JPWO2010116621A1 - 無線通信装置 - Google Patents

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Abstract

リレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させる。ＨＯリクエスト処理部２０２は、受信部２０１から入力されたハンドオーバリクエストから端末情報を抽出し、端末情報判定部２０４は、この端末情報に基づきハンドオーバの形態を判定し、判定結果をそれぞれ鍵生成部２０５、ＨＯコマンド作成部２０７に出力する。この際、端末情報に基づくハンドオーバの形態の判定としては、リレーノードから基地局へのハンドオーバか、基地局からリレーノードへのハンドオーバか、リレーノードに関するハンドオーバが同一基地局配下でのハンドオーバか、などを判定し、ハンドオーバの形態に応じたハンドオーバコマンドの作成、鍵の更新等を行う。

Description

本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に、無線通信基地局装置、無線通信端末装置等に適用可能な無線通信装置に関する。
移動体通信の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、次世代の移動体通信システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の標準化を進めている。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（Long Term Evolution Advanced）システムは、ＬＴＥから進化した通信システムであり、より向上した移動通信サービスの提供を目標とする。
近年、セルラ移動体通信システムにおいては、情報のマルチメディア化に伴い、大容量データの伝送を実現するために、高周波の無線帯域を利用して高伝送レートを実現する技術に関して盛んに検討がなされている。
しかしながら、高周波の無線帯域を利用した場合、近距離では高伝送レートを期待できる一方、遠距離になるにしたがい伝送距離による減衰が大きくなる。よって、高周波の無線帯域を利用した移動体通信システムを実際に運用する場合は、基地局のカバーエリアが小さくなり、このため、より多くの基地局を設置する必要が生じる。基地局の設置には相応のコストがかかるため、基地局数の増加を抑制しつつ、高周波の無線帯域を利用した通信サービスを実現するための技術が強く求められている。
このような要求に対し、図１のように、各基地局のカバーエリアを拡大させるために、基地局と端末装置の間の通信を中継する役割を持つ中継局（リレーノード、ＲＮ：Relay Node）を移動体通信のネットワークシステムに導入することが考えられている。図１はリレーノードを導入したセルラ移動体通信システムの構成例を示す図である。リレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、基地局１０１のセルエッジにおける受信効率の向上を目的として、基地局１０１がカバーする通信エリア１１１の周辺部にあたるセルエッジ部分に配置される。リレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、近隣の少なくとも１つの基地局１０１に所属し、該当する基地局１０１と端末１０２との通信を中継する機能を有する。
端末と基地局の間の通信は無線回線上で行われるため、セキュアな通信を行うために、暗号鍵が使用される。ここで、端末と基地局間のコネクション設立時の鍵生成及びハンドオーバ時の鍵交換について、それぞれ図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は端末と基地局間のコネクション設立時の鍵生成の手順を示すシーケンス図、図１５はハンドオーバ時の鍵交換の手順を示すシーケンス図である。
図１４に示すように、端末（ＵＥ：User Agent）１５０２と上位管理ノードであるＭＭＥ（Mobility Management Entity）１５０５は、共通の鍵K_ASMEを保持しており、それぞれ、K_ASMEにＮＡＳ(Non Access Stratum)アップリンクカウント（NAS UL COUNT）をかけて、鍵K_eNBを作成する（Ｓ５０１、Ｓ５０３）。また、鍵K_ASMEと鍵K_eNBとから、鍵情報NH（Next Hop）を作成する（Ｓ５０２、Ｓ５０４）。この鍵生成は、端末１５０２の電源オン時など、セルラ移動体通信システムでの端末認証時及び、鍵K_ASME更新時に行われる。
端末１５０２が基地局（ｅＮＢ：evolved Node-B）１５０１とＲＲＣ(Radio Resource Control)コネクションを設立する場合、端末１５０２と基地局１５０１間でＲＲＣコネクションリクエスト（RRC connection req）、ＲＲＣコネクションセットアップ（RRC connection setup）、ＲＲＣコネクションセットアップ完了（RRC connection setup complete）を送受信し（Ｓ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７）、基地局１５０１からＭＭＥ１５０５にＮＡＳメッセージを転送する（Ｓ５０８）。このとき、ＭＭＥ１５０５は基地局１５０１に鍵K_eNBと鍵情報NHを通知する（Ｓ５０９）。ここで、NCC（NH Chaining Counter）は、鍵情報NHを更新する度にカウントアップされるもので、鍵情報NHの生成回数／更新回数を示すものである。
これによって、ＲＲＣコネクション設立後の通信において、端末１５０２と基地局１５０１は共通の鍵K_eNBを使用してセキュアな通信を行うことができる。セキュア通信を行う場合、基地局１５０１と端末１５０２間でＳＭＣ（Security Mode Command）、ＲＲＣコネクション再設定（RRC connection reconfiguration）、ＳＭＣ完了（SMC complete）、ＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection reconfiguration complete）を送受信し（Ｓ５１０、Ｓ５１１、Ｓ５１２、Ｓ５１３）、以降は暗号鍵を使用して暗号化したデータによる通信を行う。このとき、端末１５０２、基地局１５０１、ＭＭＥ１５０５は、共通の鍵K_eNB、鍵情報NH（NCC=1）を保持している。
また図１５に示すように、端末は現在通信中のある基地局から、異なる基地局へハンドオーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１５０２は、現在通信可能となっているサービングセルの基地局（ソース基地局：ＳｅＮＢ）１５０１Ａとコネクションをはっており、通信の暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１５０２は、サービングセルのソース基地局１５０１Ａに対して、ハンドオーバ先となる基地局（ターゲット基地局：ＴｅＮＢ）１５０１Ｂのパイロット信号の受信品質を含む、測定レポート（ＭＲ：Measurement report）を送信する（Ｓ５２１）。このとき、端末１５０２はターゲット基地局１５０１Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ：Physical Cell ID）を取得している。
ソース基地局１５０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をターゲット基地局に決定すると、ターゲット基地局１５０１Ｂに対してハンドオーバの要求を示すＨＯ（Handover）リクエスト（HO req）を送信する。このとき、ソース基地局１５０１Ａは、端末１５０２との通信に使用していた鍵K_eNBとターゲット基地局１５０１Ｂの物理セルＩＤから鍵K_eNB*を生成し（Ｓ５２２）、この鍵K_eNB*を鍵情報NHと共にＨＯリクエストに含めてターゲット基地局１５０１Ｂに送信する（Ｓ５２３）。
ターゲット基地局１５０１Ｂは、ソース基地局１５０１ＡからのＨＯリクエストを受信すると、ＨＯリクエストに含まれている鍵K_eNB*と鍵情報NHを取得し、ソース基地局１５０１Ａを介して端末１５０２にハンドオーバを指示するＨＯコマンド（HO command）を送信する（Ｓ５２４、Ｓ５２５）。
端末１５０２は、ソース基地局１５０１Ａを介してターゲット基地局１５０１Ｂから送信されたＨＯコマンドを受信すると、ソース基地局１５０１Ａとの通信に使っていた鍵K_eNBと、あらかじめ取得しているターゲット基地局１５０１Ｂの物理セルＩＤから、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ５２６）。
その後、端末１５０２からターゲット基地局１５０１Ｂに対し、同期を取るためのＲＡＣＨ（random access channel）メッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ５２７）、アップリンクのリソース（UL allocation）をターゲット基地局１５０１Ｂから割り当てられる（Ｓ５２８）。そして、端末１５０２からターゲット基地局１５０１ＢにＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection reconfig comp）が送信され（Ｓ５２９）、ターゲット基地局１５０１ＢからＭＭＥ１５０５にパス変更リクエスト（Path Switching req）が送信される（Ｓ５３０）。ここで、ＭＭＥ１５０５は鍵K_ASMEと鍵情報NHとから新しい鍵情報NH*（NCC=2）に更新し（Ｓ５３１）、この鍵情報NH*をターゲット基地局１５０１ＢへのＡＣＫ応答（ack）に含めて送信する（Ｓ５３２）。上記の一連の処理により、基地局間のハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１５０２とターゲット基地局１５０１Ｂ間の通信の暗号化には、新しい鍵K_eNB*を使用し、古い鍵K_eNBは削除する。
国際公開第２００６／００３８５９号
セルラ移動体通信システムにおいて、各基地局のカバーエリア拡大のためにリレーノードを導入し、上述したような暗号鍵を用いたセキュアな通信を行う場合を想定する。リレーノードを導入した場合、基地局とリレーノード間は無線で接続されているため、端末と基地局の間で使用する鍵と同じ鍵を端末とリレーノードの間でも使用することで、鍵が無線回線上をやり取りされる回数が増え、信頼度が低減してしまうという問題がある。
また、従来は新しい鍵を生成した後は生成元の古い鍵を削除するようにしている。しかし、基地局からリレーノードへのハンドオーバの場合、端末とリレーノード間で新しい鍵K_RNを生成した後で古い鍵K_eNBを削除すると、データの暗号化も端末とリレーノード間の鍵K_RNで行うことになり、鍵K_RNの更新に伴って、基地局とリレーノード間の通信に使用する鍵も、頻繁に更新することになってしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることにある。
また、第２の目的は、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入される場合に、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することを可能にすることにある。
本発明は、第１の態様として、他装置より送られるハンドオーバの要求を示すハンドオーバリクエストと、暗号化用の鍵に関する鍵情報とを受信する受信部と、前記受信部より受信したハンドオーバリクエストを処理するハンドオーバリクエスト処理部と、前記受信部より受信した鍵情報を保存する鍵情報保存部と、前記ハンドオーバリクエスト処理部より抽出した端末情報に基づきハンドオーバの形態を判定する端末情報判定部と、前記端末情報判定部の判定結果に従って、前記鍵情報保存部に保存されている鍵情報をもとに鍵生成を行う鍵生成部と、前記端末情報判定部の判定結果に従って、ハンドオーバを指示するハンドオーバコマンドを作成するハンドオーバコマンド作成部と、前記ハンドオーバコマンド作成部によって作成されたハンドオーバコマンドを送信する送信部と、を具備する無線通信装置を提供する。
上記構成により、端末情報に基いた判定結果に基づき、ハンドオーバの形態に応じて、ハンドオーバコマンドの作成、鍵生成や鍵更新等を行うことが可能となる。これによって、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることが可能となる。
また、本発明は、第２の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、基地局からその基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、生成元の鍵を保持する指示を含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示するものを含む。
上記構成により、基地局からその基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合は、生成元の鍵を保持するように指示することで、基地局とリレーノード間で使用する鍵の更新回数を抑えることが可能である。このため、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減できる。
また、本発明は、第３の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、リレーノードからそのリレーノードを配下とする上位の基地局へハンドオーバする場合、及び、リレーノードからそのリレーノードを配下としていない異なる基地局へハンドオーバする場合、前記リレーノードの上位の基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示を含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示するものを含む。
上記構成により、リレーノードからそのリレーノードを配下とする上位の基地局へハンドオーバする場合、及び、リレーノードからそのリレーノードを配下としていない異なる基地局へハンドオーバする場合は、リレーノードの上位の基地局と端末との間で使用していた鍵を更新するように指示することで、更新した新たな鍵を使用して端末と基地局との間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第４の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、同じ基地局配下のリレーノード間をハンドオーバする場合、ある基地局から異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、及び、ある基地局配下のリレーノードから異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、当該基地局の物理セルＩＤを含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示するものを含む。
上記構成により、同じ基地局配下のリレーノード間をハンドオーバする場合、ある基地局から異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、及び、ある基地局配下のリレーノードから異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合は、当該基地局の物理セルＩＤをハンドオーバコマンドに含めて通知することで、この物理セルＩＤを用いた新たな鍵を生成可能となる。これによって、生成した新たな鍵を使用して端末とリレーノードとの間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第５の態様として、上記の無線通信装置であって、端末と基地局またはリレーノードとの間のコネクションの設立完了を示すコネクションセットアップ完了メッセージを取得するコネクションセットアップ完了メッセージ取得部と、通信の暗号化に関する指示であるセキュリティモードコマンドを作成するセキュリティモードコマンド作成部とをさらに具備し、前記端末情報判定部は、前記コネクションセットアップ完了メッセージ取得部から抽出したコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものかどうかを判定するものを含む。
