JP2015115725A - 移動通信システム、無線基地局、無線移動局及び移動通信方法 - Google Patents

移動通信システム、無線基地局、無線移動局及び移動通信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】同一の移動体内に存在する多数の端末における移動通信（グループモビリティ）に対して、システムパフォーマンスを向上すること。【解決手段】本発明の移動通信システムは、移動体（１０）内に存在するユーザ端末（１１）と、移動体（１０）内にセルを形成する第１無線基地局（１２）と、外部ネットワーク（５０）に接続される第１コアネットワーク（４０）とを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、移動体（１０）の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局（２０）と、第２無線基地局（２０）と接続される第２コアネットワーク（６０）とを含む第２通信システムと、を具備する。第１無線基地局（１２）と無線移動局（２０）とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続される。【選択図】図４

Description

本発明は、移動体内に存在するユーザ端末の移動通信（グループモビリティ（ＧＭ：Group Mobility））に関する。
ＬＴＥ（Long Term Evolution）やＬＴＥの後継の移動通信システム（例えば、ＬＴＥアドバンスト、ＦＲＡ（Future Radio Access）、４Ｇなどともいう）では、ユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）は、無線基地局（ｅＮＢ：eNodeB）を介して、コアネットワーク（ＣＮ：Core Network、ＥＰＣ：Evolved Packet Coreなどともいう）との間で、ユーザデータ（ユーザ（Ｕ）プレーン）と、制御信号（制御（Ｃ）プレーン）を送受信する（例えば、非特許文献１）。
図１に示すように、ユーザプレーンにおいて、ユーザ端末、無線基地局及びコアネットワーク上の装置（例えば、サービングゲートウェイ（Ｓ−ＧＷ：Serving GateWay）、パケットデータネットワークゲートウェイ（Ｐ−ＧＷ：Packet data network GateWay／ＰＤＮ−ＧＷ）など）が、ユーザデータを送受信する。また、制御プレーンにおいて、ユーザ端末、無線基地局及びコアネットワーク上の装置（例えば、上述のＳ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、モビリティ管理装置（ＭＭＥ：Mobility Management Entity）など）が、制御信号を送受信する。
上述の移動通信システムでは、同一の移動体（例えば、電車、バス、船など）内に存在する多数のユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）が移動通信（グループモビリティ（ＧＭ：Group Mobility））を行う場合、各ユーザ端末が個別に無線基地局に接続して通信を行うため、制御オーバヘッドやトラヒックの集中などによりシステム性能（System Performance）が低下する恐れがある。
例えば、図２に示すように、移動体がセル（マクロセル）１からセル（マクロセル）２に移動する場合、当該移動体内の多数のユーザ端末が一斉に無線基地局１から無線基地局２にハンドオーバすることになる。このため、制御信号のオーバヘッドが増大したり、無線基地局１及び２にトラヒックが集中したりする結果、システム性能が低下する恐れがある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、移動体内に存在するユーザ端末が移動通信を行う場合に、システム性能を向上可能な移動通信システム、無線基地局、無線移動局、移動通信方法を提供することを目的とする。
本発明の移動通信システムは、移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備し、前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続される。
本発明によれば、移動体内に存在するユーザ端末が移動通信を行う場合に、システム性能を向上できる。
従来の移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 従来の移動通信システムの一例を示す図である。 グループモビリティの概念図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムのプロトコルスタックの説明図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムの詳細構成図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムのプロトコルスタックの説明図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムの詳細構成図である。
図３は、移動体内に存在する多数のユーザ端末が移動通信を行うグループモビリティ（ＧＭ）システムの概念図である。図３に示すように、ＧＭシステムは、移動体の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）と、移動体に搭載される移動局（以下、ＧＭ移動局）とを含んで構成される。
ＧＭ基地局は、移動経路をカバーするセル（以下、ＧＭセルという、なお、ムービングセルなどと呼ばれてもよい）を形成する。ＧＭセルでは、相対的に大きいカバレッジのセル（以下、マクロセルという）や相対的に小さいカバレッジのセル（以下、スモールセルという）とは異なる周波数帯（例えば、ＳＨＦ（Super High Frequency）帯やＥＨＦ（Extremely High Frequency）帯）が用いられてもよい。異なる周波数帯を用いることで、既存のマクロセルやスモールセルへの負担を軽減でき、トラヒックの集中を回避できる。
ＧＭ移動局は、移動体に設置され、ＧＭ基地局と通信する。ＧＭ移動局は、ＧＭセル端において、ＧＭ基地局間のハンドオーバを行う。なお、ＧＭ移動局は、マクロセルを形成する無線基地局（マクロ基地局）や、スモールセルを形成する無線基地局（スモール基地局）とも通信可能である。
ＧＭシステムにおいて、ＧＭ基地局及びＧＭ移動局は、それぞれ、複数のアンテナ素子を用いて形成されるビーム（ビームフォーミング）により、通信してもよい。ビームフォーミングにより、移動体の移動に伴い相対的な位置変化に追従でき、安定した通信品質を確保できる。特に、大量のアンテナ素子（例えば、１０２４個）を用いた高度なビームフォーミング（Massive ＭＩＭＯ構成）を用いれば、通信品質を更に向上させることができる。
ところで、ＧＭシステムを用いて移動体内のユーザ端末が通信を行うためには、当該ユーザ端末とＧＭ移動局との通信を中継する装置を移動体内に設けることが必要となる。このような装置としては、例えば、セルラ方式（例えば、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＦＲＡなど）のセル（スモールセル）を形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）や、Ｗｉ−Ｆｉ方式のＷｉ−Ｆｉスポットを形成するアクセスポイント（ＡＰ）などが考えられる。
移動体内にセルラ方式の移動体内基地局を設ける場合、当該移動体内基地局とＧＭ移動局とをどのような構成で接続させるかが問題となる。そこで、本発明者らは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを好適に接続させることで、移動体内の多数のユーザ端末が移動通信を行う場合におけるシステム性能を向上させるという着想を得て、本発明に至った。
以下、本実施形態に係る移動通信システムを詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る移動通信システムにおいて、多くのユーザ端末を搭載可能な移動体は、例えば、電車、バス、船などであるが、所定経路に沿って移動すればどのような物体であってもよい。以下では、移動体が電車である場合を一例として説明する。
