JP2009130603A - 通信方法およびそれを利用した基地局装置、端末装置、制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性の低減を抑制しながら、ハンドオーバに要する期間を短縮したい。
【解決手段】受付部４０は、端末装置からのハンドオーバの要求を受けつける。要求部４２は、要求を受けつけると、ネットワークを介して接続した制御装置へ、端末装置とハンドオーバ元の基地局装置との無線通信において使用されている暗号鍵の出力を要求する。仮実行部４４は、要求に対する応答として、制御装置から暗号鍵を受けつけると、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行する。設定部４６は、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行している間に、端末装置との間において新たな暗号鍵を決定し、新たな暗号鍵に更新してから無線通信を継続する。
【選択図】図４

Description

本発明は、通信技術に関し、特にハンドオーバを実行する通信方法およびそれを利用した基地局装置、端末装置、制御装置に関する。

複数の通信装置間において通信を実行するとき、データの漏洩を防止するために、暗号化がなされる。暗号化として、さまざまな技術が提案されているが、そのひとつでは、送信側と受信側において、共通の暗号鍵が使用される。また、基地局装置と端末装置にて構成されている無線通信システムでは、基地局装置と端末装置との間において、共通の暗号鍵が使用される。例えば、ひとつの背景技術では、端末装置と通信を行う可能性がある基地局装置に対して、当該端末装置の識別情報を事前に配布し、接続を試みる端末装置に応じて暗号鍵が生成される（例えば、特許文献１参照）。また、別の背景技術では、端末装置と接続中のフォーリンエージェントが近隣の複数のフォーリンエージェントに対して認証情報を予め通知する（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−１２９４３２号公報 特開２００４−１３５１７８号公報

端末装置が基地局装置（以下、「ハンドオーバ元基地局装置」という）と暗号化無線通信を実行しているときに、別の基地局装置（以下、「ハンドオーバ先基地局装置」という）へハンドオーバを実行することがある。ハンドオーバ先基地局装置へハンドオーバを実行する際に暗号鍵を生成すると、暗号鍵の生成のために、ハンドオーバに要する期間が長くなってしまう。ハンドオーバに要する期間が長くなると、通信が中断されるおそれがあり、ユーザにとっての利便性が低減する。また、ハンドオーバ先基地局装置へハンドオーバを実行してからしばらくの間は暗号化をしなかったり、複数の基地局装置において共通の暗号鍵を使用したりすれば、ハンドオーバの期間は短縮される。しかしながら、安全性が低減する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全性の低減を抑制しながら、ハンドオーバに要する期間を短縮する通信技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の基地局装置は、端末装置からのハンドオーバの要求を受けつける受付部と、受付部において要求を受けつけると、ネットワークを介して接続した制御装置へ、端末装置とハンドオーバ元の基地局装置との無線通信において使用されている暗号鍵の出力を要求する要求部と、要求部における要求に対する応答として、制御装置から暗号鍵を受けつけると、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行する通信部とを備える。通信部は、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行している間に、端末装置との間において新たな暗号鍵を決定し、新たな暗号鍵に更新してから無線通信を継続する。

本発明の別の態様は、端末装置である。この装置は、ハンドオーバ元の基地局装置との間において暗号鍵を使用しながら無線通信を実行する第１通信部と、第１通信部において使用した暗号鍵を仮に使用することによって、ハンドオーバ先の基地局装置との無線通信を実行する第２通信部とを備える。第２通信部は、第１通信部において使用した暗号鍵を仮に使用することによって、ハンドオーバ先の基地局装置と無線通信している間に、ハンドオーバ先の基地局装置との間において新たな暗号鍵を決定し、新たな暗号鍵に更新してから無線通信を継続する。

本発明のさらに別の態様は、制御装置である。この装置は、端末装置との無線通信を実行しているハンドオーバ元の基地局装置にネットワークを介して接続した制御装置であって、ハンドオーバ元の基地局装置と端末装置との無線通信において使用されている暗号鍵を管理する管理部と、管理部において管理している暗号鍵の出力要求を、ネットワークを介して接続したハンドオーバ先の基地局装置から受けつけると、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において仮に使用させるために、管理部において管理している暗号鍵をハンドオーバ先の基地局装置へ出力する指示部とを備える。管理部は、指示部から暗号鍵を出力した後、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において暗号鍵が仮に使用されている状態で、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との間において新たな暗号鍵が決定された場合、新たな暗号鍵を管理する。

本発明のさらに別の態様は、通信方法である。この方法は、端末装置とハンドオーバ元の基地局装置とが、暗号鍵を使用しながら無線通信を実行するステップと、暗号鍵を仮に使用することによって、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、無線通信を実行するステップと、暗号鍵を仮に使用している状態において、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、新たな暗号鍵を決定するステップと、新たな暗号鍵に更新してから、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、無線通信を継続するステップと、を備える。

本発明のさらに別の態様もまた、通信方法である。この方法は、ハンドオーバ元の基地局装置と端末装置との無線通信において使用されている暗号鍵を管理するステップと、管理している暗号鍵の出力要求を、ネットワークを介して接続したハンドオーバ先の基地局装置から受けつけると、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において仮に使用させるために、管理している暗号鍵をハンドオーバ先の基地局装置へ出力するステップと、暗号鍵を出力した後、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において暗号鍵が仮に使用されている状態で、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との間において新たな暗号鍵が決定された場合、新たな暗号鍵を管理するステップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、安全性の低減を抑制しながら、ハンドオーバに要する期間を短縮できる。

