通信装置、通信方法、通信システム、および基地局
【課題】プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現するための通信装置、通信方法、通信システム、および基地局を提供する。
【解決手段】複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、を備え、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
【解決手段】複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、を備え、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、通信装置、通信方法、通信システム、および基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）において、次世代の通信方式であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式、および、ＬＴＥ方式をさらに高度化したＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）の標準化作業が進められている。ＬＴＥやＬＴＥ−Ａでは、ＷＣＤＭＡ方式のような３Ｇ方式よりも最大通信速度やセルエッジでの品質を向上するための数々の改良が検討されている。これにより、新たなモバイル高速データ通信環境が提供されるようになると考えられる。例えば、ユーザは、Ｗｅｂや動画などの情報量の大きいコンテンツをスマートフォンなどで快適にダウンロードすることが可能となる。
【０００３】
一方、３ＧＰＰでは、ＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）に関する議論も進められている。ＭＴＣは、一般的にＭ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）と同義であり、機械と機械の間の人間が直接利用しない通信を意味する。このＭＴＣは、主として、サーバと、人間が直接利用しないＭＴＣ端末との間で行われる。
【０００４】
上記のＭＴＣ端末を含むＵＥは、一般的に、ｅＮｏｄｅＢなどの基地局とランダムアクセスと呼ばれる手順を実行することにより基地局１０と接続され、基地局１０との接続後に基地局とデータ通信を行うことが可能となる。なお、ランダムアクセス手順については例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０７１７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のランダムアクセス、およびランダムアクセス後のデータ伝送を行うと、相応の電力が消費される。特に、ＭＴＣ端末は低消費電力が求められるので、データ伝送のための消費電力の削減が強く望まれる。
【０００７】
そこで、本開示ではプリアンブルの送信によりデータ伝送を実現するための、新規かつ改良された通信装置、通信方法、通信システム、および基地局を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、を備え、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置が提供される。
【０００９】
また、本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、を含み、前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法が提供される。
【００１０】
また、本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と、前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と、を備える、通信システムが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、を備える、基地局が提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、を含む通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施形態による通信システムの構成を示した説明図である。
【図２】フレームフォーマットを示した説明図である。
【図３】ＬＴＥによるランダムアクセスの手順を示す図面である。
【図４】ＵＥによって生成されるプリアンブルの周波数領域での概念を示す説明図である。
【図５】各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースを示した説明図である。
【図６】ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を示したシーケンス図である。
【図７】本開示の第１の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図８】送信データの具体例を示した説明図である。
【図９】データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。
【図１０】プリアンブル生成部の構成を示した説明図である。
【図１１】本開示の第１の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図１２】本開示の第１の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図１３】マッピング情報の変更動作を示した説明図である。
【図１４】本開示の第２の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図１５】データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。
【図１６】サブフレーム、無線フレーム、およびスーパーシステムフレームの関係を示した説明図である。
【図１７】本開示の第２の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図１８】本開示の第２の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図１９】本開示の第３の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図２０】送信データを分割して得られるシグネチャの選択用データおよびランダムアクセスリソースの選択用データを示した説明図である。
【図２１】本開示の第３の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図２２】本開示の第３の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図２３】暗号化データの分割を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じてＵＥ２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、ＵＥ２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単にＵＥ２０と称する。
【００１７】
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１．無線通信システムの概略
１−１．無線通信システムの構成
１−２．フレーム構成
１−３．ランダムアクセス
１−４．背景
２．第１の実施形態
２−１．第１の実施形態によるＵＥの構成
２−２．第１の実施形態による基地局の構成
２−３．第１の実施形態の動作
３．第２の実施形態
３−１．第２の実施形態によるＵＥの構成
３−２．第２の実施形態による基地局の構成
３−３．第２の実施形態の動作
４．第３の実施形態
４−１．第３の実施形態によるＵＥの構成
４−２．第３の実施形態による基地局の構成
４−３．第３の実施形態の動作
４−４．変形例
５．むすび
【００１８】
＜＜１．無線通信システムの概略＞＞
本開示による技術は、一例として「２．第１の実施形態」〜「４．第３の実施形態」において詳細に説明するように、多様な形態で実施され得る。また、各実施形態によるＵＥ（通信装置）および基地局は、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。以下では、まず、このような各実施形態において共通する無線通信システムの概略を説明する。
【００１９】
＜１−１．無線通信システムの構成＞
図１は、本開示の実施形態による通信システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、本開示の実施形態による通信システム１は、基地局１０と、コアネットワーク１２と、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）２０Ａ〜２０Ｃと、を備える。
【００２０】
ＵＥ２０は、基地局１０により割り当てられたダウンリンク用のリソースブロックにおいて受信処理を行い、アップリンク用のリソースブロックにおいて送信処理を行う通信装置である。
【００２１】
このＵＥ２０は、例えば、スマートフォン、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。また、ＵＥ２０は、携帯電話、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、携帯用ゲーム機器などの移動通信装置であってもよい。
【００２２】
さらに、ＵＥ２０は、ＭＴＣ端末であってもよい。ＭＴＣ端末は、３ＧＰＰで議論されている、機械と機械の間の人間が直接利用しない通信であるＭＴＣに特化した無線端末である。例えば、医療系のＭＴＣアプリケーションとして、ＭＴＣ端末が、人間の心電図情報を収集し、あるトリガ条件が満たされた場合に心電図情報をアップリンクで送信することが考えられる。他のＭＴＣアプリケーションとして、自動販売機をＭＴＣ端末として機能させ、ＭＴＣ端末が、自動販売機の在庫や売上をアップリンクで送信することも考えられる。
【００２３】
このようなＭＴＣ端末は、一例として一般的には以下の特徴を有するが、各ＭＴＣ端末が以下の全ての特徴を有する必要はなく、いずれの特徴を有するかはアプリケーションに依存する。
・移動がほとんどない（Ｌｏｗ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ）
・小容量のデータ転送（Ｏｎｌｉｎｅ Ｓｍａｌｌ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）
・超低消費電力（Ｅｘｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）
・各ＭＴＣをグルーピングしてハンドリング（Ｇｒｏｕｐ ｂａｓｅｄ ＭＴＣ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）
【００２４】
基地局１０は、カバレッジに含まれるＵＥ２０と通信する無線基地局である。なお、基地局１０は、ｅＮｏｄｅＢ、リレーノード、フェムトセル基地局、ピコセル基地局、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）などであってもよい。なお、図１においてはコアネットワーク１２に１つの基地局１０のみが接続される例を示しているが、実際には多数の基地局１０がコアネットワーク１２に接続される。
【００２５】
コアネットワーク１２は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）やサービングＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）などの管理ノードを含む事業者側のネットワークである。ＭＭＥは、データ通信用のセッションの設定、開放やハンドオーバーの制御を行う装置である。このＭＭＥは、ｅＮｏｄｅＢ１０とＳ１と呼ばれるインタフェースを介して接続される。Ｓ−ＧＷは、ユーザデータのルーティング、転送などを行う装置である。
【００２６】
＜１−２．フレーム構成＞
続いて、上述した基地局１０とＵＥ２０との間で共有されるフレームの構成について説明する。
【００２７】
図２は、フレームフォーマットを示した説明図である。図２に示したように、１０ｍｓの無線フレームは、１０個の１ｍｓのサブフレーム＃０〜＃９から構成されている。各サブフレームは、１４ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルからなる。１つのリソースブロックは、このサブフレーム長の１２本のＯＦＤＭサブキャリアと、このサブフレームからなり、スケジューリングの割り当てはこのリソースブロック単位で行われる。なお、１ＯＦＤＭシンボルは、ＯＦＤＭ変調方式の通信方式で用いられる単位であり、１回のＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で処理されたデータを出力する単位である。
【００２８】
また、各サブフレームは制御領域およびデータ領域からなる。制御領域は、先頭の１〜３ＯＦＤＭシンボルからなり、ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙ ＤｏｗｎＬｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ばれる制御信号の送信のために用いられる。また、制御領域に続くデータ領域は、ＰＤＳＣＨ（Ｐｈｙ ＤｏｗｎＬｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ばれるユーザデータなどの送信のために用いられる。
【００２９】
＜１−３．ランダムアクセス＞
ところで、ＵＥ２０は、ランダムアクセスと呼ばれる一連の動作を基地局１０との間で行う。このランダムアクセスは、例えば、ＵＥ２０がアイドルモードから基地局１０に初期アクセスする場合、ハンドオーバーを開始する場合、基地局１０からの要求があった場合、送信系の同期が外れているときにダウンリンクデータを受信する場合などに行われる。本開示による技術は、このランダムアクセスと深く関連するので、ランダムアクセスについて以下詳細に説明する。
【００３０】
（ランダムアクセスの一般論）
ランダムアクセスは、一般に、コンテンション型とノン・コンテンション型とに大別される。コンテンション型は、ランダムアクセスの初期に送信されるプリアンブルが他の端末との競合を許容する方法である。また、ノン・コンテンション型は、プリアンブルの競合が起こらないように事前に所定のシグネチャを報知する方法である。なお、シグニチャとは、プリアンブルが担っている特定の情報を指す。
【００３１】
なお、本開示では、ハンドオーバーなどのために用いられるノン・コンテンション型ではなく、主にコンテンション型のランダムアクセスを主に想定して説明を進めるが、ノン・コンテンション型に対しても本開示による技術を適用可能である。
【００３２】
また、大小様々なセルサイズに対応できるように、ＦＤＤ（周波数多重）システムにおいては、プリアンブル長が異なる０〜３までの４種類のプリアンブルフォーマットが定義されている。フォーマット０のプリアンブル長は１ｍｓ、フォーマット１および２のプリアンブル長は２ｍｓ、フォーマット３のプリアンブル長は３ｍｓである。なお、本開示では、プリアンブルがＦＤＤシステムにおけるフォーマット０を有する例を主に説明するが、プリアンブルは、他のフォーマットを有してもよいし、本開示による技術はＴＤＤ（時間多重）システムなどの他のシステムにも適用可能である。
【００３３】
以下、このようなランダムアクセスの具体的な手順について、ＬＴＥによるランダムアクセスの手順を示す図３を参照して説明する。なお、以下で説明する手順はある観点によるランダムアクセスの手順であり、本開示による実施形態では、詳細については「２．第１の実施形態」以降で説明するように、ランダムアクセスを他の方法、用途で行うことも可能である。
【００３４】
（システム情報の取得）
図３に示したように、ＵＥ２０は、まず基地局１０からシステム情報を受信する（Ｓ８１）。このシステム情報は、物理層ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）の時間的な配置場所を示すＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値、ＰＲＡＣＨのシステム帯域内での周波数的な位置、ＰＲＡＣＨの周波数上の幅、論理ルートシーケンス値、およびサイクリックシフト設定値などを含む。論理ルートシーケンス値は、プリアンブルのシグネチャの生成に用いられ、サイクリックシフト設定値は、シグネチャ間の距離を指定する。
【００３５】
（プリアンブルの生成）
続いて、ＵＥ２０は、ランダムアクセスの要求が発生すると、論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から生成される６４個のシグネチャ候補から１つのシグネチャを選択し、選択したシグネチャを有するプリアンブルを生成する（Ｓ８２）。
【００３６】
より詳細に説明すると、論理ルートシーケンス値は０〜８３７の間の値を有し、ＵＥ２０は、この論理ルートシーケンス値から、所定のマッピング表を用いて物理ルートシーケンス数を決定する。なお、マッピング表は、論理ルートシーケンス値と物理ルートシーケンス数の一対一の対応関係を示す表である。
【００３７】
そして、ＵＥ２０は、上記の物理ルートシーケンス数、およびサイクリックシフト設定値から、例えばＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス生成アルゴリズムに従って、８３９個の複素数のシーケンスであるＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスを生成する。Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスは、自己相関および相互相関特性が優れている。また、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスによる送信信号の包絡線は一定の振幅になるので、パワーアンプでの送信ひずみを小さくすることができる。続いて、ＵＥ２０は、異なる物理ルートシーケンス数とサイクリックシフト設定値から求められる６４この異なるＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスから１つのＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスを選択する。そして、ＵＥ２０は、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスをシグネチャとして用いてプリアンブルを生成する。
【００３８】
図４は、ＵＥ２０によって生成されるプリアンブルの周波数領域での概念を示す説明図である。なお、図４においては、フォーマット０のプリアンブルを示している。図４に示したように、プリアンブルは、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスから生成されたプリアンブルシンボルに、サイクリックサイクリックプリフィックスが付加される。
【００３９】
また、プリアンブルシンボルのシンボル長は０．８ｍｓであり、サイクリックプリフィックス長が約０．１ｍｓである。このため、図４に示したように、プリアンブルシンボルの終端から次のリソースブロックの始端との間に、約０．１ｍｓのガードタイムが確保されている。ガードタイムは、ＵＥ２０によるプリアンブルの送信から基地局１０へのプリアンブルの到着までに要する時間のＵＥ２０ごとの相違を考慮して設けられた時間である。なお、ガードタイムはタイミングアドバンス値（ＴＡ）を用いていないプリアンブル送信時に必要であるが、ＵＥ２０は、その他の信号の送信時、ランダムアクセスレスポンスから得られるＴＡ値を用いて、基地局による受信信号のタイムアライメントが実現されるように信号を送信する。
【００４０】
また、ＦＤＤのフォーマット０では、プリアンブルの信号サブキャリア間隔が１．２５ｋＨｚであるので、図４に示したように、６つのリソースブロックに相当する１．０８ＭＨｚ幅の帯域がプリアンブル送信のために占有される。
【００４１】
（プリアンブルの送信）
その後、ＵＥ２０は、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値で規定される通信リソース（タイムスロット）のうち、次に到来するリソースを用いてプリアンブルを送信する（Ｓ８３）。
【００４２】
より詳細に説明すると、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値は、０〜６３の間の値を有する。このうち、フォーマット０に対応するＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値は０〜１５である。以下、図５を参照し、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスのためのリソースをより具体的に説明する。
【００４３】
図５は、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースを示した説明図である。図５において、ＳＦＮ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｒａｍｅ Ｎｕｍｂｅｒ）は無線フレームの通し番号であり、ＳＦＮには０〜１０２３が定義されている。
【００４４】
