公衆セルラネットワーク及び非公衆セルラネットワークが混在する状況下において、非公衆セルラネットワークをユーザ装置が適切に利用可能とする技術の実現が望まれる。
そこで、本開示は、非公衆セルラネットワークをユーザ装置が適切に利用可能とすることを目的とする。
図面を参照しながら、実施形態に係るセルラ通信システムについて説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
(セルラ通信システム)
まず、一実施形態に係るセルラ通信システムの構成について説明する。一実施形態に係るセルラ通信システムは3GPP(3rd Generation Partnership Project)の5Gシステムであるが、セルラ通信システムには、LTEが少なくとも部分的に適用されてもよい。
図1は、一実施形態に係るセルラ通信システムの構成を示す図である。
図1に示すように、セルラ通信システムは、ユーザ装置(UE:User Equipment)100と、5Gの無線アクセスネットワーク(NG-RAN:Next Generation Radio Access Network)10と、5Gのコアネットワーク(5GC:5G Core Network)20とを有する。
UE100は、移動可能な装置である。UE100は、ユーザにより利用される装置であればよい。例えば、UE100は、携帯電話端末(スマートフォンを含む)、タブレット端末、ノートPC、通信モジュール(通信カード又はチップセットを含む)、センサ若しくはセンサに設けられる装置、車両若しくは車両に設けられる装置(Vehicle UE)、及び/又は飛行体若しくは飛行体に設けられる装置(Aerial UE)である。
NG-RAN10は、基地局(5Gシステムにおいて「gNB」と呼ばれる)200を含む。gNB200は、NG-RANノードと呼ばれることもある。gNB200は、基地局間インターフェイスであるXnインターフェイスを介して相互に接続される。gNB200は、1又は複数のセルを管理する。gNB200は、自セルとの接続を確立したUE100との無線通信を行う。gNB200は、無線リソース管理(RRM)機能、ユーザデータ(以下、単に「データ」という)のルーティング機能、及び/又はモビリティ制御・スケジューリングのための測定制御機能等を有する。「セル」は、無線通信エリアの最小単位を示す用語として用いられる。「セル」は、UE100との無線通信を行う機能又はリソースを示す用語としても用いられる。1つのセルは1つのキャリア周波数に属する。
なお、gNBがLTEのコアネットワークであるEPC(Evolved Packet Core)に接続されてもよいし、LTEの基地局が5GCに接続されてもよい。また、LTEの基地局とgNBとが基地局間インターフェイスを介して接続されてもよい。
5GC20は、AMF(Access and Mobility Management Function)及びUPF(User Plane Function)300を含む。AMFは、UE100に対する各種モビリティ制御等を行う。AMFは、NAS(Non-Access Stratum)シグナリングを用いてUE100と通信することにより、UE100が在圏するエリアの情報を管理する。UPFは、データの転送制御を行う。AMF及びUPFは、基地局-コアネットワーク間インターフェイスであるNGインターフェイスを介してgNB200と接続される。
図2は、UE100(ユーザ装置)の構成を示す図である。
図2に示すように、UE100は、受信部110、送信部120、制御部130、及びSIM(Subscriber Identification Module)インターフェイス140を有する。
受信部110は、制御部130の制御下で各種の受信を行う。受信部110は、アンテナ及び受信機を含む。受信機は、アンテナが受信する無線信号をベースバンド信号(受信信号)に変換して制御部130に出力する。
送信部120は、制御部130の制御下で各種の送信を行う。送信部120は、アンテナ及び送信機を含む。送信機は、制御部130が出力するベースバンド信号(送信信号)を無線信号に変換してアンテナから送信する。
制御部130は、UE100における各種の制御を行う。制御部130は、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサと電気的に接続された少なくとも1つのメモリを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラム、及びプロセッサによる処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサは、ベースバンドプロセッサと、CPU(Central Processing Unit)と、を含んでもよい。ベースバンドプロセッサは、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号等を行う。CPUは、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行う。
SIMインターフェイス140には、SIM150が接続される。SIM150は、UIM(User Identity Module)又はUICC(Universal Integrated Circuit Card)と呼ばれることがある。
SIM150には、加入者を特定するための情報、通信事業者を特定するための事業者特定情報、及び加入者が契約している利用可能なサービスに関する情報等が格納される。また、SIM150には、サービスを受ける上で必要な情報が格納されている。サービスを受ける上で必要な情報には、例えば、位置情報を登録する際の情報、及び/又は電話番号に関する情報等がある。
SIMインターフェイス140は、SIM150を取り込み、取り出しができるようにしてもよい。或いは、SIM150は、組み込み型のeSIM(Embedded SIM)でもよい。SIMインターフェイス140は、制御部130から情報の読み出しや書き込みを受けた場合、SIM150に格納された情報の読み出し、SIM150への書き込みを行う。
図3は、gNB200(基地局)の構成を示す図である。
図3に示すように、gNB200は、送信部210、受信部220、制御部230、及びバックホール通信部240を有する。
