JP5036809B2 - 無線通信装置および緊急信号送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および緊急信号送信方法に関する。

近年、無線通信、特に移動体通信では、音声以外に画像やデータなどの様々な情報が伝送の対象になっている。今後はさらに高速な伝送に対する必要性がさらに高まるであろうと予想され、高速伝送を行うために、限られた周波数資源をより効率よく利用して、高い伝送効率を実現する無線伝送技術が求められている。

このような要求に応え得る無線伝送技術の一つにＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）がある（例えば、非特許文献１参照）。ＯＦＤＭは、高い周波数利用効率、マルチパス環境下のシンボル間干渉低減などの特徴を持ち、伝送効率の向上に有効であることが知れている。特に、ＯＦＤＭは、データが配置される複数のサブキャリアの周波数が互いに直交しているため、マルチキャリア通信の中でも最も周波数利用効率が高く、また、比較的簡単なハードウェア構成でマルチキャリア通信を実現できる。このため、ＯＦＤＭは、移動体通信に採用される通信方法として注目されており、様々な検討がなされている。
ＷＳ No.197，「〜ディジタル放送／移動通信のための〜ＯＦＤＭ変調技術」，株式会社トリケップス，２０００年３月７日

雪山での遭難等、無線通信移動局装置（以下、移動局と省略する）ユーザに緊急事態が発生した場合に、移動局ユーザが救助を求めるための連絡手段として移動体通信を利用し、移動局から無線通信基地局装置（以下、基地局と省略する）へ緊急信号を送信することが考えられる。

また、移動体通信にＯＦＤＭを採用する場合、移動局から基地局へ緊急信号を送信するために、データチャネルとは別に緊急信号専用の特別なチャネルを予め確保しておくことが考えられる。

しかしながら、移動局が緊急信号を基地局に送信する頻度は極めて少ないため、緊急信号専用の特別なチャネルを予め確保しておくのは無駄である。また、緊急信号専用の特別なチャネルを常に確保しておくと、その特別なチャネルではデータを伝送できないためデータ伝送効率が低下してしまう。

本発明の目的は、データ伝送効率を低下させることなく緊急信号を送信することができる無線通信装置および緊急信号送信方法を提供することである。

本発明の無線通信装置は、マルチキャリア信号の周波数帯において通常信号が配置されない特定の周波数に緊急信号を配置する配置手段と、前記特定の周波数に配置された前記緊急信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、データ伝送効率を低下させることなく緊急信号を送信することができる。

まず、マルチキャリア信号を構成する複数のサブキャリアについて説明する。ここでは、説明を容易にするため、図１に示すように、マルチキャリア信号はｆ１〜ｆ１５のサブキャリアから構成されるものとする。

図１に示すマルチキャリア信号を構成するサブキャリアｆ１〜ｆ１５において、データ信号、制御信号およびパイロット信号（以下、これらを通常信号という）を配置するためのサブキャリア（以下、使用キャリアという）として、サブキャリアｆ４〜ｆ１２がある。

ただし、使用キャリアｆ４〜ｆ１２のうち、マルチキャリア信号の中心周波数のサブキャリアｆ８、すなわち、ＤＣキャリアは、ＤＣオフセットの影響により基地局での受信品質が劣化するため、移動局では通常信号を配置しない。つまり、移動局が通常信号を基地局に送信するために使用するサブキャリアは９つの使用キャリアｆ４〜ｆ１２のうち、サブキャリアｆ４〜ｆ７、および、サブキャリアｆ９〜ｆ１２の８つである。

また、図１に示すように、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）がなされる周波数範囲であるＦＦＴサイズは、マルチキャリア信号の周波数帯と等しく、ｆ１〜ｆ１５の周波数帯である。よって、基地局では、通常信号が配置されないＤＣキャリアも含めてＦＦＴが行われるが、従来、ＤＣキャリアは復調処理されずに廃棄されている。つまり、従来、ＤＣキャリアは基地局で受信されるにもかかわらず復調処理されずに廃棄されている。

また、マルチキャリア信号を構成するサブキャリアｆ１〜ｆ１５において、使用キャリア以外のサブキャリアｆ１〜ｆ３およびｆ１３〜ｆ１５は、隣接セル干渉を低減させるために使用キャリアの両側に設定されたものであり、ガードキャリアと称される。よって、移動局ではガードキャリアには通常信号を配置しない。また、ＤＣキャリアと同様、基地局では、通常信号が配置されないガードキャリアも含めてＦＦＴが行われるが、従来、ガードキャリアは復調処理されずに廃棄されている。つまり、従来、ガードキャリアは基地局で受信されるにもかかわらず復調処理されずに廃棄されている。

