JP5878134B2 - 上位基地局、下位基地局、および無線通信システム - Google Patents
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Description
本発明は、上位基地局、下位基地局、および無線通信システムに関する。
３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）規格に従う様々な無線通信システムが活用されている。３ＧＰＰ規格のうちＬＴＥ／ＳＡＥ（Long Term Evolution / System Architecture Evolution）規格に従う無線通信システムにおいては、基地局（eNB）同士を接続するインタフェースとして、Ｘ２インタフェースが規定されている。各基地局は、Ｘ２インタフェースを介して他の基地局と通信を行う。Ｘ２インタフェースは、対等な基地局同士を接続するように規定されている。
3GPP TS 36.300 V11.1.0 (2012-03), 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2 (Release 11), X2 Interface (Clause 20)
以上の基地局（eNB）を備える無線通信システムが、さらに、基地局（eNB）の制御機能よりも限定的な制御機能を有する新たな基地局を備えることを想定する。限定的な制御機能とは、例えば、単独ではユーザ装置との無線接続を確立できない制御機能である。この新たな基地局は、上位の基地局（eNB）からの制御に基づいて動作すべき基地局である。前述の通り、Ｘ２インタフェースは対等な基地局同士を接続するものであるから、制御機能が限定的な新たな基地局は、Ｘ２インタフェースを介して上位の基地局（eNB）と接続することが困難である。
以上の事情を考慮して、本発明は、基地局間に上下関係（階層関係）が存在する無線通信システムにおいて、ノード間の適切な通信を可能にすることを目的とする。
本発明の上位基地局は、上位基地局と、前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、交換局と、ゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおける前記上位基地局であり、前記下位基地局は、前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースとのいずれをも有さず、前記上位基地局は、前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるＵｕ−Ｃインタフェースと、前記下位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるＳ１−ＭＭＥインタフェースと、前記Ｘ３インタフェースを介して前記下位基地局との送受信を実行する送受信部とを有する。
本発明の好適な態様において、前記送受信部は、前記交換局から送信される制御メッセージのうち、前記下位基地局を制御する下位基地局制御メッセージを、前記Ｘ３インタフェースを介して、前記下位基地局に中継する。
本発明の好適な態様において、前記送受信部は、前記ゲートウェイ装置から送信されるユーザデータのうち、前記下位基地局と無線接続しているユーザ装置に対する下位ユーザデータを、前記Ｘ３インタフェースを介して、前記下位基地局に中継する。
本発明の好適な態様において、前記送受信部は、前記交換局から送信される制御メッセージのうち、前記下位基地局と無線接続しているユーザ装置に対する下位ユーザ制御メッセージを、前記Ｕｕ−Ｃインタフェースを介して、前記ユーザ装置に直接的に送信する。
本発明の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、ストリーム制御転送プロトコルに基づいて、当該Ｘ３インタフェースを介する前記制御メッセージの保証された送信を提供し、前記Ｘ３インタフェースを介して確立され、前記制御メッセージの送信に用いられるベアラを識別する２つの通信識別子が、前記上位基地局および前記下位基地局に対してそれぞれ設定される。
本発明の好適な態様において、前記上位基地局は、２つの前記通信識別子の１つである第１通信識別子を当該上位基地局に割り当てる第１ベアラ制御部を備え、前記下位基地局は、２つの前記通信識別子の他の１つである第２通信識別子を当該下位基地局に割り当てる第２ベアラ制御部を備え、前記第１ベアラ制御部は、前記Ｘ３インタフェースを介して前記第１通信識別子を前記下位基地局に送信し、前記第２ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第２通信識別子を記憶する。
本発明の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、有線接続により構成される。また、本発明の別の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、無線接続により構成される。
本発明の下位基地局は、上位基地局と、前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、交換局と、ゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおける前記下位基地局であり、前記ユーザ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＰｈＵｕインタフェースと、前記上位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースとを備え、前記Ｘ３インタフェースを介して前記上位基地局から送信される制御メッセージにより動作が制御される。
本発明の好適な態様において、下位基地局は、さらに、前記ゲートウェイ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＳ１−Ｕインタフェースを備える。
本発明の好適な態様において、下位基地局は、さらに、他の下位基地局との制御プレーン上およびユーザプレーン上の通信に用いられるＸ２インタフェースを備える。
本発明の好適な態様において、下位基地局は、複数の前記交換局から少なくとも１つを選択する機能を有さない。
本発明の好適な態様において、下位基地局は、複数の前記ゲートウェイ装置から少なくとも１つを選択する機能を有さない。
本発明の好適な態様において、下位基地局は、前記Ｘ３インタフェースをセットアップする際に、複数の前記上位基地局から少なくとも１つを選択する基地局選択部を有する。
本発明の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、ストリーム制御転送プロトコルに基づいて、当該Ｘ３インタフェースを介する前記制御メッセージの保証された送信を提供し、前記Ｘ３インタフェースを介して確立され、前記制御メッセージの送信に用いられるベアラを識別する２つの通信識別子が、前記上位基地局および前記下位基地局に対してそれぞれ設定される。
本発明の好適な態様において、前記上位基地局は、２つの前記通信識別子の１つである第１通信識別子を当該上位基地局に割り当てる第１ベアラ制御部を備え、前記下位基地局は、２つの前記通信識別子の他の１つである第２通信識別子を当該下位基地局に割り当てる第２ベアラ制御部を備え、前記第２ベアラ制御部は、前記Ｘ３インタフェースを介して前記第２通信識別子を前記上位基地局に送信し、前記第１ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第１通信識別子を記憶する。
