JP2008288754A - モバイルネットワークシステム - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースの増大及び移動体通信事業者へのインフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げることができるモバイルネットワークシステムを提供する。
【解決手段】無線基地局３と無線ネットワーク制御装置１との間に有線網多重化装置４を設け、有線網多重化装置４が、複数の無線基地局３との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルを無線ネットワーク制御装置１との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルとは異なるものを使用し、無線基地局３の状態を無線基地局状態管理表で管理し、無線基地局の状態が共通チャネルにおける位置登録中又は音声発信中の無線基地局３と有線網多重化装置４との間で予め定めたアドレスを付加して信号の送受信を行うモバイルネットワークシステムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体通信を実現するモバイルネットワークシステムに係り、特に、インフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げるモバイルネットワークシステムに関する。

従来のモバイルネットワークシステムについて図１１を参照しながら説明する。図１１は、従来のモバイルネットワークシステムの構成ブロック図である。
従来のモバイルネットワークシステムは、図１１に示すように、移動体端末（図示せず）の発着信を中継する無線基地局（Ｎｏｄｅ−Ｂ：ＢＴＳ）６を無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）５に接続し、無線ネットワーク制御装置５が配下の無線基地局６の制御を行っている。

従来のプロトコルスタックとしては、図１２のＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタック、図１３のＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタック、図１４のＯ＆Ｍプロトコルスタックがある。
図１２は、従来のＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図であり、図１３は、従来のＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図であり、図１４は、従来のＯ＆Ｍプロトコルスタックを示す図である。
通信プロトコルは、ネットワーク上の通信に関する規約を定めたものであり、一つの通信でも、役割の異なる複数のプロトコルから成り立っており、これらをまとめたものをプロトコルスタックと呼ぶ。これは、ネットワーク・プロトコルが階層的に定義されているのに対応して、それを実装するソフトウェアも階層的に構築されるためである。
各プロトコルの略語については後述する。

Ｕ−Ｐｌａｎｅ（ユーザ情報転送プレーン）は、送受信のエンド・エンド間でユーザデータの送受信をつかさどる部分である。
Ｃ−Ｐｌａｎｅ（呼制御信号プレーン）は、ＵＮＩ（User Network Interface）で電話を掛ける場合に、受話器をオフフックして接続要求し、終話後に受話器をオンフックして回線を切断するのと同じように、ユーザデータの転送に先立ってＡＴＭ回線に接続要求し、データ転送終了後に切断要求を行う部分である。
Ｏ＆Ｍ（Operation & Maintenance）は、故障情報・設備情報・通信品質などネットワークの管理を行う部分である。

従来のモバイルネットワークシステムにおいて、移動体通信の通話エリアを拡大する方法として、最も効果的と考えられる方法は、第１の方法として、無線ネットワーク制御装置５の配下の無線基地局６の数を増やす方法が考えられる。

但し、第１の方法では、１台の無線ネットワーク制御装置５が配下の装置として管理できる無線基地局６の数に上限があること、無線ネットワーク制御装置５配下の無線基地局６の数が増加すると、無線ネットワーク制御装置５の処理負荷が増大し、有線伝送路のリソースの確保が必要であり、設備投資の面で一般的には無線基地局より無線ネットワーク制御装置の方が高価であり、容易に無線ネットワーク制御装置を増加しにくいこと等を考慮すると、必ずしも最適な方法とはいえない。

特に、無線ネットワーク制御装置配下の無線基地局装置がビル、家庭及びルーラル地域を想定した小容量の場合、結果として１台の無線ネットワーク制御装置で管理可能なユーザ数が少なくなり、通話エリアを拡大（ユーザ数を多く獲得）するためには、多くの無線ネットワーク制御装置が必要であり、費用と設置スペース対効果の点で望ましくないものである。

また、移動体通信システムにおけるシステム規模の増大を回避するという観点から、第２の方法として、無線ネットワーク制御装置を機能分割及び集約し、システム全体でのコスト軽減を図る方法が考えられる。
しかし、この第２の方法では、無線ネットワーク制御装置のみの着目した規模増大回避の方法であって、無線基地局の増加に対してはコスト軽減方法とはならないものである。

第１及び第２の方法における欠点を補うべく、第３の方法として、無線ネットワーク多重化装置を用いて配下の無線基地局全てを管理し、無線ネットワーク制御装置に対しては１台の無線基地局として管理可能とする方法が考えられる（特許文献１参照）。

