(57)【要約】【課題】無線パケットの衝突による通信遅延、遅延分散を軽減することができ、ルーティングのための装置や処理時間を必要としない移動体通信システム、移動体通信方法および通信端末を提供する。【解決手段】基地局３の通信エリア３１外にある第１の通信端末４１および第２の通信端末４２ａ〜４２ｅは、測位衛星２から取得した時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期する。第１の通信端末４１で緊急操作が行われると緊急情報Ｅが所定回数発信され、第２の通信端末４２ａ〜４２ｅは、緊急情報Ｅが中継済みではなく、かつエラーが無い場合に、タイムフレームに同期して緊急情報Ｅを他の第２の通信端末または通信エリア３１内の第３の通信端末４３ａ、４３ｂへ中継する。第３の通信端末４３ａ、４３ｂは、緊急情報Ｅが中継済みではない場合に、タイムフレームに同期して基地局３へ中継する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星の時刻情報に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外にある第１の通信端末から発信された緊急情報を、前記通信エリア外にある複数の第２の通信端末と、前記通信エリア内にある複数の第３の通信端末とによって伝送する移動体通信システムであって、
前記第１の通信端末は、前記緊急情報を生成する緊急情報生成部と、前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信する送信部と、を備え、
前記第２の通信端末は、前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の第２の通信端末または前記第３の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成する中継部と、を備え、
前記第３の通信端末は、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を前記基地局へ中継する中継部と、を備える、
ことを特徴とする移動体通信システム。
【請求項２】
前記緊急情報は、前記第１の通信端末を識別するための端末情報と、前記測位衛星に基づいて取得した前記第１の通信端末の位置情報と、前記緊急情報のエラーの検出に用いられる誤り検出情報とを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
【請求項３】
前記第１の通信端末は、前記緊急情報が前記基地局まで伝送されない場合に、前記送信回数を追加して前記緊急信号の送信を継続する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の移動体通信システム。
【請求項４】
前記緊急情報は、複数の情報を多重化したデータフレームに格納して送信され、前記第２の通信端末および前記第３の通信端末は、前記データフレーム内における前記緊急情報の格納位置を変更してから中継する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信システム。
【請求項５】
前記基地局は、前記緊急情報を受信した場合に応答情報を送信し、
前記第３の通信端末は、前記基地局のタイムフレームに同期して前記応答情報を受信し、前記応答情報が中継済みではない場合には、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を前記第２の通信端末へ中継し、
前記第２の通信端末は、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記応答情報を受信し、前記応答情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記応答情報を他の第２の通信端末または前記第１の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成する、
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の移動体通信システム。
【請求項６】
前記応答情報は、前記基地局を識別するための基地局情報と、前記基地局の位置情報と、前記緊急情報をエラー無く受信できたか否かを表す受信成否情報と、前記応答情報のエラーの検出に用いられる誤り検出情報とを含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の移動体通信システム。
【請求項７】
測位衛星の時刻情報に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外にある第１の通信端末から送信された緊急情報を、前記通信エリア外にある複数の第２の通信端末と、前記通信エリア内にある複数の第３の通信端末とによって伝送する移動体通信方法であって、
前記第１の通信端末により、前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信し、
前記第２の通信端末により、前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の第２の通信端末または前記第３の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成し、
前記第３の通信端末により、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に前記緊急情報を前記基地局へ中継する、
ことを特徴とする移動体通信方法。
【請求項８】
測位衛星の時刻情報に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外から緊急情報を送信する通信端末であって、
前記緊急情報を生成する緊急情報生成部と、
前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、
前記基地局との通信状態に基づき、前記通信エリア内であるか否かを判定するエリア判定部と、
前記通信エリア外から前記基地局へ緊急通信を行う際に操作される緊急操作部と、
前記緊急情報を送受信する通信部と、