上記構成により、送られてきたコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード経由かどうかを判定することによって、ハンドオーバの形態に応じて、セキュリティモードコマンドの作成が可能となる。このセキュリティモードコマンドによって、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
また、本発明は、第６の態様として、上記の無線通信装置であって、前記セキュリティモードコマンド作成部は、前記端末情報判定部の判定結果に従って、前記コネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものである場合に、基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示を含むセキュリティモードコマンドを作成するものを含む。
上記構成により、コネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものである場合は、基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成するように指示することで、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
本発明は、第７の態様として、他装置より送られるハンドオーバを指示するハンドオーバコマンドと、伝送信号に含まれるパイロット信号とを受信する受信部と、前記受信部により受信された、ハンドオーバの形態に応じたハンドオーバコマンドを処理するハンドオーバコマンド処理部と、前記ハンドオーバコマンドの指示に従って鍵生成を行う鍵生成部と、前記鍵生成部により生成した鍵を保存する鍵情報保存部と、前記受信部により受信したパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、前記受信品質測定部の測定結果をもとに、測定レポートを作成する測定レポート作成部と、前記測定レポートを送信する送信部と、を具備する無線通信装置を提供する。
上記構成により、パイロット信号の受信品質を測定して測定レポートを作成し、基地局またはリレーノードへ送信するとともに、ハンドオーバコマンドの指示に基づき、ハンドオーバの形態に応じて、鍵生成や鍵更新等を行うことが可能となる。これによって、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることが可能となる。
また、本発明は、第８の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに生成元の鍵を保持する指示が含まれていた場合、新しい鍵を生成した後で、新しい鍵と生成元の鍵の両方を保存することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに生成元の鍵を保持する指示が含まれていた場合は、新しい鍵を生成した後で、新しい鍵と生成元の鍵の両方を保存することで、基地局とリレーノード間で使用する鍵の更新回数を抑えることが可能である。このため、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減できる。
また、本発明は、第９の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示が含まれていた場合、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部から取り出し、前記鍵生成部で新しい鍵を生成して、生成した新しい鍵を前記鍵情報保存部に入力することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示が含まれていた場合は、新しい鍵を生成することで、更新した新たな鍵を使用して端末と基地局との間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第１０の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局の物理セルＩＤが含まれていた場合、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部から取り出し、前記鍵生成部で新しい鍵を生成し、さらにその鍵からリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成し、新しく生成した２つの鍵を前記鍵情報保存部に入力することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに基地局の物理セルＩＤが含まれていた場合は、この物理セルＩＤを用いて、鍵生成部で新しい鍵を生成し、さらにその鍵からリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成することで、生成した新たな鍵を使用して端末とリレーノードとの間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第１１の態様として、上記の無線通信装置であって、前記受信部により受信された、通信の暗号化に関する指示であるセキュリティモードコマンドを処理するセキュリティモードコマンド処理部をさらに具備し、前記セキュリティモードコマンド処理部は、セキュリティモードコマンドに基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示が含まれている場合に、前記鍵情報保存部から基地局と端末との間で使用している鍵を取り出し、新たにリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、セキュリティモードコマンドに基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示が含まれている場合は、鍵生成部で新たにリレーノードと端末間の鍵を生成することで、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
また、本発明は、第１２の態様として、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する基地局装置を提供する。
また、本発明は、第１３の態様として、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する端末装置を提供する。
また、本発明は、第１４の態様として、上記第１２の態様の基地局装置と上記第１３の態様の端末装置とを有してなる無線通信システムを提供する。
本発明によれば、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることができる。
また、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入される場合に、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することができる。
リレーノードを導入したセルラ移動体通信システムの構成例を示す図 本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る端末の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る基地局の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る端末の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第１例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第２例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第３例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る端末の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る基地局の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る端末の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を示すシグナリング図 端末と基地局間のコネクション設立時の鍵生成の手順を示すシーケンス図 ハンドオーバ時の鍵交換の手順を示すシーケンス図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態では、本発明に係る無線通信装置を携帯電話等の移動体通信用のセルラ移動体通信システムに適用した例を示す。本実施の形態に係るセルラ移動体通信システムは、図１のように、基地局１０１のセルエッジ部分にリレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを設け、リレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃによって基地局１０１と端末１０２の間の通信を中継可能な構成とする。通信システムとしては、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄなどを適用可能である。
（実施の形態１）
実施の形態１では、基地局が他装置よりハンドオーバの要求を示すＨＯリクエストを受信した際に、端末のリリース情報及びハンドオーバの形態によって、端末もしくは上位の管理ノードに送る暗号化用の鍵更新の指示を決定することを提案する。これによって、リレーノードが導入されることによって起こる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることができる。また、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することができる。
実施の形態１において、特に断りのない限り、端末はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄに対応可能な端末（ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ端末）のことを指しているものとする。
本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を、図２のブロック図を用いて説明する。
受信部２０１は、受信ＲＦ部、ベースバンド信号処理部等を有し、アンテナで受信した受信信号の復調、復号等の処理を行う。受信部２０１は、他の基地局からのハンドオーバの要求であるＨＯリクエスト、及び上位の管理ノード等からの暗号鍵に関する情報を受信し、それぞれＨＯリクエスト処理部２０２、鍵情報保存部２０３に出力する。
ＨＯリクエスト処理部２０２は、受信部２０１から入力されたＨＯリクエストから端末情報を抽出し、端末情報判定部２０４に出力する。また、ＨＯリクエスト処理部２０２は、ＨＯリクエストに含まれる鍵情報を抽出し、鍵情報保存部２０３に出力する。
端末情報判定部２０４は、ＨＯリクエスト処理部２０２から入力された端末情報に基づいてハンドオーバの形態を判定し、判定結果をそれぞれ鍵生成部２０５、ＨＯコマンド作成部２０７に出力する。ここで、端末情報に基づくハンドオーバの形態の判定としては、リレーノードから基地局へのハンドオーバである、基地局からリレーノードへのハンドオーバである、基地局間のハンドオーバである、などを判定する。また、リレーノードに関するハンドオーバの場合、同一基地局配下でのハンドオーバである、そのリレーノードを配下としていない異なる基地局またはその基地局配下のリレーノードとのハンドオーバである、などを判定する。
鍵生成部２０５は、端末情報判定部２０４から入力された判定結果に従って、鍵情報保存部２０３から必要な鍵情報を取得し、暗号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部２０３に出力する。
鍵情報保存部２０３は、受信部２０１、ＨＯリクエスト処理部２０２、鍵生成部２０５から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生成部２０５に必要な鍵情報を出力する。
ＨＯコマンド作成部２０７は、端末情報判定部２０４から入力された判定結果に従って、他の基地局からのＨＯリクエストに対するハンドオーバ実行を指示する応答コマンドであるＨＯコマンドを作成し、送信部２０８に出力する。
送信部２０８は、ベースバンド信号処理部、送信ＲＦ部等を有し、送信信号の符号化、変調等の処理を行う。送信部２０８は、ＨＯコマンド作成部２０７から入力されたＨＯコマンドを、アンテナから送信する。
本発明の実施の形態１に係る端末の構成を、図３のブロック図を用いて説明する。
受信部３０１は、受信ＲＦ部、ベースバンド信号処理部等を有し、アンテナで受信した受信信号の復調、復号等の処理を行う。受信部３０１は、他の基地局からのＨＯコマンド、及び伝送信号に含まれるパイロット信号を受信し、それぞれＨＯコマンド処理部３０２、受信品質測定部３０３に出力する。
ＨＯコマンド処理部３０２は、受信部３０１から入力されたＨＯコマンドの指示に従って、鍵生成部３０４に鍵の生成を指示する。
鍵生成部３０４は、ＨＯコマンド処理部３０２から入力された指示に従って、鍵情報保存部３０５から必要な情報を取得し、暗号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部３０５に出力する。
鍵情報保存部３０５は、鍵生成部３０４から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生成部３０４に必要な鍵情報を出力する。
受信品質測定部３０３は、受信部３０１から入力されたパイロット信号の受信品質を測定し、測定結果を測定レポート作成部３０６に出力する。受信品質としては、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）等が用いられる。
測定レポート作成部３０６は、受信品質測定部３０３から入力された測定結果をもとに測定レポート（ＭＲ）を作成し、送信部３０７に出力する。
送信部３０７は、ベースバンド信号処理部、送信ＲＦ部等を有し、送信信号の符号化、変調等の処理を行う。送信部３０７は、測定レポート作成部３０６から入力された測定レポートを、アンテナから送信する。
本発明の実施の形態１に係る基地局の動作を、図４のフロー図を用いて説明する。
基地局１０１は、受信部２０１及びＨＯリクエスト処理部２０２において、配下のリレーノードもしくは他の基地局から、ＨＯリクエストを受信する（Ｓ１０１）。
次に、端末情報判定部２０４において、ＨＯリクエストがリレーノードから基地局へのハンドオーバに対するもの（ＲＮ→ｅＮＢ）であるかどうかを判定する（Ｓ１０２）。ここで、ＨＯリクエストが、リレーノードから基地局へのハンドオーバに対するものである場合、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、暗号化用の鍵K_eNBの更新指示を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０３）。そして、送信部２０８において、ＨＯコマンドをＨＯリクエスト送信元のリレーノードもしくは基地局に対して送信する。