送信部210は、制御部230の制御下で各種の送信を行う。送信部210は、アンテナ及び送信機を含む。送信機は、制御部230が出力するベースバンド信号(送信信号)を無線信号に変換してアンテナから送信する。
受信部220は、制御部230の制御下で各種の受信を行う。受信部220は、アンテナ及び受信機を含む。受信機は、アンテナが受信する無線信号をベースバンド信号(受信信号)に変換して制御部230に出力する。
制御部230は、gNB200における各種の制御を行う。制御部230は、少なくとも1つのプロセッサと、プロセッサと電気的に接続された少なくとも1つのメモリを含む。メモリは、プロセッサにより実行されるプログラム、及びプロセッサによる処理に用いられる情報を記憶する。プロセッサは、ベースバンドプロセッサと、CPUと、を含んでもよい。ベースバンドプロセッサは、ベースバンド信号の変調・復調及び符号化・復号等を行う。CPUは、メモリに記憶されるプログラムを実行して各種の処理を行う。
バックホール通信部240は、基地局間インターフェイスを介して隣接基地局と接続される。バックホール通信部240は、基地局-コアネットワーク間インターフェイスを介してAMF/UPF300と接続される。なお、gNBは、CU(Central Unit)とDU(Distributed Unit)とで構成され(すなわち、機能分割され)、両ユニット間がF1インターフェイスで接続されてもよい。
図4は、データを取り扱うユーザプレーンの無線インターフェイスのプロトコルスタックの構成を示す図である。
図4に示すように、ユーザプレーンの無線インターフェイスプロトコルは、物理(PHY)レイヤと、MAC(Medium Access Control)レイヤと、RLC(Radio Link Control)レイヤと、PDCP(Packet Data Convergence Protocol)レイヤと、SDAP(Service Data Adaptation Protocol)レイヤとを有する。
PHYレイヤは、符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行う。UE100のPHYレイヤとgNB200のPHYレイヤとの間では、物理チャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。
MACレイヤは、データの優先制御、ハイブリッドARQ(HARQ)による再送処理、及びランダムアクセスプロシージャ等を行う。UE100のMACレイヤとgNB200のMACレイヤとの間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。gNB200のMACレイヤはスケジューラを含む。スケジューラは、上下リンクのトランスポートフォーマット(トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式(MCS))及びUE100への割当リソースブロックを決定する。
RLCレイヤは、MACレイヤ及びPHYレイヤの機能を利用してデータを受信側のRLCレイヤに伝送する。UE100のRLCレイヤとgNB200のRLCレイヤとの間では、論理チャネルを介してデータ及び制御情報が伝送される。
PDCPレイヤは、ヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行う。
SDAPレイヤは、コアネットワークがQoS制御を行う単位であるIPフローとAS(Access Stratum)がQoS制御を行う単位である無線ベアラとのマッピングを行う。なお、RANがEPCに接続される場合は、SDAPが無くてもよい。
図5は、シグナリング(制御信号)を取り扱う制御プレーンの無線インターフェイスのプロトコルスタックの構成を示す図である。
図5に示すように、制御プレーンの無線インターフェイスのプロトコルスタックは、図4に示したSDAPレイヤに代えて、RRC(Radio Resource Control)レイヤ及びNAS(Non-Access Stratum)レイヤを有する。
UE100のRRCレイヤとgNB200のRRCレイヤとの間では、各種設定のためのRRCシグナリングが伝送される。RRCレイヤは、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル、及び物理チャネルを制御する。UE100のRRCとgNB200のRRCとの間に接続(RRC接続)がある場合、UE100はRRCコネクティッド状態にある。UE100のRRCとgNB200のRRCとの間に接続(RRC接続)がない場合、UE100はRRCアイドル状態にある。また、RRC接続が中断(サスペンド)されている場合、UE100はRRCインアクティブ状態にある。
RRCレイヤの上位に位置するNASレイヤは、セッション管理及びモビリティ管理等を行う。UE100のNASレイヤとAMF300のNASレイヤとの間では、NASシグナリングが伝送される。
なお、UE100は、無線インターフェイスのプロトコル以外にアプリケーションレイヤ等を有する。
(非公衆セルラネットワーク)
次に、一実施形態に係る非公衆セルラネットワーク(NPN:Non-Public Network)について説明する。NPNは、特定の加入者が利用可能な小規模なセルラネットワークである。NPNは、例えば工場における自営無線通信の用途で用いられる。NPNは、プライベートネットワークと呼ばれることもある。
一般的なセルラネットワークである公衆セルラネットワーク(PLMN:Public Land Mobile Network)は、通信事業者により運用される。例えば、PLMNを運用する通信事業者には全国規模で免許が交付される。
一方、NPNは、地域ニーズや産業分野の個別ニーズに応じて様々な主体が柔軟に構築・利用可能である。5Gセルラ通信システムによるNPNは、ローカル5Gと呼ばれることがある。例えば、一般企業又は団体・個人は、周波数の割当を受けて自らNPNを運用できる。NPNは、一般企業の施設内などのローカルエリアに限り免許が交付されてもよい。
NPNには、スタンドアローンのNPN及び非スタンドアローンのNPNの2つの種類がある。スタンドアローンのNPNはSNPN(Standalone NPN)と呼ばれ、非スタンドアローンのNPNはPNI-NPN(Public Network Integrated NPN)と呼ばれる。以下において、SNPN及びPNI-NPNを区別しないときは単にNPNと呼ぶ。