上記第３の方法によって実現されるネットワークシステムは、無線ネットワーク多重化装置が無線ネットワーク制御装置と無線基地局との間に設置され、無線基地局は無線ネットワーク制御装置に直接的に接続するものと、無線ネットワーク多重化装置を介して無線ネットワーク制御装置に間接的に接続するものとがあり、無線ネットワーク多重化装置配下の無線基地局が無線ネットワーク制御装置に認識されないようにすることで、無線基地局の台数を増やし、通信エリアを広げることができるものである。

但し、第３の方法では、無線ネットワーク多重化装置と無線ネットワーク制御装置との間で識別タグを使用しており、無線ネットワーク制御装置はこの識別タグを認識しないようにするため、無線ネットワーク制御装置への設定若しくは処理の変更が必要である。また、無線ネットワーク制御装置の処理変更を必要としなくとも無線ネットワーク制御装置より上位の装置への影響が懸念される。

また、第３の方法では、無線基地局は従来の無線基地局に識別タグを付加する機能が必要であるが、無線ネットワーク多重化装置を一つの無線基地局としてみなすならば、基地局装置の機能は無線ネットワーク多重化装置に集約可能であるが、無線基地局、無線ネットワーク制御装置、無線ネットワーク多重化装置の全体での機能及びコストの冗長が懸念される。

特開２００５−３５４２４０号公報

現在のＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code Division Multiple Access）システムにおいて、無線基地局の配置場所及び配置数によって提供可能な通信エリアが決定されるため、システム全体の装置コストは配置する基地局数が支配的となり、移動体通信事業者のインフラ整備コストが増加し、ユーザへの通信料金の軽減が進まない原因となっていた。

また、近年、屋外又は屋内の設置場所や設備容量（ユーザ収容数や筐体容積）の点であらゆるタイプの無線基地局装置が開発されている。しかしながら、移動体通信システムとしての装置構成は特に変更されておらず、必ずしも最適な装置構成とはいえず、移動体通信事業者におけるインフラ整備コストの増加の一因となっている。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、設置スペースの増大及び移動体通信事業者へのインフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げることができるモバイルネットワークシステムを提供することを目的とする。

また、本発明は、有線網多重化装置と無線基地局で機能的な集約を行うことにより、移動体通信システム全体でのインフラ整備のコストを軽減することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、移動体端末が無線接続される無線基地局と、無線基地局を制御する無線ネットワーク制御装置とを備えるモバイルネットワークシステムであって、無線基地局と無線ネットワーク制御装置との間に有線網多重化装置を設け、有線網多重化装置が、配下となる複数の無線基地局との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルを無線ネットワーク制御装置との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルとは異なるものを使用し、配下となる複数の無線基地局について、配下の無線基地局の識別子、有線の識別子、当該無線基地局の状態を無線基地局状態管理表に設定し、無線基地局状態管理表における状態が共通チャネルにおける位置登録中又は音声発信中の無線基地局と有線網多重化装置との間で予め定めたアドレスを付加して信号の送受信を行うことを特徴とする。

本発明によれば、無線基地局と無線ネットワーク制御装置との間に有線網多重化装置を設け、有線網多重化装置が、配下となる複数の無線基地局との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルを無線ネットワーク制御装置との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルとは異なるものを使用し、無線基地局の状態が共通チャネルにおける位置登録中又は音声発信中の無線基地局と有線網多重化装置との間で予め定めたアドレスを付加して信号の送受信を行うモバイルネットワークシステムとしているので、１台の無線ネットワーク制御装置に対して複数の無線基地局が１対１の関係で動作できるため、インフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げることができる効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係るモバイルネットワークシステムは、無線基地局と無線ネットワーク制御装置との間に有線網多重化装置を設け、有線網多重化装置が、配下となる複数の無線基地局との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルを無線ネットワーク制御装置との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルとは異なるものを使用し、配下となる複数の無線基地局について、当該無線基地局の状態を無線基地局状態管理表で管理し、無線基地局の状態が共通チャネルにおける位置登録中又は音声発信中の無線基地局と有線網多重化装置との間で予め定めたアドレスを付加して信号の送受信を行うものであり、１台の無線ネットワーク制御装置に対して複数の無線基地局が１対１の関係で動作できるため、インフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げることができる。