（第１の実施形態）
図４−７を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。第１の実施形態に係る移動通信システムでは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを、無線基地局とコアネットワークとの間のインタフェースで接続させることで、ＧＭ移動局を移動体内基地局のバックホール・エントランスとして機能させる。
ここで、無線基地局とコアネットワークとの間のインタフェースは、ユーザプレーンインタフェースと制御プレーンインタフェースとを含む。無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースは、例えば、Ｓ１−Ｕインタフェースであるが、これに限られない。また、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースは、例えば、Ｓ１−ＭＭＥ（又はＳ１−Ｃともいう）インタフェースであるが、これに限られない。
（１．１）移動通信システム１の構成
図４は、第１の実施形態に係る移動通信システムの概略図である。図４に示すように、移動通信システム１は、移動体１０に設けられる無線移動局（以下、ＧＭ移動局という）２０（無線移動局）と、移動体１０の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）３０（第２無線基地局）と、インターネットなどの外部ネットワーク（ＮＷ）５０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）４０（第１コアネットワーク）と、ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とに接続されるコアネットワーク（ＣＮ）６０（第２コアネットワーク）と、を含む。
また、移動体１０には、ユーザ端末１１と、セル（スモールセル）Ｃを形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）１２（第１無線基地局）と、が設けられる。なお、ユーザ端末１１は、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＦＲＡなどの各種通信方式に対応した端末である。
また、移動通信システム１は、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とＣＮ４０とを含むセルラシステム１（第１通信システム）と、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とＣＮ６０とを含むセルラシステム２（第２通信システム）とを含んで構成される。図４に示すように、セルラシステム１の内部システム（バックホールシステム）として、セルラシステム２が設けられる。このため、セルラシステム１とセルラシステム２との接続点となる移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０との間では、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）が用いられる。同様に、ＣＮ４０とＣＮ６０との間でも、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）が用いられる。
移動通信システム１において、ユーザ端末１１は、移動体１０とともに移動する移動体内基地局１２に接続（在圏）する。このため、ユーザ端末１１が、マクロ基地局（図３参照）に直接接続（在圏）する場合のように、移動体１０の移動に従って、ハンドオーバを繰り返すことがない。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（１．２）ユーザ／制御プレーンの通信処理
図５及び図６を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザプレーンと制御プレーンとを用いた通信を説明する。図５は、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザ／制御プレーンの説明図である。図５に示すように、移動通信システム１では、ユーザ端末１１とＣＮ４０との間で、ユーザプレーン１を用いた通信と制御プレーン１を用いた通信とが行われる。
具体的には、ユーザプレーン１では、上りユーザデータが、移動体内基地局１２を介してユーザ端末１１からＣＮ４０に送信される。一方、外部ＮＷ５０からの下りユーザデータは、移動体内基地局１２を介して、ＣＮ４０からユーザ端末１１に送信される。
また、制御プレーン１では、ユーザ端末１１とＣＮ４０との間、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間、移動体内基地局１２とＣＮ４０との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
また、移動通信システム１では、ＧＭ移動局２０とＣＮ６０との間で、ユーザプレーン２を用いた通信と制御プレーン２を用いた通信とが行われる。
具体的には、ユーザプレーン２では、ＧＭ移動局２０が、移動体内基地局１２から受信される下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の上りユーザデータ及び上り制御信号を、上りユーザデータとしてＣＮ６０に送信する。ＣＮ６０は、下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の上りユーザデータ及び上り制御信号（下位レイヤデータ）をそれぞれＣＮ４０に送信する。
また、ユーザプレーン２では、ＣＮ６０が、ＣＮ４０から受信される下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の下りユーザデータ及び下り制御信号を、下りユーザデータとしてＧＭ移動局２０に送信する。ＧＭ移動局２０は、下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の下りユーザデータ及び下り制御信号（下位レイヤデータ）をそれぞれ移動体内基地局１２に送信する。
一方、制御プレーン２では、ＧＭ移動局２０とＣＮ６０との間、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間、ＧＭ基地局３０とＣＮ６０との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。
図６は、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるプロトコルスタックの一例を示す図である。図６Ａは、ユーザプレーンのプロトコルスタックを示し、図６Ｂは、制御プレーンのプロトコルスタックを示す。なお、図６Ａ及び６Ｂのプロトコルスタックは一例にすぎず、これらに限られない。
図６Ａに示すように、ユーザプレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とが、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１（レイヤ１、物理層）、ＭＡＣ（Medium Access Control）、ＲＬＣ（Radio Link Control）、ＰＤＣＰを用いて、ユーザデータを送受信する。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）／ＩＰ（Internet Protocol）、ＧＴＰ−Ｕ（GPRS Tunneling Protocol for the User plane）のデータに変換する。
移動体内基地局１２とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ＧＴＰ−Ｕ、ＵＤＰ／ＩＰを用いて、ユーザデータを送受信する。
なお、図示しないが、ＣＮ４０には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ−ＧＷ及びＰ−ＧＷ）が設けられる。Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６（Internet Protocol version 4/version 6）、ＧＲＥ（Generic Routing Encapsulation）トンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ（Proxy Mobile IP） Ｓ５／Ｓ８の場合）。
