JP5785517B2 - 無線通信システムおよびネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムおよびネットワークに関する。

近年、スマートフォンをはじめとするユーザ装置の高性能・高機能化に伴い、無線通信のトラヒック量が増大する傾向にあるため、無線通信システムの処理容量の向上が求められている。処理容量の向上を実現するために、小規模基地局および高周波数帯域の活用が提案されている。すなわち、広い領域をカバーする大規模基地局（マクロ基地局）に加えて、大規模基地局より狭い領域をカバーする小規模基地局（ピコ基地局、フェムト基地局等）を利用することにより、１つの基地局が処理すべきトラヒック量を低減して無線通信システム全体のスループットを向上させること、及び、既に無線通信に利用されている周波数帯（８００ＭＨｚ帯、２ＧＨｚ帯等）に加え、より広い帯域幅を無線通信に利用可能な高周波数帯（例えば、３．５ＧＨｚ帯）を活用して、無線通信システムのスループットを向上させることが提案されている。

特開2010-062875号公報

小規模基地局を用いる構成では、大規模基地局のみを用いた構成と比較して、同じ範囲をカバーするのに必要な基地局数が多いため、導入及び維持の負荷が増大する可能性がある。また、電波は周波数が高いほど減衰しやすい（伝搬損失が大きい）ため、高周波数帯を用いた無線通信は、より低い周波数帯を用いた無線通信と比較して通信の安定性が低い可能性がある。

以上の事情を考慮して、本発明は、小規模基地局および高周波数帯を用いた無線通信システムにおいて、小規模基地局の導入及び維持の負荷を抑制しつつ、無線通信の安定性の向上を可能にすることを目的とする。

本発明の無線通信システムは、第１セルを形成し、第１周波数帯にて無線通信を実行可能な第１基地局と、前記第１セルより小さい第２セルを形成し、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯にて無線通信を実行可能な第２基地局と、前記第１基地局および前記第２基地局と無線通信可能なユーザ装置と、外部ネットワークとの接続点となるゲートウェイ装置と、前記第１基地局と前記第２基地局との各々を介して確立される、前記ユーザ装置のための論理経路を制御可能な通信制御部とを備え、前記第１基地局は、前記ゲートウェイ装置を経由して前記外部ネットワークに接続し、前記第２基地局は、前記ゲートウェイ装置を経由して又は直接に前記外部ネットワークに接続し、前記ユーザ装置は、前記第１基地局を介して確立される第１論理経路と前記第２基地局を介して確立される第２論理経路との双方を同時に用いて、前記外部ネットワークとのユーザ信号の送受信を実行することが可能であり、前記通信制御部は、前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信および前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御する。

以上の構成によれば、第２基地局とユーザ装置との無線通信を通信制御部が制御するので、第２基地局自身がユーザ装置との無線通信を制御する構成と比較して、第２基地局の制御機能、ひいては第２基地局全体の構成が単純化される。したがって、第２基地局を導入（製造及び設置）し、維持し、運用するための負荷が低減され得る。また、ユーザ装置が第１論理経路と第２論理経路との双方（ひいては第１基地局と第２基地局との双方）を用いて外部ネットワークとの通信を実行できるから、トラヒックの集中が回避され得る。

本発明の好適な態様において、前記第２周波数帯は、前記第１周波数帯よりも周波数が高く、前記通信制御部は、前記第１論理経路を用いて音声信号を送受信し、前記第２論理経路を用いてデータ信号を送受信するように前記ユーザ装置を制御する。
以上の構成によれば、より高い周波数帯を用いたスループットの高い通信経路でデータ信号が送受信され、より低い周波数帯を用いた安定性の高い通信経路で音声信号が送受信されるから、スループットの向上と重要性の高い音声信号の安定した送受信とが同時に実現され得る。

本発明の好適な態様において、前記通信制御部は、前記第１基地局と接続し前記第１論理経路を用いて無線通信している前記ユーザ装置が前記第２基地局を発見した場合に、当該第１論理経路が経由する基地局を当該第２基地局に変更するように、当該第１基地局と当該第２基地局とを制御する。
以上の構成によれば、第２基地局が発見された場合に論理経路が第１基地局から第２基地局に変更される（オフロードされる）から、無線通信の連続性が維持されつつ、第１基地局へのトラヒックの集中が回避され得る。

本発明の好適な態様において、前記第２基地局は、当該第２基地局に組み込まれた、または当該第２基地局に接続されたゲートウェイ部を有し、前記第１論理経路は前記第１基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、前記第２論理経路は前記第２基地局の前記ゲートウェイ部と前記ユーザ装置とに確立され、前記ユーザ装置は、前記ゲートウェイ装置および前記第２基地局の前記ゲートウェイ部を経由して前記外部ネットワークと通信可能である。
以上の構成によれば、第２基地局を経由してユーザ装置から送信された情報はゲートウェイ装置を経由せずに外部ネットワークに到達するから、第１基地局およびゲートウェイ装置が処理すべきトラヒック量が軽減される。