［本システムの構成：図１］
本発明の実施の形態に係るモバイルネットワークシステムについて図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るモバイルネットワークシステムの構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係るモバイルネットワークシステム（本システム）は、図１に示すように、無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）１と、無線基地局（Node-B）２，３と、有線網多重化装置（ＨＷＹ−ＭＵＸ：HighWay-Multiplexer）４とを基本的に有している。
尚、無線基地局２は、無線ネットワーク制御装置１に直接的に接続し、無線基地局３は、有線網多重化装置４を介して無線ネットワーク制御装置１に間接的に接続している。つまり、有線網多重化装置４は、無線ネットワーク制御装置１と無線基地局３との間に設置されている。

無線基地局２，３は、１キャリア１セクタ構成の小容量基地局装置を想定しており、無線基地局（ｂ１）３のキャリア周波数は共通で周波数ｆ１としており、無線基地局（ｂ２）２のキャリア周波数は周波数ｆ２としている。

図１では、無線基地局（ｂ１）３が３台設置されているが、空間的な周波数利用効率を向上させる観点から、周波数ｆ１が干渉しない程度に地理的に離れた場所であれば、同様のキャリア周波数にて無線基地局３を運用可能である。

このように、複数の基地局を１台の基地局として扱うことが可能であり、その箇所だけに着目すれば、無線ネットワーク制御装置１における無線基地局管理リソース一つで３つ分の基地局を接続及び管理可能となる。但し、図１は設置例であって、基地局の台数や構成に制限を与えるものではない。

［プロトコルスタック：図２〜４］
次に、無線基地局３、有線網多重化装置４、無線ネットワーク制御装置１の構成を示すプロトコルスタック（Protocol Stack）について図２〜図４を参照しながら説明する。図２は、本システムのＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図であり、図３は、本システムのＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図であり、図４は、本システムのＯ＆Ｍプロトコルスタックを示す図である。

図２〜４において、ＬはLevelを、ＣＰＲＩはCommon Public Radio Interfaceを、ＨＤＬＣはHigh Level Data Link Controlを、ＦＰはFrame Protocolを、ＨＳ−ＦＰはHigh Speed-Frame Protocolを、ＭＡＣ−ｈｓはMedium Access Control-high speedを、ＡＴＭはAsynchronous Transfer Modeを、ＩＰはInternet Protocolを、ＡＡＬはATM Adaptation Layerを、ＵＤＰはUser Datagram Protocolを、ＭＡＣはMedium Access Controlを、ＲＬＣはRadio Link Controlを、ＲＲＣはRadio Resource Controlを、ＳＳＣＯＰはService Specific Connection Oriented Protocolを、ＳＣＴＰはStream Control Transmission Protocolを、ＳＳＣＦ−ＵＮＩはService Specific Convergence Function-User Network Interfaceを、ＮＢＡＰはNode - B Application Protocolを、ＡＬＣＡＰはAccess Link Control Application Protocolを、ＬＬＣはLogical Link Controlを、ＴＣＰはTransmission Control Protocolを、ＣＯＲＢＡはCommon Object Request Broker Architectureを、ＦＴＰはFile Transfer Protocolを、ＳＮＭＰはSimple Network Management Protocolを、ＴＥＬＮＥＴは遠隔端末アクセスプロトコルを表している。

図２に示すＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタック、図３に示すＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタック、図４に示すＯ＆Ｍプロトコルスタックでは、従来の図１２〜１４と相違するのは、有線網多重化装置（ＨＷＹ−ＭＵＸ）４と無線基地局（ＢＴＳ）３との間の通信プロトコルでＬ２（ＨＤＬＣ等）を利用している点である。

図２〜図４では、無線ネットワーク制御装置１と有線網多重化装置４との間の伝送路がＡＴＭ／ＩＰ伝送路両方に対応可能なプロトコルスタック構成としており、本実施の形態ではどちらの伝送路でも適用可能である。

有線網多重化装置４は、配下の無線基地局（ｂ１）３を、有線網多重化装置４と無線ネットワーク制御装置１と間で決定される有線識別子（有線ＩＤ）にリンクさせ、図５に示す状態管理表によって呼処理等の状態を管理する機能を有する。図５は、有線網多重化装置におけるＢＴＳ状態管理表を示す図である。

