

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

My Frontier Life

昭氏と NICT 有本好徳主任研究員とともに，将来火星に有人コミュニティが出現したとき，10 Gbit/s の地
球・火星間通信回線が必要と考えた［11］．本提案は将来の速度要求ストーリとして使えるのではないかと期待する．更に宇宙基本法の施行に伴い，衛星通信の安全保障に対する重要性が増していることから，積極的に将来の衛星通信システムを提案していきたいと考えているが，その記述は今後に残すことにする．

む

す

び

以上述べたように私は国立研究所の職員として研究ばかりでなく在職期間の６割以上は研究管理や研究所の運営に携わったが，その傍ら所内外の方々の御支援を得て将来衛星通信ミッションを考え，学会などで提案するという活動を行ってきた．一般に研究活動とマネージメントの仕事は両立しないもののようにいわれることもある．しかし，常に先を読むことと研究の全体像を把握する必要のある研究所の運営への取組
みは，将来の見通しがきっかけとなることが多い提Satellite communications in the next decade, SpaceCom. and Broadcasting, vol. 3, no. 1, pp. 27-38, March
1985.
［4］ 飯田尚志，島田政明，岩崎 憲，下世古幸雄， 人工衛星を利用したアジア・オセアニア地域の放送サービス
システムに関する研究， 昭和 58 年度国際協力学術奨
励金交付作品（国際協力推進協会），1983.
［5］ 飯田尚志， 交遊抄 かばんを間違え，日本経済新聞，
Oct. 28, 2002.
［6］ J. N. Pelton and T. Iida, 21st century satellite options
for the asia-paciﬁc: a cooperative U. S. -Japanese study,
PTC 92, Jan. 1992.
［7］ 飯田尚志， ご挨拶 , 新たな飛翔 最近の通信総研の軌跡（通信総研 50 年記念），
pp. 1-7, 2001.
［8］ 飯田尚志編著，ウェーブサミット講座 衛星通信 , オーム社，1997.
［9］ T. Iida, J. N. Pelton, and E. Ashford, Satellite Communications in the 21st Century: Trends and Technologies,
AIAA, 2003.
［10］ T. Iida and Y. Suzuki, Communications satellite R&D
for next 30 years, Space Com., vol. 17, no. 4, pp. 271277, 2001.
［11］ Y. Arimoto, T. Iida and Y. Suzuki, High capacity opticalearth-mars communication system for future mars humancommunity, 60th IAC, no. IAC-09-B. 2. 4. 4, Oct. 2009.

案活動に役立ったと思う．私の提案に対しては批判ももらったが，評価も頂き，1999 年から 2010 年にかけて本会フェロー，IEEE Fellow，AIAA Fellow，前島賞，AIAA Aerospace Communications Award，SSPI（Society of Satellite Professionals International）Hallof Fame Award を頂き感謝している．私の携わった提案から今後何らかの発展があればうれしい．最後に，これまで御協力・御支援下さった方々に深謝します．

飯 田 尚 志（正員，フェロー）
1966 東大・工・電子卒．1971 同大学大学院工学系研究科電子工学専攻博士課程了．工博．1971 郵政省電波研究所（後通信総合研究所）入所．1987 宇宙開発事業団出向．1989 通信総合研究所宇宙通信部長，同企画部長，次長を経て 1999
所長．2001（独）通信総合研究所理事長．2005（独）宇宙航空研究開発機構理事．2007（独）情報通信研究機構特別招へい研究員．2009 首都大東京特任教授（2010-04 より客員教

文 献［1］ 飯田尚志， 航空機の自動追尾に関する一提案， 信学
論，vol. J55-C, no. 7, pp. 351-358, July 1972.
［2］ 飯田尚志，実時間衛星管制の自動化システム，信学論，vol. J61-B, no. 6, pp. 519-526, June 1978.
［3］ T. Iida, S. Shimoseko, K. Iwasaki, and M. Shimada,

私の研究者歴授），東京工科大客員教授．1975 ～ 76 カナダ通信省通信研究センター客員研究員．1991 ～ 92 米コロラド大客員教授．
1994 ～ 96 電通大客員教授．1999 ～ 2004 国際宇宙大理事．
2003 ～ 05 AIAA-JFSC 会 長．2004 ～ 07 JUSTSAP 日 本 協 会
会 長．2005 ～ 現 在 AIAA 理 事． 前 島 賞，AIAA Aerospace
Communications Award, SSPI Hall of Fame Award 受賞．IEEE
Life Fellow，AIAA Fellow．

9

解説論文

小特集｜多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

次世代ネットワーク（NGN）を支える
ネットワーク基盤技術
Network Technologies for Next Generation Networks†1

黒川 章 Akira Kurokawa†2
平松 淳 Atsushi Hiramatsu

†2

†1

†2

江崎修司 Shuji Esaki†3
堀越博文 Hirofumi Horikoshi†2†3

次世代ネットワーク (NGN) は，固定系通信や移動体通信の融合的サービスの創出を視野に入れた新しい広帯域・高品質通信ネットワーク基盤を実現する技術である．これまでに ITU-T を中心とする国際的な標準化や諸機関での研究開発などの取組みが進められ，ここ数年で各国での実サービスが始まったところである．本稿では，NGN が世界的な潮流となった背景や，これまでのネットワー
クアーキテクチャや NGN のサービスに関する標準化の取組み，基本的な通信機能，通信品質制御などの関連する代表的技術について解説する．
次世代ネットワーク，NGN，IMS，通信品質制御，広帯域ネットワーク

スの基盤である交換機の老朽化対応が課題として認識さ

1. ま え が き

れ始め，その代替手段として，高品質化した IP ネット
ワークに固定系通信ネットワークを移行させる構想が検NGN は，世の中に広く普及している IP ネットワーク

討され始めていた［1］．特に，欧州の TISPAN プロジェ
＊2

技術を活用しながら，固定系通信や移動体通信の融合的クトサービスの創出を視野に入れた新しい広帯域・高品質通体通信関連の標準仕様を検討する団体である 3GPP（3rd信ネットワーク基盤を実現する技術であり，国際標準化

Generation Partnership Project）では，将来の移動体通信の活動を軸としながら，世界のキャリヤやベンダが，その広帯域化に向けて，ネットワークの IP 化と SIP をベー実現を目指して取組みを進めてきたものである．

スとした IMS（IP Multimedia Subsystem：詳細後述）とNGN に向けた議論のきっかけは，SIP（Session Initiation＊1などで早期に仕様検討が始まった．また，移動呼ばれるマルチメディア通信制御システムの検討が始

Protocol） と呼ばれるプロトコルを利用して IP ネット

まっていた［2］．この両者の動きの融合により，固定系

ワーク上で電話相当のサービスを実現する VoIP（Voice

通信サービスと移動体通信サービスを融合させた FMC

over IP）技術の進展を踏まえ，2001 年ごろから，固定系（Fixed Mobile Convergence）サービス

通信と移動体通信のそれぞれの領域でネットワークの IP

検討され始めた IP ネットワーク上での放送的サービスで化の検討を始めたことであった．

ある IPTV の提供を想定した新しいサービス統合型の通固定系通信においては，長年提供してきた電話サービ†1 日
 本電信電話株式会社 NTT サービスインテグレーション基盤研究所，
武蔵野市
S
 ervice Integration Laboratories, NTT Corporation, Musashino-shi,
180-8585 Japan
†2 日
 本電信電話株式会社 NTT ネットワークサービスシステム研究所，
武蔵野市 	Network Service Systems Laboratories, NTT Corporation, Musashinoshi, 180-8585 Japan†3 日本電信電話株式会社 技術企画部門，東京都
Technology Planning Department, NTT Corporation, Tokyo 1008116, Japan

10＊3の創出や，別に

信ネットワーク実現の期待が高まっていったのである．
このような状況を踏まえ，国際電気通信連合（ITU-T）

＊1
＊2
＊3

I P 電話サービスなどで，相手端末番号や利用メディアのコーデックを交換しながら，端末やサーバの間でセッションを確立するためのプロトコル．IETF の RFC 3261 などで規定される．
ETSI（電気通信標準化機構）傘下のプロジェクトの一つ．2003 年から VoIP 技術を発展させた IP 網でのセッション型通信サービスの仕様検討に着手し，NGN の初期検討をリードした．
固 定系通信サービスと移動体通信サービスの連携や融合により創出される新たな通信サービスのコンセプト．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

でも，TISPAN プロジェクトや 3GPP，IETF（The Internet

分 表類1

Engineering Task Force） などとの連携を図りながら精

ITU-T の主な
NGN
能力セット 関連勧告
1 勧告群
主な NGN
能力セット
1（
リリース１の能力セット１）
主な能力セット 1 関連勧告
Y.2006NGNNGN（機能要求条件と機能アーキテクチャ）
Y.2012（NGN リリース１の能力セット１）
Y.2006
Y.Sup2（セッションボーダ制御）（機能要求条件と機能アーキテクチャ）
Y.2012（ネットワークアタッチメント制御機能）
Y.2014
概念
Y.Sup2（セッションボーダ制御）（NGN の用語）
Y.2091
アーキテクチャ Y.2014（ネットワークアタッチメント制御機能）
概念（リソース / 受付制御機能）
Y.2111（NGN の用語）
Y.2091
アーキテクチャ Y.2401/M.3060（NGN マネージメントの原則）（リソース / 受付制御機能）
Y.2111
Y.2701（NGN リリース１のセキュリティ要求条件）（NGN マネージメントの原則）
Y.2401/M.3060（NGN の認証・認可の要求条件）
Y.2702
Y.2701（NGN リリース１のセキュリティ要求条件）（NGNの認証・認可の要求条件）
Y.2702
NGNリリース
Y.Sup1（
1 スコープ）Y.2021（NGN のための IMS）
Y.Sup1（NGN リリース 1 スコープ）
Y.2031（NGN における PSTN/ISDN エミュレーション）
リリース１対象 Y.2021（NGN のための IMS）
Y.2201（NGN リリース１の要求条件）
サービスと Y.2031（NGN における PSTN/ISDN エミュレーション）
リリース１対象 Y.2211（リアルタイム会話型マルチメディアサービス）
サービス制御部 Y.2201（NGN リリース１の要求条件）
サービスと Y.2261（PSTN/ISDN から NGN への移行）
Y.2211（リアルタイム会話型マルチメディアサービス）
サービス制御部 Y.2262（PSTN/ISDN エミュレーションとシミュレーション）
Y.2261（PSTN/ISDN から NGN への移行）
Y.2271（コールサーバ型 PSTN/ISDN エミュレーション）
Y.2262（PSTN/ISDN エミュレーションとシミュレーション）
Q.3401
NNI 信号プロファイル）
Y.2271（コールサーバ型
PSTN/ISDN エミュレーション）
信号方式
Q.3402（UNI 信号プロファイル）
Q.3401（NNI 信号プロファイル）
信号方式
Q.3402（UNI 信号プロファイル）分

力的な標準化が進められた．そして，高機能なマルチ
メディアセッション型通信サービスを実現するための NGN リリース 1 の能力セット 1 が 2008 年 1 月に，IPTV の基本サービスの実現に向けた NGN 能力セット 2が 2009 年 9 月に勧告化された．
また，こうした国際的な流れの中で様々なキャリヤ
も NGN の実現に向けた取組みを進め，AT&T や France
Telecom などのキャリヤが NGN や IMS の技術を活用した商用サービスの提供を既に始めている［3］
，
［4］
．日本
においても NTT グループが 2006 年 12 月からの約 1 年のフィールドトライアルでの技術確認などを経て，2008
年 3 月から帯域確保型通信などの NGN サービスを開始している［5］，［6］．
以下，2. では NGN のアーキテクチャや通信サービ
スに関する国際標準化の状況について解説し，3. では

類

表2
分

NGN を実現するための幾つかのキー技術を解説し，5. で分

むすびを述べる．

ITU-T の主な NGN 能力セット 2 勧告群類

主な NGN 能力セット 2 関連勧告

類

サービス要求条件）
Y.1901主な(IPTVNGN
能力セット 2 関連勧告
Y.1910 (IPTV アーキテクチャ）
サービス要求条件）
Y.1901 (IPTV
Y.Sup5（IPTV サービス ユースケース）
Y.1910 (IPTV アーキテクチャ）
Y.2007（NGN 能力セット２）
Y.Sup5（IPTV サービス ユースケース）（
G.1080QoE 要求条件）（IPTV
能力セット２）
Y.2007NGNの（IPTV 品質監視−測定点−）
G.1081（IPTV の QoE 要求条件）
G.1080（IPTV セキュリティに関する機能要求項目
X.1191（IPTV 品質監視−測定点−）
G.1081とアーキテクチャ）（IPTV セキュリティに関する機能要求項目
X.1191（とアーキテクチャ）
H.622.1
IPTV 用ホームネットワークのアーキテク

サービス・
アーキテクチャ
サービス・
アーキテクチャ2. NGN の標準化などの状況

QoEとコンテンツ保護
QoEとコンテンツ保護以下では，NGN 関連の標準化などの状況について述
べる［7］
〜
［9］
．NGN の標準化は 2003 年 7 月の ITU-T

チャと機能要求条件）（IPTV 用ホームネットワークのアーキテク
H.622.1
H.720（IPTV 端末デバイス − 概要）
チャと機能要求条件）
エンドシステムH.721（IPTV 端末デバイス − 基本モデル）
H.720（IPTV 端末デバイス − 概要）
エンドシステム H.770（IPTV サービス発見とその利用）
H.721（IPTV 端末デバイス − 基本モデル）（IPTV 用メタデータ）
H.750（IPTV サービス発見とその利用）
H.770（IPTV 用メタデータ）
H.750

主催の NGN ワークショップを機に本格化したが，2004
年 6 月には Y. 2001「NGN の定義と概要」と Y. 2011「NGNの原則と汎用参照モデル」の二つの勧告を完成させている．Y. 2001 では，NGN を次のように定義している．
「電気通信サービスの提供を目的に，広帯域かつ通信品質制

能力セット 1 では，NGN の基本コンセプトやアーキテ御可能な様々なトランスポート技術を活用したパケット

クチャとともに，初期サービスであるセッション型通信

ベースのネットワークであり，サービス関連機能は下位

サービスを実現する基本機能を明らかにした．その主なの転送関連技術に依存しない．また，利用者が，多様な勧告群を表 1 に示す．2009 年 9 月に勧告化された NGN

サービスプロバイダやサービスを自由に選択できる．普能力セット 2 では，IPTV サービスの実現に向けた基本

遍的モビリティ ーをサポートし，利用者への一貫した，機能が示されており，その主な勧告群を表 2 に示す．

かつユビキタスなサービスをサポートする．
」すなわち，
広帯域かつ通信品質制御可能な電気通信サービスを，管2.1 NGN アーキテクチャ関連の標準化理された IP 網（パケットベースのネットワーク）とサー

NGN の機能要件や機能アーキテクチャは Y. 2012 でバ（サービス関連機能）で提供することを目指している．

規定されているが，その基本コンセプトを図 1 に示す．

その後，2008 年 1 月に完成した NGN リリース 1 の

NGN は，マルチメディアストリームを IP ネットワーク

解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

11

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

NGN の特徴や基本的通信機能について述べる．4. では，

＊4上で転送する「トランスポートストラタム」と，トランス

UNI と NNI については，詳細な信号プロファイル

ポート層を制御しながらネットワークサービスを実現す

Q. 3402，Q. 3401 として規定されているが，ANI についる「サービスストラタム」から構成される．

ては，現時点では Parlay＊5がと呼ばれるオープンな通信

トランスポートストラタムには，IP ネットワーク自体

ソフトウェアインタフェース規格が例示されているのみに加え，トランスポート層を管理する機能として「ネッで，その具体化は今後の課題となっている．なお，Y. 2012

トワークアタッチメント制御機能（NACF：Network

付録 III では，SVI（SerVer to network Interface） という

Attachment Control Function）」 や「 リ ソ ー ス 受付制御

インタフェ ースも規定されている．これは，NGN の外（RACF：Resource Admission Control Function）」 が規定部に接続される事業者［ 例えばコンテンツ配信事業者］

されている．NACF は，ネットワークの利用者に対するのエンドサーバ機能と NGN を接続するためのインタ認証機能や IP アドレス割当機能を提供し，RACF は，トフェースとして定められたものである．

＊6

ランスポート層の帯域などを管理し個々の通信の受付可

一方，NGN の特徴の一つであるセキュリティに関し否を判定することでネットワークの通信品質制御を実現ては，Y. 2701 において NGN の脅威分析，トラストモデするものである．

ル，セキュリティ目標と要求条件が規定されている．

サービスストラタムでは，多様なネットワークサービ
スへの拡張性を考慮し，個々のネットワークサービスに

2.2 セッション型通信サービス関連の標準化

対応するサービス制御機能がコンポーネントとして規定

NGN の具体的な通信サービスとしてまず検討が進んされている．また，多様なアプリケーションの拡張をサだのは，セッション型通信サービスである．セッション

ポートするための「アプリケーション／サービスサポー

型通信サービスとは，複数の人間がそれぞれの端末を介ト機能」も想定されている．

してリアルタイムまたは準リアルタイムに会話などのまた，NGN のインタフェ ース参照点については，

マルチメディア通信をするサービスである．このサービ

エンドユーザ機能との接続点である UNI（User-Network

スには幅広い通信サービスが含まれ，既存の電話相当のInterface，ユーザ・ 網インタフェ ース），他網との接続サービスから，複数のセッションを用いた会議通信やブ点である NNI（Network-Network Interface， 網間イン

ロードバンドアクセスを利用したビデオホン，更に通話

タフェース），アプリケーション機能との接続点である

中にテキストやファイルを共有する会話型マルチメディ

ANI（Application Server-Network Interface，アプリケー

アサービスなどが含まれる．このような多様な通信サー

ションサーバ・網インタフェース）が規定されている．

ビスを包含するセッション型通信サービスは NGN の基本サービスと考えられ，NGN の初期サービスとしての検討が進められた．

アプ リケーショ ン

NGN の初期検討をリードしたのは，先に述べた欧州のANI
サ ー ビ スストラタム
アプ リケーショ ン／サービスサポート機能

UNI

サービス
ユーザ
プロファイル
機能

既存端末

GW

カ スタマ網NW アタッチ

トランスポート
ユーザプロファイル メン ト制御
機能（NACF）
機能

アクセス
NW 機能

NGN 端末リソース受付制御機能（RACF）

12に 2003 年に発足したが，2004 年 6 月の 3GPP とのジョ
イントのワークショップにおいて，3GPP が策定した移動体向けの IMS 仕様をベースとし，これを固定系通信の要求条件を加味して拡張するという方向を打ち出した．IMS

＊4
エッジ
機能

コア転送機能ト ラ ン スポートストラタム

図1

電話交換機の信号方式と VoIP 技術の融合を検討するため
他ネ ッ ト ワーク

サービ ス
制御機能

他 NGN サービ ス
コン ポーネン ト
IPTV サービ ス
コン ポーネン ト
PSTN / ISDN
エミュレーション
IP マルチメディア
サービ ス
（IMS）
コン ポーネン ト

TISPAN プロジェクトである．このプロジェクトは従来の

NNINI

NGN の基本コンセプト

 準プロトコル仕様に対して，明確な用途を想定した場合の更なる仕標様の詳細化やオプション項目の選択などを規定したもの．SIP のようにはん用的で非常に多岐にわたるプロトコル仕様群では，信号プロ
ファイルの詳細化が相互接続性の向上のために有効である．
＊5 業界団体 Parlay Group が定めた通信サービス向けのオープンソフト
ウェアインタフェースの規格．現在は Open Mobile Alliance に検討が引き継がれている．
＊6 SVI は，Y. 2012 の改訂版では SNI（Service Network Interface）に名称変更されることが合意されている．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

は，IETF で規定している SIP などを組み合わせ，セキュ

キテクチャ）なども規定された．Y. 1910 では，IMS をリティ， 品質制御， 課金などの要求条件を満たした IP

用いた NGN 上での IPTV サービスのアーキテクチャがベースのマルチメディアセッション型通信サービスを実規定されている．IMS により IPTV のセッションを制御現するための通信制御システムである［10］
，
［11］
．3GPP

し，NGN の通信品質制御機能を用いることが想定されは移動体向けの仕様を検討する標準化団体だが，IMS のている．この制御機能の詳細手順は，TISPAN にて検討

仕様検討では当初よりアクセス形態によらないアーキテ

され規定されている．なお Y. 1910 では NGN だけでな

クチャを目指していたため，固定系通信への拡張は容易でく CATV 網など非 NGN も対象としたアーキテクチャもあり，固定系通信での IMS の採用により，FMC の実現も規定されている．

視野に入れた早期の仕様策定が可能となったのである．

G. 1080（IPTV の QoE 要求条件）には，ネットワーク

ITU-T の NGN では，こうした TISPAN での検討を踏

区間の通信品質である QoS だけでなく，ユーザから見た

まえながら，Y. 2021（NGN のための IMS）などを始め，体感品質である QoE の詳細な要求条件が規定された．ま固定系通信ネットワーク向けの拡充を図った形でのセッ

た，IPTV の配信セグメントを考慮して，性能監視点をション型通信サービスを実現するためのアーキテクチャ

定義した G. 1081 も制定された．各監視ポイントにおけ仕様の勧告化の推進を行った．

る監視パラメータの詳細規定とその測定法に関する標準化も議論されている．
IPTV 端末の勧告としては，IPTV 基本端末モデル

2.3 IPTV サービス関連の標準化

H. 721（IPTV 端末デバイス，基本モデル）が完成してビスの次に検討が進められのは IPTV である．IPTV の標いる．これは日本が主導して策定した．また，X. 1191

準化については，北米の電気通信事業者団体である ATIS（IPTV セキュリティの機能要求条件とアーキテクチャ）（Alliance for Telecommunications Industry Solutions）がにコンテンツ保護を含むセキュリティのフレームワーク

先駆的に検討を開始していた．その後，ITU-T は，2006が規定されている．

年 7 月に IPTV の標準化を集中的に検討する FG-IPTV（Focus Group on IPTV）を発足させ IPTV 関連のグロー

2.4 通信品質関連の標準化と国内規定

バルな標準化を加速させた．FG-IPTV では，従来の ITU

以下では，通信品質のうち，ネットワーク区間の通信

メンバに加え，端末機器メーカ，家電メーカ，放送事業品質である QoS に関する標準化や規定について述べる．

者などが参加し，2007 年 12 月に主要な仕様案をまとめ

ネットワーク区間の通信品質は，一般に，通信サービス

た．その後，正式な勧告化議論が順次進められ，2009 年に故障がなく安定して利用できるかを表す「安定品質」，

9 月に，IPTV の基本サービスであるリニアテレビジョン

通信の開始（接続）時の正確さや迅速さを表す「接続品とビデオオンデマンドにかかわる勧告群とその一覧を記

質」，そして通信（通話）中に遅延や損失がないかを表す

述した Y. 2007（NGN 能力セット 2）が勧告化された．

「伝送品質」の三つがある．このうち，NGN における通ITU-T では，IPTV を，インターネットテレビとは異なる

信品質として特に注目されるのは，伝送品質の一種であ＊7「QoE（Quality of Experience） /QoS（Quality of Service）

る IP パケット転送品質であり，これはパケット転送遅延保証が可能な管理された網で提供されるテレビ，音声，

時間，パケット損，などの IP ネットワーク上でのパケッ

データ，画像などのマルチメディアサービス」と定義しトの転送状態を表すものである．

＊8ている．また，通信とテレビが融合したサービス例を含通信の利用者に安心して快適に通信サービスを利用

め，ITU-T で検討対象とする IPTV サービス例が Y. Sup5

してもらうためには，そのサービスに求められる通信品（IPTV サービスユースケース） にまとめられている．

質を客観的に明確化する基準を定めることが重要である

Y. 1901（IPTV サービス要求条件），Y. 1910（IPTV アー（例えば，固定電話の通信品質の基準については［12］
）が，

＊7 通
 信の利用者が音声や映像などのメディアを視聴するときの体感とし
ての品質．
＊8 パ
 ケット廃棄，パケット転送遅延，ビット誤りなどのネットワーク区間における通信の品質．

NGN の通信サービスでは，音声や映像といった様々なメディアが利用され，また双方向の会話や片方向の配信といった様々な形態でサービスが提供される．これらの条

解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

13

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

NGN 上の通信サービスとして，セッション型通信サー

件によって，ネットワークに要求される通信品質は異な業者間の相互接続推進の環境を整えるため，標準的な端末

り，更にメディアの符号化に利用されるコーデックの種

接続形態を想定した UNI-UNI 区間の品質基準値や，事業類や接続される端末の性能によっても要求される通信品

者間の標準的な相互接続形態を想定した UNI-NNI 区間の質は異な ってくる．このため，NGN を対象とした通信品質基準値が定められている．具体的な品質規定値を図 2

品質の基準作りは単純ではない．

に示す．なお，UNI-UNI 区間の品質基準は，前述の Y. 1540

このような中で ITU-T では，音声・ 映像・ データと及び Y. 1541 の目標値の範囲内で定められている．

いったメディア種別や，片方向・双方向といった通信形態を想定しつつ，IP ネットワークに対する通信品質の要
求条件を幾つかの典型的な品質クラスに分類している．

3. NGN における通信機能の概要

現在，Y. 1541 では暫定的（provisional）なものも含めて八つの品質クラスが規定されており，それぞれの品質ク

以下では，NTT での例を中心に， 固定系通信でのラスに対して，IP パケットの転送遅延時間や転送遅延揺NGN における通信の特徴や通信形態，通信品質クラスならぎ，あるいはパケット損失率といった品質尺度についどについて述べる．

ての目標値を勧告化している（品質尺度の定義は Y. 1540
で規定）
．なお，実際のネットワークでは，こうした勧告

3.1 NGN における通信の特徴を参考にしながら，現実に提供する通信サービスやネッ

固定系通信の NGN では，世界の中で先進的に普及しトワーク規模などを勘案しながら，提供する通信品質クている日本の光ファイバの高速かつ安定した品質のブ

ラス数や品質尺度を設定することになる．

ロードバンド性などの特徴を生かしつつ，インターネッ

上述のような国際標準に加え，IP 電話サービスの通信トで普及した IP ネットワークの技術と，従来から提供

品質については，日本の国内基準が別に定められている

されてきた固定電話網の「高品質性」，「安全性」及び「信［13］．これは，従来からの電話サービスと，新たな技術で頼性」といった特徴を組み合わせることにより，多様な実現される IP 電話サービスの品質の相違を明確化するこ

サービスを，より高品質で安全かつ経済的に提供できるとで，利用者が安心して通信サービスを利用できるように

ネットワーク基盤の実現を目指している．多様な業界のするための配慮である．具体的には，従来の固定電話と同プレーヤが新しいサービスや付加価値を創造できるよう

じ 0AB 〜 J 番号を利用する場合と，新たな番号帯である「オープン性」にも配慮されている．以下に NGN の通信

050 番号を利用する場合のそれぞれについての通信品質の特徴を簡単に解説する．

基準が定められており，特に 0AB 〜 J 番号を利用する IP（1）高品質性

電話では従来の電話サービスに相当する通信品質を達成

NGN は， 高品質なブロードバンド通信を提供する．

することが求められている．また，多様な端末の創出や事

ネットワーク内に，特徴の異なる複数の品質クラスを設
け，アプリケーションに応じた適切な品質クラスが選択

標準的な
端末接続
形態

できる．優先度の高い品質クラスでは，それぞれの通信

UNI-UNI 間の IP レイヤネットワーク
品質規定
・IP パケット転送遅延時間：70 ms 以下
・IP パケット転送遅延揺らぎ：20 ms 以下
・IP パケット損失率：0.1％以下

UNINIに必要な帯域が確保されるため，例えばクリアな音声や

UNI
U

A 事業者
IP ネットワーク

標準的な
端末接続
形態

NNI
（IP レイヤ相互接続）
UNI-NNI 間の IP レイヤネット
ワーク品質規定
・IP パケット転送遅延時間：50 ms 以下
・IP パケット転送遅延揺らぎ：10 ms 以下
・IP パケット損失率：0.05% 以下

図2
14

B 事業者
IP ネットワーク

0AB ～ J 番号を用いる IP 電話の品質規定

ハイビジョンの高精細な映像の品質が通信中に劣化することなく，安心して利用することが可能となる．
（2）安全性NGN では，IP ネットワーク上でも安心して通信サー
ビスが利用できるように配慮しており，通信制御信号やトラヒックの監視，電話番号や IP アドレスといった発信者を示す情報のネットワーク側でのチェック（なりすまし対策），ネットワークの入り口に異常なトラヒックをブロックする機能の配置などが考慮されている．
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

なお，SNI については，2.1 で述べた ITU-T の SVI と呼（3）信頼性
信頼性の向上に向けては，それぞれの通信装置単体でばれるインタフェースのコンセプトを具体化した形態との高信頼化に加え，通信回線や通信装置などの冗長化や，して規定されている．

特定のエリアへの通信の集中（ふくそう）発生時のトラ（1）ユニキャスト型通信

ヒック制御などによるネットワークの面的な対策などがユニキャスト型通信は，個々の利用者間，あるいは配考慮され，高い信頼性の維持や重要通信の確保に対する信サーバと利用者の間で，音声や映像などのリアルタイ

配慮がされている．

ムストリームメディアを送る通信である．IP 電話やテレ（4）オープン性

ビ電話，テレビ会議といった利用者間の相互通信である

アプリケーションサービスの提供者や映像配信事業

双方向型 と，ビデオ映像ストリームをオンデマンドで者など様々なプレーヤが NGN を活用した多彩なサービ

センタサーバから利用者に配信する 片方向型 が考えらスを提供できるように，また同様の高品質の通信を実現れている．

しようとする多様な事業者と相互接続が行えるように，

この形態の通信で，高品質なリアルタイムストリーム

オープンなネットワークを目指したインタフェースを用

メディアを利用する場合には，メディア情報パケットの意し，インタフェース条件を公開するという取組みが進

廃棄確率を小さくし，通信中の画像や音声の劣化を抑えめられている．インタフェース規定においては，国際標ることが求められる．更に， 双方向型 では，利用者の準（ITU-T 勧告，IETF RFC など）や国内標準（TTC 標準，

間で自然な会話を実現するため，情報パケットの転送遅TTC 技術レポート）を参照するなど，標準的規定の採用

延が十分に短いことが求められる．
こうした通信品質を確保するためには，ネットワーク
側が通信で利用される通信帯域を把握しておく必要があるが（3.3，4.4 で詳述）
，セッション型の通信では個々の3.2 NGN の通信形態
ここで NGN で想定されている通信形態の具体例につ通信で利用する帯域が，同時に利用するメディアの数や，いて述べる．図 3 は，NTT によって示された通信形態

それぞれのメディアが利用するコーデックの種類が通信である．ネットワークのインタフェースとしては，UNI，ごとに異なるため，通信の利用者が通信開始時にネット

NNI，SNI が規定されている．これらのインタフェース

ワークに対して利用するメディア数やコーデックを通知

間の通信としては，ユニキャスト型通信，マルチキャスするという手順が設けられている．

ト型通信，及び ISP 接続型通信という三つの典型的な通（2）マルチキャスト型通信

信形態が想定されている．各通信形態に応じた通信品質

映像や音声などのストリームメディアを多くの利用者

クラスや通信制御の手順などがそれぞれのインタフェー

に対して一斉に配信する IP 放送や地上デジタル放送のスごとに定められ，具体的な技術条件が公開されている．

IP 再送信などで利用する通信の形態である．この形態の通信では，ベストエフォートの通信も想定されるが，高

IP放送
サーバ等

品質なストリームメディアを配信する場合は，片方向ユ

各種アプ リケーショ ン
VOD
サーバ等 サーバ等
S NI

マルチ
キャスト
型通信

ユニキャスト
型通信
（片方向）

NGN

ユニキャスト型通信（双方向）ニキャスト型と同様の品質要件が求められると考えられる．なお，マルチキャスト型通信は継続的な通信である

NNI

通信の開始前に，ネットワークとの間でオフライン的にISP等定めておくこととなる．

ISP 接続型
通信（3）ISP 接続型通信利用者と ISP 間の IP パケット転送を行うために利用
UNI

端末機器等

図3

ため，利用する通信帯域などの条件は，マルチキャスト

他NGN
等

端末機器等

NGN の通信形態とインタフェースの例

する通信の形態である．この形態の通信では，Web 通信
やファイルダウンロードなどの多種多様な通信で利用されるものであり，現在のインターネットと同様のベスト

解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

15

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術が配慮されている．

エフォートでの通信が想定されている．従来の ISP 接続

静的割当が利用され，高品質のユニキャスト型通信のよ型通信では，IPv4 プロトコルの利用が主流であったが，うに通信ごとに利用するメディアの帯域や接続先が変わ

今後は IPv6 への対応も想定されている．

る通信では，動的割当が利用される．なお，動的割当方
式では，一時的な混雑などで通信の開始時に必要な帯域

3.3 通信品質クラスと通信帯域割当を割り当てられず呼損となる場合もある．図 4 は例としNGN における通信品質の基準については，2.4 で述べて，一つ目の最優先クラスの通信を行っている最中に，たように ITU-T では Y.1541 などで規定されているが，二つ目，三つ目の最優先クラスの通信を開始しようとし現実のネットワークでは，これらの標準を参考にしつつ，たときのネットワーク帯域利用の変化のイメージを示し

具体的に提供する通信の形態や特徴を想定した上で，サている．物理回線の帯域に余裕がある二つ目の最優先クポートする通信品質の種類や，各クラスのパケット廃棄

ラスの通信には帯域が割り当てられるが，三つ目の最優率やパケット転送遅延といった通信品質パラメータにつ先クラスの通信には割り当てる帯域が足りないため，こいての規定値を定めることになる．

の通信は受け付けることができず呼損となる．

NTT の例では，3.2 のような通信形態の特徴を考慮し，ネットワークの設計においては，それぞれの通信品質

ベストエフォートクラスに加えて「最優先」
「高優先」
「優

クラスごとの通信需要や，動的割当時の呼損率の目標値

先」の三つの優先クラスをサポートすることが考えられなどを考慮しながら，各品質クラスに割り当てる最大リている．

ソースなどの設計を行う必要がある．

「最優先クラス」は，IP 電話やテレビ会議のような高品質な 双方向 のユニキャスト型通信を想定した通信品質クラスであり，パケット廃棄率が小さく，かつ，パケッ
ト転送遅延時間や遅延時間揺らぎも小さいことが特徴である．なお，このクラスを利用して 0AB 〜 J 番号を利用した IP 電話を提供するためには，このクラスの品質条件

