JPWO2005091668A1

JPWO2005091668A1 - 移動体通信システム、基地局及びそれらに用いるｈｓｄｐａ伝送方法

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Publication number: JPWO2005091668A1
Application number: JP2006511296A
Authority: JP
Inventors: 佳央植田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: EP1732342A1; CN1934890B; US20080232331A1; JP4379472B2; WO2005091668A1; CN1934890A; EP1732342A4

Abstract

回線交換呼のようなＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対してもＨＳＤＰＡを適用可能とし、無線容量を最大限に使用可能な基地局を提供する。呼制御部２３は基地局制御装置とのＮＢＡＰやＡＬＣＡＰ等の制御信号の終端を行い、スケジューリング部２４、秘匿機能部２１、無線変調部２２に対して制御を実施する。スケジューリング部２４は下りのユーザデータ転送における時間分割のスケジューリングを行う。秘匿制御部２１はスケジューリング部２４でスケジューリングされたデータに対して呼制御部２３からの秘匿制御情報を基に秘匿を実施し、無線変調部２２に送信する。無線変調部２２は無線変調を行い、移動機に対してデータ送信を行う。

Description

本発明は移動体通信システム、基地局及びそれらに用いるＨＳＤＰＡ(High Speed Downlink Packet Access)伝送方法に関し、特にＨＳＤＰＡ伝送方法におけるＲＬＣ(Radio Link Control)透過型転送モードの無線ベアラに対する秘匿に関する。

一般的に、個別チャネル（ＤＣＨ：Dedicated Channel）においては、ＵＥ（User Equipment：移動機）−ＵＴＲＡＮ(Universal Terrestrial Radio Access Network)間においてトランスポートチャネルレベルでの同期が確立され、その送信タイミングは、ＣＦＮ(Connection Frame Number)と呼ばれるタイミングによって送信されることとなっている。

また、ＲＬＣ−ＴＭ（Radio Link Control-Transparent Mode：透過型データ転送モード）上の無線ベアラは、図４に示すように、ＭＡＣ(Medium Access Control)−ｄプロトコルが秘匿を行い、秘匿計算に使用されるＣＯＵＮＴ−ＣにはＣＦＮが使用される。

尚、ＲＬＣ−ＡＭ（Radio Link Control-Acknowledged Mode：確認型データ転送モード）、ＲＬＣ−ＵＭ（Radio Link Control-Unacknowledged Mode：非確認型データ転送モード）上の無線ベアラに対しては、ＲＬＣ＿ＡＭ、ＲＬＣ＿ＵＭプロトコルにおいて秘匿が実施される。

一方、ＨＳＤＰＡでは、基本的に、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用しており、実際に無線にて送信するためのスケジューリングは基地局で行われている（例えば、非特許文献１参照）。

"High Speed Downlink Packet Access(HSDPA); Overall description; Stage 2" [3GPP(3rd Generation Partnership Project) TS25.308 V6.0.0(2003-12)]

上述した従来のＨＳＤＰＡ伝送方法では、実際のデータ送信タイミングとしてＣＦＮを適用することができないため、ＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラ（例えば、回線交換呼）に対して、秘匿を実施することが不可能であるという問題がある。

そのために、ＩＭＴ(International Mobile Telecommunications)−２０００の移動体通信網にＨＳＤＰＡ伝送方法を適用した場合において、下りチャネライゼーションコード、下りパワーといった無線リソースを、ＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラ（例えば、回線交換呼）が使用する非ＨＳＤＰＡ用のリソースと、ＲＬＣ−ＴＭ以外の無線ベアラ（例えば、パケット呼）が使用するＨＳＤＰＡ用のリソースとに分割して割り当てる必要がある。したがって、上記の移動体通信網では、無線リソースの分割損が発生するため、無線リソースを最大限に使用することはできないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記の問題点を解消し、回線交換呼のようなＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対してもＨＳＤＰＡを適用させることができ、無線容量を最大限に使用することができる移動体通信システム、基地局及びそれらに用いるＨＳＤＰＡ伝送方法を提供することにある。