図５に示したように、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースは、周期およびオフセットなどの周期的パターンが異なる。例えば、インデックス値「０」、「１」、「２」、「１５」は、ＳＦＮが偶数である各無線フレームに含まれる１つのサブフレームのリソースを規定する。一方、インデックス値「３」〜「５」は、全ての無線フレームの各々に含まれる１つのサブフレームのリソースを規定する。以下同様に、大きなインデックス値ほどより多くのリソースを規定する。基地局１０は、システム帯域や、収容ユーザ数などの条件に基づき、ランダムアクセスリソースが適切に確保されるようにこのインデックス値を事前に決定し、セル内の各ＵＥ２０にインデックス値を含むシステムインフォメーションを報知する。
【００４５】
（ランダムアクセスリスポンス）
基地局１０は、プリアンブルをＵＥ２０から受信すると、受信したプリアンブルのシグネチャ（Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス）と、６４種類のシグネチャとの相関値を取得し、この相関値から、受信したプリアンブルのシグネチャを特定することができる。その後、基地局１０は、ランダムアクセスリスポンスと呼ばれるメッセージをＰＤＣＣＨによりＵＥ２０に送信する（Ｓ８４）。
【００４６】
より詳細に説明すると、ランダムアクセスリスポンスは、特定したプリアンブルのシグネチャのＩＤ、ＵＥ２０および基地局１０間の距離に比例する伝送遅延を補正するためのタイミングアドバンス値（ＴＡ）、ＵＥ２０の識別子であるセル無線ネットワークテンポラリＩＤ（Ｃ−ＲＮＴＩ）、および２０ビットの送信許可データなどを含む。ＵＥ２０は、ランダムアクセスリスポンスに含まれるシグネチャのＩＤが正しければ、プリアンブル送信が成功したと認識する。一方、ＵＥ２０は、シグネチャのＩＤが正しくなければ、所定の再送手続きを行う。
【００４７】
（Ｌ２／Ｌ３メッセージ）
ＵＥ２０は、正しいシグネチャのＩＤを含むランダムアクセスリスポンスを受信すると、Ｌ２／Ｌ３メッセージを基地局１０に送信する（Ｓ８５）。Ｌ２／Ｌ３メッセージは、レイヤー２情報、レイヤー３情報と呼ばれる、ＲＲＣ接続要求、トラッキングエリア更新要求、およびスケジューリング要求などの制御メッセージを含むが、ユーザデータを含まない。
【００４８】
（コンテンション・リゾリューション・メッセージ）
そして、基地局１０が、ＵＥ２０からＬ２／Ｌ３メッセージを受信して、ＵＥ２０にコンテンション・リゾリューション・メッセージを送信すると（Ｓ８６）、基地局１０とＵＥ２０との接続が確立される。その後、ＵＥ２０は、基地局１０と任意のユーザデータを通信することが可能となる。
【００４９】
＜１−４．背景＞
以上、無線通信システム１の概要を説明した。続いて、本開示の各実施形態の詳細な説明に先立ち、本開示の各実施形態に至る背景を説明する。
【００５０】
将来、ＭＴＣ端末のように、小容量のデータを極めて低い頻度で通信する端末が普及すると考えられる。このような端末は、電池の交換を最小限に抑えるために、低消費電力であることが望まれる。したがって、従来のＬＴＥ方式で実現しようとしている広帯域、高速化とは大幅に異なる技術仕様が求められる。
【００５１】
上記の小容量データ通信を実現するための通信技術として、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、および、セルラー方式が挙げられる。
【００５２】
ＷＬＡＮでは、データ送信の必要な時に、最小パケット数で通信を行うことが可能である。これにより、低消費電力、かつ、低ビットレートでの通信を実現することができる。しかし、ＷＬＡＮは、通常１００ｍ程度の比較的狭いエリアを対象とした通信方式であるので、広域に渡る通信が求められる用途に適用する困難性が高い。
【００５３】
一方、セルラー方式は、１つのセルによってキロメートルオーダーの広域なエリアをカバーできる点でＷＬＡＮよりも優れる。例えば、広域に渡ってセンサ機能を有するＭＴＣ端末を配置し、ＭＴＣ端末がセンサデータを基地局に無線伝送するシステムには、セルラー方式を用いた小容量のデータ通信が適切な手段であると考えられる。
【００５４】
具体的には、セルラー方式の一例であるＷＣＤＭＡ方式（第三世代セルラーシステム）によれば、ランダムアクセスチャネルを用いて小容量のデータ通信を行うことが可能である。ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順は、上述したＬＴＥによるランダムアクセス手順と概略同じであるが、ユーザメッセージ送信に関して若干異なる点があるので、図６を参照し、ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を説明する。
【００５５】
（ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス）
図６は、ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を示したシーケンス図である。まず、ＵＥは、基地局からランダムアクセスに用いる基本的なシステム情報の報知を受けた後（Ｓ９１）、基地局に対してプリアンブルを送信する（Ｓ９２）。
【００５６】
その後、基地局は、ＡＩＣＨチャネルを用いてＵＥにＰＲＡＣＨレスポンス（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を送信する（Ｓ９３）。そして、ＵＥは、ＡＩＣＨでＡＣＫを確認すると、基地局に対してＰＵＳＣＨによりＵＥメッセージを送信する（Ｓ９４）。ここで、ＷＣＤＭＡでは、ＵＥは、数百ビット程度のユーザデータを送信することが可能である。なお、ＵＥは、ＮＡＣＫを受信した場合、プリアンブルの送信を再度試みる。
【００５７】
（ＷＣＤＭＡ方式の課題）
上記のように、ＷＣＤＭＡ方式では、ランダムアクセス手順により小容量のデータ通信を実現できる。しかし、セルラー方式は、ＷＬＡＮよりも複雑なプロトコルや信号処理を用いること、および、より大きな送信電力レベルを有する送信回路を用いることなどから、ＷＣＤＭＡ方式での上記データ通信のための消費電力はＷＬＡＮの消費電力よりも大きい。このため、ＷＣＤＭＡ方式のランダムアクセス手順を用いたデータ通信では、ＷＬＡＮと同程度のバッテリ駆動時間を得ることは難しいと考えられる。
【００５８】
また、別の観点からのＷＣＤＭＡ方式の課題として、ＬＴＥ方式へのシステム移行が挙げられる。ＷＣＤＭＡ方式は、ＬＴＥ方式に対して古い世代の通信方式であるので、今後新たに展開されるセルラーシステムの多くには、高速性、システム容量に優れるＬＴＥ方式が採用されると考えられる。また、現在運用されているＷＣＤＭＡ方式を用いるセルラーシステムも、順次にＬＴＥ方式に移行すると考えられる。
【００５９】
このように、ＷＣＤＭＡ方式は、消費電力が大きく、かつ、ネットワークとしての世代を考慮すると、小容量データ通信を低消費電力で実現するためにＷＣＤＭＡ方式を用いることは最適解でないと考えられる。
【００６０】
（ＬＴＥ方式の検討）
また、図３を参照して説明したＬＴＥ方式による一般的なランダムアクセス手順では、プリアンブルに続いてＬ２／Ｌ３メッセージの送信が許容されているが（Ｓ８５）、ユーザデータの送信が許容されていない。このため、ＬＴＥ方式による一般的なランダムアクセス手順では、ＷＣＤＭＡ方式のように小容量データ通信を実現することが困難である。
【００６１】
この点について、ＬＴＥ方式においても、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信と共にユーザデータの送信を許容するアイデアも考えられる。この場合、ＬＴＥ方式においてもＷＣＤＭＡ方式のように小容量データ通信を実現することが可能となる。しかし、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信と共にユーザデータの送信が許容されても、ＷＣＤＭＡ方式と同程度の消費電力が想定されるので、ＷＣＤＭＡ方式と同様に、十分なバッテリ駆動時間を確保することが困難である。
【００６２】
また、上記のようなバッテリ駆動時間に加え、ＲＡＮ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のオーバーロードが懸念される。すなわち、極めて多数のＵＥが存在するセルラーシステムで多数のＵＥが一斉にランダムアクセスを開始する場合、基地局とＵＥ間の無線区間が混雑し、著しい性能低下を起こすことが知られている。将来のセルラーシステムでは、ＭＴＣ端末がセル内に極めて多数存在することが想定されることから、ＲＡＮオーバーロードの発生は極めて重要になる。このようなＲＡＮのオーバーロードに対する懸念は、Ｌ２／Ｌ３メッセージにユーザデータを付加する方法では十分に解決されない。
【００６３】
（本開示の意義）
本開示の各実施形態は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、本開示の各実施形態によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。これにより、低消費電力を実現すると共に、ＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能となる。以下、このような本開示の各実施形態について順次詳細に説明する。
【００６４】
＜＜２．第１の実施形態＞＞
本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、プリアンブルのシグネチャを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルのシグネチャから送信データを判定することが可能となる。
【００６５】
＜２−１．第１の実施形態によるＵＥの構成＞
図７は、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１の構成を示した機能ブロック図である。図７に示したように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６０と、マッピング管理部２６４と、シグネチャ選択部２６８と、プリアンブル生成部２７０と、を備える。
【００６６】
アンテナ群２０４は、基地局１０−１から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号を無線処理部２１０へ供給する。また、アンテナ群２０４は、無線処理部２１０から供給される高周波信号に基づいて無線信号を基地局１０−１に送信する。ＵＥ２０−１は、このように複数のアンテナからなるアンテナ群２０４を備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
【００６７】
無線処理部２１０は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、アンテナ群２０４から供給される高周波信号をベースバンド信号（ダウンリンク信号）に変換する。また、無線処理部２１０は、アップリンク信号生成部２４０などから供給されるベースバンド信号（アップリンク信号）を高周波信号に変換する。このように、無線処理部２１０は、アンテナ群２０４と共に、送信部および受信部として機能する。なお、無線処理部２１０は、アップリンク信号をＤＡ変換する機能、および、ダウンリンク信号をＡＤ変換する機能を有してもよい。
【００６８】
ダウンリンク信号検出部２３０は、無線処理部２１０から供給されるダウンリンク信号から、ＰＤＣＣＨのような制御信号や、ＰＤＳＣＨのようなユーザデータを検出する。なお、送信データの値とシグネチャの対応関係を示すマッピング情報を基地局１０−１が決定／管理する場合、当該マッピング情報はＰＤＣＣＨまたはＰＤＳＣＨに配置されてもよい。
【００６９】
アップリンク信号生成部２４０は、基地局１０−１に送信するためのアップリンク信号を生成する。具体的には、アップリンク信号生成部２４０は、ＰＵＣＣＨのような制御信号や、ＰＵＳＣＨのようなユーザデータ信号を生成する。なお、マッピング情報をＵＥ２０−１が決定／管理する場合、アップリンク信号生成部２４０は、当該マッピング情報をＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨに配置してもよい。
【００７０】
送信データ生成部２５０は、基地局１０−１に伝送する送信データを生成する。この送信データは、アプリケーションデータ、および、ＵＥ２０−１の識別データを含む。以下、図８を参照し、この送信データについてより具体的に説明する。
【００７１】
図８は、送信データの具体例を示した説明図である。図８に示したように、送信データは例えばビットｂ１〜ビットｂ６の６ビットからなり、ビットｂ１およびｂ２にアプリケーションデータが割り当てられ、ビットｂ３〜ｂ６に識別データが割り当てられる。
【００７２】
アプリケーションデータは、ＵＥ２０−１の有するアプリケーションや、ＵＥ２０−１が担う役割に応じたデータである。例えば、ＵＥ２０−１が自動販売機に設けられ、自動販売機の状況、売上を報告する役割を担う場合、アプリケーションデータは、自動販売機の売り上げや在庫量を示すデータであってもよい。具体的には、自動販売機の一日の売り上げが所定値を上回っていた場合にビットｂ１に「１」が設定されてもよいし、自動販売機への商品の補充が必要になった場合にビットｂ２に「１」が設定されもよい。その他、本実施形態は多様なアプリケーションに適用可能であるので、多様なデータがアプリケーションデータとして想定される。
【００７３】
識別データは、ＵＥ２０−１を識別するためのデータである。この識別データは、ＵＥ２０−１にユニークなＩＤであってもよいが、ユニークなＩＤを表現するために十分なビットが割り当てられていない場合、識別データは、セル内でユニークなローカルＩＤであってもよい。この場合、基地局１０−１が各ＵＥ２０−１のローカルＩＤとユニークＩＤとの対応関係を保持していれば、この識別データに基づいてＵＥ２０−１を特定することが可能である。または、識別データは、ＵＥ２０−１が属するグループを示すデータであってもよい。例えば、自動販売機の個々の売り上げでなく、自動販売機の地区ごとの売り上げを事業者が知りたい場合、同一地区の自動販売機に設けられたＵＥ２０−１のグループが同一の識別データを用いることにより上記目的を達成することが可能である。
【００７４】
また、図７に示したマッピング記憶部２６０は、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報（第１のマッピング情報）を記憶する。このマッピング情報は、基地局１０−１とＵＥ２０−１との間で共有される。例えば、基地局１０−１がマッピング情報を決定／管理する場合、基地局１０−１がマッピング情報をＵＥ２０−１に送信することにより、マッピング情報が共有される。なお、同一セル内に存在する複数のＵＥ２０−１は同一のマッピング情報を有してもよいし、異なるマッピング情報を有してもよい。以下、図９を参照し、このようなマッピング情報について具体的に説明する。
【００７５】
図９は、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。図９に示したように、マッピング情報は、６ビットの「００００００」〜「１１１１１１」の各データと、シグネチャ０〜シグネチャ６３のうちのいずれかのシグネチャとの対応関係を規定する。例えば、データ「００００１０」にはシグネチャ２が対応付けられている。なお、シグネチャ０〜シグネチャ６３は、基地局１０−１から報知される論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から算出される６４個のシグネチャである。
【００７６】
マッピング管理部２６４は、このようなマッピング情報を管理する。例えば、マッピング管理部２６４は、マッピング情報を決定してもよいし、マッピング情報を必要に応じて変更してもよい。マッピング情報を例えば定期的に変更することにより、データの秘匿性を向上することが可能である。
【００７７】
シグネチャ選択部２６８は、送信データ生成部２５０により生成された送信データに対応するシグネチャを、マッピング記憶部２６０に記憶されているマッピング情報に基づいて選択する。例えば、送信データが「００００１０」である場合、シグネチャ選択部２６８は、論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から算出される６４個のシグネチャから、「００００１０」に対応付けられているシグネチャ２を選択する。
【００７８】
プリアンブル生成部２７０は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する。以下、図１０を参照し、プリアンブル生成部２７０の詳細な構成を説明する。
【００７９】
図１０は、プリアンブル生成部２７０の構成を示した説明図である。図１０に示したように、プリアンブル生成部２７０は、ＦＦＴ（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）２７２と、サブキャリアマッピング部２７４と、ＩＦＦＴ２７６と、ＣＰ挿入部２７８と、を備える。
【００８０】
ＦＦＴ２７２は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャ（Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス）が供給され、当該シグネチャを高速フーリエ変換する。サブキャリアマッピング部２７４は、ＦＦＴ２７２により得られた周波数ドメインデータを送信すべき周波数に配置する。ＩＦＦＴ２７６は、周波数上に配置されたデータを時間軸データに変換する。そして、ＣＰ挿入部２７８が、時間軸データにサイクリックプリフィックスを付加することにより、プリアンブルが生成される。
【００８１】
上記のように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、送信データに対応するシグネチャを有するプリアンブルを生成し、このプリアンブルを無線処理部２１０およびアンテナ群２０４を介して基地局１０−１に送信する。なお、ＵＥ２０−１は、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定される複数のランダムアクセスリソースのうちの例えば次に到来するランダムアクセスリソースにおいてプリアンブルを送信してもよい。
【００８２】
＜２−２．第１の実施形態による基地局の構成＞
以上、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１の構成を説明した。続いて、図１１を参照し、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１の構成を説明する。
【００８３】
図１１は、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１の構成を示した機能ブロック図である。図１１に示したように、第１の実施形態による基地局１０−１は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５０と、マッピング管理部１５４と、シグネチャ判定部１５８と、送信データ判定部１６０と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、を備える。
【００８４】
アンテナ群１０４は、ＵＥ２０−１から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号を無線処理部１１０へ供給する。また、アンテナ群１０４は、無線処理部１１０から供給される高周波信号に基づいて無線信号をＵＥ２０−１に送信する。基地局１０−１は、このように複数のアンテナからなるアンテナ群１０４を備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
【００８５】
無線処理部１１０は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、アンテナ群１０４から供給される高周波信号をベースバンド信号（アップリンク信号）に変換する。また、無線処理部１１０は、ダウンリンク信号生成部１３０などから供給されるベースバンド信号（ダウンリンク信号）を高周波信号に変換する。なお、無線処理部１１０は、ダウンリンク信号をＤＡ変換する機能、および、アップリンク信号をＡＤ変換する機能を有してもよい。
【００８６】
ダウンリンク信号生成部１３０は、基地局１０−１から送信するためのダウンリンク信号を生成する。具体的には、ダウンリンク信号生成部１３０は、スケジューリング情報に従い、ＰＤＣＣＨおよびＰＤＳＣＨなどを生成する。なお、マッピング情報を基地局１０−１が決定／管理する場合、ダウンリンク信号生成部１３０は、当該マッピング情報をＰＤＣＣＨまたはＰＤＳＣＨに配置してもよい。
【００８７】
アップリンク信号検出部１４０は、無線処理部１１０から供給されるアップリンク信号から、ＰＵＣＣＨのような制御信号や、ＰＵＳＣＨのようなユーザデータを検出する。
【００８８】
マッピング記憶部１５０は、ＵＥ２０−１のマッピング記憶部２６０と同様に、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。このマッピング情報については図９を参照して説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【００８９】
マッピング管理部１５４は、マッピング情報を管理する。例えば、マッピング管理部１５４は、マッピング情報を決定してもよいし、マッピング情報を必要に応じて変更してもよい。マッピング情報を例えば定期的に変更することにより、データの秘匿性を向上することが可能である。
【００９０】
シグネチャ判定部１５８は、無線処理部１１０により受信されたプリアンブルのシグネチャを相関出力値から判定する。
【００９１】
送信データ判定部１６０は、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャに対応する送信データを、マッピング記憶部１５０に記憶されているマッピング情報に基づいて判定する。例えば、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャがシグネチャ２であった場合、送信データ判定部１６０は、例えば図９に示したマッピング情報に基づいて送信データが「００００１０」であると判定する。
