JP6022244B2 - 移動通信システムにおける基地局及び制御方法 - Google Patents

移動通信システムにおける基地局及び制御方法 Download PDF

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Description

開示される発明は移動通信システムにおける基地局及び制御方法等に関連する。
移動通信システムにおいて基地局及び/又は交換局等の通信ノードが輻輳した場合又は輻輳しつつある場合、ユーザ装置が行う通信は規制される。ロングタームエボリューション(LTE)又はE-UTRAN方式の移動通信システムの場合、音声信号を規制の対象とするSSAC(Service Specific Access Control)、及び音声信号及びデータ信号を規制の対象とするACB(Access Class Barring)という2種類の規制方式が用意されている。規制については例えば非特許文献1-3に記載されている。
3GPP 36.304, 5.3.3 Emergency call 3GPP 36.331, 5.3.3 RRC connection establishment, 5.3.3.2 Initiation， 5.3.3.10 Handling of SSAC related parameters 3GPP 24.301, 5.6.1.6 Abnormal class in the UE
ところで、音声信号を通信するためのサービスには2つあり、1つは、ユーザ装置がLTE方式のセルから3G方式のセルに遷移し、音声信号が3G方式のセルで送受信されるCSFB(Circuit Switching Fall Back)方式である。もう1つはユーザ装置がLTE方式のセルに在圏したまま、音声信号がLTE方式のセルで送受信されるVoLTE(Voice over LTE)方式である。通常、音声をサポートするユーザ装置はCSFB方式で動作する機能を備えている必要があるのに対して、VoLTE方式で動作する機能を備えていることは必須ではない。すなわち、CSFB方式の機能は必須であるが、VoLTE方式の機能はオプションである。CSFB又はVoLTE方式の何れかが使用されるかは、NWにおいてユーザ装置の能力判定に基づき決定される。
LTE方式のセルにおいて、データ信号及び音声信号の双方を規制対象とするACB規制が発動されたとする。この場合、VoLTE方式を使用するユーザ装置は、ACB規制の対象となるので、音声信号発信を行うことはできずLTE方式のセルに留まる。CSFB方式を使用するユーザ装置もそのLTE方式のセルではLTEでの音声信号発信はできないが、自律で3G方式のセルに遷移し、遷移後の3G方式のセルが規制されていなければ遷移先の3G方式のセルで音声信号を送受信できる。すなわち、LTE方式のセルにおいて、ACB規制が発動された場合、データ信号が規制の対象になることに加えて、VoLTE方式を使用するユーザ装置は音声信号を送受信できない一方、CSFB方式を使用するユーザ装置は3G方式のセルで音声信号を送受信できる。このような状況は公平性等の観点から好ましくない。
最近の通信端末(特に、高機能情報端末)で動作するアプリケーションの多種多様化に伴って、様々な情報が通信端末からデータ信号として送信され、そのようなデータ信号は益々増加しているので、データ信号を規制しなければならない状況は少なくない。従来の技術の場合、ACB規制を発動した場合、音声信号のユーザも規制の対象となってしまい、データ信号については規制の対象とするが音声信号については規制の対象としない状況を実現することができない。
開示される発明の課題は、LTE方式の移動通信システムにおいてデータ信号については規制の対象とするが音声信号については規制の対象としない状況を実現しやすくすることである。
開示される発明による基地局は、
LTE方式の移動通信システムにおける基地局であって、
ユーザ装置の音声信号が3G方式のセルで提供されるCSFB方式又はユーザ装置の音声信号がLTE方式のセルで提供されるVoLTE方式の何れの方式が使用されるかを識別する音声方式識別部と、
アクティブ状態又はアイドル状態であるユーザ装置の動作状態を管理する際に、音声信号をVoLTE方式で提供するユーザ装置が、音声信号をCSFB方式で提供するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるように、ユーザ装置の動作状態を管理し、動作状態を遷移させる状態遷移信号をユーザ装置に通知する状態管理部と、
アイドル状態のユーザ装置の通信が規制されることを示す報知信号を送信する送信部と
を有する基地局である。
開示される発明によれば、LTE方式の移動通信システムにおいてデータ信号については規制の対象とするが音声信号については規制の対象としない状況を実現しやすくなる。
動作状態と規制方式との関係を示す図。 実施の形態で使用される基地局の機能ブロック図。 アタッチ時の動作例を示すシーケンス図。 アタッチ後の動作例を示すシーケンス図。 ユーザ装置(UE)、基地局(eNB)及び交換局(MME)の間に3つの論理パスがUプレーン(U-plane)として設定されている様子を示す図。