また、ＨＯリクエストがリレーノードから基地局へのハンドオーバに対するものでない場合、次に、端末情報判定部２０４において、ＨＯリクエストが基地局からリレーノードへのハンドオーバに対するもの（ｅＮＢ→ＲＮ）であるかどうかを判定する（Ｓ１０４）。ここで、ＨＯリクエストが、基地局からリレーノードへのハンドオーバに対するものである場合、次に、端末情報判定部２０４において、同一基地局下でのハンドオーバ（intra eNB HO）かどうかを判定する（Ｓ１０５）。ここで、同一基地局下でのハンドオーバである場合、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、鍵K_eNB保持の指示を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０６）。そして、送信部２０８において、ＨＯコマンドを端末に対して送信する。
また、ＨＯリクエストが同一基地局下のハンドオーバでない場合及び、基地局からリレーノードへのハンドオーバでない場合、すなわちリレーノードからリレーノードへのハンドオーバである場合は、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、自身の物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０７）。そして、送信部２０８において、ＨＯコマンドをＨＯリクエスト送信元のリレーノードもしくは基地局に対して送信する。
本発明の実施の形態１に係る端末の動作を、図５のフロー図を用いて説明する。
端末１０２は、受信部３０１及びＨＯコマンド処理部３０２において、現在通信可能となっているサービングセルの基地局もしくはリレーノードから、ＨＯコマンドを受信する（Ｓ１２１）。
次に、ＨＯコマンド処理部３０２において、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれているかどうかを判定する（Ｓ１２２）。ここで、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれている場合、鍵生成部３０４において、その物理セルＩＤを使って鍵K_eNBを更新し（Ｓ１２３）、新しい鍵K_eNB（K_eNB*）から、さらに鍵K_RNを生成する（Ｓ１２４）。
また、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれていない場合、次に、ＨＯコマンド処理部３０２において、ＨＯコマンドに、鍵K_eNBを更新する指示としてK_eNBフラグが含まれているかどうかを判定する（Ｓ１２５）。ここで、ＨＯコマンドに鍵K_eNBを更新する指示が含まれている場合、端末は鍵生成部３０４において、鍵K_eNBを更新する（Ｓ１２６）。また、ＨＯコマンドに鍵K_eNBを更新する指示が含まれていない場合、端末は鍵生成部３０４において、鍵K_eNBから鍵K_RNを生成し、ハンドオーバ完了後も、生成元の鍵である鍵K_eNBを保持する（Ｓ１２７）。
本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を、図６〜８のシグナリング図を用いて説明する。
図６の第１例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに物理セルＩＤを含める処理（Ｓ１０７）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eNBの更新及び鍵K_RNの作成（Ｓ１２３、Ｓ１２４）を行う動作に相当する。
図６において、端末は現在通信中のある基地局から、異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１０２は、現在通信可能となっているサービングセルの基地局（ソース基地局：ＳｅＮＢ）１０１Ａとコネクションをはっており、通信の暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１０２は、サービングセルの基地局（ソース基地局）１０１Ａに対して、ハンドオーバ先となるリレーノード（ターゲットリレーノード：ＴＲＮ）１０３Ｂのパイロット信号の受信品質を含む、測定レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２０１）。このとき、端末１０２はターゲットリレーノード１０３Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を取得している。
ソース基地局１０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をターゲットリレーノードに決定すると、このターゲットリレーノードの親である基地局（ターゲット基地局：ＴｅＮＢ）１０１Ｂに対してＨＯリクエスト（HO req）を送信する。このとき、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２との通信に使用していた鍵K_eNBにターゲット基地局１０１Ｂの物理セルＩＤをかけて鍵K_eNB*を生成し（Ｓ２０２）、この鍵K_eNB*を鍵情報NH（NCC=1）と共にＨＯリクエストに含めてターゲット基地局１０１Ｂに送信する（Ｓ２０３）。
ターゲット基地局１０１Ｂは、ソース基地局１０１ＡからのＨＯリクエストを受信すると、このＨＯリクエストが異なる基地局から自分の配下のリレーノードへのハンドオーバに対するものであることを判定する。この場合、ターゲット基地局１０１Ｂは、ソース基地局１０１Ａを経由して端末１０２に対して、自身の物理セルＩＤを含んだＨＯコマンド（HO command）を作成し、送信する（Ｓ２０６、Ｓ２０７）。
また同時に、ターゲット基地局１０１Ｂは、ＨＯリクエストで受信した鍵K_eNB*にターゲットリレーノードの物理セルＩＤをかけて鍵K_RN*を生成し（Ｓ２０４）、この鍵K_RN*を含めたＨＯリクエストをハンドオーバ先となるターゲットリレーノード１０３Ｂに送信する（Ｓ２０５）。
端末１０２は、ソース基地局１０１Ａを介してターゲット基地局１０１Ｂから送信されたＨＯコマンドを受信すると、このＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれていることを判定する。この場合、端末１０２は、ソース基地局１０１Ａとの通信に使っていた鍵K_eNBに、ＨＯコマンドで送られてきた物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ２０８）。さらに、生成した鍵K_eNB*にターゲットリレーノード１０３Ｂの物理セルＩＤをかけて、鍵K_RN*を生成する（Ｓ２０９）。
その後、端末１０２からターゲットリレーノード１０３Ｂに対し、同期を取るためのＲＡＣＨメッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ２１０）、アップリンクのリソース（UL allocation）をターゲットリレーノード１０３Ｂから割り当てられる（Ｓ２１１）。そして、端末１０２からターゲットリレーノード１０３ＢにＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection reconfig comp）が送信され（Ｓ２１２）、ターゲットリレーノード１０３Ｂからターゲット基地局１０１Ｂを介して上位管理ノードであるＭＭＥ１０５にパス変更リクエスト（Path Switching req）が送信される（Ｓ２１３、Ｓ２１４）。ここで、ＭＭＥ１０５は鍵K_ASMEと鍵情報NHとから新しい鍵情報NH*（NCC=2）に更新し（Ｓ２１５）、この鍵情報NH*をターゲット基地局１０１ＢへのＡＣＫ応答（ack）に含めて送信する（Ｓ２１６）。上記の一連の処理により、ある基地局から他の基地局配下のリレーノードへのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲットリレーノード１０３Ｂ間の通信（ＲＲＣシグナリング）の暗号化には、鍵K_RN*を使用し、端末１０２とターゲット基地局１０１Ｂ間の通信（データシグナリング）の暗号化には、鍵K_eNB*を使用する。
また端末１０２及びソース基地局１０１Ａは、端末１０２とソース基地局１０１Ａ間の通信の暗号化に使っていた鍵K_eNBを削除する。
図７の第２例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに鍵K_eNB更新の指示を含める処理（Ｓ１０３）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eNBの更新（Ｓ１２６）を行う動作に相当する。
図７において、端末は現在通信中のあるリレーノードから、その親となる基地局へハンドオーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１０２は、現在通信可能となっているサービングセルのリレーノード（ＲＮ）１０３Ａとコネクションをはっており、ＲＲＣシグナリングの暗号化には鍵K_RNを使用し、データシグナリングの暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１０２は、サービングセルのリレーノード（ソースリレーノード）１０３Ａに対して、ハンドオーバ先となるターゲット基地局（ｅＮＢ）１０１Ｂのパイロット信号の受信品質を含む、測定レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２２１）。このとき、端末１０２はターゲット基地局１０１Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を取得している。
ソースリレーノード１０３Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をリレーノードの親基地局（ターゲット基地局）に決定すると、ターゲット基地局１０１Ｂに対してＨＯリクエスト（HO req）を送信する（Ｓ２２２）。
ターゲット基地局１０１Ｂは、ソースリレーノード１０３ＡからのＨＯリクエストを受信すると、このＨＯリクエストが自分の配下のリレーノードからのハンドオーバに対するものであることを判定する。この場合、ターゲット基地局１０１Ｂは、ソースリレーノード１０３Ａを経由して端末１０２に対して、鍵K_eNB更新の指示を含んだＨＯコマンド（HO command）を作成し、送信する（Ｓ２２４、Ｓ２２５）。また同時に、ターゲット基地局１０１Ｂは、端末１０２と基地局間のデータシグナリングの暗号化に使用していた鍵K_eNBに、自身の物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ２２３）。
端末１０２は、ソースリレーノード１０３Ａを介してターゲット基地局１０１Ｂから送信されたＨＯコマンドを受信すると、このＨＯコマンドに鍵K_eNB更新の指示が含まれていることを判定する。この場合、端末１０２は、基地局とのデータシグナリングに使っていた鍵K_eNBに、ターゲット基地局１０１Ｂの物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ２２６）。
その後、端末１０２からターゲット基地局１０１Ｂに対し、同期を取るためのＲＡＣＨメッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ２２７）、アップリンクのリソース（UL allocation）をターゲット基地局１０１Ｂから割り当てられる（Ｓ２２８）。そして、端末１０２からターゲット基地局１０１ＢにＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection reconfig comp）が送信される（Ｓ２２９）。上記の一連の処理により、あるリレーノードからその親の基地局へのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲット基地局１０１Ｂ間の通信の暗号化には、鍵K_eNB*を使用する。
また端末１０２及び基地局１０１Ｂは、端末１０２とソースリレーノード１０３Ａ間の通信の暗号化に使われていた鍵K_RNを削除する。
図８の第３例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに鍵K_eNB保持の指示を含める処理（Ｓ１０６）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eNBの保持（Ｓ１２７）を行う動作に相当する。
図８において、端末は現在通信中のある基地局から、その配下のリレーノードへハンドオーバするものとする。ここで、端末１０２は、現在通信可能となっているサービングセルの基地局（ｅＮＢ）１０１Ａとコネクションをはっており、通信の暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１０２は、サービングセルの基地局（ソース基地局）１０１Ａに対して、ハンドオーバ先となるターゲットリレーノード１０３Ｂのパイロット信号の受信品質を含む、測定レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２４１）。このとき、端末１０２はターゲットリレーノード１０３Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を取得している。
ソース基地局１０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先を配下のターゲットリレーノードに決定すると、このターゲットリレーノード１０３Ｂに対してＨＯリクエスト（HO req）を送信する。このとき、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２との通信に使用していた鍵K_eNBにターゲットリレーノード１０３Ｂの物理セルＩＤをかけて鍵K_RNを生成し（Ｓ２４２）、この鍵K_RNをＨＯリクエストに含めてターゲットリレーノード１０３Ｂに送信する（Ｓ２４３）。
また、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２に対して、鍵K_eNB保持の指示を含んだＨＯコマンド（HO command）を作成し、送信する（Ｓ２４４）。
端末１０２は、ソース基地局１０１Ａから送信されたＨＯコマンドを受信すると、このＨＯコマンドに鍵K_eNB保持の指示が含まれていることを判定する。この場合、端末１０２は、ソース基地局１０１Ａとの通信に使っていた鍵K_eNBに、ターゲットリレーノードの物理セルＩＤをかけて、鍵K_RNを生成する（Ｓ２４５）。そして、ハンドオーバ完了後も鍵K_eNBを削除せずに保持しておく。
その後、端末１０２からターゲットリレーノード１０３Ｂに対し、同期を取るためのＲＡＣＨメッセージを送信し、アップリンクのリソースをターゲットリレーノード１０３Ｂから割り当てられる。上記の一連の処理により、ある基地局からその配下のリレーノードへのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲットリレーノード１０３Ｂ間の通信の暗号化には、鍵K_RNを使用し、端末１０２とソース基地局１０１Ａ間の通信の暗号化には、鍵K_eNBを使用する。
上述したように、実施の形態１によれば、リレーノードが導入されることによって起こる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることができる。また、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＲＲＣコネクションセットアップ時において、端末とリレーノード間で使用するＲＲＣ用の鍵と、端末と基地局間で使用するデータ用の鍵を作成することを提案する。これによって、頻繁にやり取りされるデータの鍵を、端末と基地局間の鍵とすることで、基地局とリレーノード間の鍵の更新を低減できる。また、ＲＲＣ用の鍵を端末とリレーノード間の鍵とすることで、ＲＲＣ処理遅延を短くできる。