図6は、一実施形態に係るSNPN及びPNI-NPNを示す図である。
図6に示すように、SNPNは、PLMNから独立しており、PLMNのネットワーク機能に依存しない。一方、PNI-NPNは、PLMNの一部として構成されており、PLMNとの間でネットワーク協調が可能である。
なお、PLMN及びNPNのそれぞれは、NG-RAN10及び5GC20を有していてもよい。また、1つのNPNには、1つ又は複数の周波数(周波数バンド、キャリア周波数)が割り当てられるものとする。また、1つの周波数が地理的に分離した複数のNPNに割り当てられてもよい。1つの周波数を使用するNPNの地理的エリアを分けることによって、同一周波数を複数のNPNで共用することができる。
SNPNの場合、NPNを識別するためのネットワーク識別子としてNPN IDがNPNに割り当てられる。NPNセル(gNB200)は、自身が属するNPN(或いは、自身がサービスを提供するNPN若しくは自身がアクセスを許可するNPN)のNPN IDをブロードキャストする。また、NPNであることを識別するための特別なPLMN IDがNPNに割り当てられ、NPNセル(gNB200)がこの特別なPLMN IDをブロードキャストしてもよい。
PNI-NPNの場合、NPNを識別するためのネットワーク識別子としてCAG(Closed Access Group) IDがNPNに割り当てられる。NPNセル(gNB200)は、自身が属するNPN(或いは、自身がサービスを提供するNPN若しくは自身がアクセスを許可するNPN)のCAG IDをブロードキャストする。なお、CAG IDは、PLMNの加入者ユーザのうちNPNにアクセス可能な一部の特定ユーザからなるグループの識別子でもある。但し、CAG IDの代わりにNPN IDがNPNに割り当てられてもよく、NPN IDとCAG IDの両方がNPNに割り当てられてもよい。
(SIMに格納されるNPN情報の一例)
次に、SIM150に格納されるNPN情報の一例について説明する。一実施形態において、SIM150には、NPNに関する情報が格納される。NPNに関する情報は、SIM150の提供時点で予めSIM150に格納されている。
図7は、一実施形態に係るSIM150に格納されるNPN情報を示す図である。
図7に示すように、SIM150には、UE100からのアクセスが許可されるNPNを識別するネットワーク識別子(NPN ID又はCAG ID)と、このNPNの周波数(周波数バンド、キャリア周波数)を示す周波数情報とが格納される。UE100からのアクセスが許可されるNPNとは、UE100が加入しているNPNであって、UE100がアクセスする権限を有するNPNをいう。
UE100が、SIMに格納されたネットワーク識別子及び周波数情報に基づいてNPNに対するサーチ処理、具体的には、セルサーチを行う。例えば、UE100は、SIMに格納された周波数情報が示す周波数に属し、且つ、SIMに格納されたネットワーク識別子と同じネットワーク識別子をブロードキャストするセルをサーチする。これにより、UE100は、アクセスが許可されるNPNセルを効率的に検出できる。
SIM150にはネットワーク識別子及び周波数情報のセットが複数格納されていてもよい。この場合、ネットワーク識別子ごとにアクセス優先順位が設定されていてもよい。図7において、ネットワーク識別子及び周波数情報のセットがSIM150に2つ格納されている一例を示している。また、ネットワーク識別子「ID#1」には優先順位「1」が設定され、ネットワーク識別子「ID#2」には優先順位「2」が設定されている。なお、優先順位は、明示的な情報としてSIM150に格納されていなくてもよい。例えば、ネットワーク識別子の並び順により優先順位が設定されてもよい。UE100は、設定されているアクセス優先順位に基づいて、複数のセット(複数のネットワーク識別子)からいずれかのセットを選択する。
SIM150には、周波数情報に紐づいて、有効エリア情報が格納されてもよい。有効エリア情報は、対応する周波数においてNPNサービスが許可されている地理的な位置を示す情報であってもよい。例えば、有効エリア情報は、緯度経度及び/又は高度であってもよいし、PLMN基地局のセルID、RANエリアID、及び/又はトラッキングエリアIDであってもよい。有効エリア情報は、ひとつのNPN IDもしくは周波数情報に対して、1つもしくは複数が紐づけられる。UE100は、有効エリア情報に基づいて、自身が位置について有効なNPNのネットワーク識別子及び周波数情報を特定し、特定した情報をサーチ処理に用いてもよい。
図8は、一実施形態に係るSIM150に関連するUE100の動作例を示す図である。
図8に示すように、ステップS11において、UE100の上位レイヤエンティティは、SIM150からNPN情報を読み出す。上位レイヤエンティティとは、UE100のRRCレイヤよりも上位のレイヤのエンティティをいう。上位レイヤエンティティは、読み出したNPN情報をUE100のASエンティティに通知する。ASエンティティとは、UE100のRRCレイヤ以下のレイヤのエンティティをいう。
SIM150にネットワーク識別子及び周波数情報のセットが複数格納されている場合、上位レイヤエンティティは、設定されているアクセス優先順位に基づいて、複数のセット(複数のネットワーク識別子)からいずれかのセットを選択し、選択したセットをASエンティティに通知してもよい。
UE100のASエンティティは、UE100の上位レイヤエンティティからNPN情報(例えば、ネットワーク識別子及び周波数情報のセット)が通知されると、このネットワーク識別子が示すNPNのセルへのアクセスが許可されていると判断してもよい。
ステップS12において、UE100のASエンティティは、UE100の上位レイヤエンティティから通知されたNPN情報に基づいてNPNに対するサーチ処理を行う。
具体的には、セル選択の動作において、ASエンティティは、上位レイヤエンティティから周波数情報が提供されている場合は、この周波数情報が示す周波数に対して優先してサーチを行い、NPN ID(もしくはCAG ID)を検出する。ASエンティティは、当該検出したNPN ID(もしくはCAG ID)を上位レイヤエンティティに通知してもよい。もし上位レイヤエンティティからNPN ID(もしくはCAG ID)の情報が提供されていた場合、ASエンティティは、検出したNPN ID(もしくはCAG ID)のうち、上位レイヤエンティティから提供されている情報とマッチしたIDのみ上位レイヤエンティティへ通知してもよい。ASエンティティから通知された情報を基に、上位レイヤエンティティは、アクセス可能なネットワークを知ることができる。もしくは、上位レイヤエンティティがアクセス可否の最終判定を行ってもよい。
