JP6433467B2 - 中継装置および移動体通信システム - Google Patents

Description

本発明は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継する中継装置および当該中継装置を備える移動体通信システムに関する。

移動体通信端末に関する通信規格には、第３世代携帯電話（３Ｇ）規格やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等がある。これらの通信規格に基づいて、マクロセル基地局と端末装置とを無線通信で接続する無線通信システムが提供されている。端末装置が屋内で使用される場合のカバレッジを改善するために、中継装置が用いられている。中継装置は、端末装置との無線通信であるアクセス（ＡＣ：Ａｃｃｅｓｓ Ｌｉｎｋ）無線を担う装置と、マクロセル基地局との無線通信であるバックホール（ＢＨ：Ｂａｃｋｈａｕｌ Ｌｉｎｋ）無線を担う装置とが存在するこのような中継装置を取り扱う技術は種々の特許文献で提案されている。

特開２０１４−１３２７５７号公報 特開２０１４−９０３００号公報 特開２０１４−３０１８６号公報

ところで、マクロセル基地局は、中継装置からのメジャーレポートに基づき、通信品質や通信量等を判断する。中継装置との通信品質が悪化したり通信量が多くなったりすると、当該中継装置に対し隣接した他のマクロセル基地局へ接続切替（ハンドオーバー）すべき旨の指示を出すようになっている。

中継装置が接続先を切り替える場合、新たなマクロセル基地局と中継装置とが接続を再確立する必要がある。特に、接続切替の前後で、それぞれのマクロセル基地局における通信品質が同程度の場合、それぞれのマクロセル基地局が接続切替指示を繰り返すため、頻繁にハンドオーバーが生じる。例えば、第１のマクロセル基地局から第２のマクロセル基地局へ接続を切り替えた直後に、再び第２のマクロセル基地局から第１のマクロセル基地局へ接続が再度切り替えられるような場合である。ハンドオーバーが繰り返されると、新たな通信確立のための時間が必要となり、コンテンツ伝送以外の通信確立のために通信データが費やされることになるため、通信品質が悪化する。さらに悪くすると、一旦確立したセキュリティ確保のためのＩＰパケットが解消されてしまった場合には、その再確立するまでの数十秒間、中継装置と端末装置とのアクセス無線通信が遮断されてしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、マクロセル基地局間において生じるハンドオーバーの頻度を抑制することができる中継装置、および当該中継装置を備える移動体通信システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る中継装置は、端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継し、かつ、接続中のマクロセル基地局から異なるマクロセル基地局へ接続を切り替え可能な中継装置であって、接続先とするマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき特定のマクロセル基地局への接続を確立し、当該マクロセル基地局から他のマクロセル基地局への接続を切り替えるべき旨の接続切替要求を受信した場合には当該接続切替要求に基づく他のマクロセル基地局への接続切替が可能であるか否かに関わらず当該接続切替を禁止する。

ただし、中継装置は、受信した前記接続切替要求に特定の優先情報が含まれている場合には、当該接続切替要求に対応する他のマクロセル基地局への接続切替を許可するようにすることは好ましい。

さらに中継装置は、最初に接続すべきマクロセル基地局情報が変更可能に設定されていることは好ましい。

また、本発明に係る移動体通信システムは、端末装置とマクロセル基地局との間に介在し、接続中のマクロセル基地局から異なるマクロセル基地局へ接続を切り替え可能な中継装置を備え、前記中継装置は、接続先とするマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき特定のマクロセル基地局への接続を確立し、当該マクロセル基地局から他のマクロセル基地局への接続を切り替えるべき旨の接続切替要求を受信した場合には当該接続切替要求に基づく他のマクロセル基地局への接続切替が可能であるか否かに関わらず当該接続切替を禁止する。

本発明に係る中継装置および移動体通信システムによれば、マクロセル基地局間において生じるハンドオーバーの頻度を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る移動通信システムの構成を示す模式図。 本実施形態に係る移動通信システムの第２の動作を説明するための模式図。 その他の実施形態に係る移動通信システムの構成を示す模式図。 本実施形態に係る移動通信システムの第１の動作を説明するシーケンス図。 本実施形態に係る移動通信システムの第２の動作を説明するシーケンス図。 本実施形態に係る移動通信システムの第３の動作を説明するフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず複数の実施形態で共通するシステム構成について説明し、次いで当該システムの第１から第３の動作について説明する。