ＣＮ４０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。
また、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いて、ユーザデータを送受信する。ＧＭ移動局２０は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータをユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータに変換する。
ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰを用いて、ユーザデータを送受信する。ＧＭ基地局３０は、ユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータをユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータに変換する。
ＧＭ基地局３０とＣＮ６０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いてユーザデータを送受信する。
なお、図示しないが、ＣＮ６０には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ−ＧＷ及びＰ−ＧＷ）が設けられる。Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。
ＣＮ６０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータを、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータに変換する（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネルのデータを、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。
ＣＮ６０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースとの間のインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いてユーザデータを送受信する。
ＣＮ４０と外部ＮＷ５０とは、外部ＮＷとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰを用いて、ユーザデータを送受信する。
図６Ｂに示すように、制御プレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ（Radio Resource Control）を用いて制御信号を送受信する。移動体内基地局１２は、制御プレーン１のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ（Stream Control Transmission Protocol）、Ｓ１−ＡＰのデータに変換する。
移動体内基地局１２とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１−ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰを用いて、制御信号を送受信する。また、ＵＥ１１とＣＮ４０とは、ＮＡＳを用いて、制御信号を送受信する。
また、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１−ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いて、制御信号を送受信する。ＧＭ移動局２０は、制御プレーン１のＬ１、Ｌ２のデータをユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータに変換する。
ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間におけるユーザプレーン２の通信処理、ＧＭ基地局３０とＣＮ６０との間におけるユーザプレーン２の通信処理は、図６Ａを参照して説明した通りである。ＣＮ６０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータを制御プレーン１のＬ１、Ｌ２、のデータに変換する。
（１．３）各装置の構成
図７を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成を説明する。図７は、第１の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成図である。なお、図７に示す各装置は、プロセッサ、メモリ、ＲＦ（Radio Frequency）回路、アンテナ、ディスプレイ、ユーザインタフェースなどを含むハードウェアを有しており、メモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。各装置の構成は、上述のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。
（１．３．１）ユーザ端末１１の構成
図７に示すように、ユーザ端末１１は、無線通信部１１１と、データ処理部１１２と、制御部１１３とを具備する。
無線通信部１１１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１１１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。なお、無線通信部１１１は、移動体１０外に設けられるマクロ基地局やスモール基地局と無線通信を行ってもよい。
データ処理部１１２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰ、アプリケーションプロトコルのデータ処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ、ＮＡＳ（Non-Access Stratum）のデータ処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
制御部１１３は、無線通信部１１１、データ処理部１１２を制御する。また、制御部１１３は、移動体内基地局１２との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよい。
（１．３．２）移動体内基地局１２の構成
図７に示すように、移動体内基地局１２は、無線通信部１２１と、データ処理部１２２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部１２３と、制御部１２４とを具備する。
無線通信部１２１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ユーザ端末１１と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１２１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
データ処理部１２２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのユーザデータとＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣの制御信号と、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰの制御信号との変換処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
ＮＷ通信部１２３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
制御部１２４は、無線通信部１２１、データ処理部１２２、ＮＷ通信部１２３を制御する。また、制御部１２４は、ユーザ端末１１との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１−ＡＰはデータ処理部１２２で変換されなくともよい。