このように、従来、マルチキャリア信号を構成する複数のサブキャリアにおいて、基地局で受信されるにもかかわらず復調されずに廃棄されているサブキャリアが存在する。

ここで、移動局は、通常信号が誤り無く基地局に受信されるために、ガードキャリアおよびＤＣキャリアに通常信号を配置しないだけである。つまり、ガードキャリアおよびＤＣキャリアは、移動局が信号を配置しさえすれば基地局で復調することが可能なサブキャリアである。

また、上記のように、緊急信号は移動局ユーザに緊急事態が生じている際に基地局宛に
送信される信号であり、緊急信号送信の最大の目的は移動局ユーザが緊急事態にあることを知らせることである。換言すれば、緊急信号により移動局ユーザに緊急事態が生じていることさえ知らせることができればよい。よって、緊急信号は通常信号とは異なり、基地局に受信されさえすれば、その受信品質は劣化していても構わない。

また、通信システム全体のすべての通信時間において、緊急信号を送信しなければならないような緊急事態が発生する頻度は極めて少ない。また、緊急信号送信の最大の目的は移動局ユーザが緊急事態にあることを知らせることであるため、通信システム全体のすべての通信時間に占める緊急信号の送信時間はわずかである。よって、移動局が緊急信号を送信する場合、緊急信号から通常信号に与える干渉はわずかであり、緊急信号が通信システム全体に与える影響はほとんどない。

そこで、本発明では、マルチキャリア信号の周波数帯において、ガードキャリアの周波数またはＤＣキャリアの周波数等、通常信号が配置されない特定の周波数に緊急信号を配置して送信する。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、ガードキャリアの周波数に緊急信号を配置する。

本実施の形態に係る移動局１００の構成を図２に示す。

移動局１００において、変調部１０１には、通常信号が入力される。変調部１０１は、入力された通常信号に対して変調処理を行って通常信号シンボルを生成し、通常信号シンボルを配置部１０２に出力する。

配置部１０２は、複数のサブキャリアのうちガードキャリアおよびＤＣキャリア以外のサブキャリアに通常信号シンボルを配置してＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１０３に出力する。

ＩＦＦＴ部１０３は、複数のサブキャリアに対してＩＦＦＴを行って、マルチキャリア信号であるＯＦＤＭシンボルを生成し、ＯＦＤＭシンボルをＣＰ（Cyclic Prefix）付加部１０４に出力する。

ＣＰ付加部１０４は、ＩＦＦＴ部１０３から入力されるＯＦＤＭシンボルの後尾部分と同じ信号をＣＰとしてＯＦＤＭシンボルの先頭に付加し、ＣＰ付加後のＯＦＤＭシンボルを無線送信部１０８に出力する。

変調部１０５には、緊急信号が入力される。変調部１０５は、入力された緊急信号に対して変調処理を行って緊急信号シンボルを生成し、緊急信号シンボルを配置部１０６に出力する。

配置部１０６は、変調部１０５から入力された緊急信号シンボルを、通常信号が配置されないガードキャリアの周波数に配置して拡散部１０７に出力する。

ここで、基地局の送信電力と比較して移動局の送信電力は小さいため、基地局のセル範囲外、つまり、通信圏外に移動局が位置している場合、移動局は基地局の信号を受信できるにもかかわらず、基地局はその移動局からの信号を受信できない状況が発生する。このような場合でも、基地局が移動局からの緊急信号を確実に受信できることが望ましい。そ
こで、拡散部１０７は、配置部１０６から入力された緊急信号シンボルに対して緊急信号用の拡散コードを用いて拡散処理を行い、拡散後の緊急信号シンボルを無線送信部１０８に出力する。拡散部１０７には、移動局１００が基地局のセル範囲外に位置する場合でも基地局が緊急信号を確実に受信できる程度のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を得ることができる拡散コードを設定する。

無線送信部１０８は、ＣＰ付加部１０４から入力されるＯＦＤＭシンボルまたは拡散部１０７から入力される緊急信号シンボルに対しＤ／Ａ変換、増幅およびアップコンバート等の送信処理を行ってアンテナ１０９から基地局へ送信する。