添付図面を参照しながら以下の観点から実施形態を説明する。図中、同様な要素には同じ参照番号又は参照符号が付されている。
1．動作状態
2．基地局
3．動作例
4．変形例
これらの項目の区分けは本発明に本質的ではなく、2以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に(矛盾しない限り)適用されてよい。
＜1．動作状態＞
ユーザ装置はアクティブ状態又はアイドル状態の動作状態で動作する。アクティブ状態の場合、ユーザ装置及び基地局間にRRCコネクションが設定され、かつ基地局及び交換局間にS1コネクションが設定されている。アイドル状態の場合、そのようなRRCコネクションもS1コネクションも設定されておらず、間欠的に又は周期的に制御信号の受信を試みる。アイドル状態のユーザ装置が発着信を行う場合、先ずRRCコネクション及びS1コネクションを確立した上で、無線リソースの割り当てを受ける必要がある。
図1は動作状態と規制方式との関係を示す。図示されているように、アイドル状態のユーザ装置に対して音声信号単独の規制(音声単独規制)を実行する場合、SSAC(Service Specific Access Control)が発動される。また、アイドル状態のユーザ装置に対してデータ信号単独の規制(データ単独規制)を実行する場合、ACB(Access Class Barring)が発動される。しかしながら、背景技術の欄で言及したように、LTE方式のセルにおいて、ACB規制が発動された場合、データ信号が規制の対象になるだけでなく、VoLTE方式を使用するユーザ装置も音声信号を送受信できなくなる一方、CSFB方式を使用するユーザ装置は3G方式のセルで音声信号を送受信できる。このように、アイドル状態のユーザ装置に対してACB規制を発動すると、ユーザ間の公平性等の観点から不都合な状況が生じてしまう。
ところで、LTE方式の場合、アクティブ状態のユーザ装置はSSACやACBの対象ではない。開示される発明はこの点に着目し、VoLTE方式を使用するユーザ装置がなるべくアクティブ状態に留まるようにする。仮に、VoLTE方式を使用するユーザ装置が常にアクティブ状態であった場合に、ACB規制が発動されたとする。この場合、アイドル状態のユーザ装置のデータ信号が規制の対象となるのはもちろんのこと、CSFB方式を使用するユーザ装置は3G方式のセルに遷移して音声信号を送受信できる。更に、VoLTE方式を使用するユーザ装置はアクティブ状態なのでACB規制の対象とはならず、音声信号を送受信できるようになる。VoLTE方式を使用するユーザ装置が常にアクティブ状態ではなくても、アイドル状態になりにくいように動作状態が管理されていれば、VoLTE方式を使用するユーザ装置の音声信号がACB規制の対象とはなりにくくなる。その結果、CSFB及びVoLTE方式を使用する双方のユーザ装置が音声信号を送受信できる一方、データ信号を規制する状況を実現しやすくなる。
＜2．基地局＞
図2は実施の形態で使用される基地局(eNB)の機能ブロック図を示す。図2には基地局(eNB)に備わる様々な処理部又は機能部のうち、実施の形態に特に関連するものが例示的に示されている。なお、基地局(eNB)及び交換局(MME)はネットワーク装置を構成する。基地局(eNB)は、上位レイヤ通信インタフェース21、制御部22、状態管理部23、報知信号生成部24及び下位レイヤ通信インタフェース25を少なくとも有する。
上位レイヤ通信インタフェース21は、基地局(eNB)と交換局(MME)との間のs1インタフェースにおける通信を行う。例えば、上位レイヤ通信インタフェース21は、ユーザ装置の音声信号が3G方式のセルで送受信されるCSFB方式、又はユーザ装置の音声信号がLTE方式のセルで送受信されるVoLTE方式の何れの方式が使用されるかを示す音声サービス識別信号を交換局から受信する。音声サービス識別信号は、ユーザ装置の能力情報に基づいて交換局により決定される。
制御部22は、基地局(eNB)に備わる様々な処理部又は機能部の動作を制御する。
状態管理部23は、個々のユーザ装置の動作状態を管理する。上述したように動作状態はアクティブ状態及びアイドル状態である。動作状態は適宜更新される。動作状態の変更は、基地局(eNB)から個々のユーザ装置(UE)へ状態遷移信号を送信することで行われる。状態遷移はタイマを用いて管理される。例えば、あるユーザ装置(UE)のトラフィックデータの送受信がなくなった後、プリザベーションタイマで規定される所定の期間が満了すると、そのユーザ装置(UE)の動作状態はアクティブ状態からアイドル状態に遷移する。また、アイドル状態のユーザ装置(UE)の発着信が発生した場合、そのユーザ装置(UE)の動作状態はアイドル状態からアクティブ状態に遷移する。