本発明の好適な態様において、前記第１論理経路は前記第１基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、前記第２論理経路は前記第２基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、前記ユーザ装置は、前記ゲートウェイ装置を介して前記外部ネットワークと通信可能である。
以上の構成によれば、第２基地局がゲートウェイ部を備える構成と比較して、第２基地局の構成がより単純化される。したがって、第２基地局を導入（製造及び設置）し、維持し、運用するための負荷がより低減され得る。

本発明の好適な態様において、無線通信システムは、前記第１基地局に接続され、前記通信制御部を有する交換局を備え、前記交換局の前記通信制御部は、第１制御信号を前記第１基地局に送信して前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御し、前記第１制御信号とは異なる第２制御信号を前記第１基地局経由で前記第２基地局に送信して前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御する。

本発明の好適な態様において、前記第１制御信号に基づいた前記第１基地局との前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれ、前記第２制御信号に基づいた前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれる。

本発明の好適な態様において、無線通信システムは、前記第１基地局に接続される交換局を備え、前記第１基地局は、前記通信制御部を有し、前記交換局は、前記第１基地局および前記第２基地局の少なくともいずれかと接続する前記ユーザ装置の無線通信を制御する制御信号を前記第１基地局に送信し、前記第１基地局の前記通信制御部は、前記制御信号が前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御するものである場合には、当該制御信号に基づいて当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線通信を制御し、前記制御信号が前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御するものである場合には、当該制御信号に基づいて当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線通信を制御する。

本発明の好適な態様において、前記制御信号に基づいた前記第１基地局との前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれ、前記制御信号に基づいた前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれる。

本発明のネットワークは、第１セルを形成し、第１周波数帯にて無線通信を実行可能な第１基地局と、前記第１セルより小さい第２セルを形成し、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯にて無線通信を実行可能な第２基地局と、外部ネットワークとの接続点となるゲートウェイ装置と、前記第１基地局と前記第２基地局との各々を介して確立される、ユーザ装置のための論理経路を制御可能な通信制御部とを備え、前記第１基地局は、前記ゲートウェイ装置を経由して前記外部ネットワークに接続し、前記第２基地局は、前記ゲートウェイ装置を経由して又は直接に前記外部ネットワークに接続し、前記第１基地局および前記第２基地局は、前記第１基地局を介して確立される第１論理経路および前記第２基地局を介して確立される第２論理経路をそれぞれ用いて、前記ユーザ装置と同時に無線通信することが可能であり、前記通信制御部は、前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信および前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御する。

本発明の第１実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図である。 マクロ基地局が形成するマクロセルおよびスモール基地局が形成するスモールセルを示す図である。 スモール基地局とゲートウェイ部との通信に用いられるプロトコル構成を示す図である。 マクロ基地局とスモール基地局との通信に用いられるプロトコル構成を示す図である。 交換局が実行する論理経路（ベアラ）の制御の一例を示す図である。 第１実施形態のユーザ装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のマクロ基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のスモール基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の交換局の構成を示すブロック図である。 第１実施形態のゲートウェイ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図である。 本発明の第３実施形態のマクロ基地局の構成を示すブロック図である。

第１実施形態
１（１）． 無線通信システムの構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信システム１のブロック図である。無線通信システム１は、ユーザ装置１００と、マクロ基地局２００と、スモール基地局３００と、交換局４００と、ゲートウェイ装置５００とを要素として備える。また、ネットワークＮＷは、マクロ基地局２００と、スモール基地局３００と、交換局４００と、ゲートウェイ装置５００とを備える。

無線通信システム１内の各要素は、所定のアクセス技術（Access Technology）、例えば３ＧＰＰ規格（Third Generation Partnership Project）に規定されるＬＴＥ／ＳＡＥ（Long Term Evolution / System Architecture Evolution）に従って通信を実行する。３ＧＰＰ規格に規定された用語に従うと、ユーザ装置１００はUser Equipment（ＵＥ）であり、マクロ基地局２００はevolved Node B（ｅＮＢ）であり、交換局４００はMobile Management Entity（ＭＭＥ）であり、ゲートウェイ装置５００はPacket-Data-Network/Serving Gateway（Ｐ／Ｓ−ＧＷ）である。スモール基地局３００はevolved Node Bの構成に準じる。
本実施形態では、無線通信システム１がＬＴＥ／ＳＡＥに従って動作する形態を例示して説明するが、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。本発明は、必要な設計上の変更を施した上で、他のアクセス技術にも適用可能である。

ユーザ装置１００は、マクロ基地局２００およびスモール基地局３００と無線通信することが可能である。ユーザ装置１００と各基地局（マクロ基地局２００，スモール基地局３００）との無線通信の方式は任意である。例えば、下りリンクではＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）が採用され得、上りリンクではＳＣ−ＦＤＭＡ（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access）が採用され得る。