最優先
クラ ス
（1）

物理
回線

二つ目の最優先
クラ ス通信の
追加要求

ベスト
エフォート

は 2.4 で述べた国内規定を満たす必要がある．
「 高優先クラス」 は， 高画質のビデオオンデマンド（VOD）や広帯域コンテンツ配信を実現するための高品質
な 片方向 のユニキャスト型通信や高品質のマルチキャ
スト型通信を想定した品質クラスであり，パケット廃棄率は小さいが，パケット転送遅延時間や遅延時間揺らぎ

最優先 物理クラ ス 回線
（1）
最優先
クラ ス
（2）
ベスト
エフォート

最優先クラス ×２本分の帯域があるので，二つ目の通信要求を受け付けられる．

図4

三つ目の最優先
クラ ス通信の
追加要求

最優先
クラ ス
（3）
（
）

最優先 物理クラ ス 回線
（1）
最優先
クラ ス
（2）
ベスト
エフォート

三つ目の最優先クラスの通信要求は，帯域が足りないので要求を受け付けられない．

動的帯域割当の動作イメージ

に対する上限が，「最優先クラス」よりも緩やかな点が特徴である．
「優先クラス」は，ベストエフォートクラスに比較して4. NGN のネットワーク基盤技術

優先的に処理される品質クラスであり，安定したデータ通信などでの利用が想定される．

ここでは固定系通信での NGN を実現するための基盤

NGN では，これらの優先クラスのパケット廃棄率や技術を紹介する．NGN のネットワークを構成する技術

パケット転送遅延などの目標品質を確保するために，各の全体像を図 5 に示す．ネットワークはコア／アクセス

クラスの通信ごとに，通信に必要な帯域をネットワーク

ネットワークと制御サーバ群から構成される．

内で割当，確保しておくという手法を用いている．

コア／アクセスネットワークのキー 技術は，大容量具体的な帯域の割当方法としては，必要な帯域を常時の IP パケット転送ネットワークを実現するための大容固定的に割り当てる静的割当と，通信の開始時に，必要量コアルータ，サービスエッジ，他網との接続用ゲート

な帯域を毎回，割り当てる動的割当がある．高品質のマウェイ群などの転送系技術や，ROADM（Reconﬁgurable

ルチキャスト型通信のように継続的で固定的な通信では

Optical Add/Drop Multiplexer，再構成可能な光アドドロッ

16

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

められている．

プラットホーム・
アプリケーション技術
ビデオオン
デマンドサーバ

IP放送
サーバ

制 御 サ ーバ群

SNI

プロトコル処理が一層，多様化・複雑化する一方で，通サーバ基盤技術

信品質制御などの実現のために転送系ネットワーク装置

コア ／ ア クセスネットワーク
転送系
技術

サービ ス
エッジ
GE-PON

リンク系
技術

をリアルタイムに制御するなど，ネットワークサービス
NNI

通信品質制御技術

ROADM

バンドサービスに対応するため端末との間での通信制御

各種ネットワーク ・・・
制御サーバ

セッション制御
サーバ

大容量
コアルータ

NGN のセッション制御サーバでは，様々なブロード

認証連携・
時刻証明

大容量
ゲート
コアルータ ウェイ

ISP

実現の要としての重要度がますます高まっている．また，

PSTN

NGN は電話並みの安定性を目指しており，サーバ系シス

他IP電話

ROADM

サービ ス
エッジ

光アクセス技術

GE-PON

ONU

ONU

HGW

HGW

情報家電

求は非常に厳しいものになってきている．
しかし，SIP サーバなどのセッション制御系のサーバにおけるハードウェア，OS，ミドルウェアなどのプラッ

UNI

IP電話

テムに対する処理性能，拡張性，信頼性などに対する要トホームは，これまでシステムベンダの独自製品が中心であり，ブラックボックスに起因する供給ベンダ依存度の増大や頻繁な世代交代，安定供給に対する懸念などが

図5

NGN を構成する技術課題となっている．
こうした中で，NGN に向けたセッション制御サーバのク系技術， 及び GE-PON（Giga Ethernet Passive Optical

プラットホームについては，上述の要求条件を満足する

Network）などのブロードバンド光アクセス技術である．

ためにオープンプラットホームの活用が進められている．

制御サーバ群は，セッション型通信サービスを実現す

図 6 に，オープンプラットホームを活用したセッション

るキー 技術であるセッション制御サーバやそのほかの制御サーバの構成例を示す．ここでは，はん用ハード

ネットワーク制御サーバから構成される．サーバ基盤技

ウ ェ ア プ ラ ッ ト ホ ー ム 技術 で あ る ATCA（Advanced

術はセッション制御サーバのような特に高信頼性・安定

Telecommunications Computing Architecture）と，オープン性が求められるサーバを実現するための共通基盤を提供

ソース OS をベースとした CGL（Carrier Grade Linux） ，する技術である．

及び高可用ミドルウェアを適用した次世代サーバプラッ

通信品質制御技術は，コア／アクセスネットワークと＊9

トホームが活用されている．

制御サーバ上のソフトウェアの連携動作により実現されATCA は，PICMIG（PCI Industrial Computer Manu-

る．また，IP 放送サーバや VOD サーバ，認証連携サー

factures Group）と呼ばれる業界団体が定めた通信キャリ

バなどのプラットホーム・ アプリーケーション技術は，
SNI を介して多様なアプリケーションを効率的に実現すセッション制御サーバ

ることを可能とする技術である．

アプリ
ケーション

以下では，NGN のための大容量・ 高品質ネットワー
クを実現する上での特徴的な技術であるサーバ基盤技術，

ミドル

大容量コアルータ，リンク系技術，及び通信品質制御技
術について解説する．

NGN サービス
アプリケーション
高可用ミドル

OS

CGL

ハード

ATCA

高可用ミドルウェ アの採用（Carrier Grade
CGLの採用
Linux）
標準ハードプラット
ホーム（ATCA）の採用

4.1 サーバ基盤技術
従来から，通信を制御するネットワーク内のサーバには，①大規模ネットワークに要求される高い信頼性・可用性，②大幅な設備投資・運用コストの低減，③保守運

図6＊9用機能の更なる充実，④設備の維持・拡充性の担保が求解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

セッション制御サーバの構成例

 ープンソースソフトウェアである Linux をベースにキャリヤ環境でオの使用に向けた高信頼化などの改善を図った OS 仕様．THE LINUXFOUNDATION（http://www.linuxfoundation.org/）から公開されている．

17

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

プマルチプレクサ）などの大容量光伝送を実現するリンヤなどに向けたハイパフォ ーマンスシステムのためのスのサポート，不正アクセスなどを抑止する高いセキュ

オープンなハードウェア世界標準規格であり，①グロー

リティなどが求められる．技術的なポイントとしては，

バル標準仕様に基づく価格低減化や複数ベンダによる①大規模ネットワークを考慮した階層化によるシンプル

安定した供給の構築，②独自機能の実装（モジュールのなネットワーク構成，② IPv4/v6 デュアルスタック体系追加）等の将来的機能拡張性や世代間でのボード互換性を具備した拡張性のあるルーチングデザイン，③通信品向上，③キャリヤグレード規格の採用による信頼性や保質制御のためのマルチ通信品質クラスのサポートと，外守・運用性の充実（電源，FAN 等の冗長構成，ブレード部サーバとの連携によるセッション単位の通信品質制御

ごとの Hot Swap 機能，前面保守等），といったメリットの実現，④事業者間接続のためのトポロジー隠ぺい機能を有している．

の実現，等が重要である．

CGL は，「Linux がキャリヤ環境での使用に耐え得

典型的なネットワーク構成としては， 利用者を収容るよう， 一般の Linux に様々な機能を付加した OS 仕するサービスエッジと大容量コアルータによるバック様」であり，オープンソースソフトウェアで構成される．

ボーンから成る階層化構成が考えられる．

オープンソースであるために，基本的にライセンスフ

大容量コアルータは，NGN の大量のブロードバンド

リーとなり，コスト低減が可能となること，問題発見及トラヒックに高信頼に対応するため，装置内が冗長化さびその対処に対し，多くの技術者からのフィードバック

れた Tbit/s 級の容量に対応するシステム構成が求められにより早期熟成が見込める，などの特長がある．

る．また，NGN で必要な複数の品質クラスを提供する

高可用ミドルウェアは， 従来交換機では専用ハード

ため，Diffserv（Differentiated services）などの IP パケッ

ウェアで実現していた二重化運転などの冗長構成を，クトの優先転送制御機能のサポートも必要である．Diffserv

ラスタリング技術などにより実現するソフトウェア群では，ネットワークに流入する IP パケットについて，パある．具体的には，高速な系間メモリ同期機能や系間ア

ケットヘッダの DSCP あるいは ToS と呼ばれるフィール

プリケーション間通信機能，リアルタイムな他系故障監ドに指定された通信品質クラスの優先度に応じてパケッ

視機能，短時間での故障系切換機能などを提供し，不稼

トごとの優先転送を行う機能であり，IETF の RFC2475

動時間を極小化している．また，無停止でのファイル更などで規定される．

新機能やバックアップ機能，再開機能（リセット対象機

このような大容量コアルータを組み合わせたコアネッ

能の範囲を段階的に拡大するエスカレーション機能等をトワークの設計法も重要な技術である．ネットワークと含む），保守コマンドや保守アラーム機能などの各種保しての冗長化を図りながら，シンプルかつ高信頼な網構守運用機能も提供される．これらの機能は，上位アプリ

成を最小限の階層構成で実現するための設計を検討した

ケーションプログラムに対して API（Application Program

り，ルーチングに関して，IPv4 と IPv6 で同一の論理構

Interface）として提供され，アプリケーションプログラム

成やルーチング方式を実現するデュアルスタック体系の開発の利便性を高めるとともに，従来交換機相当の高信

ルーチング設計や，大規模かつ高信頼な IP 放送サービス

頼性と高可用性を実現している．

の実現に向けて 2 ルート化によるネットワーク的冗長化

これら ATCA，CGL，高可用ミドルウェアの採用により，通信キャリヤに必要となる信頼性や可用性，保守運用性などを満足するシステムが実現可能と考えられている．

なども組み合わせたマルチキャストルーチング方式設計などが行われる．
サービスエッジは， 大容量コアルータと同様の基本
的 IP 転送の機能に加え，利用者からのパケットを監視し，優先度の高い通信品質クラスへの不正アクセスや，

4.2 転送系技術

それぞれの通信のパケット量が想定以上になるとブロッ

転送系ネットワークでは， 光アクセスを利用したブ

クする トラヒック監視制御機能 を備えている．このロードバンドユーザが数千万加入規模となることを見据機能の利用法は 4.4 で解説するが，個々の通信が利用すえた大規模化への対応，様々なアプリケーションサービ

る通信品質クラスや許容すべきパケット量はセッション

スをそれぞれの要求品質で提供するための通信品質クラ制御サーバから指定されることになっており，このセッ

18

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies＊10ション制御サーバとの通信のために Megaco（H.248）

運用支援システム
運用支援システムと呼ばれるプロトコル等もサポートする．
他網接続ゲートウェイは，他網と接続するそれぞれの遠隔からのパス開通
遠隔からのパス開通
保守
守ネット
ネット
保
ワー
ークなど
クなど
ワ

通信に対して，サービスエッジと同様のトラヒック監視

ROADM
ROADM

ROADM
ROADM

制御機能を提供する．セキュリティ確保のため，他網に対するトポロジー隠ぺいの機能等も配備する．

ROADM
ROADM

4.3 リンク系技術

ルータ，スイッチなど
ッチなど
ルータ，スイ

前述の大容量コアルータやサービスエッジなどを組み

図7合わせて，大規模な広帯域 NGN を実現するためには，

ROADM システムの構成例

これらを結ぶための基幹系光ネットワークの大容量化技

光スイッチ部OADM
ADM 光スイッチ部
RRO術も必要である．特に，分散する多数のノードを少数の
AWG
AWG

光ファイバで効率良く接続するような領域では，伝送路

Drop
op
Dr

Add
Add

W
SSW

W
SSW

AWG
AWG

トポロジーとしてはリング形が広く適用されているため，
WDM
WDM
信号
信号
入力
入力

NGN のトラヒック需要に対応していくためには大容量で経済的な光リングシステム技術が重要である．

AWG
AWG

W
SSW

こ う し た ニ ー ズ に 対応 す る た め，DWDM（Dense
WDM
WDM
信号
信号
出力
出力

送）技術により，光ファイバに数十波もの波長を多重可

Add
Add
λ
ｊλ
ｊ
λii λ
λ
λii

能な大容量光リングシステムである ROADM 技術が活

AWG
AWG

Drop
op
Dr

出力
出力

WDM
WDM
信号
信号
入力
入力

λ
ｊ
λ
ｊ

インタフェース部
インタフェース部

用されている．ROADM 技術は，光スイッチを内蔵した
複数の光多重分離伝送装置を光ファイバを用いてリング状に接続したシステムであり，光スイッチの遠隔制御に

ルータ
ータ，スイッチなど，スイッチなど
ル

より伝送装置間を接続する光パスの接続パターンを自由

図8に変更可能としたものである．現状では，一つの波長にROADM 光スイッチ部の構成例

10 Gbit/s の信号を収容し，ROADM の総伝送容量としてド内光スイッチの遠隔制御によるパス開通が行え， 光

サブテラビット（数百 Gbit/s）級を実現するシステムの技

ファイバの誤抜去／誤接続などによる事故の発生防止に術確認が行われ，リング長としては数百 km に及ぶリンも有効である．

グ面を構成することが可能となっている．

ROADM ノードの光スイッチ部の詳細構成を図 8 に示ROADM の特長は，小形，高信頼，低損失という特長

す．ほかの ROADM ノードから入力された WDM 信号を有する光スイッチを内蔵することにより，電気・光変は AWG（Arrayed-Waveguide Grating， アレー 導波路回換を行うことなく光信号を波長単位で Add/Drop し，低折格子）と呼ばれる合分波器で波長別の光信号に分離さコスト化も実現している点である．図 7 に ROADM シス

れるが，それぞれの波長をその ROADM ノードで Drop

テムの構成例を示す．多数の ROADM ノードがリング状するか，次の ROADM ノードに向けてスルーするのかの光ファイバで接続されており，これらの ROADM ノー

は，光スイッチの設定により制御される．また，ルータドが運用支援システムにより監視制御される．ROADM

やスイッチなどの外部装置から ROADM に入力された光では，リング内の光パスの一括監視が行われるとともに，信号をどの波長に入れて次段の ROADM に送るのかも，

新たなトラヒック需要が生じた場合に，各 ROADM ノー

別の光スイッチの設定により制御される．なお，インタ
フェース部は，外部装置から入出力される信号を終端し，＊10 メディアゲートウェイなどの装置に対して多様なパラメータを設定制御するためのプロトコル．IETF の RFC 3525 等で規定されたMegaco プロトコルがベース． ITU-T では H. 248 として規定．

ROADM 内の WDM 光信号への変換を行っている．

解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

19

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

Wavelength Division Multiplexing，高密度波長分割多重伝

W
SSW

WDM
WDM
信号
信号

4.4 通信品質制御技術

合，まずセッション開始の SIP メッセージを利用して，最後に，セッション制御サーバやエッジルータなどから構成されるネットワークにおける，動的割当による通相手端末の番号や，利用するメディア数やコーデック，
利用帯域をセッション制御サーバに通知する．
セッション制御サーバは，端末から通信開始要求を

信品質制御の動作概要を説明する．
通信品質制御の観点から見た NGN の構成モデルを図受け取ると，要求された品質クラスに対して必要な帯域9 に示す．利用者の端末などはサービスエッジに接続さが割当可能かどうかを判定し，帯域が割当可能な場合にれ，大容量コアルータがこれらを結ぶ．4.2 で述べたよう

端末に確認応答を送る．また Megaco プロトコルを介しに，サービスエッジや大容量コアルータは Diffserv に対てサービスエッジに対して，受け付けた通信の IP アド

応しており，複数の通信品質クラスを実現している．まレスや通信品質クラス，許容帯域などを通知し，当該のたサービスエッジはトラヒック監視制御機能を備えてお通信が疎通できるように設定を行う．一方，帯域が不足

り，端末から送られてくるパケットごとに，通信品質クしている場合は，その旨を端末に通知する．このようなラスや単位時間当りの到着量（＝利用帯域）を監視し，指セッション制御サーバの一連の動作は， 呼受付制御 と定された到着量以上のパケットを廃棄するなどして，ネ呼ばれる．

ットワーク内の各通信品質クラスには所定帯域の範囲内

端末は， セッション制御サーバからの確認応答を受のパケットのみが流入するよう制御している．このサー

け取ると，音声や映像などのメディア情報を所定の優先

ビスエッジの機能はセッション制御サーバにより制御さビットを指定したパケットとして送信を開始する．送信れる．このような系における動的割当による通信品質制されたパケットは，サービスエッジでの通信品質クラス

御の一連の動作概要を以下に説明する．

の確認や流量監視を経ながら，ネットワークに転送され，まず，セッション制御サーバは，それぞれの端末が利相手端末へと転送されていく．端末が，セッション制御用しているユニキャスト型通信の数や通信品質クラス，

サーバに通知した通信品質クラス及び帯域の範囲内で通信帯域などを常時管理しており，サービスエッジの通パケットを送っていると，サービスエッジでは，これを信状態も把握している．また，端末の設定としては，初確認しながらパケットをネットワーク内に転送する．端期状態では端末とセッション制御サーバ間で通信制御

末が，通信開始時に通知した以外の通信品質クラスをパ

メッセージ（SIP メッセージ）を交換できるように設定さケットに指定したり，通知した以上の帯域を利用するよれている．

うな大量のパケットを送信した場合には，サービスエッ

端末が，高品質のユニキャスト型通信を開始する場

ジは，こうしたパケットを検出する．検出されたパケッ
トについては，パケットを廃棄したり，通信品質クラス

呼受付制御機能：セ ッ シ ョ ン 制 御 サ ーバ が
ネット ワークリ ソースを 判断し，セッショ ンの受付とサービスエッジを制御をベストエフォートクラスに変更して転送するなどの処

セッ
セッショ
ン
制御サーバ
制御

理を行うことになる．
通信の終了時には， 端末からセッション制御サーバにセッション終了の SIP メッセージを送付する． セッション制御サーバは，このメッセージを受けると，サー

許可を 受けた
帯域のみを 透過
許可されていなな
いトラ ヒックのクの流入を 防止最優先クラス（遅延小，
低損失）

ビスエッジを制御し，許可していた通信を通過させない

高優先クラス（遅延中，低損失）

ように再設定を行う．

優先クラス
（遅延大）

こうした動作により，ネットワーク内の優先クラスにベストエフォート

流入するパケット量は，常に通信品質目標値を満足するサービス 大容量
エッジ コアルータ

大容量
コアルータ

トラヒック監視制御機能：
割り当てられた帯域を超過するトラ ヒックがネットワークに流入 するのを防ぐ

図9

20

サー
サービス
エッジ
エ

レベル以下に制御することが可能となり，通信品質を維持することができるのである．

通信品質制御の概要

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

5. む す び
NGN の今後の更なる発展を支えるためには，今後も創出される新たな通信サービスに対応するための通信機能の拡充や，トラヒック動向の分析やネットワーク利用効率向上のためのトラヒックエンジニアリング技術などの［11］ G. Camarillo and M.-A. Garcia-Martin, The 3G IP
Multimedia Subsystem（IMS）：Merging the Internet andthe Cellular Worlds, Wiley, 2006.
［12］ 淺谷耕一編著，通信ネットワークの品質設計，電子情報通信学会，1993．
［13］ 事業用電気通信設備規則 第 35 条の 10（接続品質），
11（総合品質），12（ネットワーク品質），昭和 60 年 4 月
1 日郵政省令第 30 号（最終改正：平成 20 年 9 月 17 日
総務省令第 101 号）．

更なる研究が必要である．セッション制御サーバやルー（平成 21 年 10 月 29 日受付，22 年 1 月 4 日再受付）

タについても，更なる大容量化や処理性能向上，高速故障復旧などの信頼性向上，効率的なソフトウェア更新などの運用性向上などの技術に継続的に取り組んでいく必要がある．リンク系技術では，ディジタルコヒーレント
光通信技術を適用した超高速化や最先端光スイッチ技術
による ROADM の大規模化などの研究も重要である．
また，NGN を生かしたサービス創出の促進も重要であり，NGN の備える機能や利用方法についての普及にも一層取り組んでいく必要がある．

黒川

章（正員）

1984 東大大学院工学系研究科電子工学専
攻修士課程了．同年日本電信電話公社入社．以来，主に通信プロトコル，通信ソ
フトウェアの研究開発に従事．現在，日本電信電話株式会社 NTT サービスインテ
グレーション基盤研究所主席研究員．TTC
標準化会議議長，NGN のアーキテクチャにかかわる研究開発に従事．

江 崎 修 司 （正員）

［1］ J.-Y. Cochennec, Activities on next-generation networks
under Global Information Infrastructure in ITU-T, IEEE
Commun. Mag., vol. 40, issue 7, pp. 98-101, July 2002.
［2］ K. D. Wong and V. K. Varma, Supporting real-time IP
multimedia services in UMTS, IEEE Commun. Mag., vol.
41, issue 11, pp.148-155, Nov. 2003.
［3］ AT&T Network Convergence and the Role of IMS,
http://www.att.com/Common/merger/files/pdf/IMS_
Convergence_FS.pdf.
［4］ http://www.lightreading.com/document.asp?doc_id=82366,
Oct. 2005.
［5］ NTT 東日本ニュースリリース，http://www.ntt-east.co.jp/
release/0803/080328c.html, March 2008.
［6］ NTT 西日本ニュースリリース，http://www.ntt-west.co.jp/
news/0803/080328a.html, March 2008.
［7］ C.-S. Lee and D. Knight, Realization of the nextgeneration network, IEEE Commun. Mag., vol. 43, issue
10, pp.34-41, Oct. 2005.
［8］ K. Knightson, N. Morita, and T. Towle, NGN architecture:
Generic principles, functional architecture, and implementation, IEEE Commun. Mag., vol. 43, issue 10, pp.49-56,
Oct. 2005.
［9］ 淺谷耕一，森田直孝，黒川 章，松尾一紀， NGN の標準化動向と今後の課題 ，信学誌，vol. 89, no.12, pp.
1045-1050, Dec. 2006.
［10］ M. Poikselka, A. Niemi, H. Khartabil, and G. Mayer, The
IMS: IP Multimedia Concepts and Services, Wiley, 2006.

1986 阪大大学院基礎工学研究科修士課程
了．同年日本電信電話株式会社入社．以来，インテリジェントネットワークに関する研究開発に従事．西日本電信電話株
式会社，NTT レゾナント株式会社での IPシステムにかかわる研究開発を経て，現在，日本電信電話株式会社 NTT ネットワー
クサービスシステム研究所主席研究員．
NGN にかかわる研究開発に従事．

解説論文：次世代ネットワーク（NGN）を支えるネットワーク基盤技術

平松

淳 （正員）

1986 東大大学院工学系研究科物理工学専攻修士課程了．同年日本電信電話
株式会社入社．現在，同社 NTT ネット
ワークサービスシステム研究所主席研究員．NGN や将来ネットワークのトラン
スポートネットワークアーキテクチャの研究開発に従事．

堀 越 博 文 （正員）1987 東京理大・理工・物理卒．同年
日本電信 電 話 株 式会社 入社．現在，同社技術企画部門 次世代ネットワー
ク推進室担当部長．NGN の基本構築
方針・方式の検討と開発推進に従事．

21

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

文 献

解説論文

小特集｜多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

サービス創出基盤としての NGN
NGN as a Service Creation Platform
荒木靖宏

†1，
†2

Yasuhiro Araki

†1，
†2

森川博之

†1

Hiroyuki Morikawa†1

NGN（Next Generation Network）/ IMS（IP Multimedia Subsystem）は，ユーザ
情報管理機能やネットワーク制御機能など，今まで通信事業者内に閉じた門外
不出の機能をサードパーティ事業者に公開するインタフェースを定義している．多くのサードパーティ事業者の参画を促すことで，NGN/IMS の機能を利用した革新的なアプリケーションの創出が期待されている．しかしながら，IMS
はインタフェースが規定されているのみで，アプリケーション構築に資する機能まで規定されていない．SDP（Service
Delivery Platform）は，NGN/IMS が具備する機能とアプリケーションとを仲介するオープンなアプリケーション開発環
境であり，SDP を用いることでアプリケーション開発速度の向上やコスト低減を図ることができる．本論文では，IMSにおけるサービス提供形態や NGN/IMS 上でのアプリケーションを示すことで，NGN/IMS が具備する機能を明らかにする．次に，SDP が提供する機能や構成例を示し，多彩な NGN/IMS アプリケーションの創出に向けて SDP が果たすべき役割を明らかにする．
次世代ネットワーク，NGN，IMS，SDPIMS の特徴は，ユーザの位置情報やプレゼンス情報な

1. ま え が きどを管理するユーザ情報管理機能と，QoS 制御やメディアストリーム制御などのネットワーク制御機能とを有して

国際電気通信連合電気通信標準化部門 ITU-T（Inter-

いることである．これらの IMS 特有の機能を利用するこ

national Telecommunication Union Telecommunicationとで，アプリケーション開発者は多彩なアプリケーション

Standardization Sector） では，NGN の提供機能を，IPを構築できる．例えば，ユーザの位置情報に基づいて近隣

パケット転送を行うトランスポートストラタムと，それのディジタルサイネージ端末に広告配信を行うサービスを制御するサービスストラタムとの二つの層に分離してや，ユーザが所有するパーソナルコンピュータ（PC）
，携

いる［1］
．

帯電話，IPTV 機器などの複数のデバイスをグループ化しまた，NGN が提供するサービスを「インターネット
アクセス」「PSTN（Public Switched Telephone Network，てネットワーク接続環境に応じてストリーミングメディアの配信先を切り換えるサービスなどが実現できる．

公衆電話交換網）エミュレーション」「ISDN エミュレー

ユーザ情報管理機能やネットワーク制御機能などのション」「公衆サービス」「マルチメディアサービス」「そ機能は，今まで通信事業者内に閉じた門外不出の機能での他の付加価値サービス」の六つに分類している．

あった．すなわち，通信事業者ではないサードパーティ

NGN が提供するこれらのサービスのうち，「マルチメ事業者が新たなアプリケーションの開発を試みようにも，

ディアサービス」と「その他の付加価値サービス」の二つ

これらの機能にアクセスすることができなかった．これが NGN ならではのサービスであり，これら二つのサーに対して，IMS では，これらの機能にアクセスするため

ビスをサービスストラタムで実現するための構成要素がのインタフェースが定義されている．アプリケーション

IMS である［2］．

の構築に多くのサードパーティ事業者の参画を促すこと†1 東 京大学，東京都
The University of Tokyo, Tokyo,153-8904 Japan†2 現 ，（株）ディー・エヌ・エー，東京都
DNA Co. Ltd., Tokyo, 151-0053 Japan

22

ができれば，多彩なアプリケーションの創出が期待でき
る．IMS の機能を用いることで，現在のインターネット
上では実現できない革新的なアプリケーションが花開く
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

者となる世界である．

可能性もある．
このような期待の中で核となるのが SDP（サービス

本論文では，まず 2. で IMS でのサービス提供形態につ

提供基盤）である．SDP はオープンなアプリケーション

いて述べ，IMS の基本構成要素である CSCF（Call Session

開発環境であり，ネットワークが具備する機能とアプリ

Control Function）や HSS（Home Subscriber Service）の機

ケーションとを仲介するものである．SDP を利用するこ能を示す．次に，3. において IMS 上での基本アプリケーとで，アプリケーション開発者は SIP（Session Initiation

ションを示すことで，IMS が具備する機能を用いて様々

Protocol）などの通信制御プロトコルの詳細を知ることななアプリケーションが実現できることを示す．最後に，く，上位のアプリケーションの開発に専念することがで

4. では SDP の機能や構成例について述べ，多彩なアプリ

きる．また，ユーザ管理，課金，認証などのように，アケーションの創出に向けて SDP が果たすべき役割を明ら

プリケーション間で共用することが可能な機能をプラッかにする．

トホームとして整備することで，アプリケーションの開発負荷を低減できる．このような開発環境を準備することで，アプリケーション開発速度の向上やコスト低減と2. IMS におけるサービス提供形態

ともに，多くのサードパーティ事業者の参画を促して多図 1 に，ユーザが IMS 上のアプリケーションを利用す

SDP の登場により，通信事業者の事業モデルが一変するまでの流れを示す．図 1 は，ユーザがポータルページ

る可能性もある．通信事業者はネットワーク機能を外部のメニュー画面にアクセスし，所望のアプリケーションに提供することにより，回線使用料徴収モデルから機能（アプリケーション 1（会議））を選択することで，当該ア使用量徴収モデルへと転換を図り，プラットホームビジ

プリケーションを利用する手順を示した図である．

ネスを実現できるためである．i-mode を例に出すまでも

アプリケーション利用までの手順は，（1）S-CSCF へのなく，多くのサードパーティ事業者を巻き込み，多彩な端末の登録，（2）アプリケーションの利用登録，（3）ア

アプリケーションを SDP 上で提供できる通信事業者が覇プリケーションを利用するためのセッション確立というポータル

ユーザのホームネットワーク：ユーザが通常利用するネットワークのこと．加入者情報はこのネットワークが管理している．
訪問先のネットワーク：例えば外国旅行時などのように，ローミングして使用するネットワーク．

CSCF（呼セッション制御機能）の役割
CSCF は役割に応じて，S-CSCF，P-CSCF，I-CSCF が規定されている．
S-CSCF： Serving-Call Session Control Function；セッション状態を管理する SIP サーバ．SIP メッセージをユーザのサービス
プロファイル内の iFC に従ってアプリケーションサーバやユーザへ転送する．
P-CSCF： Proxy-Call Session Control Function；各アクセスネットワークごとに，端末が最初にアクセスする SIP サーバ．
端末からの SIP メッセージを S-CSCF に転送する．
I-CSCF： Interrogating-Call Session Control Function；CSCF 間の SIP メッセージを転送する SIP サーバ．

図1
解説論文：サービス創出基盤としての NGN

サービス利用までの手順例
23

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

様なアプリケーションが創出されることが期待される．

三つのステップで行われる．

サーバへの転送は，S-CSCF において遮断される．

まず，S-CSCF に対して端末の登録処理が行われる．

なお，図 1 のような会議アプリケーションでは，端末ユーザが動き回るごとに，着信のために IP アドレスを登とアプリケーションサーバ間で映像や音声のフォーマッ録する必要がある．そのため，携帯電話網から WiMAX

トの詳細を決定し，必要であれば QoS を用いるように網にハンドオーバする場合などにも，端末の登録処理はネットワークを制御するなどの処理が併せて行われる．

必要となる．なお，不正なユーザの IMS の使用を防ぐために，ユーザの認証も登録時に併せて行われる．
端末の登録に当た っては， 端末⇒ P-CSCF ⇒ I-CSCF

3. IMS 上のアプリケーション⇒ S-CSCF の順に， ユーザの認証情報が含まれる SIP
REGISTER メッセージがルーチングされる．S-CSCF は，本章では，IMS 上のアプリケーションとして，IMS 基「ユーザの認証情報」「ユーザの加入サービスが記述された

本アプリケーション，OSA（Open Service Access）［3］ア

サービスプロファイル（サービス情報）」「ユーザの位置情

プリケーション，CAMEL（Customized Applications for報」などが保持されている HSS にアクセスし，ユーザのMobile network Enhanced Logic）［4］アプリケーションを認証を行ってユーザの位置情報を更新するとともに，サー示すことで，IMS が具備する機能を明らかにする．なお，

ビスプロファイルを入手することで，登録が完了する．

本章で示すアプリケーションは，現時点で想定されていここで，サービスプロファイルには，SIP メッセージるもののみである．サードパーティ事業者には閉ざされをどのアプリケーションサーバに転送すべきかが記されていたネットワーク内機能が利用可能となることで，今ている iFC（initial Filter Criteria）が含まれている．IMS

後 IMS 上に多彩なアプリケーションの創出が期待されてでは，アプリケーションを S-CSCF ではなく，別に配置いることに留意されたい．

されたアプリケーションサーバで実施することを想定しているため，適切なアプリケーションサーバの選択を行うために iFC が用いられる．

3.1

IMS 基本アプリケーション

もともと IMS の基本仕様とアーキテクチャは， 第 3次に，ユーザがポータルページでアプリケーション 1（会世代携帯電話の標準化団体である 3GPP（3rd Generation議）の利用を要求すると，アプリケーションの利用登録処

Partnership Project）が 2002 年に 3GPP リリース 5 の一部理が行われる．具体的には，HSS 内の iFC を更新し，SIP［5］として，IP ベースのマルチメディアサービス提供基

INVITE メッセージをアプリケーション 1（会議）に転送す

盤として策定したものである．

るように設定する．また，
HSS は更新された iFC を S-CSCFに通知し，S-CSCF は保存している iFC を更新する．

3GPP では携帯電話に関係する標準を数多く策定しているが，IMS の機能はアクセスネットワークが移動系

利用登録処理が完了した時点で，登録したアプリケー

であるか固定系であるかということに依存しないため，ションをユーザが利用できるようになり，当該アプリ

無線 LAN や光 IP 網などを含む多様なアクセスネット

ケーションに対してセッション確立処理を行うことでワークに適用することができる．IMS で使用されるプロ

アプリケーションの利用が開始される．具体的には，アトコルのほとんどは IETF で策定されたものを流用し，プリケーション 1（ 会議）の SIP アドレスに対して SIP

インターネット技術との親和性も高いこともあり，ITU，

INVITE メッセージを送信する．SIP INVITE メッセー

TISPAN（欧州電気通信標準化協会（ETSI）の NGN 標準

ジは，ユーザのホームネットワークの S-CSCF に配送さ化プロジェクト），CableLabs（CATV 系の標準化機関）なれ，iFC に基づきアプリケーション 1 のアプリケーション

どの様々な標準化団体で IMS を利用したサービス構築

サーバに転送するか否かの判断がなされた後で，アプリが検討されてきた．複数の団体で標準化を進める場合にケーションサーバのホームネットワークの S-CSCF を経は，どうしても作業の重複やお互いの仕様間での矛盾が由して，アプリケーション 1（会議）のアプリケーション生じる可能性があるため，2007 年 4 月に共通に利用可能

