遭逢大規模災害或恐攻時的因應措施，美國及世界各國皆加速引進「PS-LTE」

在地震或火災等大規模災害或恐怖攻擊等緊急狀況時，被派遣到現場的警察、消防、急救等負責公共安全的隊員們，來自他們的業務聯繫極為重要。除了聲音之外，若能一併透過影像進行聯繫，更有助於指揮總部的判斷，以及有效實施傷患急救措施。因此，從美國開始，世界各國都已加快腳步，提升公共安全領域的無線通信。

既有的業務用無線網路，主流是以聲音通話為目的的低速通信，不過目前已有導入「PS-LTE（公共安全通訊網）」（Public Safety Long Term Evolution），藉由先進的高速通信以傳送影像的趨勢。雖然運用既有商用LTE的方式也曾被研議過，但遇到大規模災害時，商用網路有可能無法使用，因而開始導入已分配到專用頻帶的PS-LTE。

導入PS-LTE時的課題在於，容易在基地台涵蓋範圍（可從基地台送達電波的範圍）的邊界附近或大樓室內等處，形成收訊死角（coverage hole；收不到訊號的範圍）。早已廣泛普及的商用LTE，是以500m～1km左右的間隔，密集架設通信業者所設置的基地台，以防形成收訊死角。另一方面，由於PS-LTE難以直接向使用者收費，基地台位置又必須具備抗災性，導致基地台的數量極少。由於設置地點間隔5～20km，用大區域方式建構服務範圍，因而容易發生影像無法傳送的收訊死角。

 

以新推定方式，優化D2D中繼終端的選擇

如上所述，NEC的系統平台研究所，便從2014年10月起運用終端間通信（Device to Device Communication，D2D通信）技術，致力於解決收訊死角的研究。LTE的通信技術是由名為3GPP（第三代合作夥伴計畫）的國際標準化機構，依照其設立專案的標準化，D2D通信就是標準化技術之一，其中一項功能就是所謂的UE-to- Network Relay（D2D中繼）技術。只要使用這項技術，便可透過覆蓋範圍內的其他終端（中繼終端），讓位於收訊死角的終端（遠程終端）與基地台相互通信。

但課題在於，如何選擇最佳的中繼終端。3GPP的標準方式是基於D2D通信的接收功率，規定對象終端的選擇方式。以此方式而言，在D2D通信與中繼終端到基地台的上行鏈路通信中，由於調製和編碼方式不同，而難以直接作比較。如下方左圖所示，遠程（傳送）終端是以接收功率比較中繼終端後，再選擇功率最強的中繼終端。此時，不考量從中繼終端到基地台的上行鏈路通信。倘若上行鏈路通信的品質不佳，那麼便無法對基地台傳送影像。

NEC為了解決此課題，於是便著手開發「中繼端Pass-Throughput推定方式」的全新技術，並於2016年5月正式發表。如下方右圖所示，這種方式是將D2D通信和來自中繼終端的上行鏈路通信變換成傳輸量(Throughput)，便可用路徑單位作比較。若將兩者形成瓶頸的傳輸量作比較，上行路徑是以上行鏈路通信的0.9Mbps為瓶頸；下行路徑則以D2D通信的1.2Mbps為瓶頸。如此一來，下行中繼終端是正確選擇。若用以往的方式選擇上行中繼終端時，便無法達到傳送影像所需最低限度標準的1Mbps。

 

以往的方式和本方式的比較

以2020年為目標，邁向NEC提案方式的PS-LTE實用化

NEC已著手建構用於評估此「中繼端Pass-Throughput推定方式」的模擬器。雖然是將既有的商用LTE模擬器客製化提供PS-LTE運用，但這項作業卻是超乎想像的耗費時間。為了讓D2D通信與上行鏈路通信共存與相互融合，獲得預想達到的傳輸量，需要細緻的討論，約半年後終於做出了模擬器。

用這台模擬器評估中繼端Pass-Throughput推定方式的結果得知，遠程終端能夠以遠遠高於標準方式的機率，達到傳送影像的所需1Mbps（參照後文說明）。今後將以2020年為目標，藉由這種方式讓PS-LTE邁向實用化階段。此外，也將一併探詢將這種方式應用於商用LTE的可能性。

即便涵蓋範圍半徑20km，仍有8成終端可達到1Mbps

NEC系統平台研究所從2016年3月起到4月這段期間，已模擬評估了中繼端Pass-Throughput推定方式。這是假設消防隊員為了進入發生火災的大規模商業設施拯救生命，而將現場影像傳送到位於遠程位置指揮總部，再評估基地台涵蓋半徑20km左右的情況。

將基地台涵蓋範圍半徑設為1km、3km、5km、7km、10km、15km、20km共7個階段，並在各基地台內隨機各配置2棟預設為大規模商業設施的寬120m、內深50m之建築物。此外，在各建築物內隨機配置1台天線高度1.5m的遠程終端，並在各建物中心起算半徑100m內的室外部分，隨機配置各5台的中繼終端。此時，中繼終端將設為搭載雲梯消防車的車載終端，天線高度為10m。並將載波頻率假設為700MHz頻帶。

此項模擬結果，彙總如以下圖表的數値。橫軸表示涵蓋範圍半徑、縱軸表示達到傳送影像所需標準傳輸量1Mbps的終端比率。在導入「D2D中繼」後的標準方式中，只要涵蓋半徑超過7km，達到1Mbps的比率就會驟降。在NEC的提案方式中，在涵蓋半徑10km以內幾乎呈現95%左右的達成比率。即便是10km以上，達成比率也遠高於標準方式，縱使在涵蓋半徑20km，也有8成的終端可達到1Mbps。

研究者簡介

網中洋明 NEC系統平台研究所 資深研究員

大辻太一 NEC 系統平台研究所