実施の形態２において、特に断りのない限り、端末はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ端末のことを指しているものとする。
本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を、図９のブロック図を用いて説明する。
受信部４０１は、端末から送信されたコネクションの設立完了を示すコネクションセットアップ完了メッセージを受信し、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９に出力する。また、受信部４０１は、図２の実施の形態１の構成と同様に、ＨＯリクエスト及び鍵情報を受信し、それぞれＨＯリクエスト処理部２０２、鍵情報保存部２０３に出力する。
コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９は、受信部４０１から入力されたコネクションセットアップ完了メッセージから端末情報を抽出し、端末情報判定部４０４に出力する。
端末情報判定部４０４は、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９から入力された端末情報に基づいてハンドオーバの形態を判定し、判定結果をセキュリティモードコマンド作成部４１０に出力する。また、端末情報判定部４０４は、図２の実施の形態１の構成と同様に、ＨＯリクエスト処理部２０２から入力された端末情報に基づいてハンドオーバの形態を判定し、判定結果をそれぞれ鍵生成部２０５、ＨＯコマンド作成部２０７に出力する。
セキュリティモードコマンド作成部４１０は、端末情報判定部４０４から入力された判定結果に従って、端末と基地局またはリレーノード間の通信の暗号化及び署名に使用するセキュリティアルゴリズムを指示するセキュリティモードコマンドを作成し、送信部４０８に出力する。
送信部４０８は、セキュリティモードコマンド作成部４１０から入力されたセキュリティモードコマンド、及びＨＯコマンド作成部２０７から入力されたＨＯコマンドを、アンテナから送信する。
本発明の実施の形態２に係る端末の構成を、図１０のブロック図を用いて説明する。
受信部５０１は、他の基地局からのセキュリティモードコマンド、ＨＯコマンド、及び伝送信号に含まれるパイロット信号を受信し、それぞれセキュリティモードコマンド処理部５０８、ＨＯコマンド処理部３０２、受信品質測定部３０３に出力する。
セキュリティモードコマンド処理部５０８は、受信部５０１から入力されたセキュリティモードコマンドの指示に従って、鍵生成部５０４に鍵の生成を指示する。
鍵生成部５０４は、セキュリティモードコマンド処理部５０８、及びＨＯコマンド処理部３０２から入力された指示に従って、鍵情報保存部５０５から必要な情報を取得し、暗号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部５０５に出力する。
鍵情報保存部５０５は、鍵生成部５０４から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生成部５０４に必要な鍵情報を出力する。
本発明の実施の形態２に係る基地局の動作を、図１１のフロー図を用いて説明する。
基地局１０１は、受信部４０１において、端末１０２から送信されたＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージを受信する（Ｓ３０１）。
そして、基地局１０１は、上位管理ノードであるＭＭＥ１０５に対して、送信部４０８より端末１０２とＭＭＥ１０５間のメッセージであるＮＡＳメッセージを送信し（Ｓ３０２）、ＭＭＥ１０５から、受信部４０１において端末１０２と基地局１０１の間で使用する鍵K_eNBを受信し、鍵情報保存部２０３に保存する（Ｓ３０３）。
次に、基地局１０１は、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９及び端末情報判定部４０４において、受信したＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード（ＲＮ）１０３経由であるかどうかを判定する（Ｓ３０４）。ここで、ＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード１０３経由で受信された場合、鍵生成部２０５において、ＭＭＥ１０５から受信した鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩＤをかけて、端末１０２とリレーノード１０３の間で使用する鍵K_RNを生成する（Ｓ３０５）。そして、基地局１０１は、作成した鍵K_RNを送信部４０８よりリレーノード１０３に送信する（Ｓ３０６）。
次に、基地局１０１は、セキュリティモードコマンド作成部４１０において、鍵K_RNを生成する指示を含んだセキュリティモードコマンドを作成し（Ｓ３０７）、このセキュリティモードコマンドを、送信部４０８よりリレーノード１０３を介して端末１０２に送信する（Ｓ３０８）。
本発明の実施の形態２に係る端末の動作を、図１２のフロー図を用いて説明する。
端末１０２は、受信部５０１及びセキュリティモードコマンド処理部５０８において、現在通信可能となっているサービングセルの基地局１０１からセキュリティモードコマンドを受信する（Ｓ３２１）。
次に、セキュリティモードコマンド処理部５０８において、セキュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれているかどうかを判定する（Ｓ３２２）。ここで、セキュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれている場合、鍵生成部５０４において、現在使用している鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩＤをかけて、鍵K_eNBから鍵K_RNを生成し（Ｓ３２３）、生成元の鍵である鍵K_eNBと共に鍵K_RNを保持する（Ｓ３２４）。また、セキュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれていない場合は、何もしないで処理を終了する（Ｓ３２５）。
本発明の実施の形態２に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を、図１３のシグナリング図を用いて説明する。
図１３において、端末（ＵＥ）１０２とＭＭＥ１０５は、共通の鍵K_ASMEを保持しており、それぞれ、K_ASMEにＮＡＳアップリンクカウント（NAS UL COUNT）をかけて、鍵K_eNBを作成する（Ｓ３０１、Ｓ３０３）。また、鍵K_ASMEと鍵K_eNBとから、鍵情報NH（Next Hop）を作成する（Ｓ３０２、Ｓ３０４）。この鍵生成は、端末１０２の電源オン時など、セルラ移動体通信システムでの端末認証時、及び鍵K_ASME更新時に行われる。
端末１０２がリレーノード（ＲＮ）１０３とＲＲＣコネクションを設立する場合、端末１０２とリレーノード１０３間でＲＲＣコネクションリクエスト（RRC connection req）、ＲＲＣコネクションセットアップ（RRC connection setup）、ＲＲＣコネクションセットアップ完了（RRC connection setup complete）を送受信する（Ｓ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０７）。リレーノード１０３は、端末１０２からのＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージを受けて、基地局１０１にこのメッセージを転送する（Ｓ３０８）。基地局１０１は、リレーノード１０３からのＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージを受けて、ＮＡＳメッセージをＭＭＥ１０５に転送する（Ｓ３０９）。このとき、ＭＭＥ１０５は基地局１０１に鍵K_eNBと鍵情報NH（NCC=1）を通知する（Ｓ３１０）。
基地局１０１は、ＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード１０３を経由して受信された場合、ＭＭＥ１０５から通知された鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩＤをかけて、鍵K_RNを生成し（Ｓ３１１）、リレーノード１０３に鍵K_RNを通知する（Ｓ３１２）。
また、基地局１０１は、鍵K_RNを生成する際、鍵K_eNBを保持する指示を含むセキュリティモードコマンド（ＳＭＣ）を作成し、リレーノード１０３を介して端末１０２に送信する（Ｓ３１３）。
端末１０２は、セキュリティモードコマンドを受信し、セキュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれている場合、鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩＤをかけて、鍵K_eNBから鍵K_RNを生成し（Ｓ３１４）、鍵K_eNBと鍵K_RNの両方を保持する。
その後、端末１０２とリレーノード１０３間のＲＲＣシグナリングの暗号化には鍵K_RNを使用し、端末１０２と基地局１０１間のデータシグナリングの暗号化には鍵K_eNBを使用する。
これによって、コネクション設立後の通信において、端末と基地局は共通の鍵K_eNBを使用し、端末とリレーノード間は共通の鍵K_RNを使用して、セキュアな通信を行うことができる。
上述したように、実施の形態２によれば、頻繁にやり取りされるデータ暗号化用の鍵を、端末と基地局間の鍵とすることで、基地局とリレーノード間の鍵の交換を低減できる。また、ＲＲＣ暗号化用の鍵を端末とリレーノード間の鍵とすることで、ＲＲＣ処理遅延を短くできる。
なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上記各実施形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本出願は、２００９年３月３０日出願の日本特許出願（特願２００９−０８３２２４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることが可能となる効果、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入される場合に、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することを可能にする効果を有し、無線通信基地局装置、無線通信端末装置等に適用可能な無線通信装置等として有用である。
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 基地局
１０２ 端末
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ リレーノード
１０５ ＭＭＥ
２０１、４０１ 受信部
２０２ ＨＯリクエスト処理部
２０３ 鍵情報保存部
２０４、４０４ 端末情報判定部
２０５ 鍵生成部
２０７ ＨＯコマンド作成部
２０８、４０８ 送信部
３０１、５０１ 受信部
３０２ ＨＯコマンド処理部
３０３ 受信品質測定部
３０４、５０４ 鍵生成部
３０５、５０５ 鍵情報保存部
３０６ 測定レポート作成部
３０７ 送信部
４０９ コネクションセットアップ完了メッセージ取得部
４１０ セキュリティモードコマンド作成部
５０８ セキュリティモードコマンド処理部
本発明は、無線通信の技術分野に関し、特に、無線通信基地局装置、無線通信端末装置
等に適用可能な無線通信装置に関する。
移動体通信の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Proje
ct）では、次世代の移動体通信システムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の標準
化を進めている。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（Long Term Evolution Advanced）システム
は、ＬＴＥから進化した通信システムであり、より向上した移動通信サービスの提供を目
標とする。
近年、セルラ移動体通信システムにおいては、情報のマルチメディア化に伴い、大容量
データの伝送を実現するために、高周波の無線帯域を利用して高伝送レートを実現する技
術に関して盛んに検討がなされている。
しかしながら、高周波の無線帯域を利用した場合、近距離では高伝送レートを期待でき
る一方、遠距離になるにしたがい伝送距離による減衰が大きくなる。よって、高周波の無
線帯域を利用した移動体通信システムを実際に運用する場合は、基地局のカバーエリアが
小さくなり、このため、より多くの基地局を設置する必要が生じる。基地局の設置には相
応のコストがかかるため、基地局数の増加を抑制しつつ、高周波の無線帯域を利用した通
信サービスを実現するための技術が強く求められている。
このような要求に対し、図１のように、各基地局のカバーエリアを拡大させるために、
基地局と端末装置の間の通信を中継する役割を持つ中継局（リレーノード、ＲＮ：Relay
Node）を移動体通信のネットワークシステムに導入することが考えられている。図１はリ
レーノードを導入したセルラ移動体通信システムの構成例を示す図である。リレーノード
１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、基地局１０１のセルエッジにおける受信効率の向上を
目的として、基地局１０１がカバーする通信エリア１１１の周辺部にあたるセルエッジ部
分に配置される。リレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、近隣の少なくとも１つ
の基地局１０１に所属し、該当する基地局１０１と端末１０２との通信を中継する機能を
有する。
端末と基地局の間の通信は無線回線上で行われるため、セキュアな通信を行うために、
暗号鍵が使用される。ここで、端末と基地局間のコネクション設立時の鍵生成及びハンド
オーバ時の鍵交換について、それぞれ図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は端末
と基地局間のコネクション設立時の鍵生成の手順を示すシーケンス図、図１５はハンドオ
ーバ時の鍵交換の手順を示すシーケンス図である。
図１４に示すように、端末（ＵＥ：User Agent）１５０２と上位管理ノードであるＭＭ
Ｅ（Mobility Management Entity）１５０５は、共通の鍵K_ASMEを保持しており、それぞ
れ、K_ASMEにＮＡＳ(Non Access Stratum)アップリンクカウント（NAS UL COUNT）をかけ
て、鍵K_eNBを作成する（Ｓ５０１、Ｓ５０３）。また、鍵K_ASMEと鍵K_eNBとから、鍵情
報NH（Next Hop）を作成する（Ｓ５０２、Ｓ５０４）。この鍵生成は、端末１５０２の電
源オン時など、セルラ移動体通信システムでの端末認証時及び、鍵K_ASME更新時に行われ
る。
端末１５０２が基地局（ｅＮＢ：evolved Node-B）１５０１とＲＲＣ(Radio Resource
Control)コネクションを設立する場合、端末１５０２と基地局１５０１間でＲＲＣコネク
ションリクエスト（RRC connection req）、ＲＲＣコネクションセットアップ（RRC conn
ection setup）、ＲＲＣコネクションセットアップ完了（RRC connection setup complet
e）を送受信し（Ｓ５０５、Ｓ５０６、Ｓ５０７）、基地局１５０１からＭＭＥ１５０５
にＮＡＳメッセージを転送する（Ｓ５０８）。このとき、ＭＭＥ１５０５は基地局１５０
１に鍵K_eNBと鍵情報NHを通知する（Ｓ５０９）。ここで、NCC（NH Chaining Counter）
