JP5383383B2 - 信号中継装置および信号中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯無線通信システムのアクセス回線において、基地局とコア網との間で送受信される制御信号を中継する信号中継装置および信号中継方法に関する。

従来の携帯無線通信システムでは、移動機からの呼の設定要求信号（以下、呼設定要求と記載する）は、無線基地局を経由してコア網に送信され、コア網では、受信した呼設定要求にて要求された呼のサービス種別およびこのサービスの所要帯域に基づいたリソース割り当てを行い、コア網内のリソースが獲得できた段階で、コア網は、基地局制御装置もしくは無線基地局（基地局制御装置機能を有する無線基地局）に対して無線回線の設定を要求する。この要求（コア網から無線回線の設定要求）を受けた基地局制御装置もしくは無線基地局は、移動機に対して無線回線の設定を要求する信号を送信し、移動機との間で無線回線が設定できた場合、コア網に対して応答信号を返送する。このような一連の制御を行うことにより、移動機が要求したサービス種別に対応する情報を伝送するための回線が確立される。

上記のような制御手順は、下記非特許文献１において詳しく説明されている。下記非特許文献１の記載によれば、移動機から呼設定要求を受信したコア網は、基地局制御装置に対してＲＡＢ(Radio Access Bearer) Assignment Request信号（以下、ＲＡＢ割当要求と記載する）を送信し、このＲＡＢ割当要求を受信した基地局制御装置は、配下の基地局および移動機に対して無線回線の設定を要求し、無線回線が設定できた段階で、ＲＡＢ割当要求に対する応答信号（ＲＡＢ Assignment Response，以下、ＲＡＢ割当応答と記載する）をコア網に送信する。このＲＡＢ割当要求／応答シーケンスが完了すると、移動機とコア網との間のユーザデータの伝送チャネルが確立する。

3GPP TS25.413 「UTRAN Iu Interface RANAP signalling」

近年、基地局とコア網とを接続するアクセス回線において無線通信を利用して実現する携帯無線通信システムについての検討が盛んに行われるようになってきている。しかしながら、このような、アクセス回線で無線通信を利用する携帯無線通信システムに対しては、上記従来の制御手順を適用することができない、という問題があった。すなわち、従来は、移動機と基地局との間の無線回線の設定可否で（ＲＡＢ割当応答を受信したかどうかで）、コア網では呼の受付が判断できていたが、アクセス回線で無線通信を利用する携帯無線通信システムの場合、アクセス回線での無線通信用に確保される無線帯域が可変で、かつ無線帯域がアクセス回線内で管理されているので、コア網は、移動機から要求されている帯域をアクセス回線内で確保できているかどうかがわからない。たとえば、基地局と移動機との間の無線通信用に割り当てられた帯域と比較して、この基地局とコア網との通信用に割り当てられた、アクセス回線内の無線通信帯域が狭い場合、移動機から要求された帯域を提供できていないこととなる。このように、アクセス回線で無線通信を利用する携帯無線通信システムに対して従来の制御手順を適用した場合、コア網で呼の受付が判断できない。または、要求されたサービスを安定して提供することができなくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アクセス回線で無線通信を利用するように構成された携帯無線通信システムにおいても移動機が要求する帯域を確保した通信を実現する信号中継装置および信号中継方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線区間を含んだアクセス回線によりコア網と基地局とを接続した携帯無線通信システムにおいて、前記基地局と前記無線区間との間で信号を中継する信号中継装置であって、移動機からの通信開始要求に応じて前記コア網から送信された、当該移動機とこの移動機を収容している基地局との間の無線回線設定を要求する信号（回線設定要求メッセージ）を受信した場合、当該回線設定要求メッセージに基づいて、前記無線区間で使用中の帯域を変更する必要があるかどうか判断し、変更が必要な場合には、前記無線区間の帯域制御を行う中継無線コア網に対し、前記無線区間で使用中の帯域を変更するように要求することを特徴とする。