なお、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、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表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。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がある。

〔システム構成〕
図１は、本実施形態に係る移動通信システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る移動体通信システム１００は、無線ネットワークに係る構成とコアネットワークに係る構成とを備える。以下説明する。

（無線ネットワーク）
図１に示すように、移動体通信システム１００の無線ネットワークとしては、端末装置１０、中継装置２０、およびマクロセル基地局３０-１、３０−２、・・・（特段基地局を区別しない場合には「マクロセル基地局３０」と称する）を備える。

端末装置１０は、スマートフォン、携帯電話等の移動体通信端末であり、ＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）とも呼ばれる。図１では、中継装置２０の通信可能範囲に在圏するとともに、マクロセル基地局３０−２の通信可能範囲にも在圏しているものとする。

中継装置２０は、本発明に係り、マクロセル基地局３０と端末装置１０とを中継するノードという意味でＲｅＮＢ（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｐｅａｔｅｒ ｔｙｐｅ ｅＮｏｄｅＢ）とも呼ばれている。中継装置２０は、リレーノード（Ｒｅｌａｙ Ｎｏｄｅ）２２およびアクセスノード（Ａｃｃｅｓｓ Ｎｏｄｅ）２４を備える。リレーノード２２とアクセスノード２４とは、独立した別個の装置として構成されていても、双方の機能を集約した一体型の装置として構成されていてもよい。

リレーノード２２は、無線ネットワークにおける一つのノードを構成し、マクロセル基地局３０との間でバックホール無線通信を確立するノードである。リレーノード２２は、顧客構内機器ＣＰＥ（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）とも呼ばれる。リレーノード２２は、通信規格で選択可能に定められている複数の周波数帯域のなかからいずれかの周波数帯域を選択して、マクロセル基地局３０と通信を確立することが可能になっている。リレーノード２２は、定期的に周辺の周波数帯域における通信品質や通信量を測定し、その測定結果をメジャーメントレポート（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｐｏｒｔ）として、バックホール無線で接続されているマクロセル基地局３０に送信するようになっている。

アクセスノード２４は、無線ネットワークにおける一つのノードを構成し、端末装置１０との間でアクセス無線通信を確立するノードである。アクセスノード２４は、通信端末１０に対しパケット通信サービス（例えば音声パケット通信サービス、マルチメディアサービス等）を提供する。アクセスノード２４が形成するセルサイズは、マクロセル基地局３０よりも小規模であり、半径数メートルから数十メートルの通信エリアを構築する。アクセスノード２４は、ＬＴＥ規格ではＨｅＮＢ（Ｈｏｍｅ ｅＮｏｄｅＢ）やフェムトセル（ＦＭＣ：Ｆｅｍｔｏ Ｃｅｌｌ）基地局とも呼ばれている。

マクロセル（ＭＣＣ：Ｍａｃｒｏ Ｃｅｌｌ）基地局３０は、リレーノード２２との間で無線通信を確立する他、端末装置１０との間でも直接アクセス無線通信を確立するように構成されている。マクロセル基地局３０は、半径数百メートルから十数キロメートルの通信エリアを構築する。マクロセル基地局３０は、ドナー基地局（Ｄｏｎｏｒ ｅＮＢ）とも呼ばれ、特にＬＴＥ規格では、ｅＮＢ（ｅＮｏｄｅＢ）とも呼ばれている。マクロセル基地局３０は、中継装置２０のリレーノード２２からメジャーメントレポートが送信されてきた場合には、バックホール無線通信の通信品質および通信量を所定の閾値との比較に基づいて判定し、通信品質が一定程度悪化したり通信量が所定量以上多くなったりしたと判断される場合には、リレーノード２２に接続切替要求を送信し、他のマクロセル基地局へ通信を切り替えるように、すなわちハンドオーバーするように指示するようになっている。