本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、複数の基地局装置と、端末装置と、ＰＡＣ（Ｐａｇｉｎｇ Ａｒｅａ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって構成される通信システムに関する。複数の基地局装置のうちのひとつがハンドオーバ元基地局装置に相当し、別のひとつがハンドオーバ先基地局装置に相当する。端末装置は、ハンドオーバ元基地局装置に無線ネットワークを介して接続し、ハンドオーバ元基地局装置との間で無線通信を実行する。その際、端末装置とハンドオーバ元基地局装置との間の無線通信では、暗号鍵を使用しながら、暗号化がなされている（以下、暗号化がなされた無線通信を「暗号化通信」という）。暗号技術として公知の技術が使用されればよいが、ここでは、説明を明瞭にするために、共通鍵暗号方式が使用されるものとする。

端末装置は、ハンドオーバ元基地局装置の近傍からハンドオーバ先基地局装置の近傍へ移動するので、端末装置は、ハンドオーバ元基地局装置からハンドオーバ先基地局装置へハンドオーバを実行する。なお、端末装置は、ハンドオーバ先基地局装置とも暗号化通信を実行するので、ハンドオーバ先基地局装置との間で暗号鍵の設定を実行する。一方、暗号鍵の設定に要する期間が長くなると、ハンドオーバ先基地局装置と端末装置との無線通信が中断されてしまう。これに対応するために、本実施例に係る通信システムは、次のように構成される。

ＰＡＣは、有線ネットワークを介して、ハンドオーバ元基地局装置およびハンドオーバ先基地局装置に接続される。端末装置とハンドオーバ元基地局装置とが暗号化通信を実行している際に、ＰＡＣは、当該暗号化通信において使用されている暗号鍵（以下、「旧暗号鍵」という）を管理する。端末装置が、ハンドオーバ元基地局装置からハンドオーバ先基地局装置へハンドオーバを実行する際、ハンドオーバ先基地局装置は、ＰＡＣから旧暗号鍵を取得する。ハンドオーバ先基地局装置と端末装置とは、これまで使用されていた旧暗号鍵を使用しながら、暗号化通信を実行する。このような暗号化通信を実行している間に、ハンドオーバ先基地局装置と端末装置とは、新たな暗号鍵（以下、「新暗号鍵」という）を設定する。その後、ハンドオーバ先基地局装置と端末装置とは、旧暗号鍵を新暗号鍵に更新し、暗号化通信を継続する。

図１は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、基地局装置１０と総称される第１基地局装置１０ａ、第２基地局装置１０ｂ、端末装置１２、ネットワーク１４、ＰＡＣ１６、認証サーバ１８を含む。ここで、第１基地局装置１０ａが前述のハンドオーバ元基地局装置に相当し、第２基地局装置１０ｂが前述のハンドオーバ先基地局装置に相当する。

基地局装置１０は、一端に無線ネットワークを介して端末装置１２に接続し、他端にＰＡＣ１６を介して有線のネットワーク１４に接続する。基地局装置１０は、端末装置１２に対して通信チャネルを割り当てることによって、端末装置１２との無線通信を実行する。具体的には、基地局装置１０は、報知信号を報知しており、端末装置１２は、報知信号を受信することによって、基地局装置１０の存在を認識する。その後、端末装置１２が基地局装置１０に対してチャネル割当の要求信号を送信し、基地局装置１０は、受信した要求信号に応答して、端末装置１２に通信チャネルを割り当てる。

また、基地局装置１０は、端末装置１２に割り当てた通信チャネルに関する情報を送信し、端末装置１２は、割り当てられた通信チャネルを使用しながら、基地局装置１０との通信を実行する。その結果、端末装置１２から送信されたデータは、基地局装置１０を介して、ネットワーク１４に出力され、最終的にネットワーク１４に接続された図示しない通信装置に受信される。また、通信装置から端末装置１２への方向にもデータは伝送される。データ通信の際、暗号化通信がなされている。ここでは、共通鍵暗号方式が使用されている。なお、初期の状態では、第１基地局装置１０ａが端末装置１２に接続しているが、ハンドオーバによって、第２基地局装置１０ｂが端末装置１２に接続する。

ここで、通信システム１００は、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を使用する。ＯＦＤＭＡとは、ＯＦＤＭを利用しながら複数の端末装置を周波数多重する技術である。このようなＯＦＤＭＡでは、複数のサブキャリアによってサブチャネルが形成されており、複数のサブチャネルが周波数分割多重されている。また、ＴＤＭＡと組み合わされることによって、マルチキャリア信号は、時間軸上において複数のタイムスロットに分割される。つまり、各フレームは、複数のタイムスロットが時間分割多重されることによって形成され、各タイムスロットは、複数のサブチャネルが周波数分割多重されることによって形成されている。また、各サブチャネルは、マルチキャリア信号によって形成されている。以上の説明において、通信チャネルは、前述のサブチャネルとタイムスロットの組合せによって特定される。その結果、基地局装置１０は、少なくともひとつのタイムスロットにおけるサブチャネルを端末装置１２に割り当てることによって、端末装置１２との通信を実行する。