本発明によれば、回線設定要求メッセージの内容に応じてアクセス回線内の無線区間の帯域幅を変更するような制御動作を実行するので、アクセス回線で無線通信を利用するように構成された携帯無線通信システムにおいて、移動機の要求に応じた帯域を確保した通信を実現できる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる信号中継装置を利用した携帯無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、アダプタの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる信号中継装置および信号中継方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる信号中継装置を利用した携帯無線通信システム（以下、無線通信システムと記載する）の構成例を示す図である。この無線通信システムは、携帯コア網１、接続装置２、中継無線コア網３、複数の中継無線親局４、複数の中継無線子局５、複数のアダプタ６、複数の携帯基地局７および複数の携帯移動機（以下、移動機と記載する）８を含む。携帯無線網は、携帯コア網１および複数の携帯基地局７とこれらを接続するアクセス回線とにより構成されている。中継無線親局４と中継無線子局５は中継無線回線を介して通信する。また、携帯基地局７と移動機８は携帯無線回線を介して通信する。

上記構成の無線通信システムにおいて、移動機８の位置管理や移動機８に対する呼の受付制御は携帯コア網１が行う。中継無線網は、携帯無線網のアクセス回線として使用され、携帯基地局７と携帯コア網１との間に位置する。すなわち、中継無線網は、アダプタ６、中継無線子局５、中継無線親局４、中継無線コア網３および接続装置２を含む。携帯コア網１から移動機８に向けた信号は接続装置２を介して中継無線コア網３に送られ、さらに、中継無線親局４に有線回線で伝送され、中継無線親局４から中継無線子局５に中継無線回線で伝送される。中継無線子局５と携帯基地局７は、本発明にかかる信号中継装置に相当するアダプタ６を介して有線接続されており、中継無線子局５が中継無線回線経由で受信した携帯コア網１からの信号は、アダプタ６を経由して携帯基地局７に送られ、携帯無線回線経由で移動機８に送信される。逆に、移動機８から携帯コア網１への信号は、携帯無線回線経由で携帯基地局７に送信され、携帯基地局７からアダプタ６を経由して中継無線子局５に送られる。さらに、中継無線子局５から中継無線親局４へは中継無線回線を介して伝送され、中継無線コア網３および接続装置２を経由して携帯コア網１に送られる。

ここで、中継無線子局５と中継無線親局４との間の中継無線回線のコネクション設定の可否ならびに無線帯域の管理は中継無線網内で管理される。このため、携帯無線網と中継無線網は独立に動作する無線通信システムということができる。

したがって、上記構成の通信システムにおいては、移動機８からの通信の要求があった場合、特殊な制御を行う必要がある。すなわち、移動機８から通信の要求があると、携帯基地局７は携帯コア網１に対して接続要求メッセージを送信し、これを受けた携帯コア網１は、携帯基地局７に対して携帯無線網側の無線回線（通信要求を行った移動機８との間の携帯無線回線）の設定要求を行うが、移動機８が通信を開始すると中継無線回線に新たに制御信号以外のユーザデータのトラヒックが加わることになるので、中継無線回線の帯域が制御信号トラヒックとユーザデータの総和を転送できる帯域であれば、そのまま中継無線回線を維持し、一方、総和が転送できない帯域の場合（帯域が不足している場合）には、中継無線回線の帯域を増加させるか、移動機８からの接続を拒否するように制御する必要がある。

このため、アダプタ６は、携帯基地局７と携帯コア網１との間で送受信される制御信号を単に転送するのではなく、転送する制御信号のうち、携帯コア網１からの無線回線（携帯無線回線）の設定要求信号（設定要求メッセージ）を抜き取り、この設定要求信号に含まれている情報に基づいて中継無線回線の帯域の過不足を判断し、充足している場合に、携帯基地局７に無線回線の設定要求信号を転送する。一方、不足している場合には、無線回線の設定要求に対する応答信号を生成し、この応答信号を携帯コア網１へ送信することにより無線設定を拒否する。なお、無線設定を拒否する応答信号を返送した場合、抜き取った無線回線の設定要求信号は携帯基地局７には転送せずに破棄する。

図２は、アダプタ６の構成例（機能ブロック構成例）を示す図である。図示したように、アダプタ６は、メッセージ送受信部６０、メッセージ抽出部６１、メッセージ転送部６２、帯域変更要求部６３、メッセージ解析部６４、メッセージ生成部６５および所要帯域判定部６６を備えている。