マクロ基地局２００とスモール基地局３００とは有線にて相互に接続される。交換局４００は、マクロ基地局２００とゲートウェイ装置５００とに有線で接続される。ゲートウェイ装置５００は基地局２００および交換局４００に接続されると共に、無線通信システム１の外部ネットワークであるインターネット６００に接続される。すなわち、ゲートウェイ装置５００はインターネット６００との接続点として機能し得る。

スモール基地局３００はゲートウェイ部ＧＷを備える。ゲートウェイ部ＧＷは、ゲートウェイ装置５００と同様、インターネット６００に接続される要素である。すなわち、ゲートウェイ部ＧＷは、インターネット６００との接続点として機能し得る。

図２は、マクロ基地局２００がその周囲に形成するマクロセルＣｍおよびスモール基地局３００がその周囲に形成するスモールセルＣｓを示す図である。各セルＣの中に各基地局のアンテナが模式的に示されている。作図の便宜上、マクロセルＣｍが示される平面とスモールセルＣｓが示される平面とが相違しているが、実際には、同一の平面（地表等）上にマクロセルＣｍとスモールセルＣｓとが重畳され得る。

セルＣ（マクロセルＣｍ，スモールセルＣｓ）は各基地局（マクロ基地局２００，スモール基地局３００）からの電波がユーザ装置１００に有効に到達する範囲である。したがって、ユーザ装置１００は、ユーザ装置１００自身が在圏するセルＣに対応する基地局と無線通信可能である。

スモール基地局３００は、マクロ基地局２００と比較して小規模であり無線送信能力（平均送信電力、最大送信電力等）も小さい。また、スモール基地局３００が無線通信に用いる周波数帯（第２周波数帯、例えば３．５ＧＨｚ帯）は、マクロ基地局２００が無線通信に用いる周波数帯（第１周波数帯、例えば２ＧＨｚ帯）よりも周波数が高く、伝搬損失が大きい。したがって、スモールセルＣｓはマクロセルＣｍよりも面積が小さい。結果として、概略的には、第２周波数帯を用いた無線通信よりも第１周波数帯を用いた無線通信の方が安定性が高い場合が多い。

スモールセルＣｓがマクロセルＣｍの内部に重層的に形成される（オーバレイされる）ことを考慮すると、ユーザ装置１００がスモールセルＣｓに在圏する場合、そのユーザ装置１００は、そのスモールセルＣｓを形成するスモール基地局３００及びそのスモールセルＣｓを包含するマクロセルＣｍを形成するマクロ基地局２００と無線通信可能である。

１（２）． ユーザ信号および制御信号の送受信
図１を再度参照して、無線通信システム１におけるユーザ信号および制御信号の送受信について説明する。図１において、実線がユーザ信号（音声信号、データ信号等のユーザデータを示す信号）の送受信に用いられる経路を示し、破線が制御信号の送受信に用いられる経路を示す。換言すると、実線はＵプレーン（ユーザプレーン，User Plane）のインタフェースを示し、破線はＣプレーン（制御プレーン，Control Plane）のインタフェースを示す。

以上のインタフェースにおいては、３ＧＰＰに規定されるＥＰＳ（Evolved Packed System）のプロトコル構成が採用される。特に、スモール基地局３００（制御部３３０）と、スモール基地局３００内のゲートウェイ部ＧＷとのＵプレーン通信は、Ｓ１−Ｕプロトコルを用いて実行される（図３）。Ｓ１−Ｕプロトコルは、ｅＮＢとＰ／Ｓ−ＧＷとの間のユーザデータ通信に用いられるプロトコルである。また、マクロ基地局２００とスモール基地局３００とのＣプレーン通信は、Ｘ２−ＭＭＥプロトコルを用いて実行される（図４）。Ｘ２−ＭＭＥプロトコルは、ＭＭＥとｅＮＢとのＣプレーン通信に用いられるＳ１−ＭＭＥプロトコルを、基地局間の有線インタフェースであるＸ２インタフェースに適用したプロトコルである。

ユーザ装置１００は、２つの経路を用いてインターネット６００とユーザ信号を送受信し得る。すなわち、ユーザ装置１００は、ユーザ装置１００からマクロ基地局２００およびゲートウェイ装置５００を経てインターネット６００へ向かうＵプレーン経路と、ユーザ装置１００からスモール基地局３００のゲートウェイ部ＧＷを経て（ゲートウェイ装置５００を経由せずに）インターネット６００へ向かうＵプレーン経路を用いて通信を実行することができる。

無線通信システム１内において、ユーザ信号の送受信は論理的な経路であるベアラ（Bearer）を用いて実行される。ベアラ（ＥＰＳベアラ）は、交換局４００の指示（制御信号）に基づいて、ユーザ装置１００とゲートウェイ要素（ゲートウェイ装置５００又はゲートウェイ部ＧＷ）とに確立される。より具体的には、交換局４００が、確立されるべきベアラを特定するベアラＩＤを搭載した制御信号を、確立されるべきベアラに対応する要素（例えば、ユーザ装置１００、マクロ基地局２００、及びゲートウェイ装置５００）に送信して、ベアラを確立する。同一の経路に複数のベアラが確立されることも可能である。確立されたベアラは、交換局４００によって制御される。

