JP5940867B2

JP5940867B2 - 無線通信システム、通信制御装置、無線通信端末及び通信制御方法

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Publication number: JP5940867B2
Application number: JP2012095077A
Authority: JP
Inventors: 慎一磯部; 西田　克利; 克利西田
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: US20150087283A1; EP2840865A4; JP2013223192A; EP2840865A1; WO2013157438A1

Description

本発明は、複数の無線通信端末と、当該複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置とを含む無線通信システム、通信制御装置、無線通信端末及び通信制御方法に関する。

従来、無線基地局やアクセスポイントを経由することなく、複数の無線通信端末（以下、端末と適宜省略）が直接、無線通信を実行する無線通信方式、いわゆるDevice-to-Device（D2D）通信として、Bluetooth（登録商標）や無線LANのアドホックモードが知られている。このような無線方式は、比較的低い無線送信電力を用いて近距離の無線通信を実現する。このため、端末間の距離が離れている場合には、当該無線通信方式を利用することは難しい。また、このような無線通信方式は、通信事業者が提供する無線アクセスネットワーク（例えば、UTRA(3G)、E-UTRA(LTE)またはGERAN(2G)）に比べて、その無線伝送容量が限定される。

そこで、通信事業者が提供する無線アクセスネットワークを用いて、D2D通信を実現することが検討されている（例えば、非特許文献１）。

このような無線アクセスネットワークにおいて用いられる無線アクセス技術を利用する場合、通信事業者が主管庁から認可を受けた周波数帯域を用いるため、端末は、より高い無線送信電力を出力でき、無線基地局などのネットワーク側のリソースを用いることなく、遠距離かつ大容量なD2D通信が可能となる。また、このような特徴は、震災など、無線基地局などのネットワーク側が被災している場合に特に有効と考えられる。また、通信事業者が管轄する無線アクセスネットワーク（2G/3G/LTEなど）において用いられる周波数帯域を用いたD2D通信が実現される場合、端末に別の無線通信（例えばBluetooth（登録商標））のためのモジュールを実装することなくD2D通信が可能となり、端末コストの低廉化や小型化などのメリットがある。

"Key drivers for LTE success: Services Evolution"、２０１１年９月、3GPP、インターネットURL： http://www.3gpp.org/ftp/Information/presentations/presentations_2011/2011_09_LTE_Asia/2011_LTE-Asia_3GPP_Service_evolution.pdf

しかしながら、通信事業者が提供する無線アクセス技術を用いてD2D通信を実現する場合、次のような問題がある。すなわち、当該無線アクセス技術は、無線基地局を経由した無線通信を前提としているため、端末がD2D通信を実行するに際して、当該端末をネットワーク側から何ら制御することができない。D2D通信は通信事業者が管轄する無線アクセスネットワークにおいて用いられる周波数帯を使用するため、通信事業者（ネットワーク）側から制御なしにD2D通信を許せば、通信事業者の管轄する無線アクセスネットワークへ干渉などの悪影響を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、無線通信端末をネットワーク側から制御しつつ、端末間直接通信（D2D通信）をLTEなどの無線アクセスネットワークを用いて提供し得る無線通信システム、通信制御装置、無線通信端末及び通信制御方法の提供を目的とする。

本発明の第１の特徴は、複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置とを含む無線通信システムであって、前記通信制御装置は、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部を備え、前記複数の無線通信端末は、前記通信制御装置から受信した前記報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部を備え、前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信し、前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定することを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置であって、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部を備え、前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、他の無線通信端末と無線アクセスネットワークを経由しない直接通信を実行する無線通信端末であって、通信制御装置から受信した前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部を備え、前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定することを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御方法であって、無線通信システムが、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知するステップと、前記直接通信を許可する場合、前記無線通信システムが、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信するステップと、前記無線通信端末が、前記無線通信システムから受信した前記設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定するステップと、前記無線通信端末が、前記無線通信システムから受信した前記報知情報及び前記設定情報に基づいて、前記直接通信を開始するステップとを有することを要旨とする。

本発明の特徴によれば、無線通信端末をネットワーク側から制御しつつ、端末間直接通信（D2D通信）をLTEなどの無線アクセスネットワークを用いて提供し得る無線通信システム、通信制御装置、無線通信端末及び通信制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る無線通信システム10の全体概略構成図である。本発明の実施形態に係る無線基地局100の機能ブロック構成図である。本発明の実施形態に係る端末400Aの機能ブロック構成図である。本発明の実施形態に係る端末400A, 400Bが報知情報に基づいて直接通信を実行する通信シーケンスを示す図である。本発明の変更例に係る通信制御装置300の機能ブロック構成図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）無線通信システムの全体概略構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システム10の全体概略構成図である。図１に示すように、無線通信システム10は、無線基地局100、課金システム200、通信制御装置300及び複数の無線通信端末400A, 400B（以下、端末400A, 400B）を含む。