ここで、通常信号および緊急信号の周波数配置について図３および図４を用いて説明する。

通常信号は配置部１０２により、図３に示すように、図１に示すサブキャリアｆ４〜ｆ７およびｆ９〜ｆ１２に配置される。ここでは、図３に示すように、パイロットチャネルとデータチャネルとで通常信号の１フレームが構成される。また、図３に示すように、配置部１０２は、ＤＣキャリアｆ８には通常信号を配置しない。

一方、緊急信号は配置部１０６により、図４に示すように、図１に示すガードキャリアｆ１〜ｆ３およびｆ１３〜ｆ１５のうち、ガードキャリアｆ１３の周波数に配置される。また、図４に示すように、配置部１０６は、ガードキャリアｆ１３の周波数以外の周波数には緊急信号を配置しない。よって、無線送信部１０８は、緊急信号を送信する際、ガードキャリアｆ１３の周波数のみを対象にして送信処理を行えばよい。

なお、配置部１０６は、ガードキャリアｆ１３以外のガードキャリアｆ１〜ｆ３,ｆ１４,ｆ１５の周波数に緊急信号を配置してもよい。つまり、配置部１０６は、マルチキャリア信号の周波数帯ｆ１〜ｆ１５において、複数のガードキャリアのうちのいずれかのガードキャリアの周波数に緊急信号を配置する。

次に、本実施の形態に係る基地局２００について説明する。本実施の形態に係る基地局２００の構成を図５に示す。

基地局２００において、無線受信部２０２は、移動局１００から送信されたＯＦＤＭシンボルをアンテナ２０１を介して受信し、このＯＦＤＭシンボルに対しダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行ってＣＰ除去部２０３に出力する。

ＣＰ除去部２０３は、受信処理後のＯＦＤＭシンボルからＣＰを除去し、ＦＦＴ部２０４に出力する。

ＦＦＴ部２０４は、ＣＰ除去部２０３から入力されるＯＦＤＭシンボルに対してＦＦＴを行い、ＦＦＴ後の信号を復調部２０５および抽出部２０６に出力する。

復調部２０５は、ＦＦＴ部２０４から入力される信号のうち、サブキャリアｆ４〜ｆ７およびｆ９〜ｆ１２に配置されている信号、つまり、通常信号シンボルに対して復調処理を行い、通常信号を得る。

抽出部２０６は、ＦＦＴ部２０４から入力される信号のうちガードキャリアの周波数に配置された信号、つまり、緊急信号シンボルを抽出して逆拡散部２０７に出力する。

逆拡散部２０７は、抽出部２０６から入力される緊急信号シンボルに対して逆拡散処理
を行い、逆拡散後の緊急信号シンボルを復調部２０８に出力する。

復調部２０８は、逆拡散部２０７から入力される緊急信号シンボルに対して復調処理を行い、緊急信号を得る。

次に、基地局で受信される信号（ＯＦＤＭシンボル）について説明する。

複数の移動局１００が通常信号のみを送信する場合、基地局２００は、図３に示す信号を受信する。このとき、基地局２００は、通常信号のみを得る。

一方、通常信号を送信する移動局１００と緊急信号を送信する移動局１００の双方が同時に存在する場合、基地局２００は、図６に示す信号を受信する。図６に示すように、基地局２００にて受信される信号において、サブキャリアｆ４〜ｆ７およびｆ９〜ｆ１２には通常信号が配置され、ガードキャリアｆ１３には緊急信号が配置されている。基地局２００は、通常信号のみを受信する場合と同様に通常信号シンボルを復調する一方、ガードキャリアｆ１３に配置された緊急信号シンボルを抽出して復調する。よって、通常信号を送信する移動局１００と緊急信号を送信する移動局１００の双方が同時に存在する場合には、基地局２００は、通常信号および緊急信号の双方を同時に得ることができる。

このように、本実施の形態によれば、マルチキャリア信号の周波数帯において、通常信号の送信には使用されないが、基地局には受信されるガードキャリアを用いて緊急信号を送信する。このため、通常信号用のサブキャリアの一部を緊急信号用として予め確保しておかなくても緊急信号を送受信することができる。よって本実施の形態によれば、マルチキャリア通信において、データ伝送効率を低下させることなく緊急信号を送信することができる。

さらに、本実施の形態によれば、緊急信号に対して拡散処理を行っているため、通常信号が基地局まで届かない場合、例えば、移動局がセル範囲外に位置する場合においても、緊急信号を基地局まで確実に伝送することができる。