状態管理部は、音声信号をVoLTE方式で送受信するユーザ装置が、音声信号をCSFB方式で送受信するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるように、ユーザ装置の動作状態を管理する。そして、動作状態を遷移させる状態遷移信号がユーザ装置に通知される。例えば、VoLTE方式を使用するユーザ装置のプリザベーション期間(例えば、240秒)はCSFB方式を使用するユーザ装置のプリザベーション期間(例えば、120秒)より長く設定される。或いは、VoLTE方式を使用するユーザ装置はアイドル状態には遷移せず、常にアクティブ状態で動作するようにしてもよい。また、ネットワークが輻輳してきた場合に、状態管理部は、CSFB方式を使用するユーザ装置のうち、トラフィックデータが送受信されないまま経過した期間が所定値より長いユーザ装置をアイドル状態に遷移させてもよい。
報知信号生成部24は、セルに在圏しているユーザ装置に報知する報知信号を生成する。報知信号は様々な制御情報を含むが、特に、SSAC又はACBのような規制が発動されているか否かを示す規制情報が含まれている。
下位レイヤ通信インタフェース25は、ユーザ装置(UE)との間で無線通信を行う。例えば、下位レイヤ通信インタフェース25は、動作状態が変更されたユーザ装置(UE)に対して状態遷移信号を送信する。また、下位レイヤ通信インタフェース25は報知信号をユーザ装置(UE)に送信する。
＜3．動作例＞
図3は図2に示す基地局(eNB)を含むLTE方式の移動通信システムで行われるアタッチ時の動作例を示す。
ステップS1において、ユーザ装置(UE)及び基地局(eNB)間でRRCコネクションが設定され（RRCコネクション設定）、基地局(eNB)及び交換局(MME)間でS1コネクションが設定される。
ステップS2において、基地局(eNB）は、「初期UEメッセージ」(Initial UE Message)として示されている信号を交換局(Mobility Management Entity：MME）に送信する。この信号は、ユーザ装置(UE)から交換局(MME)への最初のアクセスによるものである。したがって、交換局(MME)は、そのユーザ装置(UE)の能力情報を未だ保持していない。能力情報とは、ユーザ装置(UE)のカテゴリ情報、ユーザ装置(UE)が通信可能な周波数バンドの情報、セキュリティ情報、ハンドオーバ処理能力等を含み、基地局(eNB)及び交換局(MME)等における制御に使用される。
ステップS3において、交換局(MME)は、「初期コンテキストセットアップリクエスト」(Initial Context Setup Request)として示されている信号を基地局(eNB)に送信する。
ステップS4において、基地局(eNB)は、能力情報(UE-Capability)をユーザ装置(UE)に問い合わせ、ステップS5において移動機UEから受信し、保存する。
ステップS6において、交換局(MME)は、能力情報を基地局(eNB)から受信し、保存する。
ステップS7において、秘匿処理及びRRCコネクションの再設定が行われる。
ステップS8において、基地局(eNB)は、「初期コンテキストセットアップレスポンス」(Initial Context Setup Response)として示される呼設定完了信号を交換局(MME)に送信する。
ステップS9において、交換局(MME)は、アタッチを行ったユーザ装置(UE)の能力情報に基づいて、そのユーザ装置(UE)が音声信号を通信する場合に、VoLTE方式又はCSFB方式の何れの方式を使用すべきかを決定する。ユーザ装置(UE)はステップS2において、VoLTE方式又はCSFB方式のうち好ましい方式を交換局(MME)に通知することも可能である。しかしながら、交換局(MME)はユーザ装置(UE)の能力情報に基づいて、そのユーザ装置(UE)にとって真に相応しい音声信号通信方式(VoLTE又はCSFB)を決定する。例えば、ユーザ装置(UE)にVoLTE方式の機能が備わっていたとしても、LTEセルが比較的混雑している反面、3Gセルが混雑していなかった場合、そのユーザ装置(UE)はCSFB方式で音声信号を通信した方が、リソース利用効率や待ち時間短縮等の観点から好ましい。
ステップS10において、交換局(MME)は、ユーザ装置(UE)が使用すべき音声信号通信方式(VoLTE又はCSFB)を基地局(eNB)及びユーザ装置(UE)に通知する。
図4は図3に示す処理が終了した後の動作例を示す。
ステップS41において、交換局(MME)又は管理ノード(OAM)が基地局(eNB)に対して、規制を発動することを通知する。例えば、交換局(MME)がオーバーロードインジケータとして規制の発動を基地局(eNB)に通知してもよい。或いは、ネットワークの保守や点検を行っている管理ノード(OAM)が何らかの指示信号により規制の発動を基地局(eNB)に通知してもよい。上述したように規制にはSSACやACBのような規制方式があり、何れの規制方式であるかが基地局(eNB)に通知される。説明の便宜上、ACB規制が発動されたとする。