前記エリア判定部の判定結果と、前記緊急操作部の操作状況とに応じて緊急通信時の動作を切り替える緊急通信制御部と、を備え、
前記緊急通信制御部は、
前記通信エリア外で前記緊急操作部が操作された場合に、前記緊急情報生成部により前記緊急情報を生成し、前記測位情報取得部により前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記通信部により前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信し、
前記通信エリア外で前記緊急操作部が操作されていない場合には、前記測位情報取得部により前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記通信部により前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成し、
前記通信エリア内では、前記通信部により前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に、前記緊急情報を前記基地局へ中継する、
ことを特徴とする通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラー方式を含む移動体通信システム、移動体通信方法と、この移動体通信システムに用いられる通信端末とに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などに利用されているセルラー方式等の移動体通信システムでは、基地局と通信端末とが規定の通信プロトコルにしたがって所定の信号を送受信することにより通信路を確立する。基地局からの電波が届く範囲は、通信エリア（セルラーエリア、通信圏）と呼ばれており、必要な通信エリアが１つの基地局でカバーできない際は、基地局は、通信エリアを途切れることなく確保するために所定の間隔ごとに配置されている。したがって、基地局の電波が届かない山中などの通信エリア外や、災害などで基地局が機能していない状況下では、基地局と通信端末との間で通信路を確立することができないので、通信端末から事故や災害などに対する緊急通信を行うことはできなかった。
【０００３】
通信端末による通信エリア外からの緊急通信を可能にするために、公共安全ネットワークに高速通信が可能なＬＴＥシステムを適用したＰＳ−ＬＴＥ（Ｐｕｂｌｉｃ  Ｓａｆｅｔｙ−Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムの導入が検討されている。このＰＳ−ＬＴＥシステムでは、基地局の通信エリア端に信号を中継する中継装置を設置したり、移動可能な可搬型基地局を災害現場などに持ち込んで通信路を確保することが検討されている。また、移動体通信システムの仕様検討・作成を行う３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）で新たに策定された標準仕様では、基地局の通信エリア外で通信端末同士の通信を可能にするＤ２Ｄ（Ｄｅｖｉｃｅ  ｔｏ  Ｄｅｖｉｃｅ）通信の導入が決定されている。
【０００４】
従来のＤ２Ｄ通信として、特許文献１には、無線マルチホップネットワークを利用した通信システムが開示されている。無線マルチホップネットワークとは、近傍にある通信端末同士が無線通信により数珠つなぎにつながって大きなネットワークを形成するアドホックネットワークの１種であり、直接接続していない通信端末同士が通信をする場合は、間に挟まる通信端末がそのデータをバケツリレーのように中継するものである。特許文献１では、既存のチャネルアクセス制御であるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｌｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を改良することにより、複数の通信端末間でチャネルへのランダムアクセス性を有しながら、送信時刻を自律的に同期するようにしており、無線資源の利用効率が劣化無しに複数の通信路を確保し、高い経路ダイバーシティ効果および高信頼性を得ることができる。
【０００５】
また、特許文献２には、無線マルチホップネットワークを利用した通信システムにおいて、通信データを発信するソース側通信端末と、通信データを受け取る宛先通信端末との間に、異なる中継用通信端末により構成された複数の通信路を予め作成しておき、使用中の主通信路が通信不能となった場合に、他の副通信路を利用して通信を継続することが記載されている。特許文献２の技術によれば、効率的で信頼性の高い通信を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４７３８１号公報
【特許文献２】特表２００９−５４２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の通信システムによれば、複数の通信端末を経由して通信路を確保する場合、複数の通信端末が同時に受信を行い、相互に受信されたことを認識することはできないため、再転送する時刻もほぼ同等となり、無線パケットの衝突を頻繁に発生してしまう。無線パケット衝突時の処理として、ランダム時間待った後に再送信するのが一般的であるが、通信端末の数が多いほど待機時間が長くなり、通信遅延の増大、もしくは遅延分散の増大を引き起こすという問題があった。通信遅延および遅延分散の拡大は、緊急通信という非常時の通信において問題となる。
【０００８】
また、特許文献２の通信システムでは、ルーティングプロトコルにより複数の通信路を確保するためにルーティング用の装置が必要となるので、通信エリア外での緊急通信にはできない、という問題があった。また、ルーティングのための処理時間により、通信遅延も発生してしまう。
【０００９】