本発明の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、有線接続により構成される。本発明の別の好適な態様において、前記Ｘ３インタフェースは、無線接続により構成される。
本発明の無線通信システムは、上位基地局と、前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、交換局と、ゲートウェイ装置とを備え、前記上位基地局は、前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるＵｕ−Ｃインタフェースと、前記下位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるＳ１−ＭＭＥインタフェースと、前記Ｘ３インタフェースを介して前記下位基地局との送受信を実行する送受信部とを有し、前記下位基地局は、前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースとのいずれをも有さず、かつ、前記ユーザ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＰｈＵｕインタフェースと、前記上位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースとを備え、前記上位基地局から送信される制御メッセージにより動作が制御される。
本発明によれば、上下関係（階層関係）にある上位基地局と下位基地局とが適切に接続され、ノード間の適切な通信が実現される。
１（１）． 無線通信システムの構成
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムＣＳのブロック図である。無線通信システムＣＳは、ユーザ装置ＵＥと、マクロ基地局ｅＮＢと、スモール基地局ＰｈＮＢ（ＰｈＮＢ１，ＰｈＮＢ２）と、交換局ＭＭＥと、ゲートウェイ装置ＧＷとを要素（ノード）として備える。以上の各要素は、無線通信システムＣＳ内にそれぞれ複数存在し得る。また、ネットワークＮＷは、以上の無線通信システムＣＳが備える要素のうち、ユーザ装置ＵＥ以外の要素を備える。
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムＣＳのブロック図である。無線通信システムＣＳは、ユーザ装置ＵＥと、マクロ基地局ｅＮＢと、スモール基地局ＰｈＮＢ（ＰｈＮＢ１，ＰｈＮＢ２）と、交換局ＭＭＥと、ゲートウェイ装置ＧＷとを要素（ノード）として備える。以上の各要素は、無線通信システムＣＳ内にそれぞれ複数存在し得る。また、ネットワークＮＷは、以上の無線通信システムＣＳが備える要素のうち、ユーザ装置ＵＥ以外の要素を備える。
無線通信システムＣＳ内の各要素は、所定のアクセス技術（Access Technology）、例えば３ＧＰＰ規格（Third Generation Partnership Project）に含まれるＬＴＥ／ＳＡＥ（Long Term Evolution / System Architecture Evolution）に従って通信を実行する。３ＧＰＰ規格に規定された用語に従うと、ユーザ装置ＵＥはUser Equipmentであり、マクロ基地局ｅＮＢはevolved Node Bであり、交換局ＭＭＥはMobile Management Entityであり、ゲートウェイ装置ＧＷはPacket-Data-Network/Serving Gatewayである。スモール基地局ＰｈＮＢは、その制御機能の全部又は一部をマクロ基地局ｅＮＢに依存する基地局であり、Phantom Node Bと称される場合がある（詳細は後述される）。
本実施形態では、無線通信システムＣＳが、原則としてＬＴＥ／ＳＡＥに従って動作する形態を例示して説明するが、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。本発明は、必要な設計上の変更を施した上で、他のアクセス技術にも適用可能である。
本実施形態では、無線通信システムＣＳが、原則としてＬＴＥ／ＳＡＥに従って動作する形態を例示して説明するが、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。本発明は、必要な設計上の変更を施した上で、他のアクセス技術にも適用可能である。
ユーザ装置ＵＥは、マクロ基地局ｅＮＢおよびスモール基地局ＰｈＮＢと無線通信することが可能である。ユーザ装置ＵＥと各基地局（ｅＮＢ，ＰｈＮＢ）との無線通信の方式は任意である。例えば、下りリンクではＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が採用され得、上りリンクではＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用され得る。また、マクロ基地局ｅＮＢが用いる無線通信の方式と、スモール基地局ＰｈＮＢが用いる無線通信の方式が異なる構成も採用可能である。
マクロ基地局ｅＮＢは、スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ、およびゲートウェイ装置ＧＷと接続される。スモール基地局ＰｈＮＢ（例えば，ＰｈＮＢ１）は、マクロ基地局ｅＮＢの他、他のスモール基地局ＰｈＮＢ（例えば、ＰｈＮＢ２）、およびゲートウェイ装置ＧＷと接続される。交換局ＭＭＥは、マクロ基地局ｅＮＢと接続される他、ゲートウェイ装置ＧＷと接続される。なお、さらに、スモール基地局ＰｈＮＢと交換局ＭＭＥとが接続されてもよい。ゲートウェイ装置ＧＷは、各基地局（ｅＮＢ，ＰｈＮＢ）および交換局ＭＭＥと接続される他、無線通信システムＣＳの外部ネットワークであるインターネットＩＮに接続される。すなわち、ゲートウェイ装置ＧＷは、外部ネットワークとの接続点（アクセスポイント）として機能する。以上の接続は典型的には有線接続であるが、以上の接続の全部または一部が無線接続であってもよい。
１（２）． ノード間の接続構成
図１を再度参照して、無線通信システムＣＳ内のノード間の接続構成を説明する。図１において、実線がユーザ信号（音声信号、データ信号等のユーザデータを示す信号）の送受信に用いられるユーザプレーン（User Plane）上の経路を示し、破線が制御信号の送受信に用いられる制御プレーン（Control Plane）上の経路を示す。
図１を再度参照して、無線通信システムＣＳ内のノード間の接続構成を説明する。図１において、実線がユーザ信号（音声信号、データ信号等のユーザデータを示す信号）の送受信に用いられるユーザプレーン（User Plane）上の経路を示し、破線が制御信号の送受信に用いられる制御プレーン（Control Plane）上の経路を示す。
マクロ基地局ｅＮＢは、制御プレーンに関して、Ｕｕ−Ｃインタフェースを用いてユーザ装置ＵＥと制御信号を送受信し、Ｘ３インタフェースを用いてスモール基地局ＰｈＮＢと制御信号を送受信し、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを用いて交換局ＭＭＥと制御信号を送受信する。また、マクロ基地局ｅＮＢは、ユーザプレーンに関して、Ｕｕ−Ｕインタフェースを用いてユーザ装置ＵＥとユーザ信号を送受信し、Ｓ１−Ｕインタフェースを用いてゲートウェイ装置ＧＷとユーザ信号を送受信する。