本発明による移動体通信システムは、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを基地局で行うＨＳＤＰＡを使用した移動体通信システムであって、前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿機能を前記基地局に備えている。

本発明による基地局は、ＨＳＤＰＡを使用した移動体通信システムにおいて、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを行う基地局であって、前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿機能を備えている。

本発明によるＨＳＤＰＡ伝送方法は、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを基地局で行うＨＳＤＰＡを使用したＨＳＤＰＡ伝送方法であって、前記基地局側にて、前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿処理を実行させている。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、回線交換呼のようなＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対してもＨＳＤＰＡを適用させることができ、無線容量を最大限に使用することができるという効果が得られる。

本発明の一実施例による移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図１の基地局の内部構成を示すブロック図である。本発明の一実施例による移動体通信システムのノード間の動作シーケンスを示すシーケンスチャートである。３ＧＰＰで定義される秘匿カウンタ(COUNT-C)を示す図である。本発明の一実施例による秘匿カウンタ(COUNT-C)を示す図である。

符号の説明

１移動機
２基地局
３基地局制御装置
４移動交換局
２１秘匿機能部
２２無線変調部
２３呼制御部
２４スケジューリング部

本発明の移動体通信システムでは、ＨＳＤＰＡ(High Speed Downlink Packet Access)を適用したＩＭＴ(International Mobile Telecommunications)−２０００の移動体システムにおいて、ＲＬＣ−ＴＭ（Radio Link Control-Transparent Mode：透過型データ転送モード）の無線ベアラに対して、実際にスケジューリングを行っている基地局において秘匿(Ciphering)を実施している。

この場合、秘匿とは、制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための処理であり、ユーザ毎の秘匿キー、秘匿用のアルゴリズムを用いて制御信号及びユーザ情報を暗号化することによって実施される。

基地局制御装置は秘匿実行時において、秘匿パラメータ（秘匿キー、ＳＴＡＲＴ、秘匿アルゴリズム、秘匿実施タイミング）を基地局に通知する。基地局側では、ＳＴＡＲＴを基にＣＯＵＮＴ−Ｃの上位ビットであるＨＦＮ(Hyper Frame Number)を初期化し、現在のＳＦＮ(Cell System Frame Number counter)を組み合わせて、秘匿カウンタＣＯＵＮＴ−Ｃを構成する。基地局は秘匿実施タイミング後に、ＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対して秘匿を実行する。

本発明の移動体通信システムでは、ＨＳＤＰＡを用いたＩＭＴ−２０００の移動体通信システムにおいて、無線ベアラとしてＲＬＣ−ＴＭを適用した無線ベアラ（例えば、回線交換呼）に対しても、ＨＳＤＰＡを適用可能としている。

従来のＩＭＴ−２０００の移動体通信システムにおいて、秘匿機能は基地局制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）にのみ具備されているが、本構成においては、上記の非特許文献１で述べられているように、ＨＳＤＰＡ方式ではＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラに対して秘匿を実施することができない。

ここで、ＨＳＤＰＡ伝送方法は、より高速なＩＭＴ−２０００の伝送方式として、下りピーク伝送速度の高速化、低遅延化、高スループット化等を目的に導入された無線方式である。

より具体的に説明すると、本発明の移動体通信システムでは、基地局（ＮｏｄｅＢ）に秘匿機能部を実装することによって、ＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラに対してもＨＳＤＰＡを適用させることが可能となる。基地局制御装置は基地局に対して、秘匿に関する情報を通知する信号を送信することによって、基地局側において秘匿を実施することが可能となる。

また、３ＧＰＰにて定義されている秘匿カウンタ(COUNT-C)では、ＨＦＮとＣＦＮ(Connection Frame Number)とによって構成されるため、ＨＳＤＰＡシステムでは適用させることができない。

これに対して、本発明の移動体通信システムでは、ＣＯＵＮＴ−ＣをＳＦＮとＨＦＮとによって構成させることによって、基地局側においても秘匿が実施可能となる。

ここで、ＣＯＵＮＴ−Ｃは、ＲＬＣ−ＴＭの場合、８ｂｉｔのＣＦＮと２４ｂｉｔのＭＡＣ−ｄＨＦＮとから構成されている。ＨＦＮはＣＦＮ周期でインクリメントされる。ＣＯＵＮＴ−Ｃは、秘匿キー(Ciphering Key)，アルゴリズム種別とともに秘匿計算において使用される。