本発明は、無線パケットの衝突による通信遅延、遅延分散を軽減することができ、ルーティングのための装置や処理時間を必要としない移動体通信システム、移動体通信方法および通信端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、測位衛星の時刻情報（例えば、ＧＰＳ：Global Positioning SystemにおけるＰＰＳ：Pulse Per Second信号）に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外にある第１の通信端末から発信された緊急情報を、前記通信エリア外にある複数の第２の通信端末と、前記通信エリア内にある複数の第３の通信端末とによって伝送する移動体通信システムであって、前記第１の通信端末は、前記緊急情報を生成する緊急情報生成部と、前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信する送信部と、を備え、前記第２の通信端末は、前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の第２の通信端末または前記第３の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成する中継部と、を備え、前記第３の通信端末は、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を前記基地局へ中継する中継部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、基地局の通信エリア外にある第１の通信端末および第２の通信端末は、測位衛星から取得した時刻情報に基づいて基地局のタイムフレームに同期しており、緊急時には、第１の通信端末から緊急情報が所定回数発信される。第２の通信端末は、基地局のタイムフレームに同期して緊急情報を受信し、緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、タイムフレームに同期して他の第２の通信端末または前記第３の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成する。第３の通信端末は、基地局のタイムフレームに同期して緊急情報を受信し、緊急情報が中継済みではない場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を前記基地局へ中継する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の移動体通信システムにおいて、前記緊急情報は、前記第１の通信端末を識別するための端末情報と、前記測位衛星に基づいて取得した前記第１の通信端末の位置情報と、前記緊急情報のエラーの検出に用いられる誤り検出情報とを含む、ものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の移動体通信システムにおいて、前記第１の通信端末は、前記緊急情報が前記基地局まで伝送されない場合に、前記送信回数を追加して前記緊急信号の送信を継続する、ものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体通信システムにおいて、前記緊急情報は、複数の情報を多重化したデータフレームに格納して送信され、前記第２の通信端末および前記第３の通信端末は、前記データフレーム内における前記緊急情報の格納位置を変更してから中継する、ものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体通信システムにおいて、前記基地局は、前記緊急情報を受信した場合に応答情報を送信し、前記第３の通信端末は、前記基地局のタイムフレームに同期して前記応答情報を前記第２の通信端末に中継し、前記第２の通信端末は、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記応答情報を受信し、前記応答情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して他の第２の通信端末または前記第１の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成する、ものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の移動体通信システムにおいて、前記応答情報は、前記基地局を識別するための基地局情報と、前記基地局の位置情報と、前記緊急情報をエラー無く受信できたか否かを表す受信成否情報と、前記応答情報のエラーの検出に用いられる誤り検出情報とを含む、ものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、測位衛星の時刻情報に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外にある第１の通信端末から送信された緊急情報を、前記通信エリア外にある複数の第２の通信端末と、前記通信エリア内にある複数の第３の通信端末とによって伝送する移動体通信方法であって、前記第１の通信端末により、前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信し、前記第２の通信端末により、前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記時刻情報に基づき、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の第２の通信端末または前記第３の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成し、前記第３の通信端末により、前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に前記緊急情報を前記基地局へ中継する、ものである。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、測位衛星の時刻情報に同期したタイムフレームで通信を行う基地局に対し、前記基地局の通信エリア外から緊急情報を送信する通信端末であって、前記緊急情報を生成する緊急情報生成部と、前記測位衛星から前記時刻情報を取得する測位情報取得部と、前記基地局との通信状態に基づき、前記通信エリア内であるか否かを判定するエリア判定部と、前記通信エリア外から前記基地局へ緊急通信を行う際に操作される緊急操作部と、前記緊急情報を送受信する通信部と、前記エリア判定部の判定結果と、前記緊急操作部の操作状況とに応じて緊急通信時の動作を切り替える緊急通信制御部と、を備えるものである。