以下、マクロ基地局２００を介してゲートウェイ装置５００とユーザ装置１００とに確立されるベアラをマクロベアラと称し、スモール基地局３００のゲートウェイ部ＧＷとユーザ装置１００とに確立されるベアラをスモールベアラと称する。ユーザ装置１００は、マクロベアラとスモールベアラとの双方を同時に用いて、インターネット６００とのユーザ信号の送受信を実行することが可能である。

前述の通り、第１周波数帯を用いたマクロ基地局２００との無線通信の方が、第２周波数帯を用いたスモール基地局３００との無線通信よりも安定性が高いことを鑑みると、ユーザ装置１００は、送受信される情報の重要性または遅延の許容度等に応じてマクロベアラとスモールベアラとを選択すると好適である。例えば、交換局４００が、マクロベアラを用いて音声信号を送受信する一方、スモールベアラを用いてデータ信号を送受信するようにユーザ装置１００を制御すると好適である。

また、交換局４００は、マクロ基地局２００とユーザ装置１００との無線通信およびスモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信を制御することが可能である。より具体的には、例えば、交換局４００は、マクロ基地局２００からの下りリンク通信のスケジューリング情報等を含む第１制御信号をマクロ基地局２００に送信して、マクロ基地局２００とユーザ装置１００との無線通信を制御すると共に、スモール基地局３００からの下りリンク通信のスケジューリング情報等を含む第２制御信号をスモール基地局３００に送信して、スモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信を制御することができる。すなわち、交換局４００は、マクロ基地局２００とスモール基地局３００とに対してそれぞれ異なる制御信号を送信して無線通信を制御することが可能である。

前述の通り、第１周波数帯を用いたマクロ基地局２００との無線通信の方が安定性が高いので、ユーザ装置１００自体の制御（例えば、ユーザ装置１００の送信電力制御、ハンドオーバ制御等）に関する制御信号は、マクロ基地局２００を介して交換局４００からユーザ装置１００へ送信されると好適である。

１（３）． ベアラの制御
図５を参照して交換局４００が実行するベアラ制御の一例を説明する。図５の例では、当初、ユーザ装置１００とマクロ基地局２００とが無線接続され、音声ベアラ及びデータベアラが、マクロ基地局２００を介してユーザ装置１００とゲートウェイ装置５００とに確立されていると想定する。以上の音声ベアラ及びデータベアラはマクロベアラであると理解される。ユーザ装置１００は、音声ベアラを用いて音声信号を送受信し、データベアラを用いてデータ信号を送受信する。

ユーザ装置１００が移動してスモールセルＣｓ内に進入すると、ユーザ装置１００はそのスモールセルＣｓを形成するスモール基地局３００からの無線信号を受信し、そのスモール基地局３００の存在を認識（発見）する（S10）。

ユーザ装置１００は、より高速な無線通信を実行可能なスモール基地局３００を発見したことを通知する制御信号を、接続中のマクロ基地局２００を介して交換局４００に送信する（S12）。上記の制御信号を受信した交換局４００は、そのユーザ装置１００に確立されているデータベアラを、マクロベアラからスモールベアラに切り替えることを決定する。なお、交換局４００が切替先のベアラを決定する以上の構成の他、上記の制御信号に、現在確立されているデータベアラ（マクロベアラ）をスモールベアラに切り替える指示が含まれる構成も採用可能である。

交換局４００は、スモールベアラへの切替えに先立ち、スモールベアラの準備をスモール基地局３００に指示する（S14）。スモール基地局３００は、その指示が受領されその指示に従うことを示す制御信号（Ack信号）を交換局４００に送信し（S16）、スモールベアラの準備を実行する。交換局４００は、ユーザ装置１００とスモール基地局３００との無線接続（RRC Connection）を確立するように、ユーザ装置１００に指示する（S17）。ユーザ装置１００およびスモール基地局３００は、制御信号を送受信して無線接続を確立する（S18）。無線接続が確立されると、スモール基地局３００は、ユーザ装置１００とスモール基地局３００とが無線接続されたことを通知する制御信号を交換局４００に送信する（S20）。

ユーザ装置１００とスモール基地局３００との無線接続の確立後、交換局４００は、データベアラをマクロベアラからスモールベアラに切り替えるように指示する（S22）。すなわち、データベアラの中継点からマクロ基地局２００を削除し、データベアラの一方の端点をゲートウェイ装置５００からスモール基地局３００のゲートウェイ部ＧＷに変更することを指示する制御信号を、各要素（ユーザ装置１００、マクロ基地局２００、スモール基地局３００、およびゲートウェイ装置５００）に送信する。各要素は、交換局４００からの制御信号に基づいて、データベアラの切替えを実行する（S24）。