は、鍵情報NHを更新する度にカウントアップされるもので、鍵情報NHの生成回数／更新回
数を示すものである。
これによって、ＲＲＣコネクション設立後の通信において、端末１５０２と基地局１５
０１は共通の鍵K_eNBを使用してセキュアな通信を行うことができる。セキュア通信を行
う場合、基地局１５０１と端末１５０２間でＳＭＣ（Security Mode Command）、ＲＲＣ
コネクション再設定（RRC connection reconfiguration）、ＳＭＣ完了（SMC complete）
、ＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection reconfiguration complete）を送受
信し（Ｓ５１０、Ｓ５１１、Ｓ５１２、Ｓ５１３）、以降は暗号鍵を使用して暗号化した
データによる通信を行う。このとき、端末１５０２、基地局１５０１、ＭＭＥ１５０５は
、共通の鍵K_eNB、鍵情報NH（NCC=1）を保持している。
また図１５に示すように、端末は現在通信中のある基地局から、異なる基地局へハンド
オーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１５０２は、現在通信可能となっているサ
ービングセルの基地局（ソース基地局：ＳｅＮＢ）１５０１Ａとコネクションをはってお
り、通信の暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１５０２は、サービングセルのソース基地局１５０１Ａに対して、ハンドオーバ先
となる基地局（ターゲット基地局：ＴｅＮＢ）１５０１Ｂのパイロット信号の受信品質を
含む、測定レポート（ＭＲ：Measurement report）を送信する（Ｓ５２１）。このとき、
端末１５０２はターゲット基地局１５０１Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ
：Physical Cell ID）を取得している。
ソース基地局１５０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をターゲ
ット基地局に決定すると、ターゲット基地局１５０１Ｂに対してハンドオーバの要求を示
すＨＯ（Handover）リクエスト（HO req）を送信する。このとき、ソース基地局１５０１
Ａは、端末１５０２との通信に使用していた鍵K_eNBとターゲット基地局１５０１Ｂの物
理セルＩＤから鍵K_eNB*を生成し（Ｓ５２２）、この鍵K_eNB*を鍵情報NHと共にＨＯリク
エストに含めてターゲット基地局１５０１Ｂに送信する（Ｓ５２３）。
ターゲット基地局１５０１Ｂは、ソース基地局１５０１ＡからのＨＯリクエストを受信
すると、ＨＯリクエストに含まれている鍵K_eNB*と鍵情報NHを取得し、ソース基地局１５
０１Ａを介して端末１５０２にハンドオーバを指示するＨＯコマンド（HO command）を送
信する（Ｓ５２４、Ｓ５２５）。
端末１５０２は、ソース基地局１５０１Ａを介してターゲット基地局１５０１Ｂから送
信されたＨＯコマンドを受信すると、ソース基地局１５０１Ａとの通信に使っていた鍵K_
eNBと、あらかじめ取得しているターゲット基地局１５０１Ｂの物理セルＩＤから、新し
い鍵K_eNB*を生成する（Ｓ５２６）。
その後、端末１５０２からターゲット基地局１５０１Ｂに対し、同期を取るためのＲＡ
ＣＨ（random access channel）メッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ５２７）、
アップリンクのリソース（UL allocation）をターゲット基地局１５０１Ｂから割り当て
られる（Ｓ５２８）。そして、端末１５０２からターゲット基地局１５０１ＢにＲＲＣコ
ネクション再設定完了（RRC connection reconfig comp）が送信され（Ｓ５２９）、ター
ゲット基地局１５０１ＢからＭＭＥ１５０５にパス変更リクエスト（Path Switching req
）が送信される（Ｓ５３０）。ここで、ＭＭＥ１５０５は鍵K_ASMEと鍵情報NHとから新し
い鍵情報NH*（NCC=2）に更新し（Ｓ５３１）、この鍵情報NH*をターゲット基地局１５０
１ＢへのＡＣＫ応答（ack）に含めて送信する（Ｓ５３２）。上記の一連の処理により、
基地局間のハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１５０２とターゲット基地局１５０１Ｂ間の
通信の暗号化には、新しい鍵K_eNB*を使用し、古い鍵K_eNBは削除する。
国際公開第２００６／００３８５９号
セルラ移動体通信システムにおいて、各基地局のカバーエリア拡大のためにリレーノー
ドを導入し、上述したような暗号鍵を用いたセキュアな通信を行う場合を想定する。リレ
ーノードを導入した場合、基地局とリレーノード間は無線で接続されているため、端末と
基地局の間で使用する鍵と同じ鍵を端末とリレーノードの間でも使用することで、鍵が無
線回線上をやり取りされる回数が増え、信頼度が低減してしまうという問題がある。
また、従来は新しい鍵を生成した後は生成元の古い鍵を削除するようにしている。しか
し、基地局からリレーノードへのハンドオーバの場合、端末とリレーノード間で新しい鍵
K_RNを生成した後で古い鍵K_eNBを削除すると、データの暗号化も端末とリレーノード間
の鍵K_RNで行うことになり、鍵K_RNの更新に伴って、基地局とリレーノード間の通信に使
用する鍵も、頻繁に更新することになってしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、セルラ移動体通信システ
ムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局とリレーノード間のア
ンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることに
ある。
また、第２の目的は、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入される場
合に、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することを
可能にすることにある。
本発明は、第１の態様として、他装置より送られるハンドオーバの要求を示すハンドオ
ーバリクエストと、暗号化用の鍵に関する鍵情報とを受信する受信部と、前記受信部より
受信したハンドオーバリクエストを処理するハンドオーバリクエスト処理部と、前記受信
部より受信した鍵情報を保存する鍵情報保存部と、前記ハンドオーバリクエスト処理部よ
り抽出した端末情報に基づきハンドオーバの形態を判定する端末情報判定部と、前記端末
情報判定部の判定結果に従って、前記鍵情報保存部に保存されている鍵情報をもとに鍵生
成を行う鍵生成部と、前記端末情報判定部の判定結果に従って、ハンドオーバを指示する
ハンドオーバコマンドを作成するハンドオーバコマンド作成部と、前記ハンドオーバコマ
ンド作成部によって作成されたハンドオーバコマンドを送信する送信部と、を具備する無
線通信装置を提供する。
上記構成により、端末情報に基いた判定結果に基づき、ハンドオーバの形態に応じて、
ハンドオーバコマンドの作成、鍵生成や鍵更新等を行うことが可能となる。これによって
、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基
地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼ
す影響を低減させることが可能となる。
また、本発明は、第２の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定
部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、基地局からそ
の基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、生成元の鍵を保持する指示を含ん
だハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示する
ものを含む。
上記構成により、基地局からその基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合は
、生成元の鍵を保持するように指示することで、基地局とリレーノード間で使用する鍵の
更新回数を抑えることが可能である。このため、基地局とリレーノード間のアンセキュア
な鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減できる。
また、本発明は、第３の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定
部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、リレーノード
からそのリレーノードを配下とする上位の基地局へハンドオーバする場合、及び、リレー
ノードからそのリレーノードを配下としていない異なる基地局へハンドオーバする場合、
前記リレーノードの上位の基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示を含んだ
ハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示するも
のを含む。
上記構成により、リレーノードからそのリレーノードを配下とする上位の基地局へハン
ドオーバする場合、及び、リレーノードからそのリレーノードを配下としていない異なる
基地局へハンドオーバする場合は、リレーノードの上位の基地局と端末との間で使用して
いた鍵を更新するように指示することで、更新した新たな鍵を使用して端末と基地局との
間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第４の態様として、上記の無線通信装置であって、前記端末情報判定
部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、同じ基地局配
下のリレーノード間をハンドオーバする場合、ある基地局から異なる基地局配下のリレー
ノードへハンドオーバする場合、及び、ある基地局配下のリレーノードから異なる基地局
配下のリレーノードへハンドオーバする場合、当該基地局の物理セルＩＤを含んだハンド
オーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示するものを含
む。
上記構成により、同じ基地局配下のリレーノード間をハンドオーバする場合、ある基地
局から異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、及び、ある基地局配下
のリレーノードから異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合は、当該基
地局の物理セルＩＤをハンドオーバコマンドに含めて通知することで、この物理セルＩＤ
を用いた新たな鍵を生成可能となる。これによって、生成した新たな鍵を使用して端末と
リレーノードとの間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第５の態様として、上記の無線通信装置であって、端末と基地局また
はリレーノードとの間のコネクションの設立完了を示すコネクションセットアップ完了メ
ッセージを取得するコネクションセットアップ完了メッセージ取得部と、通信の暗号化に
関する指示であるセキュリティモードコマンドを作成するセキュリティモードコマンド作
成部とをさらに具備し、前記端末情報判定部は、前記コネクションセットアップ完了メッ
セージ取得部から抽出したコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経
由して送られたものかどうかを判定するものを含む。
上記構成により、送られてきたコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノー
ド経由かどうかを判定することによって、ハンドオーバの形態に応じて、セキュリティモ
ードコマンドの作成が可能となる。このセキュリティモードコマンドによって、端末と基
地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
また、本発明は、第６の態様として、上記の無線通信装置であって、前記セキュリティ
モードコマンド作成部は、前記端末情報判定部の判定結果に従って、前記コネクションセ
ットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものである場合に、基地局
と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する
指示を含むセキュリティモードコマンドを作成するものを含む。
上記構成により、コネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して
送られたものである場合は、基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと
端末との間で使用する鍵を作成するように指示することで、端末と基地局間、端末とリレ
ーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
本発明は、第７の態様として、他装置より送られるハンドオーバを指示するハンドオー
バコマンドと、伝送信号に含まれるパイロット信号とを受信する受信部と、前記受信部に
より受信された、ハンドオーバの形態に応じたハンドオーバコマンドを処理するハンドオ
ーバコマンド処理部と、前記ハンドオーバコマンドの指示に従って鍵生成を行う鍵生成部
と、前記鍵生成部により生成した鍵を保存する鍵情報保存部と、前記受信部により受信し
たパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、前記受信品質測定部の測定結
果をもとに、測定レポートを作成する測定レポート作成部と、前記測定レポートを送信す
る送信部と、を具備する無線通信装置を提供する。
上記構成により、パイロット信号の受信品質を測定して測定レポートを作成し、基地局
またはリレーノードへ送信するとともに、ハンドオーバコマンドの指示に基づき、ハンド
オーバの形態に応じて、鍵生成や鍵更新等を行うことが可能となる。これによって、セル
ラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって生じる、基地局と
リレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響
を低減させることが可能となる。
また、本発明は、第８の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオーバ
コマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに生成元の鍵を保持する指示が含まれていた場
合、新しい鍵を生成した後で、新しい鍵と生成元の鍵の両方を保存することを、前記鍵生
成部に指示するものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに生成元の鍵を保持する指示が含まれていた場
合は、新しい鍵を生成した後で、新しい鍵と生成元の鍵の両方を保存することで、基地局
とリレーノード間で使用する鍵の更新回数を抑えることが可能である。このため、基地局
とリレーノード間のアンセキュアな鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影
響を低減できる。
また、本発明は、第９の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオーバ
コマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局と端末との間で使用していた鍵を更新