前記緊急通信制御部は、前記通信エリア外で前記緊急操作部が操作された場合に、前記緊急情報生成部により前記緊急情報を生成し、前記測位情報取得部により前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記通信部により前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を所定回数送信し、前記通信エリア外で前記緊急操作部が操作されていない場合には、前記測位情報取得部により前記測位衛星から前記時刻情報を取得し、前記通信部により前記時刻情報に基づいて前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではなくかつエラーが無い場合に、前記タイムフレームに同期して前記緊急情報を他の通信端末へ中継し、複数の通信路からなるマルチパスを形成し、前記通信エリア内では、前記通信部により前記基地局のタイムフレームに同期して前記緊急情報を受信し、前記緊急情報が中継済みではない場合に、前記緊急情報を前記基地局へ中継する、ものである。
【００１９】
請求項８に記載の発明によれば、通信端末は、基地局の通信エリアに対する位置に応じて、通信エリア外から緊急情報を発信する第１の通信端末、通信エリア外で緊急情報を中継する第２の通信端末、あるいは通信エリア内で基地局へ緊急情報を中継する第３の通信端末として機能するものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、７に記載の発明によれば、基地局の通信エリア外にある通信端末から発信された緊急情報を、他の複数の通信端末によって基地局まで伝送することが可能になるので、通信エリア外で事故や災害が発生した場合の緊急体制を構築することができる。また、緊急情報の発信および中継は、測位衛星から取得した時刻情報に基づいて基地局のタイムフレームに同期して行われるので、通信エリア端に中継装置を設置したり、通信エリア外に可搬型基地局を設置しなくても、緊急通信を行うことができる。
【００２１】
さらに、複数の通信端末でタイムフレームに同期して緊急情報を中継することにより、いわゆるフラッディング方式での伝送が可能となり、複数の通信路からなるマルチパスを形成するので、特別な通信プロトコルを必要とせずに、信頼性高く緊急情報を中継することができる。また、同じ通信端末から中継済みの緊急情報を再中継しないようにしたので、マルチパスが拡大しすぎて緊急情報の不要な衝突が発生するのを防ぐことができる。さらに、緊急情報を複数回発信し、緊急情報にエラーがない場合には中継を行い、エラーがある場合には中継しないようにしたので、マルチパスによる通信環境の劣化によって通信端末で緊急情報が受信できない場合があっても、次の緊急情報の発信時には、別の組み合わせの通信端末から緊急情報を受信することができるので、マルチパスによる通信環境の劣化は、異なるマルチパス環境の通信を繰り返すことにより克服することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、緊急情報の構成を端末情報、位置情報および誤り検出とし、データ量ができるだけ小さくなるようにしたので、緊急情報の送信および中継による通信端末の電力消費を小さくすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、緊急情報が基地局まで伝送されない場合に、送信回数を追加して緊急信号の送信を継続するようにしたので、基地局から遠い場所からでも緊急通信を行うことができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、緊急情報をデータフレームに格納して送信する場合に、データフレーム内における緊急情報の格納位置を変更してから中継するようにしたので、複数のデータフレームを同時に受信して、データフレームの周波数や時間間隔で干渉が生じる場合でも冗長性の耐性を高めることができ、緊急情報の受信確率を高めることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、基地局で緊急情報を受信した場合に応答情報を送信し、複数の通信端末で第１の通信端末まで応答情報を中継するようにしたので、第１の通信端末のユーザは、緊急通信が可能となったことを確認することができる。また、応答情報の中継時にも複数の通信路からなるマルチパスを形成し、中継済みの応答情報、あるいはエラーがある応答情報は中継しないようにしたので、緊急情報の中継時と同様に信頼性高く応答情報を中継することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、応答情報の構成を基地局情報、位置情報、受信成否情報および誤り検出情報とし、データ量ができるだけ小さくなるようにしたので、応答情報の送信および中継による通信端末の電力消費を小さくすることができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、同一構成の通信端末を基地局の通信エリアに対する位置に応じて、通信エリア外から緊急情報を発信する第１の通信端末、通信エリア外で緊急情報を中継する第２の通信端末、あるいは通信エリア内で基地局へ緊急情報を中継する第３の通信端末として機能するようにしたので、機能ごとに通信端末を用意しなくても通信エリア外からの緊急通信が可能になるので、本発明の移動体通信システムの導入が容易になり、導入コストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態に係る移動体通信システムの構成を示す概略図である。
【図２】緊急情報の構成を示す説明図である。
【図３】応答情報の構成を示す説明図である。
【図４】通信端末の緊急通信に関する機能部を示す機能ブロック図である。
【図５】緊急情報の発信および中継の手順を示すフローチャートである。
【図６】緊急情報の発信および中継の手順を示すタイムチャートである。
【図７】応答情報の発信および中継の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明を実施したセルラー方式の移動体通信システム１を示す概略図である。移動体通信システム１は、測位衛星（例えばＧＰＳ衛星）２の時刻情報、例えばＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｅｒ  Ｓｅｃｃｏｎｄ）に同期したタイムフレームで通信を行う基地局３と、基地局３を介して相互に通信が可能な複数の通信端末４（４１、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ、４３ｂ）とを備え、基地局３の通信エリア３１の外側にある通信端末４から緊急通信を行えるようにしたものである。