なお、以上の説明では、ユーザ装置１００とゲートウェイ（ゲートウェイ装置５００，ゲートウェイ部ＧＷ）とに設定されるベアラ（ＥＰＳベアラ）が一括して切り替えられるが、ユーザ装置１００と基地局（マクロ基地局２００，スモール基地局３００）とに設定される無線ベアラと、基地局とゲートウェイとに設定されるＳ１ベアラとが個別に切り替えられる構成も採用可能である。

以上のベアラ切替えの結果、音声ベアラはマクロベアラとして維持される一方、データベアラはマクロベアラからスモールベアラに切り替えられる。したがって、ベアラ切替え後のユーザ装置１００は、マクロ基地局２００を介して音声信号を送受信する一方で、スモール基地局３００を介してデータ信号を送受信する。

１（４）． 各要素の構成
１（４）−１． ユーザ装置の構成
図６は、本実施形態に係るユーザ装置１００の構成を示すブロック図である。ユーザ装置１００は、無線通信部１１０と制御部１２０とを備える。音声・映像等を出力する出力装置およびユーザからの指示を受け付ける入力装置等の図示は便宜的に省略されている。

無線通信部１１０は、各基地局（マクロ基地局２００、スモール基地局３００）と無線通信を実行するための要素であり、各周波数帯に対応した送受信アンテナと、各基地局に対応する周波数帯の無線信号（電波）を受信して電気信号に変換する受信回路と、音声信号・データ信号等の電気信号を送信先基地局の周波数帯に対応した無線信号に変換して送信する送信回路とを含む。

制御部１２０は、ベアラ設定部１２２とマクロ送受信部１２４とスモール送受信部１２６とを備える。ベアラ設定部１２２は、交換局４００からの指示に基づいてベアラを確立すると共に、マクロ基地局２００または交換局４００等の指示に基づいてベアラを制御する（例えば、前述のベアラ切替えを実行する）。マクロ送受信部１２４は、無線通信部１１０を介してマクロ基地局２００と無線信号を送受信する。換言すると、マクロ送受信部１２４はマクロベアラを用いた通信を実行する。スモール送受信部１２６は、無線通信部１１０を介してスモール基地局３００と無線信号を送受信する。換言すると、スモール送受信部１２６はスモールベアラを用いた通信を実行する。

制御部１２０並びに制御部１２０に含まれるベアラ設定部１２２、マクロ送受信部１２４、及びスモール送受信部１２６は、ユーザ装置１００内の不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

１（４）−２． マクロ基地局の構成
図７は、本実施形態に係るマクロ基地局２００の構成を示すブロック図である。マクロ基地局２００は、無線通信部２１０とネットワーク通信部２２０と制御部２３０とを備える。無線通信部２１０は、ユーザ装置１００と無線通信を実行するための要素であり、マクロ基地局２００が用いる周波数帯について、ユーザ装置１００の無線通信部１１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部２２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（スモール基地局３００、交換局４００、ゲートウェイ装置５００等）と通信を実行するための要素であり、有線または無線で他のノードと電気信号を送受信する。

制御部２３０は、ベアラ設定部２３２と制御信号中継部２３４とユーザ信号中継部２３６とを備える。ベアラ設定部２３２は、ユーザ装置１００のベアラ設定部１２２と同様に構成される。制御信号中継部２３４は、ユーザ装置１００、スモール基地局３００、および交換局４００のいずれかからの制御信号を、必要に応じて他のいずれかへ中継する。ユーザ信号中継部２３６は、ユーザ装置１００からのユーザ信号をゲートウェイ装置５００へ中継すると共に、ゲートウェイ装置５００からのユーザ信号をユーザ装置１００へ中継する。

制御部２３０並びに制御部２３０に含まれるベアラ設定部２３２、制御信号中継部２３４、及びユーザ信号中継部２３６は、マクロ基地局２００内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

１（４）−３． スモール基地局の構成
図８は、本実施形態に係るスモール基地局３００の構成を示すブロック図である。スモール基地局３００は、無線通信部３１０とネットワーク通信部３２０と制御部３３０とゲートウェイ部ＧＷとを備える。無線通信部３１０は、ユーザ装置１００と無線通信を実行するための要素であり、スモール基地局３００が用いる周波数帯について、マクロ基地局２００の無線通信部２１０と同様の構成を有する。ネットワーク通信部３２０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局２００、交換局４００、ゲートウェイ装置５００等）と通信を実行するための要素であり、マクロ基地局２００のネットワーク通信部２２０と同様の構成を有する。

制御部３３０は、制御信号中継部３３２とベアラ設定部３３４とユーザ信号中継部３３６とを備える。制御信号中継部３３２は、マクロ基地局２００から受信したユーザ装置１００宛ての制御信号をユーザ装置１００へ送信すると共に、ユーザ装置１００から受信したマクロ基地局２００宛ての制御信号をマクロ基地局２００へ送信する。ベアラ設定部３３４は、ユーザ装置１００のベアラ設定部１２２と同様に構成される。ユーザ信号中継部３３６は、ユーザ装置１００とゲートウェイ部ＧＷとのユーザデータ通信を中継する。