する指示が含まれていた場合、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部
から取り出し、前記鍵生成部で新しい鍵を生成して、生成した新しい鍵を前記鍵情報保存
部に入力することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに基地局と端末との間で使用していた鍵を更新
する指示が含まれていた場合は、新しい鍵を生成することで、更新した新たな鍵を使用し
て端末と基地局との間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第１０の態様として、上記の無線通信装置であって、前記ハンドオー
バコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局の物理セルＩＤが含まれていた場合
、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部から取り出し、前記鍵生成部
で新しい鍵を生成し、さらにその鍵からリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成し
、新しく生成した２つの鍵を前記鍵情報保存部に入力することを、前記鍵生成部に指示す
るものを含む。
上記構成により、ハンドオーバコマンドに基地局の物理セルＩＤが含まれていた場合は
、この物理セルＩＤを用いて、鍵生成部で新しい鍵を生成し、さらにその鍵からリレーノ
ードと端末との間で使用する鍵を生成することで、生成した新たな鍵を使用して端末とリ
レーノードとの間でセキュアな通信が可能となる。
また、本発明は、第１１の態様として、上記の無線通信装置であって、前記受信部によ
り受信された、通信の暗号化に関する指示であるセキュリティモードコマンドを処理する
セキュリティモードコマンド処理部をさらに具備し、前記セキュリティモードコマンド処
理部は、セキュリティモードコマンドに基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレ
ーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示が含まれている場合に、前記鍵情報保
存部から基地局と端末との間で使用している鍵を取り出し、新たにリレーノードと端末と
の間で使用する鍵を生成することを、前記鍵生成部に指示するものを含む。
上記構成により、セキュリティモードコマンドに基地局と端末との間で使用する鍵に加
えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示が含まれている場合は、鍵
生成部で新たにリレーノードと端末間の鍵を生成することで、端末と基地局間、端末とリ
レーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することが可能になる。
また、本発明は、第１２の態様として、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する
基地局装置を提供する。
また、本発明は、第１３の態様として、上記いずれかに記載の無線通信装置を具備する
端末装置を提供する。
また、本発明は、第１４の態様として、上記第１２の態様の基地局装置と上記第１３の
態様の端末装置とを有してなる無線通信システムを提供する。
本発明によれば、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることに
よって生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で
使用する鍵に及ぼす影響を低減させることができる。
また、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入される場合に、端末と基
地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することができる。
リレーノードを導入したセルラ移動体通信システムの構成例を示す図 本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る端末の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る基地局の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る端末の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第１例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第２例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの第３例を示すシグナリング図 本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る端末の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る基地局の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る端末の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を示すシグナリング図 端末と基地局間のコネクション設立時の鍵生成の手順を示すシーケンス図 ハンドオーバ時の鍵交換の手順を示すシーケンス図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本実施
の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する
。
本実施の形態では、本発明に係る無線通信装置を携帯電話等の移動体通信用のセルラ移
動体通信システムに適用した例を示す。本実施の形態に係るセルラ移動体通信システムは
、図１のように、基地局１０１のセルエッジ部分にリレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１
０３Ｃを設け、リレーノード１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃによって基地局１０１と端末
１０２の間の通信を中継可能な構成とする。通信システムとしては、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａ
ｄｖａｎｃｅｄなどを適用可能である。
（実施の形態１）
実施の形態１では、基地局が他装置よりハンドオーバの要求を示すＨＯリクエストを受
信した際に、端末のリリース情報及びハンドオーバの形態によって、端末もしくは上位の
管理ノードに送る暗号化用の鍵更新の指示を決定することを提案する。これによって、リ
レーノードが導入されることによって起こる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな
鍵交換が、端末と基地局の間で使用する鍵に及ぼす影響を低減させることができる。また
、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵を正しく生成、使用することができ
る。
実施の形態１において、特に断りのない限り、端末はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄに対応
可能な端末（ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ端末）のことを指しているものとする。
本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を、図２のブロック図を用いて説明する。
受信部２０１は、受信ＲＦ部、ベースバンド信号処理部等を有し、アンテナで受信した
受信信号の復調、復号等の処理を行う。受信部２０１は、他の基地局からのハンドオーバ
の要求であるＨＯリクエスト、及び上位の管理ノード等からの暗号鍵に関する情報を受信
し、それぞれＨＯリクエスト処理部２０２、鍵情報保存部２０３に出力する。
ＨＯリクエスト処理部２０２は、受信部２０１から入力されたＨＯリクエストから端末
情報を抽出し、端末情報判定部２０４に出力する。また、ＨＯリクエスト処理部２０２は
、ＨＯリクエストに含まれる鍵情報を抽出し、鍵情報保存部２０３に出力する。
端末情報判定部２０４は、ＨＯリクエスト処理部２０２から入力された端末情報に基づ
いてハンドオーバの形態を判定し、判定結果をそれぞれ鍵生成部２０５、ＨＯコマンド作
成部２０７に出力する。ここで、端末情報に基づくハンドオーバの形態の判定としては、
リレーノードから基地局へのハンドオーバである、基地局からリレーノードへのハンドオ
ーバである、基地局間のハンドオーバである、などを判定する。また、リレーノードに関
するハンドオーバの場合、同一基地局配下でのハンドオーバである、そのリレーノードを
配下としていない異なる基地局またはその基地局配下のリレーノードとのハンドオーバで
ある、などを判定する。
鍵生成部２０５は、端末情報判定部２０４から入力された判定結果に従って、鍵情報保
存部２０３から必要な鍵情報を取得し、暗号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部２０
３に出力する。
鍵情報保存部２０３は、受信部２０１、ＨＯリクエスト処理部２０２、鍵生成部２０５
から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生成部２０５に必要な鍵情報を出力する。
ＨＯコマンド作成部２０７は、端末情報判定部２０４から入力された判定結果に従って
、他の基地局からのＨＯリクエストに対するハンドオーバ実行を指示する応答コマンドで
あるＨＯコマンドを作成し、送信部２０８に出力する。
送信部２０８は、ベースバンド信号処理部、送信ＲＦ部等を有し、送信信号の符号化、
変調等の処理を行う。送信部２０８は、ＨＯコマンド作成部２０７から入力されたＨＯコ
マンドを、アンテナから送信する。
本発明の実施の形態１に係る端末の構成を、図３のブロック図を用いて説明する。
受信部３０１は、受信ＲＦ部、ベースバンド信号処理部等を有し、アンテナで受信した
受信信号の復調、復号等の処理を行う。受信部３０１は、他の基地局からのＨＯコマンド
、及び伝送信号に含まれるパイロット信号を受信し、それぞれＨＯコマンド処理部３０２
、受信品質測定部３０３に出力する。
ＨＯコマンド処理部３０２は、受信部３０１から入力されたＨＯコマンドの指示に従っ
て、鍵生成部３０４に鍵の生成を指示する。
鍵生成部３０４は、ＨＯコマンド処理部３０２から入力された指示に従って、鍵情報保
存部３０５から必要な情報を取得し、暗号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部３０５
に出力する。
鍵情報保存部３０５は、鍵生成部３０４から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生
成部３０４に必要な鍵情報を出力する。
受信品質測定部３０３は、受信部３０１から入力されたパイロット信号の受信品質を測
定し、測定結果を測定レポート作成部３０６に出力する。受信品質としては、ＲＳＲＰ（
Reference Signal Received Power）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）
等が用いられる。
測定レポート作成部３０６は、受信品質測定部３０３から入力された測定結果をもとに
測定レポート（ＭＲ）を作成し、送信部３０７に出力する。
送信部３０７は、ベースバンド信号処理部、送信ＲＦ部等を有し、送信信号の符号化、
変調等の処理を行う。送信部３０７は、測定レポート作成部３０６から入力された測定レ
ポートを、アンテナから送信する。
本発明の実施の形態１に係る基地局の動作を、図４のフロー図を用いて説明する。
基地局１０１は、受信部２０１及びＨＯリクエスト処理部２０２において、配下のリレ
ーノードもしくは他の基地局から、ＨＯリクエストを受信する（Ｓ１０１）。
次に、端末情報判定部２０４において、ＨＯリクエストがリレーノードから基地局への
ハンドオーバに対するもの（ＲＮ→ｅＮＢ）であるかどうかを判定する（Ｓ１０２）。こ
こで、ＨＯリクエストが、リレーノードから基地局へのハンドオーバに対するものである
場合、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、暗号化用の鍵K_eNB
の更新指示を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０３）。そして、送信部２０８におい
て、ＨＯコマンドをＨＯリクエスト送信元のリレーノードもしくは基地局に対して送信す
る。
また、ＨＯリクエストがリレーノードから基地局へのハンドオーバに対するものでない
場合、次に、端末情報判定部２０４において、ＨＯリクエストが基地局からリレーノード
へのハンドオーバに対するもの（ｅＮＢ→ＲＮ）であるかどうかを判定する（Ｓ１０４）
。ここで、ＨＯリクエストが、基地局からリレーノードへのハンドオーバに対するもので
ある場合、次に、端末情報判定部２０４において、同一基地局下でのハンドオーバ（intr
a eNB HO）かどうかを判定する（Ｓ１０５）。ここで、同一基地局下でのハンドオーバで
ある場合、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、鍵K_eNB保持の
指示を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０６）。そして、送信部２０８において、Ｈ
Ｏコマンドを端末に対して送信する。
また、ＨＯリクエストが同一基地局下のハンドオーバでない場合及び、基地局からリレ
ーノードへのハンドオーバでない場合、すなわちリレーノードからリレーノードへのハン
ドオーバである場合は、ＨＯコマンド作成部２０７において、基地局は端末に対して、自
身の物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を含んだＨＯコマンドを作成する（Ｓ１０７）。そして、送
信部２０８において、ＨＯコマンドをＨＯリクエスト送信元のリレーノードもしくは基地
局に対して送信する。
本発明の実施の形態１に係る端末の動作を、図５のフロー図を用いて説明する。
端末１０２は、受信部３０１及びＨＯコマンド処理部３０２において、現在通信可能と
なっているサービングセルの基地局もしくはリレーノードから、ＨＯコマンドを受信する
（Ｓ１２１）。
次に、ＨＯコマンド処理部３０２において、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれてい
るかどうかを判定する（Ｓ１２２）。ここで、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれてい
る場合、鍵生成部３０４において、その物理セルＩＤを使って鍵K_eNBを更新し（Ｓ１２
３）、新しい鍵K_eNB（K_eNB*）から、さらに鍵K_RNを生成する（Ｓ１２４）。
また、ＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれていない場合、次に、ＨＯコマンド処理部
３０２において、ＨＯコマンドに、鍵K_eNBを更新する指示としてK_eNBフラグが含まれて
いるかどうかを判定する（Ｓ１２５）。ここで、ＨＯコマンドに鍵K_eNBを更新する指示
が含まれている場合、端末は鍵生成部３０４において、鍵K_eNBを更新する（Ｓ１２６）
。また、ＨＯコマンドに鍵K_eNBを更新する指示が含まれていない場合、端末は鍵生成部
３０４において、鍵K_eNBから鍵K_RNを生成し、ハンドオーバ完了後も、生成元の鍵であ
る鍵K_eNBを保持する（Ｓ１２７）。