【００３１】
基地局３は、通信エリア３１内の通信端末４と無線により通信を行って情報を送受信する機能を備える。基地局３は、通信エリア３１が部分的に重なるように複数設置され、通信エリア３１に空白地帯が生じないようになっているが、基地局３が設置できない山間部などには、通信エリア３１の外側となる地帯が生じてしまう。したがって、通信端末４が基地局３の通信エリア３１内にある場合には、基地局３と通信端末４とは通信路を確立して相互に情報の送受信が可能であるが、通信端末４が基地局３の通信エリア３１の外側にある場合や、災害などによって基地局３の機能がダウンした場合には、基地局３と通信端末４との間で通信路を確立することができないので、相互に無線通信を行うことができなくなる。
【００３２】
複数の基地局３は、相互の干渉を避けるために同期して信号の送信を行っており、この同期には、測位衛星２から受信した信号に含まれる時刻情報ＰＰＳが用いられている。すなわち、基地局３は、時刻情報ＰＰＳに同期したタイムフレームで通信を行う。
【００３３】
通信端末４は、携帯電話やスマートフォンなどの携帯型通信装置であり、基地局３を介して通信端末４間で通話やメールなどの情報を送受信する機能を備える。詳しくは図示しないが、通信端末４は、従来の一般的な通信端末と同様に、マイクおよびスピーカーを含む音声回路、ディスプレイなどを含む表示回路、キーやタッチパネルなどを含む操作部、無線によって情報の送受信を行う通信回路、測位衛星２の信号に基づいて位置情報を取得する測位回路、制御プログラムなどが格納されたメモリ、制御プログラムに従って各部を統括的に制御する制御回路などを備える。
【００３４】
通信端末４は、基地局３の通信エリア３１内に入ると、基地局３の電波を受信して基地局３の選択を行い、端末情報や加入者情報などを含む認証情報を基地局３に送信する。基地局３で認証情報に基づいて認証処理が行われ、通信端末４が通信可能な端末であると認証された場合には、基地局３と通信端末４との間で通信路が確立される。これにより、通信端末４は、基地局３のタイムフレームに同期して基地局３と通信が行えるようになる。
【００３５】
通信端末４は、通信エリア３１の外側から緊急通信を行うための機能を備えており、通信エリア３１に対する位置に応じて、通信エリア３１の外側から緊急情報Ｅを発信する第１の通信端末４１、通信エリア３１の外側で緊急情報Ｅを中継する第２の通信端末４２ａ〜４２ｅ、あるいは通信エリア３１の内側で基地局３へ緊急情報Ｅを中継する第３の通信端末４３ａ、４３ｂとして機能する。すなわち、通信端末４は、通信エリア３１に対する位置に応じて、緊急情報Ｅを発信する端末、緊急情報Ｅを中継する端末として機能し、フラッディング方式によって基地局３まで緊急情報を伝送する。その際に、複数の通信端末４で同期して緊急情報Ｅを中継することで、複数の通信路からなる人為的なマルチパスを形成し、通信エリア３１の外側から基地局３への緊急通信を行う。なお、緊急情報Ｅは、通信エリア３１外で発生した事故や災害などを基地局３へ通報する際に伝送される伝送情報である。
【００３６】
携帯電話などの通信端末４は、直接波と、反射波および屈折波とを区別して受信するレイク受信を行ったり、周波数多重することによりシンボル時間を伸ばし、更にシンボル間にガード・インターバルを設け、マルチパスによるシンボル間干渉を低減する構成をとる直交周波数分割多重方式（OFDM）を用いることによって、マルチパスに対する耐性は高い、しかしながら、第２の通信端末４２ａ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ａ、４３ｂは、マルチパスが拡大しすぎて緊急情報Ｅの不要な衝突が発生するのを防ぐために、同じ通信端末４から中継済みの緊急情報Ｅを再中継しないように制御される。
【００３７】
また、マルチパスにより通信環境が劣化して緊急情報Ｅの受信確率が低下するのを防ぐために、第１の通信端末４１から緊急情報Ｅを複数回発信し、第２の通信端末４２ａ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ａ、４３ｂは、緊急情報Ｅにエラーがない場合に中継を行い、エラーがある場合には中継しないように制御している。これにより、マルチパスによる通信環境の劣化によって通信端末４で緊急情報Ｅが受信できない場合があっても、次の緊急情報Ｅの発信時には、別の組み合わせの通信端末４から緊急情報Ｅを受信することができるので、マルチパスによる通信環境の劣化は、異なるマルチパス環境の通信を繰り返すことにより克服することができる。なお、緊急情報Ｅの送信回数は、通信エリア３１外で緊急情報Ｅが発信される位置から基地局３までの伝送距離に応じたもので、予め平均的な伝送距離を想定しておき、この伝送距離に応じた送信回数が設定され、基地局３に信号が到達される想定時間を遙かに超える送信を繰り返さない様、設定される。
【００３８】
移動体通信システム１は、通信エリア３１の外側にある第１の通信端末４１から発信した緊急情報Ｅを基地局３まで伝送するために、測位衛星２から取得した時刻情報ＰＰＳに基づき、基地局３のタイムフレームに同期して緊急情報Ｅの発信および中継を行う。上述したように、基地局３は、測位衛星２から受信した時刻情報ＰＰＳに同期したタイムフレームで通信を行うので、通信端末４が通信エリア３１内になくても基地局３のタイムフレームに同期して通信を行うことができる。
【００３９】
また、近年のセルラー方式の移動体通信システム（例えば、ＬＴＥシステム）は、各種情報を時間Ｔ方向、周波数Ｆ方向に多重化したデータフレームＤｆとして伝送することが可能であり、通信端末４と基地局３とは、あたかも複数の伝送路（周波数多重、時間多重）を同時に確保しているように動作している。本実施の形態では、この複数伝送路の同時確保と、端末間通信の機能とを利用して、データフレームＤｆに緊急情報Ｅを格納して送信および中継を行う。
【００４０】