ゲートウェイ部ＧＷは、ゲートウェイ装置５００と同等の機能を有する要素である。ゲートウェイ部ＧＷは、交換局４００からの指示に基づいてベアラを確立すると共に、マクロ基地局２００または交換局４００等の指示に基づいてベアラを制御する。ゲートウェイ部ＧＷに確立されたベアラはベアラ設定部３３４を経由する。また、ゲートウェイ部ＧＷは、スモールベアラを用いてユーザ装置１００から送信されたユーザ信号をインターネット６００に送信すると共に、インターネット６００から受信したユーザ信号をベアラを用いてユーザ装置１００へ送信する。なお、ゲートウェイ部ＧＷがスモール基地局３００と別個に設けられスモール基地局３００と接続される構成も採用可能である。

１（４）−４． 交換局の構成
図９は、本実施形態に係る交換局４００の構成を示すブロック図である。交換局４００は、ネットワーク通信部４１０と制御部４２０とを備える。ネットワーク通信部４１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局２００、スモール基地局３００、ゲートウェイ装置５００等）と通信を実行するための要素であり、マクロ基地局２００のネットワーク通信部２２０と同様の構成を有する。

制御部４２０は、ベアラ確立部４２２と通信制御部４２４とを備える。ベアラ確立部４２２は、ベアラ設定部（１２２，２３２，３３４，５３２）を制御する要素であり、項目１（２）において前述したように、確立されるべきベアラを特定するベアラＩＤを搭載した制御信号を、確立されるべきベアラに対応する要素に送信して、ベアラを確立させる。通信制御部４２４は、各基地局を介して確立されるベアラを制御する要素であり、項目１（３）において前述したように、スモールセルＣｓの発見等を契機としてベアラの切替えを指示する。また、通信制御部４２４は、項目１（２）において前述したように、マクロ基地局２００およびスモール基地局３００に対して制御信号を送信し、マクロ基地局２００とユーザ装置１００との無線通信およびスモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信を制御する。

制御部４２０並びに制御部４２０に含まれるベアラ確立部４２２および通信制御部４２４は、交換局４００内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

１（４）−５． ゲートウェイ装置の構成
図１０は、本実施形態に係るゲートウェイ装置５００の構成を示すブロック図である。ゲートウェイ装置５００は、ネットワーク通信部５１０と外部ネットワーク通信部５２０と制御部５３０とを備える。ネットワーク通信部５１０は、ネットワークＮＷ内の他のノード（マクロ基地局２００、スモール基地局３００、交換局４００等）と通信を実行するための要素であり、マクロ基地局２００のネットワーク通信部２２０と同様の構成を有する。外部ネットワーク通信部５２０は、インターネット６００と通信を実行するための要素であり、必要に応じてユーザ信号のプロトコル変換を実行する。

制御部５３０は、ベアラ設定部５３２とユーザ信号送受信部５３４とを備える。ベアラ設定部５３２は、ユーザ装置１００のベアラ設定部１２２と同様に構成される。ユーザ信号送受信部５３４は、ベアラを用いてゲートウェイ装置５００に送信されたユーザ信号をインターネット６００に送信すると共に、インターネット６００から受信したユーザ信号をベアラを用いてユーザ装置１００へ送信する。

制御部５３０並びに制御部５３０に含まれるベアラ設定部５３２及びユーザ信号送受信部５３４は、ゲートウェイ装置５００内の不図示のＣＰＵが、不図示の記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。

１（５）． 本実施形態の効果
以上に説明した第１実施形態によれば、スモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信を交換局４００が制御するので、スモール基地局３００自身が無線通信を制御する構成と比較して、スモール基地局３００の制御機能、ひいてはスモール基地局３００全体の構成が単純化される。したがって、スモール基地局３００を導入（製造及び設置）し、維持し、運用するための負荷が低減され得る。

ゲートウェイ装置５００とスモール基地局３００のゲートウェイ部ＧＷとの双方を介してユーザ装置１００がインターネット６００との通信を実行可能であるから、トラヒックの集中が回避される。さらに、より高い周波数帯を用いたスループットの高い通信経路で大容量の情報（データ信号等）を送受信し、より低い周波数帯を用いた安定性の高い通信経路で重要な情報（制御信号，音声信号等）を送受信する場合には、スループットの向上と重要情報の安定した送受信とが同時に実現される。

第２実施形態
本発明の第２実施形態を以下に説明する。以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。

２（１）． 無線通信システムの構成
図１１は、本発明の第２実施形態に係る無線通信システム１のブロック図である。第２実施形態のスモール基地局３００はゲートウェイ部ＧＷを備えず、ゲートウェイ装置５００に接続される。スモール基地局３００とゲートウェイ装置５００とのＵプレーン通信は、Ｓ１−Ｕプロトコルを用いて実行される。