【００９２】
識別データ記憶部１７０は、各ＵＥ２０−１のローカルＩＤとユニークＩＤとの対応関係を記憶する。なお、識別データ記憶部１７０は、一度アクティブモードに遷移したＵＥ２０−１の識別データは、当該ＵＥ２０−１がアイドルモードに遷移した後も継続的に保持してもよい。
【００９３】
ＵＥ判定部１７４は、送信データ判定部１６０により判定された送信データに含まれる識別データから、識別データ記憶部１７０を参照して、プリアンブルを送信したＵＥ２０−１を判定する。そして、判定されたＵＥ２０−１のユニークＩＤおよび送信データに含まれるアプリケーションデータはコアネットワーク１２へ送信される。
【００９４】
＜２−３．第１の実施形態の動作＞
以上、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１およびＵＥ２０−１の構成を説明した。続いて、図１２を参照して本開示の第１の実施形態による動作を整理する。
【００９５】
図１２は、本開示の第１の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図１２に示したように、まず、基地局１０−１のマッピング管理部１５４がマッピング情報を決定すると（Ｓ３０４）、基地局１０−１が決定されたマッピング情報をＵＥ２０−１にシグナリングする（Ｓ３０８）。そして、基地局１０−１およびＵＥ２０−１が各々マッピング情報をマッピング記憶部１５０およびマッピング記憶部１６０に記憶する（Ｓ３１２）。
【００９６】
そして、基地局１０−１がシステム情報を報知した後（Ｓ３１６）、ＵＥ２０−１の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ３２０）、シグネチャ選択部２６８が、送信データに対応するシグネチャを選択する（Ｓ３２４）。続いて、プリアンブル生成部２７０が、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを有するプリアンブルを生成する（Ｓ３２８）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを基地局１０−１に送信する（Ｓ３３２）。
【００９７】
一方、基地局１０−１は、ＵＥ２０−１からプリアンブルを受信すると、プリアンブルのシグネチャを判定する（Ｓ３３６）。そして、基地局１０−１の送信データ判定部１６０は、判定されたプリアンブルのシグネチャに対応する送信データをマッピング情報に基づいて判定する（Ｓ３４０）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【００９８】
なお、基地局１０−１は、プリアンブルの受信に成功した場合、通常のランダムアクセス手順と同様にランダムアクセスリスポンスを送信してもよい。この場合、ＵＥ２０−１は、基地局１０−１からのランダムアクセスリスポンスの受信により、送信データが正常に基地局１０−１に伝送されたことを認識することができる。一方、ＵＥ２０−１は、ランダムアクセスリスポンスを受信した後、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信を含むランダムアクセス手順を継続しなくてもよい。かかる構成によれば、ＵＥ２０−１は、プリアンブルの送信のみで基地局１０−１にデータを伝送できるので、消費電力、およびＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【００９９】
また、マッピング情報は適宜変更することが可能である。以下、この点について図１３を参照して具体的に説明する。
【０１００】
図１３は、マッピング情報の変更動作を示した説明図である。図１３に示したように、基地局１０−１のマッピング管理部１５４は、前回のマッピング情報の決定から所定時間が経過した場合（Ｓ３５４）、新たなマッピング情報を決定する（Ｓ３５８）。そして、基地局１０−１は、新たなマッピング情報をＵＥ２０−１にシグナリングし（Ｓ３６２）、基地局１０−１およびＵＥ２０−１は各々マッピング情報をマッピング記憶部１５０およびマッピング記憶部１６０に記憶する（Ｓ３６６）。
【０１０１】
なお、図１３には所定時間の経過によりマッピング情報を変更する例を示したが、マッピング管理部１５４は、例えばＵＥ２０−１からの要求によってマッピング情報を変更してもよい。また、図１３にはマッピング情報の変更を基地局１０−１が行う例を示したが、ＵＥ２０−１がマッピング情報を変更してもよい。
【０１０２】
＜＜３．第２の実施形態＞＞
以上、本開示の第１の実施形態を説明した。続いて、本開示の第２の実施形態を説明する。本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、プリアンブルを送信するランダムアクセスリソースを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースから送信データを判定することが可能となる。
【０１０３】
＜３−１．第２の実施形態によるＵＥの構成＞
図１４は、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２の構成を示した機能ブロック図である。図１４に示したように、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６１と、マッピング管理部２６４と、プリアンブル生成部２７０と、通信リソース選択部２８０と、を備える。アンテナ群２０４、無線処理部２１０、ダウンリンク信号検出部２３０、アップリンク信号検出部２４０、および送信データ生成部２５０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細に説明を省略する。
【０１０４】
第２の実施形態によるマッピング記憶部２６１は、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報（第２のマッピング情報）を記憶する。このマッピング情報は、第１の実施形態と同様に基地局１０−２とＵＥ２０−２との間で共有される。また、同一セル内に存在する複数のＵＥ２０−１は同一のマッピング情報を有してもよいし、異なるマッピング情報を有してもよい。以下、図１５を参照し、このようなマッピング情報について具体的に説明する。
【０１０５】
図１５は、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。図１５に示したように、マッピング情報は、１０ビットの「００００００００００」〜「１１１１１１１１１１」の各データと、ＳＦＮ０〜１０２３のうちのいずれかのＳＦＮとの対応関係を規定する。例えば、データ「００００００００１０」にはＳＦＮ２が対応付けられている。なお、ＳＦＮは、図５を参照して説明したように、１０ｍｓ無線フレームの各々に付される通し番号である。
【０１０６】
通信リソース選択部２８０は、送信データ生成部２５０により生成された送信データに対応するランダムアクセスリソースを、マッピング記憶部２６１に記憶されているマッピング情報に基づいて選択する。例えば、通信リソース選択部２８０は、送信データが「００００００００１０」である場合、「００００００００１０」に対応付けられているＳＦＮ２を選択する。
【０１０７】
無線処理部２１０は、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたＳＦＮ中の規定のサブフレームにおいて送信する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−２が、プリアンブルを受信したＳＦＮに基づいて送信データを判定することが可能となる。
【０１０８】
（補足）
なお、ＵＥ２０−２に割り当てられたＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値に応じ、ＵＥ２０−２がランダムアクセスリソースの選択により表現できる送信データのビット数は異なる。例えば、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「０」、「１」、「２」、および「１５」は、偶数のＳＦＮのみをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「０」、「１」、「２」、または「１５」が割り当てられたＵＥ２０−２は、０〜５１１までの９ビットをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「０」、「１」、「２」、または「１５」が割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、０〜５１１までの９ビットのデータと、偶数のＳＦＮのいずれかとの対応関係を規定してもよい。
【０１０９】
一方、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「３」〜「５」は、全てのＳＦＮをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「３」〜「５」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２は、０〜１０２３までの１０ビットをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「３」〜「５」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、０〜１０２３まで１０ビットのデータと、ＳＦＮ０〜１０２３のうちのいずれかのＳＦＮとの対応関係を規定してもよい。
【０１１０】
また、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「６」〜「１４」は、全てのＳＦＮ中の、複数のサブフレームをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「６」〜「１４」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２は、１０ビットの整数倍のデータをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「６」〜「１４」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、１１ビット以上のデータの各々と、いずれかのＳＦＮおよびサブフレームとの対応関係を規定してもよい。
【０１１１】
さらに、同一の時間帯で周波数上に複数のランダムアクセスリソースが配置される場合、周波数方向の自由度によりさらに高ビットを表現することが可能となる。例えば、「１４」が割り当てられたＵＥ２０−２は、ＳＦＮの選択により１０ビット、ＳＦＮ内のサブフレームの選択により３〜４ビットを表現できるので、周波数方向の自由度を加味すると、合計で２０ビット近いデータを表現することが可能である。
【０１１２】
（応用例）
上記では、ＳＦＮ内のサブフレーム選択の自由度や、周波数選択の自由度などにより送信データの拡大を図る例を説明したが、他の方法によっても送信データの拡大を図ることが可能である。他の方法の一つとして、所定数の１０ｍｓ無線フレームごとにスーパーシステムフレームを定義する方法が挙げられる。以下、この方法について図１６を参照してより具体的に説明する。
【０１１３】
図１６は、サブフレーム、無線フレーム、およびスーパーシステムフレームの関係を示した説明図である。図１６に示した例では、１スーパーシステムフレームが１０２３無線フレームから構成され、スーパーシステムフレーム番号の１周期は０〜６３である。この場合、ＵＥ２０−２は、スーパーシステムフレームの選択の自由度により、さらに６ビットのデータを伝達することが可能となる。
【０１１４】
また、このようにランダムアクセスリソースを送信データに応じて選択することは、プリアンブル送信タイミングのランダム化にもつながる。このため、第２の実施形態は、ＭＴＣ端末が普及した場合に、ＭＴＣ端末のＰＲＡＣＨオーバーロードの解消にも有用であると考えられる。
【０１１５】
例えば、図１６に示したようにスーパーシステムフレームを定義した場合、１スーパーシステムフレームは１０．２４秒であるので、スーパーシステムフレームの１周期は約６５５秒、すなわち約１１分である。したがって、図１６に示したスーパーシステムフレームを定義した場合、プリアンブルの送信タイミングを約１１分の間に分散させることが可能である。
【０１１６】
＜３−２．第２の実施形態による基地局の構成＞
以上、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２の構成を説明した。続いて、図１７を参照し、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２の構成を説明する。
【０１１７】
図１７は、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２の構成を示した機能ブロック図である。図１７に示したように、第２の実施形態による基地局１０−２は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５１と、マッピング管理部１５４と、送信データ判定部１６１と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、通信リソース判定部１８０と、を備える。アンテナ群１０４、無線処理部１１０、ダウンリンク信号生成部１３０、およびアップリンク信号検出部１４０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１１８】
マッピング記憶部１５１は、ＵＥ２０−２のマッピング記憶部２６１と同様に、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。
【０１１９】
通信リソース判定部１８０は、無線処理部１１０によりプリアンブルが受信されたランダムアクセスリソースを判定する。例えば、通信リソース判定部１８０は、プリアンブルが受信されたスーパーシステムフレーム番号、ＳＦＮおよびサブフレーム番号を判定する。
【０１２０】
送信データ判定部１６１は、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースに対応する送信データを、マッピング記憶部１５１に記憶されているマッピング情報に基づいて判定する。例えば、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースがＳＦＮ２であった場合、送信データ判定部１６１は、例えば図１５に示したマッピング情報に基づいて送信データが「００００００００１０」であると判定する。
【０１２１】
＜３−３．第２の実施形態の動作＞
以上、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２およびＵＥ２０−２の構成を説明した。続いて、図１８を参照して本開示の第２の実施形態による動作を整理する。
【０１２２】
図１８は、本開示の第２の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図１８に示したように、まず、基地局１０−２のマッピング管理部１５４がマッピング情報を決定すると（Ｓ４０４）、基地局１０−２が決定されたマッピング情報をＵＥ２０−２にシグナリングする（Ｓ４０８）。そして、基地局１０−２およびＵＥ２０−２が各々マッピング情報をマッピング記憶部１５１およびマッピング記憶部１６１に記憶する（Ｓ４１２）。
【０１２３】
そして、基地局１０−２がシステム情報を報知した後（Ｓ４１６）、ＵＥ２０−２の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ４２０）、通信リソース選択部２８０が、送信データに対応するランダムアクセスリソースを選択する（Ｓ４２４）。続いて、プリアンブル生成部２７０が、６４個のシグネチャから任意のシグネチャを選択し、選択したシグネチャを用いてプリアンブルを生成する（Ｓ４２８）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、選択されたランダムアクセスリソースでプリアンブルを基地局１０−１に送信する（Ｓ４３２）。
【０１２４】
一方、基地局１０−２は、ＵＥ２０−２からプリアンブルを受信すると、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースを判定する（Ｓ４３６）。そして、基地局１０−１の送信データ判定部１６１は、判定されたランダムアクセスリソースに対応する送信データをマッピング情報に基づいて判定する（Ｓ４４０）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【０１２５】
なお、基地局１０−２は、プリアンブルの受信に成功した場合、通常のランダムアクセス手順と同様にランダムアクセスリスポンスを送信してもよい。この場合、ＵＥ２０−２は、基地局１０−２からのランダムアクセスリスポンスの受信により、送信データが正常に基地局１０−２に伝送されたことを認識することができる。一方、ＵＥ２０−２は、ランダムアクセスリスポンスを受信した後、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信を含むランダムアクセス手順を継続しなくてもよい。かかる構成によれば、ＵＥ２０−２は、プリアンブルの送信のみで基地局１０−１にデータを伝送できるので、消費電力、およびＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【０１２６】
＜＜４．第３の実施形態＞＞
以上、本開示の第２の実施形態を説明した。続いて、本開示の第３の実施形態を説明する。本開示の第３の実施形態では、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能となる。
【０１２７】
＜４−１．第３の実施形態によるＵＥの構成＞
図１９は、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３の構成を示した機能ブロック図である。図１９に示したように、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６２と、マッピング管理部２６４と、シグネチャ選択部２６８と、プリアンブル生成部２７０と、通信リソース選択部２８０と、を備える。アンテナ群２０４、無線処理部２１０、ダウンリンク信号検出部２３０、アップリンク信号検出部２４０、および送信データ生成部２５０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細に説明を省略する。
【０１２８】
第３の実施形態によるマッピング記憶部２６２は、第１の実施形態で説明したデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報、および、第２の実施形態で説明したデータとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。さらに、第３の実施形態によるマッピング記憶部２６２は、送信データ中でシグネチャの選択のために用いるビット位置、および、送信データ中でランダムアクセスリソースの選択のために用いるビット位置を示す第３のマッピング情報を記憶する。この第３のマッピング情報も、他のマッピング情報と同様に、ＵＥ２０−３と基地局１０−３との間で共有され、マッピング記憶部２６２は、第１〜第３の記憶部として機能する。以下、図２０を参照して、当該第３のマッピング情報について具体的に説明する。
【０１２９】
図２０は、送信データを分割して得られるシグネチャの選択用データおよびランダムアクセスリソースの選択用データを示した説明図である。図２０に示したように、送信データがビットｂ１〜ｂ２０の２０ビットで構成される場合、第３のマッピング情報は、２０ビットのうちで、シグネチャ選択に用いる６ビット、および、ランダムアクセスリソース選択に用いる１４ビットを規定する。図２０に示した例では、ビットｂ１、ｂ６、ｂ１８、ｂ１２、ｂ９、ｂ２がシグネチャ選択用データとして規定され、ビットｂ５、ｂ１９、ｂ１６・・・ｂ７、ｂ１１がランダムアクセスリソース選択用データとして規定される。
【０１３０】
このように、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択とを組み合わせる場合に、送信データをシグネチャ選択用データとランダムアクセスリソース選択用データに不規則に分割することにより、送信データの秘匿性を高めることが可能である。なお、ＵＥ２０−３または基地局１０−３は、この第３のマッピング情報を適宜変更することにより、すなわち、各用途に用いるビット位置またはビット順序を変更することにより、送信データの秘匿性をさらに高めることが可能である。
【０１３１】
シグネチャ選択部２６８は、送信データ生成部２５０により生成された送信データから、マッピング記憶部２６２に記憶されている第３のマッピング情報を参照し、シグネチャ選択用データを特定する。そして、シグネチャ選択部２６８は、特定したシグネチャ選択用データに対応するシグネチャを、マッピング記憶部２６２に記憶されているデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報に基づいて選択する。プリアンブル生成部２７０は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する。
【０１３２】