スモール基地局ＰｈＮＢ（例えば、ＰｈＮＢ１）は、制御プレーンに関して、Ｘ３インタフェースを用いてマクロ基地局ｅＮＢと制御信号を送受信し、Ｘ２インタフェースを用いて他のスモール基地局ＰｈＮＢ（例えば、ＰｈＮＢ２）と制御信号を送受信する。また、スモール基地局ＰｈＮＢ（例えば、ＰｈＮＢ１）は、ユーザプレーンに関して、ＰｈＵｕインタフェースを用いてユーザ装置ＵＥとユーザ信号を送受信し、Ｘ２インタフェースを用いて他のスモール基地局ＰｈＮＢ（例えば、ＰｈＮＢ２）とユーザ信号を送受信し、Ｓ１−Ｕインタフェースを用いてゲートウェイ装置ＧＷとユーザ信号を送受信する。なお、スモール基地局ＰｈＮＢは、ユーザ装置ＵＥとの通信に用いられる制御プレーンのインタフェースと、交換局ＭＭＥとの通信に用いられる制御プレーンのインタフェースとのいずれをも有さない。
なお、ユーザプレーンに関して、Ｘ３インタフェースを用いてマクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとが互いにユーザ信号を送受信してもよい。以上の場合、スモール基地局ＰｈＮＢとゲートウェイ装置ＧＷとが接続されていなくても、マクロ基地局ｅＮＢを経由することで、スモール基地局ＰｈＮＢとゲートウェイ装置ＧＷとがユーザ信号の送受信を実行できる。Ｘ３インタフェースは、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用い得るインタフェースである。
以上のインタフェースのうち、既存のインタフェース（Ｘ２インタフェース、Ｓ１−Ｕインタフェース等）においては、３ＧＰＰに規定されるＥＰＳ（Evolved Packed System）のプロトコル構成が採用される。
図２は、Ｘ３インタフェースの制御プレーンプロトコル構成（プロトコルスタック）を示す図である。Ｘ３インタフェースは、制御プレーンに関して、Ｌ１／Ｌ２層、ＩＰ層、ＳＣＴＰ層、およびＸ３−ＡＰ層を含む層構造を有する。マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとは、Ｘ３インタフェースが有する各層において相互に接続される。Ｌ１／Ｌ２層はＯＳＩ参照モデルの物理層およびデータリンク層に相当する層であり、例えば、IEEE 802.3に規定されるEthernet（登録商標）プロトコルが採用され得る。ＩＰ層はインターネットプロトコル層である。ＳＣＴＰ層はストリーム制御転送プロトコル層であり、制御メッセージが送信元から送信先に到達すること（制御メッセージの到達性）を保証する機能を有する。Ｘ３−ＡＰ層はマクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとの間の制御信号プロトコルであり、種々の制御信号の送受信を提供する。
図３は、Ｘ３インタフェースのユーザプレーンプロトコル構成（プロトコルスタック）を示す図である。Ｘ３インタフェースは、ユーザプレーンに関して、Ｌ１／Ｌ２層、ＩＰ層、ＵＤＰ層、およびＧＴＰ層を含む層構造を有する。Ｌ１／Ｌ２層およびＩＰ層は上述と同様である。ＵＤＰ層はユーザデータグラム層であり、メッセージが送信先に到達したか否かをチェックせずにメッセージの送信を実行するプロトコルである。ＧＴＰ層はＧＰＲＳ（General Packet Radio Service）トンネリングプロトコル層であり、マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとの間のユーザデータの送受信を提供する。
以上から理解されるように、Ｘ３インタフェースは、制御プレーンのインタフェース（Ｘ３Ｃ）およびユーザプレーンのインタフェース（Ｘ３Ｕ）の双方を有するインタフェースであり、マクロ基地局ｅＮＢおよびスモール基地局ＰｈＮＢにて終端するインタフェースである。
１（３）． ベアラ（論理的な通信経路）
無線通信システムＣＳ内において、論理的な通信経路であるベアラ（Bearer）を介して信号（制御信号、ユーザ信号）が送受信される。ベアラは、必要に応じてノード間に確立される動的な論理経路である。ベアラは、有線接続されるノード間においても、無線接続されるノード間においても確立され得る。以下、本実施形態において確立されるベアラを非限定的に例示する。マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとにＸ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢとゲートウェイ装置ＧＷとにＳ１−Ｕ信号伝送ベアラＳ１−Ｕ−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢと交換局ＭＭＥとにＳ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラＳ１−ＭＭＥ−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢとユーザ装置ＵＥとに制御無線ベアラＳＲＢが確立される。ノード間に複数のベアラが確立されてもよい。
無線通信システムＣＳ内において、論理的な通信経路であるベアラ（Bearer）を介して信号（制御信号、ユーザ信号）が送受信される。ベアラは、必要に応じてノード間に確立される動的な論理経路である。ベアラは、有線接続されるノード間においても、無線接続されるノード間においても確立され得る。以下、本実施形態において確立されるベアラを非限定的に例示する。マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとにＸ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢとゲートウェイ装置ＧＷとにＳ１−Ｕ信号伝送ベアラＳ１−Ｕ−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢと交換局ＭＭＥとにＳ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラＳ１−ＭＭＥ−Ｂが確立される。マクロ基地局ｅＮＢとユーザ装置ＵＥとに制御無線ベアラＳＲＢが確立される。ノード間に複数のベアラが確立されてもよい。
図４は、マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとに確立された複数のベアラ（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂ）の例を示す図である。図４では、３つのＸ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂが確立されている。Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂは、通信識別子ＣＩ（Communication Identifier）によって識別され得る。図示の通り、通信識別子ＣＩは、Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂごとに、２つの端点（マクロ基地局ｅＮＢおよびスモール基地局ＰｈＮＢ）の各々に設定される。例えば、一番上のＸ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂ１は、マクロ基地局ｅＮＢ側の通信識別子ＣＩ−ｅ１およびスモール基地局ＰｈＮＢ側の通信識別子ＣＩ−Ｐ１によって識別される。他のＸ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂ２，Ｘ３−Ｂ３についても同様である。
１（４）． 各要素の構成
１（４）−１． ユーザ装置の構成