ＰＡＣ１６は、一方に基地局装置１０を接続し、他方にネットワーク１４を接続する。ここで、ＰＡＣ１６に接続された複数の基地局装置１０によって、ひとつのページングエリアが形成されており、ＰＡＣ１６は、そのページングエリアを制御する。つまり、ＰＡＣ１６は、図示しない通信装置からの発信であって、かつ端末装置１２に対する発信をネットワーク１４経由にて受けつけると、呼出信号を生成する。また、ＰＡＣ１６は、複数の基地局装置１０のそれぞれに呼出信号を送信する。このような処理の前提として、端末装置１２と基地局装置１０とが接続されたとき、ＰＡＣ１６は、端末装置１２に対する位置登録を実行する。なお、位置登録として公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。

詳細は後述するが、端末装置１２と第１基地局装置１０ａとの間において暗号化通信がなされている場合、前述の旧暗号鍵が使用されている。ＰＡＣ１６は、旧暗号鍵を管理する。端末装置１２が、第１基地局装置１０ａから第２基地局装置１０ｂへハンドオーバを実行する場合、第２基地局装置１０ｂは、ＰＡＣ１６へ旧暗号鍵の出力を要求する。ＰＡＣ１６は、要求に応じて第２端末装置１２ｂへ旧暗号鍵を出力する。第２基地局装置１０ｂと端末装置１２とは、旧暗号鍵を使用しながら暗号化通信を使用する。このような暗号化通信をここでは「仮通信」という。仮通信中に、ＰＡＣ１６は、第２基地局装置１０ｂに対して新暗号鍵を出力する。その後、第２基地局装置１０ｂと端末装置１２とは、旧暗号鍵を新暗号鍵に更新した後、暗号化通信を継続する。ＰＡＣ１６は、新暗号鍵を管理する。

端末装置１２は、基地局装置１０に接続可能である。前述のごとく、端末装置１２は、初期状態において第１基地局装置１０ａに接続し、その後、第２基地局装置１０ｂへハンドオーバを実行する。また、端末装置１２は、第１基地局装置１０ａとの暗号化通信、第２基地局装置１０ｂとの仮通信において、旧暗号鍵を使用する。また、旧暗号鍵から新暗号鍵へ更新されると、端末装置１２は、第２基地局装置１０ｂとの暗号化通信において新暗号鍵を使用する。認証サーバ１８は、ネットワーク１４を介してＰＡＣ１６に接続する。認証サーバ１８は、端末装置１２の接続に対する認証処理を実行する。認証処理として公知の技術が使用されればよいので、ここでは、説明を省略する。

図２（ａ）−（ｃ）は、通信システム１００におけるフレーム構成を示す。図の横方向が時間軸に相当する。フレームは、８つのタイムスロットの時間多重によって形成されている。また、８つのタイムスロットは、４つの下りタイムスロットと４つの上りタイムスロットから構成されている。ここでは、４つの上りタイムスロットを「第１上りタイムスロット」から「第４上りタイムスロット」として示し、４つの下りタイムスロットを「第１下りタイムスロット」から「第４下りタイムスロット」として示す。また、図示したフレームは、連続して繰り返される。

なお、フレームの構成は、図２（ａ）に限定されず、例えば、４つのタイムスロットや１６個のタイムスロットによって構成されてもよいが、ここでは、説明を明瞭にするために、フレームの構成を図２（ａ）として説明する。また、説明を簡潔にするために、上りのタイムスロットと下りのタイムスロットの構成は、同一であるとする。そのため、上りタイムスロットと下りタイムスロットのいずれかについてのみ説明を行う場合もあるが、他方のタイムスロットも同様の説明が有効である。さらに、図２（ａ）に示されたフレームが複数連続することによって、スーパーフレームが形成される。ここでは、一例として、「２０」個のフレームによって、スーパーフレームが形成されているものとする。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のうちのひとつのタイムスロットの構成を示す。図の縦方向が周波数軸に相当する。図示のごとく、ひとつのタイムスロットは、「第１サブチャネル」から「第１６サブチャネル」までの「１６」個のサブチャネルの周波数多重によって形成される。また、これらの複数のサブチャネルは、周波数分割多重されている。各タイムスロットが図２（ｂ）のように構成されているので、タイムスロットとサブチャネルとの組合せによって、前述の通信チャネルが特定される。また、図２（ｂ）のうちのひとつのサブチャネルに対応したフレーム構成が図２（ａ）であるとしてもよい。なお、ひとつのタイムスロットに配置されるサブチャネルの数は、「１６」個でなくてもよい。ここで、上りタイムスロットにおけるサブチャネルの割当と、下りタイムスロットにおけるサブチャネルの割当とは、同一であるものとする。また、スーパーフレームを単位にして、少なくともひとつの報知信号が割り当てられるものとする。例えば、スーパーフレームに含まれた複数の下りタイムスロットのうち、ひとつのタイムスロットにおけるひとつのサブチャネルに報知信号が割り当てられる。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のうちのひとつのサブチャネルの構成を示し、図２（ｃ）は、前述のパケット信号に相当する。図２（ａ）や図２（ｂ）と同様に、図の横方向が時間軸に相当し、図の縦方向が周波数軸に相当する。また、周波数軸に対して、「１」から「２９」の番号を付与しているが、これらは、サブキャリアの番号を示す。このように、サブチャネルは、マルチキャリア信号によって構成されており、特にＯＦＤＭ信号によって構成されている。図中の「ＴＳ」は、トレーニングシンボルに相当し、既知の値によって構成される。また、「ＳＳ」は、シグナルシンボルに相当する。「ＧＳ」は、ガードシンボルに相当し、ここに実質的な信号は配置されない。「ＰＳ」は、パイロットシンボルに相当し、既知の値によって構成される。「ＤＳ」は、データシンボルに相当し、送信すべきデータである。「ＧＴ」は、ガードタイムに相当し、ここに実質的な信号は配置されない。

