JP4542038B2 - ユニバーサル移動電話システム・ネットワークのオーバレイ・マイクロ・セル構造 - Google Patents

Description

本発明は、比較的安いコストで改善されたアクセスを提供する無線電話ネットワークに関する。

無線電話技術は、時とともに進歩し続けている。最近では、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）が、「ユニバーサル移動通信サービス」またはＵＭＴＳと呼ばれる移動電話サービスの新しい規格を発表した。これは、２Ｍｂｓという速い速度で、音声、テキスト、映像およびマルチメディア情報の広帯域パケット伝送を提供するものである。この提案されたＵＭＴＳ規格では、通常は「ノードＢ」とそれぞれ呼ばれる１つまたは複数の無線アクセス・ノードを含む無線ネットワークについての記述がある。１つまたは複数の無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）がＵＭＴＳネットワーク内に存在し、無線アクセス・ノードを管理する。各ＲＮＣは、認可、認証およびアカウンティング（ＡＡＡ）の機能を提供するＵＭＴＳコア・ネットワークに、通常は非同期転送モード（ＡＴＭ）リンクの形式で広帯域接続している。

無線ＬＡＮ技術分野の進歩の結果、サービス・エリア、喫茶店、図書館などの公共施設に公的にアクセス可能な無線ＬＡＮ（例えば「ホット・スポット」など）が出現した。現在では、無線ＬＡＮにより、移動端末ユーザが企業イントラネットなどのプライベート・データ・ネットワークまたはインターネットなどの公衆データ・ネットワークにアクセスすることが可能となっている。無線ＬＡＮを実施し運用するのにかかるコストが比較的安いこと、ならびに高い帯域幅が利用できること（通常は１０メガビット／秒を越える）により、無線ＬＡＮは、移動端末ユーザが外部エンティティとパケット交換を行うための理想的なアクセス機構となっている。

無線ＬＡＮが提供する利点を前提として、様々な標準化団体は、ＵＭＴＳネットワークと無線ＬＡＮネットワークとを疎結合して相補的なサービスを提供する提案を考慮中である。疎結合とは、２つのネットワークにネットワーク・レイヤおよび／またはそれ以下のレイヤにおけるシステムのつながりがないことを意味する。一般に、かなりコストのかかる提案であるＵＭＴＳネットワークと無線ＬＡＮとの間の密結合がなければ、ＵＭＴＳネットワークのオペレータは無線ＬＡＮに対する加入者のアクセスを有効に制御することはできない。従って、無線ＬＡＮアクセスにより生じる収益は、そのまま無線ＬＡＮのオペレータのものとなる。

無線ＬＡＮ技術に対抗するために、ＵＭＴＳネットワークのオペレータは、マイクロ・セルという解決策を提供することもできる。すなわち、無線アクセス・ノードの数を増やして、より広範なアクセスを可能にすることもできる。しかし、アクセス・ノードの数を増やすと、設備費用および展開費用が大幅に増大する。

従って、比較的安いコストでＵＭＴＳネットワークの容量を高める技術が必要とされている。

（発明の概要）
簡潔には、第１の無線リンクを介して移動通信装置との間で音声およびデータの両方を交換することができる少なくとも１つのマクロ・セルと、第２の無線通信リンクを介して移動通信装置との間で比較的高い帯域幅でデータを通信することができる少なくとも１つのマイクロ・セルとを有する無線ネットワークにおいて情報を通信する方法が提供される。通常は、マイクロ・セルは、マクロ・セルよりも有効領域が小さく、且つユーザあたりの容量が大きい。マイクロ・セルにおいて第２の無線リンクを介して移動端末からのアクセス要求が受信されたのに応答して、マイクロ・セルは、第３の無線チャネルを介してマクロ・セルにシグナリング情報を通信し、これは無線ネットワーク内の制御要素に伝送される。無線ネットワークは、シグナリング情報に応答してマイクロ・セルを制御する。無線チャネルを介してマイクロ・セルからマクロ・セルにシグナリング情報を通信することにより、このシグナリング情報を通信するための有線バック・ホール（ｂａｃｋ ｈａｕｌ）回路が不要となり、従ってより低コストでマイクロ・セルの展開を行うことができるようになるので有利である。