（１．３．３）ＧＭ移動局２０の構成
図７に示すように、ＧＭ移動局２０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部２０１と、データ処理部２０２と、無線通信部２０３と、制御部２０４とを具備する。
ＮＷ通信部２０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部２０１は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
データ処理部２０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部２０２は、ユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）のユーザデータと制御プレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）の制御信号とを、ユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのユーザデータに変換してもよい（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
無線通信部２０３は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザデータ及び制御信号を送受信する。具体的には、無線通信部２０３は、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部２０３は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
なお、無線通信部２０３は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ基地局３０との無線通信を行ってもよい。無線通信部２０３が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
制御部２０４は、ＮＷ通信部２０１、データ処理部２０２、無線通信部２０３を制御する。また、制御部２０４は、ＣＮ６０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。
（１．３．４）ＧＭ基地局３０の構成
図７に示すように、ＧＭ基地局３０は、無線通信部３０１と、データ処理部３０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部３０３と、制御部３０４とを具備する。
無線通信部３０１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部３０１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
なお、無線通信部３０１は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ移動局２０との無線通信を行ってもよい。無線通信部３０１が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
データ処理部３０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部３０２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータとＬ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
ＮＷ通信部３０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ６０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。
制御部３０４は、無線通信部３０１、データ処理部３０２、ＮＷ通信部３０３を制御する。また、制御部３０４は、ＧＭ移動局２０との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ６０との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．３．５）ＣＮ６０の構成
図７に示すように、ＣＮ６０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部６０１と、データ処理部６０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部６０３と、制御部６０４とを具備する。なお、ＣＮ６０の下記構成は、ＣＮ６０に設けられるＳ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
ＮＷ通信部６０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。
データ処理部６０２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部６０２は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのユーザデータをユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）のユーザデータとユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）の制御信号に変換する（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
ＮＷ通信部６０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ４０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部６０３は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
制御部６０４は、ＮＷ通信部６０１、データ処理部６０２、ＮＷ通信部６０３を制御する。また、制御部６０４は、ＧＭ移動局２０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．３．６）ＣＮ４０の構成
図７に示すように、ＣＮ４０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部４０１と、データ処理部４０２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部４０３と、制御部４０４とを具備する。なお、ＣＮ４０の下記構成は、ＣＮ４０に設けられるＳ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
ＮＷ通信部４０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ６０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部４０１は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
データ処理部４０２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部４０２は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部４０２は、制御プレーン１のＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
外部ＮＷ通信部４０３は、外部ＮＷ５０とのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、外部ＮＷ５０と、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータを送受信する。
制御部４０４は、ＮＷ通信部４０１、データ処理部４０２、外部ＮＷ通信部４０３を制御する。また、制御部４０４は、ユーザ端末１１との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．４）作用・効果