図５は、本実施形態に係るユーザ装置ＵＥの構成を示すブロック図である。ユーザ装置ＵＥは、無線通信部１１０と記憶部１２０と制御部１３０とを備える。音声・映像等を出力する出力装置およびユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は便宜的に省略されている。無線通信部１１０は、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）と無線通信を実行するための要素であり、送受信アンテナと、無線信号（電波）を受信して電気信号に変換する受信回路と、制御信号、ユーザ信号等の電気信号を無線信号（電波）に変換して送信する送信回路とを含む。制御部１３０は、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）との無線通信を制御する。制御部１３０は、ユーザ装置ＵＥ内の不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部１２０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（４）−１． ユーザ装置の構成
図５は、本実施形態に係るユーザ装置ＵＥの構成を示すブロック図である。ユーザ装置ＵＥは、無線通信部１１０と記憶部１２０と制御部１３０とを備える。音声・映像等を出力する出力装置およびユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は便宜的に省略されている。無線通信部１１０は、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）と無線通信を実行するための要素であり、送受信アンテナと、無線信号（電波）を受信して電気信号に変換する受信回路と、制御信号、ユーザ信号等の電気信号を無線信号（電波）に変換して送信する送信回路とを含む。制御部１３０は、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）との無線通信を制御する。制御部１３０は、ユーザ装置ＵＥ内の不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部１２０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（４）−２． マクロ基地局の構成
図６は、本実施形態に係るマクロ基地局ｅＮＢの構成を示すブロック図である。マクロ基地局ｅＮＢは、無線通信部２１０とネットワーク通信部２２０と記憶部２３０と制御部２４０とを備える。無線通信部２１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、ユーザ装置ＵＥの無線通信部１１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部２２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。記憶部２３０は、通信制御に関する情報、例えば自局（マクロ基地局ｅＮＢ）の通信識別子ＣＩ−ｅおよびスモール基地局ＰｈＮＢの通信識別子ＣＩ−Ｐを記憶する。
図６は、本実施形態に係るマクロ基地局ｅＮＢの構成を示すブロック図である。マクロ基地局ｅＮＢは、無線通信部２１０とネットワーク通信部２２０と記憶部２３０と制御部２４０とを備える。無線通信部２１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、ユーザ装置ＵＥの無線通信部１１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部２２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。記憶部２３０は、通信制御に関する情報、例えば自局（マクロ基地局ｅＮＢ）の通信識別子ＣＩ−ｅおよびスモール基地局ＰｈＮＢの通信識別子ＣＩ−Ｐを記憶する。
制御部２４０は、送受信部２４２とベアラ制御部２４４とノード選択部２４６とを備える。送受信部２４２は、前述のインタフェースを介して他のノードと信号を送受信する。ベアラ制御部２４４は、他ノードに対して確立されるベアラの制御を実行する。ノード選択部２４６は、接続すべきノード（交換局ＭＭＥ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）を選択する。送受信部２４２、ベアラ制御部２４４、およびノード選択部２４６の動作の詳細は後述される。制御部２４０および制御部２４０に含まれる以上の各要素は、マクロ基地局ｅＮＢ内の不図示のＣＰＵが、記憶部２３０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（４）−３． スモール基地局の構成
図７は、本実施形態に係るスモール基地局ＰｈＮＢの構成を示すブロック図である。スモール基地局ＰｈＮＢは、無線通信部３１０とネットワーク通信部３２０と記憶部３３０と制御部３４０とを備える。無線通信部３１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、マクロ基地局ｅＮＢの無線通信部２１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部３２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、他のスモール基地局ＰｈＮＢ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。記憶部３３０は、通信制御に関する情報、例えば自局（スモール基地局ＰｈＮＢ）の通信識別子ＣＩ−Ｐおよびマクロ基地局ｅＮＢの通信識別子ＣＩ−ｅを記憶する。
図７は、本実施形態に係るスモール基地局ＰｈＮＢの構成を示すブロック図である。スモール基地局ＰｈＮＢは、無線通信部３１０とネットワーク通信部３２０と記憶部３３０と制御部３４０とを備える。無線通信部３１０は、ユーザ装置ＵＥと無線通信を実行するための要素であり、マクロ基地局ｅＮＢの無線通信部２１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部３２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、他のスモール基地局ＰｈＮＢ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。記憶部３３０は、通信制御に関する情報、例えば自局（スモール基地局ＰｈＮＢ）の通信識別子ＣＩ−Ｐおよびマクロ基地局ｅＮＢの通信識別子ＣＩ−ｅを記憶する。
制御部３４０は、送受信部３４２とベアラ制御部３４４と基地局選択部３４６とを備える。送受信部３４２は、前述のインタフェースを介して他のノードと信号を送受信する。ベアラ制御部３４４は、他ノードに対して確立されるベアラの制御を実行する。基地局選択部３４６は、接続すべきマクロ基地局ｅＮＢを選択する。送受信部３４２、ベアラ制御部３４４、および基地局選択部３４６の動作の詳細は後述される。制御部３４０および制御部３４０に含まれる以上の各要素は、スモール基地局ＰｈＮＢ内の不図示のＣＰＵが、記憶部３３０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（４）−４． 交換局の構成