無線基地局100は、3GPPにおいて標準化された無線アクセス技術（RAT）、例えば、Long Term Evolution（LTE）に従った動作を実行する。本実施形態では、無線基地局100は、端末400A, 400B間における直接通信を制御する。具体的には、無線基地局100は、無線基地局100を経由することなく、つまり、無線アクセスネットワークを経由することなく、端末400Aと端末400Bとの間において実行される通信を許可するか否かを示す報知情報を、無線基地局100から送信させることによって、当該直接通信を制御する。なお、端末400Aと端末400Bとの直接通信を制御する報知情報は、複数の無線基地局、たとえば、無線基地局100と図示しない別の無線基地局から別々に報知されてもよい。

このように、無線通信システム10では、無線アクセスネットワーク側からの報知情報に基づいて、端末400Aと端末400Bとの直接通信が許可される。また、図示しない別の無線基地局からの報知情報に基づく場合、例えば、無線基地局100がカバーするエリアにおいても、当該別の無線基地局からの報知情報に従って直接通信が許可されることがある。

課金システム200は、端末400A, 400Bが実行した通信アプリケーションに応じた課金を管理する。特に、本実施形態では、課金システム200は、端末400A, 400B間において実行される端末間の直接通信（D2D通信）に関する課金を管理する。

通信制御装置300は、端末400A, 400Bが実行する通信を制御する。具体的には、通信制御装置300は、無線基地局100から送信される報知情報や、端末400A, 400Bから送信された通信要求に対して応答することによって、端末400A, 400Bが実行する通信を制御する。

端末400A及び端末400Bは、LTEなどの無線アクセス技術に従った無線通信を実行するUser Equipment（UE）である。端末400A（400B）は、無線基地局100を経由して端末400B（400A）と通信を実行すること、及び無線基地局100を経由せずに端末400B（400A）と直接通信を実行することができる。具体的には、端末400A, 400Bは、無線基地局100から報知された報知情報に基づいて、直接通信が実行可能か否かを判定し、所定または任意のタイミングにおいて直接通信を実行する。なお、かかる判定において、通信制御装置300から通知された情報（例えば、直接通信許可通知）を判断要素に加えてもよい。

（２）無線通信システムの機能ブロック構成
次に、無線通信システム10の機能ブロック構成について説明する。具体的には、無線基地局100及び端末400A（400B）の機能ブロック構成について説明する。図２は、無線基地局100の機能ブロック構成図であり、図３は、端末400Aの機能ブロック構成図である。

（２．１）無線基地局100
図２に示すように、無線基地局100は、報知情報設定部101及び報知情報送信部103を備える。なお、本実施形態では、無線基地局100が端末400Aと端末400Bとの直接通信を制御する通信制御装置の機能を備える例について説明する。

報知情報設定部101は、無線基地局100が形成するセルC1に向けて送信される各種の報知情報を設定する。本実施形態では、報知情報設定部101は、定期的に送信される報知情報に直接通信が可能であることを示す情報を含める。

報知情報設定部101は、直接通信が実行可能な距離的なエリア（例えば、セルC1）を規定し、当該エリアに向けて直接通信が可能であることを示す報知情報を報知情報送信部103から送信させる。なお、当該エリア（所定の無線通信エリア）は、セル単位に限らず、セクタ単位、トラッキングエリア単位、ネットワーク単位で設定されてもよい。また、報知情報設定部101は、端末400A, 400Bによる直接通信の開始・終了指示タイミングを当該報知情報に含めることもできる。

報知情報送信部103は、所定の無線通信エリア（例えば、セルC1）に向けて報知情報を送信する。報知情報としては、例えば、SIB(System Information Block)を用いることができる。本実施形態では、報知情報送信部103は、直接通信を許可するか否かを示す報知情報をセルC1内に報知する。

報知情報送信部103は、直接通信を許可する場合、直接通信に必要となる通信環境の設定情報をセルC1内にさらに送信する。設定情報としては、直接通信で許容される周波数帯、無線信号の電波強度及び端末400A, 400Bの発信タイミング（直接通信を許容するタイミング）などが含まれる。なお、電波強度は、無線基地局100と端末400A, 400Bとの間の無線通信に干渉を与えない強度であることが望ましい。ただし、端末400Aと端末400Bとの距離に応じて電波強度を変更しても構わない。