また、UE100がRRCアイドル状態又はRRCインアクティブ状態においてセル再選択を行うとき、UE100のASエンティティは、上位レイヤエンティティから通知されたNPN情報に含まれる周波数情報に基づいて、この周波数情報が示す周波数(NPN周波数)の優先順位を上げる。例えば、UE100は、上記のセル選択の動作によりNPNセルを選択した後、現在選択しているNPN(現在選択しているセルが属するNPN、及び/又は現在キャンプしているNPN)が属する周波数の優先度を上げてもよい。ASエンティティは、この周波数情報が示す周波数(NPN周波数)の優先順位を最高の優先順位に設定してもよい。なお、セル選択又はセル再選択とは、UE100のサービングセルとするセルを選択又は再選択することをいう。
これにより、UE100のASエンティティは、セル再選択において、現在のサービングセルの周波数と、アクセスが許可されるNPNの周波数とが異なる場合でも、アクセスが許可されるNPNの周波数の無線品質を測定し、このNPNの周波数に属する隣接セルをUE100のサービングセルとして再選択することが可能になる。
(UEをPLMNからNPNへ移すための動作)
次に、UE100をPLMNからNPNへ移すための動作について説明する。
一実施形態において、PLMNに属するgNB200は、NPNに関するネットワーク情報であるNPN情報を含むSIB(System Information Block)をブロードキャストする。具体的には、PLMNセルを管理するgNB200は、このPLMNセルと関連付けられたNPNに関するNPN情報をセル内のUE100にブロードキャストする。PLMNとNPNとで割当周波数が異なる場合、PLMNセルを管理するgNB200は、NPN情報を隣接周波数情報としてブロードキャストしてもよい。
このNPN情報は、NPNを識別するネットワーク識別子、NPNの周波数(周波数バンド、キャリア周波数)を示す周波数情報、及びNPNセルのセル識別子のうち、少なくとも1つを含む。セル識別子は、基地局ID(gNB ID)であってもよい。周波数情報は、最初のアクセスに用いるべきイニシャルBWP(Bandwidth Part)を示す情報を含んでもよい。BWPとは、セルの周波数の一部の帯域部分をいう。gNB200からブロードキャストされる情報は、ビームIDを含んでもよいし、SSB情報(同期信号及び物理ブロードキャストチャネルから構成される同期信号・ブロードキャストチャネルブロック)を含んでもよい。
例えば、SNPNの場合、PLMNセルを管理するgNB200は、このセルに地理的に近いNPN(SNPN)に関するNPN情報をブロードキャストする。PNI-NPNの場合、PLMNセルを管理するgNB200は、自身と同じPLMNに属するNPN(PNI-NPN)に関するNPN情報をブロードキャストする。
UE100は、PLMNに属するgNB200からブロードキャストされるNPN情報を受信し、受信したNPN情報に基づいてNPNに対するサーチ処理を行う。例えば、UE100は、受信したNPN情報に含まれる周波数情報が示す周波数に属し、且つ、受信したNPN情報に含まれるネットワーク識別子と同じネットワーク識別子をブロードキャストするセルをサーチする。PLMNに属するgNB200のセルに位置するUE100は、このgNB200からNPN情報がブロードキャストされていないNPNについてはサーチ処理の対象から除外してもよい。
図9は、一実施形態に係るUE100の動作を示す図である。
図9に示すように、ステップS21において、PLMNセルを管理するgNB200は、このセルと関連付けられたNPNに関するNPN情報を含むSIBを、このセル内のUE100にブロードキャストする。UE100は、gNB200からNPN情報を受信する。
ステップS22において、UE100は、gNB200から受信したNPN情報に基づいて、このNPN情報に対応するNPNに対するサーチ処理を行う。例えば、UE100は、受信したNPN情報に含まれる周波数情報が示す周波数に属し、且つ、受信したNPN情報に含まれるネットワーク識別子と同じネットワーク識別子をブロードキャストするセルをサーチする。UE100は、このgNB200からNPN情報がブロードキャストされていないNPNについてはサーチ処理の対象から除外してもよい。
ここで、UE100は、SIM150にネットワーク識別子が格納されたNPN、すなわち、UE100からのアクセスが許可されるNPNに対してのみサーチ処理を行うこととしてもよい。すなわち、PLMNに属するgNB200からブロードキャストされるネットワーク識別子と、SIM150に格納されたネットワーク識別子とが一致する場合に限り、このネットワーク識別子が示すNPNに対するサーチ処理を行うとしてもよい。
以下において、UE100が、サーチ対象のNPNセルをサーチ処理により検出したと仮定して説明を進める。
UE100がRRCコネクティッド状態にある場合、ステップS23において、UE100は、自身がアクセスすることを要請するNPNに関する情報(ネットワーク識別子、周波数情報、及びセル識別子のうち少なくとも1つ)を含む通知をgNB200に送信する。具体的には、PLMNとNPNとで周波数が異なる場合、NPNの周波数に対する品質測定を行うためにgNB200からUE100にインター周波数測定が設定される必要がある。このため、UE100は、このNPNにアクセスすることを要請する旨をgNB200に通知し、インター周波数測定をgNB200に設定してもらうようにする。UE100は、gNB200からの設定に基づいてインター周波数測定を行い、測定結果を含む測定報告をgNB200に送信する。gNB200は、この測定報告に基づいて、UE100をNPNのセルにハンドオーバすることを決定する。
ステップS24において、UE100は、ハンドオーバを決定したgNB200からのハンドオーバ指示を受信し、NPNのセルにハンドオーバする。