サーバに配送される．なお，アプリケーション 2（ゲー

な IMS を共通 IMS［6］として 3GPP で標準化することム）のように，iFC に登録されていないアプリケーションになった［7］．

24

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

図 2 に，共通 IMS とアプリケーションやアクセスネッ

プレゼンスサービス自体は，現在のインターネット上

トワークとの関係を示す．3GPP，TISPAN，OMA（Openのサービスとしておなじみのものであるが，IMS にお

Mobile Alliance）などの標準化団体で策定されたアプリ

いてプレゼンスサービスを担う PS（Presence Server）でケーションが共通 IMS の上に位置するとともに，3GPP，はオン・オフラインといった通信状態の情報だけではな

TISPAN，WiMAX フォ ーラムなどで策定されたアクセ

く，所在地情報（住所や緯度経度など），コンタクト情報

スネットワークが共通 IMS を支える構造とな っている

（名刺情報や URI など），端末能力情報（映像コーデック［5］，［8］〜［10］．

や音声コーデックなど），時間軸情報（イベント開始・終ここでは， 図 2 に挙げたアプリケーションのうち，了時間）など，多様なプレゼンス情報を HSS や XML 文

3GPP，TISPAN，OMA において IMS ネットワーク向け

書管理サーバ（XDMS）［15］などから収集し，XML 形

アプリケーションとして策定されたものを基本アプリ

式で提供する機能を有する．

ケーションとして，以下で説明する．

したが って，PS はほかのサービスから参照されることによって，更なる価値を生み出すことになる．例えば，通信相手のプレゼンス状態に応じて通信手段を変更した
り，位置に応じた情報を提供する位置情報サービスなどを実現することができる．
（3）PoC：Push to talk over Cellular
携帯電話を使ってグループ内でトランシーバのような
［16］
，
［17］
．音声通話は IP で行われる．
PoC は，音声通話が可能なユーザを把握するために，
XDMS のグループ情報収集機能と PS のプレゼンス情報図2

 通 IMS を中心とした NGN 関係標準化機関の位置付け
共とアプリケーション（1）Multimedia Telephony
ユーザ間やユーザ・サーバ間を同時に複数接続し，音提供機能とを使用する．PoC は，プレゼンスサービスと密接に関係しているため，プレゼンスサービスの付加価
値サービスとして提供されることもある．
（4）CSI：combination of CS and IMS services

声，ビデオ，チャット，画像などを送受信したり，ビデ

既存の回線交換のネットワークと IMS サービスとを組

オ共有などを行うためのサービスである［11］
，
［12］
．通

み合わせて実現するサービスである［18］．例えば，既存

常は双方向で利用される．IMS では，セッション確立にの回線交換ネットワークで音声通話を提供しつつ，高速セッション記述プロトコル［13］を用いるため，同時に多なアクセスネットワークを用いて画像やファイルを転送様なメディア形式を扱うことが可能である．セッション

したり，ビデオ共有を行うサーバを呼び出したりする．

記述プロトコルのネゴシエーション機能によって，映像

CSI は，使用可能なアクセスネットワークと端末能力

コーデック，音声コーデック，画面サイズ，通信速度との把握のために，HSS による端末の位置情報管理機能，

い った端末が具備する能力に応じてマルチメディアコ

XDMS の端末能力収集機能，SIP OPTIONS メッセージをミュニケーションを行うことができる．また，QoS 確

使った端末能力問合せ機能を使用する．また，通話の途中

保機能によって，高品質なマルチメディアコミュニケー

でビデオ共有サーバを追加するためには SIP INVITE メッ

ションを実現できる．

セージを使ったセッションの再設定機能を使用する．

（2）プレゼンスサービス（5）VCC：Voice Call Continuity

ユーザの状態を集約し，通知するためのサービスであ

回線交換ネットワークと IMS ネットワークとの間で，る［14］．
「会議中なので連絡しないで」「今ヒマ」などと電話呼を継続して利用できるようにするサービスである

いった自分の状態やスケジュールを，指定した相手に通［19］．例えば，既存の回線交換の電話サービスを，帰宅知することができる．

時には宅内の Wi-Fi などを介した IMS 電話サービスに途

解説論文：サービス創出基盤としての NGN

25

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

1 対多の片方向の音声通話を行うためのサービスである切れることなく切り換え，呼・サービス制御レベルでの移動性を提供する．

4. SDP: サービス提供基盤

VCC は， 上記の CSI と同様， 使用可能なアクセス
ネットワークと端末能力を把握するために，HSS による

IMS が具備するユーザ情報管理機能やネットワーク制

端末の位置情報管理機能，XDMS の端末能力収集機能，御機能などを使った多彩なアプリケーションの創出が期

SIP OPTIONS メッセージを使った端末能力問合せ機能を待されているものの，IMS ではインタフェースが規定さ使用する．

れているのみで，アプリケーション構築に資する機能までは規定されていない．本章では，SDP が提供する機能

3.2 OSA アプリケーション
OSA アプリケーションは，Parlay Group で標準化がや構成例を示し，多彩な IMS アプリケーションの創出に向けて SDP が果たすべき役割を明らかにする．

進 め ら れ て い る Parlay / OSA API（Application Program
Interface）上に構築されたアプリケーションである．ネッ

4.1 SDP の位置付け

トワークから提供されるユーザ情報を利用した VPN や

図 3 に，IMS，SDP，アプリケーションの関係を示す．

会議アプリケーション，位置情報を利用したアプリケー

SDP は，IMS とアプリケーションを仲介するものである

ションなどが提供されている．

が，とらえ方によって狭義の SDP と広義の SDP がある．

IMS 上で OSA アプリケーションを動作させるためには，ゲートウェイを介して Parlay/OSA API に接続することになる．IMS は，このゲートウェイに対して，ユーザ
情報や端末情報などを提供する機能を有している．
なお，OSA アプリケーションの特徴は，使用するプ
ロトコルやデータ利用の柔軟性にある．すなわち，プロ
トコルやデータ形式は，ネットワーク側とアプリケー
ション側とのネゴシエーションによって決定される．
SOAP

3.3 CAMEL アプリケーション
CAMEL アプリケーションは，ETSI に設けられた
SMG（Special Mobile Group） で検討が進められてきたインテリジェントネットワーク（IN）［20］上のアプリ
ケーションである．

図3

IMS, SDP, アプリケーションの関係（1）狭義の SDP

CAMEL アプリケーションの代表的なものとして，

狭義の SDP は，OSA アプリケーションや CAMEL ア

GSM（Global System for Mobile Communications）や UMTS

プリケーションなどの既存のアプリケーションを IMS（Universal Mobile Telecommunications System）網で提供

上で動作させる「ゲートウェイ」機能を有し，OSA-SCS

される SMS（Short Message Service）や MMS（Multimedia（Open Service Access-Service Capability Server），IM-SSF

Messaging Service）などが挙げられる．また，3.1 中の，（IP Multimedia Service Swithing Function），SCIM（Service

CSI と VCC は CAMEL アプリケーションでもある．

Creation Interaction Manager）から構成される．

IN 上に実装された CAMEL アプリケーションを IMS（a）OSA-SCS

においても利用可能とすることは，通信事業者にとってOSA-SCS は，既存の OSA アプリケーションサーバ

IMS 導入に欠かせない要件であり，IMS 側からはゲート

を IMS で実行するためのゲートウェイ機能を提供する．

ウェイを介して CAMEL アプリケーションを利用するこ

具体的には，IMS への要求や IMS からのイベント通知とになる．すなわち IMS は，このゲートウェイに対して，などを OSA API に変換する機能を有する［21］．

ユーザ情報や端末情報などを提供する機能を有している．
26

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies（b）IM-SSF

えば，インターネット上で広く用いられるウェブアプリ

IM-SSF は，GSM 網で広く展開されている CAMEL

ケーションであれば，アプリケーションサーバに Tomcat

アプリケーションサーバを実装する既存サービス網とを採用することで，Tomcat が提供する機能に関してはIMS とのゲートウェイ機能を提供する．具体的には，呼Tomcat に任せて，そのウェブアプリケーションを特色付

状態と HSS から得られる加入者情報を CAP（CAMEL

ける機能のみを実装することになる．

Application Part）インタフェースを使って CAMEL アプ

すなわち，アプリケーションサーバは，複数のアプリ

リケーションに提供する機能を有する［22］
，
［23］
．

ケーションで共通して用いられる機能を備えたものであ（c）SCIMり，アプリケーションサーバを用いることでアプリケー

SCIM には，二つの機能が定義されている．一つは，ションの開発コストの低減が可能となる．

イントラネットやインターネット上のウェブサービスのSDP も，アプリケーションサーバと同様に，IMS 上のようにインターネットでは使われているものの IMS には

複数のアプリケーションで共通して用いられる機能を備対応していない非 IMS ネイティブアプリケーションサー

えている．IMS の特徴は，呼制御機構，ユーザ情報管理

バを IMS 上で動作させる変換サーバとしての機能であ機構，認証・課金・決済機能，XDMS，ウェブサービス

る．もう一つは，サービスオーケストレーション機能で，などの各種サービス要素を用いて付加価値の高い魅力的

アプリケーション間の連携を管理する機能である．これなアプリケーションを提供できることにある．そのため，については，4.3 で説明する．

SDP の場合には，IMS アプリケーション構築に当たって必要となる各種サービス要素への API などが提供される．

ことで，IMS に対応していない既存の OSA アプリケー

具体的には， 図 3 に示すように， 呼制御機能を担う

ション，CAMEL アプリケーション，非 IMS ネイティ

S-CSCF への ISC インタフェ ース，ユーザ情報管理機能

ブアプリケーションを，IMS 上で動作させることが可能を担う HSS への Sh インタフェ ース，認証・ 課金・ 決となる．すなわち，狭義の SDP は，S-CSCF との間での済機能を担うコンポーネントへの Ro/Rf インタフェース

IMS のセッション確立機能と，HSS との間でのユーザのを使うための機能を提供する．また，ウェブサービスや

サービスプロファイル管理機能とを抽象化したものを既

XDMS との連携を図るために SOAP（Simple Object Access存アプリケーションに提供する機能を有する．

Protocol）や XCAP（XML Conﬁguration Access Protocol）

なお，OSCA-SCS，IM-SSF，SCIM の内部構成につといったプロトコルを使うための機能なども提供する．

いては規定されておらず， 図 3 に示すように S-CSCF

SDP を用いることで， アプリケーション開発者は，や HSS との間のインタフェースが定義されているのみ

IMS のインタフェースの利用方法の詳細などを気にするである．

ことなく，アプリケーションプログラムを構築すること（2）広義の SDPが可能となる．また，通信事業者にとっては，SDP を提広義の SDP は， 狭義の SDP の機能に加え， アプリ

供することでサードパーティ 事業者の参画を容易にし，ケーション開発において共通して用いられる機能を具備

多様なアプリケーションの創出を促すことで，ネットしたものである．3.で記した IMS 基本アプリケーション，

ワークの価値を高めることができる．

OSA アプリケーション，CAMEL アプリケーション以
外のアプリケーションを提供したい場合には，新たにア

4.2 SDP を用いたアプリケーション例

プリケーションを構築しなければならない．広義の SDP

本節では，SDP 上で構築されるアプリケーション例を

は，新たなアプリケーションの構築に資するサービス提示すことで，SDP を用いて多彩なアプリケーション構築

供基盤である．

が可能となることを示す．

一般に，アプリケーション構築を行う際には，Linux

図 4 に，
SDP を用いた「ディジタルサイネージ向けクーなどのサーバ OS 上のアプリケーションサーバという名

ポン発行システム」のシナリオを示す．本シナリオでは，のミドルウェアを用いて，Java や C などのプログラミン

GPS 携帯電話をユーザが保持しており，ネットワーク

グ言語でアプリケーションプログラムを作成する．例

側がユーザの位置情報を把握している環境を想定してい解説論文：サービス創出基盤としての NGN

27

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

以上のように，OSA-SCS，IM-SSF，SCIM を用いる

ナビゲーションサービスを用いてアンケート入力が行われ，「クーポン＋アンケートアプリケーション」にアンケート入力結果が送信された後，データベースに入力結果が保持される（図 4（4））．なお，ユーザ氏名など音声入力が必要なアンケート入力項目については，「クーポン・＋アンケートアプリケーション」が外部サービス呼出し機能を介して音声・ テキスト変換サービスを呼び出し，
音声入力をテキストに変換する．このような仕組みを用

ウェブでの
の
アンケ ト
アンケート

いることで，自動応答電話番号に対してアンケートに答える場合であ っても，ウェブブラウザ上でのアンケー
ト入力と同様に，テキスト処理アプリケーションとして「クーポン＋アンケートアプリケーション」を構築することができる．

図4

ディジタルサイネージを用いたクーポン発行システム

4.3 SDP の構成例
る．また，動画配信サービスでのユーザ視聴履歴もネッ
トワーク側が把握している環境を想定している．

SDP は，アプリケーション開発において共通して用いられる機能を具備したものである．本節では，4.2 で示

まず，「広告ターゲット発見アプリケーション」は，ユー

したアプリケーション例での SDP の利用を参照しながザの視聴状況・ ユーザの位置情報・ サイネージ端末のら，SDP が備える機能を示す．なお，SDP のイメージや位置情報が記録されているデータベースを用いて， 商

機能は，通信事業者やベンダによって異なっているのが品 A の宣伝を動画配信サービスで以前視聴した人が，現状であり，図 5 に示した SDP の構成は一例であるこサイネージ端末の近くに位置することを検出する（図 4とに留意されたい．

（1）
）
．すると，
「広告ターゲット発見アプリケーション」

SDP が提供する機能は，大きく「ネットワーク接続のは，当該条件を満たしたユーザ名を「広告配信アプリケー

抽象化」「ユーザ情報の活用」「サービスオーケストレー

ション」に対して通知し，ユーザの近くに存在するサイション」「ロギングとアクセス制御」「アプリケーション

ネージ端末に向けての広告配信を行うように制御する．

サーバの運用支援」の五つに分けられる．

「 広告配信アプリケーション」は，メディア配送管理
機能とマルチメディアリソース機能（MRF：Multimedia
Resource Function）を介して，データベースに保持されているサイネージ端末の解像度情報や回線情報に基づいて，適した映像フォーマットで広告を配信する（図 4（2））．
広告にはウェブの URL とアンケートサービスの自動応答電話番号とが表示されており，ユーザはいずれかの方法でアンケートに答えると「クーポン＋アンケートア
プリケーション」がクーポンをユーザに発行する．ここ

点線 A*
点線 B*

で，ユーザがウェブブラウザ上でアンケートに答える場
合には，HTTP デーモンを介して「クーポン＋アンケー
トアプリケーション」に入力結果が送信され，データベー
スに入力結果が保持される（図 4（3））
．これに対して，
自動応答電話番号に対してユーザがアンケートに答える
場合には，CAMEL アプリケーションで構築された音声
28*: 点線 A,B は本文参照のこと

図5

SDP の構成例

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies（1）ネットワーク接続の抽象化（3）サービスオーケストレーション

ネットワーク接続の抽象化は，IMS アプリケーション

IMS においては，アプリケーション間の連携（サービ

構築に当たって必要となる呼制御機能，ユーザ情報管理

スオーケストレーション）を管理する機能である SCIM

機能，認証・ 課金・ 決済機能など SDP 内外の各種サーが枠組みとして定義されている［25］．例えば，ゲーム本

ビス要素への接続機能の詳細な実装を隠す手段である．

体をゲームサーバ上で動作させ，ゲームに付随する音楽

図 5 に示す構成例では，点線 A や点線 B で抽象化がな

データを音楽サーバからストリーム再生するゲームアプされている．

リケーションを構築する場合には，ゲームサーバと音楽

4.2 で示したアプリケーション例では，メディア配送管

サーバとを連携させなければならない．このようなアプ理（図 5 の点線 B の上部）と HTTP デーモン（図 5 の点

リケーション間の連携をサービスオーケストレーション線 A の上部：HTTP と Server）が，ネットワーク接続のと呼ぶ．複数のアプリケーションを連携させることで，抽象化機能であるととらえることができる．メディア配多彩なアプリケーション構築を可能とすることがサービ

送管理機能を用いることで，サイネージ端末の解像度・スオーケストレーションの目的である．

位置・回線情報（（HSDPA：High Speed Downlink Packet

4.2 で示したアプリケーション例では，CAMEL アプ

Access）で接続されているのか，PHS で接続されている

リケーションで構築された音声ナビゲーションサービスのかなど）を考慮することなく，アプリケーションをプと，音声・テキスト変換サービスとが連携して，音声入

ログラムすることができる．メディア配送管理機能が，力のテキスト変換を行う自動応答アンケートサービスをサイネージ端末情報が保持されているデータベースにア提供している．
図 5 の BPEL エンジンは， サービス連携シナリオを把握し，MRF を介して解像度や回線速度に合わせてト（サービスオーケストレーションにおいてサービス連携

ランスコードを行ってユーザの身近のサイネージ端末にの順序を記したもの）を記述するプログラミング言語

配信するためである．すなわち，アプリケーションプロ（BPEL: Business Process Execution Language）［26］を解グラムは，単に配信すべき広告映像データのみを渡すだ

釈し，実行するエンジンである．BPEL を用いることで，けでよい．

多数のアプリケーション間の複雑な連携を設計すること

また，HTTP デーモンは，ネットワークからの HTTP
メッセージを点線 B の上部に位置するアプリケーション
プログラム（クーポン＋アンケートアプリケーション）にが可能となる．
（4）ロギング機能とアクセス制御機能
SDP は，ロギング機能とアクセス制御機能を提供す中継する機能を有している．

る．ロギング機能とアクセス制御機能は，すべてのアプ（2）ユーザ情報の活用

リケーションにおいて必要となる機能であるため，SDP

IMS では，ユーザの位置情報，プレゼンス情報，課金で一元管理することで管理コストの低減を図ることが目

情報，デバイス能力情報，連絡先リスト（電話帳）など多的である．4.2 で示したアプリケーション例では，「クー様なユーザ情報を活用することができる．

ポン＋アンケートアプリケーション」や外部の音声・テ

これらの情報は，HSS， 課金サーバ，XDMS などに

キスト変換サービスを使用したときに，ロギング機能や分散して保存されているが，図 5 の GUP（Generic User

アクセス制御機能が用いられる．

Proﬁle）［24］は，これらの分散して保存されている情報（5）アプリケーションプログラムの運用支援を収集し，一つのデータベースに保存する仕組みである．

SDP は，アプリケーションプログラムを IMS で安定

GUP を用いることで，アプリケーションプログラムは的に動作させるための機能をも提供している．例えば，

GUP のみに問合せを行うだけでよい．4.2 で示したアプ

4.2 で示したアプリケーション例では，SDP のメディア

リケーション例では，ユーザの視聴情報・ユーザの位置

配送管理機能を介して MRF に広告配信を行わせている．

情報・サイネージ端末情報が記録されているデータベー

MRF は，メディアを処理・加工し，送信を行う機能であスを利用して広告配信を行うが， このデータベースがり，IMS では網内各所に配置されている．SDP が，メディ

GUP となる．

ア処理・加工・送信といった処理の重い機能を分散配置

解説論文：サービス創出基盤としての NGN

29

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

クセスして，サイネージ端末の解像度・位置・回線速度

されている MRF を適切に制御することで，ネットワー
クの負荷分散を図り，アプリケーションプログラムの安5. む す び

定運用を実現できる．
このほかにも，大規模システムである SDP の監視・

IMS が具備するユーザ情報管理機能やネットワーク制管理を行うオペレーションサポートシステム（OSS：

御機能などを使うことで，多彩なアプリケーションの創

Operation Support System）などの機能も提供されている．

出が期待されている．しかしながら，
IMS はインタフェースが規定されているのみで，サービス構築に資する機能

4. 4 SDP の研究動向まで規定されていない．SDP は，IMS 上でサービス構築

SDP は，IMS が具備する機能とアプリケーションとをに役立つ様々な機能を提供するオープンなサービス提供

仲介するオープンなアプリケーション開発環境であり，基盤であり，SDP を用いることでアプリケーション開発

SDP を用いることでアプリケーション開発速度の向上や速度の向上やコスト低減を図ることができる．

コスト低減を図ることができる．しかしながら，複数のIMS の特徴は， 今まで通信事業者内に閉じた門外不アプリケーションを連携させて多彩なアプリケーション

出のユーザ情報管理機能やネットワーク管理機能などを構築を行うサービスオーケストレーションなどにおいて

サードパーティ事業者に公開することで，多種多様なプは，アプリケーション開発コストが低いとは言い難い．

レーヤにアプリケーション開発をゆだねる点にある．今そのため，アプリケーション開発の生産性を更に高める

後，数多くのプレーヤが参入し，SDP 上で多種多様なサーために以下のような研究開発が進められている．

ビスが花開くことを期待したい．

（1）ルールエンジンの使用
4.3（3） で述べたサービス連携シナリオを記述する
BPEL では，if-then 文が用いられる．そのため，条件数が増大すると，開発コスト，検証時間，バグの増大を招いてしまう．このような観点から，Rete アルゴリズム［27］を採用したルールエンジンとして Drools を用いる
方法［28］などの検討が行われている．
（2）サービス記述法の改善
サービス連携シナリオの記述では，個々のサービス要
素を呼び出す手続きを詳細に記述しなければならないた
め，BPEL を用いたとしても記述の困難性が指摘されている［29］．このような観点から，統一モデル言語（UML:
Uniﬁed Modeling Language）でサービスを記述して BPELに変換する方法［30］や，Eclipse の統合環境を利用する
方法［31］などが提案されている．
（3）サービス連携の自動化
サービス連携シナリオを記述する BPEL では， 扱う
データやサービスの詳細に精通している必要がある．このような観点から，データやサービスを Semantic Markup
for Web Services（OWL-S）を用いて記述し，サービスに関する一般的な知識を用いて推論することで，サービス
連携の自動化を図る方法［32］，［33］などの検討が行わ
れている．

30

［用語解説］
・アプリケーションサーバ（AS：Application Server）：サービスの実行主体となる．
・インテリジェントネットワーク（IN：Intelligent Network）：高
機能で柔軟かつカスタマイズ可能な電話サービスを提供する
ネットワーク．
・ウェブサービス： HTTP などのウェブ技術を利用したメッ
セージの送受信によって提供されるサービスの総称．
・セッション記述プロトコル（SDP：Session Description Protocol）：
本論文では，Service Delivery Platform との混用を避けるた
めに，「セッション記述プロトコル」と記述した．IETF RFC
4566 で定義．セッション告知，セッションの招待などの形式を持つマルチメディアセッションを開始する目的で，マルチ
メディアセッションを記述するためのプロトコル．
・ストラタム（Stratum）： NGN のアーキテクチャにおいては，
OSI の 7 階層モデルのように，整然とした階層化ができないため，混同を避けるためにレイヤの代わりに本用語が使われる．
・3GPP（3rd Generation Partnership Project）：第 3 世代携帯電話の標準化団体．http://www.3gpp.org/
・Cable Labs（Cable Television Laboratories）：CATV 機器の R&D
及び認定のための非営利組織．
・DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specification）：
Cable Labs が認定している．ケーブルテレビネットワークを用いたデータ通信のためのプロトコルや機器設定の制御イン
タフェース規定．
・Drools：RedHat 社による Java で実装されたオープンソースのルールエンジン．http://jboss.org/drools/・DSL（Domain Speciﬁc Language）： 特定のタスク向けに設計されたプログラミング言語．生産性と品質を向上させるもの
としてソフトウェア工学の分野で注目されている．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

・Eclipse：プログラミングやデバッグといったソフトウェア開発作業を効率化するオープンソースの IDE（統合開発環境）の一つ．Java 開発者を中心に広く普及している．

サーバのデータベースに登録される．
・SNMP（Simple Network Management Protocol）：ネットワーク
機器を監視，制御するためのプロトコル．

・GSM（Global System for Mobile Communications）：ディジタ

・TISPAN（Telecoms & Internet converged Services & Protocols

準．ヨーロッパやアジアを中心に 100 か国以上で利用されている．
・HSS（Home Subscriber Server）：加入者のサービスプロファイ
ル，認証情報，位置情報の管理を行う．
・HSDPA（High Speed Downlink Packet Access）：3.5 G ともい
われる高速携帯電話向け通信サービス．
・IETF（Internet Engineering Task Force）：インターネットで利用される技術を標準化する組織．ここで策定された技術仕様

準化団体の一つ．
・UE（User Equipment）：ユーザ端末のこと．
・UML（Uniﬁed Modeling Language）： 統一モデル言語．オブ
ジェクト指向のソフトウェア開発における，プログラム設計
図の統一表記法．
・UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）：GSMの発展形となる 3G 携帯電話システム．
・WSDL（Web Services Description Language）：ウェブサービス
で提供されるデータ型や操作を定義する XML ベースの言語．

ル携帯電話で使われている無線通信方式で，事実上の世界標

は IETF RFC として公表される．
・iFC（initial Filter Criteria）：SIP メッセージをどのアプリケー
ションサーバに転送すべきかが記された XML 形式の制御文．
・IPTV（Internet Protocol Television）： IP 放送による映像配信
サービス．
・MMS（Multimedia Messaging Service）：3GPP と OMA によって標準化されている携帯電話用のメッセージングサービス．
・OMA（Open Mobile Alliance）：モバイルにおけるアプリケー
ションの技術標準化団体．http://www.openmobilealliance.org/

・PacketCable：ケーブルテレビのネットワーク上で IP ベースのブロードバンドサービスを実現させる仕様．
http://www.packetcable.com/
・Parlay Group：通信機器ベンダやソフトウェアベンダ，通信事業者によって設立されたテレコムネットワーク向けの APIを定める技術団体．成果としては，Parlay/OSA API, Parlay X,
JAIN がある．
・PoC（Push-To-Talk over Cellular）：OMA によ って定められたモバイル向けの 1 対 1，あるいはグループでトランシーバのように一斉に音声やその他メディアを発信するサービス．
NTT ドコモのプッシュトーク，KDDI の Hello Messenger，ソフトバンクモバイルの S! 一斉トークなどが該当する．
・PSTN/ISDN エミュレーション： ユーザに PSTN/ISDN と同等なサービスとインタフェースを IP のインフラを用いて提供するサービスのこと．電話交換機を置き換え，ユーザの使用する電話機はそのままで使用できる．
・QoS（Quality of Service）：データやサービスの内容によってネットワークでのデータ転送の扱いに差をつけること．優先制御と帯域制御に分けられる．
・SMG（Special Mobile Group）：ETSI のプロジェクトで，GSMや UMTS などの移動体通信の規格制定を行っていた．現在は3GPP 内の TSG GERAN に移管されている．
・SOAP（Simple Object Access Protocol）：RPC のために使われる XML を利用したメッセージプロトコル．通信プロトコルとしては HTTP がよく使われる．
・SIP（Session Initiation Protocol）： セッションの確立，変更，切断などを行うためのプロトコル．
・SIP INVITE：ユーザを招待するための SIP メソッド．
・SIP REGISTER：SIP サーバに対し登録要求を行うための SIP
メソッド．受信すると，通常 SIP URI と IP アドレスとの対が解説論文：サービス創出基盤としての NGN

文 献［1］ ITU-T, General overview of NGN, Recommendation
Y. 2001, International Telecommunication Union, Dec.2004.
［2］ ITU-T, IMS for Next Generation Networks, Recommendation Y. 2021, International Telecommunication Union,
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Logic Phase X; Stage 2, TS23.078, 3rd Generation
Partnership Project，Sept. 2007.
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core network subsystem; Stage 1,TS 22.228, 3rd Generation
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［11］ IP Multimedia Core Network Subsystem Multimedia
Telephony Service and supplementary services; Stage 1, TS
31

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

・OWL-S（Semantic Markup for Web Services）：セマンティック
ウェブ上で構築された意味体系とウェブサービスとを結び付
け，ウェブサービスの合成を行うためのメタデータ．

for Advanced Networks）：ETSI のプロジェクトで NGN の標

22.173, 3rd Generation Partnership Project，
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http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23198.htm［22］ Customised Applications for Mobile network Enhanced
Logic Phase 4; Stage 2; IM CN interworking, TS 23.278,
3rd Generation Partnership Project, March 2006.
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Logic; CAMEL Application Part specification for IP
Multimedia Subsystems, TS 29.278, 3rd Generation
Partnership Project, Dec. 2005.
http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/29278.htm［24］ Service requirements for 3GPP Generic User Proﬁle; Stage
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composition architecture for NGN/IMS + Sensor/Actuator
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2007），
pp.21-22, Nov. 2007.
（平成 21 年 11 月 5 日受付，平成 22 年 2 月 9 日再受付）

荒 木 靖 宏（正員）平 9 東北大・工・電子卒．平 11 奈良
先端大学院大情報システム学専攻修士課程了．平 22 東大大学院基盤情報学
専攻博士了． 平 13 ～ 22 日本ヒュー
レット・パッカード研究所研究員．現
在，（株）ディー・エヌ・エー・モバ
イルネットワーク及びインターネットのサービスアーキテクチャの研究に従事．IEEE, 日本データベース学会各会員．

森 川 博 之（正員：フェロー）
昭 62 東大・工・電子卒．平 4 同大学
大学院博士課程了．現在，同大学先端科学技術研究センター教授．工博．
平 9 ～ 10 コロンビア大客員研究員．
平 14 ～ 18 独立行政法人情報通信研
究機構モバイルネットワークグルー
プリーダ兼務．ユビキタスネットワー
ク，無線ネットワーク，モバイルコ
ンピューティング，フォトニックイ
ンターネットなどの研究に従事．本会論文賞（3 回），情報処理学会論文賞，情報通信功績賞，ドコモモバイルサイエン
ス賞など受賞．平 18 ～ 19 本会編集理事．平 20 ～ 22 本会
情報ネットワーク研究専門委員会委員長，通信ソサイエティ
英文論文誌編集長．IEEE，ACM，ISOC，情報処理学会，映像情報メディア学会各会員．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

小特集｜多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

解説

解説

次世代ネットワーク（NGN）を支える
IP ネットワーク品質管理ソリューション
中 村 純 也 Junya Nakamura 日本電気株式会社 NTT システム事業部
加賀谷武大 Takehiro Kagaya 日本電気株式会社 ネットワークマネジメントシステム事業部
山 崎 康 広 Yasuhiro Yamasaki 日本電気株式会社 システムプラットフォーム研究所
1. ま え が きについて述べる．4. では 2. の技術と 3. の技術を用いた連携ソリューションについて述べる．

これまでのインターネットではデータ系トラヒックに主眼が置かれていた．しかし近年，音声通信や映像配信などの新しいアプリケーションの登場により，ネット

2. NGN における品質計測技術

ワークに流れるトラヒック量や特性，更には IP ネット

IP ネットワークの品質管理では， 従来から SNMP

ワークに求められる要求条件が大きく変化しつつある．

（Simple Network Management Protocol）［5］が使われてき

このような背景の中， インターネットの柔軟性とた．SNMP は多くのネットワーク機器に備わ っており，

電話網の信頼性とい った双方の長所を併せ持つ新しい

トラヒック量に関する様々な統計情報を収集することがネットワークとして次世代ネットワーク（NGN）が登場できる．例えばインタフェースごとの総トラヒック量をし た．NGN は ITU-T（International Telecommunication

監視することで，継続的に発生しているふくそうを検出

Union Telecommunication Standardization Sector）や IETFすることや，ネットワーク回線の増強計画に役立てるこ（Internet Engineering Task Force）などの機関においてもとができる．

2003 年から議論が行われ，プロトコルや要求条件が既定

しかしながら，トラヒック量の監視だけでは NGN のされてきた［1］．日本においても 2006 年末からフィール

品質管理を十分に行うことはできない．NGN で主要とドトライアルが開始され［2］，2008 年 3 月から商用サー

なる音声通信や映像配信などのリアルタイム系アプリ

ビスも始まっている［3］．

ケーションでは，監視に必要なパラメータとして，パNGN とインターネットや電話網との違いとして，ケット損や遅延時間が挙げられている［6］〜［8］が，従（1）品質保証，（2）セキュリティ，（3）信頼性，（4）オー

来の SNMP ではこれらの値を監視することはできないた

プンなインタフェース，の４点があり［4］，これらをめである．よって，従来のトラヒック量に加えて，トラ実現するためにはネットワークの運用管理・ 監視技

ヒック品質を監視する技術が必要となる．

術が特に重要な鍵となる．そこで本稿では NGN の品
質・信頼性を支えるための品質管理ソリューションについて紹介する．
以下，2. ではパケット損や遅延などトラヒックの品質に着目した計測技術（パッシブ計測技術とアクティブ計

2.1 パッシブ計測技術
ここではパケットサンプリング技術を用いることで低コストにフロー 品質を計測できる技術（NEQPAS
QoSAnalyzer［9］）について紹介する．

測技術）について述べる．3. では品質情報とネットワー

従来のパッシブ計測技術では，トラヒック品質を観測

クトポロジー情報が与えられたときに早期に品質劣化箇するためには，パッシブプローブと呼ばれるパケット収所を特定する分析技術（ネットワークトモグラフィ ー）

集装置を用いて監視地点を通過する全パケットを取得・

解説：次世代ネットワーク（NGN）を支える IP ネットワーク品質管理ソリューション

33

分析する方法が一般的である．この方法はパケット損や遅ケットにシーケンス番号が記載されている．この番号は延時間といった項目も監視できるので，リアルタイム系

パケットごとに増加するので，計測地点でシーケンス番

アプリケーションの品質も把握できる．しかし，NGN の号をすべて確認し，番号の抜けが観測できるとパケットような大規模・高速ネットワークでは，高性能なキャプ損と認識できる．しかしながら，通常のサンプリング方

チャ装置を大量に配置する必要があり，高コストになる式であるランダムサンプリングを行うと，番号の抜けがという問題がある．よって品質を常時，大規模に把握する

発生しても，その原因がサンプリングによる間引き効果

ことは一般的には困難となる．この問題を解決する手段とか，パケット損による欠損かを識別できない．

してパケットサンプリング技術に着目する．パケットサン

この問題を解決するために，NEQPAS QoSAnalyzer でプリング技術とは，計測装置でネットワークに流れるパは，RTP の品質計測を行う際，ハッシュベースサンプリン

ケットをパッシブで観測して，一部のパケットのみを抽出グを行っている．

し，計測にかかる負荷を軽減する技術である．

ハッシュベースサンプリングとは，プローブ装置でパ

これまでのパケットサンプリング技術では sFlow［10］ケットを観測するか否かを判定する際，パケットの特定や NetFlow［11］，IPFIX［12］といったプロトコルを用

