JP5568152B2 - セルラ通信システムの基地局 - Google Patents

Description

本発明は、セルラ通信システムにおいて使用する基地局に関し、特に、フェムトセル基地局として使用する基地局に関する。従来のセルラ通信システムは、各々がシステムの全体の有効範囲領域の一部に対応する複数の基地局を含む。それらの領域はセルと呼ばれる。各基地局は、一般には有線接続を介して、システムのコアネットワークに接続される。１つのセルにおいて場所が特定される無線通信デバイスのユーザは、関連する基地局との無線通信を確立でき、トラフィックは、有線接続を介してコアネットワークに渡され、コアネットワークにおいて必要に応じてルーティングされる。

セルラ通信システムの容量を増加するために、フェムトセル基地局が追加で提供されることが提案されている。フェムトセル基地局がモバイルネットワークオペレータの顧客により購入され、例えば家又は相対的な小さなオフィスである顧客の敷地内に設置されることが提案されている。フェムトセル基地局は、顧客の既存のブロードバンドインターネット接続を介してセルラ通信システムのコアネットワークに接続される。この場合、適切に登録された無線通信デバイスの場所が基地局の相対的に小さな有効範囲領域内（この領域はフェムトセルと呼ばれる）で特定される場合、その無線通信デバイス（例えば、顧客自身の従来のセルラ無線通信デバイスであってもよい）のユーザは、関連するフェムトセル基地局との無線通信を確立でき、トラフィックは、ブロードバンドインターネット接続を介してコアネットワークに渡され、コアネットワークにおいて必要に応じてルーティングされる。

場合によっては、ある特定の動作は、相対的に多くのメッセージが従来のセルラ通信システムにおいても基地局とコアネットワークとの間で転送されることを必要とすることが周知である。更に、上述のようにフェムトセル基地局の使用の際、登録された無線通信デバイスからインターネットに接続されたデバイスにアップロードされることが意図されるトラフィック又はインターネットに接続されたデバイスから登録された無線通信デバイスにダウンロードされることが意図されるトラフィックは、セルラ通信システムのコアネットワークを介して渡されるため、コアネットワークに追加の負担をかけることになる。

本発明の第１の面によると、基地局が移動デバイスから送出されるネットワークに宛てたメッセージを終端する及び／又は調べることを可能にし、且つ／又は基地局がネットワークから送出される移動デバイスに宛てたメッセージを終端する及び／又は調べることを可能にするソフトウェアを有する基地局が提供される。

これは、状況によっては基地局とネットワークとの間で転送されるメッセージ数が低減されるという利点を有する。更に、基地局のオペレータは追加のサービスをユーザに提供できる。

本発明を更に理解できるように及び本発明の実施方法を示すために、一例として添付の図面を参照する。
セルラ無線通信ネットワークの一部を示すブロック図である。 図１に示されるネットワークの一部の機能性アーキテクチャを示す図である。 本発明の一実施形態において、図２に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示すプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図２に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 別の実施形態において、図１に示されるネットワークの一部の機能性アーキテクチャを示す図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示すプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 本発明の一実施形態において、図５に示されるネットワークの一部におけるノードに対して動作するソフトウェアを示す更なるプロトコルスタック図である。 本発明の１つの面に係る方法を示す図である。

図１は、本発明の１つの面に係るセルラ無線通信ネットワークの一部を示す。特に図１は、セルラ無線通信ネットワークのコアネットワーク（ＣＮ）１０及び無線ネットワーク（ＲＮ）１２を示す。これらは、一般に従来のものであり、本明細書においては本発明を理解するのに必要な限定された範囲内のみで示され且つ説明される。

従って、コアネットワーク１０は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）（不図示）及びパケットデータネットワーク、例えばインターネット１４への接続を有する。無線ネットワーク１２は、例えば一般に従来のものであるＧＳＭ無線ネットワーク及び／又はＵＭＴＳ無線ネットワークを含んでもよい。図１に示すように、無線ネットワーク１２は自身に接続される基地局（ＢＳ）１６を有する。当業者には認識されるように、一般的な無線ネットワーク１２は自身に接続されるそのような基地局を多く有する。それらの基地局は、加入者がサービスを利用できるように各地理的領域又はセルにわたり有効範囲を提供する。多くの場合、意図されるサービス領域全体に対して有効範囲を共に提供する基地局のグループが存在する一方で、他の基地局は、意図されるサービス領域内のより小さな領域、特にサービスに対する需要がより多いと予想されるより小さな領域に対して追加の有効範囲を提供する。第１のグループの基地局により対応されるセルがマクロセルと呼ばれる一方で、追加の基地局により対応されるより小さな領域はマイクロセルと呼ばれる。