アダプタ６において、メッセージ送受信部６０は、携帯コア網１から移動機８または携帯基地局７に対する制御信号、および移動機８または携帯基地局７から携帯コア網１に対する制御信号を送受信する。メッセージ抽出部６１は、メッセージ送受信部６０が受信した制御信号の中から特定の制御メッセージを抽出する。メッセージ転送部６２は、メッセージ送受信部６０に対して、移動機８または携帯基地局７へ送信するメッセージを出力する。帯域変更要求部６３は、自装置（アダプタ６）経由で送受信する信号が伝送される中継無線回線の帯域変更を中継無線コア網３に対して要求する。メッセージ解析部６４は、メッセージ抽出部６１で抽出された制御メッセージを解析する。メッセージ生成部６５は、メッセージ解析部６４での解析結果に基づいて、メッセージ送受信部６０が送信する制御メッセージを生成する。所要帯域判定部６６は、メッセージ解析部６４での解析結果に基づいて、自装置（アダプタ６）経由で送受信する信号が伝送される中継無線回線の帯域が所要帯域を満たしているかどうか判定する。

つづいて、アダプタ６の詳細動作について説明する。なお、アダプタ６はユーザデータを受信した場合、一般的な転送動作（単純な中継動作）を実行する。そのため、ここではアダプタ６が実行する特徴的な動作である制御信号（制御メッセージ）の送受信動作について説明する。

メッセージ送受信部６０は、携帯基地局７または移動機８から携帯コア網１に向けた制御信号（上り制御信号）を受信した場合、そのまま転送する。一方、携帯コア網１から携帯基地局７または移動機８に向けて送信された制御信号（下り制御信号）を受信した場合には、受信した下り制御信号をメッセージ抽出部６１へ引き渡す。メッセージ抽出部６１は、メッセージ送受信部６０から下り制御信号を受け取ると、それが回線設定要求メッセージかどうかを確認し、回線設定要求メッセージであればメッセージ解析部６４に引き渡す。一方、回線設定要求メッセージでなければ、メッセージ転送部６２に引き渡す。メッセージ抽出部６１からメッセージ転送部６２に引き渡された制御信号は、さらにメッセージ送受信部６０に引き渡され、メッセージ送受信部６０から移動機８に向けて送信される。

メッセージ解析部６４は、メッセージ抽出部６１から回線設定要求メッセージを受け取ると、それを解析し、メッセージ内のサービス種別および所要帯域を示すデータを所要帯域判定部６６に引き渡す。

メッセージ解析部６４からサービス種別および所要帯域の情報を受け取った場合、所要帯域判定部６６は、受け取った情報に基づいて、現状の中継無線回線の帯域幅での収容可能性（サービス提供の可否）の判定を行い、収容可能であれば、メッセージ解析部６４に対してメッセージ転送を指示する。メッセージ転送を指示されたメッセージ解析部６４は、先にメッセージ抽出部６１から受け取った回線設定要求メッセージをメッセージ転送部６２に引渡す。メッセージ解析部６４からメッセージ転送部６２に引き渡された回線設定要求メッセージは、さらにメッセージ送受信部６０に引き渡され、メッセージ送受信部６０から移動機８に向けて送信される。

これに対して、所要帯域判定部６６は、上記判定の結果、現状の中継無線回線の帯域幅での収容ができないと判断した場合には、帯域変更要求部６３に対して、中継無線子局５に割り当てられている帯域を変更するように指示を行う。このとき、所要帯域判定部６６は、追加すべき帯域幅または変更後の帯域幅も同時に通知する。所要帯域判定部６６から帯域の変更指示を受けた帯域変更要求部６３は、指示内容に従い、中継無線子局５に対して帯域変更を要求する。その後、帯域変更要求部６３は、中継無線子局５による帯域変更動作が終了して帯域変更の結果を中継無線子局５から受け取ると、受け取った結果を所要帯域判定部６６に通知する。この通知内容が、帯域追加が成功したことを示している場合、所要帯域判定部６６は、上記の「現状の中継無線回線の帯域幅での収容が可能な場合」と同様に、メッセージ解析部６４にメッセージ転送を指示する。一方、帯域変更要求部６３からの通知内容が、帯域追加に失敗したことを示している場合には、メッセージ解析部６４にメッセージの破棄を指示するとともに回線設定応答メッセージの生成を指示する。メッセージの破棄および回線設定応答メッセージの生成を指示された場合、メッセージ解析部６４は、メッセージ生成部６５に対して、回線設定応答メッセージを生成するように指示する。この指示を受けたメッセージ生成部６５は、回線設定応答メッセージを作成し、当該メッセージをメッセージ転送部６２に引渡す。メッセージ転送部６２に引き渡された回線設定応答メッセージは、さらにメッセージ送受信部６０に引き渡され、メッセージ送受信部６０から中継無線子局５に送信される。なお、上記の場合にメッセージ生成部６５が生成する回線設定応答メッセージの内容は、無線設定を拒否する（携帯無線回線の設定要求を拒否する）旨を示すものである。