図３は、通信システム１００におけるサブチャネルの配置を示す。図３では、横軸に周波数軸が示されており、図２（ｂ）に示したタイムスロットに対するスペクトルが示される。ひとつのタイムスロットには、前述のごとく、第１サブチャネルから第１６サブチャネルの１６個のサブチャネルが周波数分割多重されている。各サブチャネルは、マルチキャリア信号、ここでは、ＯＦＤＭ信号によって構成されている。

図４は、基地局装置１０の構成を示す。基地局装置１０は、ＲＦ部２０と総称される第１ＲＦ部２０ａ、第２ＲＦ部２０ｂ、第ＮＲＦ部２０ｎ、ベースバンド処理部２２、変復調部２４、ＩＦ部２６、無線制御部２８、記憶部３０を含む。また、無線制御部２８は、制御チャネル決定部３２、無線リソース割当部３８、受付部４０、要求部４２、仮実行部４４、設定部４６を含む。

ＲＦ部２０は、受信処理として、図示しない端末装置１２から受信した無線周波数のマルチキャリア信号に対して周波数変換を実行し、ベースバンドのマルチキャリア信号を生成する。ここで、マルチキャリア信号は、図３のごとく形成されており、また、図２（ａ）の上りタイムスロットに相当する。さらに、ＲＦ部２０は、ベースバンドのマルチキャリア信号をベースバンド処理部２２に出力する。一般的に、ベースバンドのマルチキャリア信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、ＲＦ部２０には、ＡＧＣやＡ／Ｄ変換部も含まれる。

ＲＦ部２０は、送信処理として、ベースバンド処理部２２から入力したベースバンドのマルチキャリア信号に対して周波数変換を実行し、無線周波数のマルチキャリア信号を生成する。さらに、ＲＦ部２０は、無線周波数のマルチキャリア信号を送信する。なお、ＲＦ部２０は、受信したマルチキャリア信号と同一の無線周波数帯を使用しながら、マルチキャリア信号を送信する。つまり、図２（ａ）のごとく、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）が使用されているものとする。また、ＲＦ部２０には、ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、Ｄ／Ａ変換部も含まれる。

ベースバンド処理部２２は、受信処理として、複数のＲＦ部２０のそれぞれからベースバンドのマルチキャリア信号を入力する。ベースバンドのマルチキャリア信号は、時間領域の信号であるので、ベースバンド処理部２２は、ＦＦＴによって、時間領域の信号を周波数領域に変換し、周波数領域の信号に対してアダプティブアレイ信号処理を実行する。また、ベースバンド処理部２２は、タイミング同期、つまりＦＦＴのウインドウの設定を実行し、ガードインターバルの削除も実行する。タイミング同期等には、公知の技術が使用されればよいので、ここでは、説明を省略する。ベースバンド処理部２２は、アダプティブアレイ信号処理の結果を変復調部２４へ出力する。ベースバンド処理部２２は、送信処理として、変復調部２４から、周波数領域のマルチキャリア信号を入力し、ウエイトベクトルによる分散処理を実行する。

ベースバンド処理部２２は、送信処理として、変復調部２４から入力した周波数領域のマルチキャリア信号に対して、ＩＦＦＴによって、周波数領域の信号を時間領域に変換し、変換した時間領域の信号をＲＦ部２０へ出力する。また、ベースバンド処理部２２は、ガードインターバルの付加も実行するが、ここでは説明を省略する。ここで、周波数領域の信号は、図２（ｂ）のごとく、複数のサブチャネルを含み、さらにサブチャネルのそれぞれは、図２（ｃ）の縦方向のごとく、複数のサブキャリアを含む。図を明瞭にするために、周波数領域の信号は、サブキャリア番号の順に並べられて、シリアル信号を形成しているものとする。

変復調部２４は、受信処理として、ベースバンド処理部２２からの周波数領域のマルチキャリア信号に対して、復調を実行する。周波数領域に変換したマルチキャリア信号は、図２（ｂ）や（ｃ）のごとく、複数のサブキャリアのそれぞれに対応した成分を有する。また、復調は、サブキャリア単位でなされる。変復調部２４は、復調した信号をＩＦ部２６に出力する。また、変復調部２４は、送信処理として、変調を実行する。変復調部２４は、変調した信号を周波数領域のマルチキャリア信号としてベースバンド処理部２２に出力する。

ＩＦ部２６は、受信処理として、変復調部２４から復調結果を受けつけ、復調結果を端末装置１２単位に分離する。つまり、復調結果は、図３のごとく、複数のサブチャネルによって構成されている。そのため、ひとつのサブチャネルがひとつの端末装置１２に割り当てられている場合、復調結果には、複数の端末装置１２からの信号が含まれている。ＩＦ部２６は、このような復調結果を端末装置１２単位に分離する。ＩＦ部２６は、分離した復調結果を図示しないネットワーク１４に出力する。その際、ＩＦ部２６は、宛先を識別するための情報、例えば、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスにしたがって送信を実行する。