図１は、例えば単一の家又はオフィスビル内の非常に小さな領域にわたり有効範囲を提供するために使用される追加の基地局１８を更に示す。これは、フェムトセル基地局（ＦＢＳ）と呼ばれる。フェムトセル基地局１８は、顧客の既存のブロードバンドインターネット接続２０によりインターネット１４を介してモバイルネットワークオペレータのコアネットワーク１０に接続される。従って、任意の他の移動電話が基地局１６等のモバイルネットワークオペレータのネットワークの他の基地局のうちの１つを介する接続を確立するのと同様に、従来の移動電話２２のユーザは別のデバイスに対してフェムトセル基地局１８を介する接続を確立できる。

上述のように、マクロセル基地局がフェムトセル基地局１８の場所及び移動電話２２の場所を含む意図されるサービス領域全体に対して有効範囲を提供する一方で、それはフェムトセル基地局１８の有効範囲領域にある。しかし、ネットワークは、フェムトセル基地局１８に登録可能な移動デバイスがフェムトセル基地局１８の有効範囲領域内にある時に、移動デバイスが好ましくはマクロ層基地局１６ではなくフェムトセル基地局１８との接続を確立するように構成される。

図２は、図１に示されるネットワークの一部の機能性アーキテクチャを示す。特に、Ｕｕ無線インタフェースを介するフェムトセル基地局（ＦＢＳ）１８への接続を有する移動電話又はユーザ機器（ＵＥ）２２が示される。必要に応じてＰＯＴＳ又はＳＩＰインタフェースを介して接続可能なＰＯＴＳ又はＳＩＰ電話２６、あるいはＩＰ、ＵＳＢ、ＷｉＦｉ又はイーサネット(登録商標)接続を介して接続可能なＰＣ２８等の他のデバイスもＦＢＳ１８に接続するために使用可能である。

ＦＢＳ１８は、従来のようにＳＩＭカードの形態をとるＵＳＩＭ３０を含むか、あるいは任意の取り外し可能なモジュール又は取り外し不可能なモジュールに必要なデータを含むことができる。ＵＳＩＭ３０は、自身が移動デバイスであるかのようにＦＢＳ１８がモバイルネットワークオペレータのコアネットワークに対して自身を識別することを可能にし、適切な許可及び暗号化機能性を提供する。

ＦＢＳ１８は、汎用ＩＰアクセスネットワーク１４を介するインターネット３１への接続を有する。

この場合、ＦＢＳ１８は、バックホールに対してＵＭＡ（アンライセンスドモバイルアクセス）プロトコルを使用し、汎用ＩＰアクセスネットワーク１４を介する３Ｇ Ｌ−ＧＡＮＣ（汎用アクセスネットワークコントローラ）３２へのＵｐ’インタフェースを有する。

ＦＢＳ１８は、汎用ＩＰアクセスネットワーク１４を介し且つ汎用アクセスネットワークコントローラ３２のセキュリティゲートウェイ３４を通る管理システム（ＭＳ）３６へのＺｚインタフェースを更に確立できる。管理システム３６は、モバイルネットワークオペレータにより動作され、ネットワーク内のＦＢＳ１８等のフェムトセル基地局の動作をサポートする。

３Ｇ Ｌ−ＧＡＮＣ（汎用アクセスネットワークコントローラ）３２は、モバイルネットワークオペレータのコアネットワーク１０に接続される。ネットワークは、３Ｇ規格に規定されるホーム公衆陸上移動通信網（ＨＰＬＭＮ）又は訪問公衆陸上移動通信網（ＶＰＬＭＮ）であってもよい。この図示される例において、ネットワークは、ＧＡＮＣ３２がＩｕ−ＣＳインタフェースを確立してもよい回線交換データのための移動交換センタ（ＭＳＣ）３８と、ＧＡＮＣ３２がＩｕ−ＰＳインタフェースを確立してもよいパケット交換データのためのサービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）４０との双方を含む。

図３は、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ２２、ＦＢＳ１８、ＩＰアクセスネットワーク１４のノード、３Ｇ Ｌ−ＧＡＮＣ３２及びＭＳＣ３８に提供される回線交換ドメイン制御プレーンプロトコルスタックを示す。

周知のように、ＷＣＤＭＡプロトコル構造は、アクセス層（ＡＳ）及び非アクセス層（ＮＡＳ）に垂直に分割される。アクセス層（ＡＳ）は、レイヤ１（Ｌ１）プロトコル、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及び無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコルを含む。それらのプロトコルは、ＦＢＳ１８で終端し、ＩＰアクセスネットワーク１４を介するＧＡＮＣ３２への送信のために関連するＵＭＡプロトコル層に相互接続され、ＧＡＮＣ３２において、それらのプロトコルは再び終端し、ＭＳＣ３８への送信のために関連するプロトコルに相互接続されることが分かる。

これに対して、ＵＥ２２及びＭＳＣ３８は、例えば呼制御（ＣＣ）プロトコル、付加サービス（ＳＳ）プロトコル、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）プロトコル、移動管理（ＭＭ）プロトコル及び接続管理（ＣＭ）プロトコルを含んでもよい非アクセス層（ＮＡＳ）プロトコルを使用して互いに直接通信できる。

しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１８は、ＭＳＣ３８に宛てた非アクセス層のプロトコルのＵＥ２２からのメッセージを終端するソフトウェア４２を含み、ＵＥ２２に宛てた非アクセス層のプロトコルのＭＳＣ３８からのメッセージを終端するソフトウェア４４を更に含む。ＦＢＳ１８は、ソフトウェア４２とソフトウェア４４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア４６を更に含む。

従って、本発明の本実施形態及び他の実施形態において、ＦＢＳ１８のソフトウェアは、一方のＵｕインタフェースを介する無線通信と他方の３Ｇ Ｌ−ＧＡＮＣに対するＵＭＡプロトコルを使用する通信との間を相互接続するソフトウェアを含む。

しかし、ＦＢＳ１８のソフトウェアは、バックツーバックＮＡＳソフトウェアスタックを更に含む。これらのスタックにより、ＵＥから送出され且つ従来はＭＳＣにおいて受信されると予想されるＮＡＳプロトコル層のメッセージはＦＢＳ１８において終端可能になる。メッセージは、ＭＳＣへのオンワード送信のために同一形式で又は１つ以上のパラメータ値の変更を伴って再作成可能であるか、あるいはメッセージは、異なる方法で、例えばＭＳＣを通過せずにインターネットを介してメッセージを送信することにより処理可能である。同様に、ＦＢＳ１８のソフトウェアにより、ＭＳＣから送出され且つ従来はＵＥにおいて受信されると予想されるＮＡＳプロトコル層のメッセージはＦＢＳ１８において終端可能になる。メッセージは、ＵＥへのオンワード送信のために同一形式で又は１つ以上のパラメータ値の変更を伴って再作成可能であるか、あるいはメッセージは、異なる方法で処理可能である。

ＦＢＳ１８のソフトウェア４２、４４、４６の動作については、以下に更に詳細に説明する。

図４は、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ２２、ＦＢＳ１８、ＩＰアクセスネットワーク１４のノード、３Ｇ Ｌ−ＧＡＮＣ３２及びＳＧＳＮ４０に提供されるパケット交換ドメイン制御プレーンプロトコルスタックを示す。

上述と同様に、プロトコル構造は、アクセス層（ＡＳ）及び非アクセス層（ＮＡＳ）に垂直に分割され、アクセス層（ＡＳ）は、レイヤ１（Ｌ１）プロトコル、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及び無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコルを含む。それらのプロトコルは、ＦＢＳ１８で終端し、ＩＰアクセスネットワーク１４を介するＧＡＮＣ３２への送信のために関連するＵＭＡプロトコル層に相互接続され、ＧＡＮＣ３２において、それらのプロトコルは再び終端し、ＳＧＳＮ４０への送信のために関連するプロトコルに相互接続されることが分かる。

これに対して、ＵＥ２２及びＳＧＳＮ４０は、例えばＧＰＲＳ移動管理（ＧＭＭ）プロトコル、セッション管理（ＳＭ）プロトコル及びショートメッセージサービス（ＳＭＳ）プロトコルを含んでもよい非アクセス層（ＮＡＳ）プロトコルを使用して互いに直接通信できる。

しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１８は、ＳＧＳＮ４０に宛てた非アクセス層のプロトコルのＵＥ２２からのメッセージを終端するソフトウェア４８を含み、ＵＥ２２に宛てた非アクセス層のプロトコルのＳＧＳＮ４０からのメッセージを終端するソフトウェア５０を更に含む。ＦＢＳ１８は、ソフトウェア４８とソフトウェア５０との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア５２を更に含む。

従って、それらの実施形態において、ＦＢＳ１８は、ＵＥ２２が３Ｇ ＵＭＴＳネットワークで動作しているとＵＥ２２に信じさせるために関連するプロトコルをサポートする。ネットワークに対して、ＦＢＳ１８は、ＧＡＮＣ３２がＵＭＡクライアントと通信しているとＧＡＮＣ３２に信じさせるために及びＭＳＣ３８（又はＳＧＳＮ４０）が３Ｇ ＵＥと通信しているとＭＳＣ３８（又はＳＧＳＮ４０）に信じさせるためにＵＭＡプロトコルをサポートする。インテリジェント機能４６、５２は、３ＧスタックとＵＭＡスタックとの間で情報を透過的に渡すようにプログラム可能であり、例えば関連する３Ｇ ＵＥプロトコル（ＮＡＳ）がＦＢＳを介して３Ｇ ＭＳＣと透過的に通信するように中継する。あるいは、インテリジェント機能４６、５２は、必要に応じて全て又は一部のプロトコルを終端するようにプログラム可能である。終端したプロトコルは相互接続される。また、プロトコルを調べるようにインテリジェント機能４６、５２をプログラムすることが可能であり、同一プロトコルのいくつかの部分を中継し、他の部分を相互接続する。