通信リソース選択部２８０は、送信データ生成部２５０により生成された送信データから、マッピング記憶部２６２に記憶されている第３のマッピング情報を参照し、ランダムアクセスリソース選択用データを特定する。そして、通信リソース選択部２８０は、特定したランダムアクセスリソース選択用データに対応するランダムアクセスリソースを、マッピング記憶部２６２に記憶されているデータとランダムアクセスリソースとの対応関係を示すマッピング情報に基づいて選択する。
【０１３３】
無線処理部２１０は、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたランダムアクセスリソースで送信する。これにより、基地局１０−３において、プリアンブルのシグネチャ、およびプリアンブルを受信したランダムアクセスリソースに基づいて送信データを判定することが可能となる。
【０１３４】
＜４−２．第３の実施形態による基地局の構成＞
続いて、図２１を参照し、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３の構成を説明する。
【０１３５】
図２１は、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３の構成を示した機能ブロック図である。図２１に示したように、第３の実施形態による基地局１０−３は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５２と、マッピング管理部１５４と、シグネチャ判定部１５８と、送信データ判定部１６２と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、通信リソース判定部１８０と、を備える。アンテナ群１０４、無線処理部１１０、ダウンリンク信号生成部１３０、およびアップリンク信号検出部１４０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１３６】
マッピング記憶部１５２は、第１の実施形態で説明したデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報、および、第２の実施形態で説明したデータとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。さらに、マッピング記憶部１５２は、送信データ中でシグネチャの選択のために用いられるビット位置、および、送信データ中でランダムアクセスリソースの選択のために用いられるビット位置を示す第３のマッピング情報を記憶する。このようなマッピング記憶部１５２は、第１〜第３の記憶部として機能する。
【０１３７】
シグネチャ選択部１５８は、無線処理部１１０により受信されたプリアンブルのシグネチャを相関出力値から判定する。
【０１３８】
通信リソース判定部１８０は、無線処理部１１０によりプリアンブルが受信されたランダムアクセスリソースを判定する。例えば、通信リソース判定部１８０は、プリアンブルが受信されたスーパーシステムフレーム番号、ＳＦＮおよびサブフレーム番号を判定する。
【０１３９】
送信データ判定部１６２は、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャに対応するデータを、マッピング記憶部１５２に記憶されているデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報に基づいて判定する。また、送信データ判定部１６２は、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースに対応するデータを、マッピング記憶部１５２に記憶されているデータとランダムアクセスリソースとの対応関係を示すマッピング情報に基づいて判定する。
【０１４０】
さらに、送信データ判定部１６２は、マッピング記憶部１５３に記憶されている第３のマッピング情報に基づき、シグネチャ判定部１５８によって判定されたデータと、通信リソース判定部１８０により判定されたデータとを結合することにより、送信データを判定する。
【０１４１】
＜４−３．第３の実施形態の動作＞
以上、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３およびＵＥ２０−３の構成を説明した。続いて、図２２を参照して本開示の第３の実施形態による動作を整理する。
【０１４２】
図２２は、本開示の第３の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図２２に示したように、まず、基地局１０−３のマッピング管理部１５４が３種のマッピング情報を決定すると（Ｓ５０４）、基地局１０−３が決定された３種のマッピング情報をＵＥ２０−３にシグナリングする（Ｓ５０８）。そして、基地局１０−３およびＵＥ２０−３が各々３種のマッピング情報をマッピング記憶部１５２およびマッピング記憶部１６２に記憶する（Ｓ５１２）。
【０１４３】
そして、基地局１０−３がシステム情報を報知した後（Ｓ５１６）、ＵＥ２０−３の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ５２０）、通信リソース選択部２８０が、送信データに対応するランダムアクセスリソースを選択する（Ｓ５２４）。また、シグネチャ選択部２６８が、送信データに対応するシグネチャを選択する（Ｓ５２８）。そして、プリアンブル生成部２７０が、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する（Ｓ５３２）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたランダムアクセスリソースで送信する（Ｓ５３６）。
【０１４４】
一方、基地局１０−３は、ＵＥ２０−３からプリアンブルを受信すると、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースを判定する（Ｓ５４０）。また、基地局１０−３のシグネチャ判定部１５８は、プリアンブルのシグネチャを判定する（Ｓ５４４）。そして、基地局１０−３の送信データ判定部１６２は、判定されたシグネチャに対応するデータ、および、判定されたランダムアクセスリソースに対応するデータを判定し、これらのデータを結合することにより送信データを判定する（Ｓ５４８）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【０１４５】
以上説明したように、本開示の第３の実施形態によれば、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能となる。
【０１４６】
＜４−４．変形例＞
続いて、以上説明した実施形態のいくつかの変形例を説明する。
【０１４７】
（第１の変形例）
一般に、送信データには、受信側にデータが正しく伝達されたか否かを判定する巡回冗長検査（ＣＲＣ）のための符号ビットが付加される。また、データの秘匿性の観点から、データは暗号化して送信されることが多い。
【０１４８】
ＬＴＥによるデータの暗号化は、３Ｇと同様に、端末のＵＳＩＭとネットワークの認証センターとで共有される秘密鍵Ｋを用いてキーストリームと呼ばれる乱数を生成し、データとキーストリームの排他的論理和（ＸＯＲ）を演算することで行われる。キーストリームは使い捨てであり、秘密鍵Ｋは必要に応じて変更される。
【０１４９】
より具体的には、ＬＴＥでは、Ｓｎｏｗ ３Ｇ、およびＡＥＳと呼ばれる２種類の暗号化アルゴリズムを標準化している。Ｓｎｏｗ ３Ｇは３２ビット単位、ＡＥＳは１２８ビット単位で行われる。
【０１５０】
このため、仮に１回のプリアンブルの送信により伝達できるビット長が２０ビットである場合、上記のような暗号化アルゴリズムを用いて暗号化した暗号化データを１回のプリアンブル送信により伝達することは困難である。そこで、第１の変形例として、暗号化データを複数の送信データに分割し、複数回にわたってプリアンブルを送信する手法を提案する。以下、図２３を参照してより具体的に説明する。
【０１５１】
図２３は、暗号化データの分割を示した説明図である。送信データ生成部２５０は、図２３に示したように、Ｅ１〜Ｅ３２からなる３２ビットの暗号化データを生成した場合、暗号化データを、Ｅ１〜Ｅ１６を含む第１の送信データと、Ｅ１７〜Ｅ３２を含む第２の送信データに分割してもよい。また、第１の送信データおよび第２の送信データは、第１の送信データと第２の送信データの紐付けを示す関連付けデータＣ１〜Ｃ４を含んでもよい。かかる構成により、基地局１０−３において第１の送信データと第２の送信データを結合して、Ｅ１〜Ｅ３２からなる暗号化データを得ることが可能となる。
【０１５２】
なお、ＡＥＳ１２８ビットが用いられる場合、送信データ生成部２５０は、データを１２８ビットに達するまでバッファし、データが１２８ビットに達した後にブロック暗号化し、１２８ビットの暗号化データを８つの送信データに分割してもよい。これら暗号化のために用いられる暗号キーは、セキュアな下り通信路により事前に配送される。
【０１５３】
（第２の変形例）
第３の実施形態においては、シグネチャの選択、およびランダムアクセスリソースの選択により送信データを表現する例を説明したが、シグネチャの選択、またはランダムアクセスリソースの選択のいずれかにより送信データを表現してもよい。この場合、送信データ生成部２５０は、シグネチャまたはランダムアクセスリソースのいずれが送信データに対応しているかを示すフラグを送信データに付加してもよい。かかる構成により、基地局１０−３においてシグネチャまたはランダムアクセスリソースのいずれに基づいて送信データを判定すべきかを判断することが可能となる。
【０１５４】
（第３の変形例）
基地局１０−３は、プリアンブルの送信による送信データの伝送を認める時間帯をシステム情報で指定してもよい。例えば、基地局１０−３は、３０分間隔または１時間間隔のように所定間隔で上記伝送を認めてもよいし、月末や特定の時間帯で上記伝送を認めてもよい。この場合、ＵＥ２０−３は、基地局１０−３から指定された時間帯においてのみ上記伝送を行う。
【０１５５】
＜＜５．むすび＞＞
以上説明したように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、プリアンブルのシグネチャを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルのシグネチャから送信データを判定することが可能となる。
【０１５６】
また、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、プリアンブルを送信するランダムアクセスリソースを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースから送信データを判定することが可能となる。
【０１５７】
さらに、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３は、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能である。
【０１５８】
このように、本開示の各実施形態によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現できるので、ＵＥ２０の消費電力を大幅に削減すると共に、ＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【０１５９】
なお、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６０】
例えば、本明細書の基地局１０およびＵＥ２０の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、基地局１０およびＵＥ２０の処理における各ステップは、シーケンス図として記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
【０１６１】
また、基地局１０およびＵＥ２０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した基地局１０およびＵＥ２０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
【０１６２】
また、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、
を備え、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
（２）
前記送信データの値に対応する通信リソースを前記プリアンブルの送信のために選択するリソース選択部をさらに備える、前記（１）に記載の通信装置。
（３）
前記リソース選択部による通信リソースの選択と、前記シグネチャ選択部によるシグネチャの選択との組み合わせにより、前記送信データの値を表現する、前記（２）に記載の通信装置。
（４）
前記通信装置は、前記複数のシグネチャとデータとの対応関係を示す第１のマッピング情報を記憶する第１の記憶部をさらに備え、
前記シグネチャ選択部は、前記第１のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応するシグネチャを選択する、前記（２）または（３）に記載の通信装置。
（５）
前記通信装置は、複数の通信リソースとデータとの対応関係を示す第２のマッピング情報を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
前記リソース選択部は、前記第２のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、前記（２）〜（４）のいずれか一項に記載の通信装置。
（６）
前記通信装置は、前記送信データ中で、シグネチャ選択のために用いるビットと、通信リソース選択のために用いるビットの位置を示す第３のマッピング情報を記憶する第３の記憶部をさらに備える、前記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の通信装置。
（７）
前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報は、前記プリアンブルの送信先である基地局との間で共有される、前記（６）に記載の通信装置。
（８）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局に送信する送信部を備える、前記（７）に記載の通信装置。
（９）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局から受信する受信部を備える、前記（７）に記載の通信装置。
（１０）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを変更するマッピング変更部を備える、前記（６）に記載の通信装置。
（１１）
前記シグネチャ選択部または前記リソース選択部は、指定された時間帯において前記送信データの値に対応するシグネチャまたは通信リソースを選択する、前記（２）〜（１０）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１２）
対象データを複数の分割データに分割して複数の前記送信データを生成する送信データ生成部を備え、
前記送信データは、前記分割データ、および前記対象データから生成された他の送信データとの関連を示す関連付けデータを含む、前記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１３）
ＬＴＥにおいて規定される所定数の無線フレームからスーパーシステムフレームが構成され、
前記リソース選択部は、複数の前記スーパーシステムフレームの範囲内から前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、前記（２）〜（１２）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１４）
前記送信データは、前記通信装置の識別データを含む、前記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１５）
前記送信データは、暗号化データを含む、前記（１）〜（１４）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１６）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、
選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、
を含み、
前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法。
（１７）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と；
前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と；
を備える、通信システム。
（１８）
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、
を備える、基地局。
（１９）
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、
を含む、通信方法。
【符号の説明】
【０１６３】
１０ 基地局
１２ コアネットワーク
２０ ＵＥ
１５０、１５１、１５２、１６０、１６１、１６２ マッピング記憶部
１５４、２６４ マッピング管理部
１５８ シグネチャ判定部
１６０、１６１、１６２ 送信データ判定部
１８０ 通信リソース判定部
２５０ 送信データ生成部
２６８ シグネチャ選択部
２７０ プリアンブル生成部
２８０ 通信リソース選択部
【技術分野】
【０００１】
本開示は、通信装置、通信方法、通信システム、および基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）において、次世代の通信方式であるＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式、および、ＬＴＥ方式をさらに高度化したＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）の標準化作業が進められている。ＬＴＥやＬＴＥ−Ａでは、ＷＣＤＭＡ方式のような３Ｇ方式よりも最大通信速度やセルエッジでの品質を向上するための数々の改良が検討されている。これにより、新たなモバイル高速データ通信環境が提供されるようになると考えられる。例えば、ユーザは、Ｗｅｂや動画などの情報量の大きいコンテンツをスマートフォンなどで快適にダウンロードすることが可能となる。
【０００３】
一方、３ＧＰＰでは、ＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）に関する議論も進められている。ＭＴＣは、一般的にＭ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）と同義であり、機械と機械の間の人間が直接利用しない通信を意味する。このＭＴＣは、主として、サーバと、人間が直接利用しないＭＴＣ端末との間で行われる。
【０００４】
上記のＭＴＣ端末を含むＵＥは、一般的に、ｅＮｏｄｅＢなどの基地局とランダムアクセスと呼ばれる手順を実行することにより基地局１０と接続され、基地局１０との接続後に基地局とデータ通信を行うことが可能となる。なお、ランダムアクセス手順については例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０７１７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のランダムアクセス、およびランダムアクセス後のデータ伝送を行うと、相応の電力が消費される。特に、ＭＴＣ端末は低消費電力が求められるので、データ伝送のための消費電力の削減が強く望まれる。
【０００７】
そこで、本開示ではプリアンブルの送信によりデータ伝送を実現するための、新規かつ改良された通信装置、通信方法、通信システム、および基地局を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、を備え、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置が提供される。
【０００９】
また、本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、を含み、前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法が提供される。
【００１０】
また、本開示によれば、複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と、前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と、を備える、通信システムが提供される。
【００１１】
また、本開示によれば、送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、を備える、基地局が提供される。
【００１２】
また、本開示によれば、送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、を含む通信方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施形態による通信システムの構成を示した説明図である。
【図２】フレームフォーマットを示した説明図である。
【図３】ＬＴＥによるランダムアクセスの手順を示す図面である。
【図４】ＵＥによって生成されるプリアンブルの周波数領域での概念を示す説明図である。
【図５】各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースを示した説明図である。
【図６】ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を示したシーケンス図である。