フィールドに対するハッシュ計算を行い，結果が事前にいて，トラヒックの流量を計測する技術［13］や，ネット

指定した範囲であれば観測する方式である．図 1 のようワークに対してインパクトの大きい長大フローを検出すに RTP のシーケンス番号が奇数であるパケットならば観る技術［14］などが存在する．しかし，通信品質の計測に測し，偶数ならば観測しない，といった選別を行う．発

おいてパケットサンプリングを用いる場合，パケット損

生パケットが予測できると，取得パケットも予測できるの判断が容易でないという課題がある．

点が，通常のランダムサンプリングと異なる．

NEQPAS QoSAnalyzer で は，TCP（Transmission
Control Protocol）や RTP（Real-time Transport Protocol）のプロトコル特性を利用することでこの問題を解決する．サンプリングで低コストにトラヒック品質を計測で9説する（表 1）．
各計測技術の特徴

フルキャプチャ技術 サンプリング技術

トラヒック量の監視

トラヒック品質の監視

パッシブプローブ
SNMP
一般的なネットワーク機器 パケットをすべて取得・分に備わっている機能．
析し，パケット損や遅延時
インタフェースごとのトラヒ 間を把握可能．
ック量など，各種統計量を ただし，高速回線でパケッ
把握することができる．
トを取りこぼしなく取得するのは困難．
sFlow，NetFlow，IPFIXNEQPAS QoSAnalyzer
サンプリング技術を用い， サンプリング技術を用い，軽量計測が可能．
軽量計測が可能．
ただし，
トラヒック量に関す プロトコル特性を考慮する
る計測が多い．
ことで，パケット損の計測も可能に．

（1）RTP パケット損計測技術

4

3

2

1

（a）プローブを通過するパケット
9

7

3

1

本来観測されるべき値が観測できない
＝

表1

7

ハッシュサンプリング
ハッシュベースサンプリング（例）
奇数番号のパケットだけ取得(例) 奇数番号のパケットだけ取得きるので，NGN のような大規模・高速なネットワークに適用することも可能である．以下にその技術内容を解

8

パケット損
（b）コレクタが観測するパケット

図1

ハッシュベースサンプリングの例

パケットの取得判断を行うプローブと，その結果からパケットの欠損判断を行う処理（コレクタ）であらかじめ同じハッシュ関数を保持しておけば，あるフローに着目
すると，次にどのシーケンス番号のパケットが届くかを予測することができる．その番号が観測できなかった場
合にはパケット損が発生したと認識できる．
ここでパッシブ計測装置が複数存在する場合， ハッシュ 関数を調整することで様々な応用も可能である．

こ こ で は NEQPAS QoSAnalyzer で 用 い ら れ て い る

ハッシュ関数を全観測地点で同じにすることで，効率的RTP のパケット損を推定する技術について紹介するに同じパケットを複数地点で観測することができるので

［15］
，
［16］
．

［17］
，計測地点間の品質の差分が明確になる．逆にハッRTP 通信では，送信端末から受信端末に送付されるパ34

シュ関数を計測地点ごとに変更すれば，複数地点の計測
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説

結果から特定地点の品質を推定し，計測精度を向上させワーク上に複数配置されたプローブと管理サーバから構ることができる［15］．

成される．図 2 において，管理サーバは，ネットワーク（2）TCP パケット損計測技術

上に複数配置された品質計測プローブに対して，ネット

こ こ で は NEQPAS QoSAnalyzer で 用 い ら れ て い る
TCP のパケット損を推定する技術について簡単に紹介する［18］〜［20］．

ワーク品質の計測を指示する役割を有する．
ここでは，擬似ユーザからの新たなセッションが発生
した処理手順を再現する観点より，ある地点に配置されTCP にもシーケンス番号が記載されている．しかしな

た品質計測プローブは，管理サーバからの指示を受信す

がら，番号の増加幅はパケットのデータサイズに依存す

ると，ほかの品質計測プローブに対して，SIP によるセッるため通信ごとに異なる．このため番号の発生順を事前ションを確立する．SIP セッションの確立は，IP 電話サーに予測することができず，ハッシュベースサンプリング

ビスにおける呼接続の（電話がつながった）状態に対応を適用することができない．

しているとみなすことができ，次処理として，送信元のこの問題を解決するため，受信端末から送信端末に返品質計測プローブより相手側の品質計測プローブに対し信される確認応答信号に着目する．TCP ではパケット損て RTP パケットを送信する．受信側の品質計測プローが発生すると，同じ番号を持つ確認応答信号を複数返信

ブでは，受信した RTP パケットを観測して，パケットする性質がある．これは複数パケットから構成されてい損や遅延時間といったネットワークの品質項目を評価するのでサンプリングをしても観測できる可能性が高い．

ることができる．

この信号を観測することで，送受信端末間のパケット①SIP によるセッション確立②RTP パケット送信③受信した RTP パケットの品質
計測

測装置間のパケット損を検出すること［20］ができる．
2.2 アクティブ計測技術

アクティブ
計測装置（プローブ）（NEQPAS Active
Test Server）

アクティブ
ィブ
計測装置
（管理サーバ）

品質情報

ここではアクティブ計測技術を用いて，効率的にネッ

試験フロー

トワークの品質を計測できる技術（NEQPAS Active Test
Server［9］）について紹介する．
2.1 のパッシブ計測技術では，ユーザの実際の通信品質を計測することが可能である．反面，ユーザトラヒッ
クが流れていない箇所のトラヒック品質を計測すること

NGN/IP
ネットワークアクティブ
計測装置（プローブ）（NEQPAS Active Test Server）

図2

アクティブ計測装置（プローブ）（NEQPAS Active
Test Server）

アクティブ計測装置による品質計測はできない．これによりパッシブ計測技術だけでは，事前に通信の接続性や品質を把握することができない．
NEQPAS Active Test Server は，この問題を解決するために，擬似的に試験フローを発生させることにより品質計測を行う技術である．
なお，アクティブ計測装置による品質計測は，トラ
ヒックが流れていないエンドツーエンドのフロー品質を

3. NGN における品質分析技術
ここではネットワークトモグラフィー技術を用いることで，従来機器では把握できないようなサイレント障害を早期に発見し，その障害位置を特定できる技術（NEQPAS
Network Problem Locator）［9］について紹介する．

計測する目的以外に，定期的な自動計測を実施すること

ネットワークの運用管理業務において大きな負担とにより，サイレント障害の検出や，加入者宅との開通試

な っている処理はトラブルシュ ート（インシデントが験，障害切分け試験にも活用することができるが，本稿発生してから障害復旧を行う処理）である．運用管理者

では，パッシブ計測装置の補完として使用するソリューの最も負荷の高い処理として 56.3% の企業がトラブル

ションについて説明する．

シュートを挙げたとの報告もある［21］．

（1）RTP（音声・映像データ）の品質測定
図 2 に示すとおり，アクティブ計測装置は，ネット

品質管理のトラブルシュートの場合，ネットワークの
品質劣化を検出し，その品質劣化がネットワークのどの

解説：次世代ネットワーク（NGN）を支える IP ネットワーク品質管理ソリューション

35

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

損を検出することや［18］，［19］，送信端末とパッシブ計

路に沿った品質を計測し，その相関から複数経路に共有
インシデント発生

ネットワーク監視システム
により自動化が可能

障害？

情報収集
原因箇所特定障害対応処理復旧？

ネットワーク障害時間管理者へ連絡管者 連絡されるリンクの状態を推定する技術である．
例えば図 4 のようなネットワークにおいて，F1 と F2のフロー品質を計測した結果，両方のフロー品質が劣化

トラブルシュート時間• ・最も負荷が高い作業• ・障害時間の短縮の鍵

人が実際に動く作業：
大幅な短縮は困難

障害復旧
障害復していれば，F1 と F2 にともに経由している L1 のリン
クで品質劣化が発生しているとみなす．どちらか一方のフロー品質が劣化していれば，劣化しているフローのみが経由しているリンクで品質劣化が発生しているとみなす．例えば F1 のフローのみが劣化していれば，
L2 のリンクの劣化とみなす．
F1

図3

ネットワークのトラブルシュートの例

場所で発生したかを特定，対策を行う必要がある（図 3）．
ここでインシデント発生から品質劣化場所を特定するま

N3
N3
L2
N1
N1

L1

N2
N2
L3

でに多くの時間が費やされており，迅速な復旧のために

N4N4は精度の高い品質劣化箇所の特定が重要となってくる．

F2

しかし，2. で述べたように，従来からのネットワーク
機器からの情報では通信品質を直接監視することはでき

図 4 ネットワークトモグラフィーの概念（N はノード，L はリンク，F はフローを示す）

ない．そのため品質劣化の早期検出が難しいという問題

この分析方法として，単純に，通信品質が劣化したフがあ った．そこで NEQPAS Network Problem Locator でローが最も多く通過した区間を品質劣化場所とみなす

は，ネットワークトモグラフィー技術を用いている．

［22］と , 大規模・複雑なネットワークで，false positive

一般にトモグラフィーとは様々な方向から計測対象に（正常な場所を品質劣化場所と判断する）や false negative

光や電波を当て，その透過情報などの観測値を基に，対（品質劣化場所を正常な場所と判断する）が発生する．

象内部の状態を推定する技術である．代表的なシステム

この問題に対処するため，NEQPAS Network Problem

としては X 線 CT（Computed Tomography）などが存在

Locator では，「 最小リンク数推定方式」［23］を採用しする．この考え方をネットワークに応用した技術がネッている．品質劣化が発生した場合には，品質劣化の計測

トワークトモグラフィーである．この手法では，ネット結果が送付される．この結果を引き起こす品質劣化リン

ワークという計測対象に，様々な方向からトラヒックをクの組合せは多数存在するが，通常のネットワークでは

流し，その結果収集されるフロー品質を解析することで，品質劣化が発生する確率が十分に低くなるように設計さネットワーク内部の状態を把握する．従来方法で詳細なれていることを考慮し，最も少ない数の品質劣化場所で内部状態を知るためには，リンクごとに直接計測装置をネットワーク全体の状況を説明できる結果を採用する．

置く必要があったが，この手法ではその必要がなく，障この方法により，通常の 10 倍以上の推定精度を得るこ

害時や品質劣化時の問題箇所切分けを短時間・低コストとができる．

に行うことが可能となる．
以下に NEQPAS Network Problem Locator で採用されている技術について紹介する．

3.2 大規模化技術
通常ネットワークトモグラフィーでは，全ネットワー
クの情報を一括して処理する必要がある．このため大規

3.1 精度向上技術
ネットワークトモグラフィーではネットワークのトポ
ロジー情報とフロー品質情報を用いて，複数の異なる経36

模ネットワークでは品質分析に利用するフロー数やリンク数が膨大となり，実用的な時間で処理することが困難となってくる．
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説

定精度の低下を抑えている．
各分割網で並列処理
各分割網内での品質劣化箇所の推定

結果集計後，再推定開始

部分ネットワークの推定処理を並行処理することがで品質劣化情報 経路情報き，また一部のフローのみについて全ネットワークの情

分割網
分割網

報を使った推定を行うため，推定処理時間や計算に使用するメモリ量を大幅に削減することができる．なお，推定精度に関しては大規模化に対応していない方式［23］と等しいものとなる．

各分割網で再推定処理
分割網をまたいだ品質劣化箇所の推定
1回目の推定結果に再推定 ＋各分割網内での品質劣化箇所
結果を反映させるの推定

最終結果を集める

3.3 応用技術
3.1 で推定精度を高める技術を，3.2 で大規模ネット
ワークに対応する技術を紹介した．NEQPAS Network

図5

大規模化対応の分析手順

Problem Locator ではそのほかにも，品質劣化リンクを通こ の 問 題 に 対 処 す る た め に，NEQPAS Network

過するフロー品質にばらつきが存在しても精度良く劣化

Problem Locator では，ネットワークトモグラフィーの品箇所を推定する方法［25］や，品質劣化リンクの候補が多質分析を 2 段階に分けることで，分析にかかる時間を最めに出た場合に，より詳細に判別するために計測フロー

大で 10 倍以上に高速化できる技術を用いている［24］．

を追加する方法［26］，ネットワーク内に負荷分散などの図 5 に示すように，この技術では，ネットワークをためにマルチリンク／マルチパスが存在しても，品質劣に閉じるフローによる部分的な推定結果と，部分ネット
ワークをまたいだフローの一部についての全ネットワー

4. 連携ソリューション

クの情報を用いた推定結果を組み合わせる．単純にネッ
トワークの監視領域を分けるだけではなく，分割ネット

本章では 2 章の品質計測技術と 3 章の品質分析技術のワークをまたいだ品質結果に対する再度の推定処理を加図 6 の連携ソリューション［9］について紹介する．

えることにより，ネットワークを分割することによる推●品質劣化箇所推定サーバ●品質劣化箇所推定サーバ
フローごとの品質情報と経路
フロー毎の品質情報と経路情報から、情報から，品質劣化の原因箇
品質劣化の原因箇所を推定
所を推定

図 6 の連携ソリューションでは 2 章と 3 章で紹介した

品質劣化箇所推定サーバ
品質劣化箇所推定サーバ（Network（））
ProblemLocator
Network
ProblemLocator

品質管理システムからフローごとの品質情報を取得の品質情報を取得の品質情報を取得
劣化箇所推定箇所推定
アクティブ・パッシブ
プローブによるフロー
品質測定

品質データ解析
品質データ解析品質
品質管理サーバ
品質管理サーバ（(QoSAnalyzer
QoSAnalyzer
)）
Qo

DB

オペレータ
オペレータ

経路情報
報

品質情報

アクティブ
プロー
Activeプ
（（
NC190
NC19

品質測定
品質測定
パッシブプローブ（QoSAnalyzer）

アクティブ
プローブ
プ
Active（（NC1900-ST）
NC190

障害主原因箇所のリアルタイム推定を行いオペレータへ表示
パッシブプローブ（QoSAnalyzer）

U- Plane
U-Plane

プロ（
QoSAnaly

Passive
パッシブプローブ（）
QoSAnalyzer（QoSAnalyzer）
NGN/IPネットワーク
NGN/IPネットワーク

図6

アクティブ
プローブ
（NC1900-ST）

IP ネットワーク品質管理ソリューションの全体像

解説：次世代ネットワーク（NGN）を支える IP ネットワーク品質管理ソリューション

37

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術

化リンクを特定する方法［27］なども採用している．

部分ネットワークに分割し，各部分ネットワークの内部品質計測技術（パッシブ計測）
NEQPAS QoSAnalyzer
パケットサンプリング技術
品質分析技術
ユーザフローの品質計測
NEQPAS
Network
Problem Locator
パケットロス（2.1 で解説）
遅延時間 ネットワークトモグラフィー技術
品質計測技術（アクティブ計測）
NEQPAS Active Test Server
試験フローの品質計測（2.2 で解説）

ジッタ

品質劣化リンクの特定（3. で解説）［用語解説］
・SNMP（Simple Network Management Protocol）：
ネットワークに接続された通信機器をネットワー
ク経由で監視・制御するためのプロトコル．
・ハッシュ関数：あるデータが与えられた場合にそのデータを代表する数値を得るための関数．

ネットワークトポロジー情報・パッシブプローブ：実際の通信を観測し，対象の通信品質を計測する装置．ネットワークに負荷をかけずに対象の通信品質を計測することができる．

図7

各技術の連携技術が図 7 のように連携している．具体的には，品質計測技術（パッシブ計測，アクティブ計測）は，計測したパケット損や遅延時間，ジッタなどの品質情報を定期的に品質分析技術に伝える．品質分析技術では品質情報とネットワークのトポロジー情報を参照することで，品質・サイレント障害： ネットワーク機器や監視シス
テムから故障や品質劣化の警報が通知されない
障害．
・RTP（Real-time Transport Protocol）：映像や音声データをリアルタイムに転送するためのプロト
コル．

劣化場所を早期に検出する．
品質分析を行う際に図 7 のような連携を行うことにより，パッシブ計測技術で計測した大量のユーザ品質を利用することで，品質計測箇所をより少なくすること［28］

文 献［1］ 森田直孝，平松幸男， NGN 関連技術の標準化動向，
NTT 技術ジャーナル，vol. 20，no. 8，pp. 24-25，Aug. 2008.

や，パッシブ計測結果とアクティブ計測結果を組み合わ［2］ http://www.ntt.co.jp/trial/

せることで，品質劣化箇所の推定精度の向上を行う［29］［3］ http://www.ntt-east.co.jp/release/0803/080328c.html

といった効果も期待できる．

［4］ 宇治則孝， 豊かなブロードバンド・ユビキタス社会を拓く
NGN，NTT 技術ジャーナル，vol. 19，no. 12，pp. 36-41,
Dec. 2007．

5. む

す

び

本稿では，NGN の品質・信頼性を支えるための品質管
理ソリューションとして，「パッシブ計測装置（NEQPAS
QoSAnalyzer）」，「アクティブ計測装置（NEQPAS Active
Test Server）」，「品質分析装置（NEQPAS Network Problem
Locator）」を紹介した．今後，NGN は単なる従来の電話網の置換えではなく，新しいサービスが多数提供されていくものと考えられる．本稿で紹介したソリューションも，より高度な要求にこたえられるよう拡張していく予定である．

［5］ J. Case, M. Fedor, M. Schoffstall, and J. Davin,
RFC1098, 1990.

［6］ 情報通信技術委員会， TTC 標準 JJ-201.01 IP 電話の通信品質評価法， June 2005.
［7］ ITU-T Recommendation G.107,

本稿で紹介した技術の一部は，総務省の委託研究「次世代バックボーンに関する研究開発」プロジェクトの成果である．

The E-model, acomputational model for use in transmission planning,
Aug. 2008.
［8］ ITU-T Recommendation G.1070, Opinion model forvideo-telephony applications, Aug. 2007.
［9］ http://www.nec.co.jp/netsoft/inetworx2/［10］ P. Phaal, S. Panchen, and N. McKee, InMon Corporation s
sFlow A Method for Monitoring Trafﬁc in a Switched andRouted Networks, IETF RFC3176, 2001.
［11］ B. Claise,

謝 辞A

Simple Network Management Protocol (SNMP), IETF

Cisco Systems Netflow Services Export

Version9, IETF RFC3954, 2004.
［12］ B.Claise,

Specification of the IP Flow Information

Export (IPFIX) Protocol for the Exchange of IP Traffic
Information, IETF RFC5101, 2008.
［13］ INMON CORP, sFlow Accuracy and Billing, http://
www.inmon.com/technology/papers.php, 2004.

38

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説［14］ C.Estan and G.Varghcsc, New directions in traffic［27］ 小林正好， 網品質劣化箇所推定におけるマルチパス

measurement and accounting, Proc. ACM SIGCOMM,

ルーティングへの対応方式の提案， 信学ソ大，B-7-68，

Aug. 2002.

Sept. 2007.

［15］ 山崎康広，下西英之，村瀬勉， パケットサンプリングを［28］ 小林正好，村瀬勉， パッシブ計測によるフロー品質を用いた UDP/RTP ストリーム品質計測の評価，信学技報，

用いたネットワーク品質劣化箇所推定， 信学ソ大，B-11-

TM2005-62，March 2006.

3，2006．

［16］ 山崎康広， ハッシュベースサンプリングを用いた分［29］ 波多野洋一，北村強，山崎康広，下西英之， 計測

散品質計測手法の評価， 信学技報，ICM2008-22, May

地点間品質を用いたネットワーク品質劣化箇所推定方式

2008.

の評価， 信学技報，CQ2009-02，
April 2009.

［17］ N.Dufﬁeld and M.Grossglauser, Trajectory sampling for
direct trafﬁc observation, IEEE/ACM Trans. Networking,vol. 9, no. 3, pp. 280-292, June 2001.
［18］ Y. Yamasaki, H. Shimonishi, and T. Murase, Estimating
TCP packet loss ratio from sampled ACK packets,

中村純也

IEICE Trans. Commun., vol. E91-B, no. 2, pp. 418-427,

昭 63 法政 大・工・電気（計 測制御専攻）卒．同年，日本電気株式会社入社．
以 来， キャリヤ 向 け NMS（Network
Management System）などの開発に従事． 現 在，NEC NTT システム事 業
部にて同 NMS ソリューションの提 案に従事．

Feb. 2008.
［19］ 山崎康広，下西英之，村瀬勉， 片方向サンプリン

グパケットからの双方向パケットロス率推定手法，
信学技報，CQ2006-47, Sept. 2006.
［20］ Y. Yamasaki, H. Shimonishi, and T. Murase, Diagnostic
method of quality degradation segment from sampled
packets, SAINT 2007 Workshop, Jan. 2007.
SYSTEMS, 2002/05 号，pp. 110-115, May 2002.
［22］ 水澤実，杉村一，小川正人，松田隆男， VoIP 網

における回線品質分析方式に関する一考察，信学総大，B-6-22, 2001.
［23］ M. Kobayashi and T. Murase, Scalable QoS degradation
locating from end-to-end quality of flows on various
routes, SAINT 2007 Workshop, Jan. 2007.
［24］ 小林正好，長谷川洋平，村瀬らのネットワーク品質劣化箇所推定の網分割によるSept. 2005.
勉， 網品質劣化箇所推定における高精度の非劣化リンク除去法の提案， 信学総大，BS-56，March 2006.
［26］ 長谷川洋平，小林正好，村瀬平 4 東京理科大・理工・経営卒．同年，日本電気株式会社 入社．以来，
ＩＰネッ
トワーク管理システムなどの開発に従事．現在，NEC ネットワークマネジメン
トシステム事業部にてネットワーク管理システムの開発及びソリューション
提案に従事．

勉， フロー品質か

大規模化手法の提案と評価， 信学技報，IN2005-77，［25］ 小林正好，村瀬

加賀谷武大

勉， NW 品質劣化箇

所推定における試験フロー集合決定方式の評価，信学
ソ大，B-11-7，Sept. 2005.

解説：次世代ネットワーク（NGN）を支える IP ネットワーク品質管理ソリューション

山 崎 康 広（正員）平 10 阪 大・ 基 礎・ シ ス テ ム 卒． 平
12 同大学大学院博士前期課程了．同
年 , 日 本 電 気 株 式 会 社 入 社． 以 来，TCP 中継技術などの研究に従事．現
在，NEC システムプラットフォーム
研究所にてネットワーク計測に関する研究に従事．

39

小特集｜ 多様化する情報通信環境を提供する次世代ネットワーク技術［21］ 企業内ネットワークの構築 / 運用管理実体， 日経連載企画：計測技術講座〔第 2 回〕

解説

周波数領域の信号計測技術
スペクトラムアナライザ編
佐久間

洋 Hiroshi Sakuma アジレント・テクノロジー株式会社 電子計測本部
そのため，電波法（技術基準適合）によってスプリアス

1. ま え が きの許容値は厳格に定められており，すべての無線機器はこれを満たす必要がある［4］．

スペクトラムアナライザ（あるいは，スペクトルアナ

もう一つの例はスペクトラム観測である．テレビやラライザ）の詳しい説明に入る前に，まず「なぜ周波数ス

ジオ放送，携帯電話などは，前述のスプリアス同様，電ペクトラム（以下，スペクトラムと記載）を解析するの波法によ ってそれぞれ使用できる周波数帯幅や空中線か」ということを考える必要がある．信号計測は大きく電力などが定められている．スペクトラムアナライザ

分けて時間領域での解析と周波数領域での解析の二つにを用いることで，これらの項目や隣接するチャネルへの大別できる［1］が，より一般的な手法は時間領域での解漏れ電力などを簡単に測定することができる．ほかにも

析である．オシロスコープを使えばこの時間領域の信号

EMI・雑音測定など様々な用途に用いられている．

を解析することができるが，それだけでは不完全な場合

スペクトラムアナライザには様々な方式があり，またもある．フーリエの理論によれば，時間領域の任意の電その価格も 100 万円を切るものから 1,000 万円近いも気的信号は，適切な周波数・振幅・位相を持つ一つまたのまで幅広く存在する．対象の信号を観測・解析するたは複数の正弦波から構成される．すなわち，すべての時

めには，スペクトラムアナライザの動作や特徴について

間領域の信号は周波数領域に変換することができる．こ

正しく理解し，最適な測定器を選択することが重要であの特徴により，周波数領域の解析により時間領域では解る．本稿では，最初に一般的なスペクトラムアナライザ

析が困難な事象を観測することができる［2］．例えば図の種類とその動作原理を解説し，続いてスペクトラムア

1 において，時間領域である周波数の正弦波を観測する

ナライザの性能を決める重要な要素について解説する．

つもりがひずんだ正弦波が表示された場合，「なぜこのような変化を引き起こしたのか」まで突き止めることはできない．しかし周波数領域測定では，期待する正弦波

振幅
振幅

基本波

高調波

（基本波）に 2 倍高調波（基本波の 2 倍の周波数成分）が数

周波含まれていることが容易に観測できる．では，時間領域での解析が不要かというと，パルスの立ち上がり時間な時間

ど周波数領域では測定できない事象も多く存在する．それぞれの領域における測定の特長を理解することで，より効率的な信号解析を行うことができる．

振幅

時間

数

周波

時間領域での解析（オシロスコープ）

周波数領域でもよく行われる解析は高調波の解析であ周波数領域での解析（スペクトラムアナライザ）

る．ある機器が使用できる周波数領域の帯域外に高調波などの目的外の電波（＝スプリアス）を発した場合，その周波数を利用する別の機器は電波干渉を引き起こす．
40

図1

時間領域と周波数領域の関係 [3]

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説（＝＋17 dBm ＝ 50.1 mW） から 100 dB（＝−83 dBm ＝

2. 周波数領域の測定器の分類とその基本原理

5.0 1nW）の信号レベルまで同時に表示することができる．もう 1 点は，dB を導入することで信号レベルをリ

2.1 周波数領域における信号計測

ニアスケールで取り扱うことができるようになり，非常周波数領域における一般的な信号計測は，横軸周波に分かりやすく解析することができる．

数−縦軸振幅の二次元解析で， スペクトラムアナライ

周波数解析の方式には大きく分けて掃引同調型と FFT

ザでは図 2 のように表示される．測定周波数範囲は，ス（Fast Fourier Transform）型，マルチプルフィルタ型の三タート周波数とストップ周波数での指定，または中心周つに大別される．2.2 でそれぞれの方式の動作原理と，こ波数と測定範囲（スパン）で指定する 2 通りがある．測定

れらを組み合わせた最新のアナライザについて解説する．

は測定範囲を測定ポイント数で除した周波数間隔で行われ，測定スペクトラムの周波数分解能は RBW（Resolution

2.2 スペクトラムアナライザの各方式

BandWidth） というパラメータで変更することができ（1）掃引同調型スペクトラムアナライザ

る． また変動の激しい信号に対しては，VBW（Video

図 3 は単純化した掃引同調型スペクトラムアナライザ

BandWidth）で平滑（スムージング）処理することもできのブロック図である．実際のスペクトラムアナライザはる．RBW/VBW の詳細については 2.2 で解説する．

複数段のミクサを使用するなどもっと複雑であるが，動これに対して時間領域解析は横軸時間−縦軸振幅が一般的である．どちらも縦軸は振幅であるが，その表現方

作原理を理解する上ではこの単純化されたブロック図が有効である．

法は異なる．まず，時間領域測定代表のオシロスコープ

入力された RF（Radio Frequency）信号は，後段に過大

は縦軸を電圧で表すことが一般的なのに対し，スペクトな電力が入力されないよう，入力減衰器（アッテネータ）

ラム解析では電力で評価するケースが多い．またスペクで減衰されフィルタ部に入る．フィルタ部ではプリセレク

トラム解析では振幅差が非常に大きい信号を取り扱う必トフィルタや低域フィルタによって，不要な帯域外の信要があるため，1 mW を基準（＝0 dBm）として P（dBm）＝

号成分が除去される．フィルタを通過した信号は次にミク

10 log10（P（mW））で変換した単位系である dBm とい

サ（混合器）において局部発振器（LO：Local Oscillator）

う単位がよく使われる．例えば 1 W の場合，P（dBm）＝で生成された信号とミクシングされ， 中間周波数（IF:10 log10（1,000 mW）＝30 dBm，1 μ W の場合，P（dBm）＝

Intermediate Frequency）へと変換される．局部発振器の周−310 log10（10 mW）＝−30 dBm といった具合である．dB

波数を変化させることは，所望のフィルタの同調周波数をを使用することのメリットは 2 点ある．まずは同時に変化させることと等価であり，中間周波数がその測定対象表示できる信号の振幅差を大きくとることができる点

範囲に相当する．ここまでが RF ブロックに対応する．

である．図 2 の例では，基準（リファレンス）レベル

ミクサからの出力は，元の 2 信号（入力信号と LO 信
号）とその高調波，更にこれらの信号の和と差が含まれスタート周波数

中心周波数

ストップ周波数

振幅

基準
レベル

る．IF 利得と減衰によ ってミクサの変換損が補正された後，IF フィルタによって希望する IF 信号のみ取り出

RF ブロック
RF 入力
減衰器

ミクサ

プリセレクタまたは
低域フィルタIF フィルタ

ログアンプ
局部
発振器

包絡線
検波器
ビデオ
フィルタ

連載企画

測定範囲

IF ブロック
IF 利得

基準
発振器

分解能帯域幅

図2

ビデオ帯域幅

掃引時間（ポイント数）

スペクトラムアナライザの代表的な画面

解説：周波数領域の信号計測技術 スペクトラムアナライザ編

ディスプレイ

図3

掃引同調型 ブロック図41

される．このフィルタの帯域は可変となっており，分解

振幅

能帯域幅（RBW）と呼ばれる．この IF フィルタの形状や最小分解能，応答速度はスペクトラムアナライザの性フィルタ 1

能を大きく左右する一つである．その後，IF フィルタで分離された信号はログアンプでリニアから対数に変換され，包絡線検波器（ディテクタ）に入力される．検波

検波器

フィルタ 2

入力信号フィルタ 3器では IF 信号の AC レベルに比例した DC レベルを作

サンプル検波などがあり，観測の目的に応じて適切な検周波数検出するピーク検波や，常に同じタイミングで検波する

…

…

…

フィルタ 4

り出している．検波方法には，一定時間内のピーク値をフィルタ n波器を選択する必要がある．検波後の信号はビデオフィ

図4

ルタを通過する．このフィルタは低域フィルタであり，マルチプルフィルタ型 ブロック図

検波後の DC 信号に重畳した雑音を取り除くことができフィルタが必要で，これをアナログ回路で実現することる．ビデオフィルタの帯域も可変となっており（VBW），

は困難である．こうした理由から，要求される周波数分

帯域幅を狭くすると，より雑音成分が除去され，結果と解能に応じて用途を精査することが望ましい．

して表示されるスペクトラムにスムージングがかかる．

（3）FFT 型スペクトラムアナライザ

ここまでが IF ブロックである．最後に，掃引信号生成

FFT 型はマルチプルフィルタ方式と等価の処理をディ器によって局部発振器の周波数を変化させることで，横ジタル信号処理で行うアナライザである．図 5 が FFT 型

軸周波数−縦軸振幅の測定となる．

の単純化したブロック図を示している．入力信号は減衰

掃引同調型は広い周波数範囲の測定を得意とするが，器で最適な測定レンジとなるよう調整され，その後低域

ある瞬間は特定の周波数しか検波していない．例えば測フィルタに入力される．ここで測定器の周波数レンジ外

定ポイントが 1 MHz 間隔の場合，1 GHz を測定した瞬の不要な周波数が取り除かれる．次にサンプラと A-D 変

間とその隣の 1.001 GHz の時間は異なる．すなわちリア

換器（ADC）で波形は標本化され，ディジタル形式に変換

ルタイム性はない．また，掃引同調型スペクトラムアナ

される．この時点では信号はまだ時間ごとのデータであライザでも時間領域の解析を行うことができる．測定範

る．その後マイクロプロセッサなどのディジタル信号処

囲を 0 Hz にすることで，局部周波数を固定し，指定周波理回路によって，FFT 演算が行われ，信号は周波数領域

数の時間変化を解析するモードへ移行することができる．

に変換される．

これをゼロスパン測定という．しかし，この際に測定さFFT 型はマルチプルフィルタ型のように多くの帯域れているのは指定周波数を中心に IF フィルタを通過したフィルタを必要としないが，等価な処理を行っている．

信号成分のみである．一方，オシロスコープは全周波数したがって，マルチプルフィルタ型と同様にリアルタイ

成分が含まれた信号が時間領域で表示される．

ム性に優れ，周期的イベントに加えてランダムイベント（2）マルチプルフィルタ型スペクトラムアナライザ

や過渡イベントの捕そくに適している．測定帯域幅内にスペクトラムアナライザを実現するアプローチの一つ

おいては掃引同調型と比較して測定速度を大幅に向上すとして， 図 4 のように通過周波数の異なる n 個の帯域ることができる．更に，振幅に加えて位相を測定（＝ベフィルタを観測帯域に並べて観測する手法がある．この方式をマルチプルフィルタ型，またはフィルタバンク型

低域
減衰器 フィルタ サンプラという［5］．各フィルタへの入力信号は検波器を経由し，各フィルタの周波数帯域ごとの振幅レベルが計測される．

入力信号

この測定方式は非常に高速でリアルタイム測定となり

42

ADC

fs

得るが，周波数軸の表示ポイントの数だけフィルタが必要となる．また，分解能を上げるためには非常に急峻なマイクロ ディスプロセッサ プレイ

図5

FFT

サンプリング
周波数FFT 型スペクトラムアナライザブロック図

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説

クトル信号解析）することもできる．しかし振幅のダイ

視するポイントは異なるであろうが，本稿では測定確度

ナミックレンジ（［用語解説］参照）は使用する A-D 変換と測定スピードに注目し，特に重要なポイントについて

器のビット数の制限を受けるため掃引同調型に劣る．

解説する．

初期の FFT 型アナライザは A-D 変換器と信号処理速度の限界のため低周波の解析に限られていたが，近年の3.1 振幅確度

テクノロジーの進化で 10 〜 40 MHz と広帯域のベクト

確度とは測定器ごとに明示された誤差の限界値を表

ル信号解析（IQ 変調解析またはディジタル変調解析ともす．すなわちどの測定器でも必ず測定誤差が存在する．

呼ばれる）が行えるようになった．掃引同調型と同様にこの誤差が少ない測定器が性能の良い測定器であるとい

ミクサと局部発振器を内蔵して RF 信号を取り扱えるよえる．

うにした機種もあり，携帯電話や無線 LAN などの信号解析に多く用いられてきた．

図 3 のブロック図の中で，振幅の測定誤差に影響を与える主な箇所は下記のとおりである．

基本的に FFT 型アナライザは測定帯域幅以外の信号・入力コネクタのインピーダンス不整合を捕そくすることはできないが，局部発振器の周波数を・RF 入力減衰器の切換・周波数応答誤差