図５は、別の実施形態において、図１に示されるネットワークの一部の機能性アーキテクチャを示す。特に、Ｕｕ無線インタフェースを介するフェムトセル基地局（ＦＢＳ）１１８への接続を有する移動電話又はユーザ機器（ＵＥ）１２２が示される。必要に応じてＰＯＴＳ又はＳＩＰインタフェースを介して接続可能なＰＯＴＳ又はＳＩＰ電話１２６、あるいはＩＰ、ＵＳＢ又はイーサネット(登録商標)接続を介して接続可能なＰＣ１２８等の他のデバイスもＦＢＳ１１８に接続するために使用可能である。

ＦＢＳ１１８は、従来のようにＳＩＭカードの形態をとるＵＳＩＭ１３０を含むか、あるいは任意の取り外し可能なモジュール又は取り外し不可能なモジュールに必要なデータを含むことができる。ＵＳＩＭ１３０は、自身が移動デバイスであるかのようにＦＢＳ１１８がモバイルネットワークオペレータのコアネットワークに対して自身を識別することを可能にし、適切な許可及び暗号化機能性を提供する。

ＦＢＳ１１８は、汎用ＩＰアクセスネットワーク１１４を介するインターネット１３１への接続を有する。

この場合、ＦＢＳ１１８は、３Ｇ ＲＮＣ（無線ネットワークコントローラ）１３２へのＩｕｂ’インタフェースと呼ばれる僅かに変更されたＩｕｂインタフェースを有する。

ＦＢＳ１１８は、汎用ＩＰアクセスネットワーク１１４を介し且つ無線ネットワークコントローラ１３２のセキュリティゲートウェイ１３４を通る管理システム（ＭＳ）１３６へのＺｚインタフェースを更に確立できる。管理システム１３６は、モバイルネットワークオペレータにより動作され、ネットワーク内のＦＢＳ１１８等のフェムトセル基地局の動作をサポートする。

無線ネットワークコントローラ１３２は、モバイルネットワークオペレータのコアネットワーク１１０に接続される。ネットワークは、３Ｇ規格に規定されるホーム公衆陸上移動通信網（ＨＰＬＭＮ）又は訪問公衆陸上移動通信網（ＶＰＬＭＮ）であってもよい。この図示される例において、ネットワークは、ＲＮＣ１３２がＩｕ−ＣＳインタフェースを確立してもよい回線交換データのための移動交換センタ（ＭＳＣ）１３８と、ＲＮＣ３２がＩｕ−ＰＳインタフェースを確立してもよいパケット交換データのためのサービングＧＰＲＳサポートノード（ＳＧＳＮ）１４０との双方を含む。

図６は、Ｉｕｂ制御プレーンプロトコルアーキテクチャを示し、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード及びＲＮＣ１３２に提供されるプロトコルスタックを示す。特にＦＢＳ１１８は、ＲＮＣ１３２に宛てたＵＥ１２２からの無線リソース制御（ＲＲＣ）メッセージを終端するソフトウェア１４２を含み、ＵＥ１２２に宛てたＲＮＣ１３２からのＲＲＣメッセージを終端するソフトウェア１４４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１４２とソフトウェア１４４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア１４６を更に含む。

図７は、Ｉｕ−ＣＳ制御プレーンプロトコルアーキテクチャを示し、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ１２２、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード、ＲＮＣ１３２及びＭＳＣ１３８に提供されるプロトコルスタックを示す。

上述のように、ＷＣＤＭＡプロトコル構造は、アクセス層（ＡＳ）及び非アクセス層（ＮＡＳ）に垂直に分割される。アクセス層（ＡＳ）は、レイヤ１（Ｌ１）プロトコル、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及び無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコルを含む。それらのプロトコルは、ＦＢＳ１１８で終端し、ＩＰアクセスネットワーク１１４を介してＲＮＣ１３２に送信され、ＲＮＣ１３２において、それらのプロトコルは再び終端し、ＭＳＣ１３８への送信のために関連するプロトコルに相互接続されることが分かる。

これに対して、ＵＥ１２２及びＭＳＣ１３８は、例えば呼制御（ＣＣ）プロトコル、付加サービス（ＳＳ）プロトコル、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）プロトコル、移動管理（ＭＭ）プロトコル及び接続管理（ＣＭ）プロトコルを含んでもよい非アクセス層（ＮＡＳ）プロトコルを使用して互いに直接通信できる。

しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１１８は、ＭＳＣ１３８に宛てた非アクセス層のプロトコルのＵＥ１２２からのメッセージを終端するソフトウェア１５２を含み、ＵＥ１２２に宛てた非アクセス層のプロトコルのＭＳＣ１３８からのメッセージを終端するソフトウェア１５４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１５２とソフトウェア１５４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア１５６を更に含む。

ＦＢＳ１１８のソフトウェア１５２、１５４、１５６の動作については、以下に更に詳細に説明する。

図８は、Ｉｕ−ＣＳ制御プレーンプロトコルアーキテクチャを示し、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ１２２、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード、ＲＮＣ１３２及びＭＳＣ１３８に提供されるプロトコルスタックを示す。