ユーザ装置１００は、２つの経路を用いてインターネット６００とユーザ信号を送受信し得る。すなわち、ユーザ装置１００は、ユーザ装置１００からマクロ基地局２００およびゲートウェイ装置５００を経てインターネット６００に向かうＵプレーン経路と、ユーザ装置１００からスモール基地局３００およびゲートウェイ装置５００を経てインターネット６００に向かうＵプレーン経路とを用いて通信を実行可能である。

交換局４００（ベアラ確立部４２２）の指示の下、マクロ基地局２００を介してゲートウェイ装置５００とユーザ装置１００とに第１ベアラが確立され、スモール基地局３００を介してゲートウェイ装置５００とユーザ装置１００とに第２ベアラが確立される。

２（２）． 本実施形態の効果
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用及び効果が奏される。特に、スモール基地局３００がゲートウェイ部ＧＷを備えないので、スモール基地局３００の構成がより単純化される。したがって、スモール基地局３００を導入（製造及び設置）し、維持し、運用するための負荷がより低減され得る。

第３実施形態
３（１）． マクロ基地局の構成
図１２は、第３実施形態に係るマクロ基地局２００の構成を示すブロック図である。マクロ基地局２００は、通信制御部２３８をさらに備える。マクロ基地局２００の通信制御部２３８は、第１実施形態の交換局４００の通信制御部４２４と同等の機能を有する。

マクロ基地局２００の通信制御部２３８は、交換局４００（通信制御部４２４）と協働してユーザ装置１００の無線通信を制御する。具体的には、交換局４００は、マクロ基地局２００およびスモール基地局３００のいずれか一方又は双方と無線接続するユーザ装置１００の無線通信を制御する制御信号を、マクロ基地局２００に送信する。マクロ基地局２００の通信制御部２３８は、受信した制御信号がマクロ基地局２００とユーザ装置１００との無線通信を制御するものである場合には、その制御信号に基づいてマクロ基地局２００とユーザ装置１００との無線通信（マクロベアラを用いた無線通信）を制御し、受信した制御信号がスモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信を制御するものである場合には、その制御信号に基づいてスモール基地局３００とユーザ装置１００との無線通信（スモールベアラを用いた無線通信）を制御する。

３（２）． 本実施形態の効果
第３実施形態によれば、前述の実施形態と同様の作用及び効果が奏される。また、マクロベアラを用いた無線通信とスモールベアラを用いた無線通信との双方をマクロ基地局２００が制御するので、交換局４００がそれぞれの無線通信を制御する構成と比較して、マクロ基地局２００のみが有する情報に基づいたより詳細な無線通信の制御が可能となる。

変形例
以上の実施の形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。

４（１）． 変形例１
以上の実施形態では、交換局４００がマクロ基地局２００を介してスモール基地局３００に制御信号を送信する。しかし、交換局４００とスモール基地局３００とを直接接続し、交換局４００がスモール基地局３００に制御信号を直接的に送信してもよい。以上の交換局４００とスモール基地局３００とのＣプレーン通信は、前述のＳ１−ＭＭＥプロトコルを用いて実行される。

４（２）． 変形例２
以上の実施形態では、マクロ基地局２００とスモール基地局３００との間にはＵプレーン経路が設けられない。しかし、マクロ基地局２００とスモール基地局３００との間にＵプレーン経路が設けられてもよい。そして、スモールベアラが、スモール基地局３００およびマクロ基地局２００を経由して、ユーザ装置１００とゲートウェイ装置５００とに確立されてもよい。

４（３）． 変形例３
以上の実施形態では、通信制御部（４２４，２３８）が制御する論理経路はベアラである。しかし、通信制御部（４２４，２３８）が、他の論理経路、例えばＩＰ（Internet Protocol）レベルのセッションを制御してもよい。

４（４）． 変形例４
以上の実施形態では、マクロ基地局２００とスモール基地局３００とが有線（Ｘ２インタフェース）にて接続される。しかし、マクロ基地局２００とスモール基地局３００とが無線にて制御されてもよい。マクロ基地局２００とスモール基地局３００との通信は任意のインタフェースを用いて実行され得る。例えば、X2 over Un、RRC over Uu、S1 proxy、S1 proxy over Un等のインタフェースが用いられ得る。

４（５）． 変形例５
ユーザ装置１００は、各基地局（マクロ基地局２００、スモール基地局３００）と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置１００は、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。

４（６）． 変形例６
無線通信システム１内の各要素（ユーザ装置１００、マクロ基地局２００、スモール基地局３００、交換局４００、ゲートウェイ装置５００）においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。

