JP7368819B2

JP7368819B2 - Ｌｔｅ通信システム

Info

Publication number: JP7368819B2
Application number: JP2018221044A
Authority: JP
Inventors: 可久伊藤; 裕人中井
Original assignee: Closip
Current assignee: Closip
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2023-10-25
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: JP2020088629A

Description

本発明はＬＴＥ通信システムに関する。

無線通信の更なる高速化のため、複数の基地局を利用して同一端末の通信を実施する方式としてDual Connectivityが既定されている（非特許文献１、２参照）。この方式は、複数の基地局が互いに連携して同一端末との送受信を行う基本的設計概念を採用している。

図５に示すＬＴＥ通信システム５の例では、第１の基地局１２と第２の基地局１３が、アクセス網を収容するＥＰＣ（Evolved Packet Core）１４に接続されているが、第１の基地局１２と第２の基地局１３の間にも通信経路が確保されている。この状態において同一のＬＴＥ端末１１が、互いに連携した第１の基地局１２および第２の基地局１３の双方と無線通信を行うことが可能となっている。

3GPP TS 36.300 V12.10.0 "4.9 Support for Dual Connectivity" 内野徹、他２名、"更なる高速大容量化を実現するキャリアアグリゲーション高度化およびDual Connectivity技術"、NTT DOCOMO テクニカル・ジャーナル Vol.23 No.2、P35-P45

このような基本的設計概念においては、二つの基地局間において安全で安定した通信経路を確保することが必要となる。現実的に各々の基地局の設置条件は個別に異なっており、このような通信経路の確保は常に容易に行えるものではない。

本発明は、同一のＬＴＥ端末が複数の基地局を同時に利用し得るＬＴＥ通信システムを容易に実現する。

本発明のＬＴＥ通信システムは、ＬＴＥ端末と、前記ＬＴＥ端末と通信可能な第１の基地局と、前記ＬＴＥ端末と通信可能な第２の基地局と、前記第１の基地局および前記第２の基地局における通信を収容するＥＰＣと、を備え、前記ＬＴＥ端末は、第１の加入者情報を保有しており、前記第１の加入者情報を前記第１の基地局及び前記第２の基地局に送信し、前記第１の基地局は、前記ＬＴＥ端末から前記第１の加入者情報を取得し、前記第１の加入者情報を前記ＥＰＣに送信し、前記第２の基地局は、前記ＬＴＥ端末から前記第１の加入者情報を取得し、前記第１の加入者情報を変換して第２の加入者情報を生成し、前記第２の加入者情報を前記ＥＰＣに送信し、前記ＥＰＣは、前記ＬＴＥ端末の前記第１の加入者情報および前記第２の加入者情報を保有しており、前記ＬＴＥ端末と前記ＥＰＣとは、前記第１の基地局を介して前記第１の加入者情報を用いて第１の通信を確立し、前記ＬＴＥ端末と前記ＥＰＣとは、前記第２の基地局を介して前記第２の加入者情報を用いて第２の通信を確立する。

本発明によれば、第１の基地局および第２の基地局の間の連携接続を省略することができるため、同一のＬＴＥ端末が複数の基地局を同時に利用し得るＬＴＥ通信システムを容易に実現することができる。

本発明の一実施形態のＬＴＥ通信システムの構成例を示す図ＬＴＥ通信システムにおいて実行される第１の通信手順を示すシーケンス図変換処理を説明する概念図ＬＴＥ通信システムにおいて実行される第２の通信手順を示すシーケンス図従来技術のＬＴＥ通信システムの構成例を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

以下の実施形態では、ＬＴＥ通信システムは、ＬＴＥ（Long Term Evolution）通信方式で通信を行う通信システムに適用される。ＬＴＥ通信方式は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）を介してＬＴＥプロトコルに従って通信する方式（例えばLTE over Wi-Fi）を含んでよい。LTE over Wi-Fiについては、例えば、参考特許文献１に開示されている。
（参考特許文献１：特表２０１６－５０７９９３号公報）

このLTE over Wi-Fiの技術は、ＷＡＮ（Wide Area Network）を介してＬＴＥプロトコルに従って通信する方式に適用可能である。つまり、ＬＴＥ通信方式は、ＷＡＮを介してＬＴＥプロトコルに従って通信する方式を含んでよい。