このように、アダプタ６が、中継無線回線の帯域の変更もしくは追加を行うように制御することで、中継無線回線の帯域を有効に利用することが可能となる。

なお、上記の動作例では、中継無線子局５に対して帯域変更の要求を行うようにしているが、新規に移動機８が要求しているサービス種別に応じて、中継無線子局５に対して当該サービスに必要な帯域を持つ新規コネクションの設定を要求してもよい。そして、中継無線親局４と中継無線子局５との間で当該帯域の新規コネクションの設定に失敗した場合に、上記と同様に携帯コア網１からの回線設定要求メッセージを破棄するとともに、設定失敗の情報を含んだ回線設定応答メッセージを生成して携帯コア網１宛に送信する方法をとってもよい。

以上のように、本実施の形態にかかる無線通信システムにおいて、中継無線子局と携帯基地局との間で各種信号を中継するアダプタは、携帯コア網から送信された制御信号を中継する際、それが携帯無線回線の設定要求であれば、その内容を解析し、解析結果に応じて、アクセス回線を構成している無線区間（中継無線回線）の帯域幅を変更するための制御動作を実行することとした。これにより、アクセス回線で無線通信を利用するように構成された携帯無線通信システムにおいても、移動機の要求に応じた帯域を確保した通信を実現できる。

以上のように、本発明にかかる信号中継装置および信号中継方法は、携帯無線通信システムに有用であり、特に、アクセス回線として無線回線を適用した携帯無線通信システムにおいて、無線回線の帯域幅を制御しつつアクセス回線の中継無線子局と携帯基地局との間で制御信号を中継する通信装置に適している。

１ 携帯コア網
２ 接続装置
３ 中継無線コア網
４ 中継無線親局
５ 中継無線子局
６ アダプタ
７ 携帯基地局
８ 携帯移動機
６０ メッセージ送受信部
６１ メッセージ抽出部
６２ メッセージ転送部
６３ 帯域変更要求部
６４ メッセージ解析部
６５ メッセージ生成部
６６ 所要帯域判定部

Claims (12)