以上のように、第１の実施形態に係る移動通信システムでは、セルラシステム１の内部システム（バックホールシステム）として、セルラシステム２が設けられる（図４参照）。また、セルラシステム１とセルラシステム２との接続点となる移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）で接続される。
これにより、ユーザ端末１１は、移動体１０とともに移動する移動体内基地局１２に接続（在圏）する。このため、ユーザ端末１１が、マクロ基地局（図３参照）に直接接続（在圏）する場合のように、移動体１０の移動に従って、ハンドオーバを繰り返すことがない。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（第２の実施形態）
図８−１１を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。第２の実施形態に係る移動通信システムでは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースで接続させることで、ＧＭ移動局を移動体外セルラシステムと移動体内セルラシステムとの中継装置として機能させる。
ここで、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースは、例えば、ＳＧｉインタフェースであるが、これに限られない。
（２．１）移動通信システムの構成
図８は、第２の実施形態に係る移動通信システムの概略図である。図８に示すように、移動通信システム２は、移動体１０に設けられる無線移動局（以下、ＧＭ移動局という）２０と、移動体１０の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）３０と、インターネットなどの外部ネットワーク（ＮＷ）５０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）４０と、を含む。
また、移動体１０には、ユーザ端末１１と、セル（スモールセル）Ｃを形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）１２（第１無線基地局）と、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）（以下、移動体内ＣＮという）１３が設けられる。なお、ユーザ端末１１は、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ、ＦＲＡなどの各種通信方式に対応した端末である。
また、移動通信システム２は、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３を含む移動体内セルラシステムと、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とＣＮ４０とを含むセ移動体外セルラシステムとを含んで構成される。図８に示すように、移動体内セルラシステムと移動体外セルラシステムとは、直列的に接続され、接続点となる移動体内ＣＮ１３とＧＭ移動局２０との間では、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）が用いられる。
移動通信システム２では、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御（モビリティ制御）などは、ＧＭ移動局２０で代理制御される。具体的には、移動体内ＣＮ１３が代理要求信号をＧＭ移動局２０に送信することで、ＧＭ移動局２０が、多数のユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを集約して、代理制御する。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（２．２）ユーザ／制御プレーンの通信処理
図９及び図１０を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザプレーンと制御プレーンとを用いた通信を説明する。図９は、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザ／制御プレーンの説明図である。図９に示すように、移動通信システム２では、移動体内セルラシステム（ユーザ端末１１と移動体内ＣＮ１３との間）で、ユーザプレーン１を用いた通信と制御プレーン１を用いた通信とが行われる。また、移動体外セルラシステム（ＧＭ移動局２０とＣＮ４０との間）で、ユーザプレーン２を用いた通信と制御プレーン２を用いた通信とが行われる。
具体的には、ユーザプレーン１では、上りユーザデータが、移動体内基地局１２を介してユーザ端末１１から移動体内ＣＮ１３に送信される。移動体内ＣＮ１３で受信された上りユーザデータは、ＧＭ移動局２０に中継（転送）される。一方、ＧＭ移動局２０から中継（転送）される下りユーザデータは、移動体内基地局１２を介して移動体内ＣＮ１３からユーザ端末１１に送信される。
また、制御プレーン１では、ユーザ端末１１と移動体内ＣＮ１３との間、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間、移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
また、ユーザプレーン２では、移動体内ＣＮ１３から中継（転送）される上りユーザデータが、ＧＭ基地局３０を介して、ＧＭ移動局２０からＣＮ４０に送信される。ＣＮ４０で受信された上りユーザデータは、外部ＮＷ５０に中継（転送）される。一方、外部ＮＷ５０からの下りユーザデータは、ＧＭ基地局３０を介してＣＮ４０からＧＭ移動局２０に送信される。
また、制御プレーン２では、ＧＭ移動局２０とＣＮ４０との間、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間、ＧＭ基地局３０とＣＮ４０との間のそれぞれにおいて、代理制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。制御プレーン２で送受信される代理制御信号は、移動体内基地局１２に接続するユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを集約して、代理制御するための制御信号である。
図１０は、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるプロトコルスタックの一例を示す図である。図１０Ａは、ユーザプレーンのプロトコルスタックを示し、図１０Ｂは、制御プレーンのプロトコルスタックを示す。なお、図１０Ａ及び１０Ｂのプロトコルスタックは一例にすぎず、これらに限られない。
図１０Ａに示すように、ユーザプレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１（レイヤ１、物理層）、ＭＡＣ（Medium Access Control）、ＲＬＣ（Radio Link Control）、ＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol）を用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）／ＩＰ（Internet Protocol）、ＧＴＰ−Ｕ（GPRS Tunneling Protocol for the User plane）のデータに変換する。
移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いた通信が行われる。
なお、図示しないが、移動体内ＣＮ１３には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ−ＧＷ及びＰ−ＧＷ）が設けられる。Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ−ＧＷとＰ−ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６（Internet Protocol version 4/version 6）、ＧＲＥ（Generic Routing Encapsulation）トンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ（Proxy Mobile IP） Ｓ５／Ｓ８の場合）。