図１は本発明の一実施形態におけるＬＴＥ通信システム５の概略構成を示す図である。ＬＴＥ通信システム５は、通信端末であるＬＴＥ端末１１と、ＬＴＥ端末１１と無線通信可能な第１の基地局１２と、ＬＴＥ端末１１と無線通信可能な第２の基地局１３と、ＥＰＣ１４と、を備えている。

ＬＴＥ端末１１は例えばユーザによって所持され、ＬＴＥ通信に係る処理を行う。ＬＴＥ通信は、例えばＶｏＬＴＥ通信を含む。

第１の基地局１２および第２の基地局１３は、ＬＴＥ通信方式におけるｅＮＢであって、配下のＬＴＥ端末１１を管理し、ＬＴＥ端末１１とＥＰＣ１４との間で行われる通信を中継する。第１の基地局１２および第２の基地局１３は、例えば屋外に設置されてもよいし、ビル毎に設置されてもよい。第１の基地局１２および第２の基地局１３は以外の他の基地局が存在してよく、それぞれの基地局の配下に、１つ以上のＬＴＥ端末１１が存在してよい。

ＥＰＣ１４は、ＬＴＥのコアネットワークに配置される装置であり、ＬＴＥプロトコルに従って第１の基地局１２および第２の基地局１３と、上流の通信ネットワーク回線とを介して通信接続する。さらにＥＰＣ１４は、外部のサービス、サーバ等の各種装置と、この通信ネットワーク回線を介して通信接続する。すなわちＥＰＣ１４は、第１の基地局１２および第２の基地局１３における通信を収容する。

ＥＰＣ１４は、図示せぬＰＧＷ（ＰＤＮ：Packet Date Network Gateway）、ＰＣＲＦ（Policy and Charging Rule Function）、ＳＧＷ（Serving Gateway）、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）、ＨＳＳ（Home Subscriber Server）等を備えた公知のものであってよく、その種類、構成は特に限定されない。

図５に示した従来のDual Connectivityの規定におけるシステムにおいては、第１の基地局１２と第２の基地局１３という二つの基地局間の連携接続があらかじめ確保されている。この連携接続を前提として、同一のＬＴＥ端末１１が、第１の基地局１２および第２の基地局１３の双方と無線通信を行うことが可能となっている。

しかしながら、第１の基地局１２および第２の基地局１３の設置場所等を含む条件や環境は、個々の基地局によって異なっており、条件や環境次第ではこのような連携接続を確保することは必ずしも容易ではない。また、一旦連携接続を確保しても、その後の条件や環境の変化により、連携接続が安定的に維持することが困難となり得る。連携接続が確保できない場合、同一のＬＴＥ端末１１に対し、第１の基地局１２および第２の基地局１３の双方が同時に無線通信を行うことは不可能となる。

本発明においては図１の実施形態に示す様に、第１の基地局１２と第２の基地局１３という二つの基地局間の連携接続を省略可能とすることにより、上記のような課題を解決することを狙っている。具体的にはＬＴＥ端末１１を利用するＬＴＥ通信システム５の加入者を特定する元の加入者情報を、例えばＬＴＥ端末１１自身または第２の基地局１３のいずれかが変換して異なる加入者情報を生成する。また、ＥＰＣ１４が予めこれら二つの異なる加入者情報を保有する。この結果、ＥＰＣ１４からみて、第１の基地局１２と第２の基地局１３が同時に同一のＬＴＥ端末１１と無線通信しているにもかかわらず、それぞれあたかも異なるＬＴＥ端末の加入者と通信しているような状態が作り出される。よって、第１の基地局１２と第２の基地局１３との間の連携接続が存在せずとも、同一のＬＴＥ端末１１は、第１の基地局１２と第２の基地局１３の双方と同時に無線通信をすることができ、Dual Connectivity方式を導入することができる。

加入者情報は、ＬＴＥ端末１１を利用する加入者を個別に識別し特定するための識別情報であり、種々のものが適用可能である。加入者情報は、例えばＬＴＥ端末１１に着脱可能に搭載されるメモリカード、例えばＳＩＭ（Subscriber Identity Module）カード、ＵＳＩＭ（Universal Subscriber Identity Module）カードや、ＬＴＥ端末１１内部に固定されたメモリに記憶されることで実現される仮想ＳＩＭ等に記憶される。特に本実施形態においてはＳＩＭカードを用いている。

加入者情報には、例えば、ＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）、電話番号、他の独自情報（特定の通信システム用に独自に付与された独自ＩＤ等）があり、例えば通信会社が顧客毎に提供する回線ＩＤ（顧客ＩＤ）を含む。特に本実施形態においてはＩＭＳＩを用いている。