ＵＥ１２２及びＲＮＣ１３２は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル及び無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコルを使用して互いに直接通信できる。しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１１８は、ＲＮＣ１３２に宛てたＭＡＣ及びＲＬＣプロトコルのＵＥ１２２からのメッセージを終端するソフトウェア１６２を含み、ＵＥ１２２に宛てたＭＡＣ及びＲＬＣプロトコルのＲＮＣ１３２からのメッセージを終端するソフトウェア１６４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１６２とソフトウェア１６４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア１６６を更に含む。

図９は、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ１２２、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード、ＲＮＣ１３２及びＳＧＳＮ１４０に提供されるパケット交換ドメイン制御プレーンプロトコルスタックを示す。

上述と同様に、プロトコル構造は、アクセス層（ＡＳ）及び非アクセス層（ＮＡＳ）に垂直に分割され、アクセス層（ＡＳ）は、レイヤ１（Ｌ１）プロトコル、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及び無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコルを含む。それらのプロトコルは、ＦＢＳ１１８で終端し、ＩＰアクセスネットワーク１１４を介してＲＮＣ１３２に送信され、ＲＮＣ１３２において、それらのプロトコルは再び終端し、ＳＧＳＮ１４０への送信のために関連するプロトコルに相互接続されることが分かる。

これに対して、ＵＥ１２２及びＳＧＳＮ１４０は、例えばＧＰＲＳ移動管理（ＧＭＭ）プロトコル、セッション管理（ＳＭ）プロトコル及びショートメッセージサービス（ＳＭＳ）プロトコルを含んでもよい非アクセス層（ＮＡＳ）プロトコルを使用して互いに直接通信できる。

しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１１８は、ＳＧＳＮ１４０に宛てた非アクセス層のプロトコルのＵＥ１２２からのメッセージを終端するソフトウェア１７２を含み、ＵＥ１２２に宛てた非アクセス層のプロトコルのＳＧＳＮ１４０からのメッセージを終端するソフトウェア１７４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１７２とソフトウェア１７４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア１７６を更に含む。

図１０は、Ｉｕ−ＰＳ制御プレーンプロトコルアーキテクチャを示し、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ１２２、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード、ＲＮＣ１３２、ＳＧＳＮ１４０及びＳＧＳＮ１４０が接続されるＧＧＳＮ（図５には示されない）に提供されるプロトコルスタックを示す。

ＵＥ１２２及びＲＮＣ１３２は、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及びパケットデータコンバージェンスプロトコル（ＰＤＣＰ）を使用して互いに直接通信できる。しかし、本発明の１つの面に従って、ＦＢＳ１１８は、ＲＮＣ１３２に宛てたＭＡＣ、ＲＬＣ及びＰＤＣＰプロトコルのＵＥ１２２からのメッセージを終端するソフトウェア１８２を含み、ＵＥ１２２に宛てたＭＡＣ、ＲＬＣ及びＰＤＣＰプロトコルのＲＮＣ１３２からのメッセージを終端するソフトウェア１８４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１８２とソフトウェア１８４との間に相互接続又は中継機能を提供する知的機能（ＩＦ）ソフトウェア１８６を更に含む。

一番上のプロトコル層がフェムトセル基地局で終端する本発明の種々の実施形態が説明される。しかし、本発明の他の実施形態において、より少ないプロトコルがフェムトセル基地局で終端される一方で、依然として基地局は有用な機能を実行できる。

これの一例として、図１１は図７に類似するが、Ｉｕ−ＣＳ制御プレーンプロトコルアーキテクチャの別の形態を示し、種々のネットワークノード、すなわちＵＥ１２２、ＦＢＳ１１８、ＩＰアクセスネットワーク１１４のノード、ＲＮＣ１３２及びＭＳＣ１３８に提供されるプロトコルスタックを示す。

上述のように、ＷＣＤＭＡプロトコル構造は、アクセス層（ＡＳ）及び非アクセス層（ＮＡＳ）に垂直に分割される。アクセス層（ＡＳ）は、レイヤ１（Ｌ１）プロトコル、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコル、無線リンク制御（ＲＬＣ）プロトコル及び無線リソース制御（ＲＲＣ）プロトコルを含む。それらのプロトコルは、ＦＢＳ１１８で終端し、ＩＰアクセスネットワーク１１４を介してＲＮＣ１３２に送信され、ＲＮＣ１３２において、それらのプロトコルは再び終端し、ＭＳＣ１３８への送信のために関連するプロトコルに相互接続されることが分かる。

更に、ＵＥ１２２及びＭＳＣ１３８は、呼制御（ＣＣ）プロトコル、付加サービス（ＳＳ）プロトコル、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）プロトコル、移動管理（ＭＭ）プロトコルの一部を含む非アクセス層（ＮＡＳ）プロトコルの一部を使用して互いに直接通信する。