ＣＦＮはＵＥ（User Equipment：移動機）とＵＴＲＡＮ(Universal Terrestrial Radio Access Network)との間でＬａｙｅｒ２／トランスポートチャネルレベルでのフレームカウンタとして使用される。ＣＦＮは、０〜２５５フレームのレンジをとる[“Synchronization in UTRAN Stage 2”(3GPP TS25.402 V.6.0.0(2003-12)]（以下、参考文献１とする）。

ＳＦＮは、ＢＦＮ[(Node B Frame Number(counter)]とＴ＿ｃｅｌｌ分ずれていて、ページングや報知情報のスケジューリングに使用される。レンジは０〜４０９５フレームのレンジをとる（参考文献１参照）。

ＲＬＣ(Radio Link Control)レイヤは上位レイヤに対して、ＲＬＣ−ＡＭ（RLC-Acknowledged Mode：確認型データ転送モード）、ＲＬＣ−ＵＭ（RLC-Unacknowledged Mode：非確認型データ転送モード）、ＲＬＣ−ＴＭという三つのモードのデータ転送サービスが提供される[“Radio Link Control(RLC) protocol specification”(3GPP TS25.322 V6.0.0)(2003-12)]（以下、参考文献２とする）。

上記のようにして、本発明の移動体通信システムでは、ＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対しても秘匿を可能とすることによって、全ての無線ベアラに対してＨＳＤＰＡを適用させることが可能となる。

また、本発明の移動体通信システムでは、ＨＳＤＰＡを全てのベアラに適用可能とすることによって、無線リソースである下りチャネライゼーションコード、下りパワーをＨＳＤＰＡ用、非ＨＳＤＰＡ用に分割する必要がなくなるため、無線リソースをＨＳＤＰＡ用として最大限に使用することが可能となる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による移動体通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例による移動体通信システムは移動機（ＵＥ：User Equipment）１と、基地局（ＮｏｄｅＢ）２と、基地局制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Controller）３と、移動交換局（ＣＮ：Core Network）４とから構成され、基地局２に秘匿機能部２１が配設されている。

図２は図１の基地局２の内部構成を示すブロック図である。図２において、基地局２は秘匿機能部２１と、無線変調部２２と、呼制御部２３と、スケジューリング部２４とから構成されている。

呼制御部２３は基地局制御装置３とのＮＢＡＰ(Node B Application Part)やＡＬＣＡＰ(Access Link Control Application Protocol)等の制御信号の終端を行い、スケジューリング部２４、秘匿機能部２１、無線変調部２２に対して制御を実施する。

スケジューリング部２４は下りのユーザデータ転送における時間分割のスケジューリングを行う。秘匿制御部２１はスケジューリング部２４でスケジューリングされたデータに対して呼制御部２３からの秘匿制御情報を基に秘匿を実施し、無線変調部２２に送信する。無線変調部２２は無線変調を行い、移動機１に対してデータ送信を行う。

ここで、秘匿とは、制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための処理であり、ユーザ毎の秘匿キー、秘匿用のアルゴリズムを用いて制御信号及びユーザ情報を暗号化することによって実施される。

図３は本発明の一実施例による移動体通信システムのノード間の動作シーケンスを示すシーケンスチャートであり、図４は３ＧＰＰで定義される秘匿カウンタ(COUNT-C)を示す図であり、図５は本発明の一実施例による秘匿カウンタ(COUNT-C)を示す図である。これら図１〜図５を参照して本発明の一実施例による移動体通信システムのノード間の動作について説明する。

本発明の一実施例によるＨＳＤＰＡ方式における無線伝送では、ＲＬＣ−ＴＭ（Radio Link Control-Transparent Mode：透過型データ転送モード）を使用する無線ベアラに対して基地局１の秘匿制御部２１において秘匿を実行する。

ＨＳＤＰＡでは、基本的に、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用しており、実際に無線にて送信するためのスケジューリングを基地局で行っている。