図２はＬＴＥ通信システム５において実行される第１の通信手順を示すシーケンス図である。通信の開始に伴い、ＬＴＥ端末１１はそれ自身に設けられたＳＩＭカードに割り当てられたＳＩＭ情報を取得し（ステップＳ１）、ＳＩＭ情報に対応して予めＳＩＭカードに記憶された第１の加入者情報であるＩＭＳＩを含む接続要求を第１の基地局１２に送信する（ステップＳ２）。これを受けた第１の基地局１２は、ＥＰＣ１４にＩＭＳＩを含む接続要求を送信する（ステップＳ３）。ＥＰＣ１４は予めＬＴＥ端末１１のＩＭＳＩを加入者情報としてそのＨＳＳ等に保持しており、ＳＩＭカードに含まれるＩＭＳＩを用いた認証・接続が確立する（ステップＳ４）。

続いてＬＴＥ端末１１は所定のタイミングでＳＩＭ情報を取得し（ステップＳ５）、第２の基地局１３にもＩＭＳＩを含む接続要求を送信する（ステップＳ６）。これを受けた第２の基地局１３は第１の加入者情報であるＩＭＳＩの変換を行い（ステップＳ７）、変換後のＩＭＳＩ、すなわち第２の加入者情報を含む接続要求をＥＰＣ１４に送信する（ステップＳ８）。

ＥＰＣ１４は変換前のＩＭＳＩ（第１の加入者情報）のみならず、変換後のＩＭＳＩ（第２の加入者情報）も加入者情報としてそのＨＳＳ等に保持している。よって、変換後のＩＭＳＩを用いた認証・接続が確立する（ステップＳ９）。ステップＳ４およびステップＳ９により、ＬＴＥ端末１１と二つの基地局との間で通信の認証、接続が確立しており、このことは複数の基地局との通信（例えば標準技術でのDual Connectivity方式による通信）が確立していることを意味する。

上述した第１の通信手順においては、予め加入者情報であるＩＭＳＩを一意に変換する変換規則が決定されている。また、予め１つのＳＩＭカードに対して、ＥＰＣ１４にはこの変換規則を用いて生成した加入者情報を含め、複数の加入者情報（第１の加入者情報および第２の加入者情報）が登録されている。そして第２の基地局１３は、ＬＴＥ端末１１から受信するＩＭＳＩをこの変換規則により変換した上で、ＥＰＣ１４に対して接続要求とともに送信する。この例では、既存のＬＴＥ通信システムにおいて、第２の基地局１３に変換処理を行う機能を付与する（プログラミングする）ことにより、第１の通信手順を達成することができる。

図３は、変換規則に従った具体的な変換処理を示す概念図である。左側の表に示されているように、加入者情報（ＩＭＳＩ）は、加入者毎に割り当てられた加入者ＩＤに対し契約情報、認証鍵等を含む個別情報が対応付けられた形式を採っている。図２の例では第２の基地局１３が変換処理を行うが、この例の変換処理は加入者ＩＤの番号に１を追加する処理に相当する。すなわち、下線を付されていない加入者ＩＤは、元々ＳＩＭカードに含まれる変換されていない変換前の加入者情報（第１の加入者情報）に対応し、下線を付した加入者ＩＤは、変換処理によって生成される変換後の加入者情報（第２の加入者情報）に対応する。変換前の加入者情報である加入者ＩＤ「０００１」は、変換処理により加入者ＩＤ「０００２」に変換され、変換後の加入者情報が生成される。図３の右側が元々ＳＩＭカードに含まれる変換されていない変換前の加入者情報の加入者ＩＤを示す。

この変換処理により、加入者ＩＤ「０００１」の加入者情報を持つＳＩＭカードを挿入されたＬＴＥ端末１１は、第１の基地局１２に対しては加入者ＩＤ「０００１」の加入者情報によって接続可能であるとともに、第２の基地局１３に対しても加入者ＩＤ「０００２」の加入者情報によって同時に接続可能となる。

図４はＬＴＥ通信システム５において実行される第２の通信手順を示すシーケンス図である。図２における第１の通信手順では、第２の基地局１３が図３に示した変換処理を行うが、本例では、ＬＴＥ端末１１が図３に示した変換処理を行う。