解析帯域幅の間隔でステップ的に変化させることで，掃・入力フィルタ・ミクサの周波数応答誤差

引同調型スペクトラムアナライザのように広範囲のス

・IF 利得・減衰の基準レベル確度

ペクトラムを表示できる機能を持つアナライザも存在す

・アナログ RBW フィルタの切換誤差る．ただし，掃引同調型に比べて掃引速度はかなり遅い．

・ログアンプ利得のずれによる表示スケール忠実度
これらの誤差要因は主にアナログ回路の揺らぎに起因

2.3 最新のアナライザ事情するが，ディジタル化された IF ブロックではこれらのここまで 3 種類の方式について解説してきたが，最近誤差が大幅に改善される．アナログ IF 機種例（Agilent

は掃引同調型スペクトラムアナライザに FFT 機能を搭

社 8563EC）とディジタル IF 機種例（Agilent 社 PSA）

載し，測定項目によってモードを切り替えて測定できるの振幅誤差を比較したのが表 1 である．例として表示ス

機種が増えてきている．例えば携帯電話などの無線通信

ケール忠実度を用いて説明すると，アナログ IF 機の場

機器の開発には，スプリアス試験とディジタル変調解析

合はリニア・対数変換をログアンプで行っているため，がともに必須であるが，統合型であれば 1 台でどちらのこのアンプの直線性が不十分な場合に誤差が発生する．

試験にも対応することが可能である．

8563EC は高性能モデルであるが，それでも±0.85dB もまたスペクトラムアナライザの各コンポーネントはの誤差がある．これがディジタル IF の場合は対数変換

ディジタル化され，従来のアナログ回路の持つ測定誤差をディジタル信号処理で行うためそもそもログアンプ

要因や測定速度を低下させる要因を取り除くことができを使用しておらず，PSA では±0.07dB と最小限の誤差

るようになった．更に IF ブロックがすべてディジタルに留めることができる．ほかの項目もアナログ回路から化された測定器も登場し，高い測定確度と測定速度の両ディジタル処理への移行により，大幅に誤差要因を取り立が実現された．アナログ IF とディジタル IF の違いに除くことに成功している．

ついては 3. で解説する．

表1

アナログ IF とディジタル IF 機の振幅誤差（単位：dB）

3. スペクトラムアナライザの性能について在する．最近は低価格でも性能の高さをうたう製品もある．では，「性能の良いスペクトラムアナライザ」とはどういった製品であろうか？ もちろんユーザによって重解説：周波数領域の信号計測技術 スペクトラムアナライザ編

PSA
ディジタル IFRF 減衰器誤差

±0.6

±0.3

周波数応答

±1.8

±0.38

基準レベル確度±1.0±0RBW 切換誤差

±0.5

±0.03

表示スケール忠実度

±0.85

±0.07

目

連載企画

スペクトラムアナライザは様々な価格帯の製品が存

8563ECアナログ IF項43

3.2 スペクトラムアナライザで発生する雑音

飽和しない最小の減衰量に設定することが重要である

スペクトラムアナライザを使用する目的の一つに低レと述べたが，飽和によ って発生するひずみが雑音レベ

ベル信号の検出・測定がある．スペクトラムアナライザ

ルを超えない点がミクサの最適入力レベルである．ミクの入力コネクタを 50 Ω で終端した場合，この終端抵抗

サへの入力レベルは減衰器によ って調整することがでで発生する熱雑音は室温で 1 Hz 当り−174 dBm である

きるが，ここで注意すべきことは，このレベルは全信号［6］．本来アナライザの測定結果としては−174 dBm とのピーク電力ではなく，プリセレクタまたは低域フィル

ならなければならないが，アナライザ内部の各コンポー

タを通過した信号の総電力である，という点である．例

ネントで発生する雑音が加わり，最終的に測定器に表示

えば広帯域に拡散された信号やパルス変調信号などは，される雑音レベルは最上位機種でも−155 dBm 程度とピーク電力値は大きくないが，ミクサに入力される総電なる．この値を表示平均雑音レベル（DANL：Displayed

力としては大きいため，飽和に気付かない場合があるの

Average Noise Level）と呼ぶ．各アナライザは DANL

で注意されたい．

の仕様値を持っており，DANL を下回る信号は測定できない．

3.4 IF フィルタの選択度と掃引速度

実際の測定時の雑音レベルは，使用する入力減衰量とIF フィルタは名前のとおりフィルタであるため，機RBW によって変化する．まず減衰器は使用した分だけ種ごとに応答速度と形状が異なる．とりわけ，アナログ

雑音レベルが増えることに留意されたい．例えば 10 dBフィルタとディジタルフィルタではその特性に大きな違の減衰器使用時は，雑音レベルも DANL から 10 dB 上

いがある．

昇する．これは減衰器で−10 dB 減衰された信号は，ミまず応答速度は掃引速度に密接にかかわっており，応クサ通過後に IF 利得アンプが減衰分を元に戻すのだが，答速度を超えて掃引した場合は表示される信号の低下や増幅されるのは全信号のため雑音フロアも 10 dB 増幅さ

周波数ずれを引き起こし，誤った測定結果となる．ディせることによるものである．したがって最大の測定ダイ

ジタルフィルタは，アナログフィルタに比べて応答速度

ナミックレンジを得るためにはミクサが飽和しない最小が速く，2 〜 4 倍高速に掃引することができる．図 6 はの減衰器量を用いることが重要である．

ディジタル・アナログフィルタ両機で AM 変調信号を解次に RBW だが，雑音は周波数によらず一様に分布し析した例である［7］．共に RBW は 3 kHz に設定されてているため，IF フィルタの帯域が広がるとその分通過す

いるが，その掃引速度はアナログ機の 67.0 ms に対してる全雑音量も増加する．RBW が 10 倍広くなると雑音

ディジタル機では 26.8 ms と大幅に高速化されている．

フロアは 10dB 増加する．よって，最大のダイナミック

次にフィルタ形状だが，これはレベル差のある近接す

レンジを得るためにはなるべく小さい RBW を用いればる 2 信号の分離度に影響する．この性能を定量的に表す

よい．しかし RBW が狭くなるとその分測定時間は長くためにシェイプファクタが用いられる．シェイプファク

なるトレードオフが存在する．

タとは，ピークから 3 dB 減衰した箇所の帯域幅と 60 dB

もう一つの雑音は位相雑音である．これはスペクトラ

減衰した箇所の帯域幅の比のことである．アナログフィ

ムアナライザの LO や PLL の周波数・ 位相の不安定さ

ルタを用いた機種は 60 dB 帯域幅：3 dB 帯域幅 ＝ 12：1

によって発生する雑音である．特に狭い RBW で測定す程度なのに対して，ディジタルフィルタは 4：1 程度とる場合，DANL よりも位相雑音の量が支配的となり，ダ非常に急峻な特性を持ち，信号分離性が高い．

イナミックレンジを悪化させる場合もある．また，スペ先ほどの図 6 は AM 変調信号の解析例であるが，図

クトラムアナライザで発振器の位相雑音を測定する場合

6（a）のディジタル機の場合は AM 側波帯がクリアには，その発振器よりも位相雑音特性の良い測定器を用い表示されているのに対し，図 6（b）のアナログ機では同る必要がある．

じ RBW を用いているにもかかわらず，AM 側波帯がRBW のすそ野に埋もれ，信号を検出できないことが分

3.3 ミクサの入力レベル3.2 で最大のダイナミックレンジを得るにはミクサが44

かる．この場合，更に RBW を絞る必要があり，掃引
速度はますます遅くなる．
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reports and Comments

解説［用語解説］・ダイナミックレンジ：ダイナミックレンジは多くの意味で使われるが，ここではミクサがひずむことなく同時に測定可能な二つの入力信号レベル（大信号と小信号）の最大比を指す．

文 献（a）ディジタル IF 機（Agilent N9020A）（b）アナログ IF 機（Agilent 8563EC）
図6

ディジタル・アナログフィルタ機による AM 信号解析

4. む す び［1］ L. コーエン（著），吉川 昭，佐藤俊輔（訳），時間−
周波数変換，朝倉書店，1998.
［2］ R.A. ウィッテ（著），小畑喜一（監訳），竹田輝夫，
荒井信隆（訳），スペクトラム／ネットワーク・アナ
ライザ：理論と計測，トッパン，1993.
［3］ スペクトラム解析の基礎，Application Note 150, Agilent
Technologies, 2005.
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-0292JAJP.
pdf［4］ 総務省，無線設備規則別表第 3 号
http://www.tele.soumu.go.jp/resource/j/others/spurious/
ﬁles/siryo002.pdf［5］ 高橋朋仁，スペクトラムアナライザ入門，CQ 出版，2006．
［6］ RF およびマイクロ波の雑音指数測定の基礎，Application
Note 57-1, Agilent Technologies, 2000.
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-8255J.pdf［7］ Agilent 856xE/EC スペクトラムアナライザから Agilent X
シリーズ・シグナルアナライザに移行する 7 つの理由，
Agilent Technologies, 2005．
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-9356JAJP.
pdf

本稿では，掃引同調型，FFT 型，マルチプルフィル
タ型スペクトラムアナライザの基本的な原理，及び性能について解説した．スペクトラムアナライザはディジタ
ル IF へ進化することで，アナログ IF 機では実現できな
か った測定確度とスピードを実現したが，依然としてRF ブロックにはミクサや LO などのアナログコンポー
ネントが存在し，位相雑音やミクサの飽和など，測定誤

佐久間洋
平 8 早 大・ 理 工・ 電 子 通 信 卒． 同 年
日本ヒューレットパッカード株式会社（現アジレント・テクノロジー株式会社）入社，
現在電子計測本部 アプリケー
ション・エンジニアリング部．

差となる要因が含まれている．そのため，機器がディジタル化してもなお基本的な動作原理を押さえておくことは非常に重要である．なお，本稿では動作原理の概要や代表的なスペックの解説に留めているため，更なる詳細

連載企画については文献［3］を参照されたい．
本稿によって，周波数領域での解析の重要性，及び機器選定の上でのポイントを理解するための一助になれば幸いである．
解説：周波数領域の信号計測技術 スペクトラムアナライザ編

45

WWW ページが見えるしくみ名古屋工業大学

菅原真司
Shinji Sugawara

HTTP のような通信の取決めのことをプロトコルといいま

まえがき

すが，HTTP は，主に WWW 上の文書をコンピュータ間

インターネット上で提供されるサービスの中で，一番で転送するのに利用される代表的なプロトコルです．

の人気は何といっても世の中の様々な Web サイトを閲覧

スキーム名はコロン「:」で区切られ，その後にオーソリティ

できる WWW（ワールドワイドウェブ）ではないでしょと呼ばれる部分の開始を表す「//」が来ます．オーソリティ

うか．少し意外ですが，このしくみはもともとスイスにというのは，多くの場合アクセスしようとしている文書を持ある国際研究機関の CERN（欧州原子核研究機構：セルン）つサーバ（情報を提供しているコンピュータ）のインターネッ

で，研究のための文献をヨーロッパに散らばる研究者間

ト上での住所を含んだ名前になります．更に，もっと詳しくで共有するための文書管理システムとして作られました．

アクセスする文書の名前と場所を特定する必要があれば「/」

今回は少しだけ WWW の秘密に迫ってみましょう．

で区切って書き込みます．これをパスと呼びます．
以上のことをまとめると，図 1 の URL は，「www.ieice.

ハイパーリンクと URL

org というサーバの中にある jpn という場所の中の index.
html という文書を，HTTP というプロトコルで転送してね」

WWW の特徴として真っ先に挙げられるのは，ハイパーという意味になります．

リンクという考え方です．これは世界中に散らばっている文
書を互いに関連付けて，ある文書を読んでいるときに関連する別の文書が読みたくなったらそこから直接たどれるようなしくみです．まさに世界中の知識同士をつなげて，知識の蜘蛛の巣みたいにしてやろうというアイデアですね．WWW

HTTP の少しだけ詳しいしくみ
さて，それでは一体 HTTP とはどんな通信の取決めなのでしょうか．

は World Wide Web が語源で，「世界中に広がった蜘蛛の巣」

WWW のしくみは，お客さん（クライアント : client）と，のような意味ですが，皆さんも，Web ページ上のある部分をそのお客さんに奉仕する人（サーバ : server）の関係によクリックしたら別のサイトにジャンプするという経験を何度く似ています．このようなシステムのことをクライアントもされているでしょう．あれがハイパーリンクです．

サーバ型システムと呼んだりします．ユーザはインター

さて，このしくみをつくるには，何が必要でしょうか．一

ネット上で情報を提供する WWW サーバに対して欲しい

番基本的なことは，世界中のどこからでも，特定の文書（文文書を要求し，サーバはその要求に応じて，該当する文書

書に組み込まれた画像，音声情報なども含みます）を間違いを転送します．まさにクライアントとサーバの関係ですね．

なく指定することができる機能です．同じ指定をしても，時実は HTTP はこのような動作を実現してくれる手順で，基刻によって，場所によって，人によって，別の文書が取得さ本的な部分はとてもシンプルにできています．これを，図れてしまうのでは困ります．そうならないために，WWW で2 を使って説明しましょう．

は文書の場所の特定と取得方法をセットにした書式を使いまHTTP による WWW サーバとのやり取りは，前述の URL

す．これを URL（Uniform Resource Locator）といいます．これを，IE（Internet Explorer）や Safari，Firefox などのようなは一般には，後で説明する「スキーム名」と文書をしまってブラウザに指定した時点から始まります．このブラウザがある場所の具体的な名前の組合せから出来上がっています．

事実上，WWW システムのクライアント（Web クライアント）に相当します．Web クライアントは，URL の中からスキー

URL のしくみ

マ名を見て HTTP での通信であることを確認すると，同じ
URL 内に指定されている接続先サーバの名前を取り出しま図 1 を見て下さい．これは典型的な URL で，本会のトッす（手順①）．そのサーバの名前はインターネット上の住所

プページを指定しています．ここで，最初の「http」とも含んでいましたから，そのサーバへ接続して，転送していうのがスキーム名で，この場合は HTTP という通信の欲しい文書のリクエスト（HTTP リクエスト）を送信しま

取決めに従って文書にアクセスすることを表しています．

す（手順②）．このときに送られるメッセージが，図 3 になhttp :// www. ieice. org / jpn / index. html
スキーム名

オーソリティ
図1

46

URL の構成

パス

ります．これは先の図 1 の URL に対応したものです．
ここで，最初の GET というのは，メッセージのメソッドといわれる部分で，「文書を転送して下さい」という意味に
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Web クライアント

ステータス
説明句
バージョン コードWeb サーバ

HTTP/1.1 200 OK

ユーザが URL を指定

ヘッダ

接続先 Web サーバ名を取り出す（手順①）
Web サーバに HTTP
リクエストを送信（手順②）

空行（1 行）

クライアントからの HTTP
リクエストを受信（手順③）

ボディ（文書本体）

HTTP リクエストの解釈とHTTP レスポンスの作成（手順④）
Web サーバからの HTTP
レスポンスを受信（手順⑥）

HTTP レスポンスを送信（手順⑤）

図4

HTTP レスポンスの解釈
（手順⑦）
NO

HTTP レスポンス

書を取りに行くため，最初の手順①に戻ります．例えばある文書を転送してもらったら，その中には画像が何枚も含まれ必要な文書はそろった？

ていることになっていて，その画像データは別のファイルとYES

してサーバにしまってあることが分かったときなどが，これ終 了

図 2 HTTP プロトコル

GET / jpn / index. html HTTP/1.1
メソッド

リソース名
図3

バージョン

URL の構成に該当します．

HTTP の機能拡張
一つの文書に多くの画像が別ファイルとして埋め込まれているような場合，古いバージョンの HTTP では，上記のなります．その後には，転送を要求している文書の名前と，例のように，一つのファイルを転送してもらう度に手順①

その文書のサーバ上の格納場所を一度に表現した /jpn/index.

に戻り，最初からサーバへ接続し直す必要がありました．

html が並び，空白のあと，最後に，HTTP のバージョン情報

しかし，これではとても効率が悪いので，1 回の接続で，が続きます．図 3 の例では HTTP のバージョンは 1.1 になっ

幾つもの文書ファイルを続けて取り出せるように，機能のていますね．ここまでが Web クライアントの動作です．

拡張が行われました．この機能を，キープアライブ（keep

今度は上記のメッセージを受け取る Web サーバ側の動作

alive）と呼び，
HTTP/1.1 から利用できるようになりました．

を説明しましょう．メッセージを受信（図 2 手順③）した

また，同バージョンでは，リソース圧縮といって，gzip や

後，クライアントが要求してきた文書を準備（手順④）でき

compress などのファイル圧縮方式を使って文書のサイズをれば，返信（HTTP レスポンス）はとても簡単です（手順⑤）．

小さくして送信することで，通信帯域を節約することも可HTTP レスポンスの例を図 4 に示します．

能になりました．

まず 1 行目で HTTP のバージョンとステータスを送ります．
ステータスとはこの場合，「進行状況」や「状態」のことで，サーバがその時点でどういう状態にあるかを意味します．その状態はコード化して表現（3 けたの数字にしている）され

む

す

び

さて，WWW ページが見えるしくみについて，主に通ており，ステータスコードと呼ばれます．ステータスコード

信プロトコルの面から説明しましたが，いかがでしたでの後ろには，
その簡単な説明句が続きます．この例ではステー

しょうか？

タスコード 200 でリクエストが成功した（OK）ことを伝えできることならば，ページの記述に使用される HTML とています．ステータスコードの部分は，200 以外には，例えいう言語のことや，ショッピングサイトを利用したときに，

ば 301 Moved Permanently（文書のアドレスが恒久的に移動

以前に買い物かごに入れた商品をなぜかずっと覚えていてくしている），401 Unauthorized（認証が必要なので送れない），

れる不思議な機能に関係する「クッキー」という技術のから

404 Not Found（文書が見つからない）があります．

くりなどについてもお話しできるともっと楽しかったかもし

次に，2 行目からヘッダの部分になり，文書のタイプや，
応答日時などの細かな情報が複数行にわたって表示されまれません．でも，残念ながら紙面が尽きてしまいました．またいつかどこかでお話ししたいと思います．

す．そして最後にヘッダから 1 行空けてボディ部分として，クライアントの要求文書本体が続きます．
クライアントは，HTTPレスポンスを受け取り（図2手順⑥），
その内容を解釈します（手順⑦）．必要な文書がそろえばそれで手順は終了です．しかし，受け取った文書の中に更に別の文書を埋め込む必要があるような場合は継続して必要な文
子どもに教えたい通信のしくみ

文 献［1］ネットワークマガジン編集部編，すっきりわかった！
Web 技術，株式会社アスキー，2005.
［2］藤本 壱，これだけは知っておきたい Web アプリケー
ションの常識，技術評論社，2009．
47

解説論文

MATLAB/Simulink によるモデルベース
デザイン手法を用いた高速追随機能付き
OFDM 変復調システムの設計法
Design Method for OFDM MODEM System with Fast Tracking Function Based onModel Based Design Using MATLB/Simulink
松江英明†

Hideaki Matsue

†

大田健紘

†

Kenko Ota

†

平田幸広

†

Yukihiro Hirata

†

田邉 造

†

Nari Tanabe†

本論文では，MATLAB/Simulink の概要を解説し，通信システムの基本である
ディジタル変調方式について，そのモデル化例，変調スペクトル，アイパター
ン，信号空間配置図による表示例を示す．また，AWGN（Additive White Gaussian Noise，加法性白色ガウス雑音）
による符号誤り率特性のシミュレーション例とその結果を示す．次に，高速追随機能を有する OFDM（Orthogonal
Frequency Division Multiplexing，直交周波数分割多重方式）変復調システムを例に取り上げ，その設計に関して，
MATLAB/Simulink を用いてモデル化し基本動作を確認するデバッグ例について解説する．最後に，機能モジュールの最終ターゲットとして，FPGA（Field Programmable Gate Array，プログラム可能なゲートアレー）を選定し，実ハー
ドウェア開発環境について解説し，実現した特性を紹介する．そして，モデルベースデザイン手法における今後の課
題について述べる．
MATLAB/Simulink，Model Based Design，OFDM，Fast Tracking，FPGAを用いてアイデアを効率的に具現化するための手法につ1. ま え が きいて具体的に解説する．
MATLAB/Simulink は全世界で 100 万人以上の研究開

移動通信技術の進展は目覚ましくそのスピードも年々発者に使用され，国内においても，通信領域を始め，自動増しており，2009 年 7 月から商用サービスが開始され車，エレクトロニクス，航空宇宙などの幅広い分野で使わた WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave

れている［8］〜［11］．MATLAB/Simulink はモデルベー

Access，世界的に相互接続可能なマイクロ波アクセスシス設計のための対話型開発環境を提供し，ブロック線図

ステム）［1］〜［4］，10 月から開始された XGP（eXtended

により機能を具現化し，時間領域，周波数領域，信号ベク

Global Platform，拡張されたグローバルなプラットホー

トル空間領域などのモニタリング機能に優れ，基本的なム），及び研究開発中の LTE（Long Term Evolution，次動作検証が容易であり，システムデバッグの効率化に大き世代携帯電話システム）などは大変注目されている［5］，く寄与している．特に，通信システムのような比較的大規［6］．このように，技術が高度化，多様化している状況

模なものを扱う場合には，その特長が十分生かされる．更

下では研究開発にかけるコスト，期間は低廉化，短縮化に，MATLAB/Simulink 上で論理動作が検証された後は，がますます強いられている．

機能モジュールの最終ターゲットまでのプロセスが自動

本論文では，無線通信システムの研究開発において，化されつつある．例えば，
FPGA 化までのプロセスとして，

シミュレーションソフトウェア MATLAB/Simulink［7］HDL 言語（Hardware Description Language，FPGA など† 諏訪東京理科大学，茅野市
T
 okyo University of Science, SUWA, Chino-shi, 391-0292 Japan

48の記述言語）の生成，ターゲットに依存した配置配線化及びローディングが完全自動化されることになる．実時間
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

動作によるデバッグにより不具合が発見されると，再び，列演算を直接行うことができる．更には，複素数の定義

MATLAB/Simulink 上のモデルに戻って修正することで，及び演算も実数の場合と同様に行えるため，通信システ

一環した開発環境を得ることができる．

ムのように複素信号を扱う場合に MATLAB を用いるの

本論文では， 初めに，MATLAB/Simulink の概要をは非常に効果的である．

解説し，通信システムの基本であるディジタル変調方

ここでは，通信分野の Toolbox である Communications式について，そのモデル化例，変調スペクトル，アイ

Toolbox を使った簡単なディジタル変調の例を示す．例

パターン，信号空間配置図による表示例を示す．また，では，変復調方式として 16QAM を用いており，通信路

AWGN による符号誤り率特性のシミュレーション例と，

は AWGN としている．MATLAB のコマンドウィンド

その結果を示す．

ウに以下のコマンドを順に入力する．

次に，通信システムへの適用例として，次世代移動通

るまでのプロセスと，得られた特性を紹介する．その結>> M = 16;>> Fd = 1;>> Fs = 3;>> x = randint（100,1,M）;>> y = dmodce（x,Fd,Fs,'qam',M）;>> ynoisy = y + 0.05*randn（300,1） + ...
>> 0.05*j*randn（300,1）;>> scatterplot（ynoisy,1,0,'b.'）;>> z = ddemodce（ynoisy,Fd,Fs,'qam',M）;>> s = symerr（x,z）

果，アイデアを機能モジュールの最終ターゲットにする

変数 M は信号点数，Fd は送信信号の 1 秒当りのサンまで，効率的かつ短期間に実現できることにより，モデ

プル点数，Fs は変調信号の 1 秒当りのサンプル点数を

ルベースデザイン手法の有効性を示すとともに今後の課表している．次に，randint 関数を用いてランダムな送信

題について述べる．

信号（0 〜 15 の 16 レベル）を 100 点生成する．そして，

信において不可欠な OFDM 変復調技術について，初期
等化した後，伝搬路の高速変動に追随可能な機能を実装
し，MATLAB/Simulink によりモデル化し基本動作を確認する．
最後に， 機能モジュ ールの最終ターゲットとして，
FPGA を選定し，FPGA 化して実時間動作環境を実現す

dmodce 関数により変調信号を生成する．この例の場合，
16QAM を用いている．変調信号 y の実部と虚部それぞ［7］

2. MATLAB/Simulinkの概要

れに，正規乱数を randn 関数により付加している．そして，受信信号のスキャタプロットを表示し，ddemodce

2.1 MATLAB の概要
MATLAB は，MATLAB プロダクトファミリの中心関数により復調する．最後に symerr 関数を用いて符号誤り率を計算している．

に位置しており，すべてのツールを利用するために必須

以上の例のように，一つのコマンドで変復調やスキャである．2.2 で紹介する Simulink も MATLAB 上で動作

タプロットの表示などを行えるため，MATLAB を用いするツールの一つである．

ることで大幅に開発を効率化でき，要求される開発期間

MATLAB は，C 言語のようなコンパイル型言語ではの短縮化に対応できる．

なく，インタプリタ型言語であり，対話型のプログラム
環境を提供している．また，MATLAB は標準で行列計

2.2 Simulink の概要

算，ベクトル演算，グラフ化などの豊富な関数群を持っSimulink とは，動的なシステムをモデル化，シミュており，C 言語や FORTRAN などの従来のプログラミン

レーション及び解析を行うモデルベースのシミュレー

グ言語よりも短時間で科学技術計算を行うプログラムをションツールである．ブロック線図によりシステムをモ作ることができる．更には，Toolbox と呼ばれる関数群

デル化し，そのブロックに基づいてシミュレーションをを使用することにより，特定の専門分野の問題を効率良行う．

く解決することができる．Toolbox は，通信，信号処理，統計，制御など多岐にわたって用意されている．
MATLAB が扱う基本のデータ構造は行列であり，行

Simulink を起動するには MATLAB のプロンプトに>> simulink

解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

49

③ 通信路：Channels ライブラリの AWGN Channel④ フィルタ：Comm Filters ライブラリの Raised Cosine
Transmit Filter⑤

スコープ：Comm Sinks ライブラリの Discrete-

Time Eye Diagram Scope，Discrete-Time Scatter
Plot Scope 及 び Signal Processing Blockset の Signal
Processing Sinks ライブラリの Spectrum Scope
これらのブロックをモデルウィンドウに配置し，各ブロック間を結線した図を図 2 に示す．

図 1 Simulink ライブラリブラウザ（左：Simulink 起動直後，右：Commonly Used Blocks を選択）と入力する．すると，図 1 の左図に示す Simulink ライ
ブラリブラウザが開く．
Simulink ライブラリブラウザの左ペインに，Simulink
で使用可能なブロックのライブラリが表示されている．
Commonly Used Blocks を選択すると，図 1 の右図のように，右ペインに選択されたライブラリに格納されているブロックが表示される．Commonly Used Blocks には
特に使用頻度の高いブロックが格納されている．このよ
うに Simulink では必要に応じたライブラリを選択し，そ

図２

QPSK シミュレーションモデル

の中に格納されているブロックを使用してブロック線図（2）ブロックパラメータの設定：モデルが作成できたらを作成する．

次は，各ブロックのパラメータを設定する．ブロックの本節では，通信システムの基本であるディジタル変調

上でダブルクリックをすると，ブロックパラメータと呼方式について二つのシミュレーションを行うモデルを例

ばれるダイアログボックスが表示され，パラメータを変に，Simulink を用いたモデル化について説明する［12］．

更できるようになる．図 3 には AWGN Channel ブロッ

例１：QPSK ベースバンドシミュレーション

クのパラメータを示している．

QPSK ベースバンド通信系を構築し，アイパターン，① 信号源：送信信号は 4 値にディジタル化されたも変調スペクトル，信号空間配置を観測するシミュレーのとし，Random Integer Generator の M-ary number

ションを行う．シミュレートする通信系は，変調方式はQPSK，通信路は AWGN（Eb/No ＝100 dB），符号間干渉を抑制するために，フィルタはレイズドコサインフィルタ（ロールオフファクタ：0.5）を用いて構築される．
（1）モデルの構築：この例では，主に通信にかかわる
Communications Blockset の中からライブラリを選択する．
①

信 号 源：Comm Sources/Random Data Sources
ライブラリの Random Integer Generator② 変調方式：Modulation/Digital Baseband Modulation/
AM ライブラリの Rectangular QAM Modulator Baseband50

図3

ブロックパラメータ

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

まず，図 4 に信号空間配置図を示す．

に 4 を設定する．
②

変調方式：QAM Modulator Baseband も 同様 に

次に，レイズドコサインフィルタの有無によるアイパ

M-ary number に 4 を設定し，QPSK を用いる．

ターン及び，変調スペクトルの違いを比較した図を図 5③ 通信路：AWGN Channel の Eb/No に 100 を 設定に示す．図 5 より，レイズドコサインフィルタを用いる

し，雑音がほとんどない通信路として扱う．
④ フィルタ：Raised Cosine Transmit Filter の Filter

ことにより変調スペクトルが帯域制限され，また，符号間干渉が抑制されたアイパターンの実現が確認できる．

type はノーマルを選択し，Rolloff factor に 0.5 を設定する． 更に，Input sampling mode は Samplebased を選択する．
⑤ スコープ：・Discrete-Time Eye Diagram Scope の Plotting
Properties タブ中の Samples per symbol には 8 を，
Symbols per trace に は 3 を，Traces displayed には 200 を設定した．
・Discrete-Time Scatter Plot Scope の Plotting
Properties タブ中の Samples per symbol には 8 を，
Points displayed には 100 を，New points per displayにも 100 を設定した．
・Spectrum Scope の Scope Properties タ ブ 中 のBuffer input にチェックを入れ，バッファサイズに 512，Buffer overlap に 256，そして Number ofspectral averages に 16 を設定した．

図5

その他パラメータについては，デフォルトのものを用

アイパターン（上図）及び変調スペクトル（下図）（左：フィルタあり，右：フィルタなし）

例 2：QAM 符号誤り率（BER）特性のシミュレーション

いている．
（3）シミュレーションの実行：ブロックパラメータの設こ の 例 で は，MATLAB の M −フ ァ イ ル か ら パ ラ

定を行い，その後シミュレーションを行う．図 2 のモデ

メータを与え， ブロックパラメータを変化させながルには 3 個のスコープが配置されており，シミュレー

らシミュレーションを実施する．シミュレートする通ションの状況を逐次表示できる．図 2 の場合，アイパ

信系は， 変復調方式は {16, 64, 256}-QAM，通信路はターンと変調スペクトル，信号空間配置が表示される．

AWGN（Eb /No：可変）であり，信号点数及び 1 bit 当りのエネルギー対雑音電力密度比（Eb /No）は M −ファイルから与える．
（1）モデルの構築：前例と同様に Communications Blocksetを用いる．
①

信 号 源：Comm Sources/Random Data Sources
ライブラリの Bernoulli Binary Generator② 変調方式：Modulation/Digital Baseband Modulation/
AM ライブラリの Rectangular QAM Modulator Baseband③ 通信路：Channels ライブラリの AWGN Channel④ 復調方式：Modulation/Digital Baseband Modulation/
AM ラ イ ブ ラ リ の Rectangular QAM Demodulator
図4

信号空間配置図

Baseband

解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

51

⑤ 符号誤り率計算：Comm Sinks ライブラリの Error

その他パラメータについては，デフォルトのものを用いている．

Rate Calculation⑥ ワークスペースへ保存：Simulink ライブラリの（3）M －ファイルの作成：次に，このシミュレーションを行うための M −ファイルの一部を示す．QAM の信号

To Workspace
図 6 に QAM 符号誤り率特性のシミュレーションモデ
ルを示す．

点の数と Eb/No の値を変化させながら，ビット誤り率を計算する．また，近似理論式により QAM の BER 特性も計算する．

図6

QAM 符号誤り率特性のシミュレーションモデル

（2）ブロックパラメータの設定：次に，各ブロックのパ
ラメータ設定について説明する．
① 信号源：送信信号はランダムな 0/1 のものとし，乱数の初期シードは randseed 関数により設定し，信号の出力はフレームベースとする．また，サンプ
ル時間及び 1 フレーム当りのサンプル数について
は，信号点数により変化するものとし，それぞれ

EbNodBvec=[6:2:12;6:3:16;6:5:21];%EbNo(dB) 行列
M_vec=[16 64 256];% 信号点の数
BER_vec=[];% シミュレーション結果を保存する
for m=1:length(M_vec)
EbNodB=EbNodBvec(m,:);for n=1:length(EbNodB)
EbNo=EbNodB(n);%EbNo の設定
M=M_vec(m);%M の設定sim( qam_ber )%Simulink モデルの呼出
BER_vec(m,n)=BER(1);end
end
EbNodB1=6:1:22;% in Decibel
EbNo1=10.^(EbNodB1/10); % in Linear% 16QAM %qam16=(3/8).*erfc(sqrt((2/5).*EbNo1))(9/64).*erfc(sqrt((2/5).*EbNo1)).^2;% 64QAM %qam64=(7/24).*erfc(sqrt((1/7).*EbNo1))(49/384).*erfc(sqrt((1/7).*EbNo1)).^2;% 256QAM %qam256=(15/64).*erfc(sqrt((4/85).*EbNo1))(225/2048).*erfc(sqrt((4/85).*EbNo1)).^2;−6

10 log（M）
及び 100 log （ただし，22 M）と設定した．
変数 M は信号点数を表しており，M −ファイルによ（4） シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 実行： 最後 に，16QAM，り与えられる．

64QAM 及び 256QAM について誤り率特性をシミュレー②及び④ 変復調方式：変復調方式は，M-ary numberに M を設定し，M −ファイルより 16, 64, 256 を与える．また，入力（出力）タイプには Bit，Constellation
ordering に は グ レ イ ，Normalization method に は
Average Power を設定する．
③ 通信路： 初期シードは randseed 関数により設定
し，
Eb /N（dB）には，変数名 EbNo を設定し，
M −ファoイルより値を与える．
⑤ 符号誤り率計算：Output data を Port に設定し，シミュレーションの停止条件をエラーが 100 を超える，
もしくはシンボル数が 10 を超えた場合に設定する．
6⑥ ワークスペースへ保存：変数名を BER とし，データ点の限界を 1，保存フォーマットを配列とする．
52