（コアネットワーク）
図１に示すように、移動体通信システム１００は、さらにコアネットワークに係る構成として、第１コアネットワークＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅ）４０、フェムト・コアネットワーク（Ｆｅｍｔｏ ＣＮＷ：Ｃｏｒｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）５０、第２コアネットワークＥＰＣ６０、およびＩＰマルチメディアサブシステムＩＭＳ（ＩＰ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）７０を備えている。なお、本実施形態では、第１コアネットワーク４０、フェムト・コアネットワーク５０、および第２コアネットワーク６０とを備えるものとして説明するが、コアネットワークの構成はこれに限られない。

第１コアネットワークＥＰＣ４０は、主として、パケットデータ回線網交換やセキュリティー機能、端末装置１０の移動管理、無線通信の品質管理（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）等を実施するネットワークである。第１コアネットワーク４０は、これら機能を実現するための各種装置として、図示しないが、信号交換機ＳＧＷ（Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ Ｇａｔｅｗａｙ）、パケットデータ回線網交換機ＰＧＷ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｇａｔｅｗａｙ）、セキュリティ交換機ＳｅＧＷ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｇａｔｅｗａｙ）、移動管理装置ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）、および品質管理サーバＱＣＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｒｖｅｒ）等を備える。

フェムト・コアネットワーク５０は、中継装置２０に関する各種の管理を行うネットワークである。フェムト・コアネットワーク５０は、フェムトＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）５２に接続され、中継装置２０に関する故障管理、品質管理、起動／停止化制御管理を実行するように構成されている。

第２コアネットワークＥＰＣ６０は、発呼・着呼の接続制御、外部ネットワークとの情報交換、パケット交換、課金管理等を実施するネットワークである。第２コアネットワーク６０は、これら機能を実現するための各種装置として、図示しないが、移動通信交換局ＭＳＣ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ）、関門交換ノードＧＭＳＣ（Ｇａｔｅｗａｙ Ｍｏｂｉｌｅ−ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ）、信号交換機ＳＧＷ、パケットデータ回線網交換機ＰＧＷ、移動管理装置ＭＭＥ、および通信ポリシー課金規約管理装置等を備える。

ＩＰマルチメディアサブシステムＩＭＳ７０は、インターネットプロトコルによる通信制御を実行するシステムで、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）による音声通話やマルチメディアサービスを取り扱う基盤システムである。ＩＭＳ７０はインターネットに接続されている。

〔システムの動作〕
（第１の動作）
次に、図４を参照して、本実施の形態に係る移動通信システム１００の第１の動作について説明する。図４は本第１の動作を説明するシーケンス図である。

本第１の動作では、例えば、中継装置２０が接続先識別情報に基づき、マクロセル基地局３０−１への接続を確立した後、他のマクロセル基地局３０−２に接続切替（ハンドオーバー）要求が出された場合の動作に関する。

まず、中継装置２０のアクセスノード２４に端末装置１０が接続されている場合には、端末装置１０とアクセスノード２４との間では、アクセス無線通信（ＡＣ）が実行されている。また中継装置２０のリレーノード２２は、最初に接続先とすべきマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき、マクロセル基地局３０−１への接続が確立され、リレーノード２２とマクロセル基地局３０−１との間にはバックホール無線通信（ＢＨ）が確立されている（ステップＳＴ１０）。

この状態で、リレーノード２２は、定期的に周辺の周波数帯域における通信品質や通信量を測定し、その測定結果をメジャーメントレポートとして定期的にバックホール無線通信が確立されているマクロセル基地局３０−１に送信する（ステップＳＴ１１）。

ここで、マクロセル基地局３０−１は、リレーノード２２から送付されてきたメジャーメントレポートを参照して、所定の閾値との比較に基づいてバックホール無線通信（ＢＨ）の通信品質や通信量を判定する。そして、通信品質が一定程度悪化したり通信量が所定量以上多くなったりしたと判断される場合には、マクロセル基地局３０−２へ通信を切り替える旨のハンドオーバーすべき旨の接続切替要求をリレーノード２２に送信するようになっている（ステップＳＴ１２）。