図８は、本実施形態に係る交換局ＭＭＥの構成を示すブロック図である。交換局ＭＭＥは、ネットワーク通信部４１０と制御部４２０とを備える。ネットワーク通信部４１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。制御部４２０は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを介して各ノード（ユーザ装置ＵＥ、マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ等）に対する制御信号を送信する。制御部４２０は、交換局４００内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
図８は、本実施形態に係る交換局ＭＭＥの構成を示すブロック図である。交換局ＭＭＥは、ネットワーク通信部４１０と制御部４２０とを備える。ネットワーク通信部４１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、ゲートウェイ装置ＧＷ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。制御部４２０は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを介して各ノード（ユーザ装置ＵＥ、マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ等）に対する制御信号を送信する。制御部４２０は、交換局４００内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（４）−５． ゲートウェイ装置の構成
図９は、本実施形態に係るゲートウェイ装置ＧＷの構成を示すブロック図である。ゲートウェイ装置ＧＷは、ネットワーク通信部５１０と外部ネットワーク通信部５２０と制御部５３０とを備える。ネットワーク通信部５１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。外部ネットワーク通信部５２０は、インターネットＩＮと通信を実行するための要素であり、必要に応じてユーザ信号のプロトコル変換を実行する。制御部５３０は、交換局ＭＭＥと制御信号の送受信を実行するとともに、ネットワークＮＷとインターネットＩＮとの間でユーザデータを中継する。制御部５３０は、ゲートウェイ装置ＧＷ内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
図９は、本実施形態に係るゲートウェイ装置ＧＷの構成を示すブロック図である。ゲートウェイ装置ＧＷは、ネットワーク通信部５１０と外部ネットワーク通信部５２０と制御部５３０とを備える。ネットワーク通信部５１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。外部ネットワーク通信部５２０は、インターネットＩＮと通信を実行するための要素であり、必要に応じてユーザ信号のプロトコル変換を実行する。制御部５３０は、交換局ＭＭＥと制御信号の送受信を実行するとともに、ネットワークＮＷとインターネットＩＮとの間でユーザデータを中継する。制御部５３０は、ゲートウェイ装置ＧＷ内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
１（５）． マクロ基地局における信号の中継
図１０は、マクロ基地局ｅＮＢ（送受信部２４２）における制御信号（制御メッセージ）の中継の説明図である。図１０に示されるように、マクロ基地局ｅＮＢの送受信部２４２は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを介して（Ｓ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラＳ１−ＭＭＥ−Ｂを用いて）交換局ＭＭＥから送信される制御メッセージのうち、スモール基地局ＰｈＮＢを制御する制御メッセージ（non-UE-associated信号）を、Ｘ３インタフェースを介して（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いて）スモール基地局ＰｈＮＢに中継する。以上のnon-UE-associated信号は、下位基地局制御メッセージとも称呼される。
図１０は、マクロ基地局ｅＮＢ（送受信部２４２）における制御信号（制御メッセージ）の中継の説明図である。図１０に示されるように、マクロ基地局ｅＮＢの送受信部２４２は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを介して（Ｓ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラＳ１−ＭＭＥ−Ｂを用いて）交換局ＭＭＥから送信される制御メッセージのうち、スモール基地局ＰｈＮＢを制御する制御メッセージ（non-UE-associated信号）を、Ｘ３インタフェースを介して（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いて）スモール基地局ＰｈＮＢに中継する。以上のnon-UE-associated信号は、下位基地局制御メッセージとも称呼される。
また、送受信部２４２は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースを介して（Ｓ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラＳ１−ＭＭＥ−Ｂを用いて）交換局ＭＭＥから送信される制御メッセージのうち、スモール基地局ＰｈＮＢと無線接続しているユーザ装置ＵＥに対する制御メッセージ（UE-associated信号）を、Ｕｕ−Ｃインタフェースを介して（制御無線ベアラＳＲＢを用いて）そのユーザ装置ＵＥに直接的に送信する。以上のUE-associated信号は、下位ユーザ制御メッセージとも称呼される。
図１１は、マクロ基地局ｅＮＢの送受信部２４２が実行する制御信号の中継動作のフローチャートである。送受信部２４２は、交換局ＭＭＥから制御信号を受信すると、その制御信号がnon-UE-associated信号であるかUE-associated信号であるかを判定する（S100）。制御信号がnon-UE-associated信号である場合、送受信部２４２は、その制御信号をＸ３インタフェース用のプロトコル（X3-AP）に適合するように変換し、Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いてスモール基地局ＰｈＮＢに中継する（S110）。スモール基地局ＰｈＮＢは、その制御信号により動作が制御される。他方、制御信号がUE-associated信号である場合、送受信部２４２は、その制御信号をＵｕ−Ｃインタフェース用のプロトコル（RRC）に適合するように変換し、制御無線ベアラＳＲＢを用いてユーザ装置ＵＥに送信する（S120）。
図１２は、マクロ基地局ｅＮＢ（送受信部２４２）におけるユーザ信号（ユーザデータ）の中継の説明図である。図１２に示されるように、マクロ基地局ｅＮＢの送受信部２４２は、Ｓ１−Ｕインタフェースを介して（Ｓ１−Ｕ信号伝送ベアラＳ１−Ｕ−Ｂを用いて）ゲートウェイ装置ＧＷから送信されるユーザデータのうち、スモール基地局ＰｈＮＢと無線接続しているユーザ装置ＵＥに対するユーザデータ（下位ユーザデータ）を、Ｘ３インタフェースを介して（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いて）スモール基地局ＰｈＮＢに中継する。なお、マクロ基地局ｅＮＢに無線接続しているユーザ装置ＵＥに対するユーザデータ（上位ユーザデータ）は、送受信部２４２が、Ｕｕ−Ｕインタフェースを介して（データ無線ベアラを用いて）直接的にユーザ装置ＵＥに送信する。