また、マルチパスにより同時に受信された複数のデータフレームＤｆ間で、特定の周波数Ｆ、もしくは時間Ｔで干渉が生じる可能性がある。そのため、本実施の形態では、第２の通信端末４２ａ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ａ、４３ｂで緊急情報Ｅを中継する際に、データフレームＤｆ内における緊急情報Ｅの格納位置が重ならないように変更する。
【００４１】
図１に示すタイムチャートＴｃ１は、第１の通信端末４のものであり、時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して発信されるデータフレームＤｆ１を示している。また、タイムチャートＴｃ２は、第１の通信端末４１から受信した緊急情報Ｅを中継する１段目の第２の通信端末４２ｂのものであり、時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して中継されるデータフレームＤｆ２を示している。さらに、タイムチャートＴｃ３は、１段目の第２の通信端末４２ｂから受信した緊急情報Ｅを中継する２段目の第２の通信端末４２ｄのものであり、時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して中継されるデータフレームＤｆ３を示している。また、タイムチャートＴｃ４は、２段目の第２の通信端末４２ｄから受信した緊急情報Ｅを基地局３へ中継する第３の通信端末４３ａのものであり、基地局３のタイムフレームに同期して中継されるデータフレームＤｆ４を示している。
【００４２】
これらのタイムチャートＴｃ１〜Ｔｃ４に示すように、緊急情報ＥはデータフレームＤｆ内に格納されており、さらに第２の通信端末４２ａ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ａ、４３ｂで緊急情報Ｅを中継する際には、データフレームＤｆ内における緊急情報Ｅの格納位置を変更してから中継している。なお、緊急情報Ｅの格納位置の変更ルールは、予め定められたルールによりランダムに変更してもよいし、タイムフレームのフレーム番号に応じて変更してもよい。
【００４３】
緊急情報Ｅは、緊急通信時における通信端末４の電力消費を抑えるために、データ量ができるだけ小さくされている。すなわち、通信端末４間の通信は音声を主とした通信形態であるため、その伝送速度（数十ｋｂｐｓ）に対応する信号強度（ビットエネルギー対雑音電力密度比：Ｅｂ／Ｎｏ）が必要となる。すなわち、伝送速度を下げれば上記所要信号強度が下がり（１ビット送るのに要する時間を伸ばせるため）、信号強度が下がれば通信端末４の消費電力も小さくなる。事故や災害の現場では、通信端末４の充電が行えない場合が多く、通信端末４の電力消費をできるだけ抑える必要があるので、本実施の形態では、緊急情報Ｅのデータ量をできるだけ小さくしている。
【００４４】
緊急情報Ｅは、データ量を小さくするために、図２に示すように、緊急通信を開始した第１の通信端末４１を識別するための端末情報と、通信端末の位置情報と、誤り検出情報と、送信回数とから構成している。端末情報は、緊急情報Ｅを送信してきた送信者の識別と、中継済みの緊急情報Ｅの識別とに利用される。位置情報は、送信者の位置の識別に利用される。誤り検出情報は、緊急情報Ｅのエラーを検出するために付加されており、上述したように中継の可否判定に利用される。なお、誤り検出情報には、例えば、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｅｒｒｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）が用いられる。送信回数は、第１の通信端末４１から所定回数送信される緊急情報Ｅのうち、何回目に送信されたものかを表す。
【００４５】
また、送信回数の別の利用法としては、緊急通信を開始した第１の通信端末４１が所定数を決めて設定し、第２の通信端末４２が誤りなく受信された際、受信された送信回数から１減じて送信する利用法もある。この場合、送信回数がゼロとなれば、通信端末４１が所定数を終了したこととなり、中継は行わない。この様な送信回数の別の利用法を用いれば、第１の通信端末４１は、その地理的環境等から送信回数を決定できる。また、下記する基地局からの応答情報Ｒに含まれる送信回数の残数が、余りに多い様であれば、初期想定した送信回数は不要と判断でき、緊急通信を開始した第１の通信端末４１が所定数を減じて設定することもできる。この様に設定することにより、中継に必要な最低限の送信回数を減らして設定することができ、不要な回数、送信を繰り返すことを防止できる。
【００４６】
また、緊急情報Ｅが基地局３で正常に受信された否かを第１の通信端末４１に返信することは、緊急通信時に非常に重要なことと考えられるので、緊急情報Ｅを受信した基地局３から第１の通信端末４１へ向けて応答情報Ｒを送信するように構成している。この応答情報Ｒは、第３の通信端末４３ａ、４３ｂおよび第２の通信端末４２ａ〜４２ｅによって、フラッディング方式で第１の通信端末４１まで伝送され、その際に緊急情報Ｅと同様に複数の通信路からなる人為的なマルチパスが形成される。
【００４７】
この応答情報Ｒもデータ量をできるだけ小さくするのが好ましいので、図３に示すように、基地局３を識別するための基地局情報と、基地局３の位置情報と、緊急情報Ｅがエラー無く受信できたか否かを表すＡＣＫ／ＮＡＫ情報と、誤り検出情報とを含んでいる。誤り検出情報は、緊急情報Ｅと同様に応答情報Ｒのエラーを検出するために付加されており、緊急情報Ｅと同様に中継の可否判定に利用される。なお、基地局３から応答情報Ｒを送信する際にも、緊急情報Ｅと同様に所定回数の送信を行ってもよい。また、緊急情報Ｅが所定回数送信されても応答情報Ｒが戻ってこない場合には、第１の通信端末４１から基地局３までの距離が予め想定した伝送距離も長い場合が考えられる。このような場合には、第１の通信端末４１で送信回数を自動的に追加して、緊急情報Ｅの送信を継続するのが好ましい。
【００４８】
図４は、通信端末４の緊急通信に関する機能を表す機能ブロック図であり、エリア判定部５１、緊急操作部５２、緊急情報生成部５３、測位情報取得部５４、通信部５５および緊急通信制御部５６などを備える。なお、これらの機能部は、上述した制御回路が制御プログラムに従って動作することにより生成される。
【００４９】