有線網多重化装置におけるＢＴＳ（無線基地局３）状態管理表は、図５に示すように、無線基地局の識別子（ＢＴＳ ＩＤ）と、有線ＩＤと、ＢＴＳ状態とを対応付けて記憶している。ＢＴＳ状態としては、ＡＴＴＡＣＨ中（物理的に接続された状態）、発呼／着呼待ち等がある。

次に、本システムにおける呼処理通信手順について説明する。
呼処理通信手順は、（１）初期起動及び共通チャネル設定、（２）位置登録設定、（３）音声通信／終話設定の３つのフェーズに分けられる。

有線網多重化装置４におけるＢＴＳ状態遷移の例について図６を参照しながら説明する。図６は、有線網多重化装置４におけるＢＴＳ状態遷移の例を示す図である。
図６に示すように、Ａ１．初期状態からＡ２，Ａ３．の位置登録、また、Ａ１．初期状態からＢ２，Ｂ３，Ｂ４．の音声発信、その他イベントの状態遷移がある。

［（１）初期起動及び共通チャネル設定］
第１に、無線基地局２，３、有線網多重化装置４、無線ネットワーク制御装置１の各装置の電源投入が為される。
第２に、無線基地局３と有線網多重化装置４との間で、Ｌ２レベルプロトコルを用いて、１（有線網多重化装置４）：ｎ（無線基地局３）でリンク確立を行う。

第３に、有線網多重化装置４と無線ネットワーク制御装置１との間でＳＳＣＯＰレベルプロトコルを用いてリンク確立を行う。

第４に、無線ネットワーク制御装置１と有線網多重化装置４及び無線基地局３との間で、ＮＢＡＰ及びＡＬＣＡＰの各プロトコルにより共通チャネル設定を行う。
尚、ＡＣＬＡＰプロトコルは、無線ネットワーク制御装置１と有線網多重化装置４との間がＡＴＭ伝送路の場合のみ存在するものである。

第５に、共通チャネル設定のためのＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰの各種メッセージについて、有線網多重化装置４から無線基地局３（配下の全無線基地局対象）へはブロードキャストメッセージにて送信される。

第６に、有線網多重化装置４は、配下の無線基地局３からのＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰの各種メッセージ応答についてリンクが確立している全ての無線基地局３からの応答を待って、無線ネットワーク制御装置１へ送信する。

第７に、有線網多重化装置４が、無線ネットワーク制御装置１へ正常応答を返す場合は、全ての無線基地局３からの応答が正常であった場合のみとし、一つでも無線基地局３から異常応答が返ってきた場合は、無線ネットワーク制御装置１への応答も異常応答として返信する。

上記第５〜７までのシーケンスを図７に示す。図７は、共通チャネル設定シーケンスを示す図である。

［（２）位置登録設定］
次に、位置登録設定の処理について説明する。
第１に、移動体端末（ＭＳ：Mobile Station）からのＲＲＣ Connection Setup Request メッセージを無線基地局３で受信すると、ＲＡＣＨ（Random Access Channel）として有線網多重化装置４へ送信する。

第２に、有線網多重化装置４は、その無線基地局３の管理状態を共通チャネルにより位置登録中の状態として、無線ネットワーク制御装置１へ送信する。共通チャネルによる位置登録中は、他の配下の無線基地局３からのＲＡＣＨ信号は破棄するようになっている。
つまり、共通チャネルにより無線基地局が位置登録中の状態は、図５のＢＴＳ状態管理表に物理的に接続された状態として設定され、当該接続状態の無線基地局以外の無線基地局からのＲＡＣＨ信号を破棄するものである。

第３に、無線ネットワーク制御装置１からのＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰのメッセージは、共通チャネルによる位置登録中の無線基地局３との間のみで送受信が行われる。
第４に、有線網多重化装置４は、無線ネットワーク制御装置１からのＲＲＣ Connection メッセージを受信し、共通チャネルによる位置登録中の無線基地局３との間での送受信後に、当該無線基地局３の状態を個別チャネルによる位置登録へと遷移させる。

第５に、個別チャネルが解放されるまでのＤＣＣＨメッセージは、図５で示したような無線基地局状態管理表に基づいて、リンクしている無線基地局３と有線網多重化装置４を介した無線ネットワーク制御装置１との間で行われる。