また、ＩＦ部２６は、送信処理として、図示しないネットワーク１４から複数の端末装置１２に対するデータを入力する。ＩＦ部２６は、データをサブチャネルに割り当て、複数のサブチャネルからマルチキャリア信号を形成する。つまり、ＩＦ部２６は、図３のごとく、複数のサブチャネルによって構成されるマルチキャリア信号を形成する。なお、データが割り当てられるべきサブチャネルは、図２（ｃ）のごとく予め決められており、それに関する指示は、無線制御部２８から受けつけるものとする。ＩＦ部２６は、マルチキャリア信号を変復調部２４に出力する。

無線制御部２８は、基地局装置１０の動作を制御する。無線制御部２８は、図２（ａ）−（ｃ）、図３のごとく、複数のサブチャネルの周波数多重によって形成されたタイムスロット、複数のタイムスロットの時間多重によって形成されたフレームを規定する。また、無線制御部２８は、変復調部２４等に対してパケット信号の形成を指示したり、変復調部２４からＲＦ部２０を介して、報知信号を報知したりする。制御チャネル決定部３２は、報知信号をサブチャネルに割り当てる。ここで、報知信号とは、端末装置１２との通信を制御するために使用される情報が含まれた信号である。このような報知信号の重要性は、データが含まれたパケット信号よりも高いといえる。制御チャネル決定部３２は、記憶部３０を参照しながら、予め定めたサブチャネルを選択する。また、制御チャネル決定部３２は、選択したサブチャネルを無線リソース割当部３８に通知する。

無線リソース割当部３８は、制御チャネル決定部３２からの通知にしたがって、報知信号にサブチャネルを割り当てる。記憶部３０は、無線制御部２８と連携し、端末装置１２に割り当てたサブチャネルの情報や、制御チャネルの情報を記憶する。また、無線リソース割当部３８は、報知信号の送信後、ＲＦ部２０から変復調部２４を介して、図示しない端末装置１２からのサブチャネルの割当要求を受けつける。なお、サブチャネルの割当要求を受けつける前に、基地局装置１０と端末装置１２との間においてレンジング処理がなされるが、ここでは説明を省略する。サブチャネルの割当要求は、無線リソース獲得要求とも呼ばれる。無線リソース割当部３８は、割当要求を受けつけた端末装置１２にサブチャネルを割り当てる。

ここで、無線リソース割当部３８は、上りタイムスロットおよび下りタイムスロットに含まれたサブチャネルを端末装置１２に割り当てる。特に、上りタイムスロットにおけるサブチャネルの割当と、下りタイムスロットにおけるサブチャネルの割当は、対称になされるものとする。なお、無線リソース割当部３８は、サブチャネルの割当の際に、無線リソース獲得要求に含まれたＭＡＣプロトコル種別、上位レイヤプロトコル種別等の情報を参照するが、ここでは、詳細を省略する。さらに、無線リソース割当部３８は、当該端末装置１２に対して、変復調部２４からＲＦ部２０を介して、割当通知を送信する。割当通知は、無線リソース割当とも呼ばれる。また、割当通知には、割り当てたサブチャネルおよびタイムスロットの情報が含まれている。以上の処理がなされた後、無線制御部２８は、ＲＦ部２０から変復調部２４に、サブチャネルを割り当てた端末装置１２との通信を実行させる。

無線制御部２８は、端末装置１２との暗号化通信を実行する。つまり、無線制御部２８は、暗号化通信に使用するための暗号鍵を設定し、設定した暗号鍵にて暗号化および復号を実行する。なお、基地局装置１０が第１基地局装置１０ａに相当する場合、無線制御部２８は、旧暗号鍵を設定し、基地局装置１０が第２基地局装置１０ｂに相当する場合、無線制御部２８は、旧暗号鍵を使用している間に新暗号鍵を設定する。まずは、基地局装置１０が第１基地局装置１０ａである場合を説明する。無線制御部２８は、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、端末装置１２からの接続要求、つまりサブチャネルの割当要求を受けつけた後、認証起動要求を受けつける。無線制御部２８は、ＩＦ部２６から、ＰＡＣ１６へ認証起動要求を送信する。その後、無線制御部２８は、ＩＦ部２６を介してＰＡＣ１６から暗号鍵を受けつけると、暗号鍵を記憶する。ここでの暗号鍵が前述の旧暗号鍵に相当する。また、無線制御部２８は、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、端末装置１２との間でチャレンジ／レスポンス認証を行った後に、端末装置１２からの要求に応じて、端末装置１２へ旧暗号鍵を送信する。その結果、暗号化通信がなされる。

次に、基地局装置１０が第２基地局装置１０ｂである場合を説明する。受付部４０は、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、端末装置１２からの接続要求、つまりサブチャネルの割当要求を受けつける。これは、ハンドオーバの要求ともいえる。要求部４２は、受付部４０において要求を受けつけると、ネットワーク１４を介して接続したＰＡＣ１６へ、ＩＦ部２６から旧暗号鍵の出力を要求する。そのため、ハンドオーバの要求には、ハンドオーバ元である第１基地局装置１０ａを特定するための識別情報が含まれており、要求部４２も、当該情報を要求に含める。

仮実行部４４は、要求部４２における要求に対する応答として、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、ＰＡＣ１６からの旧暗号鍵を受けつける。仮実行部４４は、旧暗号鍵を使用しながら、変復調部２４、ベースバンド処理部２２、ＲＦ部２０に対して、端末装置１２との仮通信を実行させる。つまり、端末装置１２は、これまで第１基地局装置１０ａとの暗号化通信を実行していたので、旧暗号鍵を把握しており、仮実行部４４も旧暗号鍵を把握している。そのため、仮実行部４４と端末装置１２とは、旧暗号鍵を互いに確認することなく、仮通信を直ちに実行する。