図１３は、マクロ基地局ｅＮＢの送受信部２４２が実行するユーザ信号の中継動作のフローチャートである。送受信部２４２は、ゲートウェイ装置ＧＷからユーザ信号を受信すると、そのユーザ信号の宛先が、スモール基地局ＰｈＮＢとユーザ装置ＵＥとのインタフェース（ＰｈＵｕインタフェース）であるか、マクロ基地局ｅＮＢとユーザ装置ＵＥとのインタフェース（Ｕｕ−Ｕインタフェース）であるか（宛先のユーザ装置ＵＥが、マクロ基地局ｅＮＢ（Ｕｕ−Ｕインタフェース）経由で通信しているのか、スモール基地局ＰｈＮＢ（ＰｈＵｕインタフェース）経由で通信しているのか）を判定する（S200）。宛先がＰｈＵｕインタフェースである場合、送受信部２４２は、図示の通り、Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いてそのユーザ信号をスモール基地局ＰｈＮＢに中継する（S210）。他方、宛先がＵｕ−Ｕインタフェースである場合、送受信部２４２は、データ無線ベアラを用いてそのユーザ信号を直接的にユーザ装置ＵＥに送信する（S220）。
以上の制御信号中継動作により、マクロ基地局ｅＮＢを介したスモール基地局ＰｈＮＢの制御が可能になる。また、以上のユーザ信号中継動作により、スモール基地局ＰｈＮＢを介したユーザ信号の送受信が可能になる。
特に、スモール基地局ＰｈＮＢに無線接続しているユーザ装置ＵＥについて、制御信号がマクロ基地局ｅＮＢから直接的に送信される一方、ユーザ信号がスモール基地局ＰｈＮＢを経由して送信される。すなわち、以上の構成および動作によれば、制御プレーンの通信とユーザプレーンの通信とが分離可能である。
１（６）． ノード選択動作
図１４は、インタフェースがセットアップされる際に実行されるノード選択動作のシークエンス図である。スモール基地局ＰｈＮＢの基地局選択部３４６は、Ｘ３インタフェースをセットアップする際に、接続すべきマクロ基地局ｅＮＢを選択する（S300）。より具体的には、基地局選択部３４６は、Ｘ３インタフェースのセットアップに先立ち、マクロ基地局ｅＮＢに関する情報（例えば、ネットワークトポロジに関する情報、マクロ基地局ｅＮＢの地理的位置に関する情報等）を他ノードから取得する。基地局選択部３４６は、取得した情報に基づいて、接続すべき（Ｘ３インタフェースを確立すべき）マクロ基地局ｅＮＢを選択する。以上の選択において、基地局選択部３４６は、ネットワークトポロジ上で近接する（好適には、最も近傍にある）マクロ基地局ｅＮＢを選択してもよいし、地理的に近接する（好適には、最も近傍にある）マクロ基地局ｅＮＢを選択してもよい。基地局選択部３４６は、１つのマクロ基地局ｅＮＢを選択してもよいし、複数のマクロ基地局ｅＮＢを選択してもよい。そして、基地局選択部３４６は、選択されたマクロ基地局ｅＮＢに対し、Ｘ３インタフェースのセットアップを実行する（S310）。
図１４は、インタフェースがセットアップされる際に実行されるノード選択動作のシークエンス図である。スモール基地局ＰｈＮＢの基地局選択部３４６は、Ｘ３インタフェースをセットアップする際に、接続すべきマクロ基地局ｅＮＢを選択する（S300）。より具体的には、基地局選択部３４６は、Ｘ３インタフェースのセットアップに先立ち、マクロ基地局ｅＮＢに関する情報（例えば、ネットワークトポロジに関する情報、マクロ基地局ｅＮＢの地理的位置に関する情報等）を他ノードから取得する。基地局選択部３４６は、取得した情報に基づいて、接続すべき（Ｘ３インタフェースを確立すべき）マクロ基地局ｅＮＢを選択する。以上の選択において、基地局選択部３４６は、ネットワークトポロジ上で近接する（好適には、最も近傍にある）マクロ基地局ｅＮＢを選択してもよいし、地理的に近接する（好適には、最も近傍にある）マクロ基地局ｅＮＢを選択してもよい。基地局選択部３４６は、１つのマクロ基地局ｅＮＢを選択してもよいし、複数のマクロ基地局ｅＮＢを選択してもよい。そして、基地局選択部３４６は、選択されたマクロ基地局ｅＮＢに対し、Ｘ３インタフェースのセットアップを実行する（S310）。
Ｘ３インタフェースのセットアップが完了すると、選択されたマクロ基地局ｅＮＢのノード選択部２４６は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースおよびＳ１−Ｕインタフェースをセットアップするために、接続すべき交換局ＭＭＥおよびゲートウェイ装置ＧＷを選択する（S320）。以上の選択動作は、３ＧＰＰ規格（例えば、3GPP TS 36.300 V11.1.0 (2012-03)）に規定されている。そして、ノード選択部２４６は、Ｓ１−ＭＭＥインタフェースおよびＳ１−Ｕインタフェースのセットアップを実行する（S330）。なお、スモール基地局ＰｈＮＢの基地局選択部３４６は、マクロ基地局ｅＮＢのノード選択部２４６とは異なり、交換局ＭＭＥおよびゲートウェイ装置ＧＷを選択する機能（NAS Node Selection Function，ＮＮＳＦ）を有さない。
以上のノード選択動作により、交換局ＭＭＥおよびゲートウェイ装置ＧＷを選択する機能を有さないスモール基地局ＰｈＮＢが、マクロ基地局ｅＮＢを介して交換局ＭＭＥおよびゲートウェイ装置ＧＷと通信することが可能となる。
１（７）． 通信識別子の割当て
図４を参照して前述したように、本実施形態のベアラ（例えば、信号伝送ベアラＸ３−Ｂ）は、両端の通信識別子ＣＩによって識別される。以下、通信識別子ＣＩの割当てについて説明する。
図４を参照して前述したように、本実施形態のベアラ（例えば、信号伝送ベアラＸ３−Ｂ）は、両端の通信識別子ＣＩによって識別される。以下、通信識別子ＣＩの割当てについて説明する。
信号伝送ベアラＸ３−Ｂの確立の際、マクロ基地局ｅＮＢのベアラ制御部２４４は、確立すべき信号伝送ベアラＸ３−Ｂについて、そのマクロ基地局ｅＮＢを示す通信識別子ＣＩ−ｅを生成して、その信号伝送ベアラＸ３−Ｂの１つの端点に割り当てる。そして、ベアラ制御部２４４は、Ｘ３インタフェースを介して通信識別子ＣＩ−ｅをスモール基地局ＰｈＮＢに送信する。他方、スモール基地局ＰｈＮＢのベアラ制御部３４４は、確立すべき信号伝送ベアラＸ３−Ｂについて、そのスモール基地局ＰｈＮＢを示す通信識別子ＣＩ−Ｐを生成して、その信号伝送ベアラＸ３−Ｂのもう１つの端点に割り当てる。そして、ベアラ制御部３４４は、Ｘ３インタフェースを介して通信識別子ＣＩ−Ｐをマクロ基地局ｅＮＢに送信する。
マクロ基地局ｅＮＢのベアラ制御部２４４は、スモール基地局ＰｈＮＢから受信した信号伝送ベアラＸ３−Ｂの通信識別子ＣＩ−Ｐを受信して記憶部２３０に記憶する。他方、スモール基地局ＰｈＮＢのベアラ制御部３４４は、マクロ基地局ｅＮＢから受信した信号伝送ベアラＸ３−Ｂの通信識別子ＣＩ−ｅを受信して記憶部３３０に記憶する。
以上の識別子割当て動作により、マクロ基地局ｅＮＢがスモール基地局ＰｈＮＢ側の通信識別子ＣＩ−Ｐを認識するとともに、スモール基地局ＰｈＮＢがマクロ基地局ｅＮＢ側の通信識別子ＣＩ−ｅを認識する。結果として、通信識別子ＣＩ−ｅおよび通信識別子ＣＩ−Ｐにより識別される信号伝送ベアラＸ３−Ｂを用いた通信が可能となる。
１（８）． 本実施形態の効果
以上に説明した実施形態によれば、上下関係（階層関係）にあるマクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとが適切に接続され、ノード間の適切な通信が実現される。また、マクロ基地局ｅＮＢが制御プレーンおよびユーザプレーンにおける中継動作を実行するので、制御プレーンとユーザプレーンとを分離した無線通信システムＣＳが実現される。