この図３を参照して回線交換呼確立時における秘匿制御を例に本実施例による動作について説明する。一般的には、回線交換が確立する以前に、移動機１と移動交換局４との間においてＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：制御チャネル）（シグナリングコネクション）確立時に、既に秘匿制御が起動されている。

すなわち、ＤＣＣＨについては、既に秘匿が実行されているケースを想定する。また、ＤＣＣＨはＨＳ−ＤＳＣＨ(High Speed-Downlink Shared Channel)上にて確立されていると仮定する。

ＤＣＣＨはＲＬＣ−ＵＭ（RLC-Unacknowledged Mode：非確認型データ転送モード），ＲＬＣ−ＡＭ（RLC-Acknowledged Mode：確認型データ転送モード）を使用するため、従来方式通り、基地局制御装置３側のＲＬＣ−ＵＭ，ＲＬＣ−ＡＭエンティティによって秘匿が行われる。

図３によると、回線交換呼が確立する場合に、移動交換局４は基地局制御装置３に対して、ＲＡＮＡＰ(Radio Access Network Application Part)：ＲＡＢ（Radio Access Bearer：無線アクセスベアラ） Assignment Requestプロトコルによって、回線交換呼のためのＲＡＢの確立要求を行う（図３のａ１）。

基地局制御装置３は回線交換呼をＨＳ−ＤＳＣＨ上にマッピングさせることを決定し、ＮＢＡＰ：ＲＬ(Radio Link) Reconfiguration Prepareによって、ＲＡＢを確立するために、適切なＨＳ−ＤＳＣＨに関する情報を基地局２に通知し（図３のａ２）、基地局２はRL Reconfiguration Readyによってその応答を返す（図３のａ３）。

その後、基地局制御装置３はＡＬＣＡＰ手順によって上りはＤＣＨ(Dedicated Channel)用、下りはＨＳ−ＤＳＣＨ用のトランスポートベアラの確立を実施する（図３のａ４，ａ５）。

ネットワーク内部の準備が完了した後に、移動機１に対してはＲＲＣ(Radio Resource Control)：Radio Bearer Setupメッセージを送信し、回線交換のベアラを確立させるためのＨＳ−ＤＳＣＨに関する情報を通知すると同時に（図３のａ７）、基地局制御装置３は基地局２に対してRL Reconfiguration Commitを送信し、新しい設定を適用するタイミングを通知する（図３のａ６）。

その後、移動機１側は、秘匿を適用するための秘匿実施タイミング(COUNT-C Activation Time)及び秘匿のカウンタ初期値(START)を設定して、ＲＲＣ：Radio Bearer Setup Completeメッセージによって基地局制御装置３に通知する（図３のａ８）。ここまでは、通常の３ＧＰＰにおいて規定される動作である。

本実施例では、基地局制御装置３が基地局２において秘匿を開始させるために、基地局２に対して“秘匿起動”メッセージを送信し、秘匿実施タイミング(COUNT-C Activation Time)、秘匿カウンタ初期値(START)、秘匿キー及び秘匿アルゴリズムを通知する（図３のａ９）。この後、基地局制御装置３は移動交換局４に対して、ＲＡＮＡＰ：RAB Assignment Responseを返す（図３のａ１０）。

基地局２の呼制御部２３は秘匿機能部２１に対して基地局制御装置３から通知された秘匿パラメータを用いて、秘匿実行を指示する。秘匿機能部２１ではスケジューリング部２４から送信されるＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラの下りデータに対して秘匿を実施した後に、無線変調部２２に送信を行う。

また、秘匿制御においては、秘匿カウンタ(COUNT-C)を秘匿計算の入力として使用するが、図４に示すように、ＲＬＣ−ＴＭに対する秘匿カウンタはＨＦＮ(Hyper Frame Number)とＣＦＮ(Connection Frame Number)とによって構成されているため、基地局２側でスケジューリングを行うＨＳＤＰＡにそのまま適用させることはできない。