設定部４６は、旧暗号鍵を使用しながら、端末装置１２との仮通信が実行されている間に、端末装置１２との間において新暗号鍵を決定する。例えば、設定部４６は、仮通信において使用されている通信チャネルとは別の通信チャネルを設定する。設定部４６は、設定した別の通信チャネルを端末装置１２に割り当て、別の通信チャネルにおいて、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、端末装置１２から認証起動要求を受けつける。設定部４６は、ＩＦ部２６から、ＰＡＣ１６へ認証起動要求を送信する。

その後、設定部４６は、ＩＦ部２６を介してＰＡＣ１６から暗号鍵を受けつけると、暗号鍵を記憶する。ここでの暗号鍵が前述の新暗号鍵に相当する。また、設定部４６は、ＲＦ部２０、ベースバンド処理部２２、変復調部２４を介して、端末装置１２との間でチャレンジ／レスポンス認証を行った後に、端末装置１２からの要求に応じて、端末装置１２へ新暗号鍵を送信する。設定部４６は、仮実行部４４に仮通信を切断させ、新暗号鍵による暗号化通信への切替を実行する。つまり、設定部４６は、旧暗号鍵を新暗号鍵に更新する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされた通信機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図５は、端末装置１２の構成を示す。端末装置１２は、ＲＦ部６０、変復調部６２、ＩＦ部６４、制御部６６を含む。また、制御部６６は、暗号化設定部６８を含む。ＲＦ部６０は、図４のＲＦ部２０に対応した処理を実行し、変復調部６２は、図４の変復調部２４にＦＦＴおよびＩＦＦＴを加えた処理を実行する。そのため、ここでは、ＲＦ部６０および変復調部６２についての説明を省略する。ＩＦ部６４は、ユーザとのインターフェイスの機能を有している。例えば、ＩＦ部６４は、ボタン等を含むことによって、ユーザからの指示を受けつける。また、ＩＦ部６４は、受けつけた指示を信号として、変復調部６２や制御部６６に出力する。ＩＦ部６４は、ディスプレイを含むことによって、変復調部６２において復調されたデータを表示する。

制御部６６は、端末装置１２全体の動作を制御する。制御部６６は、ＲＦ部６０、変復調部６２を介して、前述の制御チャネルにて、さまざまな基地局装置からの報知信号を受信する。制御部６６は、捕捉した報知信号のうち、最大の受信強度となる基地局装置１０を通信の対象として選択する。ここでは、第１基地局装置１０ａが選択されたものとする。制御部６６は、変復調部６２、ＲＦ部６０を介して第１基地局装置１０ａへサブチャネルの割当要求の信号を送信する。

その後、制御部６６は、ＲＦ部６０、変復調部６２を介して、第１基地局装置１０ａからのサブチャネルの割当通知を受けつける。暗号化設定部６８は、割り当てられたサブチャネル、つまり通信チャネルを使用しながら、第１基地局装置１０ａへ認証起動要求を送信する。また、暗号化設定部６８は、第１基地局装置１０ａとの間でチャレンジ／レスポンス認証を行った後に、第１基地局装置１０ａへ暗号鍵要求を送信する。暗号化設定部６８は、第１基地局装置１０ａからの暗号鍵、つまり旧暗号鍵を受けつける。制御部６６は、ＲＦ部６０、変復調部６２に対して、第１基地局装置１０ａとの間において旧暗号鍵を使用しながらの暗号化通信を実行させる。

制御部６６は、公知の技術を使用しながら、第２基地局装置１０ｂへのハンドオーバを決定する。制御部６６は、変復調部６２、ＲＦ部６０を介して第２基地局装置１０ｂへサブチャネルの割当要求の信号を送信し、ＲＦ部６０、変復調部６２を介して、第２基地局装置１０ｂからのサブチャネルの割当通知を受けつける。暗号化設定部６８は、ＲＦ部６０、変復調部６２に対して、旧暗号鍵を使用しながら、第２基地局装置１０ｂとの仮通信を実行させる。また、仮通信において使用している通信チャネルとは別の通信チャネルが、第２基地局装置１０ｂによって設定され、暗号化設定部６８は、別の通信チャネルにおいて、第２基地局装置１０ｂへ認証起動要求を送信する。

また、暗号化設定部６８は、第２基地局装置１０ｂとの間でチャレンジ／レスポンス認証を行った後に、第２基地局装置１０ｂへ暗号鍵要求を送信する。暗号化設定部６８は、第２基地局装置１０ｂからの暗号鍵、つまり新暗号鍵を受けつける。そのため、暗号化設定部６８は、仮通信中に、第２基地局装置１０ｂとの間において新暗号鍵を決定する。その後、制御部６６は、旧暗号鍵を新暗号鍵へ更新した後、ＲＦ部６０、変復調部６２に対して、第２基地局装置１０ｂとの間において新暗号鍵を使用しながらの暗号化通信を継続させる。なお、制御部６６は、サブチャネルの割当要求、データ通信の制御も実行するが、これらは、前述の基地局装置１０での説明に対応するように実行されればよい。そのため、ここでは、これらの説明を省略する。

図６は、ＰＡＣ１６の構成を示す。ＰＡＣ１６は、ＩＦ部８０、バッファ８２、制御部８４を含む。また、制御部８４は、受付部８６、位置登録部９０を含む。ＰＡＣ１６は、主として、位置登録、ハンドオーバの制御を実行する。まず、位置登録について説明する。