【図７】本開示の第１の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図８】送信データの具体例を示した説明図である。
【図９】データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。
【図１０】プリアンブル生成部の構成を示した説明図である。
【図１１】本開示の第１の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図１２】本開示の第１の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図１３】マッピング情報の変更動作を示した説明図である。
【図１４】本開示の第２の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図１５】データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。
【図１６】サブフレーム、無線フレーム、およびスーパーシステムフレームの関係を示した説明図である。
【図１７】本開示の第２の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図１８】本開示の第２の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図１９】本開示の第３の実施形態によるＵＥの構成を示した機能ブロック図である。
【図２０】送信データを分割して得られるシグネチャの選択用データおよびランダムアクセスリソースの選択用データを示した説明図である。
【図２１】本開示の第３の実施形態による基地局の構成を示した機能ブロック図である。
【図２２】本開示の第３の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。
【図２３】暗号化データの分割を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じてＵＥ２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、ＵＥ２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単にＵＥ２０と称する。
【００１７】
また、以下に示す項目順序に従って本開示を説明する。
１．無線通信システムの概略
１−１．無線通信システムの構成
１−２．フレーム構成
１−３．ランダムアクセス
１−４．背景
２．第１の実施形態
２−１．第１の実施形態によるＵＥの構成
２−２．第１の実施形態による基地局の構成
２−３．第１の実施形態の動作
３．第２の実施形態
３−１．第２の実施形態によるＵＥの構成
３−２．第２の実施形態による基地局の構成
３−３．第２の実施形態の動作
４．第３の実施形態
４−１．第３の実施形態によるＵＥの構成
４−２．第３の実施形態による基地局の構成
４−３．第３の実施形態の動作
４−４．変形例
５．むすび
【００１８】
＜＜１．無線通信システムの概略＞＞
本開示による技術は、一例として「２．第１の実施形態」〜「４．第３の実施形態」において詳細に説明するように、多様な形態で実施され得る。また、各実施形態によるＵＥ（通信装置）および基地局は、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。以下では、まず、このような各実施形態において共通する無線通信システムの概略を説明する。
【００１９】
＜１−１．無線通信システムの構成＞
図１は、本開示の実施形態による通信システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、本開示の実施形態による通信システム１は、基地局１０と、コアネットワーク１２と、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）２０Ａ〜２０Ｃと、を備える。
【００２０】
ＵＥ２０は、基地局１０により割り当てられたダウンリンク用のリソースブロックにおいて受信処理を行い、アップリンク用のリソースブロックにおいて送信処理を行う通信装置である。
【００２１】
このＵＥ２０は、例えば、スマートフォン、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。また、ＵＥ２０は、携帯電話、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、携帯用ゲーム機器などの移動通信装置であってもよい。
【００２２】
さらに、ＵＥ２０は、ＭＴＣ端末であってもよい。ＭＴＣ端末は、３ＧＰＰで議論されている、機械と機械の間の人間が直接利用しない通信であるＭＴＣに特化した無線端末である。例えば、医療系のＭＴＣアプリケーションとして、ＭＴＣ端末が、人間の心電図情報を収集し、あるトリガ条件が満たされた場合に心電図情報をアップリンクで送信することが考えられる。他のＭＴＣアプリケーションとして、自動販売機をＭＴＣ端末として機能させ、ＭＴＣ端末が、自動販売機の在庫や売上をアップリンクで送信することも考えられる。
【００２３】
このようなＭＴＣ端末は、一例として一般的には以下の特徴を有するが、各ＭＴＣ端末が以下の全ての特徴を有する必要はなく、いずれの特徴を有するかはアプリケーションに依存する。
・移動がほとんどない（Ｌｏｗ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ）
・小容量のデータ転送（Ｏｎｌｉｎｅ Ｓｍａｌｌ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）
・超低消費電力（Ｅｘｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）
・各ＭＴＣをグルーピングしてハンドリング（Ｇｒｏｕｐ ｂａｓｅｄ ＭＴＣ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）
【００２４】
基地局１０は、カバレッジに含まれるＵＥ２０と通信する無線基地局である。なお、基地局１０は、ｅＮｏｄｅＢ、リレーノード、フェムトセル基地局、ピコセル基地局、リモートラジオヘッド（ＲＲＨ）などであってもよい。なお、図１においてはコアネットワーク１２に１つの基地局１０のみが接続される例を示しているが、実際には多数の基地局１０がコアネットワーク１２に接続される。
【００２５】
コアネットワーク１２は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）やサービングＧＷ（Ｇａｔｅｗａｙ）などの管理ノードを含む事業者側のネットワークである。ＭＭＥは、データ通信用のセッションの設定、開放やハンドオーバーの制御を行う装置である。このＭＭＥは、ｅＮｏｄｅＢ１０とＳ１と呼ばれるインタフェースを介して接続される。Ｓ−ＧＷは、ユーザデータのルーティング、転送などを行う装置である。
【００２６】
＜１−２．フレーム構成＞
続いて、上述した基地局１０とＵＥ２０との間で共有されるフレームの構成について説明する。
【００２７】
図２は、フレームフォーマットを示した説明図である。図２に示したように、１０ｍｓの無線フレームは、１０個の１ｍｓのサブフレーム＃０〜＃９から構成されている。各サブフレームは、１４ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルからなる。１つのリソースブロックは、このサブフレーム長の１２本のＯＦＤＭサブキャリアと、このサブフレームからなり、スケジューリングの割り当てはこのリソースブロック単位で行われる。なお、１ＯＦＤＭシンボルは、ＯＦＤＭ変調方式の通信方式で用いられる単位であり、１回のＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で処理されたデータを出力する単位である。
【００２８】
また、各サブフレームは制御領域およびデータ領域からなる。制御領域は、先頭の１〜３ＯＦＤＭシンボルからなり、ＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙ ＤｏｗｎＬｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ばれる制御信号の送信のために用いられる。また、制御領域に続くデータ領域は、ＰＤＳＣＨ（Ｐｈｙ ＤｏｗｎＬｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）と呼ばれるユーザデータなどの送信のために用いられる。
【００２９】
＜１−３．ランダムアクセス＞
ところで、ＵＥ２０は、ランダムアクセスと呼ばれる一連の動作を基地局１０との間で行う。このランダムアクセスは、例えば、ＵＥ２０がアイドルモードから基地局１０に初期アクセスする場合、ハンドオーバーを開始する場合、基地局１０からの要求があった場合、送信系の同期が外れているときにダウンリンクデータを受信する場合などに行われる。本開示による技術は、このランダムアクセスと深く関連するので、ランダムアクセスについて以下詳細に説明する。
【００３０】
（ランダムアクセスの一般論）
ランダムアクセスは、一般に、コンテンション型とノン・コンテンション型とに大別される。コンテンション型は、ランダムアクセスの初期に送信されるプリアンブルが他の端末との競合を許容する方法である。また、ノン・コンテンション型は、プリアンブルの競合が起こらないように事前に所定のシグネチャを報知する方法である。なお、シグニチャとは、プリアンブルが担っている特定の情報を指す。
【００３１】
なお、本開示では、ハンドオーバーなどのために用いられるノン・コンテンション型ではなく、主にコンテンション型のランダムアクセスを主に想定して説明を進めるが、ノン・コンテンション型に対しても本開示による技術を適用可能である。
【００３２】
また、大小様々なセルサイズに対応できるように、ＦＤＤ（周波数多重）システムにおいては、プリアンブル長が異なる０〜３までの４種類のプリアンブルフォーマットが定義されている。フォーマット０のプリアンブル長は１ｍｓ、フォーマット１および２のプリアンブル長は２ｍｓ、フォーマット３のプリアンブル長は３ｍｓである。なお、本開示では、プリアンブルがＦＤＤシステムにおけるフォーマット０を有する例を主に説明するが、プリアンブルは、他のフォーマットを有してもよいし、本開示による技術はＴＤＤ（時間多重）システムなどの他のシステムにも適用可能である。
【００３３】
以下、このようなランダムアクセスの具体的な手順について、ＬＴＥによるランダムアクセスの手順を示す図３を参照して説明する。なお、以下で説明する手順はある観点によるランダムアクセスの手順であり、本開示による実施形態では、詳細については「２．第１の実施形態」以降で説明するように、ランダムアクセスを他の方法、用途で行うことも可能である。
【００３４】
（システム情報の取得）
図３に示したように、ＵＥ２０は、まず基地局１０からシステム情報を受信する（Ｓ８１）。このシステム情報は、物理層ランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ）の時間的な配置場所を示すＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値、ＰＲＡＣＨのシステム帯域内での周波数的な位置、ＰＲＡＣＨの周波数上の幅、論理ルートシーケンス値、およびサイクリックシフト設定値などを含む。論理ルートシーケンス値は、プリアンブルのシグネチャの生成に用いられ、サイクリックシフト設定値は、シグネチャ間の距離を指定する。
【００３５】
（プリアンブルの生成）
続いて、ＵＥ２０は、ランダムアクセスの要求が発生すると、論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から生成される６４個のシグネチャ候補から１つのシグネチャを選択し、選択したシグネチャを有するプリアンブルを生成する（Ｓ８２）。
【００３６】
より詳細に説明すると、論理ルートシーケンス値は０〜８３７の間の値を有し、ＵＥ２０は、この論理ルートシーケンス値から、所定のマッピング表を用いて物理ルートシーケンス数を決定する。なお、マッピング表は、論理ルートシーケンス値と物理ルートシーケンス数の一対一の対応関係を示す表である。
【００３７】
そして、ＵＥ２０は、上記の物理ルートシーケンス数、およびサイクリックシフト設定値から、例えばＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス生成アルゴリズムに従って、８３９個の複素数のシーケンスであるＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスを生成する。Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスは、自己相関および相互相関特性が優れている。また、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスによる送信信号の包絡線は一定の振幅になるので、パワーアンプでの送信ひずみを小さくすることができる。続いて、ＵＥ２０は、異なる物理ルートシーケンス数とサイクリックシフト設定値から求められる６４この異なるＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスから１つのＺａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスを選択する。そして、ＵＥ２０は、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスをシグネチャとして用いてプリアンブルを生成する。
【００３８】
図４は、ＵＥ２０によって生成されるプリアンブルの周波数領域での概念を示す説明図である。なお、図４においては、フォーマット０のプリアンブルを示している。図４に示したように、プリアンブルは、Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンスから生成されたプリアンブルシンボルに、サイクリックサイクリックプリフィックスが付加される。
【００３９】
また、プリアンブルシンボルのシンボル長は０．８ｍｓであり、サイクリックプリフィックス長が約０．１ｍｓである。このため、図４に示したように、プリアンブルシンボルの終端から次のリソースブロックの始端との間に、約０．１ｍｓのガードタイムが確保されている。ガードタイムは、ＵＥ２０によるプリアンブルの送信から基地局１０へのプリアンブルの到着までに要する時間のＵＥ２０ごとの相違を考慮して設けられた時間である。なお、ガードタイムはタイミングアドバンス値（ＴＡ）を用いていないプリアンブル送信時に必要であるが、ＵＥ２０は、その他の信号の送信時、ランダムアクセスレスポンスから得られるＴＡ値を用いて、基地局による受信信号のタイムアライメントが実現されるように信号を送信する。
【００４０】
また、ＦＤＤのフォーマット０では、プリアンブルの信号サブキャリア間隔が１．２５ｋＨｚであるので、図４に示したように、６つのリソースブロックに相当する１．０８ＭＨｚ幅の帯域がプリアンブル送信のために占有される。
【００４１】
（プリアンブルの送信）
その後、ＵＥ２０は、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値で規定される通信リソース（タイムスロット）のうち、次に到来するリソースを用いてプリアンブルを送信する（Ｓ８３）。
【００４２】
より詳細に説明すると、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値は、０〜６３の間の値を有する。このうち、フォーマット０に対応するＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値は０〜１５である。以下、図５を参照し、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスのためのリソースをより具体的に説明する。
【００４３】
図５は、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースを示した説明図である。図５において、ＳＦＮ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｒａｍｅ Ｎｕｍｂｅｒ）は無線フレームの通し番号であり、ＳＦＮには０〜１０２３が定義されている。
【００４４】
図５に示したように、各ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定されるランダムアクセスリソースは、周期およびオフセットなどの周期的パターンが異なる。例えば、インデックス値「０」、「１」、「２」、「１５」は、ＳＦＮが偶数である各無線フレームに含まれる１つのサブフレームのリソースを規定する。一方、インデックス値「３」〜「５」は、全ての無線フレームの各々に含まれる１つのサブフレームのリソースを規定する。以下同様に、大きなインデックス値ほどより多くのリソースを規定する。基地局１０は、システム帯域や、収容ユーザ数などの条件に基づき、ランダムアクセスリソースが適切に確保されるようにこのインデックス値を事前に決定し、セル内の各ＵＥ２０にインデックス値を含むシステムインフォメーションを報知する。
【００４５】
（ランダムアクセスリスポンス）
基地局１０は、プリアンブルをＵＥ２０から受信すると、受信したプリアンブルのシグネチャ（Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス）と、６４種類のシグネチャとの相関値を取得し、この相関値から、受信したプリアンブルのシグネチャを特定することができる。その後、基地局１０は、ランダムアクセスリスポンスと呼ばれるメッセージをＰＤＣＣＨによりＵＥ２０に送信する（Ｓ８４）。
【００４６】
より詳細に説明すると、ランダムアクセスリスポンスは、特定したプリアンブルのシグネチャのＩＤ、ＵＥ２０および基地局１０間の距離に比例する伝送遅延を補正するためのタイミングアドバンス値（ＴＡ）、ＵＥ２０の識別子であるセル無線ネットワークテンポラリＩＤ（Ｃ−ＲＮＴＩ）、および２０ビットの送信許可データなどを含む。ＵＥ２０は、ランダムアクセスリスポンスに含まれるシグネチャのＩＤが正しければ、プリアンブル送信が成功したと認識する。一方、ＵＥ２０は、シグネチャのＩＤが正しくなければ、所定の再送手続きを行う。
【００４７】
（Ｌ２／Ｌ３メッセージ）
ＵＥ２０は、正しいシグネチャのＩＤを含むランダムアクセスリスポンスを受信すると、Ｌ２／Ｌ３メッセージを基地局１０に送信する（Ｓ８５）。Ｌ２／Ｌ３メッセージは、レイヤー２情報、レイヤー３情報と呼ばれる、ＲＲＣ接続要求、トラッキングエリア更新要求、およびスケジューリング要求などの制御メッセージを含むが、ユーザデータを含まない。
【００４８】
（コンテンション・リゾリューション・メッセージ）
そして、基地局１０が、ＵＥ２０からＬ２／Ｌ３メッセージを受信して、ＵＥ２０にコンテンション・リゾリューション・メッセージを送信すると（Ｓ８６）、基地局１０とＵＥ２０との接続が確立される。その後、ＵＥ２０は、基地局１０と任意のユーザデータを通信することが可能となる。
【００４９】
＜１−４．背景＞
以上、無線通信システム１の概要を説明した。続いて、本開示の各実施形態の詳細な説明に先立ち、本開示の各実施形態に至る背景を説明する。
【００５０】
将来、ＭＴＣ端末のように、小容量のデータを極めて低い頻度で通信する端末が普及すると考えられる。このような端末は、電池の交換を最小限に抑えるために、低消費電力であることが望まれる。したがって、従来のＬＴＥ方式で実現しようとしている広帯域、高速化とは大幅に異なる技術仕様が求められる。
【００５１】
上記の小容量データ通信を実現するための通信技術として、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されるＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、および、セルラー方式が挙げられる。
【００５２】
ＷＬＡＮでは、データ送信の必要な時に、最小パケット数で通信を行うことが可能である。これにより、低消費電力、かつ、低ビットレートでの通信を実現することができる。しかし、ＷＬＡＮは、通常１００ｍ程度の比較的狭いエリアを対象とした通信方式であるので、広域に渡る通信が求められる用途に適用する困難性が高い。
【００５３】
一方、セルラー方式は、１つのセルによってキロメートルオーダーの広域なエリアをカバーできる点でＷＬＡＮよりも優れる。例えば、広域に渡ってセンサ機能を有するＭＴＣ端末を配置し、ＭＴＣ端末がセンサデータを基地局に無線伝送するシステムには、セルラー方式を用いた小容量のデータ通信が適切な手段であると考えられる。
【００５４】
具体的には、セルラー方式の一例であるＷＣＤＭＡ方式（第三世代セルラーシステム）によれば、ランダムアクセスチャネルを用いて小容量のデータ通信を行うことが可能である。ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順は、上述したＬＴＥによるランダムアクセス手順と概略同じであるが、ユーザメッセージ送信に関して若干異なる点があるので、図６を参照し、ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を説明する。
【００５５】
（ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス）
図６は、ＷＣＤＭＡ方式によるランダムアクセス手順を示したシーケンス図である。まず、ＵＥは、基地局からランダムアクセスに用いる基本的なシステム情報の報知を受けた後（Ｓ９１）、基地局に対してプリアンブルを送信する（Ｓ９２）。
【００５６】
その後、基地局は、ＡＩＣＨチャネルを用いてＵＥにＰＲＡＣＨレスポンス（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）を送信する（Ｓ９３）。そして、ＵＥは、ＡＩＣＨでＡＣＫを確認すると、基地局に対してＰＵＳＣＨによりＵＥメッセージを送信する（Ｓ９４）。ここで、ＷＣＤＭＡでは、ＵＥは、数百ビット程度のユーザデータを送信することが可能である。なお、ＵＥは、ＮＡＣＫを受信した場合、プリアンブルの送信を再度試みる。