移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−ＵのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。
移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）とＧＭ移動局２０とは、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰを用いた通信が行われる。ＧＭ移動局２０は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータをＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータに変換する。
ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間と同様に、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰを用いた通信が行われる。ＧＭ基地局３０は、移動体内基地局１２と同様に、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータに変換する。
ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１−Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕを用いた通信が行われる。ＣＮ４０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ−ＧＷ）は、移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置と同様に、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕ、ＩＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、ＣＮ４０のゲートウェイ装置は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ Ｓ５／Ｓ８の場合）。
図１０Ｂに示すように、制御プレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とが、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ（Radio Resource Control）を用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ（Stream Control Transmission Protocol）、Ｓ１−ＡＰのデータに変換する。
移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１−ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰを用いた通信が行われる。
同様に、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣを用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰのデータに変換する。
ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１−ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号（代理制御信号）を送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰを用いた通信が行われる。
（２．３）各装置の構成
図１１を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成を説明する。図１１は、第２の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成図である。なお、図１１に示す各装置は、プロセッサ、メモリ、ＲＦ（Radio Frequency）回路、アンテナ、ディスプレイ、ユーザインタフェースなどを含むハードウェアを有しており、メモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。各装置の構成は、上述のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。
（２．３．１）ユーザ端末１１の構成
図１１に示すように、ユーザ端末１１は、無線通信部１１１と、データ処理部１１２と、制御部１１３と、有線通信部１１４と、を具備する。なお、有線通信部１１４は、省略されてもよい。
無線通信部１１１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１１１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。なお、無線通信部１１１は、移動体１０外に設けられるマクロ基地局やスモール基地局と無線通信を行ってもよい。
データ処理部１１２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰ、アプリケーションプロトコルを用いて、ユーザデータのデータ処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１１２は、Ｌ１，ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ、ＮＡＳ（Non-Access Stratum）を用いて、制御信号のデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。なお、制御信号には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
制御部１１３は、無線通信部１１１、データ処理部１１２、有線通信部１１４を制御する。また、制御部１１３は、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。
有線通信部１１４は、ＧＭ移動局２０から張り出される有線を用いて、ＧＭ移動局２０と、ユーザデータを送受信する。なお、ＧＭ移動局２０は、ユーザ端末１１と同様のプロトコルスタックを用いる（図１０Ａ参照）。このため、有線通信部１１４は、後述する移動体内基地局１２、移動体内ＣＮ１３を介さずとも、ＧＭ移動局２０との間でユーザデータを送受信することもできる。
（２．３．２）移動体内基地局の構成
図１１に示すように、移動体内基地局１２は、無線通信部１２１と、データ処理部１２２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部１２３と、制御部１２４とを具備する。
無線通信部１２１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ユーザ端末１１と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１２１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
データ処理部１２２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのユーザデータとＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣの制御信号と、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰの制御信号との変換処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
ＮＷ通信部１２３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内ＣＮ１３と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