一方、UE100がRRCアイドル状態又はRRCインアクティブ状態にある場合、ステップS23の処理が行われず、ステップS24において、UE100は、gNB200から受信したNPN情報に含まれる周波数情報に基づいて、この周波数情報が示す周波数(NPN周波数)の優先順位を最高の優先順位に設定してもよい。これにより、UE100は、NPNのセルへのセル再選択を行うことができる。
なお、SNPNの場合、PLMNに属するgNB200がNPN(SNPN)のセルに対して、RRCコネクティッド状態にあるUE100をハンドオーバすることができない。このため、RRCコネクティッド状態にあるUE100は、gNB200から受信するNPN情報に、UE100がアクセスしたいNPNが含まれていない場合であって、且つ、UE100がサーチ処理によりこのNPNを検出した場合、接続を解放するようにgNB200に要求してもよい。この要求により接続が解放されると、RRCアイドル状態又はRRCインアクティブ状態に遷移したUE100は、検出したNPNの周波数の優先順位を最高の優先順位に設定し、このNPNのセルへのセル再選択を行うことができる。
もしくは、UE100は、PLMNに属するgNB200に対して、所望のNPNセル(もしくはNPN周波数)を検出した旨を通知し、gNB200は当該NPNセル(もしくはNPN周波数)へのリダイレクションの実行を決定してUE100に指示してもよい。
なお、UE100をPLMNからNPNへ移すための動作について説明したが、これとは逆に、NPNからPLMNへUE100を移す際に上記の動作を応用してもよい。この場合、移動の方向が逆となるので、上記の記載において、「PLMNに属するgNB」を「NPNに属するgNB」と読み替えるとともに、「NPNに属するgNB」を「PLMNに属するgNB」と読み替え、且つ、「NPN情報」を「PLMN情報」と読み替える。この場合、NPNに属するgNB200は、例えば、隣接周波数のPLMN情報をブロードキャストする。
一実施形態において、PLMNに属するgNB200aは、NPNに属するgNB200bとgNB200aとの間の基地局間インターフェイスの有無を示す情報をさらに含むNPN情報をUE100に送信してもよい。基地局間インターフェイスは、例えばXnインターフェイスであるが、X2インターフェイスであってもよい。これにより、PLMNに属するgNB200aとUE100との間で無線リンク障害(RLF)が発生した場合、gNB200aとの接続再確立(具体的には、RRC再確立)が可能か否かを判定できる。
図10は、一実施形態に係るセルラ通信システム1の動作を示す図である。
図10に示す例において、PLMNに属するgNB200aとのRRC接続を有するUE100は、gNB200aとのRLFを検知する。UE100は、gNB200aとのRLFを検知した後、gNB200aとのRRC再確立に成功した場合、通信を継続可能である。ここで、UE100がgNB200aとのRRC再確立を円滑に行うためには、gNB200aとgNB200bとの間に基地局間インターフェイス(Xnインターフェイス)があり、gNB200bがgNB200aからUE100のコンテキスト情報を取得する必要がある。
しかしながら、gNB200bが属するNPNがSNPNである場合、gNB200aとgNB200bとの間のネットワーク協調が無く、gNB200bがgNB200aからUE100のコンテキスト情報を取得できない。また、gNB200bが属するNPNがPNI-NPNである場合であっても、gNB200aとgNB200bとの間に基地局間インターフェイスが無い場合があり得る。
このため、gNB200aは、gNB200bとの基地局間インターフェイスの有無を示す情報を含むNPN情報をブロードキャストする。RLFを検知したUE100は、gNB200aとgNB200bとの間に基地局間インターフェイスが有る場合、gNB200bとの円滑なRRC再確立が可能であると判定する。この場合、当該UE100は、gNB200bをRRC再確立の候補として優先的に選択し、RRC再確立要求メッセージを送信する。一方、RLFを検知したUE100は、gNB200aとgNB200bとの間に基地局間インターフェイスが無い場合、gNB200bとの円滑なRRC再確立が不可であると判定し、RRC再確立の候補としてgNB200bの優先度を下げてもよい。また、基地局間インターフェイスが無いgNB200bを選択した場合、UE100は、RRCセットアップ要求メッセージをgNB200bに送信してもよい。
ここではPLMNからNPNへの移動について説明したが、このような動作をNPNからPLMNへの動作に応用してもよい。
(RRCインアクティブ状態に関する動作)
次に、一実施形態に係るRRCインアクティブ状態に関する動作について、上述した動作との相違点を主として説明する。図11は、一実施形態に係るRRCインアクティブ状態に関する動作を示す図である。
図11に示すように、PLMNに属するgNB200aは、UE100をRRCインアクティブ状態に遷移させるために、RRCインアクティブ状態の設定(SuspendConfig)を含むRRC ReleaseメッセージをUE100に送信する。当該SuspendConfigには、RNA(RAN Notification Area)情報が含まれている。RNAは、UE100がRRCインアクティブ状態のままUE based mobility(例えば、セル再選択動作)を行えるエリアであり、例えば当該エリアに該当するセルのリストで示される。PLMNに属するgNB200aは、RRC Releaseメッセージに含めるRNA情報によって、NPN情報(例えば、NPN ID、CAG ID)をUE100に通知する。
これにより、RNAをNPNセルまで拡張することが可能となり、UEはRRCインアクティブ状態を維持して、PLMNからNPNへの移動が可能となる。
また、当該RNA情報において、各PLMN/NPN及び/又は各セルの優先度情報が示されてもよい。例えば、PLMNよりもNPNの優先度が高く設定されている場合、UE100は、セル再選択動作においてNPNに属するセルを優先する。
例えば、UE100は、NPNに属するセルの無線測定値にオフセット値を加算してセル再選択の評価を行う。もしくは、UE100は、NPNに属するセル(または周波数)のみを測定し、当該セル(又は周波数)に適切なセルが検出できない場合に、PLMNに属するセル(または周波数)を測定する。