【００５７】
（ＷＣＤＭＡ方式の課題）
上記のように、ＷＣＤＭＡ方式では、ランダムアクセス手順により小容量のデータ通信を実現できる。しかし、セルラー方式は、ＷＬＡＮよりも複雑なプロトコルや信号処理を用いること、および、より大きな送信電力レベルを有する送信回路を用いることなどから、ＷＣＤＭＡ方式での上記データ通信のための消費電力はＷＬＡＮの消費電力よりも大きい。このため、ＷＣＤＭＡ方式のランダムアクセス手順を用いたデータ通信では、ＷＬＡＮと同程度のバッテリ駆動時間を得ることは難しいと考えられる。
【００５８】
また、別の観点からのＷＣＤＭＡ方式の課題として、ＬＴＥ方式へのシステム移行が挙げられる。ＷＣＤＭＡ方式は、ＬＴＥ方式に対して古い世代の通信方式であるので、今後新たに展開されるセルラーシステムの多くには、高速性、システム容量に優れるＬＴＥ方式が採用されると考えられる。また、現在運用されているＷＣＤＭＡ方式を用いるセルラーシステムも、順次にＬＴＥ方式に移行すると考えられる。
【００５９】
このように、ＷＣＤＭＡ方式は、消費電力が大きく、かつ、ネットワークとしての世代を考慮すると、小容量データ通信を低消費電力で実現するためにＷＣＤＭＡ方式を用いることは最適解でないと考えられる。
【００６０】
（ＬＴＥ方式の検討）
また、図３を参照して説明したＬＴＥ方式による一般的なランダムアクセス手順では、プリアンブルに続いてＬ２／Ｌ３メッセージの送信が許容されているが（Ｓ８５）、ユーザデータの送信が許容されていない。このため、ＬＴＥ方式による一般的なランダムアクセス手順では、ＷＣＤＭＡ方式のように小容量データ通信を実現することが困難である。
【００６１】
この点について、ＬＴＥ方式においても、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信と共にユーザデータの送信を許容するアイデアも考えられる。この場合、ＬＴＥ方式においてもＷＣＤＭＡ方式のように小容量データ通信を実現することが可能となる。しかし、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信と共にユーザデータの送信が許容されても、ＷＣＤＭＡ方式と同程度の消費電力が想定されるので、ＷＣＤＭＡ方式と同様に、十分なバッテリ駆動時間を確保することが困難である。
【００６２】
また、上記のようなバッテリ駆動時間に加え、ＲＡＮ（Ｒａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のオーバーロードが懸念される。すなわち、極めて多数のＵＥが存在するセルラーシステムで多数のＵＥが一斉にランダムアクセスを開始する場合、基地局とＵＥ間の無線区間が混雑し、著しい性能低下を起こすことが知られている。将来のセルラーシステムでは、ＭＴＣ端末がセル内に極めて多数存在することが想定されることから、ＲＡＮオーバーロードの発生は極めて重要になる。このようなＲＡＮのオーバーロードに対する懸念は、Ｌ２／Ｌ３メッセージにユーザデータを付加する方法では十分に解決されない。
【００６３】
（本開示の意義）
本開示の各実施形態は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、本開示の各実施形態によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現することが可能である。これにより、低消費電力を実現すると共に、ＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能となる。以下、このような本開示の各実施形態について順次詳細に説明する。
【００６４】
＜＜２．第１の実施形態＞＞
本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、プリアンブルのシグネチャを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルのシグネチャから送信データを判定することが可能となる。
【００６５】
＜２−１．第１の実施形態によるＵＥの構成＞
図７は、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１の構成を示した機能ブロック図である。図７に示したように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６０と、マッピング管理部２６４と、シグネチャ選択部２６８と、プリアンブル生成部２７０と、を備える。
【００６６】
アンテナ群２０４は、基地局１０−１から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号を無線処理部２１０へ供給する。また、アンテナ群２０４は、無線処理部２１０から供給される高周波信号に基づいて無線信号を基地局１０−１に送信する。ＵＥ２０−１は、このように複数のアンテナからなるアンテナ群２０４を備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
【００６７】
無線処理部２１０は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、アンテナ群２０４から供給される高周波信号をベースバンド信号（ダウンリンク信号）に変換する。また、無線処理部２１０は、アップリンク信号生成部２４０などから供給されるベースバンド信号（アップリンク信号）を高周波信号に変換する。このように、無線処理部２１０は、アンテナ群２０４と共に、送信部および受信部として機能する。なお、無線処理部２１０は、アップリンク信号をＤＡ変換する機能、および、ダウンリンク信号をＡＤ変換する機能を有してもよい。
【００６８】
ダウンリンク信号検出部２３０は、無線処理部２１０から供給されるダウンリンク信号から、ＰＤＣＣＨのような制御信号や、ＰＤＳＣＨのようなユーザデータを検出する。なお、送信データの値とシグネチャの対応関係を示すマッピング情報を基地局１０−１が決定／管理する場合、当該マッピング情報はＰＤＣＣＨまたはＰＤＳＣＨに配置されてもよい。
【００６９】
アップリンク信号生成部２４０は、基地局１０−１に送信するためのアップリンク信号を生成する。具体的には、アップリンク信号生成部２４０は、ＰＵＣＣＨのような制御信号や、ＰＵＳＣＨのようなユーザデータ信号を生成する。なお、マッピング情報をＵＥ２０−１が決定／管理する場合、アップリンク信号生成部２４０は、当該マッピング情報をＰＵＣＣＨまたはＰＵＳＣＨに配置してもよい。
【００７０】
送信データ生成部２５０は、基地局１０−１に伝送する送信データを生成する。この送信データは、アプリケーションデータ、および、ＵＥ２０−１の識別データを含む。以下、図８を参照し、この送信データについてより具体的に説明する。
【００７１】
図８は、送信データの具体例を示した説明図である。図８に示したように、送信データは例えばビットｂ１〜ビットｂ６の６ビットからなり、ビットｂ１およびｂ２にアプリケーションデータが割り当てられ、ビットｂ３〜ｂ６に識別データが割り当てられる。
【００７２】
アプリケーションデータは、ＵＥ２０−１の有するアプリケーションや、ＵＥ２０−１が担う役割に応じたデータである。例えば、ＵＥ２０−１が自動販売機に設けられ、自動販売機の状況、売上を報告する役割を担う場合、アプリケーションデータは、自動販売機の売り上げや在庫量を示すデータであってもよい。具体的には、自動販売機の一日の売り上げが所定値を上回っていた場合にビットｂ１に「１」が設定されてもよいし、自動販売機への商品の補充が必要になった場合にビットｂ２に「１」が設定されもよい。その他、本実施形態は多様なアプリケーションに適用可能であるので、多様なデータがアプリケーションデータとして想定される。
【００７３】
識別データは、ＵＥ２０−１を識別するためのデータである。この識別データは、ＵＥ２０−１にユニークなＩＤであってもよいが、ユニークなＩＤを表現するために十分なビットが割り当てられていない場合、識別データは、セル内でユニークなローカルＩＤであってもよい。この場合、基地局１０−１が各ＵＥ２０−１のローカルＩＤとユニークＩＤとの対応関係を保持していれば、この識別データに基づいてＵＥ２０−１を特定することが可能である。または、識別データは、ＵＥ２０−１が属するグループを示すデータであってもよい。例えば、自動販売機の個々の売り上げでなく、自動販売機の地区ごとの売り上げを事業者が知りたい場合、同一地区の自動販売機に設けられたＵＥ２０−１のグループが同一の識別データを用いることにより上記目的を達成することが可能である。
【００７４】
また、図７に示したマッピング記憶部２６０は、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報（第１のマッピング情報）を記憶する。このマッピング情報は、基地局１０−１とＵＥ２０−１との間で共有される。例えば、基地局１０−１がマッピング情報を決定／管理する場合、基地局１０−１がマッピング情報をＵＥ２０−１に送信することにより、マッピング情報が共有される。なお、同一セル内に存在する複数のＵＥ２０−１は同一のマッピング情報を有してもよいし、異なるマッピング情報を有してもよい。以下、図９を参照し、このようなマッピング情報について具体的に説明する。
【００７５】
図９は、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。図９に示したように、マッピング情報は、６ビットの「００００００」〜「１１１１１１」の各データと、シグネチャ０〜シグネチャ６３のうちのいずれかのシグネチャとの対応関係を規定する。例えば、データ「００００１０」にはシグネチャ２が対応付けられている。なお、シグネチャ０〜シグネチャ６３は、基地局１０−１から報知される論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から算出される６４個のシグネチャである。
【００７６】
マッピング管理部２６４は、このようなマッピング情報を管理する。例えば、マッピング管理部２６４は、マッピング情報を決定してもよいし、マッピング情報を必要に応じて変更してもよい。マッピング情報を例えば定期的に変更することにより、データの秘匿性を向上することが可能である。
【００７７】
シグネチャ選択部２６８は、送信データ生成部２５０により生成された送信データに対応するシグネチャを、マッピング記憶部２６０に記憶されているマッピング情報に基づいて選択する。例えば、送信データが「００００１０」である場合、シグネチャ選択部２６８は、論理ルートシーケンス値およびサイクリックシフト設定値から算出される６４個のシグネチャから、「００００１０」に対応付けられているシグネチャ２を選択する。
【００７８】
プリアンブル生成部２７０は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する。以下、図１０を参照し、プリアンブル生成部２７０の詳細な構成を説明する。
【００７９】
図１０は、プリアンブル生成部２７０の構成を示した説明図である。図１０に示したように、プリアンブル生成部２７０は、ＦＦＴ（ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）２７２と、サブキャリアマッピング部２７４と、ＩＦＦＴ２７６と、ＣＰ挿入部２７８と、を備える。
【００８０】
ＦＦＴ２７２は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャ（Ｚａｄｏｆｆ Ｃｈｕシーケンス）が供給され、当該シグネチャを高速フーリエ変換する。サブキャリアマッピング部２７４は、ＦＦＴ２７２により得られた周波数ドメインデータを送信すべき周波数に配置する。ＩＦＦＴ２７６は、周波数上に配置されたデータを時間軸データに変換する。そして、ＣＰ挿入部２７８が、時間軸データにサイクリックプリフィックスを付加することにより、プリアンブルが生成される。
【００８１】
上記のように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、送信データに対応するシグネチャを有するプリアンブルを生成し、このプリアンブルを無線処理部２１０およびアンテナ群２０４を介して基地局１０−１に送信する。なお、ＵＥ２０−１は、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値により規定される複数のランダムアクセスリソースのうちの例えば次に到来するランダムアクセスリソースにおいてプリアンブルを送信してもよい。
【００８２】
＜２−２．第１の実施形態による基地局の構成＞
以上、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１の構成を説明した。続いて、図１１を参照し、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１の構成を説明する。
【００８３】
図１１は、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１の構成を示した機能ブロック図である。図１１に示したように、第１の実施形態による基地局１０−１は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５０と、マッピング管理部１５４と、シグネチャ判定部１５８と、送信データ判定部１６０と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、を備える。
【００８４】
アンテナ群１０４は、ＵＥ２０−１から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号を無線処理部１１０へ供給する。また、アンテナ群１０４は、無線処理部１１０から供給される高周波信号に基づいて無線信号をＵＥ２０−１に送信する。基地局１０−１は、このように複数のアンテナからなるアンテナ群１０４を備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
【００８５】
無線処理部１１０は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、アンテナ群１０４から供給される高周波信号をベースバンド信号（アップリンク信号）に変換する。また、無線処理部１１０は、ダウンリンク信号生成部１３０などから供給されるベースバンド信号（ダウンリンク信号）を高周波信号に変換する。なお、無線処理部１１０は、ダウンリンク信号をＤＡ変換する機能、および、アップリンク信号をＡＤ変換する機能を有してもよい。
【００８６】
ダウンリンク信号生成部１３０は、基地局１０−１から送信するためのダウンリンク信号を生成する。具体的には、ダウンリンク信号生成部１３０は、スケジューリング情報に従い、ＰＤＣＣＨおよびＰＤＳＣＨなどを生成する。なお、マッピング情報を基地局１０−１が決定／管理する場合、ダウンリンク信号生成部１３０は、当該マッピング情報をＰＤＣＣＨまたはＰＤＳＣＨに配置してもよい。
【００８７】
アップリンク信号検出部１４０は、無線処理部１１０から供給されるアップリンク信号から、ＰＵＣＣＨのような制御信号や、ＰＵＳＣＨのようなユーザデータを検出する。
【００８８】
マッピング記憶部１５０は、ＵＥ２０−１のマッピング記憶部２６０と同様に、データとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。このマッピング情報については図９を参照して説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【００８９】
マッピング管理部１５４は、マッピング情報を管理する。例えば、マッピング管理部１５４は、マッピング情報を決定してもよいし、マッピング情報を必要に応じて変更してもよい。マッピング情報を例えば定期的に変更することにより、データの秘匿性を向上することが可能である。
【００９０】
シグネチャ判定部１５８は、無線処理部１１０により受信されたプリアンブルのシグネチャを相関出力値から判定する。
【００９１】
送信データ判定部１６０は、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャに対応する送信データを、マッピング記憶部１５０に記憶されているマッピング情報に基づいて判定する。例えば、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャがシグネチャ２であった場合、送信データ判定部１６０は、例えば図９に示したマッピング情報に基づいて送信データが「００００１０」であると判定する。
【００９２】
識別データ記憶部１７０は、各ＵＥ２０−１のローカルＩＤとユニークＩＤとの対応関係を記憶する。なお、識別データ記憶部１７０は、一度アクティブモードに遷移したＵＥ２０−１の識別データは、当該ＵＥ２０−１がアイドルモードに遷移した後も継続的に保持してもよい。
【００９３】
ＵＥ判定部１７４は、送信データ判定部１６０により判定された送信データに含まれる識別データから、識別データ記憶部１７０を参照して、プリアンブルを送信したＵＥ２０−１を判定する。そして、判定されたＵＥ２０−１のユニークＩＤおよび送信データに含まれるアプリケーションデータはコアネットワーク１２へ送信される。
【００９４】
＜２−３．第１の実施形態の動作＞
以上、本開示の第１の実施形態による基地局１０−１およびＵＥ２０−１の構成を説明した。続いて、図１２を参照して本開示の第１の実施形態による動作を整理する。
【００９５】
図１２は、本開示の第１の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図１２に示したように、まず、基地局１０−１のマッピング管理部１５４がマッピング情報を決定すると（Ｓ３０４）、基地局１０−１が決定されたマッピング情報をＵＥ２０−１にシグナリングする（Ｓ３０８）。そして、基地局１０−１およびＵＥ２０−１が各々マッピング情報をマッピング記憶部１５０およびマッピング記憶部１６０に記憶する（Ｓ３１２）。
【００９６】
そして、基地局１０−１がシステム情報を報知した後（Ｓ３１６）、ＵＥ２０−１の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ３２０）、シグネチャ選択部２６８が、送信データに対応するシグネチャを選択する（Ｓ３２４）。続いて、プリアンブル生成部２７０が、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを有するプリアンブルを生成する（Ｓ３２８）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを基地局１０−１に送信する（Ｓ３３２）。
【００９７】
一方、基地局１０−１は、ＵＥ２０−１からプリアンブルを受信すると、プリアンブルのシグネチャを判定する（Ｓ３３６）。そして、基地局１０−１の送信データ判定部１６０は、判定されたプリアンブルのシグネチャに対応する送信データをマッピング情報に基づいて判定する（Ｓ３４０）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【００９８】
なお、基地局１０−１は、プリアンブルの受信に成功した場合、通常のランダムアクセス手順と同様にランダムアクセスリスポンスを送信してもよい。この場合、ＵＥ２０−１は、基地局１０−１からのランダムアクセスリスポンスの受信により、送信データが正常に基地局１０−１に伝送されたことを認識することができる。一方、ＵＥ２０−１は、ランダムアクセスリスポンスを受信した後、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信を含むランダムアクセス手順を継続しなくてもよい。かかる構成によれば、ＵＥ２０−１は、プリアンブルの送信のみで基地局１０−１にデータを伝送できるので、消費電力、およびＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【００９９】
また、マッピング情報は適宜変更することが可能である。以下、この点について図１３を参照して具体的に説明する。
【０１００】
図１３は、マッピング情報の変更動作を示した説明図である。図１３に示したように、基地局１０−１のマッピング管理部１５４は、前回のマッピング情報の決定から所定時間が経過した場合（Ｓ３５４）、新たなマッピング情報を決定する（Ｓ３５８）。そして、基地局１０−１は、新たなマッピング情報をＵＥ２０−１にシグナリングし（Ｓ３６２）、基地局１０−１およびＵＥ２０−１は各々マッピング情報をマッピング記憶部１５０およびマッピング記憶部１６０に記憶する（Ｓ３６６）。
【０１０１】
なお、図１３には所定時間の経過によりマッピング情報を変更する例を示したが、マッピング管理部１５４は、例えばＵＥ２０−１からの要求によってマッピング情報を変更してもよい。また、図１３にはマッピング情報の変更を基地局１０−１が行う例を示したが、ＵＥ２０−１がマッピング情報を変更してもよい。
【０１０２】
＜＜３．第２の実施形態＞＞
以上、本開示の第１の実施形態を説明した。続いて、本開示の第２の実施形態を説明する。本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、プリアンブルを送信するランダムアクセスリソースを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースから送信データを判定することが可能となる。
【０１０３】
＜３−１．第２の実施形態によるＵＥの構成＞