図１は、本発明の原理の好ましい実施形態による、無線通信システム１０を示す概略ブロック図である。システム１０は無線ネットワーク１２を含み、この無線ネットワーク１２は、周知のユニバーサル移動電話システム（ＵＭＴＳ）規格に記述されたアーキテクチャに対応するアーキテクチャを有することが好ましい。従って、ネットワーク１２は、「ＵＭＴＳネットワーク」と記してある。ＵＭＴＳネットワーク１２内には、少なくとも１つ、好ましくは複数のマクロ・セルが存在し、各マクロ・セルは、場合により「ノードＢ」とも呼ばれることがある無線アクセス・ノード１４を含む。各無線アクセス・ノード１４は、無線リンク１７を介して音声トラフィックおよびデータ・トラフィックの両方を移動通信装置１６と交換することができる無線トランシーバ（図示せず）を含む。移動通信装置１６としては、無線電話機、無線携帯情報端末（ＰＤＡ）または無線モデムを備えたパーソナル・コンピュータなどを含むことができる。

ＵＭＴＳネットワーク１２内では、各無線アクセス・ノード１４は、ＲＮＣ１８として例示する無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）の制御下で動作する。各ＲＮＣ１８は、少なくとも１つ、好ましくは複数の無線アクセス・ノード１４を管理して、各ノードが、通信している各移動通信装置が要求する適当な無線資源を確実に提供するようにしている。移動通信交換局（ＭＳＣ）２０は、各ＲＮＣ１８を公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）２１に接続して、移動通信装置１６が、ＰＳＴＮを利用する１人または複数の電話加入者と音声トラフィックを交換することを可能にする。

各ＲＮＣ１８は、サービング汎用パケット無線サービス・ノード（ＳＧＳＮ）２２として示す、関連する制御要素とインタフェースをとる。図１では単一のＳＧＳＮ２２しか示していないが、無線電話ネットワーク１２は、それぞれが１つまたは複数のＲＮＣ１８と関連付けられた複数のＳＧＳＮを含むこともできる。各ＳＧＳＮ２２は、関連するＲＮＣ１８が管理する対応するアクセス無線ノード１４を介してアクセスを求めている各移動通信装置１６を識別し、認証する。認可および認証を行うだけでなく、各ＳＧＳＮ２２は、ネットワーク１２と通信している間に移動通信装置１６に与えられるサービスに対するアカウンティングも行う。

ＵＭＴＳネットワーク１２内では、ゲートウェイＧＰＲＳサポート・ノード（ＧＧＳＮ）２４が、ＳＧＳＮ２２とＩＰネットワーク２６との間のインタフェースをとる。ＩＰネットワーク２６は、広域ネットワーク（ＷＡＮ）として示してあり、プライベート・データ・ネットワークでも、インターネットなどの公衆データ・ネットワークでもよいし、あるいはそれら組み合せてもよい。ＳＧＳＮ２２とＷＡＮ２６の間のインタフェースとして、ＧＧＳＮ２４は、ＷＡＮ２６へのアクセスを求めている装置１６などの各移動通信装置に対してＩＰアドレスを割り当てる。このようにして、移動通信装置１６は、サーバ２８などＷＡＮ２６内の１つまたは複数のサーバに記憶された情報にアクセスすることが可能になる。

実際には、無線リンク１７が提供する帯域幅に制限がある。従って、大きなファイル、特にテキスト、音声、映像またはそれらの組合せを含むファイルを移動通信装置１６と無線アクセス・ノード１４の間で交換することは、実際的ではない。従って、ＵＭＴＳサービスの加入者は、ＵＭＴＳネットワークを介さずに、無線ＬＡＮ（図示せず）を介した広帯域アクセスを行おうとすることが多い。このような加入者の乗り換えにより、ＵＭＴＳネットワークのオペレータの収益は減少することになる。

ＵＭＴＳネットワーク１２の帯域幅制限は、マイクロ・セル３０_１および３０_２として例示する、少なくとも１つ、好ましくは複数のマイクロ・セルを追加することによって克服される。各マイクロ・セルは、無線ＬＡＮで見られるタイプのアクセス・ポイント（図示せず）に類似した構造を有する無線アクセス・ノード３２（すなわち「ノードＢ」）を含む。このような構造を有するので、各マイクロ・セルを構成する無線アクセス・ノード３２は、移動通信装置１６とのデータ・パケット交換に高帯域幅（すなわち広帯域）無線チャネル３３を提供することができる。