しかし、本発明の１つの面によると、ＦＢＳ１１８は、ＭＳＣ１３８に宛てた移動管理（ＭＭ）プロトコルの一部のＵＥ１２２からのメッセージを終端するソフトウェア１９２を含み、ＵＥ１２２に宛てた移動管理（ＭＭ）プロトコルのその一部のＭＳＣ１３８からのメッセージを終端するソフトウェア１９４を更に含む。ＦＢＳ１１８は、ソフトウェア１９２とソフトウェア１９４との間に相互接続又は中継機能を提供するインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア１９６を更に含む。

移動管理（ＭＭ）プロトコルの一部においてそれらのメッセージを終端することにより、ＦＢＳ１１８はＵＥ１２２のＩＭＳＩを取得できる。例えばこれにより、ＦＢＳは、ＦＢＳ１１８に登録しようとしているＵＥを判定できるため、無許可のＵＥによる登録要求はコアネットワークの介入なしで終端される。また、これにより、ＵＥ１２２からのデータはより便利になる場合にはコアネットワークではなくインターネット１３１を介して転送可能になる。

従って、それらの実施形態において、ＦＢＳ１１８は、ＵＥ１２２が３Ｇ ＵＭＴＳネットワークにあるとＵＥ１２２に信じさせるために関連するプロトコルをサポートする。ネットワークに対して、ＦＢＳ１１８は、３Ｇ ＵＥと通信しているとＲＮＣ１３２及びＭＳＣ１３８(又はＳＧＳＮ１４０）に信じさせるために関連するプロトコルをサポートする。インテリジェント機能１４６、１５６、１６６、１７６、１８６、１９６は、スタック間で情報を透過的に渡すようにプログラム可能であり、例えば関連する３Ｇ ＵＥプロトコル（ＮＡＳ）がＦＢＳを介して３Ｇ ＭＳＣと透過的に通信するように中継する。あるいは、インテリジェント機能は、必要に応じて全て又は一部のプロトコルを終端するようにプログラム可能である。終端したプロトコルは相互接続される。また、プロトコルを調べるようにインテリジェント機能をプログラムすることが可能であり、同一プロトコルのいくつかの部分を中継し、他の部分を相互接続する。

同一の原理が他の状況においても適用可能であることは明らかである。例えば本明細書において説明するように、フェムトセル基地局は、３Ｇコアネットワークではなく２Ｇコアネットワーク（例えば、ＧＰＲＳに基づく）に接続可能である。この場合、フェムトセル基地局のソフトウェアは、２Ｇコアネットワークと３Ｇエアインタフェースとの間に相互接続を更に提供する。

ＦＢＳ１８のインテリジェント機能（ＩＦ）ソフトウェア及び図示されるプロトコルスタックの動作について、以下に更に詳細に説明する。以下の説明において、上記図３の実施形態を参照し、ＵＥ２２、ＦＢＳ１８及びそのソフトウェア４２、４４、４６を参照する。しかし、それらの参照は単に例示するためであり、同一の説明が他の図示される実施形態及び本発明の範囲内の他の実施形態に当てはまることが理解されるべきである。

上述のように、ソフトウェア４２は、コアネットワーク１０の関連するノードに宛てた非アクセス層のプロトコルのＵＥ２２からのメッセージを終端するＦＢＳ１８に提供される。従って、信号接続はＵＥ２２とＦＢＳ１８との間に確立される。これにより、ＵＥ２２は、任意の他の基地局を介して通信する状況と比較して、何らかの方法で送信を適応させる必要なくＦＢＳ１８を介して通信可能になる。

同様に、ソフトウェア４４は、ＵＥ２２に宛てた非アクセス層のプロトコルのコアネットワーク１０の関連するノードからのメッセージを終端するＦＢＳ１８に提供される。従って、信号接続はコアネットワーク１０のノードとＦＢＳ１８との間に確立される。これにより、コアネットワークノードは、任意の他の基地局を介してＵＥと通信する状況と比較して、何らかの方法で送信を適応させる必要なくＦＢＳ１８を介して通信可能になる。

上述のように、ＦＢＳ１８は、ソフトウェア４２とソフトウェア４４との間に相互接続又は中継機能を提供するソフトウェア４６を更に含む。このソフトウェアは、メッセージの種類及び／又はメッセージの内容に基づいて、ソフトウェア４２又はソフトウェア４４により終端される受信メッセージの処理方法を判定できる。

例えばソフトウェア４６は、いくつかのメッセージが同一の形式で効果的に単に再送されるようなソフトウェアである。

他の例において、ソフトウェア４６は、ある特定のメッセージが再送される必要がないようなソフトウェアである。一般に、例えば無線通信プロトコルにより、ＵＥは正常に受信されなかったメッセージの再送を要求できる。従来のネットワークにおいて、そのようなメッセージはＵＥからコアネットワークノードに送信され、メッセージがコアネットワークノードから再送されるようにするため、コアネットワークのリソースを使用する。この場合、そのようなメッセージは、ソフトウェア４２により終端され且つソフトウェア４６により読み取られ、再送は、任意のトラフィックがコアネットワークに送出されることを必要とせず且つコアネットワークのリソースを全く使用せずにＦＢＳ１８から行なわれる。