第２の通信手順におけるステップＳ１～ステップＳ５の手順は図２における第１の通信手順と同じである。その後ＬＴＥ端末１１は、自ら変換前のＩＭＳＩ（第１の加入者情報）の変換を行い（ステップＳ６Ａ）、変換後のＩＭＳＩ（第２の加入者情報）を含む接続要求を第２の基地局１３に送信する（ステップＳ７Ａ）。さらに第２の基地局１３は、変換後のＩＭＳＩを含む接続要求をＥＰＣ１４に送信する（ステップＳ８）。ＥＰＣ１４は変換前のＩＭＳＩのみならず、変換後のＩＭＳＩも加入者情報としてそのＨＳＳ等に保持している。よって、変換後のＩＭＳＩを用いた認証・接続が確立する（ステップＳ９）。ステップＳ４およびステップＳ９により、ＬＴＥ端末１１と二つの基地局との間で通信の認証、接続が確立しており、このことは複数の基地局との通信（例えばDual Connectivity方式による通信）が確立していることを意味する。

上述した第２の通信手順においては、予め加入者情報であるＩＭＳＩを一意に変換する変換規則が決定されている。また、予め１つのＳＩＭカードに対して、ＥＰＣ１４にはこの変換規則を用いて生成した加入者情報を含め、複数の加入者情報（第１の加入者情報および第２の加入者情報）が登録されている。そしてＬＴＥ端末１１は、第２の基地局１３に接続する際に、ＳＩＭカードが保持するＩＭＳＩをこの変換規則により変換した上で、第２の基地局１３に対して接続要求とともに送信する。この例では、既存のＬＴＥ通信システムにおいて、ＬＴＥ端末１１に変換処理を行う機能を付与する（プログラミングする）ことにより、第２の通信手順を達成することができる。

本発明によれば、同一のＥＰＣ配下における複数の基地局が配置される環境において、たとえ基地局間の連携通信が無い状況においても、同一のＬＴＥ端末が複数の基地局を活用することが可能となった。基地局間の連携通信を構築し維持することは必ずしも容易ではないため、本発明を用いることによりＬＴＥ端末と複数の基地局との間で通信する通信方式の導入が容易となる。

また、連携通信の機能を持たない基地局を用いる環境においても、同一のＬＴＥ端末が複数の基地局を活用することが可能となった。よって、既存のＬＴＥ通信システムを利用しつつＬＴＥ端末と複数の基地局との間で通信する通信方式の導入を図ることが容易となる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、基地局間の連携通信を省略した通信方式を採用することが可能とするため、ＬＴＥ通信システムにおいてＬＴＥ端末と複数の基地局との間で通信する通信方式を円滑に導入することが可能となる。

５ＬＴＥ通信システム
１１ＬＴＥ端末
１２第１の基地局
１３第２の基地局
１４ＥＰＣ

Claims

ＬＴＥ端末と、
前記ＬＴＥ端末と通信可能な第１の基地局と、
前記ＬＴＥ端末と通信可能な第２の基地局と、
前記第１の基地局および前記第２の基地局における通信を収容するＥＰＣと、
を備え、
前記ＬＴＥ端末は、第１の加入者情報を保有しており、前記第１の加入者情報を前記第１の基地局及び前記第２の基地局に送信し、
前記第１の基地局は、前記ＬＴＥ端末から前記第１の加入者情報を取得し、前記第１の加入者情報を前記ＥＰＣに送信し、
前記第２の基地局は、前記ＬＴＥ端末から前記第１の加入者情報を取得し、前記第１の加入者情報を変換して第２の加入者情報を生成し、前記第２の加入者情報を前記ＥＰＣに送信し、
前記ＥＰＣは、前記ＬＴＥ端末の前記第１の加入者情報および前記第２の加入者情報を保有しており、
前記ＬＴＥ端末と前記ＥＰＣとは、前記第１の基地局を介して前記第１の加入者情報を用いて第１の通信を確立し、
前記ＬＴＥ端末と前記ＥＰＣとは、前記第２の基地局を介して前記第２の加入者情報を用いて第２の通信を確立する、
ＬＴＥ通信システム。
請求項１に記載のＬＴＥ通信システムであって、
前記ＬＴＥ通信システムは、ＬＴＥ通信方式で通信を行い、
前記ＬＴＥ通信方式は、無線ＬＡＮ又はＷＡＮを介してＬＴＥプロトコルに従って通信する方式を含む、
ＬＴＥ通信システム。
請求項１又は２に記載のＬＴＥ通信システムであって、
前記第１の加入者情報および前記第２の加入者情報がＩＭＳＩ（International Mobile Subscriber Identity）である、
ＬＴＥ通信システム。