以上に説明した実施形態によれば、上下関係（階層関係）にあるマクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとが適切に接続され、ノード間の適切な通信が実現される。また、マクロ基地局ｅＮＢが制御プレーンおよびユーザプレーンにおける中継動作を実行するので、制御プレーンとユーザプレーンとを分離した無線通信システムＣＳが実現される。
２． 変形例
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。
２（１）． 変形例１
マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとは、有線により接続されてもよいし、無線により接続されてもよい。すなわち、Ｘ３インタフェース（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂ）は、有線接続により構成されてもよいし、無線接続により構成されてもよい。
マクロ基地局ｅＮＢとスモール基地局ＰｈＮＢとは、有線により接続されてもよいし、無線により接続されてもよい。すなわち、Ｘ３インタフェース（Ｘ３信号伝送ベアラＸ３−Ｂ）は、有線接続により構成されてもよいし、無線接続により構成されてもよい。
２（２）． 変形例２
以上の実施形態では、スモール基地局ＰｈＮＢがＸ２インタフェースを備える。しかし、スモール基地局ＰｈＮＢがＸ２インタフェースを備えなくてもよい。すなわち、スモール基地局ＰｈＮＢは、Ｘ２インタフェースを終端してもよいし、終端しなくてもよい。
以上の実施形態では、スモール基地局ＰｈＮＢがＸ２インタフェースを備える。しかし、スモール基地局ＰｈＮＢがＸ２インタフェースを備えなくてもよい。すなわち、スモール基地局ＰｈＮＢは、Ｘ２インタフェースを終端してもよいし、終端しなくてもよい。
２（３）． 変形例３
以上の実施形態では、スモール基地局ＰｈＮＢがＳ１−Ｕインタフェースを備える。しかし、スモール基地局ＰｈＮＢがＳ１−Ｕインタフェースを備えなくてもよい。
以上の実施形態では、スモール基地局ＰｈＮＢがＳ１−Ｕインタフェースを備える。しかし、スモール基地局ＰｈＮＢがＳ１−Ｕインタフェースを備えなくてもよい。
２（４）． 変形例４
各基地局（ｅＮＢ，ＰｈＮＢ）が形成するセルの構成は任意である。図１５に、セル構成の一例を示す。マクロ基地局ｅＮＢはその周囲にマクロセルＣ１を形成し、スモール基地局ＰｈＮＢはその周囲にスモールセルＣ２を形成する。各セルＣの中に各基地局のアンテナが模式的に示されている。作図の便宜上、マクロセルＣ１が示される平面とスモールセルＣ２が示される平面とが別個に描かれているが、実際には、同一の平面（地表等）上にマクロセルＣ１とスモールセルＣ２とが重畳され得る。セルＣは、各基地局からの電波がユーザ装置ＵＥに有効に到達する範囲である。したがって、ユーザ装置ＵＥは、在圏するセルＣに対応する基地局と無線通信を実行可能である。スモール基地局ＰｈＮＢは、マクロ基地局ｅＮＢと比較して小規模であり無線送信能力（平均送信電力、最大送信電力等）が小さい。また、スモール基地局ＰｈＮＢが無線通信に用いる周波数帯域（第２周波数帯域、例えば３．５ＧＨｚ帯）は、マクロ基地局ｅＮＢが無線通信に用いる周波数帯域（第１周波数帯域、例えば２ＧＨｚ帯）よりも周波数が高く、伝搬損失が大きい。したがって、スモールセルＣ２はマクロセルＣ１よりも面積が小さい。なお、マクロセルＣ１の面積とスモールセルＣ２の面積とが同等である構成も採用可能である。
各基地局（ｅＮＢ，ＰｈＮＢ）が形成するセルの構成は任意である。図１５に、セル構成の一例を示す。マクロ基地局ｅＮＢはその周囲にマクロセルＣ１を形成し、スモール基地局ＰｈＮＢはその周囲にスモールセルＣ２を形成する。各セルＣの中に各基地局のアンテナが模式的に示されている。作図の便宜上、マクロセルＣ１が示される平面とスモールセルＣ２が示される平面とが別個に描かれているが、実際には、同一の平面（地表等）上にマクロセルＣ１とスモールセルＣ２とが重畳され得る。セルＣは、各基地局からの電波がユーザ装置ＵＥに有効に到達する範囲である。したがって、ユーザ装置ＵＥは、在圏するセルＣに対応する基地局と無線通信を実行可能である。スモール基地局ＰｈＮＢは、マクロ基地局ｅＮＢと比較して小規模であり無線送信能力（平均送信電力、最大送信電力等）が小さい。また、スモール基地局ＰｈＮＢが無線通信に用いる周波数帯域（第２周波数帯域、例えば３．５ＧＨｚ帯）は、マクロ基地局ｅＮＢが無線通信に用いる周波数帯域（第１周波数帯域、例えば２ＧＨｚ帯）よりも周波数が高く、伝搬損失が大きい。したがって、スモールセルＣ２はマクロセルＣ１よりも面積が小さい。なお、マクロセルＣ１の面積とスモールセルＣ２の面積とが同等である構成も採用可能である。
２（５）． 変形例５
ユーザ装置ＵＥは、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置ＵＥは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。
ユーザ装置ＵＥは、各基地局（マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ）と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置ＵＥは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。
２（６）． 変形例６
無線通信システムＣＳ内の各要素（ユーザ装置ＵＥ、マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ、ゲートウェイ装置ＧＷ）においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。
無線通信システムＣＳ内の各要素（ユーザ装置ＵＥ、マクロ基地局ｅＮＢ、スモール基地局ＰｈＮＢ、交換局ＭＭＥ、ゲートウェイ装置ＧＷ）においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。
ＵＥ……ユーザ装置、１１０……無線通信部、１２０……記憶部、１３０……制御部、ｅＮＢ……マクロ基地局、２１０……無線通信部、２２０……ネットワーク通信部、２３０……記憶部、２４０……制御部、２４２……送受信部、２４４……ベアラ制御部、２４６……ノード選択部、ＰｈＮＢ……スモール基地局、３１０……無線通信部、３２０……ネットワーク通信部、３３０……記憶部、３４０……制御部、３４２……送受信部、３４４……ベアラ制御部、３４６……基地局選択部、ＭＭＥ……交換局、４００……交換局、４１０……ネットワーク通信部、４２０……制御部、ＧＷ……ゲートウェイ装置、５１０……ネットワーク通信部、５２０……外部ネットワーク通信部、５３０……制御部、ＣＩ（ＣＩ−ｅ，ＣＩ−Ｐ）……通信識別子、ＣＳ……無線通信システム、ＩＮ……インターネット、ＮＷ……ネットワーク、Ｓ１−ＭＭＥ−Ｂ……Ｓ１−ＭＭＥ信号伝送ベアラ、Ｓ１−Ｕ−Ｂ……Ｓ１−Ｕ信号伝送ベアラ、ＳＲＢ……制御無線ベアラ、Ｘ３−Ｂ……Ｘ３信号伝送ベアラ。
Claims (12)
- 上位基地局と、
前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、
前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、
交換局と、
ゲートウェイ装置と
を備える無線通信システムにおける前記上位基地局であり、