制御部１２４は、無線通信部１２１、データ処理部１２２、ＮＷ通信部１２３を制御する。また、制御部１２４は、ユーザ端末１１との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、移動体内ＣＮ１３との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１−ＡＰはデータ処理部１２２で変換されなくともよい。また、制御部１２４は、ＮＷ通信部１２３を介して、代理要求信号を送信してもよい。代理要求信号とは、複数のユーザ端末１１の制御プレーンの通信（例えば、ハンドオーバ制御、モビリティ管理など）を、ＧＭ移動局２０が代理して一括で行うことを要求する信号である。
（２．３．３）移動体内ＣＮの構成
図１１に示すように、移動体内ＣＮ１３は、ネットワーク（ＮＷ）通信部１３１と、データ処理部１３２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部１３３と、制御部１３４とを具備する。なお、移動体内ＣＮ１３の下記構成は、移動体内ＣＮ１３に設けられるＳ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
ＮＷ通信部１３１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
データ処理部１３２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１３２は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのユーザデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１３２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰ、ＮＡＳの制御信号のデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
外部ＮＷ通信部１３３は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザデータを送受信する。また、外部ＮＷ通信部１３３は、ＧＭ移動局２０に対する代理要求信号を、ＧＭ移動局２０に送信する。
制御部１３４は、ＮＷ通信部１３１、データ処理部１３２、外部ＮＷ通信部１３３を制御する。また、制御部１３４は、ユーザ端末１１との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。また、制御部１３４は、外部ＮＷ通信部１３３を介して、代理要求信号を送信してもよい。また、代理要求信号は、移動体内基地局１２の制御によって、ＧＭ移動局２０に送信されてもよい。
（２．３．４）ＧＭ移動局２０の構成
図１１に示すように、ＧＭ移動局２０は、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部２０５と、データ処理部２０２と、無線通信部２０３と、制御部２０４とを具備する。
外部ＮＷ通信部２０５は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、移動体内ＣＮ１３と、ユーザデータを送受信する。また、外部ＮＷ通信部２０５は、移動体内基地局１２や移動体内ＣＮ１３からの代理要求信号を受信し、制御部２０４に出力する。
データ処理部２０２は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部２０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部２０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
無線通信部２０３は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。例えば、無線通信部２０３は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
なお、無線通信部２０３は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ基地局３０との無線通信を行ってもよい。無線通信部２０３が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
制御部２０４は、外部ＮＷ通信部２０５、データ処理部２０２、無線通信部２０３を制御する。また、制御部２０４は、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。また、制御部２０４は、移動体内基地局１２や移動体内ＣＮ１３からの代理要求信号に応じて、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを代理制御する。
（２．３．５）ＧＭ基地局３０の構成
図１１に示すように、ＧＭ基地局３０は、無線通信部３０１と、データ処理部３０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部３０３と、制御部３０４とを具備する。
無線通信部３０１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。例えば、無線通信部３０１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
なお、無線通信部３０１は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ移動局２０との無線通信を行ってもよい。無線通信部３０１が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
データ処理部３０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部３０２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部３０２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータとＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
ＮＷ通信部３０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ４０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。
制御部３０４は、無線通信部３０１、データ処理部３０２、ＮＷ通信部３０３を制御する。また、制御部３０４は、ＧＭ移動局２０との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１−ＡＰはデータ処理部３０２で変換されなくともよい。
（２．３．６）ＣＮ４０の構成
図１１に示すように、ＣＮ４０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部４０１と、データ処理部４０２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部４０３と、制御部４０４とを具備する。なお、ＣＮ４０の下記構成は、ＣＮ４０に設けられるＳ−ＧＷ、Ｐ−ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
ＮＷ通信部４０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１−Ｕ／Ｓ１−ＭＭＥインタフェースなど）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。
データ処理部４０２は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部４０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ−Ｕのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部４０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１−ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
外部ＮＷ通信部４０３は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなど）を介して、外部ＮＷ５０との通信を行う。