1. 無線区間を含んだアクセス回線によりコア網と基地局とを接続した携帯無線通信システムにおいて、前記基地局と前記無線区間との間で信号を中継する信号中継装置であって、
   移動機からの通信開始要求に応じて前記コア網から送信された、当該移動機とこの移動機を収容している基地局との間の無線回線設定を要求する信号（回線設定要求メッセージ）を受信した場合、当該回線設定要求メッセージに基づいて、前記無線区間で使用中の帯域を変更する必要があるかどうか判断し、変更が必要な場合には、前記無線区間の帯域制御を行う中継無線コア網に対し、前記無線区間で使用中の帯域を変更するように要求する
   ことを特徴とする信号中継装置。
2. 前記回線設定要求メッセージを受信信号から抽出するメッセージ抽出手段と、
   前記抽出された回線設定要求メッセージを解析するメッセージ解析手段と、
   前記メッセージ解析手段による解析結果が示している要求帯域を、前記無線区間で使用中の帯域内に収容できるかどうか判定する所要帯域判定手段と、
   前記所要帯域判定手段による判定結果が「収容できない」である場合に、前記中継無線コア網に対し、前記無線区間で使用中の帯域を拡張するように要求する帯域変更要求手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の信号中継装置。
3. 前記回線設定要求メッセージを受信信号から抽出するメッセージ抽出手段と、
   前記抽出された回線設定要求メッセージを解析するメッセージ解析手段と、
   前記メッセージ解析手段による解析結果が示している要求帯域を、前記無線区間で使用中の帯域内に収容できるかどうか判定する所要帯域判定手段と、
   前記所要帯域判定手段による判定結果が「収容できない」である場合に、前記中継無線コア網に対し、前記要求帯域を収容するための帯域を新たに割り当てるように要求する帯域変更要求手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の信号中継装置。
4. 前記抽出された回線設定要求メッセージを所定の条件を満たした場合に前記移動機へ転送するメッセージ転送手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の信号中継装置。
5. 前記メッセージ転送手段は、
   前記所要帯域判定手段による判定結果が「収容できる」である場合、前記回線設定要求メッセージを前記移動機へただちに転送する
   ことを特徴とする請求項４に記載の信号中継装置。
6. 前記メッセージ転送手段は、
   前記所要帯域判定手段による判定結果が「収容できない」である場合、前記中継無線コア網が前記帯域変更要求手段による要求に従った動作を実行したことを検出後、前記回線設定要求メッセージを前記移動機へ転送する
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の信号中継装置。
7. 前記帯域変更要求手段による要求に従った動作を前記中継無線コア網が実行しなかったことを検出した場合に、前記回線設定要求メッセージに応じられない旨を前記コア網に通知するために送信する応答メッセージを生成するメッセージ生成手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の信号中継装置。
8. 無線区間を含んだアクセス回線によりコア網と基地局とを接続した携帯無線通信システムにおいて、前記基地局と前記無線区間との間で信号を中継する信号中継装置が実行する信号中継方法であって、
   移動機とこの移動機を収容している基地局との間の無線回線設定を要求する信号である回線設定要求メッセージを受信信号から抽出するメッセージ抽出ステップと、
   前記抽出した回線設定要求メッセージを解析するメッセージ解析ステップと、
   前記メッセージ解析ステップでの解析結果が示している要求帯域を、前記無線区間で使用中の帯域内に収容できるかどうか判定する所要帯域判定ステップと、
   前記所要帯域判定ステップでの判定結果が「収容できない」である場合に、前記無線区間の帯域制御を行う中継無線コア網に対し、前記無線区間で使用中の帯域を拡張するように要求する帯域変更要求ステップと、
   所定の条件を満たした場合に、前記抽出した回線設定要求メッセージを前記移動機へ送信するメッセージ送信ステップと、
   を含むことを特徴とする信号中継方法。
9. 無線区間を含んだアクセス回線によりコア網と基地局とを接続した携帯無線通信システムにおいて、前記基地局と前記無線区間との間で信号を中継する信号中継装置が実行する信号中継方法であって、
   移動機とこの移動機を収容している基地局との間の無線回線設定を要求する信号である回線設定要求メッセージを受信信号から抽出するメッセージ抽出ステップと、
   前記抽出した回線設定要求メッセージを解析するメッセージ解析ステップと、
   前記メッセージ解析ステップでの解析結果が示している要求帯域を、前記無線区間で使用中の帯域内に収容できるかどうか判定する所要帯域判定ステップと、
   前記所要帯域判定ステップでの判定結果が「収容できない」である場合に、前記無線区間の帯域制御を行う中継無線コア網に対し、前記要求帯域を収容するための帯域を新たに割り当てるように要求する帯域割当要求ステップと、
   所定の条件を満たした場合に、前記抽出した回線設定要求メッセージを前記移動機へ送信するメッセージ送信ステップと、
   を含むことを特徴とする信号中継方法。
10. 前記メッセージ送信ステップでは、
    前記所要帯域判定ステップでの判定結果が「収容できる」である場合に前記回線設定要求メッセージを前記移動機へただちに転送する
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の信号中継方法。
11. 前記メッセージ送信ステップでは、
    前記所要帯域判定ステップでの判定結果が「収容できない」である場合、前記中継無線コア網が前記帯域変更要求ステップでの要求に従った動作を実行したかどうかを確認し、実行したことを確認した場合に前記回線設定要求メッセージを前記移動機へ転送する
    ことを特徴とする請求項８、９または１０に記載の信号中継方法。
12. 前記メッセージ送信ステップでは、
    前記所要帯域判定ステップでの判定結果が「収容できない」である場合、前記中継無線コア網が前記帯域変更要求ステップでの要求に従った動作を実行したかどうかを確認し、実行しなかったことを確認した場合、前記回線設定要求メッセージに応じられない旨を示す応答メッセージを生成して返送する
    ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の信号中継方法。

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