ローカル・エリア・ネットワーク３６の一部を構成するイーサネット（登録商標）スイッチ３４は、ＩＰルータ３８と各マイクロ・セル３０_１および３０_２との間の接続を行う。ＩＰルータ３８は、イーサネット（登録商標）スイッチ３４とＷＡＮ２６の間でＩＰパケットのルーティングを行う。ＷＡＮ２６内の第１のＩＰトンネル４０は、ＵＭＴＳネットワーク１２のＧＧＳＮ２４とＩＰルータ３８との間でパケットを搬送する。このようにして、装置１６などの移動通信装置は、マイクロ・セル３０_１などのマイクロ・セルにアクセスできるようになると、ＬＡＮ３６を介してＷＡＮ２６までの高速データ接続を確立し、ＷＡＮ内のサーバ２８がリンク４２を介して情報をダウンロードできるようにすることができる。

各マイクロ・セルを構成する無線アクセス・ノード３２は、移動通信装置１６との無線パケット通信を促進するのに必要な様々なプロトコルを保持するプロトコル・スタック４４を含む。例示した実施形態では、プロトコル・スタック４４は、関連するイーサネット（登録商標）インタフェース（ｅｔｈｅｒＩｔｆ）４７を有するアップリンク・インタフェース（ＵＵ−ＵＥｓｉｄｅ）４６を含む。アップリンク・インタフェース４６の他に、プロトコル・スタック４４は、ダウンリンク・インタフェース（ＵＵ−ＮＢｓｉｄｅ）４８も含む。

無線アクセス・ノード１４と無線アクセス・ノード３２との間のデータ通信のシームレスな移行を容易にするためには、一般に、移動通信装置１６がマイクロ・セルにアクセスした直後に、無線アクセス・ノード３２とＳＧＳＮ２２との間でシグナリング情報の交換を行わなければならない。シグナリング情報を交換することにより、ＳＧＳＮ２２は、無線アクセス・ノード３２を制御することが可能になり、特に、無線アクセス・ノードへのアクセスを求めている移動通信装置１６の認可および認証を制御することが可能になる。マイクロ・セル（無線アクセス・ノード）３２およびマクロ・セル（無線アクセス・ノード）１４の制御に関しては、ＳＧＳＮ２２は、コードおよび電力設定を割り当てて、移動通信装置１６がマクロ・セルおよびマイクロ・セルと同時に通信できるようにする。従来は、有線ＡＴＭバック・ホール・リンク（図示せず）によって、各無線アクセス・ノード３２とＳＧＳＮ２との間のシグナリング経路を形成していた。このようなバック・ホール・リンクは、有効ではあるが、展開および維持に費用がかかり、最終的に運用コスト面で無線ＬＡＮのアクセス・ポイント（図示せず）に比べてマイクロ・セル３０_１および３０_２の方が劣る結果となる。

本発明の原理によれば、無線アクセス・ノード３２とＳＧＳＮ２との間のシグナリング情報の交換は、無線アクセス・ノード３２と１４との間に延びるＵＭＴＳ無線トンネル（チャネル）５０を介して行われる。ＵＭＴＳ無線チャネル５０は、無線アクセス・ノード３２がＳＧＳＮ２とシグナリング情報を交換することを可能にする仮想接続を提供し、これにより有線リンクが不要となり、それに伴うコスト面の不利も解消される。個々のマイクロ・セルごとにシグナリング情報を搬送するための別個の無線チャネルを利用するのではなく、１つのＵＭＴＳ無線トンネルで、マイクロ・セルと無線アクセス・ノード１４の間を通る全てのＵＭＴＳシグナリング・メッセージをカプセル化することができる。実際には、各無線アクセス・ノード３２は、比較的低速でシグナリング情報を伝送し、無線アクセス・ノード１４における干渉はほとんど生じない。

各移動装置１６ならびに各無線アクセス・ノード１４における干渉を低減する、または実質的に解消するために、移動通信装置１６または無線アクセス・ノード１４および３２の一方など、同一のソースでは、音声／データ・シグナリングに対して異なるチャネルを使用し、異なるチャネル化コードを使用するが、スクランブル・コードは同じものを使用する。異なるソースでは、異なるスクランブル・コードを使用する。通常は、装置１６などの各移動通信装置は、アップリンクの音声およびデータに対して異なる無線チャネル（すなわちＣＤＭＡの異なる直交チャネル化コード）を使用することにより、無線アクセス・ノード１４および３２で干渉が起きる可能性を実質的に解消している。装置１６などの各移動通信装置は、ダウンリンク・モードの間に、異なるスクランブル・コードを用いて無線アクセス・ノード１４および３２から信号を受信するので、装置１６における信号パワーが互いに接近している場合には、２つの信号の間の干渉は小さい。