ＩＦ部８０は、図示しないネットワーク１４を介して、図示しない基地局装置１０と接続する。受付部８６は、ＩＦ部８０を介して、図示しない端末装置１２からの位置登録要求を受けつける。受付部８６は、受けつけた位置登録要求を位置登録部９０へ出力する。位置登録部９０は、公知の技術を使用しながら、端末装置１２に対する位置登録処理を実行する。位置登録部９０は、位置登録の結果をバッファ８２に記憶する。ＩＦ部８０は、位置登録要求に対する位置登録応答を端末装置１２に送信する。なお、位置登録の機能は、ＰＡＣ１６に含まれずに、図示しない交換機等に含まれていてもよい。

次に、ハンドオーバの制御について説明する。制御部８４は、ＩＦ部８０を介して、第１基地局装置１０ａから認証起動要求を受けつける。制御部８４は、ＩＦ部８０を介して、認証サーバ１８との間において認証処理を実行した後、旧暗号鍵を設定する。ここで、旧暗号鍵は、認証サーバ１８において生成されてもよいし、制御部８４において生成されてもよい。制御部８４は、ＩＦ部８０を介して、第１基地局装置１０ａへ旧暗号鍵を通知するとともに、旧暗号鍵をバッファ８２にて管理する。

また、制御部８４は、端末装置１２が第２基地局装置１０ｂへハンドオーバした後、ネットワーク１４を介して接続した第２基地局装置１０ｂから、旧暗号鍵の出力要求を受けつける。その後、制御部８４は、第２基地局装置１０ｂと端末装置１２との仮通信に使用させるために、旧暗号鍵を第２基地局装置１０ｂへ出力する。また、制御部８４は、第１基地局装置１０ａとの処理と同様の処理を第２基地局装置１０ｂに対しても実行することによって、新暗号鍵を設定する。制御部８４は、ＩＦ部８０を介して、第２基地局装置１０ｂへ新暗号鍵を通知するとともに、新暗号鍵をバッファ８２にて管理する。つまり、制御部８４は、旧暗号鍵を出力した後、第２基地局装置１０ｂと端末装置１２との間で仮通信がなされている状態で、第２基地局装置１０ｂと端末装置１２との間において決定された新暗号鍵を管理する。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図７は、通信システム１００におけるハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。端末装置１２と第１基地局装置１０ａとは、通信中であり（Ｓ１０）、第１基地局装置１０ａとＰＡＣ１６とも通信中である（Ｓ１２）。ここで、旧暗号鍵が使用されている。端末装置１２は、第２基地局装置１０ｂへハンドオーバ（ＨＯ）要求を送信する（Ｓ１４）。第２基地局装置１０ｂは、ＰＡＣ１６へ暗号鍵を要求し（Ｓ１６）、ＰＡＣ１６は、第２基地局装置１０ｂへ暗号鍵を送信する（Ｓ１８）。第２基地局装置１０ｂは、端末装置１２へＨＯ応答を送信する（Ｓ２０）。その結果、端末装置１２と第２基地局装置１０ｂとは、仮通信中になり（Ｓ２２）、第２基地局装置１０ｂとＰＡＣ１６とは、通信中になる（Ｓ２４）。

端末装置１２は、第２基地局装置１０ｂへ認証起動要求を送信し（Ｓ２６）、第２基地局装置１０ｂは、ＰＡＣ１６へ認証起動要求を送信する（Ｓ２８）。ＰＡＣ１６は、端末装置１２へＥＡＰ Ｒｅｑｕｅｓｔを送信し（Ｓ３０）、端末装置１２は、ＰＡＣ１６へＥＡＰ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを送信する（Ｓ３２）。ＰＡＣ１６は、認証サーバ１８へＥＡＰ認証を送信し（Ｓ３４）、認証サーバ１８は、ＰＡＣ１６へＥＡＰ応答を送信する（Ｓ３６）。ＰＡＣ１６は、第２基地局装置１０ｂへ暗号鍵を送信する（Ｓ３８）。第２基地局装置１０ｂは、端末装置１２へＣｈａｌｌｅｎｇｅコードを送信し（Ｓ４０）、端末装置１２は、第２基地局装置１０ｂへＲｅｑｕｅｓｔコードを送信する（Ｓ４２）。

第２基地局装置１０ｂは、端末装置１２へＲｅｓｐｏｎｓｅコードを送信する（Ｓ４４）。また、端末装置１２は、第２基地局装置１０ｂへ暗号鍵を要求し（Ｓ４６）、第２基地局装置１０ｂは、端末装置１２へ暗号鍵を送信する（Ｓ４８）。その結果、端末装置１２と第２基地局装置１０ｂとは、通信中になり（Ｓ５０）、第２基地局装置１０ｂとＰＡＣ１６とも通信中になる（Ｓ５２）。