このように、報知情報送信部103は、直接通信を実行可能なタイミング（時期）を含む設定情報を所定の無線通信エリア内に送信することができ、設定情報は、直接通信に用いられる無線周波数帯域または送信無線信号の電波強度、相手（着信側）端末の識別子（電話番号、端末識別子及び加入者識別子）などを含むことができる。

（２．２）端末400A
図３に示すように、端末400Aは、報知情報受信部401、報知情報保持部403及び直接通信実行部405を備える。なお、端末400Bも同様の機能ブロック構成を有する。

報知情報受信部401は、無線基地局100から送信される報知情報を受信する。具体的には、報知情報受信部401は、端末400Aが無線基地局100を経由して定期的或いは位置登録を実行した場合、ハンドオーバを実行した場合、またはローミングインした場合、当該報知情報を受信する。或いは、報知情報受信部401は、直接通信実行部405から送信された直接通信の開始要求に応じて無線基地局100から送信された報知情報を受信することができる。

報知情報保持部403は、報知情報受信部401が受信した報知情報を保持する。具体的には、報知情報保持部403は、報知情報に含まれる直接通信の設定情報を保持する。

直接通信実行部405は、無線基地局100から受信した報知情報に基づいて、端末400Bとの直接通信を開始する。具体的には、直接通信実行部405は、報知情報保持部403に保持されている報知情報、または報知情報受信部401が受信した最新の報知情報に含まれる直接通信の設定情報に基づいて、直接通信に必要な通信環境を設定する。或いは、直接通信実行部405は、受信した設定情報を報知情報保持部403に蓄積しておき、蓄積した設定情報から直接通信に必要な通信環境を設定してもよい。

また、直接通信実行部405は、設定情報に含まれる直接通信を実行可能なタイミング（時期）に基づいて、所定のタイミングで無線信号を送信し、直接通信を実行する。

（３）無線通信システムの動作
次に、上述した無線通信システム10の動作について説明する。図４は、端末400A, 400Bが報知情報に基づいて直接通信を実行する通信シーケンスを示す。

図４に示すように、無線基地局100は、端末400A, 400Bが直接通信を実行可能なエリアを設定する（S10）。具体的には、無線基地局100は、上述したように、セル単位、セクタ単位、トラッキングエリア単位或いはネットワーク単位などで直接通信が実行可能なエリアを設定できる。ここでは、セルC1において直接通信が可能なものとする。

無線基地局100は、直接通信の設定情報（周波数帯及び無線信号の電波強度など）を含む報知情報をセルC1に向けて送信する（S20）。

端末400A, 400Bは、受信した報知情報に含まれる設定情報を保存（S30）し、当該設定情報に基づいて直接通信に必要な通信環境を設定する（S40）。

さらに、端末400Aは、端末400Bとの直接通信の開始要求を無線基地局100に送信する（S50）。無線基地局100は、端末400A, 400Bが直接通信の可能なエリアに在圏するか否かを判定する（S60）。ここでは、直接通信が可能と判定されたものとする。無線基地局100は、当該直接通信の開始要求を通信制御装置300に転送する（S65）。

通信制御装置300は、直接通信の許可通知（直接通信の実行タイミングを含む）を、無線基地局100を経由して端末400Aに送信する（S70）。端末400Aは、当該許可通知に基づいて、端末400Bと直接通信を開始する（S80）。

また、無線基地局100は、直接通信に伴う端末400A（または端末400B）に対する課金を管理するため、端末400Aが端末400Bと直接通信を開始したことを、通信制御装置300を経由して課金システム200に通知する（S90）。

端末400Aは、端末400Bとの直接通信が終了すると、直接通信が終了したことを無線基地局100に通知する（S100）。無線基地局100は、直接通信に伴う端末400A（または端末400B）に対する課金を管理するため、端末400Aが端末400Bと直接通信を終了したことを、通信制御装置300を経由して課金システム200に通知する（S110）。

（４）作用・効果
無線通信システム10によれば、直接通信を許可するか否かを示す報知情報が無線基地局100から端末400A, 400Bに向けて報知される。さらに、直接通信を許可する場合、直接通信に必要となる通信環境の設定情報が端末400A, 400Bに向けて報知される。そして、端末400A, 400Bは、無線基地局100から受信した設定情報に基づいて直接通信に必要な通信環境を設定する。

このため、端末400A, 400Bをネットワーク側から制御しつつ、端末間直接通信（D2D通信）をLTEなどの無線アクセスネットワークを用いて提供し得る。つまり、端末400A, 400Bをネットワーク側から制御しつつ直接通信を実現できるため、端末400A, 400Bと無線基地局100との間の通信に影響（干渉など）を与えることを確実に防止でき、安定した端末間の直接通信が可能となる。