図１４は、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２の構成を示した機能ブロック図である。図１４に示したように、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６１と、マッピング管理部２６４と、プリアンブル生成部２７０と、通信リソース選択部２８０と、を備える。アンテナ群２０４、無線処理部２１０、ダウンリンク信号検出部２３０、アップリンク信号検出部２４０、および送信データ生成部２５０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細に説明を省略する。
【０１０４】
第２の実施形態によるマッピング記憶部２６１は、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報（第２のマッピング情報）を記憶する。このマッピング情報は、第１の実施形態と同様に基地局１０−２とＵＥ２０−２との間で共有される。また、同一セル内に存在する複数のＵＥ２０−１は同一のマッピング情報を有してもよいし、異なるマッピング情報を有してもよい。以下、図１５を参照し、このようなマッピング情報について具体的に説明する。
【０１０５】
図１５は、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報の具体例を示した説明図である。図１５に示したように、マッピング情報は、１０ビットの「００００００００００」〜「１１１１１１１１１１」の各データと、ＳＦＮ０〜１０２３のうちのいずれかのＳＦＮとの対応関係を規定する。例えば、データ「００００００００１０」にはＳＦＮ２が対応付けられている。なお、ＳＦＮは、図５を参照して説明したように、１０ｍｓ無線フレームの各々に付される通し番号である。
【０１０６】
通信リソース選択部２８０は、送信データ生成部２５０により生成された送信データに対応するランダムアクセスリソースを、マッピング記憶部２６１に記憶されているマッピング情報に基づいて選択する。例えば、通信リソース選択部２８０は、送信データが「００００００００１０」である場合、「００００００００１０」に対応付けられているＳＦＮ２を選択する。
【０１０７】
無線処理部２１０は、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたＳＦＮ中の規定のサブフレームにおいて送信する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−２が、プリアンブルを受信したＳＦＮに基づいて送信データを判定することが可能となる。
【０１０８】
（補足）
なお、ＵＥ２０−２に割り当てられたＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値に応じ、ＵＥ２０−２がランダムアクセスリソースの選択により表現できる送信データのビット数は異なる。例えば、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「０」、「１」、「２」、および「１５」は、偶数のＳＦＮのみをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「０」、「１」、「２」、または「１５」が割り当てられたＵＥ２０−２は、０〜５１１までの９ビットをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「０」、「１」、「２」、または「１５」が割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、０〜５１１までの９ビットのデータと、偶数のＳＦＮのいずれかとの対応関係を規定してもよい。
【０１０９】
一方、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「３」〜「５」は、全てのＳＦＮをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「３」〜「５」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２は、０〜１０２３までの１０ビットをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「３」〜「５」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、０〜１０２３まで１０ビットのデータと、ＳＦＮ０〜１０２３のうちのいずれかのＳＦＮとの対応関係を規定してもよい。
【０１１０】
また、図５に示したように、ＰＲＡＣＨコンフィギュレション・インデックス値「６」〜「１４」は、全てのＳＦＮ中の、複数のサブフレームをランダムアクセスリソースとして規定する。このため、「６」〜「１４」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２は、１０ビットの整数倍のデータをランダムアクセスリソースの選択により表現することができる。なお、「６」〜「１４」のいずれかが割り当てられたＵＥ２０−２のマッピング情報は、１１ビット以上のデータの各々と、いずれかのＳＦＮおよびサブフレームとの対応関係を規定してもよい。
【０１１１】
さらに、同一の時間帯で周波数上に複数のランダムアクセスリソースが配置される場合、周波数方向の自由度によりさらに高ビットを表現することが可能となる。例えば、「１４」が割り当てられたＵＥ２０−２は、ＳＦＮの選択により１０ビット、ＳＦＮ内のサブフレームの選択により３〜４ビットを表現できるので、周波数方向の自由度を加味すると、合計で２０ビット近いデータを表現することが可能である。
【０１１２】
（応用例）
上記では、ＳＦＮ内のサブフレーム選択の自由度や、周波数選択の自由度などにより送信データの拡大を図る例を説明したが、他の方法によっても送信データの拡大を図ることが可能である。他の方法の一つとして、所定数の１０ｍｓ無線フレームごとにスーパーシステムフレームを定義する方法が挙げられる。以下、この方法について図１６を参照してより具体的に説明する。
【０１１３】
図１６は、サブフレーム、無線フレーム、およびスーパーシステムフレームの関係を示した説明図である。図１６に示した例では、１スーパーシステムフレームが１０２３無線フレームから構成され、スーパーシステムフレーム番号の１周期は０〜６３である。この場合、ＵＥ２０−２は、スーパーシステムフレームの選択の自由度により、さらに６ビットのデータを伝達することが可能となる。
【０１１４】
また、このようにランダムアクセスリソースを送信データに応じて選択することは、プリアンブル送信タイミングのランダム化にもつながる。このため、第２の実施形態は、ＭＴＣ端末が普及した場合に、ＭＴＣ端末のＰＲＡＣＨオーバーロードの解消にも有用であると考えられる。
【０１１５】
例えば、図１６に示したようにスーパーシステムフレームを定義した場合、１スーパーシステムフレームは１０．２４秒であるので、スーパーシステムフレームの１周期は約６５５秒、すなわち約１１分である。したがって、図１６に示したスーパーシステムフレームを定義した場合、プリアンブルの送信タイミングを約１１分の間に分散させることが可能である。
【０１１６】
＜３−２．第２の実施形態による基地局の構成＞
以上、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２の構成を説明した。続いて、図１７を参照し、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２の構成を説明する。
【０１１７】
図１７は、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２の構成を示した機能ブロック図である。図１７に示したように、第２の実施形態による基地局１０−２は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５１と、マッピング管理部１５４と、送信データ判定部１６１と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、通信リソース判定部１８０と、を備える。アンテナ群１０４、無線処理部１１０、ダウンリンク信号生成部１３０、およびアップリンク信号検出部１４０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１１８】
マッピング記憶部１５１は、ＵＥ２０−２のマッピング記憶部２６１と同様に、データとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。
【０１１９】
通信リソース判定部１８０は、無線処理部１１０によりプリアンブルが受信されたランダムアクセスリソースを判定する。例えば、通信リソース判定部１８０は、プリアンブルが受信されたスーパーシステムフレーム番号、ＳＦＮおよびサブフレーム番号を判定する。
【０１２０】
送信データ判定部１６１は、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースに対応する送信データを、マッピング記憶部１５１に記憶されているマッピング情報に基づいて判定する。例えば、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースがＳＦＮ２であった場合、送信データ判定部１６１は、例えば図１５に示したマッピング情報に基づいて送信データが「００００００００１０」であると判定する。
【０１２１】
＜３−３．第２の実施形態の動作＞
以上、本開示の第２の実施形態による基地局１０−２およびＵＥ２０−２の構成を説明した。続いて、図１８を参照して本開示の第２の実施形態による動作を整理する。
【０１２２】
図１８は、本開示の第２の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図１８に示したように、まず、基地局１０−２のマッピング管理部１５４がマッピング情報を決定すると（Ｓ４０４）、基地局１０−２が決定されたマッピング情報をＵＥ２０−２にシグナリングする（Ｓ４０８）。そして、基地局１０−２およびＵＥ２０−２が各々マッピング情報をマッピング記憶部１５１およびマッピング記憶部１６１に記憶する（Ｓ４１２）。
【０１２３】
そして、基地局１０−２がシステム情報を報知した後（Ｓ４１６）、ＵＥ２０−２の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ４２０）、通信リソース選択部２８０が、送信データに対応するランダムアクセスリソースを選択する（Ｓ４２４）。続いて、プリアンブル生成部２７０が、６４個のシグネチャから任意のシグネチャを選択し、選択したシグネチャを用いてプリアンブルを生成する（Ｓ４２８）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、選択されたランダムアクセスリソースでプリアンブルを基地局１０−１に送信する（Ｓ４３２）。
【０１２４】
一方、基地局１０−２は、ＵＥ２０−２からプリアンブルを受信すると、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースを判定する（Ｓ４３６）。そして、基地局１０−１の送信データ判定部１６１は、判定されたランダムアクセスリソースに対応する送信データをマッピング情報に基づいて判定する（Ｓ４４０）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【０１２５】
なお、基地局１０−２は、プリアンブルの受信に成功した場合、通常のランダムアクセス手順と同様にランダムアクセスリスポンスを送信してもよい。この場合、ＵＥ２０−２は、基地局１０−２からのランダムアクセスリスポンスの受信により、送信データが正常に基地局１０−２に伝送されたことを認識することができる。一方、ＵＥ２０−２は、ランダムアクセスリスポンスを受信した後、Ｌ２／Ｌ３メッセージの送信を含むランダムアクセス手順を継続しなくてもよい。かかる構成によれば、ＵＥ２０−２は、プリアンブルの送信のみで基地局１０−１にデータを伝送できるので、消費電力、およびＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【０１２６】
＜＜４．第３の実施形態＞＞
以上、本開示の第２の実施形態を説明した。続いて、本開示の第３の実施形態を説明する。本開示の第３の実施形態では、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能となる。
【０１２７】
＜４−１．第３の実施形態によるＵＥの構成＞
図１９は、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３の構成を示した機能ブロック図である。図１９に示したように、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３は、アンテナ群２０４と、無線処理部２１０と、ダウンリンク信号検出部２３０と、アップリンク信号検出部２４０と、送信データ生成部２５０と、マッピング記憶部２６２と、マッピング管理部２６４と、シグネチャ選択部２６８と、プリアンブル生成部２７０と、通信リソース選択部２８０と、を備える。アンテナ群２０４、無線処理部２１０、ダウンリンク信号検出部２３０、アップリンク信号検出部２４０、および送信データ生成部２５０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細に説明を省略する。
【０１２８】
第３の実施形態によるマッピング記憶部２６２は、第１の実施形態で説明したデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報、および、第２の実施形態で説明したデータとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。さらに、第３の実施形態によるマッピング記憶部２６２は、送信データ中でシグネチャの選択のために用いるビット位置、および、送信データ中でランダムアクセスリソースの選択のために用いるビット位置を示す第３のマッピング情報を記憶する。この第３のマッピング情報も、他のマッピング情報と同様に、ＵＥ２０−３と基地局１０−３との間で共有され、マッピング記憶部２６２は、第１〜第３の記憶部として機能する。以下、図２０を参照して、当該第３のマッピング情報について具体的に説明する。
【０１２９】
図２０は、送信データを分割して得られるシグネチャの選択用データおよびランダムアクセスリソースの選択用データを示した説明図である。図２０に示したように、送信データがビットｂ１〜ｂ２０の２０ビットで構成される場合、第３のマッピング情報は、２０ビットのうちで、シグネチャ選択に用いる６ビット、および、ランダムアクセスリソース選択に用いる１４ビットを規定する。図２０に示した例では、ビットｂ１、ｂ６、ｂ１８、ｂ１２、ｂ９、ｂ２がシグネチャ選択用データとして規定され、ビットｂ５、ｂ１９、ｂ１６・・・ｂ７、ｂ１１がランダムアクセスリソース選択用データとして規定される。
【０１３０】
このように、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択とを組み合わせる場合に、送信データをシグネチャ選択用データとランダムアクセスリソース選択用データに不規則に分割することにより、送信データの秘匿性を高めることが可能である。なお、ＵＥ２０−３または基地局１０−３は、この第３のマッピング情報を適宜変更することにより、すなわち、各用途に用いるビット位置またはビット順序を変更することにより、送信データの秘匿性をさらに高めることが可能である。
【０１３１】
シグネチャ選択部２６８は、送信データ生成部２５０により生成された送信データから、マッピング記憶部２６２に記憶されている第３のマッピング情報を参照し、シグネチャ選択用データを特定する。そして、シグネチャ選択部２６８は、特定したシグネチャ選択用データに対応するシグネチャを、マッピング記憶部２６２に記憶されているデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報に基づいて選択する。プリアンブル生成部２７０は、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する。
【０１３２】
通信リソース選択部２８０は、送信データ生成部２５０により生成された送信データから、マッピング記憶部２６２に記憶されている第３のマッピング情報を参照し、ランダムアクセスリソース選択用データを特定する。そして、通信リソース選択部２８０は、特定したランダムアクセスリソース選択用データに対応するランダムアクセスリソースを、マッピング記憶部２６２に記憶されているデータとランダムアクセスリソースとの対応関係を示すマッピング情報に基づいて選択する。
【０１３３】
無線処理部２１０は、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたランダムアクセスリソースで送信する。これにより、基地局１０−３において、プリアンブルのシグネチャ、およびプリアンブルを受信したランダムアクセスリソースに基づいて送信データを判定することが可能となる。
【０１３４】
＜４−２．第３の実施形態による基地局の構成＞
続いて、図２１を参照し、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３の構成を説明する。
【０１３５】
図２１は、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３の構成を示した機能ブロック図である。図２１に示したように、第３の実施形態による基地局１０−３は、アンテナ群１０４と、無線処理部１１０と、ダウンリンク信号生成部１３０と、アップリンク信号検出部１４０と、マッピング記憶部１５２と、マッピング管理部１５４と、シグネチャ判定部１５８と、送信データ判定部１６２と、識別データ記憶部１７０と、ＵＥ判定部１７４と、通信リソース判定部１８０と、を備える。アンテナ群１０４、無線処理部１１０、ダウンリンク信号生成部１３０、およびアップリンク信号検出部１４０などについては第１の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１３６】
マッピング記憶部１５２は、第１の実施形態で説明したデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報、および、第２の実施形態で説明したデータとランダムアクセスリソースの対応関係を示すマッピング情報を記憶する。さらに、マッピング記憶部１５２は、送信データ中でシグネチャの選択のために用いられるビット位置、および、送信データ中でランダムアクセスリソースの選択のために用いられるビット位置を示す第３のマッピング情報を記憶する。このようなマッピング記憶部１５２は、第１〜第３の記憶部として機能する。
【０１３７】
シグネチャ選択部１５８は、無線処理部１１０により受信されたプリアンブルのシグネチャを相関出力値から判定する。
【０１３８】
通信リソース判定部１８０は、無線処理部１１０によりプリアンブルが受信されたランダムアクセスリソースを判定する。例えば、通信リソース判定部１８０は、プリアンブルが受信されたスーパーシステムフレーム番号、ＳＦＮおよびサブフレーム番号を判定する。
【０１３９】
送信データ判定部１６２は、シグネチャ判定部１５８によって判定されたシグネチャに対応するデータを、マッピング記憶部１５２に記憶されているデータとシグネチャの対応関係を示すマッピング情報に基づいて判定する。また、送信データ判定部１６２は、通信リソース判定部１８０により判定されたランダムアクセスリソースに対応するデータを、マッピング記憶部１５２に記憶されているデータとランダムアクセスリソースとの対応関係を示すマッピング情報に基づいて判定する。
【０１４０】
さらに、送信データ判定部１６２は、マッピング記憶部１５３に記憶されている第３のマッピング情報に基づき、シグネチャ判定部１５８によって判定されたデータと、通信リソース判定部１８０により判定されたデータとを結合することにより、送信データを判定する。
【０１４１】
＜４−３．第３の実施形態の動作＞
以上、本開示の第３の実施形態による基地局１０−３およびＵＥ２０−３の構成を説明した。続いて、図２２を参照して本開示の第３の実施形態による動作を整理する。
【０１４２】
図２２は、本開示の第３の実施形態による動作を整理したシーケンス図である。図２２に示したように、まず、基地局１０−３のマッピング管理部１５４が３種のマッピング情報を決定すると（Ｓ５０４）、基地局１０−３が決定された３種のマッピング情報をＵＥ２０−３にシグナリングする（Ｓ５０８）。そして、基地局１０−３およびＵＥ２０−３が各々３種のマッピング情報をマッピング記憶部１５２およびマッピング記憶部１６２に記憶する（Ｓ５１２）。
【０１４３】
そして、基地局１０−３がシステム情報を報知した後（Ｓ５１６）、ＵＥ２０−３の送信データ生成部２５０が送信データを生成すると（Ｓ５２０）、通信リソース選択部２８０が、送信データに対応するランダムアクセスリソースを選択する（Ｓ５２４）。また、シグネチャ選択部２６８が、送信データに対応するシグネチャを選択する（Ｓ５２８）。そして、プリアンブル生成部２７０が、シグネチャ選択部２６８により選択されたシグネチャを用いてプリアンブルを生成する（Ｓ５３２）。さらに、無線処理部２１０およびアンテナ群２０４が、プリアンブル生成部２７０により生成されたプリアンブルを、通信リソース選択部２８０により選択されたランダムアクセスリソースで送信する（Ｓ５３６）。
【０１４４】
一方、基地局１０−３は、ＵＥ２０−３からプリアンブルを受信すると、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースを判定する（Ｓ５４０）。また、基地局１０−３のシグネチャ判定部１５８は、プリアンブルのシグネチャを判定する（Ｓ５４４）。そして、基地局１０−３の送信データ判定部１６２は、判定されたシグネチャに対応するデータ、および、判定されたランダムアクセスリソースに対応するデータを判定し、これらのデータを結合することにより送信データを判定する（Ｓ５４８）。その後、判定された送信データはコアネットワーク１２を介して例えば所定の事業者に送信される。
【０１４５】