(UEをNPNからPLMNへ移すための動作)
次に、UE100をNPNからPLMNへ移すための動作について、上述した動作との相違点を主として説明する。
図12は、一実施形態に係るセルラ通信システム1の動作を示す図である。
図12に示すように、NPNに属するgNB200bと接続するRRCコネクティッド状態のUE100は、PLMNへの接続ネットワーク切り替えを希望する場合、NPNからPLMNへの接続切り替えをUE100が行うためのメッセージをgNB200bに送信する。UE100は、PLMNを選択するユーザ操作又はNPNを非選択とするユーザ操作に基づいて、NPNからPLMNへの接続ネットワーク切り替えの必要性を判定してもよい。
なお、UE100がPLMNに接続されている場合、UE100は、当該メッセージを送信しないと判断してもよい。例えば、ユーザ操作によりNPNを非選択とした場合においても、UE100がPLMNに接続中である場合には、接続ネットワークの切替の必要性が無いと判断し、当該メッセージを送信しない。これにより、メッセージ送信に要する電力及び無線リソースを節約することができる。
もしくは、UE100は、PLMNに接続されている場合においても、当該メッセージを送信してもよい。例えば、UE100は、PLMNに属するgNB200aに対して事前にNPNへの接続を希望する情報(プリファレンス)を送信していた場合、当該メッセージを送信する。これにより、PLMNに属するgNB200aは、NPNに属するgNB200bに対する測定設定の変更やハンドオーバの抑制などの制御を行うことができる。
当該メッセージは、RRCメッセージ(例えば、UE Assistance Informationメッセージ)であってもよい。メッセージは、NPNのネットワーク識別子(NPN ID又はCAG ID)を指定しない旨の情報を含んでもよい。このような情報は、NPN ID又はCAG IDとしてNULL値(もしくはゼロ値)が設定されたものであってもよい。
gNB200bは、UE100から受信するメッセージに基づいて、NPNに属するgNB200bからPLMNに属するgNB200aへの接続切り替えのための制御(すなわち、モビリティ制御)を行う。
例えば、gNB200bは、gNB200bがPNI-NPNであり、UE100のハンドオーバ対象であるgNB200aとgNB200bとの間のネットワーク協調が有る場合、UE100をgNB200aにハンドオーバするための制御を行う。ここで、PLMNとNPNとで周波数が異なる場合、PLMNの周波数に対する品質測定を行うために、gNB200bからUE100にインター周波数測定を設定する。UE100は、gNB200bからの設定に基づいてインター周波数測定を行い、測定結果を含む測定報告をgNB200bに送信する。gNB200bは、この測定報告に基づいて、UE100をgNB200aのセル(PLMNセル)にハンドオーバする。
一方、gNB200bは、gNB200bがSNPNであり、UE100のハンドオーバ対象であるgNB200aとgNB200bとの間のネットワーク協調が無い場合、UE100がgNB200aに接続可能とするために、UE100とgNB200bとの間のRRC接続を解放してもよい。この場合、UE100は、UE100とgNB200bとの間のRRC接続が解放された後、gNB200aとのRRC接続を確立する。
或いは、UE100は、ハンドオーバ対象であるgNB200a(PLMN)とgNB200b(NPN)との間のネットワーク協調が有るか否かを把握し、このネットワーク協調が有るか否かに応じてメッセージの内容を決定してもよい。例えば、UE100は、ネットワーク協調が有る場合、gNB200bからgNB200aへのUE100のハンドオーバを要求するハンドオーバ要求を含むメッセージをgNB200bに送信する。一方、ネットワーク協調が無い場合、UE100は、gNB200bとUE100との接続の切断を要求する切断要求を含むメッセージをgNB200bに送信する。
ここで、UE100は、gNB200aとgNB200bとの間のネットワーク協調が有るか否かを、gNB200bからの通知に基づいて判定してもよい。例えば、gNB200bは、このネットワーク協調が有るか否かを示す情報を含むシステム情報をブロードキャストする。このようなシステム情報は、gNB200aに関するネットワーク識別子(例えば、PLMN ID)、gNB識別子、及び/又はセル識別子を含んでもよい。
UE100のASエンティティは、gNB200aとgNB200bとの間のネットワーク協調が有るか否かを、UE100の上位レイヤエンティティからの通知に基づいて判定してもよい。例えば、ネットワーク協調に対応したgNB200a(PLMN)のネットワーク識別子(例えば、PLMN ID)、gNB識別子、及び/又はセル識別子がユーザ設定により設定されている場合、上位レイヤエンティティは、この設定の情報を取得し、取得した情報をASエンティティに通知する。
(単一セル共有時における動作)
次に、複数のセルラネットワークが単一のセルを共有する場合の動作について説明する。
図13は、一実施形態に係るセルラ通信システム1の動作を示す図である。
図13に示すように、gNB200は、第1セルラネットワーク及び第2セルラネットワークが共有するセル(以下、「共有セル」と呼ぶ)を管理する。gNB200は、第1セルラネットワークに属する5GC20a及び第2セルラネットワークに属する5GC20bにより共有された共有gNB、すなわち、第1セルラネットワーク及び第2セルラネットワークの両方に属するgNBとみなすことができる。
例えば、共有セルがSNPN及びPNI-NPNにより共有されている場合、gNB200は、SNPNのネットワーク識別子(例えばNPN ID)及びPNI-NPNのネットワーク識別子(例えばCAG ID)の両方を共有セルでブロードキャストする。
ここで、第1セルラネットワークは、PLMN、SNPN、及びPNI-NPNの3つのセルラネットワークのうちの1つのセルラネットワークである。第2セルラネットワークは、当該3つのセルラネットワークから当該1つのセルラネットワークを除いた2つのセルラネットワークのうちの1つである。例えば、第1セルラネットワークがSNPNであって、第2セルラネットワークがPNI-NPN又はPLMNであってもよい。