図 7 符号誤り率特性のシミュレーション結果（実線は理論値，マーカはシミュレーション値）

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

ションした結果を示す．図 7 はワークスペースに保存さすなわち，dk は，複素データシンボル cl（＝al ＋ jbl）

れたシミュレーション結果，及び近似理論式により BER

を IFFT したものである．ただし，k は 1 OFDM シンボ

特性を計算したものを基に MATLAB 上のグラフィック

ル内での標本点を表しており，k＝0, 1, …, N−1 である．

関数を用いて描いたものである．グラフの横軸は Eb /No，

時間的に連続なデータ列に拡張するため OFDM シンボ

縦軸は BER である．理論値とシミュレーション結果はル m 内の l 番目のサブキャリヤの複素データシンボルをよく一致していることが分かる．

（m,cl）とすると，一般的に送信信号 sconti（t）はN−1（t）sconti＝Re

3. 高速追随機能付き OFDM 変復調方式と（
c m, l）e j 2πlf（t−mTs）e j 2π f t
c

0

（3）

l＝0

と表せる．ただし，Ts ＝Tg ＋1/f0 であり，Tg は GI 長であモデル化手法についてる．しかし，説明を簡単にするため，時間的に連続なデー
3.1 変 調 器

タ列に拡張する前の送信信号 （t）
s

基本的な OFDM 変調器の構成を図 8 に示す． 入力
データを直列−並列変換し， 一次変調として 16QAMにマッピングされる． その出力を IFFT（Inverse Fast

N−1

（
s t）
＝Re

（4）

cl e j 2π lf te j 2π f t
c

0

l＝0

を 3.2 では用いる．
Bp13-M̲HD03

Fourier Transform，逆高速フーリエ変換）回路に通すことで周波数間隔 f0，N 波の変調信号を周波数軸上に多重3.2 復調器

できマルチキャリヤ変調を実現する．その後，GI（Guard

受信信号は LPF（Low Pass Filter，低域フィルタ）に通
c m, l）e j2 lf （t−mTs）
sconti（t）＝Re （され，標本化した後FFT（Fast
Fourier Transform，高速
Bp13-M̲HD04

Interval，ガードインタバル）を付加（図 9）し，D-A 変換
し，無線周波数 fc に変換して送信信号 （t）
sを得る．マル
チキャリヤ変調ベースバンド信号 B（t）は式（1）となる．

同相成分を得るために受信信号 （s t）に，cos 2π f c t を

l＝0

（1）

cl e j2π lf t＝d（t）0

l＝0

とおく．d（t）を 1/（Nf 0）の間隔で標本化した標本値は
dk＝d

0

掛け
（
s t）cos 2π fc t
＝

GI
GI

N−1
l＝0

0

付加 付加

ＩＦＦＩ
ＴＦＦＴ

……

……

S→P

……

S→P

……

入力
データ列

k
（2
（lk/
（Nf ））
j π /N） lk
） （2）
＝ c（
＝ cl e j2π f
l e
Nf0
l＝0
l＝0
一次変一
調次変調

入力
データ列

N−1

N−1

こでは原理を説明するために理想的な伝送路を想定して
0）cos 2 π lf0t＋j sin 2π lf0t）（t）B＝ （al＋jbl（＝

フーリエ変換）により分波され復調される．ただし，こc m, l）e j2 lf （t−mTs）
おり，送信信号と受信信号は同じものとする．
sconti（t）
＝Re （

N−1

N−1

0

al
｛cos2 π（lf0＋2 fc）t＋cos2π lf0 t ｝
2bl− ｛sin2π（lf0＋2 fc）t＋sin2π lf0 t ｝
2（5）とする．式（5）の定数 1/2 を除き，LPF に通し

D-A

N−1

D-A

（al cos2 π lf0t−bl sin2π lf0t）

fc

Bp13-M̲HD01

fc

（6）

l＝0

とおく．また直交成分を得るために受信信号 s（ t）に，
−sin 2π f c t を掛けBp13-M̲HD05（s （t）−sin2π fc t）

図 8 Bp13-M̲HD02
OFDM 変調器の構成

N−1＝

Bp13-M̲HD06

1 /f0
GI
GI

al
− ｛sin2 π（lf0＋2fc）t−sin2π lf0 t ｝
2
l＝0

コピー

1 /f0

Tg

コピー

Ts
＝1 /f0＋Tg

Tg

図9

Ts
/f0＋Tg
＝1
GI
の付加

bl
− ｛cos2π（lf0＋2fc）t−cos2 π lf0 t ｝
2（7）とする．式（7）の定数 1/2 を除き，LPF に通し
N−1

N−1

l＝0

l＝0

（t）
＝ πclfl0et＋bl＝d（t）
π lf0t）
a＝cos2
SQ t SI （l sin2j2π lf0t

解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

Bp13-M̲HD07

（8）

53

とおく．S（t）を実部，S（t）を虚部として複素信号を生IQ制御）制御を行っている． t6 〜 t10 で AFC（Automatic

成するとFrequency Control，自動周波数制御）の粗調整と OFDM
N−1

フレームのタイミング検出を行う．次にトレーニング信l＝0

号 2 により AFC の微調整を行っている［15］〜［17］．

（al＋jbl（）cos2 π lf0t＋jsin2π lf0t）

SI t ＋jSQ t

N−1

＝

（9）

cl e j2π lf t d（t）0

l＝0

また，FFT により分波された後の各波は振幅，位相を調整するための伝送路推定，等化に用いられる［18］〜となる．d（t）を 1/（Nf 0）の標本化間隔で 1 OFDM シンボ［20］．等化された各波の変調信号は伝搬路変動に追随

ル長にわたって N 個の標本をとるとして補正する追随制御部を経て一次復調回路で同期検波

N−1k（lk/N）＝ cl e j2π＝dk （k＝0, 1, …, N−1）
Nf0
l＝0

d

（10）

（1）AGC
伝送路で発生するマルチパスフェージングにより受信レベルは大きく減衰，変動するため，このレベルをほぼ一

これを，FFT することにより
cl＝され復調データを得る．

N−1

Bp13-M̲HD091−j（2π /N） kl
）
d（
k e
N k＝0

（11）

定にする必要がある．したがって AGC ではトレーニング
信号 1 について 5 シンボルまでを移動平均して利得を決となって c（l l ＝ 0, 1, …, N−1）という複素データシンボ

定している．サンプリングされた i 番目のトレーニング信Bp13-M̲HD10
ルを取り出すことができる．

号 1 の受信ベースバンド信号を B（k/
）
＝d（k/
）
i （Nf 0）i （Nf 0）OFDM 復調器の構成を図 10 に示す．復調器では，タイミング同期や周波数同期の処理を行っている．そのために，既知信号であるトレーニング信号をデータと一緒にとすると，利得は
1

G＝5 （N/4）−1

送信している．今回，無線 LAN 規格である IEEE802.11a

i＝1

k＝0

のトレーニング信号配置を採用している．トレーニングと表すことができる．

信号の構成を図 11 に示す［13］，［14］．トレーニング信（2）AFC

Bp13-M̲HD11

（12）

2

k
Bi
Nf0

号 1 は OFDM シンボル 1/f 0 の 1/4 の長さに選定し，こ送受信機の搬送波周波数差が存在すると，サブキャリ

れが 10 個分繰り返されている．トレーニング信号 1 がヤ間の直交条件が崩れてサブキャリヤ間干渉を引き起こ

終わるとトレーニング信号 2 が始まる．トレーニング

すため，受信特性が大きく劣化する．OFDM 復調器で信号 2 は 1/f 0 の長さのものが二つ連続している．

はキャリヤ周波数差の補正を高精度に行うことが重要と

Bp13-M̲HD12

なる．最大周波数差±20 ppm 程度が存在する場合，例え号の検出と AGC（Automatic Gain Control， 自動利得

ば，2.5 GHz では送受信双方の局部発振器を考慮すると

タイミング
検出

一次復調
一次復調

追随制御
追随制御

等化処理
等化処理

除去

GI

ＦＦＴ ＦＦＴ

除去

図 10

微調ＡＦ
微Ｃ
調ＡＦＣ

A-D

粗調ＡＦ
粗Ｃ
調ＡＦＣ

×

A-D

ＡＧＣ ＡＧＣ

×

タイミング
検出 GI

P→S

データ出
デ力
ータ出力

トレーニング信号 1 の先頭 t1 〜 t5 を用いて受信信P→S

復調器の基本構成

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 GI×2
0.8 µ s1.6 µ s3.2 µ st1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 GI×2
トレーニング信号 1
トレーニング信号 2GI
0.8 µ s1.6 µ s3.2 µ s
トレーニング信号1
トレーニング信号 2
GI
図 11 トレーニング信号の構成

54

最大で±100 kHz の周波数差を補正する必要がある．
AFC の構成図を図 12 に示す．AFC はトレーニング信号 1 の 1 シンボル分を時間シフトし，その共役複素数を掛け合わせることで周波数差を検出する．また，トレー
ニング信号 1 とトレーニング信号 2 はシンボル時間の長受信ベースバンド信号

1
4 f0

＊
（ ）

×

1/（4f0）
0

tan−1
積分器
NCO

×
図 12 粗調 AFC の構成図
（NCO は Numerical Controlled Oscillator を表す )通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

さが違うため検出できる周波数差と制御精度が異なる．

τ

ここでは，一般的な受信ベースバンド信号を用い
N−1

Bconti（t）＝（
c m, l）e（13）

j2πlf（t0 −mTs） j2π∆ ft

e

TR1

N
−1
4

×

TR1

τ

N
−2
4

l＝0

× ………TR1（0） ×＋とする．ここで，Δ f は送受信ローカル発振器の周波数差絶対値を示す．粗調 AFC では，Bconti（t）を 1/（4 f 0）遅延させ
Bconti t−
N−1

1
4 f0

図 13

0

l＝0
N−1

0

0

0

よりトレーニング信号 1 が終了するタイミングを検出す0

る．サンプリングした受信ベースバンド信号を

l＝0

） l）
c2f m,
et）
B＝B＝Re
conti（（t）
e−jπ∆ f /（（conti
0

j2 lf0 （t−mTs）（14）

共役複素数をとって，Bconti（t）と乗算すると（t）
B*conti t−
Bconti2
1（t） e jπ∆ f/（2 f ）＝ Bconti
4 f0
0

（15）

1/
（4 f 0）区間移動平均をとり，その値の偏角を求めるため
Bp13-M̲HD14−1

tan をとりArg

mTs＋1/（4 f0）
mTs（t）B*conti t−
Bconti

タイミング検出回路構成図

よって影響を受けてしまうため，フィルタリング処理に（
c m, l）
e j2πlf（t−mTs）e j2π∆ft e−jπ∆ f /（2 f ）

＝

レベル
判定

相関ピーク出力は，マルチパスフェージングや雑音に（
c m,Bp13-M̲HD13l）e j2πlf（t−mTs−1/（4 f ））e j2π∆ f（t−1/（4 f ））

＝

τ

π∆ f
1
＝
（16）
4 f0 dt
2 f0となる．雑音の影響を軽減するために積分器を通し，逆
Bp13-M̲HD15

B

k
Nf0

N
k＝0,1,…, −14とすると，相関出力は
（N/4）
−1

Dk＝

i＝0

（i）B
TR1

k−i
Nf0

N
k＝0,1,…, −1 （19）4となり，相関値の絶対値をとりピーク検出を行う．
（N/4）
−1

｜Dk｜＝

k−i
TR1（i）B
Nf0
i＝0

N
k＝0,1,…, −1 （20）4方向の回転を得る数値制御発振器（NCO）の出力信号を（4）チャネル推定・等化

受信入力信号に掛けることで受信信号の周波数補正が可能となる．ただし，偏角は−π から π で検出が可能であFFT により各波に分波した後，既知のトレーニング信Bp13-M̲HD19
Bp13-M̲HD19
号 2 を用いて伝送路推定し，等化している．伝送路で発り，それ以上の場合は正確な検出ができない．検出でき生するマルチパスフェージングの遅延時間の広がりに比る範囲はべ GI 長が大きい場合，FFT 後の複素データシンボルを−π <Bp13-M̲HD16

π ∆f< π → −2 f0 < ∆ f < 2 f0
2 f0

（17）

R
（m, l）とすると

Bp13-M̲HD19R（m, l）＝H（m, l）
・C（m, l）＋n（m, l）（21）と表される．ここで，m は OFDM シンボル番号，l はとなる．
粗調 AFC の後，更にトレーニング信号 2 を用いて微サブキャリヤ番号を表し，H（m, l）は伝送路の伝達関数，

調 AFC 回路を通す．微調 AFC ではそのシンボル時間がC（m, l）は送信データシンボル，そして n（m, l）は付加雑

1/f 0 なので音である．C（mを送信パイロットシンボル，R（m
p
p, l）
p
p, l）

−π < 2π∆ff0f0<π → − < ∆f <
2
2
f0

（18）

の範囲で周波数差を検出できる．
（3）タイミング検出

Bp13-M̲HD17

受信側では，OFDM シンボルタイミングを検出しなければならない．その方法は，GI の繰返しを利用する方を受信パイロットシンボル，mp をパイロットシンボル番＾
号として伝送路の伝達関数の推定値 H（mp, l）はR（C（n mp, l）
p mp, l）
p mp, l） （＾H（mp, l）＋＝
＝H（mp, l）
C（p mp, l）

（mp, l）＋＝HC（
p mp, l） C（p mp, l）（
n mp, l）
C（
p mp, l）

（22）

法も考えられるが，今回，トレーニング信号 1 の繰返しとなり，付加雑音の影響を受けている．推定した伝達関信号を用いて相関処理を行い，ピーク値を検出してタイ数を用いて複素データシンボル R（m, l）を等化するとミング検出をしている．その回路構成図を図 13 に示す．
解説論文：MATLAB/Simulink
によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法
Bp13-M̲HD18

55

CZF（m, l）＝

4 OFDM シンボルに
16 パイロットを配置

R（
p m, l）＾（mp, l）
H

（23）

となる．
（5）高速追随制御機能の概要［21］，［22］

種類について比較検討した．すべてのサブキャリヤにおけるデータシンボルに対して追随制御するためには，パ
時間（シンボル）：m
イロットシンボル間を周波数領域において補間する必要
1OFDM シンボルずつシフトするがある．補間アルゴリズムとしては，一次内挿，二次内初期等化した後，フェ ージング変動の大きい移動通挿などが考えられる．今回，パイロットシンボル以外の

信環境では，伝送路特性が変動するため，そのままでは周波数点については，図 15 に示す一次内挿法を用いて大きな符号誤り率特性の劣化になる．これまでにも高速推定した．

Bp13-M̲HD23
フェージングの変動に対して各種追随機能が検討されて振幅︵及び位相︶いるが［23］［，24］，今回，図 14 に示すようにインタリー
ブ状にパイロットシンボルを配置し，高速に変動する伝送路特性を正確に推定し，等化補正を行う高速追随制御
機能としてスキャッタードパイロットシンボル配置方式［21］，［22］を例として説明する．ここで，全パイロット

周波数

シンボルの数は一定の条件の下で，どのようなパイロッ
り求める．白色部分はデータシンボルを，また，青色（ア16 点の周波数から一次内挿する場合

図 15

トシンボル配置が最適であるかをシミュレーションによシミュレーション結果

310
.30

パイロットシンボルの配置方法として，1 シンボルご

1 スロット 4 パイロット配置
8 スロット 32 パイロット配置
4 スロット 16 パイロット配置
表 1 に計算機シミュレーション諸元を示す．
伝送路
理想的な追随制御とに 4 本のパイロットシンボルを周波数軸上に等間隔で特性として，ダイナミックに変動する
18 パス独立レイ−1

配置する方法を 1 スロット 4 パイロット配置と呼ぶこととする．同様に，図 14 のように時間軸上に 4 シンボ
ル分でトータル 4×4＝16 本のパイロットシンボルを配置する 4 スロット 16 パイロット配置，更には，時間軸上に 8 シンボル分でトータル 4×8＝32 本のパイロット

周波数：l

シンボルを配置する 8 スロット 32 パイロット配置の 3
データシンボル：C（m, l）
パイロットシンボル：C（p m, l）

追随制御なし（1）シミュレーションモデル

平均 BERミ掛け）部分はパイロットシンボルを表している．

10

リー指数減衰モデルを用いた．また，送受信機の周波数差として 100 kHz とした．
表1

−2

10

0

200

シミュレーション諸元400

OFDM シンボル長

600
fd（Hz）

800

64 サンプル

1,000

GI 長

16 サンプル

サブキャリヤ数52 波（データ：48 波）（パイロット：4 波）

一次変調方式

16QAM

チャネル特性

18 パス独立レイリー指数減衰
モデル（遅延は 18 サンプル）
初期周波数差は 100 kHz

トレーニング信号 1

16 サンプル ×10

トレーニング信号 2

64 サンプル × 2

1 パケット当りのデータ長64 OFDM シンボル

帯

域

20 MHzシミュレーションは上記伝搬路条件に対し AGC, AFC，
タイミング検出機能などの同期系を経て，初期等化された後に，追随制御なし，1 スロット 4 パイロット配置，44 OFDM シンボルに
16 パイロットを配置

スロット 16 パイロット配置，8 スロット 32 パイロット
配置の四つの追随制御方法について評価を行った．

1OFDM シンボルずつシフトする

図 14

56

時間（シンボル）：m

OFDM シンボルを用いて 16 点の周波数点を得る方法（2）シミュレーション結果
シミュレーションは平均 C/N を 30 dB に固定し，最大ドップラー周波数を変化させた．ドップラー周波数によW̲Bp̲KU8̲S

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010
振幅
︵

︶

Topics of Emerging Technologies

周波数

平均 BER100

1 スロット 4 パイロット配置
8 スロット 32 パイロット配置

追随制御なし4 スロット 16 パイロット配置
理想的な追随制御

は，周波数の点が少ないため内挿が十分でない．その結果，4 スロット 16 パイロット配置（図中 印）による方法が最も効果的であった．また，追随制御がない場合に比べ BER 特性を約 5 倍改善できた．

−1

10

今回の変復調モデルでは OFDM 部分に特化するため
誤り訂正機能は用いていない．そのため全体的に BER
特性としては高い値となっている．

−2

10

図 16

0

200

400

600
fd（Hz）

800

1,000

最大ドップラー周波数対 BER 特性（平均 C/N＝30 dB）

3.4 MATLAB/Simulink によるモデル化手法
以上のような OFDM 変復調システムを計算機シミュ

る BER 特性を図 16 に示す．2.5 GHz, 移動速度 120 km/h

レーション上に実現するために，MATLAB/Simulink ラまでを想定すると最大ドップラー 周波数は 280 Hz 程度

イブラリを用いてモデル化した例を図 17 に示す．変調となる．最大ドップラー周波数が増加するにつれ，BER

部（青色部分），マルチパス伝搬路（赤色部分）及び復調

特性が悪くなっている．理想的に追随制御されていれば部（黄色部分）から構成されている．各ブロックは最大

青色破線のようにドップラー 周波数が大きくな っても七重のサブブロックから構成されている．送受信機によBER 特性は劣化しないが，実際にはドップラー周波数のり生じる周波数オフセットについてはマルチパス伝搬路

増加とともに劣化していく．例えば 8 スロット 32 パイに付加している．また，復調部には，AGC，AFC，タ

ロット配置（図中×印）では，ドップラー周波数が小さ

イミング検出部などの同期系を含んでいる．FFT によりいときは，変動が緩やかなので精度良く内挿できる．し周波数領域において分波された後，各波ごとに初期等化

かし，ドップラー周波数が大きくなるとパイロットの数（Equalizer）された後，追随制御機能（Tracking）を通過し，は多い分，時間がかかるため BER 特性は劣化している．

一次復調器に入力され，出力データを得る．符号誤り率

1 スロット 4 パイロット配置（図中 印）で内挿したものを計算するために，送信データ系列と復調器出力データ

12µs

図 17

高速追随制御機能付き OFDM 変復調方式のモデル

解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

57

系列とを比較する BER ブロックを通している．

けしたものである．横軸は時間（s）（スケールは 200 μ s/

ここで，大規模な通信システムのデバッグに不可欠なdiv）であり，縦軸は電圧（V）である．1 バースト長が約

モニタリング機能を最大限に活用しており，送受信信号

200 μ s，4 バースト分を示していて，下段は初期等化のスペクトルのモニタ（ 図 18，上左： 送信信号スペクト

みの場合であり，各バーストの先頭部分では符号間干渉

ル，上右：受信信号スペクトル），復調器内において初のない信号であるが，後半部分になると伝搬特性の変化

期等化のみの場合と追随機能を付加した場合の信号空間により符号間干渉は次第に大きくなっている．

配置でモニタ（図 18，下左：初期等化のみ，下右：追随

一方，上段は追随制御機能付きであるため，バースト制御機能付き）している．スペクトルモニタから周波数の後半部分でも符号間干渉量を十分抑圧できていること

領域におけるマルチパスフェージングの動きがリアルタが分かる．

イムに可視化できる．信号空間配置からはリアルタイムにシステムの劣化状況が直接可視化できる．更に，符号誤り率に関して，総送信ビット数，符号誤り数，符号誤り率を，また，タイミング検出が正しく行われているかモニタしている．上記 3 種類のモニタ機能はシミュレー
ション中に常時観測可能であり，システム全体の動きが正常かどうかを判断するのに役立っている．また，個々のブロックのタイミングなどが正常かどうかを確認するために，必要箇所にタイムスコープを付加しモニタしている．このタイムスコープは，シミュレーション動作を停止し観測することができる．
図 19 に 2 現象タイムスコープによるモニタ例を示しており， 上段は追随制御機能付き， 下段は初期等化の図 19 16QAM 復調信号の同相成分（上段は追随制御機能付き，下段は初期等化のみ）（48 波の変調信号は色を変えている）

みの場合の 16QAM 復調信号の同相成分（4 値信号）である．また，色分けについてはデータ信号 48 波を色分

4. モデルベースデザイン手法による機能モジュールの最終ターゲットまでの開発の流れ

MATLAB/Simulink ソフトウェアの開発元である The
MathWorks 社では図 20 のようにモデルベースデザイン
によるシステムのモデル化から機能モジュ ールの最終ターゲットまでの開発，デバッグの流れを示している．
高速動作が必要な部分では，MATLAB/Simulink モデ
ルを基に，Simulink HDL Coder によりハードウェア記述
言語 HDL に自動翻訳し，最終的に FPGA 化，または更に ASIC（Application Speciﬁc Integrated Circuit，特定用
途向け集積回路）化される．一方，低速動作の機能については，Real-Time Workshop により C Code に自動変換され，ソフトウェア駆動，もしくは多少高速処理が必要な部分については DSP（Digital Signal Processor，ディジ
図 18 シミュレーション過程のモニタリング（上左：送信信号スペクトル，上右：受信信号スペクトル，
下左：初期等化のみの信号空間配置，
下右：追随制御機能付きの信号空間配置）

58

タルシグナルプロセッサ）化される．
3. で示した変復調システムでは，高速動作が要求されるため，機能モジュ ールの最終ターゲットとしては
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologies

なメインの FPGA である Xilinx 社製 Vertex-4（ロジッ
MATLAB & Simulink
System and Algorithm Design
Real-Time Workshop
Embedded CoderVerifyFPGA（14 bit，動作周波数：150 MHz）
×2，D-A 変換器（14 bit，びクロック分配用 FPGA から構成されている．この開発キットはホスト PC として標準の Windows PC（OS：Windows2000/XP）から駆動可能とな っている．今回，

HDL
DSP

作速度：500 MHz）を用いている．その他 A-D 変換器
動作周波数：150 MHz）×2， クロック信号発振器， 及Generate

VerifyGenerate
図 20

18 bit×8 bit が 192，I/O 数：448， 内部セ ル の最大動Simulink HDL Coder

C CoderMCU

クセル数：34,560，RAM メモリ：345 万 bit，乗算器：

ASIC

MATLAB/Simulink を用いたシステム開発の流れ

図 17 に示した高速追随機能付き OFDM 変復調システ
ムの MATLAB/Simulink ブロックのうち，開発キットのハードウェア規模の観点から一次変復調，二次変復調，
入力データ信号源発生器の部分に限定して FPGA 化を

FPGA または ASIC が想定されるが，今回は実験システ行った．

ムであることから FPGA を選択した．The MathWorks
社が提供する Simulink HDL Coder は，汎用性の高い一4.1 FPGA 開発設計ツールと必要なソフトウェア

部の Communications Blockset を除いて HDL 言語に完FPGA 開発設計ツ ー ル と し て 前述 の 米 Xilinx 社 と全自動翻訳可能とはなっていない．今回，図 17 におい

英 NALLATECH 社が共同開発した「XtremeDSP Kit forて使用した Simulink Communications Blockset のほとん

Vertex-4」を使用した．それに付随して必要となるソフト

どが自動化できない状況であった．そこで，MATLAB/

ウェアは，米国 Xilinx 社が開発した「System Generator for

Simulink で設計した機能ブロックを再度ハードウェア

DSP」［26］ と，「ISE（Integrated Software Environment，

記述言語に自動翻訳可能な機能ブロックを用いて書き換統合ソフトウェア環境）Foundation」［27］である．

える必要がある．どの機能ブロックを用いるかは機能モ
ジュールの最終ターゲットまでの開発環境とセットで選4.2 System GENERATOR for DSP によるモデル化

択する必要がある．開発キットとしては大規模な FPGA

System Generator for DSP は MATLAB/Simulink ラ イに加え DSP を組み合わせたもの，FPGA のみの比較的

ブラリ環境において，HDL 言語に変換するためのソフ

中小規模なものなどが市販されている．今回，開発コストウェアであり「Xilinx Blockset」を提供している．図

トの制限から FPGA のみの比較的中小規模な米国 Xilinx

22 に Xilinx Blockset が組み込まれたライブラリ（左）と社［25］と英国 NALLATECH 社が共同開発した FPGA

System Generator ブロック（右）を示す．図 22（左）のラ開発キット「Xtreme DSP Kit for Vertex-4」（図 21）を選定することとした．主な諸元として，ユーザが定義可能

図 21

XtremeDSP Kit for Vertex-4 の概観

図 22

FPGA 設計で用いる Xilinx Blockset（左）とSystem Generator for DSP ブロック（右）解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

59イブラリから Xilinx Blockset を用いて，System Generator

Xilinx Blockset によるモデル化が実現できれば，System

for DSP 上にモデル化することができる．

Generator for DSP を駆動して，HDL 言語に自動変換される．

3. で述べた高速追随機能付き OFDM 変復調システ
ムの同期系を除く OFDM 変復調部の基本部分の FPGA化を行うために，再び，System Generator for DSP が提4.3 ISE Foundation による FPGA の I/O ピン配置

供する「Xilinx Blockset」を用いてモデル化した．その配線及びビットファイルの書込みの実行

モデル化例を図 23 に示す．上部は変調器を，また，下ISE Foundation は Project Navigator 及 び FUSE（Field

部は復調部を示している．上段の変調部では PG（Pulse

Upgradable System Environment：フィールドアップグレー

Generator）部で PN（Pseudo random Noise）信号発生器

ド可能なシステム環境）という複数のソフトウェアからによりランダムデータ信号を発生させ，S to P 部でシリ成り立つ複合ソフトウェアである．Project Navigator をアルパラレル信号変換した後，QAM Mapper 部にて一用いて System Generator for DSP 上に構築された機能ブ次変調器で 48 の 16QAM 変調信号が生成される．そのロックに対して I/O 割当て，配置配線，ビットファイル

後，0 信号付加，必要な信号の並び換えを行って 64 のデータ（オブジェクトデータのこと）への変換を行うこ信号を生成した後，二次変調である IFFT に入力されマとができる．

ルチキャリヤ化される．その後，ガードインタバルを付次に，Project Navigator にて生成されたビットファイ

加し，OFDM 変調信号が生成される．一方，下段の復ルデータは FUSE を使用して，FPGA へ書き込むことが調部では，変調部で生成された実部，虚部の OFDM 信

できる．本開発キットとホスト PC の接続には USB ケー

号は，それぞれガードインタバルを除去した後，FFT にブルを用いる．キットへ転送するのは Project Navigatorより分波され， 信号を元の順番に戻し，0 信号を除去

にて生成されたビットファイルデータとクロック配分用

し，48 の 16QAM 信号 に 対 し て QAM Demapper に てのビットファイルデータである．

一次復調される．そして，P to S 部にてパラレル・ シ

Xtreme DSP Kit for Vertex-4 にはクロック分配用のリアル信号変換され出力データ信号を得る．この作業

FPGA が乗っているため，クロック配分用のビットファ

は Xilinx Blockset を用いて手作業で行う必要がある．

イルデータを転送する必要がある．これらを転送するこOut1
Subsystem
1

In1 Xk̲reRed
In1 Sig̲Out

S

Vdid1

Vdid0
Vdid1

p̲sel Vdid

Constant

Adder

P

PG

Xn̲re Xk̲re

Vdid1

Imer

送信部出力
実部

In1

Xn̲im Xk̲im

In1

Vdid1

Xk̲im

Xr

GI̲add̲J

Vdid1

送信部出力
虚部

Vdid1

Zero̲pad̲I

Vdid1

Xr

GI̲add̲R

Zero̲pad̲R

StoP

In1

Vdid0

IFFT

Vdid0
SystemGenerator
QAM̲Mapper

In1
In1

DAC1

Out1
S

DAC2

Zero̲del̲R
Out1

P

Vdid1
Vdid0
PtoS

Xk̲re Xn̲re

Vdid0
In2

Vdid0
In3

Out1

In2
In1

In2

GI̲del̲R

In1

In1
Xk̲im Xn̲im

In2

Out1

In2

GI̲del̲I

Zero̲del̲L
V̲out

Start

V̲out V̲in
Valid̲timing

受信部出力
QAM̲DeMapper

図 23

60

Out1

FFT

System Generator for DSP による OFDM 変復調器のモデル化例

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Topics of Emerging Technologiesとで，FPGA や A-D 変換器，D-A 変換器にクロックが後は，大規模な開発キットの調達を行って，今回実現で供給され，それぞれに分配される．

きなか った同期系，初期等化及び追随制御機能などのハードウェア化を目指す．

4.4 FPGA 化された OFDM 変復調器の基本特性
Xtreme DSP Kit for Vertex-4 上 に 実 現 し た OFDM
変復調器における変調出力時間波形を図 24 に示す．

5. む す び

MATLAB/Simulink 上では帯域 20 MHz, 基本周期は50 ns に設定したが，実ハードウェア上では動作余裕を考

本論文では，初めに，MATLAB/Simulink の概要を解慮して帯域 25 MHz，基本周期 40 ns に設定した．した

説し，通信システムの基本であるディジタル変調方式

がって，変調器出力の時間波形は FFT 数 64，16 サンプ

について，そのモデル化例，変調スペクトル，アイパ

ル GI が付加されて 80 サンプル信号となり，同図のよう

ターン，信号空間配置図による表示例を示した．また，に 1 OFDM シンボル周期は 3.2 μ s にな っていることがAWGN による符号誤り率特性のシミュレーション例及確認できた．また，変調部入力データ（すなわちパルス

びその結果を示した．

信号発生器の出力データ）と復調部出力データを比較し次に，高速追随機能を有する OFDM 変復調システム

たものを図 25 に示す．今回は変調部と復調部は直結さの設計に関して，MATLAB/Simulink によりモデル化しれているため一定の時間シフト以外全く同じ信号となっ基本動作を確認するデバッグ例について解説した．

ており変復調器が正常に動作していることが分かる．今最後に， 機能モジュ ールの最終ターゲットとして，
FPGA を選定し，実ハードウェア開発環境について解説
し，実現した特性例を紹介した．そして，現状では，論理検証として MATLAB/Simulink によるモデル化の後，機能モジュ ールの最終ターゲット用のハードウェア記
述言語に完全自動化がなされていないことを述べるとともに，今後，この論理検証から実ハードウェア化まで一貫した完全自動の開発環境の確立が重要であることを
述べた．

図 24

OFDM 変復調器における変調出力時間波形（横軸：500 ns/div）

謝 辞
今回使用したシミュレーションツールの調達には総務
省 戦略的研究開発推進制度（SCOPE）の一部援助を得て
行われた．

文 献

図 25 上 段：変調部入力データ信号
下段：復調部出力データ信号（横軸：200 ns/div）［1］ IEEE Std 802.16-2004, Part 16: Air Interface for FixedBroadband Wireless Access Systems, 2004.
［2］ IEEE Std 802.16e/D12, Part 16:Air Interface for
Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems,
Amendment for Physical and Medium Access Control
Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in
Licensed Bands, 2005.
［3］ 総務省， 2.5GHz 帯の周波数を使用する特定基地局の開設に関する指針案， July 2007.
［4］ 総務省， 2.5GHz 帯の周波数（固定系地域バンド）を使用する無線局の免許方針， July 2007.