以上説明したように、本開示の第３の実施形態によれば、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能となる。
【０１４６】
＜４−４．変形例＞
続いて、以上説明した実施形態のいくつかの変形例を説明する。
【０１４７】
（第１の変形例）
一般に、送信データには、受信側にデータが正しく伝達されたか否かを判定する巡回冗長検査（ＣＲＣ）のための符号ビットが付加される。また、データの秘匿性の観点から、データは暗号化して送信されることが多い。
【０１４８】
ＬＴＥによるデータの暗号化は、３Ｇと同様に、端末のＵＳＩＭとネットワークの認証センターとで共有される秘密鍵Ｋを用いてキーストリームと呼ばれる乱数を生成し、データとキーストリームの排他的論理和（ＸＯＲ）を演算することで行われる。キーストリームは使い捨てであり、秘密鍵Ｋは必要に応じて変更される。
【０１４９】
より具体的には、ＬＴＥでは、Ｓｎｏｗ ３Ｇ、およびＡＥＳと呼ばれる２種類の暗号化アルゴリズムを標準化している。Ｓｎｏｗ ３Ｇは３２ビット単位、ＡＥＳは１２８ビット単位で行われる。
【０１５０】
このため、仮に１回のプリアンブルの送信により伝達できるビット長が２０ビットである場合、上記のような暗号化アルゴリズムを用いて暗号化した暗号化データを１回のプリアンブル送信により伝達することは困難である。そこで、第１の変形例として、暗号化データを複数の送信データに分割し、複数回にわたってプリアンブルを送信する手法を提案する。以下、図２３を参照してより具体的に説明する。
【０１５１】
図２３は、暗号化データの分割を示した説明図である。送信データ生成部２５０は、図２３に示したように、Ｅ１〜Ｅ３２からなる３２ビットの暗号化データを生成した場合、暗号化データを、Ｅ１〜Ｅ１６を含む第１の送信データと、Ｅ１７〜Ｅ３２を含む第２の送信データに分割してもよい。また、第１の送信データおよび第２の送信データは、第１の送信データと第２の送信データの紐付けを示す関連付けデータＣ１〜Ｃ４を含んでもよい。かかる構成により、基地局１０−３において第１の送信データと第２の送信データを結合して、Ｅ１〜Ｅ３２からなる暗号化データを得ることが可能となる。
【０１５２】
なお、ＡＥＳ１２８ビットが用いられる場合、送信データ生成部２５０は、データを１２８ビットに達するまでバッファし、データが１２８ビットに達した後にブロック暗号化し、１２８ビットの暗号化データを８つの送信データに分割してもよい。これら暗号化のために用いられる暗号キーは、セキュアな下り通信路により事前に配送される。
【０１５３】
（第２の変形例）
第３の実施形態においては、シグネチャの選択、およびランダムアクセスリソースの選択により送信データを表現する例を説明したが、シグネチャの選択、またはランダムアクセスリソースの選択のいずれかにより送信データを表現してもよい。この場合、送信データ生成部２５０は、シグネチャまたはランダムアクセスリソースのいずれが送信データに対応しているかを示すフラグを送信データに付加してもよい。かかる構成により、基地局１０−３においてシグネチャまたはランダムアクセスリソースのいずれに基づいて送信データを判定すべきかを判断することが可能となる。
【０１５４】
（第３の変形例）
基地局１０−３は、プリアンブルの送信による送信データの伝送を認める時間帯をシステム情報で指定してもよい。例えば、基地局１０−３は、３０分間隔または１時間間隔のように所定間隔で上記伝送を認めてもよいし、月末や特定の時間帯で上記伝送を認めてもよい。この場合、ＵＥ２０−３は、基地局１０−３から指定された時間帯においてのみ上記伝送を行う。
【０１５５】
＜＜５．むすび＞＞
以上説明したように、本開示の第１の実施形態によるＵＥ２０−１は、プリアンブルのシグネチャを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルのシグネチャから送信データを判定することが可能となる。
【０１５６】
また、本開示の第２の実施形態によるＵＥ２０−２は、プリアンブルを送信するランダムアクセスリソースを送信データの値に応じて選択する。これにより、プリアンブルを受信した基地局１０−１は、プリアンブルを受信したランダムアクセスリソースから送信データを判定することが可能となる。
【０１５７】
さらに、本開示の第３の実施形態によるＵＥ２０−３は、第１の実施形態によるシグネチャの選択と、第２の実施形態によるランダムアクセスリソースの選択との組み合わせにより、プリアンブルを用いたより高容量のデータ通信を実現することが可能である。
【０１５８】
このように、本開示の各実施形態によれば、プリアンブルの送信によりデータ伝送を実現できるので、ＵＥ２０の消費電力を大幅に削減すると共に、ＲＡＮオーバーロードの発生を抑制することが可能である。
【０１５９】
なお、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１６０】
例えば、本明細書の基地局１０およびＵＥ２０の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、基地局１０およびＵＥ２０の処理における各ステップは、シーケンス図として記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
【０１６１】
また、基地局１０およびＵＥ２０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した基地局１０およびＵＥ２０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
【０１６２】
また、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、
を備え、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
（２）
前記送信データの値に対応する通信リソースを前記プリアンブルの送信のために選択するリソース選択部をさらに備える、前記（１）に記載の通信装置。
（３）
前記リソース選択部による通信リソースの選択と、前記シグネチャ選択部によるシグネチャの選択との組み合わせにより、前記送信データの値を表現する、前記（２）に記載の通信装置。
（４）
前記通信装置は、前記複数のシグネチャとデータとの対応関係を示す第１のマッピング情報を記憶する第１の記憶部をさらに備え、
前記シグネチャ選択部は、前記第１のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応するシグネチャを選択する、前記（２）または（３）に記載の通信装置。
（５）
前記通信装置は、複数の通信リソースとデータとの対応関係を示す第２のマッピング情報を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
前記リソース選択部は、前記第２のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、前記（２）〜（４）のいずれか一項に記載の通信装置。
（６）
前記通信装置は、前記送信データ中で、シグネチャ選択のために用いるビットと、通信リソース選択のために用いるビットの位置を示す第３のマッピング情報を記憶する第３の記憶部をさらに備える、前記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の通信装置。
（７）
前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報は、前記プリアンブルの送信先である基地局との間で共有される、前記（６）に記載の通信装置。
（８）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局に送信する送信部を備える、前記（７）に記載の通信装置。
（９）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局から受信する受信部を備える、前記（７）に記載の通信装置。
（１０）
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを変更するマッピング変更部を備える、前記（６）に記載の通信装置。
（１１）
前記シグネチャ選択部または前記リソース選択部は、指定された時間帯において前記送信データの値に対応するシグネチャまたは通信リソースを選択する、前記（２）〜（１０）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１２）
対象データを複数の分割データに分割して複数の前記送信データを生成する送信データ生成部を備え、
前記送信データは、前記分割データ、および前記対象データから生成された他の送信データとの関連を示す関連付けデータを含む、前記（１）〜（１１）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１３）
ＬＴＥにおいて規定される所定数の無線フレームからスーパーシステムフレームが構成され、
前記リソース選択部は、複数の前記スーパーシステムフレームの範囲内から前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、前記（２）〜（１２）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１４）
前記送信データは、前記通信装置の識別データを含む、前記（１）〜（１３）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１５）
前記送信データは、暗号化データを含む、前記（１）〜（１４）のいずれか一項に記載の通信装置。
（１６）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、
選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、
を含み、
前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法。
（１７）
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と；
前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と；
を備える、通信システム。
（１８）
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、
を備える、基地局。
（１９）
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、
を含む、通信方法。
【符号の説明】
【０１６３】
１０ 基地局
１２ コアネットワーク
２０ ＵＥ
１５０、１５１、１５２、１６０、１６１、１６２ マッピング記憶部
１５４、２６４ マッピング管理部
１５８ シグネチャ判定部
１６０、１６１、１６２ 送信データ判定部
１８０ 通信リソース判定部
２５０ 送信データ生成部
２６８ シグネチャ選択部
２７０ プリアンブル生成部
２８０ 通信リソース選択部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、
を備え、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
【請求項２】
前記送信データの値に対応する通信リソースを前記プリアンブルの送信のために選択するリソース選択部をさらに備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記リソース選択部による通信リソースの選択と、前記シグネチャ選択部によるシグネチャの選択との組み合わせにより、前記送信データの値を表現する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信装置は、前記複数のシグネチャとデータとの対応関係を示す第１のマッピング情報を記憶する第１の記憶部をさらに備え、
前記シグネチャ選択部は、前記第１のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応するシグネチャを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置は、複数の通信リソースとデータとの対応関係を示す第２のマッピング情報を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
前記リソース選択部は、前記第２のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信装置は、前記送信データ中で、シグネチャ選択のために用いるビットと、通信リソース選択のために用いるビットの位置を示す第３のマッピング情報を記憶する第３の記憶部をさらに備える、請求項２に記載の通信装置。
【請求項７】
前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報は、前記プリアンブルの送信先である基地局との間で共有される、請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局に送信する送信部を備える、請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局から受信する受信部を備える、請求項７に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを変更するマッピング変更部を備える、請求項６に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記シグネチャ選択部または前記リソース選択部は、指定された時間帯において前記送信データの値に対応するシグネチャまたは通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項１２】
対象データを複数の分割データに分割して複数の前記送信データを生成する送信データ生成部を備え、
前記送信データは、前記分割データ、および前記対象データから生成された他の送信データとの関連を示す関連付けデータを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１３】
ＬＴＥにおいて規定される所定数の無線フレームからスーパーシステムフレームが構成され、
前記リソース選択部は、複数の前記スーパーシステムフレームの範囲内から前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記送信データは、前記通信装置の識別データを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記送信データは、暗号化データを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１６】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、
選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、
を含み、
前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法。
【請求項１７】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と；
前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と；
を備える、通信システム。
【請求項１８】
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、
を備える、基地局。
【請求項１９】
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、
を含む、通信方法。
【請求項１】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部と、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部と、
を備え、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置。
【請求項２】
前記送信データの値に対応する通信リソースを前記プリアンブルの送信のために選択するリソース選択部をさらに備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記リソース選択部による通信リソースの選択と、前記シグネチャ選択部によるシグネチャの選択との組み合わせにより、前記送信データの値を表現する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記通信装置は、前記複数のシグネチャとデータとの対応関係を示す第１のマッピング情報を記憶する第１の記憶部をさらに備え、
前記シグネチャ選択部は、前記第１のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応するシグネチャを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置は、複数の通信リソースとデータとの対応関係を示す第２のマッピング情報を記憶する第２の記憶部をさらに備え、
前記リソース選択部は、前記第２のマッピング情報を参照して前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信装置は、前記送信データ中で、シグネチャ選択のために用いるビットと、通信リソース選択のために用いるビットの位置を示す第３のマッピング情報を記憶する第３の記憶部をさらに備える、請求項２に記載の通信装置。
【請求項７】
前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報は、前記プリアンブルの送信先である基地局との間で共有される、請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局に送信する送信部を備える、請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを前記基地局から受信する受信部を備える、請求項７に記載の通信装置。
【請求項１０】
前記通信装置は、前記第１のマッピング情報〜前記第３のマッピング情報の少なくともいずれかを変更するマッピング変更部を備える、請求項６に記載の通信装置。
【請求項１１】
前記シグネチャ選択部または前記リソース選択部は、指定された時間帯において前記送信データの値に対応するシグネチャまたは通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項１２】
対象データを複数の分割データに分割して複数の前記送信データを生成する送信データ生成部を備え、
前記送信データは、前記分割データ、および前記対象データから生成された他の送信データとの関連を示す関連付けデータを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１３】
ＬＴＥにおいて規定される所定数の無線フレームからスーパーシステムフレームが構成され、
前記リソース選択部は、複数の前記スーパーシステムフレームの範囲内から前記送信データの値に対応する通信リソースを選択する、請求項２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記送信データは、前記通信装置の識別データを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記送信データは、暗号化データを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１６】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択することと、
選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成することと、
を含み、
前記シグネチャを選択することは、送信データの値に対応するシグネチャを選択することを含む、通信方法。
【請求項１７】
複数のシグネチャから１のシグネチャを選択するシグネチャ選択部、および、
前記シグネチャ選択部により選択されたシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成するプリアンブル生成部、を有し、
前記シグネチャ選択部は、送信データの値に対応するシグネチャを選択する、通信装置と；
前記通信装置から受信されるプリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定する基地局と；
を備える、通信システム。
【請求項１８】
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信する受信部と、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定するデータ判定部と、
を備える、基地局。
【請求項１９】
送信データの値に対応するシグネチャを用いてランダムアクセスにおけるプリアンブルを生成する通信装置から前記プリアンブルを受信することと、
前記プリアンブルのシグネチャに基づいて前記送信データを判定することと、
を含む、通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−５５４６０（Ｐ２０１３−５５４６０Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１５７２（Ｐ２０１１−１９１５７２）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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