本実施例では、図５に示すように、ＣＦＮではなく、ＳＦＮ(Cell System Frame Number counter)を用いている。すなわち、ＣＯＵＮＴ−Ｃの３２ｂｉｔのうち、１２ｂｉｔをＳＦＮで構成し、残り２０ｂｉｔをＨＦＮで構成する。ＨＦＮの初期値は秘匿カウンタ初期値（ＳＴＡＲＴ）で初期化された後、ＳＦＮ周期でインクリメントされる。尚、移動機１側においても、無線復調した後に、秘匿の復号化を行わせる必要がある。

このように、本実施例では、基地局２へのＨＳＤＰＡ適用時において、ＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラに対して秘匿機能を実行することによって、回線交換呼のようなＲＬＣ−ＴＭ上の無線ベアラに対してもＨＳＤＰＡを適用させることができる。

また、本実施例では、ＨＳＤＰＡ方式を全てのベアラに対して適用させることができるため、無線リソース（チャネライゼーションコード、パワー）をＨＳＤＰＡ用（例えば、パケット呼）、非ＨＳＤＰＡ用（例えば、回線交換呼）に分割させて割り当てる必要がなくなり、全ての無線ベアラに対して、ＨＳＤＰＡを適用可能とすることができるため、無線容量を最大限に使用することができる。

Claims

一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを基地局で行うＨＳＤＰＡ(High Speed Downlink Packet Access)を使用した移動体通信システムであって、
前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿機能を前記基地局に有することを特徴とする移動体通信システム。
前記秘匿機能は、基地局制御装置から送られてくる少なくともユーザ毎の秘匿キー及び秘匿用のアルゴリズムを用いて前記制御信号及び前記ユーザ情報を暗号化することを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
前記秘匿機能に用いられる秘匿カウンタをＨＦＮ(Hyper Frame Number)とＳＦＮ(Cell System Frame Number counter)とから構成したことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
前記秘匿機能は、ＲＬＣ−ＴＭ(Radio Link Control-Transparent Mode)の無線ベアラに対して秘匿を実施することを特徴とする請求項３に記載の移動体通信システム。
前記ＨＳＤＰＡを全てのベアラに適用自在としたことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信システム。
ＨＳＤＰＡを使用した移動体通信システムにおいて、一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを行う基地局であって、
前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿機能を有することを特徴とする基地局。
前記秘匿機能は、基地局制御装置から送られてくる少なくともユーザ毎の秘匿キー及び秘匿用のアルゴリズムを用いて前記制御信号及び前記ユーザ情報を暗号化することを特徴とする請求項６に記載の基地局。
前記秘匿機能に用いられる秘匿カウンタをＨＦＮとＳＦＮとから構成したことを特徴とする請求項６に記載の基地局。
前記秘匿機能は、ＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラに対して秘匿を実施することを特徴とする請求項８に記載の基地局。
前記ＨＳＤＰＡを全てのベアラに適用自在としたことを特徴とする請求項６に記載の基地局。
一つの物理チャネルを複数の移動機で時間分割によって共通して使用し、当該物理チャネルを無線にて送信するためのスケジューリングを基地局で行うＨＳＤＰＡを使用したＨＳＤＰＡ伝送方法であって、
前記基地局側にて、前記移動機への制御信号及びユーザ情報が無線区間にて不当に傍受されることを防ぐための秘匿処理を実行させることを特徴とするＨＳＤＰＡ伝送方法。
前記秘匿処理が、基地局制御装置から送られてくる少なくともユーザ毎の秘匿キー及び秘匿用のアルゴリズムを用いて前記制御信号及び前記ユーザ情報を暗号化することを特徴とする請求項１１に記載のＨＳＤＰＡ伝送方法。
前記秘匿処理に用いられる秘匿カウンタをＨＦＮとＳＦＮとから構成したことを特徴とする請求項１１に記載のＨＳＤＰＡ伝送方法。
前記秘匿処理は、ＲＬＣ−ＴＭの無線ベアラに対して秘匿を実施することを特徴とする請求項１３に記載のＨＳＤＰＡ伝送方法。
前記ＨＳＤＰＡを全てのベアラに適用自在としたことを特徴とする請求項１１に記載のＨＳＤＰＡ伝送方法。