解説論文：MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法

61

［5］ 日経コミュニケーション編，NGN 時代を勝ち抜く
新・モバイル革命のすべて，日経 BP 社，2007.
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Simulinkとモデルベース設計による2 足歩行ロボットシミュ
レーション，毎日コミュニケーションズ，2007.
［12］ MATLAB/Simulink 適用事例集 Vol.2 ―信号処理・通信・画像―，サイバネットシステム，2004．
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Access Control（MAC）and Physical Layer（PHY）
specifications: High-speed Physical Layer Extension in
the 5 GHz Band6, 1999．
［14］ IEEE Std 802.11g-2003, Part 11: Wireless LAN Medium
Access Control（MAC）and Physical Layer（PHY）
speciﬁcations: Amendment 4: Further Higher Data Rate
Extension in the 2.4 GHz Band, 2003．
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信学論（B），J-84-B, no. 11, pp.1909-1916, Nov. 2001.
［16］ 中 村 雄 一 郎 , 小 川 恭 孝 , 西 村 寿 彦 , 大 鐘 武 雄 ,MIMO-OFDM 空間多重システムにおけるチャネル及び周波数オフセットの推定 , 信学論（B），
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pp. 1813-1820, Sept. 2005.
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［23］ 伊丹 誠，山下真由美，桑原雅彦，伊藤紘二， ス
キャタードパイロットシンボルによる OFDM 信号

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htm（平成 21 年 8 月 25 日受付，11 月 4 日再受付）

松 江 英 明（正員）昭 53 電 通 大 卒， 同 年 電 々 公 社（ 現NTT）電気通信研究所入社．研究部長
を経て現在諏訪東理大教授．この間，ディジタル無線通信方式，ワイヤレス
アクセス方式の研究実用化，教育研究に従事．本会業績賞，論文賞，IEEE,
Best Paper Award など受賞．工博．

大 田 健 紘（正員）
平 20 同志社大大学院工学研究科知識工学専攻博士後期課程了．同年より
諏訪東京理科大学助教．この間，音声信号・音声言語処理，情報・通信の教育研究に従事．IEEE，日本音響学会，情報処理学会会員．IEEE, Best
Paper Award 受賞．工博．

平 田 幸 広（正員）昭 61 東 工 大・工・電子 物 理 卒． 平 3
同大学大学院博士課程修了 . 同年同大学精密工学研究所助手，平 5 東理大
諏訪短大講師，平 14 諏訪東理大講師，
この間，音声信号処理，バーチャルリ
アリティ，情報・通信の教育研究に従事．IEEE, Best Paper Award 受賞．工博．

田邉

造（正員）

平 11 福岡工大卒．平 13 中央大大学院
修士課程修了．平 17 東工大大学院博士課程了．同年東工大特別研究員．平18 諏訪東理大助手を経て現在同大講師．この間，画像・音響・通信に関するディジタル信号処理の研究に従事．
工博．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

ある編集委員による
インド入門講座〜インド訪問時に生かせる豆知識〜
立命館大学

街

探訪

馬杉正男 Masao Masugi
機会に，私の体験談を生かして， インド訪問時に生かせ

01 はじめにる豆知識 を本誌に記載させて頂くこととなりました．

偶然と縁が重なり， 私はこれまでに何度もインド（インド共和国）を訪問する機会を得ています．インドという国は，一般的な日本人が考える以上の多様性を有し，

02 そもそもインドとは？

その特徴を簡単に説明することは容易ではありません．

インドは 11 億を超える世界第２位の人口を有する大その悠久の伝統と文化の奥行きは深く，知れば知るほど国です．多様な民族によって構成され，州・地域ごとに不思議 に満ちあふれた場所といえます．一方，近年に異なる言語が使用されています．100 種類以上あるとい

おいては，IT 大国として，世界におけるインドの地位

われる言語の中で，ヒンディー語が公用語として知られが高まりつつあります．更にまた IT 分野以外の話題とていますが，一定水準の教育を受けた人や旅行関連の仕して，インド・タタ自動車の小型車 ナノ の発表報道事に従事する人の多くは英語を話すことができます．たが世界を驚かせたことは皆さんも記憶に新しいのではな

だし，インド人特有の発音が聞き取りにくい場合も多く，いでしょうか．

会話に際しては， ？ と疑問を感じる事態がしばしば発さてこの度，私がこれまでに得た知見を多くの人と共生します．また，独学で学び，文法をあまり理解してい有してはどうかとの御意見を頂きました．そこで，このない人，一見ベラベラ話すことはできるが，実は，読み書きができない人なども数多く存在しています．例えば，
タクシー運転手や露天商などの多くは，生きていく術として英語を活用しており，文法がどうかではなく，相手と必要な情報交換ができればよいのです．いずれにしても，細かい間違いなど気にすることなく，堂々と英語で首都デリー話すその姿勢は，日本人も少し見習った方がよい，とい

インド共和国
コルカタ（カルカッタ）ムンバイ（ボンベイ）
アラビア 海

ベンガル湾

バンガロールチェンナイ（マドラス）

うのが私の個人的見解です．
ちなみに，インド人の英語能力が，インドの数学教育と同様に，IT 立国として発展するための重要な役割を果たしたといわれています．すなわち，英語を話せる人材が多いことが，アメリカへのソフトウェア産業人材の提供，更には，インド国内でのソフトウェア産業の設立に結び付いてきました．アメリカとの時差を利用したコー
ルセンタの設置を含めて，近年，情報サービス産業の発

インドの地形と主要都市例

展が目覚ましいことは周知のとおりです．

街 plus 探訪：ある編集委員によるインド入門講座 〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

63

街

探訪

インドは，若年層の人口比率が高いピラミッド型の人口構成となっており，当面の成長余力は十分にあると考えられます．世界経済が転換局面を迎える中，インドは日本にとっても重要な位置付けにあります．インド人の気質は，住む地域や家系などによっても異なるようですが，一般的に対日感情は良好です．日本に好意的な印象を持つ人が多い点は，好ましい状況といえるでしょう．

03 インドへの入国
現在，インドには，首都デリーや商業都市ムンバイ

タージ・マハル（ボンベイ）などの複数都市に向け，日本からの直行便
や東南アジア・香港経由便が多数存在します．それらのそれは実際に着いてみなければ分かりません．したがっ

便の多くは，現地の夕方〜深夜帯に到着し，その後，主て，特に最初の訪問地であれば，事前の飲料水確保が望にタクシーでホテルへ向かうことになります．なお，無ましいと考えられます．また，前記③については，ビジ

用なトラブルを防止する観点からも，タクシー利用時にネスクラス利用時以外は，預けた荷物が手元に戻るのは，空港内のタクシー手配カウンタでチケットを購入すに時間を要するケースも多く，通常，私は①か②で対処るか，あるいは，日本の旅行会社を通して専用車を事前しています．

手配しておくのが無難です．また，インド入国に際して，その他として，一般的な旅行の準備品に加えて， トイ

ビザの取得は必須です．しかし，ビザ発給に際して，ホレットペーパー や 蚊取り線香 なども持参した方がよ

テルやフライトの事前確保とい った面倒な制約はなく，いと思われます（備えあれば憂いなし！）．

仮にビザ申請書に記載した入国日と実際の入国日がずれ
ていたからといって，特に問題になることはありません（2010 年 5 月時点）．

04 インドの生活と文化

ちなみに，暑いインドにおいて， 飲料水 は絶えず気インドという地は，狭い島国で育った日本人の常識をにしなければならない貴重品となります．特に夜間に到超えた多様性を有します．ここで物価を例に挙げると，着する場合，できる限り飲料水を事前確保して入国する

一見して同じようなものが，購入する場所によって，数のがよいでしょう．すなわち，以前であれば，日本から倍以上に跳ね上がるケースがあります．例えば，紅茶をの出国時に，自宅などからペットボトルを気軽に持ち込

飲みたい場合，現地の人が行くような店であれば，およ

むことができましたが，残念ながら，今では制約があり

そ 3 〜 15 ルピー程度（6 〜 30 円程度）ですむのに，国ます．具体的な対処としては，①日本からの直行便であ

際空港内の喫茶店では 50 〜 100 ルピー（100 〜 200

れば，出国・手荷物検査後に飲料水を購入してキープす円程度）といった具合にけたずれてしまうことはごく普る，②海外空港の経由便では，乗継ぎ・手荷物検査後に通の話です（2009 年末時点の為替レート換算目安）．

飲料水を購入できないケースも多く， 機内持込み用 で最近，あるテレビ番組において，「インドの物価は日本あることを伝えた上で，乗継ぎ検査前に飲料水を購入すの 5 分の１程度」などと紹介した例を見たことがありまる（＝飲料水を証明付・パッケージ化），③空港のチェッ

すが，そうした指標は，あくまでも一つの算出値にすぎ

クインカウンターで荷物を預け，その中に飲料水を入れません．私個人の体験からすると，日本の物価比で，一ておく，のいずれかの方法があります．

般庶民の生活に密着すれば 10 分の １ 以下となる一方，比較的な大きな空港であれば，インド入国後に飲料水

外国人向けの高級ホテルでの生活を基準とすれば，日本の販売店を見つけることができるはずですが，しかしと変わらない事態も想定されます．例えば，ホテル宿泊

64

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

ある編集委員によるインド入門講座〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

費の幅も大きく，デリーなどの大都市内（特に空港周辺

現地通貨への両替部）では，日本より割高に感じられるケースもあります．

タクシー利用時，日常品などの購入時，レストランで一方，最新電化製品であれば，日本で購入した方が多くの食事の際などでは，現地通貨ルピーの利用が基本となは割安でしょう．

ります．しかし，土産物の専門店であれば，日本円をそそれでは，実際の生活や文化にかかわる項目について，幾つか紹介させて下さい．

のまま利用できるケースが多く，インド到着時にあわてて大量に両替する必要はないように思われます．ただし，両替ができないような格安ホテルに宿泊する場合やそれ飲食物ほど有名ではない地方都市へ出かける場合には，早めに御存じのように，インドの食べ物といえば，まずカ対処しておいた方がよいでしょう．また両替時に 100 ル

レーが挙げられます．ただし，地域によって味付けや材

ピーや 500 ルピーなどの紙幣ばかりで渡された場合，一料が異なり，南インドのカレーは辛くなる傾向にありま部を 10 ルピーや 20 ルピーなどの細かい単位へ交換しす．私は，北インド在住の人が「南インドのカレーは辛てもらうことがポイントです．

すぎる！」，南インド在住の人が「北インドのカレーは味

気候と衣類が薄い！」と話してくれたことをおぼえています．ちな

インドの気候も地域により大きく異なります．北イン

みに，辛いものが苦手な人は，カレー注文時に「Spicy/

ドであれば，暑季〜雨季前半（特に 3 〜 6 月ごろ）は非Hot なものが苦手なので……」と伝えれば，辛味成分を

常に暑く，乾燥期（特に 10 〜 2 月）は比較的過ごしやす

抑えてくれます．

くなります（朝晩冷え込むケースあり）．一方，南部の都

インド人の多くは，カレー主体の食生活になっていま

市では，暑季の気温は北部ほど上昇しないものの，年間すが，街中では，野菜炒めライス（インド風チャーハン）を通して絶えず ほどほどに 暑い傾向にあります．まや野菜スープ類を多くのレストランが提供しています．

た，バンガロールなどの標高が高い都市では，（暑季 3 〜

また，デリー，ムンバイ，バンガロール，チェンナイ（マ5 月ごろを除いて）気温・湿度条件に恵まれ，日本人でドラス）など中・大都市であれば，日本食レストランをも比較的快適に過ごすことができます．なお，インド人

利用することも可能です．なお，煮立ててつくったチャの冷房好きは有名で，建物内部が冷える場合があります．

イ（ミルクティー）は絶品ですので，インドへ行く機会

ですから，仮に暑い時期にインドへ出かけるケースでもがあれば是非お試し下さい．そして，生野菜類や氷類は上着を準備しておくのがよいでしょう．

避けると同時に，ホテル滞在時や外出時には飲料水の残量を絶えずチェックすることが肝心です．

アーユルヴェーダ
雑誌の美容関連広告などで アーユルヴェーダ という言葉を見たことがある方も多いのではないでしょうか？
アーユルヴェ ーダの語源は，古代サンスクリット語の
アーユス / アーユル（生命）とヴェーダ（真理，知識）の複合語であり，インドの伝承医学（生命科学）や健康管理に関する知恵に対応します．
この体系において，人の体質や気質は，ヴァータ，ピッタ，カッファという３種類に分類され，各々に応じた食生活や病気の治療法があるとされています［1］．具体的には，ヴァ ータ体質の人は，思考や動きが早い痩せ型，ピッタ体質の人は，活動的な中肉中背型，カッファ体質の人は，おおらかで肉付きがよいタイプなどに分類されます．各タイプの睡眠時間に関しても，ヴァータ，ピッ

ガネーシャ神像（インド土産例）

タ，カッファへ移行するにつれて，例えば，（年齢にもよ街 plus 探訪：ある編集委員によるインド入門講座 〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

65

街

探訪

りますが）8 時間，7 時間，6 時間程度などとい った具合により短くて済むようです．ただ実際，一人の人間は，一つのタイプのみに単純に対応するわけではなく，３種類の要素のバランスが異なるという考え方をします．ちなみに，アーユルヴェーダの名医であれば，脈診を通して，どの要素の比率が高いかなどを見極めることができるとのことです．
日本において，アーユルヴェーダ式のオイルマッサー
ジを受けると それなりの金額 が請求されるわけですが，インドにおいては，割安な価格で体験することができます．日々の疲労が溜まっている人は，試してみてはヒンドゥー教寺院

いかがでしょうか．
ヒンドゥー教とヨーガろうとする人も存在します．むやみに財布の中身などを

現在，インド人の約 80％はヒンドゥー教徒で，仏教徒見せないようにすることや土産購入時の値引き交渉などの比率は 1 〜 2％にも満たないといわれています．ヒン

も旅の心得といえるでしょう．

ドゥー教は，明確な開祖が存在するわけではないのですが，クリシュナといった伝説的な聖者の叙情詩や教訓（対話集）が聖典の位置付けにあり，インドの地に深く根付

05 インドの現状課題

いています．ヒンドゥー教はいわゆる多神教で，世界の日本のテレビ番組などでは，ともすると，インドの経創造神であるブラフマー神，世界維持の役割を担うヴィ

済成長に関するプラスの側面が強調されることが多いよ

シュヌ神，寿命がきた世界の破壊をつかさどるシヴァ神，

うに思われます．しかし，実際にインドに滞在すると，シヴァ神の子供で象の頭を持つガネーシャ神，等々が信

それはインドのすべてを物語るものではないことが分か仰の対象となっています．ただ多神教とはいっても，根ります．最近の日本においても，所得などにかかわる格

源的にすべての神様は一つにつながっているという認識差問題が頻繁に取り上げられるようにな っていますが，があり，神々の関係は相互に対立しているわけではあり実際にインドを訪問すると，日本人が愕然とするようなません．ヒンドゥー教は決して排他的なものではなく，厳しい 格差社会 の現実を目の当たりにすることになりヒンドゥー教寺院への参拝は非常に興味深い体験となる

ます．

でしょう．

すなわち，インドの経済成長とともに，年収１万米ド

ちなみに， ヨーガ という言葉の本来の意味は，（神

ルを超えるような中高所得層が増加している一方，1 日との）統合や（心身の）制御を示唆しているとのことです．

１米ドル以下の生活をしている貧困層が人口の３分の１

一般的な日本人が思いつくヨーガは，呼吸法などにかか程度以上を占めているといわれています．そうした極端

わる ハタ・ヨーガ と呼ばれる肉体的な訓練体系にすな格差は，子供の生活や教育にも大きく影響しています．

ぎず，インドには，日常生活を修行の場ととらえて奉仕

例えば，中高所得層の家庭の子供であれば，相当レベル

活動（あるいは，自らのやるべき仕事）を行う カルマ・の英会話能力を有するなど，十分な教育を受けているのヨーガ など，様々な種類のヨーガが存在します．

が一般的で，中には，個人用の携帯電話機を保有してい実際，非常に高潔な人物に出会う場合，普通の日本人るケースも見られます．しかし，貧困層の家庭に生まれの想像を超えたレベルの信仰心を持ち合わせているケー

た子供の場合，学校に通うこともできないまま，日々働スがあります．もちろん，深遠な信仰心をすべてのイン

いている光景も珍しくありません．こうした背景から，ド人が共有しているわけではなく，（インドに限った話

インドでは，経済成長を持続し，貧困を削減することがではありませんが）外国人から少しでもお金をむしり取

大きな課題とな っています．02. でも記載したように，

66

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

ある編集委員によるインド入門講座〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

インドの若年層比は高く，これから労働人口が増加して弦楽器 シタール が使用されているもの，インド思想をいく状況です．しかしながら，こうした人口分布は，仮ヒントにした歌詞が歌われているものなどがあり，当時に，これまでのような経済成長が達成できない事態が発の私には新鮮でした．しかしその時点では，インドにつ生した場合には，新たな失業問題や社会不安が生まれる

いて深くイメージすることもなく，こうして不思議な縁可能性を示唆します．

でつながったことは，今更ながらに感慨深いものがあり

一方，世界経済に目を転ずると，様々な課題が山積します．

ています．アメリカに端を発する金融危機についても，

さて，様々な課題を抱えながらも，インドの潜在力はピーク時の総額が 680 兆米ドルを超えていたと報告され巨大で，可能性を秘めた国と考えられます．ただ残念なているデリバティブ（金融派生商品）の崩壊がもたらし

がら，自動車などの一部産業を除くと，インド国内でのた不良債権処理はそれほど容易ではないと考えられます．

日本 の存在感は十分とはいえません．進出を急ぐ日本

先進主要各国の財政事情，あるいは，主要中央銀行のバ企業も多いといわれている中，実際の経済活動は遅れて

ランスシートも危機的状況にあり，不安材料には事欠きいるようです．したがって，インドとの関係性を強めてません．今後，世界的な経済不況が長期化した場合には，いく意味においても，インド文化を理解し，その動向を

外需依存度が限定的といわれるインド経済であ っても，把握しておくことには大いに意義があるはずです．

その影響をまぬがれることは困難と予想されます．
ところで，特にここ数年において，インドの天候不順

ここに記載した内容が，（インド訪問予定の有無にかかわらず？）皆様の一助となれば幸いです．

は，大きな社会問題となっています．暑季の気温が大きく上昇し，かつ雨量も少ない傾向にあり，農作物の天候被害が深刻化しています．2009 年の世界の商品取引市
場では，投機資金の流入問題に加え，インド国内のサト

参考文献［1］ 上馬場和夫 , 西川眞知子，アーユルヴェーダ入門，地球丸，2006.

ウキビの収穫量が減少した結果を受けて，砂糖の取引価格が大きく上昇しました．安定的な電力供給や道路構築といったインフラ設備などの問題だけでなく，インド国
内での安定的な食料・水供給も，今後の社会の安定を維持する上でのポイントになると考えられます．

06 む

馬 杉 正 男（正員）

す び

平元慶大大学院理工学研究科修士課程了．同年，日本電信電話株式会社電気通信研究所入所．以後，環境電磁工学，

今にして思えば，私が中学生のころ，友人の影響で聴き始めたビートルズの音楽が，インドとの最初の接点となったようです．ビートルズの楽曲の中には，インドの情報ネットワーク工学，非線形問題領域の研究開発に従事．
平 22-04 より，立命館大・理工・電気電子教授．現在，地球環境変動にかかわる信号計測処理，電磁界の生体システ
ム効果などのテーマに興味を有する．工博．

街 plus 探訪：ある編集委員によるインド入門講座 〜インド訪問時に生かせる豆知識〜

67

ＭＰＥＧ開発物語〜 De-Facto と De-Jure 標準〜
三菱電機株式会社

村上篤道

Tokumichi Murakami

ま えが きすべく MPEG 標準化作業における評価・検証のプロセ

MPEG（Moving Picture Experts Group）
は，ISO/IEC

スによって磨かれ進化してきた．次に，MPEG-1, 2, 4,

JTC1/SC29/Working Group11 の呼称であり，第 1 回会

AVC の各標準化作業を通して開発された符号化ツール合（1988 年）から 2007 年で 20 周年を迎え，2010 年

について紹介する．現在，ISO/IEC（MPEG）と ITU-T

1 月京都会合で 91 回目の開催となった．MPEG によって

（VCEG）が連携して， 次世代の UHDTV（Ultra High

規格標準化された符号化技術は，放送・パッケージ・通Definition Television）に向けた新技術開発の挑戦が始信メディアにおけるコンテンツ流通に，国際的規模で採まりつつある．

用され，既に 250 兆円以上の市場規模を創出している．
映像符号化技術は， 学術的な研究開発のみならず，De-Facto（業界）標準や De-Jure（国際）標準のプロセ

映像符号化アルゴリズムの開発

スを通して，50 ～ 100 分の 1 の情報圧縮と映像品質のシャノンによって提唱された情報理論［1］を基点と改善を目標に発展を遂げてきた．H. 261 の通信アプリ

して，ウィーナフィルタ・ディジタル信号処理［2］・量ケーションから MPEG-2，MPEG-4，AVC（Advanced

子化・可変長符号化を融合した映像符号化技術が発展しVideo Coding）/H. 264 によるコンテンツ流通サービスてきた．符号化効率の評価尺度には，Rate-Distortionへの活用に至るまでの系譜を図 1 に示す．

理論に基づき，所要情報量における入力映像信号と符号

本稿では，まず，アルゴリズム開発から MPEG 以前

化による雑音（ひずみ）との比が用いられている．映像の標準化の流れの中で採用された符号化ツールとハイブ

符号化のアルゴリズム開発は，本学会や映像情報メディ

リッド符号化アーキテクチャについて紹介する．これら

ア学会，情報理論とその応用学会，画像符号化シンポジの技術は，MPEG 以降，市場の要求条件に幅広く適合

ウム（PCSJ）などに研究者が集まって議論・切磋琢磨することによって発展してきた．

1980 1985
通信

専用線

テレビ会議
De-Facto

1990

1995

H.261/FH 接続試験

テレビ電話

H.261
テレビ会議

H.261

ディジタル映像符号化の幕開け
放送
DigiCipher

MUSE（1982）
アナログカラーテレビ

SDTV

CS
HDTV

MPEG-2
蓄積

携帯

SD-DTV（日本）

応用面 か ら 見 る と，1980 年代 に お け る 映像符号

3G
携帯化・ 復号装置（コーデック）は冷蔵庫 1 台分ほどのサ

MPEG-4

イズがあり，基幹回線における映像配信や産業用監視

HD-DTV（日本）

地上波（日本：2003）
1998
地上波
世界初 （アメリカ）

MPEG HD
（NHK，
三菱電機）

ビデオ CD DVD プレーヤ DVHS

MPEG-1

2000

DVD レコーダ

MPEG-2標準化

64 kbit/s をベースとした ISDN（Integrated Service
Digital Network）が敷設されるにつれて，半導体集積度の向上と相まって，低価格なテレビ会議・電話用コー
デックの需要が出てきた．こうした背景から CCITT における p × 64 kbit/s 用映像符号化方式の標準化に対応

図1

68

システム，業務用ディジタル VTR に限定されていた．

H.261 ～ MPEG 標準と映像サービス

したアルゴリズム開発も始まった．
通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

映像信号は空間的・ 時間的冗長度を有するため，初期の段階では，画面内の相関の高い隣接画素から予測を行うイントラ符号化と，時間的に隣接する映像フレーム

F（u, v）（低）（低）
垂直空間
水平空間
周波数
周波数
（高）
（高）

を用いて予測を行うインタ符号化が採用された．シミュレーション技術や LSI の高集積化技術の進化により，ブロックマッチングをベースとした動き補償予測符号化（図 2）が可能になり，予測誤差電力が 1 けた以上減少することが実証され，圧縮効率が飛躍的に改善された．
［現フレームの映像］

v「連続すDCT 係数を低周波係数から高周波係数へジグザグに走査し，るゼロの数（ゼロラン：0 〜 63）」と非ゼロなる値（レベル−2,047 〜＋2,047）の組合せで符号化する
シンボル：（0, 24）,（0, 8）,（0, 6）,（0, 4）,（1, 2）, （0, 1）,（2, 1）, E0B(End of Block)［予測誤差画像］

符号語：000000000101110 0000000111010 001000010 00001100 0001100 110 01010 10
予測誤差画像と動きベクトルを
伝送する

ビット数：

図3

動き補償
予測画像
半画素精度

u

15

10

入力画像 予測画像を引いてフレーム 予測誤差を求める

動きベクトル

動き補償
フレーム間予測L （｜−X n−1
D L＝Σ｜X（i, j）
n i, j）
i, j③ 現フレームの画素ブロックごとに，前フレームの中から最小ひずみを与える画素ブロックを決定し，両者の位置的なずれを動きベクトルとする
動き補償予測ループ内フィルタの提案⇒半画素精度予測
画像符号化シンポジウム（ʼ80 〜ʼ94）
などで発表

図2

予測画像が
生成される

動きベクトル（半画素精度）の検出① 現フレームを 8×8 画素または 16×16 画素ブロック X（
n i, j）に分割する
L② 画素ブロック単位に前フレーム内の画素ブロック Xn−1
（i, j）とのひずみ（差分絶対値和：D L）
を計算する

動き補償予測

8

7

3

5

2

予測誤差を変換・量子化して符号化
DCT/
量子化

（＊）

［現フレーム］

9

8 × 8 DCT 係数の二次元ランレングス符号化
入力画像から

動き補償予測画像の生成［前フレーム］

高周波の
ゼロは
符号化
されない

ループ
フィルタ

動き補償
予測

逆量子化 /
−1
DCT

フレーム
メモリ

量子化
変換係数
可変長
符号化

バッファ

動き

逆符号化で復元され データ
動き た予測誤差と予測画
検索
像を足して復号画像＊ “Tabble Tennis”（MPEG 標準画像） を生成

図4

ハイブリッド符号化アーキテクチャ（Common Intermediate Format，352×288 画 素 ），QCIF（Quarter CIF，176×144 画素）を規定した．ブ
ロック単位の符号化ツールをベースとしたため，下位から 16×16 画素ブロックからなるマクロブロック，GOB（Group of Blocks），ピクチャのレイヤ構造をとる．
本方式は p × 64 kbit/s テレビ会議・電話用国際標準符

映像信号を二次元の周波数領域に変換する直交変換

号化方式 H. 261 として勧告化された［4］．伝送レートの符号化は，電力を低域に集中でき，効率的な量子化・符制御は，送信バッファの蓄積情報量に基づいて DCT 変

号割当が可能となる． 標準化では，8 × 8 画素ブロッ

換係数の量子化器を制御することによ って実現される．

クに対する離散コサイン変換（DCT：Discrete Cosine

符号化映像品質は，Rate-Distortion 理論に基づく最適Transform） が初めに導入された．DCT による変換係化を行い，視覚的に劣化が目立つ箇所・目立たない箇所

数の量子化を行ってランレングス符号化と組み合わせに応じて符号配分を調整することによって改善する．

る手法（ 図 3）により，ベクトル量子化（VQ：Vector
Quantization）［3］と同等の符号化性能が期待できる．
これら動き補償予測と変換符号化，可変長符号化を組

通信・配送用映像コーデックの実用化

み合わせ，ハイブリッド符号化アーキテクチャが生み出1980 年代半ばになると，世界に先駆けた先端技術をされた（ 図 4）．入力映像信号は，インタレース構造を競って，適応 DCT 技術による 56 kbit/s の映像コーデッ

持たない順次走査（プログレッシブ）信号として，CIF

クが米国 WIDCOM 社から発表され， 日本でも KDD，

開発物語：MPEG 開発物語 〜 De-Facto と De-Jure 標準〜69I：イントラフレーム
P：片方向インタフレーム
B：両方向インタフレーム

NTT，三菱電機，NEC，富士通から，動き補償予測とVQ を組み合わせた，N-ISDN に接続できる 64 kbit/s
コーデックが市場に供給された．やがて，ISDN 回線の世界的普及に相ま って，国際間で相互接続可能な映像
コーデックの De-Jure 標準の必要性の認識が高まった．
これを受けて，CCITT SG15 において p× 64 kbit/sの国際標準符号化方式の技術開発が加速され，1990 年，
H. 261 方式として勧告化された．H. 261 の標準化に当

表示順 0
符号化順 1

1
2

2
0

3
4

たっては，符号化ツールを統合したリファレンスモデル

4
5

5
3

6
7

7
8

8
6

9 10 11 12 13 14
10 11 9 13 14 12

GOP（Group of Pictures）

をプラットホームとして，各国の専門家が符号化性能のマクロブロック

改善に努力した．1989 年，勧告に先駆けた相互接続性検証に当たり，日米欧の標準化活動参画機関がフレキシ

スライス

ブル H/W を開発し，国際回線を通した実証実験を行った．H. 261 勧告と ISDN 回線の普及に伴い， テレビ会
議・電話，監視用途で，デスクトップサイズのカラー映
像コーデックが市場に供給されるようになった．
1980 年代に，映像符号化技術は精力的開発により目

ピクチャ

図5

MPEG ピクチャフォーマット

■ MPEG-1 〜 MPEG-2

覚ましい進化を遂げ，MPEG 発足前には動き補償・ 変最初の規格 MPEG-1 では，SIF フォーマット（352 ×

換符号化をベースとするハイブリッド符号化技術を用い240 画素）を対象としたビデオ CD 向け高能率符号化方

たコーデックが製品化されていた．

式の標準化を目指した．符号化技術の公募に際しては，
映像品質評価の公平性を重視し，提案アルゴリズムと符

MPEG の始まり

号化映像をセットとして提出することを求め，1989 年の久里浜会合において提案技術に対する符号化映像の主民生分野においては，ディジタル映像の蓄積メディ

観評価テストを実施した．MPEG-1 では蓄積メディア

アへの記録のニーズが高まり，各社対応機器の開発を独を対象にしたため，イントラフレームを周期的に挿入す自方式で進めていた．放送分野では，アナログとディジ

る GOP（Group of Pictures）構造を定義し，ストリー

タル技術を融合させた映像圧縮符号化装置が開発されムレベルでランダムアクセスが可能なフレーム間予測構ていたが，1991 年の米国 NAB（National Association

造をとった（図 5）．また，遅延時間の拘束条件が緩和さ

of Broadcasters）Show において，米国 GI 社により，れ，バックワードピクチャ予測と半画素精度の動き補償

オールディジタルの DTV 用途を指向した DigiCipher

予測の導入が符号化効率の改善に寄与した．

コーデックのデモが行われ，多大な反響を呼んだ．
一方， 安田MPEG-1 の符号化技術開発の時点より， ワークス

浩，L. Chiariglione 氏らは 1988 年，

テーションやパーソナルコンピュ ータ（PC）をプラッ

Ottawa（カナダ） において JTC1/SC2/WG8 会合を開トホームとしたシミュレーション環境が急速な進歩を遂き，大きな市場が見込める民生分野の関連機関を巻き込げ，複雑なアルゴリズムの導入・評価が可能となった．

み，新たに映像符号化技術の標準化グループ設立を決め

MPEG-1 は 1993 年に IS（International Standard）とた．このグループが，後に ISO/IEC JTC1/SC29/WG11

して標準化され，SIF フォーマットを対象とした CD カと し て“CODING OF MOVING PICTURES AND

ラオケに採用，製品化された．なお，サブバンド符号化

AUDIO”を課題とする技術標準化グループ“MPEG”とに Modified DCT 技術を加えた MPEG-1 オーディオ

なった．日本では，情報規格調査会（ITSCJ）
・SC29 専Layer-III 規格は，“MP3”としてインターネット，PC

門委員会が対応している．

の分野で世界的に普及している．
1990 年 7 月の Porto 会合（ポルトガル）において，通70

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

フィールド適応化技術が開発され，ディジタルテレビ信号の符号化に対応可能となった．動き補償予測は半画素
精度予測が必須となり，変換係数の適応スキャンが導入された．これらに対応した量子化とエントロピー符号化の最適化が行われた（図 7）．
MPEG-2 オーディオ規格は，AAC（Advanced Audio
Coding）が Dolby 社 AC-3 方式と並んで放送・パッケージ
向けの高品質コーデックとして広く採用された．MPEG-2
システム規格は，映像・音響信号の多重化パケットフォー
マットとして広範囲なアプリケーションで利用されて
図6

いる．

MPEG を取り巻く国際標準化組織

Generic Coding を目指した MPEG-2 符号化技術は，

信・放送・パッケージメディアに共通に使える“Generic

採用済み符号化ツールを統合したテストモデルがアン

Coding”の議論が開始された．ISO/IEC と ITU-T は，カーとなり，主観評価テストを通して新規提案技術と比次の勧告 MPEG-2/H. 262 を， コモンテキストとして較して優劣を判断しながら性能改善を図る手法をと っGeneric Coding の技術を規格化することに合意した（図た．この過程で，当初 MPEG-3 として規格化を予定し

6）．また，MPEG-2/H. 262 では，デジタル放送の民生ていた，より解像度の高い HDTV の符号化が MPEG-2用受信機や DVD 再生機器の小型化のため 1 チップ LSIに統合された．

デコーダが必要であり，デコーダの複雑度・実装規模がMPEG-2 は Generic Coding であるがゆえに， 具体最小となるアルゴリズムの規格・ 標準化が指向された．

的なアプリケーション・使用分野に合わせたプロファイ

MPEG-2/H. 262 は，1994 年に IS として標準化され，ル・レベルによる規格仕様の勧告化を行った．プロファ

デジタル放送・DVD を中心にディジタル映像サービスのイルは符号化機能のセマンティクス（アルゴリズム）に

世界的普及の原動力となった［4］～［6］．

対応し，レベルは解像度・ ビットレートに対応していMPEG-2/H. 262 は，プログレッシブ，インタレー

る．放送では標準解像度（SDTV）はメインプロファイ

ス両方の入力映像信号を符号化対象とすることとな っル・ メインレベル，HDTV はメインプロファイル・ ハ

た．インタレース信号を扱うために，新たにフレーム・イレベルに対応する勧告を使用する．

フィ ールドピクチャ 構造を加えたスライスレイヤと■ MPEG-4 〜 AVC/H. 264

GOP ピクチャフォ ーマットの定義を行った．マクロブ

MPEG-4 映像符号化技術の開発は，携帯，インター

ロック単位の動き補償予測・変換符号化に，フレーム・

ネットでの映像配信を主要ターゲットとして規格化が行われた．MPEG-4 標準は超低ビットレートの映像伝送を目指したため，より複雑な符号化アルゴリズムが提案（u）C（v）N−1 N−1uπ cos（2y＋1）vπcos（2x＋1）（u, v）＝2C
F
f y）
Σ（x,
Σ
x＝0 y＝0N
2N
2N

8×8 ブロック DCT
DCT/
量子化 逆量子化 /
−1
DCT

適応
スキャン
フレーム・フィールド DCT
量子化係数
参照画像
動き情報

動き予測
MIX

半画素精度 MC

フレーム・フィールド適応予測

・ゼロラン長MPEG-4 では， 適応イントラ DCT 係数予測， 動き補
償予測（16×16 / 8×8 適応ブロックサイズ動き予測，
トロピー符号化などの改善がなされた．また，モバイル・非ゼロ値