本発明の実施の形態１に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を、図６〜８の
シグナリング図を用いて説明する。
図６の第１例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに物理セルＩ
Ｄを含める処理（Ｓ１０７）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eNBの更
新及び鍵K_RNの作成（Ｓ１２３、Ｓ１２４）を行う動作に相当する。
図６において、端末は現在通信中のある基地局から、異なる基地局配下のリレーノード
へハンドオーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１０２は、現在通信可能となって
いるサービングセルの基地局（ソース基地局：ＳｅＮＢ）１０１Ａとコネクションをはっ
ており、通信の暗号化には鍵K_eNBを使用している。
端末１０２は、サービングセルの基地局（ソース基地局）１０１Ａに対して、ハンドオ
ーバ先となるリレーノード（ターゲットリレーノード：ＴＲＮ）１０３Ｂのパイロット信
号の受信品質を含む、測定レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２０１）。このとき、端末１
０２はターゲットリレーノード１０３Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を
取得している。
ソース基地局１０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をターゲッ
トリレーノードに決定すると、このターゲットリレーノードの親である基地局（ターゲッ
ト基地局：ＴｅＮＢ）１０１Ｂに対してＨＯリクエスト（HO req）を送信する。このとき
、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２との通信に使用していた鍵K_eNBにターゲット基
地局１０１Ｂの物理セルＩＤをかけて鍵K_eNB*を生成し（Ｓ２０２）、この鍵K_eNB*を鍵
情報NH（NCC=1）と共にＨＯリクエストに含めてターゲット基地局１０１Ｂに送信する（
Ｓ２０３）。
ターゲット基地局１０１Ｂは、ソース基地局１０１ＡからのＨＯリクエストを受信する
と、このＨＯリクエストが異なる基地局から自分の配下のリレーノードへのハンドオーバ
に対するものであることを判定する。この場合、ターゲット基地局１０１Ｂは、ソース基
地局１０１Ａを経由して端末１０２に対して、自身の物理セルＩＤを含んだＨＯコマンド
（HO command）を作成し、送信する（Ｓ２０６、Ｓ２０７）。
また同時に、ターゲット基地局１０１Ｂは、ＨＯリクエストで受信した鍵K_eNB*にター
ゲットリレーノードの物理セルＩＤをかけて鍵K_RN*を生成し（Ｓ２０４）、この鍵K_RN*
を含めたＨＯリクエストをハンドオーバ先となるターゲットリレーノード１０３Ｂに送信
する（Ｓ２０５）。
端末１０２は、ソース基地局１０１Ａを介してターゲット基地局１０１Ｂから送信され
たＨＯコマンドを受信すると、このＨＯコマンドに物理セルＩＤが含まれていることを判
定する。この場合、端末１０２は、ソース基地局１０１Ａとの通信に使っていた鍵K_eNB
に、ＨＯコマンドで送られてきた物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ
２０８）。さらに、生成した鍵K_eNB*にターゲットリレーノード１０３Ｂの物理セルＩＤ
をかけて、鍵K_RN*を生成する（Ｓ２０９）。
その後、端末１０２からターゲットリレーノード１０３Ｂに対し、同期を取るためのＲ
ＡＣＨメッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ２１０）、アップリンクのリソース
（UL allocation）をターゲットリレーノード１０３Ｂから割り当てられる（Ｓ２１１）
。そして、端末１０２からターゲットリレーノード１０３ＢにＲＲＣコネクション再設定
完了（RRC connection reconfig comp）が送信され（Ｓ２１２）、ターゲットリレーノー
ド１０３Ｂからターゲット基地局１０１Ｂを介して上位管理ノードであるＭＭＥ１０５に
パス変更リクエスト（Path Switching req）が送信される（Ｓ２１３、Ｓ２１４）。ここ
で、ＭＭＥ１０５は鍵K_ASMEと鍵情報NHとから新しい鍵情報NH*（NCC=2）に更新し（Ｓ２
１５）、この鍵情報NH*をターゲット基地局１０１ＢへのＡＣＫ応答（ack）に含めて送信
する（Ｓ２１６）。上記の一連の処理により、ある基地局から他の基地局配下のリレーノ
ードへのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲットリレーノード１０３Ｂ間
の通信（ＲＲＣシグナリング）の暗号化には、鍵K_RN*を使用し、端末１０２とターゲッ
ト基地局１０１Ｂ間の通信（データシグナリング）の暗号化には、鍵K_eNB*を使用する。
また端末１０２及びソース基地局１０１Ａは、端末１０２とソース基地局１０１Ａ間の
通信の暗号化に使っていた鍵K_eNBを削除する。
図７の第２例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに鍵K_eNB更
新の指示を含める処理（Ｓ１０３）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eN
Bの更新（Ｓ１２６）を行う動作に相当する。
図７において、端末は現在通信中のあるリレーノードから、その親となる基地局へハン
ドオーバするものとする。ここで、端末（ＵＥ）１０２は、現在通信可能となっているサ
ービングセルのリレーノード（ＲＮ）１０３Ａとコネクションをはっており、ＲＲＣシグ
ナリングの暗号化には鍵K_RNを使用し、データシグナリングの暗号化には鍵K_eNBを使用
している。
端末１０２は、サービングセルのリレーノード（ソースリレーノード）１０３Ａに対し
て、ハンドオーバ先となるターゲット基地局（ｅＮＢ）１０１Ｂのパイロット信号の受信
品質を含む、測定レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２２１）。このとき、端末１０２はタ
ーゲット基地局１０１Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を取得している。
ソースリレーノード１０３Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先をリ
レーノードの親基地局（ターゲット基地局）に決定すると、ターゲット基地局１０１Ｂに
対してＨＯリクエスト（HO req）を送信する（Ｓ２２２）。
ターゲット基地局１０１Ｂは、ソースリレーノード１０３ＡからのＨＯリクエストを受
信すると、このＨＯリクエストが自分の配下のリレーノードからのハンドオーバに対する
ものであることを判定する。この場合、ターゲット基地局１０１Ｂは、ソースリレーノー
ド１０３Ａを経由して端末１０２に対して、鍵K_eNB更新の指示を含んだＨＯコマンド（H
O command）を作成し、送信する（Ｓ２２４、Ｓ２２５）。また同時に、ターゲット基地
局１０１Ｂは、端末１０２と基地局間のデータシグナリングの暗号化に使用していた鍵K_
eNBに、自身の物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を生成する（Ｓ２２３）。
端末１０２は、ソースリレーノード１０３Ａを介してターゲット基地局１０１Ｂから送
信されたＨＯコマンドを受信すると、このＨＯコマンドに鍵K_eNB更新の指示が含まれて
いることを判定する。この場合、端末１０２は、基地局とのデータシグナリングに使って
いた鍵K_eNBに、ターゲット基地局１０１Ｂの物理セルＩＤをかけて、新しい鍵K_eNB*を
生成する（Ｓ２２６）。
その後、端末１０２からターゲット基地局１０１Ｂに対し、同期を取るためのＲＡＣＨ
メッセージ（Synchronization）を送信し（Ｓ２２７）、アップリンクのリソース（UL al
location）をターゲット基地局１０１Ｂから割り当てられる（Ｓ２２８）。そして、端末
１０２からターゲット基地局１０１ＢにＲＲＣコネクション再設定完了（RRC connection
reconfig comp）が送信される（Ｓ２２９）。上記の一連の処理により、あるリレーノー
ドからその親の基地局へのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲット基地局１０１Ｂ間の通信
の暗号化には、鍵K_eNB*を使用する。
また端末１０２及び基地局１０１Ｂは、端末１０２とソースリレーノード１０３Ａ間の
通信の暗号化に使われていた鍵K_RNを削除する。
図８の第３例は、図４の基地局のフロー図において基地局がＨＯコマンドに鍵K_eNB保
持の指示を含める処理（Ｓ１０６）を行い、図５の端末のフロー図において端末が鍵K_eN
Bの保持（Ｓ１２７）を行う動作に相当する。
図８において、端末は現在通信中のある基地局から、その配下のリレーノードへハンド
オーバするものとする。ここで、端末１０２は、現在通信可能となっているサービングセ
ルの基地局（ｅＮＢ）１０１Ａとコネクションをはっており、通信の暗号化には鍵K_eNB
を使用している。
端末１０２は、サービングセルの基地局（ソース基地局）１０１Ａに対して、ハンドオ
ーバ先となるターゲットリレーノード１０３Ｂのパイロット信号の受信品質を含む、測定
レポート（ＭＲ）を送信する（Ｓ２４１）。このとき、端末１０２はターゲットリレーノ
ード１０３Ｂの受信品質測定と共に物理セルＩＤ（ＰＣＩ）を取得している。
ソース基地局１０１Ａは、受信した測定レポートを判定し、ハンドオーバ先を配下のタ
ーゲットリレーノードに決定すると、このターゲットリレーノード１０３Ｂに対してＨＯ
リクエスト（HO req）を送信する。このとき、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２との
通信に使用していた鍵K_eNBにターゲットリレーノード１０３Ｂの物理セルＩＤをかけて
鍵K_RNを生成し（Ｓ２４２）、この鍵K_RNをＨＯリクエストに含めてターゲットリレーノ
ード１０３Ｂに送信する（Ｓ２４３）。
また、ソース基地局１０１Ａは、端末１０２に対して、鍵K_eNB保持の指示を含んだＨ
Ｏコマンド（HO command）を作成し、送信する（Ｓ２４４）。
端末１０２は、ソース基地局１０１Ａから送信されたＨＯコマンドを受信すると、この
ＨＯコマンドに鍵K_eNB保持の指示が含まれていることを判定する。この場合、端末１０
２は、ソース基地局１０１Ａとの通信に使っていた鍵K_eNBに、ターゲットリレーノード
の物理セルＩＤをかけて、鍵K_RNを生成する（Ｓ２４５）。そして、ハンドオーバ完了後
も鍵K_eNBを削除せずに保持しておく。
その後、端末１０２からターゲットリレーノード１０３Ｂに対し、同期を取るためのＲ
ＡＣＨメッセージを送信し、アップリンクのリソースをターゲットリレーノード１０３Ｂ
から割り当てられる。上記の一連の処理により、ある基地局からその配下のリレーノード
へのハンドオーバが実行される。
上記ハンドオーバが行われた以降は、端末１０２とターゲットリレーノード１０３Ｂ間
の通信の暗号化には、鍵K_RNを使用し、端末１０２とソース基地局１０１Ａ間の通信の暗
号化には、鍵K_eNBを使用する。
上述したように、実施の形態１によれば、リレーノードが導入されることによって起こ
る、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用する鍵
に及ぼす影響を低減させることができる。また、端末と基地局間、端末とリレーノード間
で共通の鍵を正しく生成、使用することができる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、ＲＲＣコネクションセットアップ時において、端末とリレーノード
間で使用するＲＲＣ用の鍵と、端末と基地局間で使用するデータ用の鍵を作成することを
提案する。これによって、頻繁にやり取りされるデータの鍵を、端末と基地局間の鍵とす
ることで、基地局とリレーノード間の鍵の更新を低減できる。また、ＲＲＣ用の鍵を端末
とリレーノード間の鍵とすることで、ＲＲＣ処理遅延を短くできる。
実施の形態２において、特に断りのない限り、端末はＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ端末の
ことを指しているものとする。
本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を、図９のブロック図を用いて説明する。
受信部４０１は、端末から送信されたコネクションの設立完了を示すコネクションセッ
トアップ完了メッセージを受信し、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０
９に出力する。また、受信部４０１は、図２の実施の形態１の構成と同様に、ＨＯリクエ
スト及び鍵情報を受信し、それぞれＨＯリクエスト処理部２０２、鍵情報保存部２０３に
出力する。
コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９は、受信部４０１から入力され
たコネクションセットアップ完了メッセージから端末情報を抽出し、端末情報判定部４０
４に出力する。
端末情報判定部４０４は、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９から
入力された端末情報に基づいてハンドオーバの形態を判定し、判定結果をセキュリティモ
ードコマンド作成部４１０に出力する。また、端末情報判定部４０４は、図２の実施の形
態１の構成と同様に、ＨＯリクエスト処理部２０２から入力された端末情報に基づいてハ
ンドオーバの形態を判定し、判定結果をそれぞれ鍵生成部２０５、ＨＯコマンド作成部２
０７に出力する。
セキュリティモードコマンド作成部４１０は、端末情報判定部４０４から入力された判
定結果に従って、端末と基地局またはリレーノード間の通信の暗号化及び署名に使用する
セキュリティアルゴリズムを指示するセキュリティモードコマンドを作成し、送信部４０
８に出力する。
送信部４０８は、セキュリティモードコマンド作成部４１０から入力されたセキュリテ
ィモードコマンド、及びＨＯコマンド作成部２０７から入力されたＨＯコマンドを、アン
テナから送信する。
本発明の実施の形態２に係る端末の構成を、図１０のブロック図を用いて説明する。
受信部５０１は、他の基地局からのセキュリティモードコマンド、ＨＯコマンド、及び
伝送信号に含まれるパイロット信号を受信し、それぞれセキュリティモードコマンド処理
部５０８、ＨＯコマンド処理部３０２、受信品質測定部３０３に出力する。
セキュリティモードコマンド処理部５０８は、受信部５０１から入力されたセキュリテ
ィモードコマンドの指示に従って、鍵生成部５０４に鍵の生成を指示する。
鍵生成部５０４は、セキュリティモードコマンド処理部５０８、及びＨＯコマンド処理
部３０２から入力された指示に従って、鍵情報保存部５０５から必要な情報を取得し、暗
号化のための鍵を生成して、鍵情報保存部５０５に出力する。
鍵情報保存部５０５は、鍵生成部５０４から入力された鍵情報を保存する。また、鍵生
成部５０４に必要な鍵情報を出力する。
本発明の実施の形態２に係る基地局の動作を、図１１のフロー図を用いて説明する。
基地局１０１は、受信部４０１において、端末１０２から送信されたＲＲＣコネクショ
ンセットアップ完了メッセージを受信する（Ｓ３０１）。
そして、基地局１０１は、上位管理ノードであるＭＭＥ１０５に対して、送信部４０８
より端末１０２とＭＭＥ１０５間のメッセージであるＮＡＳメッセージを送信し（Ｓ３０
２）、ＭＭＥ１０５から、受信部４０１において端末１０２と基地局１０１の間で使用す
る鍵K_eNBを受信し、鍵情報保存部２０３に保存する（Ｓ３０３）。
次に、基地局１０１は、コネクションセットアップ完了メッセージ取得部４０９及び端