前記下位基地局は、
前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースとのいずれをも有さず、
前記上位基地局は、
前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるＵｕ−Ｃインタフェースと、
前記下位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースと、
前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるＳ１−ＭＭＥインタフェースと、
前記Ｕｕ−Ｃインタフェースを介して前記ユーザ装置との制御プレーン上の送受信を実行し、前記Ｘ３インタフェースを介して前記下位基地局との送受信を実行する送受信部とを有し、
前記Ｘ３インタフェースを介して確立され、制御メッセージの送信に用いられるベアラの２つの端点をそれぞれ識別する２つの通信識別子が、前記上位基地局および前記下位基地局に対してそれぞれ設定され、
前記上位基地局は、２つの前記通信識別子の１つである第１通信識別子を当該上位基地局に割り当てる第１ベアラ制御部を備え、
前記下位基地局は、２つの前記通信識別子の他の１つである第２通信識別子を当該下位基地局に割り当てる第２ベアラ制御部を備え、
前記第１ベアラ制御部は、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記第１通信識別子を前記下位基地局に送信し、前記第２ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第２通信識別子を記憶する
上位基地局。 - 前記送受信部は、
前記ゲートウェイ装置から送信されるユーザデータのうち、前記下位基地局と無線接続しているユーザ装置に対する下位ユーザデータを、前記Ｘ３インタフェースを介して、前記下位基地局に中継する
請求項１の上位基地局。 - 前記送受信部は、
前記交換局から送信される制御メッセージのうち、前記下位基地局と無線接続しているユーザ装置に対する下位ユーザ制御メッセージを、前記Ｕｕ−Ｃインタフェースを介して、前記ユーザ装置に直接的に送信する
請求項１の上位基地局。 - 前記Ｘ３インタフェースは、有線接続により構成される
請求項１ないし請求項３のいずれかの上位基地局。 - 前記Ｘ３インタフェースは、無線接続により構成される
請求項１ないし請求項３のいずれかの上位基地局。 - 上位基地局と、
前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、
前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、
交換局と、
ゲートウェイ装置と
を備える無線通信システムにおける前記下位基地局であり、
前記ユーザ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＰｈＵｕインタフェースと、
前記上位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースとを備え、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記上位基地局から送信される制御メッセージにより動作が制御され、
前記Ｘ３インタフェースを介して確立され、前記制御メッセージの送信に用いられるベアラの２つの端点をそれぞれ識別する２つの通信識別子が、前記上位基地局および前記下位基地局に対してそれぞれ設定され、
前記上位基地局は、２つの前記通信識別子の１つである第１通信識別子を当該上位基地局に割り当てる第１ベアラ制御部を備え、
前記下位基地局は、２つの前記通信識別子の他の１つである第２通信識別子を当該下位基地局に割り当てる第２ベアラ制御部を備え、
前記第２ベアラ制御部は、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記第２通信識別子を前記上位基地局に送信し、前記第１ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第１通信識別子を記憶する
下位基地局。 - さらに、前記ゲートウェイ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＳ１−Ｕインタフェースを備える
請求項６の下位基地局。 - 複数の前記交換局から少なくとも１つを選択する機能を有さない
請求項６または請求項７の下位基地局。 - 複数の前記ゲートウェイ装置から少なくとも１つを選択する機能を有さない
請求項６または請求項７の下位基地局。 - 前記Ｘ３インタフェースは、有線接続により構成される
請求項６ないし請求項９のいずれかの下位基地局。 - 前記Ｘ３インタフェースは、無線接続により構成される
請求項６ないし請求項９のいずれかの下位基地局。 - 上位基地局と、
前記上位基地局の制御機能よりも限定的な制御機能を有する下位基地局と、
前記上位基地局および前記下位基地局の各々と無線通信可能なユーザ装置と、
交換局と、
ゲートウェイ装置とを備え、
前記上位基地局は、
前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるＵｕ−Ｃインタフェースと、
前記下位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースと、
前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるＳ１−ＭＭＥインタフェースと、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記下位基地局との送受信を実行する送受信部とを有し、
前記下位基地局は、
前記ユーザ装置との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースと、前記交換局との制御プレーン上の通信に用いられるインタフェースとのいずれをも有さず、かつ、
前記ユーザ装置とのユーザプレーン上の通信に用いられるＰｈＵｕインタフェースと、
前記上位基地局との、制御プレーン上の通信およびユーザプレーン上の通信のいずれか一方または双方に用いられるＸ３インタフェースとを備え、
前記上位基地局から送信される制御メッセージにより動作が制御され、
前記Ｘ３インタフェースを介して確立され、前記制御メッセージの送信に用いられるベアラの２つの端点をそれぞれ識別する２つの通信識別子が、前記上位基地局および前記下位基地局に対してそれぞれ設定され、
前記上位基地局は、２つの前記通信識別子の１つである第１通信識別子を当該上位基地局に割り当てる第１ベアラ制御部を備え、
前記下位基地局は、２つの前記通信識別子の他の１つである第２通信識別子を当該下位基地局に割り当てる第２ベアラ制御部を備え、
前記第１ベアラ制御部は、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記第１通信識別子を前記下位基地局に送信し、前記第２ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第２通信識別子を記憶し、
前記第２ベアラ制御部は、
前記Ｘ３インタフェースを介して前記第２通信識別子を前記上位基地局に送信し、前記第１ベアラ制御部から前記Ｘ３インタフェースを介して受信した前記第１通信識別子を記憶する
無線通信システム。
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