しかしながら、本第１の動作では、当該マクロセル基地局３０−１から他のマクロセル基地局３０−２への接続を切り替えるべき旨の接続切替要求を受信した場合でも、中継装置２０のリレーノード２２は当該接続切替要求に基づく他のマクロセル基地局３０−２への接続切替を禁止する（ＳＴ１３）。すなわち、本第１の動作では、一旦リレーノード２２が所定のマクロセル基地局３０−１に接続したら、その後に接続切替要求を受信しても無視し、当該マクロセル基地局３０−１との接続を継続させるように動作するのである。

したがって、第１の動作によれば、通常の接続切替要求を中継装置２０（リレーノード２２）が無視するので、マクロセル基地局間において生じるハンドオーバーの頻度を抑制することができる。

（第２の動作）
次に、図５を参照して、本実施の形態に係る移動通信システム１００の第２の動作について説明する。図５は本第２の動作を説明するシーケンス図である。

本第２の動作では、例えば、中継装置２０が接続先識別情報に基づき、マクロセル基地局３０−１への接続を確立し、上記第１の動作のように、マクロセル基地局３０−１から通常の接続切替要求が送信されてきてもそれを無視するようにしている場合であっても、接続切替の優先情報として特定のマクロセル基地局３０−３が含まれている場合の動作である。

まず中継装置２０のアクセスノード２２に端末装置１０が接続されている場合には、端末装置１０と中継装置２０のアクセスノード２２との間では、アクセス無線通信（ＡＣ）が実行されている。また中継装置２０のリレーノード２２は、最初に接続先とすべきマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき、マクロセル基地局３０−１への接続が確立され、リレーノード２２とマクロセル基地局３０−１との間にはバックホール無線通信（ＢＨ）が確立されている（ステップＳＴ２０）。

ここで、上記第１の動作で説明したように、リレーノード２２は定期的にメジャーメントレポートをマクロセル基地局３０−１に送信する（ステップＳＴ２１）。そして、マクロセル基地局３０−１は、通信品質が一定程度悪化したり通信量が所定量以上多くなったりしたと判断した場合には他のマクロセル基地局３０−２へハンドオーバーすべき旨の接続切替要求をリレーノード２２に送信する（ステップＳＴ２２）。上記第１の動作に従えば、本実施形態において、リレーノード２２はこの接続切替要求を無視する（ステップＳＴ２３）。

しかしながら、何らかの事情で、現在通信が確立しているマクロセル基地局以外の基地局にハンドオーバーさせる必要が生じる場合がある。そのような場合、特定のマクロセル基地局に優先的に接続切替すべき旨の優先情報を含ませる。中継装置は、このような優先情報を伴ってハンドオーバーすべき旨の接続切替要求が送信されてきた場合には、この要求に従うように構成されている。

例えば、中継装置２０に優先的に特定のマクロセル基地局（マクロセル基地局３０−３とする）へ接続切替させたい特別な事情が存在する場合には、マクロセル基地局３０−１（またはコアネットワーク側の所定のサーバ）は、接続切替要求に、マクロセル基地局３０−３に優先的に接続切替すべき旨の特定の優先情報（すなわち、マクロセル基地局３０−３が優先切替先である旨の情報）を含める（ステップＳＴ２５）。

中継装置２０は、受信した接続切替要求にこの特定の優先情報が含まれている場合には、当該特定の優先情報に対応するマクロセル基地局３０−３への接続切替を許可し、リレーノード２２とマクロセル基地局３０−３との間で接続が確立され、バックホール無線通信（ＢＨ）が実行される（ＳＴ２６）。

したがって、第２の動作によれば、マクロセル基地局間において頻繁に生じるハンドオーバーの回数を抑制しながらも、特別の優先情報が含まれている場合には優先情報で指定されたマクロセル基地局への接続切替を実行させることができ、強制的なハンドオーバーを可能とすることができる。