末情報判定部４０４において、受信したＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージ
がリレーノード（ＲＮ）１０３経由であるかどうかを判定する（Ｓ３０４）。ここで、Ｒ
ＲＣコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード１０３経由で受信された場
合、鍵生成部２０５において、ＭＭＥ１０５から受信した鍵K_eNBにリレーノード１０３
の物理セルＩＤをかけて、端末１０２とリレーノード１０３の間で使用する鍵K_RNを生成
する（Ｓ３０５）。そして、基地局１０１は、作成した鍵K_RNを送信部４０８よりリレー
ノード１０３に送信する（Ｓ３０６）。
次に、基地局１０１は、セキュリティモードコマンド作成部４１０において、鍵K_RNを
生成する指示を含んだセキュリティモードコマンドを作成し（Ｓ３０７）、このセキュリ
ティモードコマンドを、送信部４０８よりリレーノード１０３を介して端末１０２に送信
する（Ｓ３０８）。
本発明の実施の形態２に係る端末の動作を、図１２のフロー図を用いて説明する。
端末１０２は、受信部５０１及びセキュリティモードコマンド処理部５０８において、
現在通信可能となっているサービングセルの基地局１０１からセキュリティモードコマン
ドを受信する（Ｓ３２１）。
次に、セキュリティモードコマンド処理部５０８において、セキュリティモードコマン
ドに鍵K_RNを生成する指示が含まれているかどうかを判定する（Ｓ３２２）。ここで、セ
キュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれている場合、鍵生成部５０４
において、現在使用している鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩＤをかけて、鍵K
_eNBから鍵K_RNを生成し（Ｓ３２３）、生成元の鍵である鍵K_eNBと共に鍵K_RNを保持す
る（Ｓ３２４）。また、セキュリティモードコマンドに鍵K_RNを生成する指示が含まれて
いない場合は、何もしないで処理を終了する（Ｓ３２５）。
本発明の実施の形態２に係る基地局と端末間におけるシグナリングの例を、図１３のシ
グナリング図を用いて説明する。
図１３において、端末（ＵＥ）１０２とＭＭＥ１０５は、共通の鍵K_ASMEを保持してお
り、それぞれ、K_ASMEにＮＡＳアップリンクカウント（NAS UL COUNT）をかけて、鍵K_eN
Bを作成する（Ｓ３０１、Ｓ３０３）。また、鍵K_ASMEと鍵K_eNBとから、鍵情報NH（Next
Hop）を作成する（Ｓ３０２、Ｓ３０４）。この鍵生成は、端末１０２の電源オン時など
、セルラ移動体通信システムでの端末認証時、及び鍵K_ASME更新時に行われる。
端末１０２がリレーノード（ＲＮ）１０３とＲＲＣコネクションを設立する場合、端末
１０２とリレーノード１０３間でＲＲＣコネクションリクエスト（RRC connection req）
、ＲＲＣコネクションセットアップ（RRC connection setup）、ＲＲＣコネクションセッ
トアップ完了（RRC connection setup complete）を送受信する（Ｓ３０５、Ｓ３０６、
Ｓ３０７）。リレーノード１０３は、端末１０２からのＲＲＣコネクションセットアップ
完了メッセージを受けて、基地局１０１にこのメッセージを転送する（Ｓ３０８）。基地
局１０１は、リレーノード１０３からのＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージ
を受けて、ＮＡＳメッセージをＭＭＥ１０５に転送する（Ｓ３０９）。このとき、ＭＭＥ
１０５は基地局１０１に鍵K_eNBと鍵情報NH（NCC=1）を通知する（Ｓ３１０）。
基地局１０１は、ＲＲＣコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノード１０
３を経由して受信された場合、ＭＭＥ１０５から通知された鍵K_eNBにリレーノード１０
３の物理セルＩＤをかけて、鍵K_RNを生成し（Ｓ３１１）、リレーノード１０３に鍵K_RN
を通知する（Ｓ３１２）。
また、基地局１０１は、鍵K_RNを生成する際、鍵K_eNBを保持する指示を含むセキュリ
ティモードコマンド（ＳＭＣ）を作成し、リレーノード１０３を介して端末１０２に送信
する（Ｓ３１３）。
端末１０２は、セキュリティモードコマンドを受信し、セキュリティモードコマンドに
鍵K_RNを生成する指示が含まれている場合、鍵K_eNBにリレーノード１０３の物理セルＩ
Ｄをかけて、鍵K_eNBから鍵K_RNを生成し（Ｓ３１４）、鍵K_eNBと鍵K_RNの両方を保持す
る。
その後、端末１０２とリレーノード１０３間のＲＲＣシグナリングの暗号化には鍵K_RN
を使用し、端末１０２と基地局１０１間のデータシグナリングの暗号化には鍵K_eNBを使
用する。
これによって、コネクション設立後の通信において、端末と基地局は共通の鍵K_eNBを
使用し、端末とリレーノード間は共通の鍵K_RNを使用して、セキュアな通信を行うことが
できる。
上述したように、実施の形態２によれば、頻繁にやり取りされるデータ暗号化用の鍵を
、端末と基地局間の鍵とすることで、基地局とリレーノード間の鍵の交換を低減できる。
また、ＲＲＣ暗号化用の鍵を端末とリレーノード間の鍵とすることで、ＲＲＣ処理遅延を
短くできる。
なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並び
に周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところ
であり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施
形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上記各実施形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、
本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬ
ＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含
むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、Ｉ
Ｃ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサ
で実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Prog
rammable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフ
ィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路
化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。
バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本出願は、２００９年３月３０日出願の日本特許出願（特願２００９−０８３２２４）
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明は、セルラ移動体通信システムにおいてリレーノードが導入されることによって
生じる、基地局とリレーノード間のアンセキュアな鍵更新が、端末と基地局の間で使用す
る鍵に及ぼす影響を低減させることが可能となる効果、セルラ移動体通信システムにおい
てリレーノードが導入される場合に、端末と基地局間、端末とリレーノード間で共通の鍵
を正しく生成、使用することを可能にする効果を有し、無線通信基地局装置、無線通信端
末装置等に適用可能な無線通信装置等として有用である。
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ 基地局
１０２ 端末
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ リレーノード
１０５ ＭＭＥ
２０１、４０１ 受信部
２０２ ＨＯリクエスト処理部
２０３ 鍵情報保存部
２０４、４０４ 端末情報判定部
２０５ 鍵生成部
２０７ ＨＯコマンド作成部
２０８、４０８ 送信部
３０１、５０１ 受信部
３０２ ＨＯコマンド処理部
３０３ 受信品質測定部
３０４、５０４ 鍵生成部
３０５、５０５ 鍵情報保存部
３０６ 測定レポート作成部
３０７ 送信部
４０９ コネクションセットアップ完了メッセージ取得部
４１０ セキュリティモードコマンド作成部
５０８ セキュリティモードコマンド処理部

Claims (14)

  1. 他装置より送られるハンドオーバの要求を示すハンドオーバリクエストと、暗号化用の鍵に関する鍵情報とを受信する受信部と、
    前記受信部より受信したハンドオーバリクエストを処理するハンドオーバリクエスト処理部と、
    前記受信部より受信した鍵情報を保存する鍵情報保存部と、
    前記ハンドオーバリクエスト処理部より抽出した端末情報に基づきハンドオーバの形態を判定する端末情報判定部と、
    前記端末情報判定部の判定結果に従って、前記鍵情報保存部に保存されている鍵情報をもとに鍵生成を行う鍵生成部と、
    前記端末情報判定部の判定結果に従って、ハンドオーバを指示するハンドオーバコマンドを作成するハンドオーバコマンド作成部と、
    前記ハンドオーバコマンド作成部によって作成されたハンドオーバコマンドを送信する送信部と、
    を具備する無線通信装置。
  2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、基地局からその基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、生成元の鍵を保持する指示を含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示する無線通信装置。
  3. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、リレーノードからそのリレーノードを配下とする上位の基地局へハンドオーバする場合、及び、リレーノードからそのリレーノードを配下としていない異なる基地局へハンドオーバする場合、前記リレーノードの上位の基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示を含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示する無線通信装置。
  4. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    前記端末情報判定部は、前記ハンドオーバリクエストを送信した装置と通信している端末が、同じ基地局配下のリレーノード間をハンドオーバする場合、ある基地局から異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、及び、ある基地局配下のリレーノードから異なる基地局配下のリレーノードへハンドオーバする場合、当該基地局の物理セルＩＤを含んだハンドオーバコマンドを作成することを、前記ハンドオーバコマンド作成部に指示する無線通信装置。
  5. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
    端末と基地局またはリレーノードとの間のコネクションの設立完了を示すコネクションセットアップ完了メッセージを取得するコネクションセットアップ完了メッセージ取得部と、
    通信の暗号化に関する指示であるセキュリティモードコマンドを作成するセキュリティモードコマンド作成部とをさらに具備し、
    前記端末情報判定部は、前記コネクションセットアップ完了メッセージ取得部から抽出したコネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものかどうかを判定する無線通信装置。
  6. 請求項５に記載の無線通信装置であって、
    前記セキュリティモードコマンド作成部は、前記端末情報判定部の判定結果に従って、前記コネクションセットアップ完了メッセージがリレーノードを経由して送られたものである場合に、基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示を含むセキュリティモードコマンドを作成する無線通信装置。
  7. 他装置より送られるハンドオーバを指示するハンドオーバコマンドと、伝送信号に含まれるパイロット信号とを受信する受信部と、
    前記受信部により受信された、ハンドオーバの形態に応じたハンドオーバコマンドを処理するハンドオーバコマンド処理部と、
    前記ハンドオーバコマンドの指示に従って鍵生成を行う鍵生成部と、
    前記鍵生成部により生成した鍵を保存する鍵情報保存部と、
    前記受信部により受信したパイロット信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、
    前記受信品質測定部の測定結果をもとに、測定レポートを作成する測定レポート作成部と、
    前記測定レポートを送信する送信部と、
    を具備する無線通信装置。
  8. 請求項７に記載の無線通信装置であって、
    前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに生成元の鍵を保持する指示が含まれていた場合、新しい鍵を生成した後で、新しい鍵と生成元の鍵の両方を保存することを、前記鍵生成部に指示する無線通信装置。
  9. 請求項７に記載の無線通信装置であって、
    前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局と端末との間で使用していた鍵を更新する指示が含まれていた場合、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部から取り出し、前記鍵生成部で新しい鍵を生成して、生成した新しい鍵を前記鍵情報保存部に入力することを、前記鍵生成部に指示する無線通信装置。
  10. 請求項７に記載の無線通信装置であって、
    前記ハンドオーバコマンド処理部は、ハンドオーバコマンドに基地局の物理セルＩＤが含まれていた場合、基地局と端末との間で使用していた鍵を前記鍵情報保存部から取り出し、前記鍵生成部で新しい鍵を生成し、さらにその鍵からリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成し、新しく生成した２つの鍵を前記鍵情報保存部に入力することを、前記鍵生成部に指示する無線通信装置。
  11. 請求項７に記載の無線通信装置であって、
    前記受信部により受信された、通信の暗号化に関する指示であるセキュリティモードコマンドを処理するセキュリティモードコマンド処理部をさらに具備し、
    前記セキュリティモードコマンド処理部は、セキュリティモードコマンドに基地局と端末との間で使用する鍵に加えて、リレーノードと端末との間で使用する鍵を作成する指示が含まれている場合に、前記鍵情報保存部から基地局と端末との間で使用している鍵を取り出し、新たにリレーノードと端末との間で使用する鍵を生成することを、前記鍵生成部に指示する無線通信装置。
  12. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の無線通信装置を具備する基地局装置。
  13. 請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の無線通信装置を具備する端末装置。
  14. 請求項１２に記載の基地局装置と請求項１３に記載の端末装置とを有してなる無線通信システム。
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