第６に、ＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰのメッセージにて、個別チャネルが解放されるメッセージを有線網多重化装置４が検出した場合、位置登録処理の最終のＡＬＣＡＰメッセージを無線ネットワーク制御装置１へ送信し、当該無線基地局３の状態を初期状態（リンクのみ）とする。
上記第１〜６までのシーケンスを図８に示す。図８は、位置登録設定シーケンスを示す図である。

［（３）音声発信／終話設定］
音声発信／終話設定のシーケンスは、上記（２）の位置登録設定のシーケンスの第１〜６と同様である。但し、ＲＲＣメッセージにて位置登録か音声発信かが区別可能なため、有線網多重化装置４が管理する無線基地局３の管理状態は、位置登録ではなく、音声発信状態となる。
つまり、共通チャネルにより無線基地局が音声発信中の状態は、図５のＢＴＳ状態管理表に物理的に接続された状態として設定され、当該接続状態の無線基地局以外の無線基地局からのＲＡＣＨ信号を破棄するものである。

そして、第７に、音声チャネルであるＤＴＣＨを追加するために、対応するＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰのメッセージの送受信を行い、当該無線基地局３の状態を発音発信（ＤＴＣＨ）とする。

第８に、終話設定も同様に、対応するＮＢＡＰ／ＡＬＣＡＰのメッセージの送受信を行い、当該無線基地局３の状態を初期状態とする。
上記（３）における第１〜７までのシーケンスを図９に示す。図９は、音声発信シーケンスを示す図である。
また、上記（３）における第８のシーケンスを図１０に示す。図１０は、音声終話シーケンスを示す図である。

［実施の形態の効果］
本システムによれば、無線ネットワーク制御装置１の基地局管理リソースを増加させることなく、収容量（通話エリア）を拡大することができる効果がある。
また、有線網多重化装置４に従来の無線基地局の機能を集約させることで、無線基地局の開発／設置コストを低減できるため、モバイルネットワーク全体の設置／運営コストを低減できる効果がある。

無線基地局３と有線網多重化装置４との間の伝送路インタフェース／プロトコルスタックは、無線ネットワーク制御装置１との間で規定されたインタフェース／プロトコルスタックに依存しないため、無線基地局３と有線網多重化装置４との間の伝送路インフラコストを低減でききる効果がある。

本発明は、設置スペースの増大及び移動体通信事業者へのインフラ整備コストを軽減し、移動体通信エリアを広げることができるモバイルネットワークシステムに好適である。

本発明の実施の形態に係るモバイルネットワークシステムの構成ブロック図である。 本システムのＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図である。 本システムのＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図である。 本システムのＯ＆Ｍプロトコルスタックを示す図である。 有線網多重化装置におけるＢＴＳ状態管理表を示す図である。 有線網多重化装置４におけるＢＴＳ状態遷移の例を示す図である。 共通チャネル設定シーケンスを示す図である。 位置登録設定シーケンスを示す図である。 音声発信シーケンスを示す図である。 音声終話シーケンスを示す図である。 従来のモバイルネットワークシステムの構成ブロック図である。 従来のＵ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図でである。 従来のＣ−Ｐｌａｎｅプロトコルスタックを示す図でである。 従来のＯ＆Ｍプロトコルスタックを示す図である。

符号の説明

１…無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）、 ２…無線基地局（ｂ２）、 ３…無線基地局（ｂ１，ＢＴＳ）、 ４…有線網多重化装置（ＨＷＹ−ＭＵＸ）

Claims (1)

1. 移動体端末が無線接続される無線基地局と、前記無線基地局を制御する無線ネットワーク制御装置とを備えるモバイルネットワークシステムであって、
   無線基地局と無線ネットワーク制御装置との間に有線網多重化装置を設け、
   前記有線網多重化装置は、配下となる複数の無線基地局との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルを前記無線ネットワーク制御装置との間の有線伝送路インタフェース及びプロトコルとは異なるものを使用し、配下となる複数の無線基地局について、配下の無線基地局の識別子、有線の識別子、当該無線基地局の状態を無線基地局状態管理表に設定し、前記無線基地局状態管理表における状態が共通チャネルにおける位置登録中又は音声発信中の無線基地局と有線網多重化装置との間で予め定めたアドレスを付加して信号の送受信を行うことを特徴とするモバイルネットワークシステム。

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