別の例として、ソフトウェア４６を使用することにより、全てのＣＳ及びＰＳ呼のＦＢＳ１８におけるレイヤ３（及び上述）の制御が可能になる。

別の例として、ソフトウェア４６を使用することにより、ローカル登録及び発呼はコアネットワークを介する必要なくローカルで受け入れ又は拒否可能になる。すなわち、ローカル登録及び発呼メッセージは、ソフトウェア４２により終端され且つソフトウェア４６により読み取られる。それにより、コアネットワークの介入を必要とせずに決定できる。

別の例として、ソフトウェア４６を使用することにより、コアネットワークの加入なしでローカルサービスが可能になる。

別の例として、ソフトウェア４６を使用することにより、ローカルインターネットオフロードが可能になる。すなわち、ＵＥ２２から送出され且つインターネットを介してアクセス可能な受信者に宛てられたメッセージは、ソフトウェア４２により終端され且つソフトウェア４６により読み取られる。その後ソフトウェア４６は、コアネットワークの介入を必要とせずに、図２に示すようにインターネット３０を介してそのメッセージを直接ルーティングすることを決定できる。

更に一般的には、ソフトウェア４６により、ＦＢＳ１８は終端モードで動作可能になる。このモードにおいて、ＦＢＳ１８は、必要に応じてダブルスタックインタフェースの両側、すなわちソフトウェア４２又はソフトウェア４４においてプロトコルの任意の層を終端してもよい。

これを説明するために、プロトコルスタックの各層が関連するメッセージを有することを理解する必要がある。それらのメッセージは層内でのみ理解される。通常、メッセージは、プロトコルが受信側ノードにおいて終端されることを必要とするポイントからポイントである。終端は、例えばノードが入力セットアップメッセージを待つヌル状態等の呼状態を有することを意味する。受信すると、ノードは着呼状態に移る。この状態は、セットアップメッセージで要求されたトラフィックチャネルが利用不可能であることを通知できる。この場合、ノードは解放完了メッセージを送出し、ヌル状態に入る。それ以外の場合、ノードは呼設定受付メッセージをネットワークに送出し、呼が受け入れられたことを示す。従って、プロトコルが終端されると、プロトコルはピア層と対話できる。また、プロトコルが終端されると、プロトコルは他のプロトコルと相互接続できる。例えば、ノードは、異なるネットワークエンティティに対する別のインタフェース上のＳＩＰと共に、１つのネットワークエンティティに対する１つのインタフェース上の３Ｇ ＵＥ ＣＳ信号を提供されてもよい。ＣＳプロトコルが情報要素ＩＥを使用する一方、ＳＩＰプロトコルはテキストに基づく。

本発明の実施形態において、基地局１８は、メッセージが基地局を介して透過的に送出されること（例えば、移動デバイスからネットワークへ、又はネットワークから移動デバイスへ）を送出側ノードが意図する場合でも、上述のように、種々のプロトコル層を終端することを可能にするソフトウェアを備える。プロトコルを終端することにより、特徴及びサービスを追加する範囲は更に広くなる。

基地局は、以下のことを行なってもよい：
関連する呼状態をサポートする；
プロトコルメッセージを中継する；
メッセージを同一のプロトコルメッセージにマップする；
（相互接続）プロトコルメッセージを他のプロトコル（例えば、ＣＳ−ＳＩＰ）にマップする；
プロトコルメッセージ（場所の更新）を包含／廃棄する；
情報を変換する（例えば、セルＩＤとセルの地理的座標との間の変換）；
ローカルサービスを提供する（メッセージを例えばコアネットワークに渡さずに）；
プロトコルメッセージに基づいて決定する；
コアネットワークからの命令なしでメッセージを開始する；
異なるコーデックの間でマップする（例えば、ＡＭＲ−Ｇ．７１１ＰＣＭ）。

更にＦＢＳ１８は、呼状態をサポートせずに（例えば、回答されてからクリアするまでの状態をとる解放メッセージを受信することにより）プロトコルメッセージの調査のみを行なってもよい。プロトコルを調べる場合、インタフェース間で渡される時に実行中にプロトコルメッセージの部分を変更するインテリジェント機能ソフトウェアにより決定が行なわれる。呼状態は全く含まれない。したがって、プロトコルの調査は本質的にインテリジェント中継機能であるが、基地局がメッセージを渡すことは殆どないが、メッセージを潜在的に認識できるため、それが解放メッセージであった場合はクリアする別の原因を代用できるという点で従来の中継機能とは異なっている。

調査モードにおいて、ＦＢＳは、プロトコルメッセージに依存して、デュアルスタックインタフェースの両側において以下のことが行なえる：
プロトコルメッセージを中継する；
メッセージを同一のプロトコルメッセージにマップする；
プロトコルメッセージ（場所の更新等）を包含／廃棄する；
メッセージ中の情報を変更する（例えば、セルＩＤと地理的座標との間）。