（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

例えば、上述した本発明の実施形態では、無線基地局100が通信制御装置の機能を備える例について説明したが、無線基地局100以外の装置、例えば、ネットワーク上に配置された通信制御装置300（例えば、Serving Gateway（SGW）、Packet Data Network Gateway（PGW）、Mobility Management Entity（MME）、GGSN（Gateway GPRS Serving Node））が当該機能を備えてもよい。

図５は、本発明の変更例に係る通信制御装置300の機能ブロック構成図である。図５に示すように、通信制御装置300は、報知情報設定部301及び報知情報送信部303を備える。報知情報設定部301及び報知情報送信部303は、無線基地局100の報知情報設定部101及び報知情報送信部103にそれぞれ対応する。つまり、報知情報設定部301は、報知情報設定部101と同様に、端末400A, 400Bに向けて送信される報知情報を設定する。また、報知情報送信部103は、当該報知情報を端末400A, 400Bに向けて送信する。

また、上述した図４に示したステップS60及びS70の処理は必須ではなく、端末400Aは、無線基地局100に直接通信の開始を通知することなく端末400Bと直接通信を開始してもよい。

また、無線アクセスネットワークの被災時などには、端末400A, 400Bに予め保存さえた報知情報（設定情報）に基づいて、端末400A, 400Bが自律的に直接通信を開始してもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

また、上述した本発明は、以下のように表現されてもよい。本発明の第１の特徴は、複数の端末400A, 400Bと、前記複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置（無線基地局100）とを含む無線通信システム10であって、前記通信制御装置は、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部103を備え、前記複数の無線通信端末は、前記通信制御装置から受信した前記報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部405を備え、前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信し、前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定することを要旨とする。

本発明の第１の特徴において、前記報知情報送信部は、前記直接通信を実行可能な時期を含む前記設定情報を前記所定の無線通信エリア内に送信し、前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記設定情報に含まれる前記時期に基づいて前記直接通信を実行してもよい。

本発明の第１の特徴において、前記設定情報は、前記直接通信に用いられる無線周波数帯域または送信無線信号の電波強度の少なくとも何れかを含んでもよい。

本発明の第２の特徴は、複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置300であって、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部303を備え、前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信することを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、他の無線通信端末と無線アクセスネットワークを経由しない直接通信を実行する無線通信端末400A（400B）であって、通信制御装置（例えば、無線基地局100）から受信した前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部405を備え、前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定することを要旨とする。

10…無線通信システム
100…無線基地局
101…報知情報設定部
103…報知情報送信部
200…課金システム
300…通信制御装置
400A, 400B…無線通信端末
401…報知情報受信部
403…報知情報保持部
405…直接通信実行部

Claims

複数の無線通信端末と、
前記複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置と
を含む無線通信システムであって、
前記通信制御装置は、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部を備え、
前記複数の無線通信端末は、前記通信制御装置から受信した前記報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部を備え、
前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信し、
前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定する無線通信システム。
前記報知情報送信部は、前記直接通信を実行可能な時期を含む前記設定情報を前記所定の無線通信エリア内に送信し、
前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記設定情報に含まれる前記時期に基づいて前記直接通信を実行する請求項１に記載の無線通信システム。
前記設定情報は、前記直接通信に用いられる無線周波数帯域または送信無線信号の電波強度の少なくとも何れかを含む請求項１に記載の無線通信システム。
複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御装置であって、
前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知する報知情報送信部を備え、
前記報知情報送信部は、前記直接通信を許可する場合、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信する通信制御装置。
他の無線通信端末と無線アクセスネットワークを経由しない直接通信を実行する無線通信端末であって、
通信制御装置から受信した前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報に基づいて、前記直接通信を開始する直接通信実行部を備え、
前記直接通信実行部は、前記通信制御装置から受信した前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定する無線通信端末。
複数の無線通信端末間における直接通信を制御する通信制御方法であって、
無線通信システムが、前記直接通信を許可するか否かを示す報知情報を所定の無線通信エリア内に報知するステップと、
前記直接通信を許可する場合、前記無線通信システムが、前記直接通信に必要となる通信環境の設定情報を前記所定の無線通信エリア内にさらに送信するステップと、
前記無線通信端末が、前記無線通信システムから受信した前記設定情報に基づいて前記直接通信に必要な通信環境を設定するステップと、
前記無線通信端末が、前記無線通信システムから受信した前記報知情報及び前記設定情報に基づいて、前記直接通信を開始するステップと
を有する通信制御方法。