さらに、本実施の形態によれば、従来の移動局および従来の基地局に簡易な構成（変調部１０５，配置部１０６，拡散部１０７，抽出部２０６，逆拡散部２０７，復調部２０８）を追加するだけで緊急信号の送受信が可能となる。よって、本実施の形態によれば、緊急信号の送受信を行える移動局および基地局を低コストで実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、ＤＣキャリアの周波数に緊急信号を配置する点において実施の形態１と相違する。

すなわち、本実施の形態では、図２に示す配置部１０６が、変調部１０５から入力された緊急信号シンボルを、通常信号が配置されないＤＣキャリアの周波数に配置し、図５に示す抽出部２０６が、ＦＦＴ部２０４から入力される信号のうちＤＣキャリアの周波数に配置された緊急信号シンボルを抽出する点のみが実施の形態１と相違する。

次に、緊急信号の周波数配置について図７を用いて説明する。なお、通常信号の周波数配置は実施の形態１（図３）と同様である。

緊急信号は配置部１０６により、図７に示すように、図１に示すＤＣキャリアｆ８の周波数に配置される。また、図７に示すように、配置部１０６は、ＤＣキャリアｆ８の周波数以外の周波数には緊急信号を配置しない。よって、無線送信部１０８は、緊急信号を送
信する際、ＤＣキャリアｆ８の周波数のみを対象にして送信処理を行えばよい。このように、本実施の形態に係る配置部１０６は、マルチキャリア信号の周波数帯ｆ１〜ｆ１５において、ＤＣキャリアの周波数に緊急信号を配置する。

次に、基地局で受信される信号（ＯＦＤＭシンボル）について説明する。

複数の移動局１００が通常信号のみを送信する場合については実施の形態１（図３）と同様である。

一方、通常信号を送信する移動局１００と緊急信号を送信する移動局１００の双方が同時に存在する場合、基地局２００は、図８に示す信号を受信する。図８に示すように、基地局２００にて受信される信号において、サブキャリアｆ４〜ｆ７およびｆ９〜ｆ１２には通常信号が配置され、ＤＣキャリアｆ８には緊急信号が配置されている。基地局２００は、通常信号のみを受信する場合と同様に通常信号シンボルを復調する一方、ＤＣキャリアｆ８に配置された緊急信号シンボルを抽出して復調する。よって、通常信号を送信する移動局１００と緊急信号を送信する移動局１００の双方が同時に存在する場合には、基地局２００は、通常信号および緊急信号の双方を同時に得ることができる。

このように、本実施の形態によれば、マルチキャリア信号の周波数帯において、通常信号の送信には使用されないが、基地局には受信されるＤＣキャリアを用いて緊急信号を送信する。このため、通常信号用のサブキャリアの一部を緊急信号用として予め確保しておかなくても緊急信号を送受信することができる。よって本実施の形態によれば、実施の形態１同様、マルチキャリア通信において、データ伝送効率を低下させることなく緊急信号を送信することができる。また、本実施の形態によれば、実施の形態１同様、緊急信号を基地局まで確実に伝送することができる。さらに、本実施の形態によれば、実施の形態１同様、緊急信号の送受信を行える移動局および基地局を低コストで実現することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記各実施の形態の移動局では、緊急信号を送信する際、通常信号の送信処理に用いる変調部１０１，配置部１０２，ＩＦＦＴ部１０３およびＣＰ付加部１０４への電源供給を停止してもよい。これにより、移動局では、緊急信号送信の際に、消費電力が比較的大きいＩＦＦＴ回路を停止させることができるため、消費電力を非常に小さくできる。よって、移動局は、緊急信号をより長い時間送信することが可能となる。

また、上記各実施の形態では、移動局−基地局間で送受信される信号がＯＦＤＭ方式で伝送されるものとして説明したが、この信号は、例えばシングルキャリア方式等、ＯＦＤＭ方式以外の伝送方式で伝送されてもよい。シングルキャリア方式としては、例えば３ＧＰＰ規格で採用されているＳＣ−ＦＤＭＡ方式等がある。ＳＣ−ＦＤＭＡ方式では周波数軸上（周波数領域）の信号に対してＩＦＦＴを行うため、ＳＣ−ＦＤＭＡ方式により信号が送信される場合でも、緊急信号をＤＣキャリアの周波数またはガードキャリアの周波数に配置して送信することが可能である。