図１２は、マッピング機能性が使用される状況を示す。この状況は、コアネットワークが例えば１０個のロケーションエリアコード（ＬＡＣ）値（すなわち、１，２，．．．，１０）及び６０００個のセルＩＤ（すなわち、値１〜６０００）をフェムトセルネットワークに割り当ててもよい（すなわち、ＬＡＣ値及びセルＩＤの合計６０００個の固有の組合せ）ということから得られる。しかし、リソース割当てに追加の融通性を提供するために、フェムトセル管理システムは、例えば６個のみのセルＩＤ（すなわち、１，２，．．．，６）及び１０，０００個のＬＡＣ値（すなわち、値１〜１０，０００）を使用して６０，０００個の組合せを維持する方が好ましいだろう。

これは、コアネットワークドメインのＬＡＣ値及びセルＩＤをフェムトセルネットワークドメインの仮想ＬＡＣ値及びセルＩＤにマッピングすることにより達成可能である。図１２に示すように、コアネットワークドメインのＬＡＣ値１，２，．．．，１０がフェムトセルネットワークドメインの仮想ＬＡＣ値１〜１０００，１００１〜２０００，．．．，９００１〜１０，０００にマップされる一方、コアネットワークドメインのセルＩＤ１〜１０００，１００１〜２０００，．．．，５００１〜６０００はフェムトセルネットワークドメインの仮想セルＩＤ１，２，．．．，６にマップされる。

この方式が動作するためには、コアネットワークから移動デバイスに送出されるメッセージ中のＬＡＣ値及びセルＩＤが適切な仮想ＬＡＣ値及びセルＩＤにマップされることが必要であり、また、逆に、移動デバイスからコアネットワークに送出されるメッセージ中の仮想ＬＡＣ値及びセルＩＤが適切なＬＡＣ値及びセルＩＤにマップされる必要がある。

これは、関連するメッセージの終端、送出側ドメインからの値の除去及び受信側ドメインへの値の挿入を行ない、その後適切なプロトコルでメッセージを再送することによりインテリジェント機能ソフトウェアにおいて達成される。

従って、これにより、メッセージが基地局において終端されたかを送出側エンティティが知る必要なく、メッセージは送出され且つ正常に受信される。

Claims (4)

1. 移動通信システムで使用される、バックツーバックソフトウェアスタックを有する基地局であって、
   前記バックツーバックソフトウェアスタックは、
   ＵＥからの第１のプロトコルのメッセージを終端し、前記メッセージをモバイルネットワークに渡す必要があるかを判定し、前記メッセージを前記モバイルネットワークに渡す必要があると判定した場合にのみ、前記モバイルネットワークへのオンワード送信のために前記第１のプロトコルのメッセージを再作成することによって、前記モバイルネットワークに渡すメッセージの数を低減し、
   前記モバイルネットワークからの前記第１のプロトコルのメッセージを終端し、前記ＵＥへのオンワード送信のために前記第１のプロトコルのメッセージを再作成し、
   前記バックツーバックソフトウェアスタックは、
   前記ＵＥからの複数の前記メッセージのうちの１つが、メッセージの再送を要求するメッセージであるかを判定し、前記メッセージの再送を要求するメッセージであると判定した場合、前記モバイルネットワークにトラフィックを送出することなく前記基地局から前記メッセージを再送する
   ことを特徴とする基地局。
2. 前記バックツーバックソフトウェアスタックは、前記ＵＥからの前記メッセージを、前記モバイルネットワークに渡すことなくインターネットを介して送信可能であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 移動通信システムで使用される基地局を、バックツーバックソフトウェアスタックを有する基地局として機能させるためのコンピュータ・プログラムであって、
   前記バックツーバックソフトウェアスタックは、
   ＵＥからの第１のプロトコルのメッセージを終端し、前記メッセージをモバイルネットワークに渡す必要があるかを判定し、前記メッセージを前記モバイルネットワークに渡す必要があると判定した場合にのみ、前記モバイルネットワークへのオンワード送信のために前記第１のプロトコルのメッセージを再作成することによって、前記モバイルネットワークに渡すメッセージの数を低減し、
   前記モバイルネットワークからの前記第１のプロトコルのメッセージを終端し、前記ＵＥへのオンワード送信のために前記第１のプロトコルのメッセージを再作成し、
   前記ＵＥからの複数の前記メッセージのうちの１つが、メッセージの再送を要求するメッセージであるかを判定し、前記メッセージの再送を要求するメッセージであると判定した場合、前記モバイルネットワークにトラフィックを送出することなく前記基地局から前記メッセージを再送する
   ことを特徴とするコンピュータ・プログラム。
4. 前記バックツーバックソフトウェアスタックは、前記ＵＥからの前記メッセージが、前記モバイルネットワークに渡すことなくインターネットを介して送信可能であるかを判定することを特徴とする請求項３に記載のコンピュータ・プログラム。

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