このような動作環境においては、gNB200は、UE100がgNB200に接続するとき、UE100がどのセルラネットワークへの接続を希望しているかが不明であると、UE100を所望のセルラネットワークへ接続させることができない。
このため、UE100は、gNB200に接続するとき、第1セルラネットワーク及び第2セルラネットワークのいずれか一方をUE100の接続先ネットワークとして指定するための情報(以下、「ネットワーク選択情報」と呼ぶ)をgNB200に送信する。これにより、gNB200は、UE100がどのセルラネットワークへの接続を希望しているかをネットワーク選択情報に基づいて把握し、UE100を所望のセルラネットワークへ接続させ易くなる。
ネットワーク選択情報は、NPNのネットワーク識別子(NPN ID又はCAG ID)であってもよい。或いは、ネットワーク選択情報は、PLMN、SNPN、及びPNI-NPNの3つのネットワーク種別のうち1つのネットワーク種別を示すネットワーク種別識別子であってもよい。これにより、第1セルラネットワークがSNPNであって、第2セルラネットワークがPNI-NPNであるような場合であっても、gNB200は、UE100がどのセルラネットワークへの接続を希望しているかをネットワーク選択情報に基づいて把握できる。
第1セルラネットワークがPLMNであって、第2セルラネットワークがNPN(SNPN又はPNI-NPN)であるような場合を想定すると、UE100は、PLMN及びNPNのいずれか一方を示すフラグをネットワーク選択情報として送信してもよい。例えば、UE100は、NPNへの接続を希望する場合、NPNを示す1ビットのフラグをネットワーク選択情報として送信する。一方、UE100は、PLMNへの接続を希望する場合、当該フラグをネットワーク選択情報として送信しない。これにより、gNB200は、UE100がどのセルラネットワークへの接続を希望しているかを把握できる。このようなフラグは、ネットワーク種別識別子の一形態とみなすことができる。
第1セルラネットワーク及び第2セルラネットワークだけではなく、第3セルラネットワークが更に存在するような場合であって、UE100が接続を希望するセルラネットワークが複数であり得る場合を想定すると、当該フラグはリスト形式で送信されてもよい。当該リストの各エントリーは、ブロードキャストされているネットワーク識別子(PLMN IDやNPN ID(もしくはCAG ID))の情報リストの各エントリーと紐づいていてもよい。もしくは、第1セルラネットワーク及び第2セルラネットワークだけではなく、第3セルラネットワークが更に存在するような場合であって、UE100が接続を希望するセルラネットワークが1つである想定すると、前記ネットワーク識別子の情報リストのエントリー番号を接続希望するネットワークとして通知してもよい。例えば、UE100は、エントリー番号2のNPNに接続希望である場合、”2”を接続希望ネットワークとして通知する。
RRCアイドル状態にあるUE100は、RRC接続を確立するためのランダムアクセスプロシージャ中にネットワーク選択情報をgNB200に送信してもよい。RRCインアクティブ状態にあるUE100は、RRC接続を復旧するためのランダムアクセスプロシージャ中にネットワーク選択情報をgNB200に送信してもよい。或いは、UE100は、RRCコネクティッド状態に遷移した後においてネットワーク選択情報をgNB200に送信してもよい。
UE100は、ランダムアクセスプロシージャ中に、ランダムアクセスプリアンブル(Msg1)及びRRCメッセージ(Msg3、Msg5)をgNB200に送信する。UE100は、Msg1、Msg3、及びMsg5のいずれかでネットワーク選択情報をgNB200に送信する。
Msg1を用いてネットワーク選択情報を送信する場合、ネットワーク種別識別子ごとにPRACH(Physical Random Access Channel)リソースが分割され、UE100は、自身が希望するネットワーク種別識別子に対応するPRACHリソースを選択し、選択したPRACHリソースでMsg1をgNB200に送信する。gNB200は、UE100が選択したPRACHリソースをネットワーク種別識別子に読み替え、UE100がどのセルラネットワークへの接続を希望しているかを把握できる。一方、Msg3又はMsg5を用いてネットワーク選択情報を送信する場合、UE100は、ネットワーク種別識別子等のネットワーク選択情報を含むRRCメッセージをgNB200に送信する。
gNB200は、ネットワーク選択情報に基づいてUE100が希望する接続先セルラネットワークを把握すると、この接続先セルラネットワークへのネットワーク接続(ルーティング経路)を確立する。gNB200は、UE100の接続完了後、ネットワーク選択情報をUE100のコンテキスト情報の一部として保持してもよい。そして、gNB200は、UE100のハンドオーバ制御の際に、保持しているネットワーク選択情報に基づいて、ハンドオーバ対象とするセルラネットワークを選択してもよい。
次に、図13に示す動作環境においてUE100の接続先ネットワークを切り替える処理であるネットワーク切り替え処理について説明する。
図13に示す動作環境において、gNB200を介して第1セルラネットワーク(5GC20a)と接続したUE100は、現在のサービングセルである共有セルを変更することなく、第1セルラネットワークから第2セルラネットワークへのネットワーク切り替え処理を行う。言い換えると、UE100は、ハンドオーバ手順(ランダムアクセスプロシージャを含む)を経ることなく、第1セルラネットワークから第2セルラネットワークへのネットワーク切り替え処理を行う。
図14は、一実施形態に係るネットワーク切り替え処理を示す図である。図14において、第1セルラネットワークがSNPNであって、第2セルラネットワークがPNI-NPNである一例を示している。ステップS31よりも前において、UE100は、SNPNへの接続が完了した状態にある。
図14に示すように、ステップS31において、UE100は、自身が希望する切り替え先のセルラネットワークをgNB200に通知し、ネットワーク切り替えを要求する(Preference Indication)。
ステップS32において、gNB200は、UE100が希望する切り替え先のセルラネットワークを5GC20aに通知する(RAN-sharing Handover Required)。