（第３の動作）
次に、図６を参照して、本実施の形態に係る移動通信システム１００の第３の動作について説明する。図６は本第３の動作を説明するフローチャートである。

本第３の動作では、例えば、撤廃されるマクロセル基地局が３０−１であり、近傍に新たに設置されるマクロセル基地局が３０−２である場合の動作である。

本第３の動作では、本実施の形態に係る移動通信システム１００は、初回に接続するマクロセル基地局３０−１が撤廃されたり、近傍に新たなマクロセル基地局３０−２が設置されたりする場合に備え、最初に接続すべきマクロセル基地局情報を変更可能に設定されている。

すなわち、図６に示すように、定期的に、既存のマクロセル基地局３０−１が撤廃されたか否かが判断される（ステップＳＴ３０）。既存のマクロセル基地局３０−１が撤廃された場合には（ＳＴ３０／ＹＥＳ）、マクロセル基地局情報が書き替えられる（ステップＳＴ３３）。

他方、既存のマクロセル基地局３０−１に変更がない場合には（ステップＳＴ３０／ＮＯ）、さらに新規なマクロセル基地局３０−２が開局したか否かが判断される（ステップＳＴ３１）。そして、マクロセル基地局３０−２が新設された場合には（ステップＳＴ３１／ＹＥＳ）、マクロセル基地局情報が書き替えられる（ステップＳＴ３３）。

他方、マクロセル基地局３０−２の新設がない場合には（ステップＳＴ３１／ＮＯ）、既存のマクロセル基地局情報が維持される（ステップＳＴ３２）。

以上、本第３の動作に係る移動通信システム１００では、最初に接続すべきマクロセル基地局情報が変更可能に設定されている。すなわち、マクロセル基地局３０−１が撤廃されたり、近傍に新たなマクロセル基地局３０−２が設置されたりする場合にのみ、接続すべきマクロセル基地局の情報が書き換えられる。したがって、本第３の動作によれば、マクロセル基地局間において生じるハンドオーバーの頻度を抑制しながらも、必要に応じて起こりうるマクロセル基地局の撤廃や新設にも備えることができる。

〔その他の実施の形態〕
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、上記の実施形態における中継装置は、リレーノードとアクセスノードとを統合した一体型基地局を例示して説明したが、図３に示すように、中継装置２０はリレーノード２４とアクセスノード２２とを分離した分離型基地局であっても構わない。分離型基地局の場合、１基のリレーノードに対して、アクセスノードが複数の設けられることもある。

１０…端末装置、２０…中継装置、２２…リレーノード、２４…アクセスノード、３０・３０−１・３０−２・３０−３…マクロセル基地局、４０…第１コアネットワーク、５０…フェムト・コアネットワーク、６０…第２コアネットワーク、７０…ＩＰマルチメディアサブシステムＩＭＳ、１００…移動体通信システム

Claims (4)

1. 端末装置とマクロセル基地局との間の通信を中継し、かつ、接続中のマクロセル基地局から異なるマクロセル基地局へ接続を切り替え可能な中継装置であって、
   接続先とするマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき特定のマクロセル基地局への接続を確立し、当該マクロセル基地局から他のマクロセル基地局への接続を切り替えるべき旨の接続切替要求を受信した場合には当該接続切替要求に基づく他のマクロセル基地局への接続切替が可能であるか否かに関わらず当該接続切替を禁止する、中継装置。
2. 受信した前記接続切替要求に特定の優先情報が含まれている場合には、当該接続切替要求に対応する他のマクロセル基地局への接続切替を許可する、
   請求項１に記載の中継装置。
3. 最初に接続すべきマクロセル基地局情報が変更可能に設定されている、
   請求項１または請求項２に記載の中継装置。
4. マクロセル基地局と端末装置との間で通信を中継する移動通信システムであって、
   端末装置とマクロセル基地局との間に介在し、接続中のマクロセル基地局から異なるマクロセル基地局へ接続を切り替え可能な中継装置を備え、
   前記中継装置は、接続先とするマクロセル基地局を識別する接続先識別情報に基づき特定のマクロセル基地局への接続を確立し、当該マクロセル基地局から他のマクロセル基地局への接続を切り替えるべき旨の接続切替要求を受信した場合には当該接続切替要求に基づく他のマクロセル基地局への接続切替が可能であるか否かに関わらず当該接続切替を禁止する、
   移動体通信システム。