マイクロ・セル３０_１および３０_２を備えた通信システム１０は、無線トンネル５０を用いてマイクロ・セルとＲＮＣ１８の間のシグナリング情報の通信を行うことにより、またマクロ・セル（無線アクセス・ノード）１４とマイクロ・セルの間で音声トラフィックとデータ・トラフィックを分離することにより、低コスト・アクセスを可能にする。

従って、上記は、低コストで改善されたアクセスを提供する通信システムについて述べたものである。

本発明の原理の好ましい実施形態による無線通信ネットワークを示す概略ブロック図である。

Claims (12)

1. 第１の無線リンクを介して移動通信装置との間で音声およびデータの両方を通信する少なくとも１つのマクロ・セルと、前記マクロ・セルより有効領域が小さく、且つユーザあたりの容量が大きい、第２の無線通信リンクを介して前記移動通信装置との間でデータを通信する少なくとも１つのマイクロ・セルとを有するネットワークにおいて無線通信を行う方法であって、
   前記移動通信装置による前記少なくとも１つのマイクロ・セルに対するアクセスに応答して、前記少なくとも１つのマイクロ・セルと前記少なくとも１つのマクロ・セルとの間で直接、第３の無線チャネルを介してシグナリング情報を通信するステップと、
   前記シグナリング情報に応じて前記少なくとも１つのマイクロ・セルへのアクセスを要求している移動通信装置の認可および認証を制御するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記マイクロ・セルへのアクセスを要求している移動通信装置の認可および認証を制御するステップが、前記移動通信装置による前記マイクロ・セルへのアクセスを管理するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第３の無線チャネルを介してシグナリング情報を通信するステップが、各移動通信装置からのシグナリング情報を別個に通信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第３の無線チャネルを介してシグナリング情報を通信するステップが、複数の移動通信装置からのシグナリング情報を共通のパケットにカプセル化するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記移動通信装置にコードおよび電力設定を割り当てて、前記移動通信装置がマクロ・セルおよびマイクロ・セルと同時に通信できるようにするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 第１の無線リンクを介して移動通信装置との間で音声およびデータの両方を通信する少なくとも１つのマクロ・セルと、
   前記マクロ・セルより有効領域が小さく、且つユーザあたりの容量が大きい、第２の無線通信リンクを介して前記移動通信装置との間でデータを通信する少なくとも１つのマイクロ・セルと、
   少なくとも前記少なくとも１つのマクロ・セルの動作を制御する制御要素と、
   前記移動通信装置による前記少なくとも１つのマイクロ・セルに対するアクセスに応答して、前記少なくとも１つのマイクロ・セルと前記少なくとも１つのマクロ・セルとの間で直接、シグナリング情報を通信し、前記制御要素がマイクロ・セルへのアクセスを要求している移動通信装置の認可および認証も制御できるようにする第３の無線チャネルと、
   を含むことを特徴とする無線通信システム。
7. 前記制御要素が、サービング汎用パケット無線サービス・ノード（ＳＧＳＮ）を含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記制御要素が、移動通信装置によるマイクロ・セルへのアクセスを管理する、請求項６に記載のシステム。
9. 各マイクロ・セルが、各移動通信装置からのシグナリング情報を前記第３の無線チャネルを介して通信する、請求項６に記載のシステム。
10. 複数のマイクロ・セルそれぞれのシグナリング情報が共通のパケットにカプセル化されて、第３の無線通信チャネルを介して通信される、請求項６に記載のシステム。
11. 前記制御要素が、前記移動通信装置にコードおよび電力設定を割り当てて、前記移動通信装置がマクロ・セルおよびマイクロ・セルと同時に通信できるようにする、請求項６に記載のシステム。
12. 前記制御要素が、
    ゲートウェイ汎用パケット無線サービス・サービング・ノード（ＧＧＳＮ）と、
    前記ゲートウェイ汎用パケット無線サービス・サービング・ノード（ＧＧＳＮ）をインターネット・プロトコル・ゲートウェイに接続するためのインターネット・プロトコル・トンネルと、
    をさらに含む、請求項７に記載のシステム。

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