１……無線通信システム、１００……ユーザ装置、１１０……無線通信部、１２０……制御部、１２２……ベアラ設定部、１２４……マクロ送受信部、１２６……スモール送受信部、２００……マクロ基地局、２１０……無線通信部、２２０……ネットワーク通信部、２３０……制御部、２３２……ベアラ設定部、２３４……制御信号中継部、２３６……ユーザ信号中継部、２３８……通信制御部、３００……スモール基地局、３１０……無線通信部、３２０……ネットワーク通信部、３３０……制御部、３３２……制御信号中継部、３３４……ベアラ設定部、３３６……ユーザ信号中継部、４００……交換局、４１０……ネットワーク通信部、４２０……制御部、４２２……ベアラ確立部、４２４……通信制御部、５００……ゲートウェイ装置、５１０……ネットワーク通信部、５２０……外部ネットワーク通信部、５３０……制御部、５３２……ベアラ設定部、５３４……ユーザ信号送受信部、６００……インターネット、Ｃ（Ｃｍ，Ｃｓ）……セル、ＧＷ……ゲートウェイ部、ＩＤ……ベアラ、ＮＷ……ネットワーク。

Claims (9)

1. 第１セルを形成し、第１周波数帯にて無線通信を実行可能な第１基地局と、
   前記第１セルより小さい第２セルを形成し、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯にて無線通信を実行可能な第２基地局と、
   前記第１基地局および前記第２基地局と無線通信可能なユーザ装置と、
   前記第１基地局と前記第２基地局との各々を介して確立される、前記ユーザ装置が外部ネットワークとの間で信号を送受信するための論理経路を制御可能な通信制御部とを備え、
   前記通信制御部は、音声信号を送受信するための第１論理経路とデータ信号を送受信するための他の論理経路とが前記第１基地局を介して確立された状態で、前記ユーザ装置が前記第２基地局を発見した場合に、当該第１論理経路を維持したまま、前記データ信号を送受信するための論理経路を、前記他の論理経路から、前記第２基地局を介して確立される第２論理経路に切り替える
   無線通信システム。
2. 前記第２周波数帯は、前記第１周波数帯よりも周波数が高い
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記外部ネットワークとの接続点となるゲートウェイ装置を具備し、
   前記第２基地局は、当該第２基地局に組み込まれたゲートウェイ部を有し、
   前記第１論理経路は前記第１基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、前記第２論理経路は前記第２基地局の前記ゲートウェイ部と前記ユーザ装置とに確立され、
   前記ユーザ装置は、前記ゲートウェイ装置および前記第２基地局の前記ゲートウェイ部を経由して前記外部ネットワークと通信可能である
   請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記外部ネットワークとの接続点となるゲートウェイ装置を具備し、
   前記第１論理経路は前記第１基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、前記第２論理経路は前記第２基地局を介して前記ゲートウェイ装置と前記ユーザ装置とに確立され、
   前記ユーザ装置は、前記ゲートウェイ装置を介して前記外部ネットワークと通信可能である
   請求項１から３のいずれかに記載の無線通信システム。
5. 前記第１基地局に接続され、前記通信制御部を有する交換局を備え、
   前記交換局の前記通信制御部は、
   第１制御信号を前記第１基地局に送信して前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御し、前記第１制御信号とは異なる第２制御信号を前記第１基地局経由で前記第２基地局に送信して前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御する
   請求項１から４のいずれかに記載の無線通信システム。
6. 前記第１制御信号に基づいた前記第１基地局との前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれ、前記第２制御信号に基づいた前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれる
   請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記第１基地局に接続される交換局を備え、
   前記第１基地局は、前記通信制御部を有し、
   前記交換局は、
   前記第１基地局および前記第２基地局の少なくともいずれかと接続する前記ユーザ装置の無線通信を制御する制御信号を前記第１基地局に送信し、
   前記第１基地局の前記通信制御部は、
   前記制御信号が前記第１基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御するものである場合には、当該制御信号に基づいて当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線通信を制御し、
   前記制御信号が前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信を制御するものである場合には、当該制御信号に基づいて当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線通信を制御する
   請求項１から４のいずれかに記載の無線通信システム。
8. 前記制御信号に基づいた前記第１基地局との前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第１基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれ、前記制御信号に基づいた前記第２基地局と前記ユーザ装置との無線通信の制御には、当該第２基地局と当該ユーザ装置との無線信号の送受信スケジュールの制御が含まれる
   請求項７に記載の無線通信システム。
9. 第１セルを形成し、第１周波数帯にて無線通信を実行可能な第１基地局と、
   前記第１セルより小さい第２セルを形成し、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯にて無線通信を実行可能な第２基地局と、
   前記第１基地局と前記第２基地局との各々を介して確立される、前記ユーザ装置が外部ネットワークとの間で信号を送受信するための論理経路を制御可能な通信制御部とを備え、
   前記通信制御部は、音声信号を送受信するための第１論理経路とデータ信号を送受信するための他の論理経路とが前記第１基地局を介して確立された状態で、前記ユーザ装置が前記第２基地局を発見した場合に、当該第１論理経路を維持したまま、前記データ信号を送受信するための論理経路を、前記他の論理経路から、前記第２基地局を介して確立される第２論理経路に切り替える
   ネットワーク。

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