制御部４０４は、ＮＷ通信部４０１、データ処理部４０２、外部ＮＷ通信部４０３を制御する。また、制御部４０４は、ＧＭ移動局２０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＳ１−ＡＰの制御を行ってもよい。
このように、第２の実施形態に係る移動通信システムは、移動体１０内に存在するユーザ端末１１と、前記移動体１０内にセルを形成する移動体内基地局１２（第１無線基地局）と、前記移動体内基地局１２に接続される移動体内ＣＮ１３（第１コアネットワーク）とを含む移動体内セルラシステム（第１通信システム）と、前記移動体１０内に設けられるＧＭ移動局２０（無線移動局）と、前記移動体１０の移動経路上にセルを形成するＧＭ基地局３０（第２無線基地局）と、前記ＧＭ基地局３０と外部ネットワークに接続されるＣＮ４０（第２コアネットワーク）とを含む移動体外セルラシステム（第１通信システム）と、を具備し、前記移動体内ＣＮ１３と前記ＧＭ移動局２０とが、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースで接続されることを特徴とする移動通信システムである。
（２．４）作用・効果
以上のように、第２の実施形態に係る移動通信システムによれば、移動体内セルラシステムと移動体外セルラシステムとは、並列的に接続され（図８参照）、接続点となる移動体内ＣＮ１３とＧＭ移動局２０との間では、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）が用いられる。
また、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御（モビリティ制御）などは、ＧＭ移動局２０で代理制御される。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
１…移動通信システム
１０…移動体
１１…ユーザ端末
１２…移動体内基地局
２０…ＧＭ移動局
３０…ＧＭ基地局
４０…コアネットワーク
５０…外部ネットワーク
６０…コアネットワーク
１１１…無線通信部
１１２…制御部
１１３…データ処理部
１２１…無線通信部
１２２…データ処理部
１２３…ＮＷ通信部
１２４…制御部
２０１…ＮＷ通信部
２０２…データ処理部
２０３…無線通信部
２０４…制御部
３０１…無線通信部
３０２…データ処理部
３０３…ＮＷ通信部
３０４…制御部
４０１…ＮＷ通信部
４０２…データ処理部
４０３…外部ＮＷ部
４０４…制御部
６０１…ＮＷ通信部
６０２…データ処理部
６０３…ＮＷ通信部
６０４…制御部
２…移動通信システム
１３…移動体内ＣＮ
１３１…ＮＷ通信部
１３２…データ処理部
１３３…外部ＮＷ通信部
１３４…制御部
２０５…外部ＮＷ通信部

Claims (9)

  1. 移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、
    前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備し、
    前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続されることを特徴とする移動通信システム。
  2. 前記ユーザ端末と前記第１無線基地局とが、無線インタフェースを介して、ユーザデータ及び制御信号を送受信し、
    前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、前記ユーザプレーンインタフェースを介して前記ユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、前記制御プレーンインタフェースを介して前記制御信号の下位レイヤデータを送受信することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
  3. 前記無線移動局と前記第２無線基地局とが、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信し、
    前記第２無線基地局と前記第２コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記下位レイヤデータで構成される前記ユーザデータを送受信することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システム。
  4. 前記第２コアネットワークと前記第１コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続され、
    前記第２コアネットワークと前記第１コアネットワークとが、前記ユーザプレーンインタフェースを介して、前記ユーザデータの前記下位レイヤデータを送受信し、前記制御インタフェースを介して、前記制御信号の前記下位レイヤデータを送受信することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動通信システム。
  5. 前記下位レイヤデータは、Ｌ１（layer 1）、Ｌ２（Layer 2）のデータであることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の移動通信システム。
  6. 前記ユーザプレーンインタフェースは、Ｓ１−Ｕインタフェースであり、
    前記制御プレーンインタフェースは、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の移動通信システム。
  7. 移動体内にセルを形成する無線基地局であって、
    前記移動体内に存在するユーザ端末と、無線インタフェースを介して、ユーザデータ及び制御信号を送受信する無線通信部と、
    前記移動体に設けられる無線移動局と、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して前記ユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースの下位レイヤデータを介して前記制御信号を送受信するネットワーク通信部と、
    前記無線インタフェースと前記ユーザプレーンインタフェース及び前記制御プレーンインタフェースとの間のデータ処理を行うデータ処理部と、を具備することを特徴とする無線基地局。
  8. 移動体に設けられる無線移動局であって、
    無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と前記移動体内に存在するユーザ端末との間で送受信されるユーザデータの下位レイヤデータを前記第１無線基地局と送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースを介して、前記第１無線基地局と前記ユーザ端末との間で送受信される制御信号の下位レイヤデータを送受信するネットワーク通信部と、
    前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する無線通信部と、を具備することを特徴とする無線移動局。
  9. 移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備する移動通信システムにおける移動通信方法であって、
    前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記ユーザ端末と前記第１無線基地局との間で送受信されるユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースを介して、前記ユーザ端末と前記第１無線基地局との間で送受信される制御信号の下位レイヤデータを送受信する工程と、
    前記無線移動局と前記第２無線基地局とが、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する工程と、
    前記第２無線基地局と前記第２コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する工程と、を有することを特徴とする移動通信方法。
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