本発明の実施例によれば、端末装置がハンドオーバ先の基地局装置に接続した場合、旧暗号鍵をそのまま使用して仮通信を実行するので、仮通信開始までの期間を短縮できる。また、仮通信開始までの期間が短縮されるので、ハンドオーバに要する期間を短くできる。また、ハンドオーバに要する期間が短くなるので、高速なハンドオーバ処理を実行できる。また、高速なハンドオーバ処理が実行されるので、ユーザの利便性を向上できる。また、仮通信中に、新暗号鍵を設定し、旧暗号鍵を新暗号鍵へ更新するので、新暗号鍵による暗号化通信を実行できる。また、新暗号鍵による暗号化通信がなされるので、通信の安全性の低減を抑制できる。また、安全性の低減を抑制しながら、ハンドオーバに要する期間を短縮できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、ＰＡＣ１６あるいは認証サーバ１８が暗号鍵を生成している。しかしながらこれに限らず例えば、端末装置１２あるいは基地局装置１０が暗号鍵を生成してもよい。ここで、第１基地局装置１０ａが旧暗号鍵を生成し、第２基地局装置１０ｂが新暗号鍵を生成する。また、ＰＡＣ１６は、基地局装置１０において生成された暗号鍵を受けつけ、管理する。本変形例によれば、通信システム１００の構成の自由度を向上できる。

本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。 図１の通信システムにおけるフレーム構成を示す図である。 図１の通信システムにおけるフレーム構成を示す図である。 図１の通信システムにおけるフレーム構成を示す図である。 図１の通信システムにおけるサブチャネルの配置を示す図である。 図１の基地局装置の構成を示す図である。 図１の端末装置の構成を示す図である。 図１のＰＡＣの構成を示す図である。 図１の通信システムにおけるハンドオーバ手順を示すシーケンス図である。

符号の説明

１０ 基地局装置、 １２ 端末装置、 １４ ネットワーク、 １６ ＰＡＣ、 １８ 認証サーバ、 ２０ ＲＦ部、 ２２ ベースバンド処理部、 ２４ 変復調部、 ２６ ＩＦ部、 ２８ 無線制御部、 ３０ 記憶部、 ３２ 制御チャネル決定部、 ３８ 無線リソース割当部、 ４０ 受付部、 ４２ 要求部、 ４４ 仮実行部、 ４６ 設定部、 ６０ ＲＦ部、 ６２ 変復調部、 ６４ ＩＦ部、 ６６ 制御部、 ６８ 暗号化設定部、 ８０ ＩＦ部、 ８２ バッファ、 ８４ 制御部、 ８６ 受付部、 ９０ 位置登録部、 １００ 通信システム。

Claims (6)

1. 端末装置からのハンドオーバの要求を受けつける受付部と、
   前記受付部において要求を受けつけると、ネットワークを介して接続した制御装置へ、端末装置とハンドオーバ元の基地局装置との無線通信において使用されている暗号鍵の出力を要求する要求部と、
   前記要求部における要求に対する応答として、制御装置から暗号鍵を受けつけると、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行する通信部とを備え、
   前記通信部は、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行している間に、端末装置との間において新たな暗号鍵を決定し、新たな暗号鍵に更新してから無線通信を継続することを特徴とする基地局装置。
2. 前記通信部は、所定の通信チャネルを設定することによって、暗号鍵を使用しながら、端末装置との無線通信を実行するとともに、別の通信チャネルを設定することによって、端末装置との間において新たな暗号鍵を決定することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
3. ハンドオーバ元の基地局装置との間において暗号鍵を使用しながら無線通信を実行する第１通信部と、
   前記第１通信部において使用した暗号鍵を仮に使用することによって、ハンドオーバ先の基地局装置との無線通信を実行する第２通信部とを備え、
   前記第２通信部は、前記第１通信部において使用した暗号鍵を仮に使用することによって、ハンドオーバ先の基地局装置と無線通信している間に、ハンドオーバ先の基地局装置との間において新たな暗号鍵を決定し、新たな暗号鍵に更新してから無線通信を継続することを特徴とする端末装置。
4. 端末装置との無線通信を実行しているハンドオーバ元の基地局装置にネットワークを介して接続した制御装置であって、
   ハンドオーバ元の基地局装置と端末装置との無線通信において使用されている暗号鍵を管理する管理部と、
   前記管理部において管理している暗号鍵の出力要求を、ネットワークを介して接続したハンドオーバ先の基地局装置から受けつけると、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において仮に使用させるために、前記管理部において管理している暗号鍵をハンドオーバ先の基地局装置へ出力する指示部とを備え、
   前記管理部は、前記指示部から暗号鍵を出力した後、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において暗号鍵が仮に使用されている状態で、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との間において新たな暗号鍵が決定された場合、新たな暗号鍵を管理することを特徴とする制御装置。
5. 端末装置とハンドオーバ元の基地局装置とが、暗号鍵を使用しながら無線通信を実行するステップと、
   前記暗号鍵を仮に使用することによって、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、無線通信を実行するステップと、
   前記暗号鍵を仮に使用している状態において、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、新たな暗号鍵を決定するステップと、
   新たな暗号鍵に更新してから、端末装置とハンドオーバ先の基地局装置とが、無線通信を継続するステップと、
   を備えることを特徴とする通信方法。
6. ハンドオーバ元の基地局装置と端末装置との無線通信において使用されている暗号鍵を管理するステップと、
   管理している暗号鍵の出力要求を、ネットワークを介して接続したハンドオーバ先の基地局装置から受けつけると、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において仮に使用させるために、管理している暗号鍵をハンドオーバ先の基地局装置へ出力するステップと、
   暗号鍵を出力した後、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との無線通信において暗号鍵が仮に使用されている状態で、ハンドオーバ先の基地局装置と端末装置との間において新たな暗号鍵が決定された場合、新たな暗号鍵を管理するステップと、
   を備えることを特徴とする通信方法。

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