また、上記各実施の形態では、図１に示すマルチキャリア信号を用いて説明したが、例えば３ＧＰＰ規格では、伝送帯域幅２０ＭＨｚにおいてＦＦＴサイズとして２０４８本のサブキャリアが設定される。また、使用キャリアが１２０１本あり、そのうちの１つがＤＣキャリアである。よって、使用キャリア以外の８４７本のサブキャリアがガードキャリアである。

また、上記各実施の形態では、緊急信号に対して拡散処理を行ったが、セル範囲内に位置する移動局からの緊急信号のみを基地局が受信できればよい場合には、緊急信号に対して拡散処理を行わなくてもよい。よって、この場合には、拡散部１０７（図２）および逆拡散部２０７（図５）は不要となる。

また、上記各実施の形態では、緊急信号の送信側の無線通信装置を移動局、緊急信号の受信側の無線通信装置を基地局として説明したが、基地局が図２に示す構成を採り、移動局が図５に示す構成を採ることにより、緊急信号の送信側の無線通信装置を基地局、緊急信号の受信側の無線通信装置を移動局とすることもできる。緊急信号の送信側を基地局、緊急信号の受信側を移動局にすると、津波警報や地震警報等の気象情報や緊急事態情報を基地局から複数の移動局に対して放送することが可能になる。

また、上記各実施の形態では、ガードキャリアまたはＤＣキャリアのいずれか一方を用いて緊急信号を送信したが、ガードキャリアおよびＤＣキャリアの双方を用いて緊急信号を送信することも可能である。例えば、ガードキャリアの周波数およびＤＣキャリアの周波数の双方に緊急信号を配置して複数の緊急信号を同時に送信することも可能であり、また、緊急信号をガードキャリアの周波数とＤＣキャリアの周波数との間でホッピングさせながら送信することも可能である。これにより、緊急信号のダイバーシチ効果を高めて、緊急信号をより確実に受信可能とすることができる。

また、緊急信号の種類または内容に応じて、緊急信号をガードキャリアの周波数に配置するか、または、ＤＣキャリアの周波数に配置するかを選択してもよい。これにより、受信側で緊急信号の配置位置を判定することにより、緊急信号の種類または内容に関する信号を送信側から受信側に別途送信することなく、受信側では緊急信号の種類または内容を知ることができる。例えば、緊急度が低い場合には緊急信号をガードキャリアの周波数に配置し、緊急度が高い場合には緊急信号をＤＣキャリアの周波数に配置する。このように、緊急信号の緊急度に応じてガードキャリアまたはＤＣキャリアのいずれか一方を用いて緊急信号を送信することにより、受信側では緊急度を通知するための信号を必要とせずに、緊急度を知ることが可能となる。

また、ＴＤＤシステムにおいて、上り回線では緊急信号をＤＣキャリアの周波数に配置して送信し、下り回線では緊急信号をガードキャリアの周波数に配置して送信してもよい。このように、上り回線と下り回線との間で緊急信号を配置する周波数を互いに異ならせることにより、上り回線の緊急信号と下り回線の緊急信号との衝突を防ぐことができ、安定した緊急信号の送信が可能となる。

また、移動局はUE、基地局装置はNode B、サブキャリアはトーンと称されることもある。また、ＣＰは、ガードインターバル（Guard Interval：ＧＩ）と称されることもある。

また、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフ
ィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

２００７年３月２８日出願の特願２００７−０８５３８７の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明は、移動体通信システム等に適用することができる。

マルチキャリア信号のサブキャリア構成を示す図 本発明の実施の形態１に係る移動局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る通常信号配置例 本発明の実施の形態１に係る緊急信号配置例 本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る基地局での受信信号例 本発明の実施の形態２に係る緊急信号配置例 本発明の実施の形態２に係る基地局での受信信号例

Claims (3)

1. 緊急信号の種類、内容または緊急度に応じて、ガードキャリアの周波数またはＤＣキャリアの周波数に前記緊急信号を配置する配置手段と、
   配置された前記緊急信号を送信する送信手段と、
   を具備する無線通信装置。
2. 前記緊急信号を拡散する拡散手段、をさらに具備する、
   請求項１記載の無線通信装置。
3. 緊急信号の種類、内容または緊急度に応じて、ガードキャリアの周波数またはＤＣキャリアの周波数に前記緊急信号を配置し、
   配置された前記緊急信号を送信する、
   緊急信号送信方法。

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