エリア判定部５１は、基地局３との通信状態に基づいて、通信端末４が通信エリア３１内にあるか否かを判定する。緊急操作部５２は、通信エリア３１の外側から基地局３へ緊急通信を行う際に操作される操作部である。緊急操作部５２は、物理的に操作されるボタンとして設けてもよいし、タッチパネルを備えたディスプレイ上に表示されるボタンとして構成してもよい。緊急情報生成部５３は、緊急操作部５２が操作された場合に緊急情報Ｅを生成する。測位情報取得部５４は、測位衛星２から時刻情報ＰＰＳを取得するための機能部であり、上述した測位回路によって構成される。通信部５５（送信部および中継部）は、時刻情報ＰＰＳに基づき、基地局３のタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを送受信するための機能部であり、上述した通信回路によって構成される。
【００５０】
緊急通信制御部５６は、エリア判定部５１の判定結果と、緊急操作部５２の操作状況とに応じて緊急通信時の動作を制御する機能部である。緊急通信制御部５６は、通信エリア３１の外側で緊急操作部５２が操作された場合、すなわち、通信端末４が第１の通信端末４１として機能する場合に、緊急情報生成部５３により緊急情報Ｅを生成し、測位情報取得部５４により測位衛星２から時刻情報ＰＰＳを取得し、通信部５５により時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを所定回数送信する。
【００５１】
また、緊急通信制御部５６は、通信エリア３１の外側で緊急操作部５２が操作されていない場合、すなわち、通信端末４が第２の通信端末４２ａ〜４２ｅとして機能する場合に、測位情報取得部５４により測位衛星２から時刻情報ＰＰＳを取得し、通信部５５により時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを受信する。また、緊急通信制御部５６は、緊急情報Ｅの端末情報に基づいて、受信した緊急情報Ｅが中継済みであるか否かを確認するとともに、誤り検出情報を利用して緊急情報Ｅのエラーの有無を検出する。そして、緊急通信制御部５６は、緊急情報Ｅが中継済みではなくかつエラーが無い場合に、他の通信端末４へ中継して複数の通信路からなるマルチパスを形成する。
【００５２】
また、緊急通信制御部５６は、通信エリア３１内では、通信端末４を第３の通信端末４３ａ、４３ｂとして機能させ、通信部５５により基地局３のタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを受信し、緊急情報Ｅが中継済みではない場合には、基地局３へ緊急情報Ｅを中継する。
【００５３】
次に、上記の実施の形態の作用について、図５、図６、図７のフローチャートおよびタイムチャートを参照しながら説明する。なお、図５、図６、図７では、第２の通信端末４２ａおよび第３の通信端末４３ａのみ図示しているが、他の第２の通信端末４２ｂ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ｂも同様の動作を行う。
【００５４】
通信端末４（４１、４２ａ〜４２ｅ、４３ａ、４３ｂ）は、エリア判定部５１によって基地局３の通信エリア３１内にあるか否かを判定する（ステップＳ１１、Ｓ２１、Ｓ３１）。第１の通信端末４１および第２の通信端末４２は、通信エリア３１外にあるので、測位情報取得部５４によって測位衛星２から時刻情報ＰＰＳを取得し、時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期する（ステップＳ１２、Ｓ２２）。また、第３の通信端末４３ａは、通信エリア３１内にあるので、基地局３と通信路を確率して、基地局３のタイムフレームに同期する（ステップＳ３２）。基地局３は、時刻情報ＰＰＳに基づき基地局間同期を行っている（ステップＳ４１）。
【００５５】
第１の通信端末４１で緊急操作部５２が操作されると（ステップＳ１３）、第１の通信端末４１の緊急通信制御部５６は、緊急情報生成部５３により緊急情報Ｅを生成し（ステップＳ１４）、通信部５５によりタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを所定回数送信する（ステップＳ１５、Ｓ１６）。
【００５６】
第２の通信端末４２ａは、通信部５５により、タイムフレームに同期して第１の通信端末４１から緊急情報Ｅを受信する（ステップＳ２３）。第２の通信端末４２ａは、緊急情報Ｅの端末情報に基づいて、受信した緊急情報Ｅが中継済みであるか否かを判定し（ステップＳ２４）、緊急情報Ｅが未中継である場合には（ステップＳ２４でＹＥＳ）、誤り検出情報に基づいて緊急情報Ｅにエラーがあるか否かを検出する（ステップＳ２５）。そして、緊急情報Ｅが未中継であってかつエラーが無い場合には、通信部５５によって緊急情報Ｅを他の第２の通信端末４２ｂ〜４２ｅおよび第３の通信端末４３ａ、４３ｂに中継する（ステップＳ２６）。これにより、複数の通信路によるマルチパスが形成される。なお、緊急情報Ｅが中継済みである場合、あるいはエラーがある場合には、緊急情報Ｅの中継は中止される（ステップＳ２７）。
【００５７】
第３の通信端末４３ａは、通信部５５により、タイムフレームに同期して第２の通信端末４２ａから緊急情報Ｅを受信する（ステップＳ３３）。第３の通信端末４３ａは、緊急情報Ｅの端末情報に基づいて、受信した緊急情報Ｅが中継済みであるか否かを判定し（ステップＳ３４）、緊急情報Ｅが未中継である場合には（ステップＳ３４でＹＥＳ）、通信部５５によって緊急情報Ｅを基地局３に中継する（ステップＳ３５）。なお、緊急情報Ｅが中継済みである場合には、緊急情報Ｅの中継は中止される（ステップＳ３６）。
【００５８】
基地局３は、タイムフレームに同期して第３の通信端末４３ａから緊急情報Ｅを受信する（ステップＳ４２）。なお、基地局３では、受信した緊急情報Ｅを警察署や消防署などに転送したり、緊急情報Ｅに基づいて警察車両や消防車両、救急車両などの出動を要請するようにしてもよい。
【００５９】
基地局３は、緊急情報Ｅを受信した場合に応答情報Ｒを生成し（ステップＳ４３）、タイムフレームに同期して送信する（ステップＳ４４）。
【００６０】