用途向けにビデオ符号化データレベルで誤り耐性を強化

二次元可変調符号化

した．MPEG-4 は 1999 年に IS として標準化され，3G＊ “Foreman”（MPEG 標準画像）

図7と，CPU/DSP の高性能化がこれを支えることになった．

1/4 画素精度動き予測），低レートに最適化されたエン

（＊）

比較・選択

イントラ・
インタ

動き補償

可変長
符号

され続けた．携帯電話・インターネットによる需要拡大

MPEG-2 符号化方式

開発物語：MPEG 開発物語 〜 De-Facto と De-Jure 標準〜

携帯電話のテレビ電話，映像配信サービス用途に採用された．
71

2001 年には，ITU-T SG16/Q.6（VCEG）と MPEG

解像度
SHV

との間で結成された共同作業部会 JVT（Joint Video（7,680×4,320）

Team, 2001 年～）において，更なる圧縮率の向上を命（4,096×2,048）

題として MPEG-4 AVC/H. 264 の標準化が開始された．

HDTV

2003 年にベースライン・メインプロファイルの勧告化が行われ，2005 年に HDTV 対応のハイプロファイル

次世代符号化（HEVC）

Cinema

UHDTV
AVC/H.264（1,920×1,080）

D1/VGAQVGA

AVC/H. 264 の標準化作業により， イントラ空間予測，動き補償予測（階層的マルチブロックサイズ動き予

QCIF（176×144）

携帯 TV
電話

64k

図9

DVD
MPEG-2

ワンセグ放送測，マルチ参照フレーム，1/4 画素精度動き予測），整数精度変換符号化，ループ内ブロックひずみ除去フィル

放送

監視（720×480）（640×480）（320×240）が勧告化された．

Blu-ray デジタル

MPEG-4
H. 261

256k

1M
4M
16M
ビットレート（bit/s）

64M

MPEG 標準を活用した製品とサービス

タ，CABAC（コンテキスト適応算術符号化）など，ハイて，日米のデジタル放送に拍車がかかった［8］．現在でブリッド符号化アーキテクチャの徹底した最適化がなさ

は，MPEG-2 は世界のデジタル放送や DVD に採用され，れた［7］．これにより MPEG-2 に比べ，符号化器の複PC 上でも日常的に利用されている．液晶テレビの普及

雑度は 10 数倍に増加したが，ほぼ 2 倍の圧縮率の向上

により，1,920 × 1,080 画素のリアルなフル HD コンが得られている（図 8）．

テンツが家庭で享受できるようにな った．MPEG-4 は1990 年代の MPEG-2 ～ MPEG-4 の成功を通して，

3G 携帯電話の動画機能として搭載され，インターネッ

MPEG 会合への参加者人数は増加し続け，年 4 回の会

ト上で活用されている．MPEG-4 AVC/H.264 は ARIB

合に 300 名以上の技術者が参画し標準化技術の開発に規格でワンセグ放送に導入され，Blu-ray ディスクや貢献した．その結果 100 件以上の標準を発行している．

iPod にも採用されている．ブラジルの地上波デジタル
放送や IPTV の規格としても採用が進められている．

整数変換（4×4，8×8）

図 9 は，ビットレートと映像解像度に基づいて規定された MPEG 標準とディジタル映像製品・サービスの関変換 / 量子化
逆量子化 /
逆変換

多方面空間
イントラ予測
フレーム内
予測

動き補償

係を示す．
適応可変長
符号化

ブロッキング
フィルタ

CABAC

動き予測
1/8 画素精度 MCら専門家が集ま って開発された技術の知財権の処理の解決策として，標準化の技術開発と並行してパテント
プールのアイデアが検討され，1996 年，MPEG-LA が設立された．こうして，製造業に負担をかけない RAND

（＊）
（＊）

（Reasonable And Non-Discriminatory）条件で MPEG

＊ “Foreman”（MPEG 標準画像）技術のライセンスが供与され，IPR が包括的に運用されマルチブロックサイズ MC

図8MPEG のような世界中の広い分野の研究開発機関か

MPEG-4 AVC/H. 264 符号化方式

るようになった．MPEG 技術を用いた世界的規模のサービス実現に大きく貢献する一因となった．

ディジタル映像サービスの主役となった MPEG
MPEG 映像符号化技術の国際標準化が世界的に認知

次世代映像符号化されるようにな ったのは，実際のデジタル放送システ

MPEG-2 ～ AVC/H. 264 に至る MPEG 標準は，図１

ムや DVD 規格の標準化機関（図 6）に基幹部分としてに示すように広範なディジタル映像アプリケーションに採用され，世界的規模でディジタル映像サービスが普採用され，活用されてきた．しかし，従来の MPEG 標及したことによる．1995 年 NHK・ 三菱電機による

準は色成分の間引きを行った原信号を主な符号化信号とMPEG-2 準拠 HDTV コーデックの開発と評価実験を経して規格化を進めてきたため，色再現性に課題を残して

72

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

2005
通信
FTTH

IP ベース
テレビ会議

IPTV
MPEG-2/MPEG-4 AVC/H.264

スーパー
3G

ディジタル
シネマ

放送
HD 放送

高品質 / リアルカラー
映像アプリケーション

4G

MPEG-4 AVC/H.264

蓄積

2015

2010

ワンセグ
MPEG-4 AVC/H.264

Portable

MPEG-2/Blu-ray MPEG-4 AVC/H.264

超臨場感 FPD/ カメラ
リアルカラー DVR

Pro-Proﬁles

図 10

スーパーハイビジョン

次世代符号化（HEVC）

モバイル HD

標準化

次世代映像符号化に向けている［9］．
現在のカメラ，ディスプレイは RGB4：4：4 カラー
フォーマットを標準的に扱うようになっている．薄型液
晶テレビで HDTV が鑑賞できたように，近い将来，画
素ピッチの小さい有機 EL シートテレビにより，グラビ
ア風の高い色再現性を持った UHDTV コンテンツを家庭で享受できるシステム構築環境が整備されてきている［9］．更に，ディジタル変復調技術・LDPC などの誤り制御技術・フォトニックネットワークの進化による伝送路の広帯域化，フラッシュメモリ・垂直磁気ハードディ
スク等の蓄積系の大容量化に加えて，映像符号化技術にも更なる進歩が期待できる．図 10 に，これらの技術が統合され，次世代映像アプリケーションに至る方向性を
示す［9］
，
［10］
．
現 在 ，ISO/IEC，ITU-T が 連 携 し て，QVGA か ら
UHDTV（8 k × 4 k）
［11］までの解像度に対応する次世
代符号化技術（High-Efficiency Video Coding） の標

規格は南米の放送方式として採用され，2016 年のリオ
デジャネイロオリンピックに向けての普及も期待されている．UHDTV を扱う次世代符号化技術の策定に当たっては，処理すべき情報量が膨大になるため，符号化方式の定量的な評価関数として Rate-Distortion に複雑度（Complexity）のファクタを加える必要があろう．
文 献［1］ C . E. Shannon,“A mathematical theory ofcommunication”，Bell System Tech. J., vol. 27,
pp. 379-423, July, Oct. 1948.
［2］ A. V. Oppenheim and R.W. Schafer, Digital Signal
Processing, Prentice Hall, 1975.
［3］ 村上篤道，伊藤 敦，浅井光太郎， 画像のダイナ
ミック多段ベクトル量子化， 信学論，vol. J68-B, no. 1,
pp. 69-76, 1985.
［4］ ITU-T Recommendations : H.261, H.262, H.263, H.264［5］ ISO/IEC 13818-2（MPEG-2 Video），14496-2（MPEG-4，14496-10（MPEG-4 AVC）．
Visual）［6］ 安田 浩，渡辺 裕，ディジタル画像圧縮の基礎，日経 BP 社，1994.
［7］ 小野定康，村上篤道，浅井光太郎，動画像の高能率
符号化，オーム社，2005．
［8］ 村上篤道，山口哲成，T. C. Poon, P. A. Ratliff，野間口有， ディジタル放送の現状と課題， 三菱電機技報，vol. 72, no. 8, 1998
［9］ 村上篤道，高能率符号化技術の将来，MPEG 発足
20 周年記念行事講演，Nov. 2008.
［10］ 浅井光太郎， 次世代映像符号化技術の国際標準化
動向， 情報技術標準化フォーラム，July 2009.
［11］ 久保田啓一， 臨場感豊かな放送をめざして， URCF
シンポジウム，June 2009.
［12］ ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/N11113, Jan. 2010.

準化作業を開始した． 同標準は，AVC/H. 264 の 2 倍の圧縮効率を目指す．2010 年 1 月 MPEG 京都会合にて技術公募要綱（ Joint Call for Proposals on Video
Compression Technology）が発行された［12］．

む

す

び

本稿では，通信・放送・パッケージ・PC 分野において必須の基幹技術とな っている MPEG 符号化技術と，それにより創出されたディジタル映像サービスの歴史を振り返ってみた．MPEG 規格を基盤とした日本の ARIB

開発物語：MPEG 開発物語 〜 De-Facto と De-Jure 標準〜

村 上 篤 道 （正員：フェロー）
昭 46 東北大・工・通信卒，同年三菱
電機株式会社入社．情報，通信，マルチメディア分野の製品・システム技術の研究・開発を先導． ITU，ISO/
MPEG などの国際標準策定に貢献．現在，開発本部フェロー．博士（情報科学）．IEEE 論文賞，特許庁長官賞，映像情報メディア学会功績賞 , 本会業績賞などを受賞．IEEE Fellow．映像情報メディア学会フェロー．日本工学アカデミー会員．情報処理学会副会長．

73

連載
企画

第8 回

最終回：留学を終えて
千葉大学

関屋大雄
Hiroo Sekiya

1. ま え が き
2 月末に留学を終え，日本に帰国しました．時差ぼけ

ころです．私の場合，帰国１か月半前から車の売却へ向
けていろいろな作業を始めました．

が残る帰国直後にこの留学記を書いています．デイトン

いつ，どのように売るか

最後の冬は，気温は高めで氷点下 10 度を下回る日はほまず考えなければいけないことは，いつ車を売却す

とんどなか ったのですが，たびたびの大雪に見舞われるかです．アメリカは車なしでは生活できない場所がほました．ほぼ全員が車を使っていますので，大雪のたび

とんどです．車を高価に売却できても，早く手放した場に大学の講義はキャンセルになります．キャンセルに合はレンタカーを借りる必要があり，結果的に高くつくな った分の補講はなく，講義数が減るだけのようです．

かもしれません．私の場合，大学まで徒歩圏内だったた

キャンセルに対して，喜ぶ学生がほとんどとのこと．そめ売れるときにいつでも売ることにしました．

こは日本と変わらないなと感じました．

売る方法は二通りです．個人相手に売買するかディー

今回は帰国準備について，そして留学を振り返ってみ

ラーに買い取ってもらうかです．個人売買は高く売るこたいと思います．恥ずかしいですが，留学中にあったトとができますが，交渉に時間を取られること，常にだま

ラブルについても書きました．留学記も今回が最終回でされる心配がつきまとうこと，そして，売るタイミング

す．あと少しだけ駄文にお付き合い頂ければと思います．

は買い手に依存するという問題があります．ディーラー
への売却は，買取り価格は個人売買と比較してかなり低
くなってしまいますが，空港で引渡しができ，帰国直前
まで車を利用できる利点があります．
価格の設定
個人売買の場合，価格はあってないようなものです．当然，販売希望価格は自由に変えられますので，最初は高いところからスタートして，徐々に落としていくのがよいと一面の雪景色．このような中を歩いて大学まで行きました．

2. 車の売却

思います．価格が高いとだれからも問合せがありませんが，ある価格まで落とした途端，問合せが次々にやってきました．ここで注意しなくてはならないのは，個人売買の希望売却価格には税金が含まれておらず，購入者はその金額に帰国に当たり最も時間がかかり，かつ気をもむのは，加え，更に税金を払わなければならないという点です．こ車の売却です．留学中，最も高価な買い物は車であり，のことは忘れがちですが，重要なポイントだと思います．

したがって，できるだけ高額で売却したいのが正直なと車の購入の際には価格の指標として Kerry Blue74

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

ReportBook （www.kbb.com）があります．ここには Excellent,

た．しかし，提示額で買うという人は皆無で，交渉のス

Good, Poor という三つのランクごとの標準価格が提示さ

タートラインを 14,000 ドル近辺に設定する人がほとんれます．個人売買は Private Party Value , ディーラー

どでした．時間の無駄ですので，価格的に折り合う可能への販売価格は Trade-in Value として表示されますの性がないと判断すれば遠慮なく断りました．

で，これが価格交渉の基準となります．

ほとんどの人が聞いてきたことは，1. マイル数，2.
なぜ売りに出すのか，3. 事故歴はあるのか，4. この車

広告を出すは何人目の保有者か，5. タイトルはきれいか（ローンが購入者を見つけるためには広告を出す必要があります．

残っていないか），6. 保証はどうなっているのか，7. 支

個人売買のサイトとして最も有名なのは Craigslist

払い方法について，です．逆に，車を購入する際は上記（www.craigslist.org）で，無料で広告を出せます．更のことに注意して交渉するとよいと思います．

に cars.com （www.cars.com） にも広告を出しまし私は約 10 人とやり取りをしました．最初はメールでた．こちらは有料（30 ドル）ですが，登録すると yahoo!

やり取りを始めたとしても，最終的には電話での直接交など，複数サイトに同時に同じ広告が出るという利点が渉が必須だと思います．私の場合，購入者と初めて電話あります．また，毎日どのくらいの人がアクセスしたのしたとき，「この人は大丈夫」と感じました．なぜなら，かが分かり，価格を変更するときの判断材料になりまし

後から子供の声がしたからです．電話からはメールではた． 最終的に見つか った購入者は cars.com を見たと分からない，いろいろな情報を得ることができます．

言っていましたので，ここに広告を出したのは正解でした．その他， eBay （www.ebay.com） なども有名で支払い手続きす．広告には，いくつかの写真を載せることができます．

事前交渉の結果，購入価格が 15,100 ドルで折り合い

通常正面，背面，車内の写真を載せることが多いようでがつき，試乗してもらうことになりました．聞かれたこ

すが，私はそのほかにマイル数を示した写真を載せましとはすべて正直に答え，特に問題なし，ということで購た．友人からのアドバイスでは，1. 電話番号を明記する，

入してくれることになりました．

2.（フリーでない）メールアドレスを載せるとよいそうです．写真のような広告が Web に掲載されました．
問合せに対する対応と交渉

支払い方法ですが，全額を現金が最も確実，安全です．
小切手の場合，個人の小切手ではだまされる可能性があるそうで，銀行が発行した（サイン主が銀行になっている）小切手にしてもらうべき，ということでした．私のここでの写真では価格が 17,000 ドルとなっています

場合は，購入者がローンで購入したので，銀行で手続き

が，価格を 15,900 ドルにした途端問合せが急増しましが進みました．私の作業としては，銀行から小切手をもた．基本的にはすべての問合せに丁寧に答えていきましらった後に，「タイトル」の裏側に譲渡に関するサインをして終わりです．この場合，銀行発行の小切手だったので安心でした．自動車保険の解約を忘れずに行い，すべての作業が終了です．まさにこの翌日からリコール問
題が本格的に報道され始めました．その意味でも，最高のタイミン
グで，良い購入者に気持ち良く売却できたと掲載された私の販売広告（電話番号はすでに無効です）

ある編集委員の留学記

第8回

思います．

タイトル： この裏側にサインすると所有権が移ります．

75

3. 帰国に際しアパートの解約・整理
帰国のちょうど 1 か月前に引越しの連絡をアパート側に行いました．出国時に持ち出した小物類，古くなった

そのほか，郵便物に関しては，U. S. Postal Service（USPS）で郵便物転送手続きを取りました．海外への転送手続きは，事務所で手続きしなければなりません．アメリカ国内の転送であればインターネットで可能です．
私は，教授の家を転送先として，何かあったら連絡をもらえるよう，お願いしました．

洋服類はすべてこちらで処分し，荷物はスーツケース二

最後に，領事館に帰国届を出しました．手続きはイン

つ＋ゴルフバッグにまとめ，飛行機に持ち込むことにしターネットで簡単にできます．以上で，帰国に関する手ました．したがって，出国時にはお願いした引越し業者

続きは終了です．出国時と比べるとやるべき作業量も少は必要ありませんでした．テーブル，ベッド，テレビは，なく，あっという間に終わりました．

同じ研究室の学生や同じアパートの住人に購入価格の４割で譲りました．夏であれば，ガレージセールなどを開き売却する方法もあると思います．

4. 研究の整理
帰国の １ か月前に，研究のまとめ，今後の課題につ各種解約と住所変更

いて教授と相談しました．どこまでをアメリカで論文

帰国１週間前になり，電話，ケーブルテレビ，電力会にまとめ，どこから帰国後の作業とするか，あらかじめ社の解約を行いました．最後の支払い請求書，払い戻し

はっきりさせておきました．更に，今後も継続して共同の小切手の郵送先として日本の住所を指定します．携帯研究を進めることを確認し，帰国後の研究方針を立てま

電話は 2 年契約だったので違約金が発生しました．しかした．私の分野では実験が重要であるため，実験設備のし，海外移住の場合は特例があり，日本に移ったことを関係で，帰国しても簡単にはできない研究内容もありま示すために，日本でのインフラ（ガス，電気，電話）の請

す．あらかじめできることと，できないことをはっきり

求書を帰国後に送付すれば，解約料は免除されます．

させておいたのは良かったと思います．留学先で最後の銀行の口座については，口座を閉める，住所変更して論文を投稿したのは帰国の 2 週間前になります．最後の口座を残すという選択肢があります．私は公共料金の最2 週間は文献整理，帰国に当たっての報告資料の作成な後の支払いが残っていること，そして，円相場が 2 年前

どに充てました．

より 10 円近く高かったこともあり，口座を残すことに帰国の際，こちらで入手した資料の持ち帰りには十分しました．ただし，口座が５年間放置されると，オハイな注意を払う必要があります．こちらの大学で得た研究

オ州に全額没収されるとのことなので，マメにこの口座の資料に関しては，持ち帰りの可否をその都度確認し，を使う必要があります．

問題のないものだけを持ち帰りました．アメリカの研究機関ではその成果すべてが大学の財産であるという考え方がありますので，あらぬトラブルに巻き込まれないよう，帰国の際は十分に注意した方がよいと思います．

5. 留学中のトラブル集
これまでの留学記では楽しいことばかり書いてきましたが，実はそれなりのトラブルに遭遇しました．
航空券購入トラブル
アメリカでの移動では飛行機は重要な交通手段になり帰国直前に研究室の仲間とお別れパーティを開きました．
76

ます．なるべく航空券を安く買いたい，と聞いたことの通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

Reportない会社から航空券を買おうとしたのですが，見事にだ
まし行為にあいました．

2 度の Emergency Call

内容は，電話とメールを巧みに使い（本当に巧妙だっ

私はまだ日本で 110 番も 119 番もかけたことがあたのですがここでは省略します），航空券を予約した後りません．ところが，アメリカでは 2 度も Emergencyに突然高額な手数料を要求し，契約の無効を申し出ると，

Call（911 番）をかけてしまいました．

その手数料以上の航空券キャンセル料を請求してくるとある日曜日の未明，突然浴室の天井から水が滝のよういう手口です．電話上でいくらやり取りをしても，向こに落ちてきました．バケツでそれを受けてもきりがなく，うの対応は手慣れたもの，こちらはつたない英語というしかも収まる様子が一向にありません．休日の夜中なのこともあり，泣き寝入りを覚悟しました．ところが，向で，どうすればいいのかと途方に暮れアパートのマニュ

こうもだましている証拠となる小さなミスを犯し，それアルを見ると，このような場合には 911 番にかけるよを突破口に私はクレジットカードの支払いを拒否しま

うに，とありました．電話の後，すぐにアパートの修理した．その後，「 弁護士を立てて裁判を起こしその費用担当の人がやってきて，処置をしてくれました．どうや（5,000 ドル！）も請求する」などの圧力をかけてきましら，911 番にはアパートの担当者の電話番号を把握してたが，断固支払い拒否の姿勢を貫きました．本当に訴えおり，このような場合には，すぐにそちらへ連絡する体られたらどうしよう，と少し怖いところもあったのです

制ができているようです．

が，結局訴えられることはありませんでした．

もう一つの場所は前回の留学記にも少し登場したヨ

その後は，航空券購入に関し無理なことはせず，アメセミテ国立公園．残雪残る時期の山奥で，トレッキング

リカでの航空券購入は Expedia（www.expedia.com）

コースから大きく外れ，迷子になってしまいました．来を使うことにしました．

た道を戻ろうと思っても，足跡がはっきり残っておらず，

子供の病気と債権回収会社からの請求

どこを行けばよいのかよく分かりません．氷点下になる
夜が近づき，遭難の恐怖が襲ってきました．ここで，谷この留学中，私は単身赴任でこちらに来ていたのですにあるホテルでは携帯電話がつながったことを思い出しが，妻と子供が何回か遊びにやって来ました．このとき，ました．パニックになる直前でそのことを思い出し，ま子供が体をこわし病院に行くことになりました．

ずは山頂まで登り，そこから谷側に向かって歩き，電波

休日だ ったので，インターネットで救急外来を調べ，が入る場所を探すことにしました．しばらくすると電波飛び込みで病院に行きました．そこの病院では，問診，が届く場所に出ることができ，911 番へ． 携帯電話の診察，レントゲン撮影，注射，投薬とすべて担当者が異電池の残量を気にしながら会話をし，最終的にはレスなり，完全分業制が徹底されているように感じました．

キュー隊にヘリコプターで救出して頂きました．無線通

子供には，飽きさせないよういろいろなサービスがあり，シールや人形などを次々に持ってきてくれました．そして，最後は病人に対してとてもいいとは思えない，着色料一杯のアイスキャンディーをくれました．
さて，支払いは保険会社に任せるのですが，半年経ったころに，突然「Collection Agency（ 債権回収会社）」
から，郵便でお金の請求がありました．ここにも怖いことが一杯書いてありますし，それと同時に取り立ての電話もかかってきます（留守電にして出ませんでした）．保
険会社に早急な対応をお願いし約１週間で解決しましたが，債権回収の督促は毎日のようにあり，ちょっとした怖さを感じました．

ある編集委員の留学記

５月のヨセミテバレー：写真，滝の頂上右奥にかなり進んだとこ
ろで迷子になりました．

第8回

77

信に関する知識と 911 という番号を覚えていたことで，いく，そのすべてが新鮮で刺激的でした．更に，アメリ命を守ることができました．

カの研究者，そして近い将来博士号を取得し活躍するに

下山後，レスキュー隊の方たちからきつくお灸をすえ違いない同じ研究室の学生との交流は，この留学で得たられ（当たり前です），私も猛省してホテルへ．アメリカ

最高の財産です．また，大学教員として，アメリカの大では，レスキューにかかる費用はすべて寄付で賄われて学の教育事情，研究事情を垣間見ることができたこともいるということで，高額請求はありませんでした．もち大きな経験です．

ろん，後日ヨセミテに寄付をさせて頂きました．

様々なスポーツ観戦や，マラソン，ゴルフなどを通じ，大学，研究室以外でも多くの人と楽しく交流することがで入国書類が…

き，いろいろな角度からアメリカを感じることができましナイアガラの滝に行ったときのことです．ナイアガ

た．また，長期滞在中にしか行けないであろう，アメリカ

ラの滝は，滝壺近くまで船で行くというアトラクションの国立公園に行き，圧倒的な大自然を楽しむこともできまがあります．私も滝の水にずぶぬれになりながら大興奮した．これらを通じて，私の人間としての幅が広がっていだ ったのですが，船から降りるとパスポート，入国書るのであれば，留学の意義は更に大きなものになります．

類一式がずぶぬれに．最も大事な書類である DS2019「留学に行ってよかったか」と聞かれれば自信を持っ（1 回目の留学記を御覧下さい）の印鑑が水で落ちてしまて「よかった」と答えられますし，留学を終えた今，他いました．カナダからアメリカへの入国審査で当然のよの人に自信を持って留学することを勧めることができまうに問題になりました．別の場所に連れて行かれ，長時

す．この留学記を通じてたとえ一人でも「留学してみた間取調べ（？）を受けました．ここでもきついお灸をすえい」と感じてくれるのであれば，この留学記の意味があっられたことはいうまでもありません．最終的には大学かたものと思います．この 2 年間，計８回にわたり，とりら再発行してもらうということで，許してもらいました．

とめのない駄文にお付き合い頂きありがとうございました．今後，学会の場などで私を見かけることがありましたら，是非感想などをお聞かせ下さい．
最後に，この留学にあたり御迷惑をおかけした多くの関係者に感謝の意を表して留学記を終えたいと思います．

グランド・ティトン国立公園にて．留学中出会った最も印象深い
景色です．湖に山並みが綺麗に映っています．

6. 留学を振り返って
2 年間という，通常と比べても長い留学期間でしたが，終わってみると本当にあっという間でした．いろいろなことに挑戦しましたが，まだまだ時間が欲しかったというのが正直なところです．生まれて初めて日本の外で生活し，異なる文化圏に身を置き，その中で研究を進めて
78

最終日，Kazimierczuk 先生と記念撮影．
本当に良い先生で，何から何までお世話になりました．ここを留学先に選んで大正解でした．

通信ソサイエティマガジン No.13［夏号］2010

今， 通信 という呪縛からの脱却を！
通信ソサイエティ会長

並木淳治

昨今のネットサービスの普及・隆盛には目を見張るものがあ

素技術の発展はここ数十年まことに目覚ましい．しかし，皮肉にる．デパートやスーパーマーケットの売上げが軒並み減少するもその凄 まじいほどの進化は一般利用者，いや理工系大学生をし中，ネット販売，オークションは既に額でも感覚でもそれらをてもそれを直接感ずることができなくしてしまった一方，昨今の凌駕した．中波放送の CM 額は既にネット CM に後塵を拝し，ウェブや P2P などがもたらす利便性は，それらの連携（インタラ

巨人 Google も健在，多くのサービスはウェブ化され，4 月末クション）こそが作り出していることを如実に物語る例示に枚挙の日本経済新聞によれば米国 IT 関連企業の業績はまさに絶好調にいとまがない．例えば，従来国を代表する多くの通信事業者がである．

どんなに長い時間を掛けても普及・展開させられなかったサービ

一方，ネットの旗頭と思われていた日本の 通信の世界 が若者

スを，一介のベンチャー Skype などが特別なインフラを用いなの魅力の対象外になって久しい．今，どこの大学でも 通信 ， 情

い Overlay システムで，いとも簡単に展開させてしまうのである．

報

この Overlay システムの裏側には先ほど述べた おしゃべり者，無などの名前の付く学科の定員充足率は低く，偏差値の低下を恐れて，泣く泣く定員割れに追い込まれている．

類な世話焼き，おせっかい者，何気な物知り，お調子者

IT 企業には一昔前， 業績主義 なる風が吹き荒れた．各個人のなどの存在が極めて重要な位置を占めているのである．真夜中にネッ

能力の総和こそがその企業の実力と公言し，未熟な人事部門は 輝ト管理者から厄介者扱いされる YouTube などの大量の P2P トラ

く個人

ヒックを単なる気ままな インフラただ乗り と見るか，これこそなどと言いはやして，単なる首のすげ替えに奔走し，多くの有能な生え抜き社員のやる気を削ぎ退職に追いやる傍ら，それに見合う人材補強は中途採用からはできなかった．その結果そがシステムの真髄だと見るかで将来の展望は一変しよう．
さて米国 IT 業界好調と裏腹に，海外投資家割合が急増した我が国 IT 企業では，株価維持，説明責任など慣れない足かせが経営者のような企業の研究業績，営業規模はどうなったか？
当ソサイエティ会員数も毎年，消費税並みの減少率が止まらなを小粒化させ，先行投資もままならず半導体事業を皮切りに次々に後発国に蹂躙されていった現状を見てきた．このような 電子 ，い．矛盾と見えるこの現象は何を意味するのだろうか？
社会システムを含むダイナミックシステムを解析する場合に，インフラの主役の座から人知れずに降りた 通信 ，そして３K と二つの立場がある．一つはシステム機能を，それを構成する要素いわれる 情報 という三つの不人気看板を掲げる電子情報通信学に求めるもので，科学の常套手段として久しく認められていたも会に，若者はどこに魅力を感じろというのであろうか？

のである．特にコンピュータ未発達な時代には 解ける ことが極めて重要であったため，線形表現が優先され，あの有名な重ね合わせの理論（足し算，構成要素 X i，Xj などの積の項を扱わない）

我々，通ソや学会本体は，物事をあまりに 要素還元的 に見すぎていないだろうか？

社会の価値，ビジネスチャンス，言い換

えれば若者の価値観，興味の対象は既にそこにはなく，パラダイが盲目的信仰を生んできた．この立場は 要素還元主義 と呼ばれムシフトを遂げた米国 IT 企業の隆盛だけがまぶしい．それにもかている．そもそも 科学 の 科 の字の意味は ものを細かく要素

かわらず，相変わらず同じ価値観で お店 を広げていても，専門に分ける

職人以外は足を止める者はないだろう．

という意味で，構成要素の総和が組織の能力であると妄想させる根源となってきた．
一方の立場は， 輝く個人 が全く見て来なかった各要素間の接今こそ，通ソは長年の惰性的価値観を捨て，全く別の尺度でソサイエティを再構築する必要があろう．まず，従来の第一種研続（インタラクション）こそが重要だというものである．システム究会 は自らの先端的・境界的基礎技術に対するアプローチを 基が N 個の構成要素からできているとすれば，その要素間接続数は

礎・境界ソサイエティなどの競合他組織に委ねるのではなく，nC 2 で増加し，あっという間に nC2 ≫ N の状況になることは明ら

自らその方向性と発展性を明示し，多くの萌芽技術の研究活動をかであり， 各構成要素の組合せ（掛け算，Xi，Xj，Xk，…などの積自らに取り戻し，それをてこに自己改革の呼び水とする必要がなの項）こそが組織の能力を決定する というもので，（組合せを規かろうか？ 更に， 要素技術の統合化技術 に対し従来当学会に定する）規則還元論 などとも呼ばれている．ウェブサービスを本

全く興味を示さないサービス，ソリューション部門の方々に開か物にしている基本原理といえよう．

れた環境を準備したらどうだろうか？

皆さん，昔のオフィスを思い出してみよう．そこには， おしゃ
べり者 ， 無類な世話焼き ， おせっかい ， 何気な物知り ， お

財政問題が足かせというなら財政規範を異にするサブソサイエティを作ってでも取込みに一大出費を覚悟してはどうだろうか．

調子者 などが必ずいたものだった．彼らは前者の立場に立てば，今，通ソ運営は十分な自己資金がありながら，更に毎年多額のシステム特性になんら寄与せず，淘汰すべき存在ということにな

余剰金を残し，いたずらに本部の 特別基金 を膨張させ続けていり，いわゆる 輝く個人 たり得ない．ところが，後者の立場に立っる．一時期の収支ひっ迫を今なお恐れ，惰性的な緊縮財政・縮小た途端その評価は一変する．化学反応のほとんどは，反応式には均衡を続け，この重要な転換期を逃すことはない．平成 22 年の表れない 触媒 なくしては始まらない． 触媒 こそが要素間イン

今年こそ通ソは新たな価値観で再構築すべきであろう．世界のパタラクションを作り出す重要な存在なのだ．それが企業活動でいワーバランスも，景気も，政権も，大きく変わった今，通ソ活動

うならば 社風 ， 組織力 ， 歴史力 ， 信頼力 だったのではなの中核・ 研究専門委員会 とそれをまとめる 研専運営会議 幹部

かろうか？

の皆様の前向きかつ自発的な改革を熱望したい．それが，物言わ長らく本会の根幹を成してきた多くの基盤技術群，例えば伝送ぬ 1 万 3 千人通ソ会員の総意ではなかろうか？

通ソ会長に推挙

技術，信号処理技術，半導体技術，人工知能技術，制御技術，ソ頂いた並木として改めて通ソ 1 万 3 千人会員の皆様の熱い期待に

フトウェア技術などをシステムの構成要素群と呼ぶと，各々の要

お応えすべく，全力で改革を断行することをお約束する．

from EDITORS
今年の 3 月は寒い！ そんな中お花見をしている集団を見かけると，すっかり酔っぱらっている人はともかく，強い風に吹きさらされて震えている様子は，もはや我慢大会にしか思えないくらい．そんな皆さんを横目で見ながら，こちらは 早々に暖かい赤提灯へ．
やっぱり花より団子だね！

（K.Y.）

とりわけ，企業の研究開発の取組みでは，研究開発テーマの市場性が最終的に問われる

2010 年 5 月 25 日 印刷 2010 年 6 月 1 日 発行

Editorial Board
編 集 委 員 長 山崎克之
編集副委員長 菊間信良   山岡克式
編 集 委 員 赤埴淳一   朝香卓也   岩井誠人
小瀬木滋   小野文恵
河東晴子   佐波孝彦
関屋大雄   高橋応明
戸出英樹   西本 浩
ベンジャブール・アナス
南 憲一   三宅 滋

わけですが，今回，NGN 小特集の企画に際して， 今後の市場性 というキーワードが頭をよぎりました．閉塞感がまんえんする今日，市場開拓に向けた新たな取組み，更には，
テーマ選択を含めた抜本的な発想の転換が求められていることを改めて感じる今日このごろです．

（M.M.）

土佐から江戸まで１週間くらいかかる時代

大槻知明
神尾享秀
庄木裕樹
辻 宏之
濱辺孝二郎
松田崇弘

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2010 年秋号（第 14 号） 2010 年 9 月 1 日 発行
私の技術者歴三木弼一

子どもに教えたい
通信のしくみGPS のしくみ

小特集

最近，時代劇をよく見ます．坂本竜馬は，

  翁長 久  清水 聡  橘 拓至  長谷川輝之  馬杉正男開発物語

通信と放送の連携～ IPTV・地上デジタル放送 IP 再送信の展開と期待～

日本発国際標準：
地球規模で普及するデジタルファクシミリ

に，日本中をエネルギッシュに駆け巡り，次々と時代を変革させる手を打っています
ね．不便さと無為な時間が，エネルギーと深い知恵を生み出すということかなと考えています．

（S.U.）

縁あって，再び B-plus の編集に携わることになりました．4 月になり，新入生やフレッシュマンの季節になりましたが，このB-plus がスタートした目的の一つでもありますように，B-plus によって先輩方の培われた技術や知識を，フレッシュマンや新たに研究をスタートした学生の皆様のお役に立てるよう心掛けていきたいと思います．（H.T.）
4 月は異動の季節です．新入学，新入社あるいは人事異動で，新しい環境のもと気持ちも新たに勉学や仕事に携わることになった方も多いと思います．6 月の今からでも遅くはありません．年齢にかかわらず，フレッシュな気持ちで，何か新しいものに挑戦してみてはいかがでしょう？

（T. A.）

本誌の愛称は「B-plus」，正式名称は「通信ソサイエティマガジン」，「IEICE Communications Society Magazine」です．
本誌掲載論文を文献引用する際は，邦文略称「信学通誌」，英文略称「IEICE Commun. Mag.」を用いて下さい．

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