5GC20aは、UE100が希望する切り替え先のセルラネットワークである5GC20bに対してUE100の接続先ネットワークの変更を要求し、5GC20b内の処理が完了した後、5GC20bから肯定応答を受信する。これにより、gNB200と5GC20aとの間のルーティング経路をgNB200と5GC20bとの間のルーティング経路へ切り替えるための準備が完了する。
ステップS33において、5GC20aは、ステップS32で受信したRAN-sharing Handover Requiredに対応する肯定応答をgNB200に送信する(RAN-sharing Handover Ack)。
ステップS34において、gNB200は、ネットワーク切り替えを行う旨の通知をUE100に送信する(NW switch indication)。UE100は、無線接続はそのままにネットワーク切り替えが行われたことを認識する。NW switch indicationは、RRCメッセージであってもよい。UE100のASエンティティは、UE100の上位レイヤエンティティに対してネットワーク切り替えを通知してもよい。
ステップS35において、gNB200は、gNB200と5GC20bとの間のルーティング経路へ切り替える旨を5GC20bに通知する(Handover Notify)。その後、gNB200と5GC20bとの間のルーティング経路への切り替えが実行される。
(その他の実施形態)
上述した実施形態において、ネットワークスライスについて特に触れていないが、ネットワークが複数のスライスに論理的に分割されていてもよい。5Gにおいては、多様なユーザ装置がセルラネットワークに繋がることを前提としており、高速・大容量、高信頼、及び/又は低遅延など、要求条件が異なる多様なサービスに対応する必要がある。このため、5GCは、異なるサービス(サービス要求条件)に応じた複数のスライスに理論的に分割されていてもよい。
ここで、各スライスには、S-NSSAI(Single-Network Slice Selection Assistance Information)と呼ばれる識別子が割り当てられている。また、各スライスは1つのサービス種別(SST)と対応付けられている。サービス種別としては、eMBB(高速・大容量)、mIoT(多数接続、省電力、低コスト)、及びURLLC(低遅延、高信頼)が規格で規定されているが、規格で規定されていないサービス種別も用いることができる。
非公衆セルラネットワークが特定のサービスの提供を目的として構築される場合、非公衆セルラネットワークが提供するサービスの種別(SST)が限定される場合があり得る。一方で、公衆セルラネットワークは、汎用的なサービスを提供するものの、地域ニーズや産業分野の個別ニーズに応じた特殊なサービスを提供しない場合があり得る。なお、「セルラ通信網が提供するサービス」は、「セルラ通信網がサポートする機能」と考えることもできる。
上述した実施形態において、gNB200は、NPNに割り当てられたネットワーク識別子(NPN ID又はCAG ID)と当該NPNが提供するサービスの種別を示すサービス種別識別子とを含むシステム情報をブロードキャストしてもよい。サービス種別識別子としては、例えばSST又はS-NSSAIを用いることができる。言い換えると、gNB200は、NPNのネットワーク識別子ごとに、サポートするサービス種別(ネットワークスライス情報)をブロードキャストする。gNB200は、ネットワークスライス毎に、NPNのネットワーク識別子をブロードキャストしてもよい。
UE100は、このようなシステム情報に基づいて、所定種別のサービス(例えば、UE100が希望するサービス)を提供するNPNを自UEの接続対象ネットワーク(サービングネットワーク)として選択する。このようなシステム情報は、上述したNPN情報の一種であってもよい。この場合、NPN情報は、NPNを識別するネットワーク識別子と、このNPNの周波数を示す周波数情報及び/又はこのNPNのセルのセル識別子と、このNPNのサービス種別識別子とを含んでもよい。
例えば、RRCアイドル状態又はRRCコネクティッド状態にあるUE100は、自身が希望するサービスを提供するNPNのセルをセル再選択において優先的に選択する。このようなセル再選択制御は、当該NPNの周波数をセル再選択の最高優先度の周波数として設定することで実現されてもよい。
上述した実施形態において、条件付きハンドオーバについて特に触れていないが、UE100に条件付きハンドオーバが設定されてもよい。条件付きハンドオーバとは、ハンドオーバを実行する条件が付けられたハンドオーバであって、UE100は、当該条件が満たされるとハンドオーバを実行するものである。条件付きハンドオーバの設定が行われる場合、ターゲットgNB候補は複数になり得る。また、ターゲットgNB候補は、PLMNに属するgNBだけではなく、NPNに属するgNBにもなり得る。この場合、gNB200は、条件付きハンドオーバのハンドオーバ設定において、各ターゲットgNB候補及び/又は各ターゲットネットワーク(PLMN・NPN)の優先順位をUE100に通知してもよい。UE100は、当該優先順位設定に基づいて、ターゲットgNB・ネットワークを優先して、測定もしくは選択(例えば順位付け)を行ってもよい。
UE100又はgNB200が行う各処理をコンピュータに実行させるプログラムが提供されてもよい。プログラムは、コンピュータ読取り可能媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読取り可能媒体を用いれば、コンピュータにプログラムをインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、CD-ROMやDVD-ROM等の記録媒体であってもよい。
また、UE100又はgNB200が行う各処理を実行する回路を集積化し、UE100又はgNB200の少なくとも一部を半導体集積回路(チップセット、SoC)として構成してもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明したが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
本願は、日本国特許出願第2020-030893号(2020年2月26日出願)の優先権を主張し、その内容の全てが本願明細書に組み込まれている。