第３の通信端末４３ａは、基地局３のタイムフレームに同期して応答情報Ｒ受信する（ステップＳ３７）。第３の通信端末４３ａは、応答情報Ｒの基地局情報に基づいて、受信した応答情報Ｒが中継済みであるか否かを判定し（ステップＳ３８）、応答情報Ｒが未中継である場合には（ステップＳ３８でＹＥＳ）、タイムフレームに同期して応答情報Ｒを第２の通信端末４２ａへ中継する（ステップＳ３９）。なお、応答情報Ｒが中継済みである場合には、応答情報Ｒの中継は中止される（ステップＳ３９１）。
【００６１】
第２の通信端末４２ａは、タイムフレームに同期して応答情報Ｒを受信し（ステップＳ２８）、応答情報Ｒが中継済みではなく（ステップＳ２９でＹＥＳ）、かつエラーが無い場合には（ステップＳ２９１でＹＥＳ）、タイムフレームに同期して応答情報Ｒを他の第２の通信端末４２ｂ〜４２ｅまたは第１の通信端末４１へ中継し（ステップＳ２９２）、複数の通信路からなるマルチパスを形成する。なお、応答情報Ｒが中継済みである場合、あるいはエラーがある場合には、応答情報Ｒの中継は中止される（ステップＳ２９３）。
【００６２】
第１の通信端末４１は、基地局３のタイムフレームに同期して応答情報Ｒを受信する（ステップＳ１７）。なお、緊急情報Ｅが所定回数送信されても応答情報Ｒが戻ってこない場合には（ステップＳ１８）、第１の通信端末４１から基地局３までの距離が予め想定した伝送距離も長い場合が考えられるので、第１の通信端末４１は、緊急情報Ｅの送信回数を自動的に追加して緊急情報Ｅの送信を継続する（ステップＳ１９）。
【００６３】
以上で説明したように、本実施の形態によれば、基地局３の通信エリア３１外にある通信端末４から発信された緊急情報Ｅを、他の複数の通信端末４によって基地局３まで伝送することが可能になるので、通信エリア３１外で事故や災害が発生した場合の緊急体制を構築することができる。また、緊急情報Ｅの発信および中継は、測位衛星２から取得した時刻情報ＰＰＳに基づいて基地局３のタイムフレームに同期して行われるので、通信エリア３１端に中継装置を設置したり、通信エリア３１外に可搬型基地局を設置しなくても、緊急通信を行うことができる。
【００６４】
さらに、複数の通信端末４でタイムフレームに同期して緊急情報Ｅを中継することにより、いわゆるフラッディング方式での伝送が可能となり、複数の通信路からなるマルチパスを形成するので、特別な通信プロトコルを必要とせずに、信頼性高く緊急情報Ｅを中継することができる。また、同じ通信端末４から中継済みの緊急情報Ｅを再中継しないようにしたので、マルチパスが拡大しすぎて緊急情報Ｅの不要な衝突が発生するのを防ぐことができる。
【００６５】
さらに、緊急情報Ｅを複数回発信し、緊急情報Ｅにエラーがない場合には中継を行い、エラーがある場合には中継しないようにしたので、マルチパスによる通信環境の劣化によって通信端末４で緊急情報Ｅが受信できない場合があっても、次の緊急情報Ｅの発信時には、別の組み合わせの通信端末４から緊急情報Ｅを受信することができるので、マルチパスによる通信環境の劣化は、異なるマルチパス環境の通信を繰り返すことにより克服することができる。
【００６６】
また、緊急情報Ｅの構成を端末情報、位置情報および誤り検出とし、データ量ができるだけ小さくなるようにしたので、緊急情報の送信および中継による通信端末の電力消費を小さくすることができる。
【００６７】
さらに、緊急情報Ｅが基地局３まで伝送されない場合に、送信回数を追加して緊急情報Ｅの送信を継続するようにしたので、基地局３から遠い場所からでも緊急通信を行うことができる。
【００６８】
また、緊急情報Ｅをデータフレームに格納して送信する場合に、データフレーム内における緊急情報Ｅの格納位置を変更してから中継するようにしたので、複数のデータフレームを同時に受信して、データフレームの周波数や時間間隔で干渉が生じる場合でも冗長性の耐性を高めることができ、緊急情報Ｅの受信確率を高めることができる。
【００６９】
さらに、基地局３で緊急情報Ｅを受信した場合には、基地局３から応答情報Ｒを送信し、複数の通信端末４で第１の通信端末４１まで応答情報を中継するようにしたので、第１の通信端末４１のユーザは、緊急通信が可能となったことを確認することができる。また、応答情報Ｒの中継時にも複数の通信路からなるマルチパスを形成し、中継済みの応答情報Ｒあるいはエラーがある応答情報Ｒは中継しないようにしたので、緊急情報Ｅの中継時と同様に信頼性高く応答情報Ｒを中継することができる。
【００７０】
また、応答情報Ｒの構成を基地局情報、位置情報、受信成否情報および誤り検出情報とし、データ量ができるだけ小さくなるようにしたので、応答情報Ｒの送信および中継による通信端末４の電力消費を小さくすることができる。
【００７１】
さらに、通信端末４を、基地局３の通信エリア３１に対する位置に応じて、通信エリア３１外から緊急情報Ｅを発信する第１の通信端末４１、通信エリア３１外で緊急情報Ｅを中継する第２の通信端末４２、あるいは通信エリア３１内で基地局３へ緊急情報Ｅを中継する第３の通信端末４３として機能するようにしたので、機能ごとに通信端末４を用意しなくても通信エリア３１外からの緊急通信が可能になるので、移動体通信システム１の導入が容易になり、導入コストも低減することができる。
【００７２】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。
【００７３】
例えば、応答情報Ｒによって基地局３までの距離が分かった場合には、次に第１の通信端末４１から緊急情報Ｅを送信する際に、基地局３までの距離に応じて送信開始時間を調整し、通信エリア３１外の通信端末４と基地局３との通信タイミングを合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１              移動体通信システム
２              測位衛星
３              基地局
４              通信端末
４１            第１の通信端末
４２ａ〜４２ｅ  第２の通信端末
４３ａ、４３ｂ  第３の通信端末
５１            エリア判定部
５２            緊急操作部
５３            緊急情報生成部
５４            測位情報取得部
５５            通信部
５６            緊急通信制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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