ステップS42において、基地局(eNB)は、発動された規制が、VoLTE方式の音声信号の送受信が規制の対象になるか否かを判定する。目下の例のACB規制のように、VoLTE方式の音声信号の送受信が規制の対象でなかった場合、基地局(eNB)は、VoLTE方式を使用するユーザ装置が、CSFB方式を使用するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるように、ユーザ装置の動作状態を管理する。例えば、VoLTE方式を使用するユーザ装置のプリザベーション期間(例えば、240秒)が、CSFB方式を使用するユーザ装置のプリザベーション期間(120秒)より長く設定される。動作状態の状態遷移信号はステップS43において基地局(eNB)からユーザ装置(UE)に送信される。図示の簡明化のため、ステップS43の状態遷移信号の送信は一度しか行われていないが、動作状態の状態遷移は基地局(eNB)及びユーザ装置(UE)の間で適切な任意のタイミングで行われてよい。VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)とCSFB方式を使用するユーザ装置(UE)との間で、アクティブ状態からアイドル状態に遷移するまでのプリザベーション期間が異なる値に設定される。このため、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)はアクティブ状態に長く留まり、CSFB方式を使用するユーザ装置(UE)は速やかにアイドル状態に遷移しやすくなる。
なお、VoLTE方式を使用するユーザ装置が、CSFB方式を使用するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるようにする観点からは、VoLTE方式を使用するユーザ装置がアイドル状態には遷移せず、常にアクティブ状態で動作するようにしてもよい。また、ネットワークが輻輳してきた場合に、状態管理部は、CSFB方式を使用するユーザ装置のうち、トラフィックデータが送受信されないまま経過した期間が所定値より長いユーザ装置をアイドル状態に遷移させてもよい。
一方、ステップS42において、SSAC規制のように、VoLTE方式の音声信号の送受信が規制の対象であった場合、VoLTE方式を使用するユーザ装置及びCSFB方式を使用するユーザ装置は何れも同様に状態管理される。
ステップS44において、基地局(eNB)は規制が発動されたことを示す報知信号をセル内のユーザ装置(UE)に報知する。目下の例の場合、ACB規制が発動されていることが報知される。上述したように、ACB規制の場合、アイドル状態のユーザ装置(UE)は音声信号もデータ信号も規制の対象となるが、アクティブ状態のユーザ装置(UE)は規制の対象外である。本実施形態の場合、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)はアクティブ状態に留まりやすくなっているので、規制の対象外になりやすい。CSFB方式を使用するユーザ装置(UE)は、従来通りの状態管理が行われているが、アイドル状態で規制の対象に該当したとしても、3Gセルに遷移して音声信号を通信できる。その結果、図示されているようにアイドル状態のユーザ装置(UE)によるデータ信号は規制され(ステップS45)、VoLTE方式を使用するアイドル状態のユーザ装置(UE)の音声信号も規制されるが(ステップS46)、CSFB方式を使用するアイドル状態のユーザ装置(UE)の音声信号は3Gセルに遷移して通信可能である(ステップS47)。一方、アクティブ状態のユーザ装置の場合、データ信号及び音声信号(VoLTE又はCSFB)は何れも規制の対象外であり、通信可能である(ステップS48、S49)。実施の形態によれば、VoLTE方式を使用するユーザ装置がアイドル状態になりにくくすることでステップS46の状況を減らし、データ信号のみが単独に規制される状況を実現する。
＜4．変形例＞
図4に示す例の場合、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)がアイドル状態になりにくくする処理(例えば、プリザベーションタイマを長くすること)が、ステップS41の後(ステップS42)において開始されている。しかしながら開示される発明はそのような例に限定されない。例えば、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)がアイドル状態になりにくくする処理が、常時行われていてもよい。ただし、常時行うことにすると、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)がアイドル状態に遷移しなくなってしまい、ユーザ装置(UE)のバッテリセービング等の観点からは好ましくない。従って、VoLTEによる音声信号を疎通させる一方バッテリーを節約する観点からは、図4に示すように交換局(MME)や管理ノード(OAM)からの指示に応じて、VoLTE方式を使用するユーザ装置(UE)がアイドル状態になりにくくする処理を行うことが好ましい。
図3のステップS9において、交換局(MME)はユーザ装置(UE)がVoLTE又はCSFB方式の何れを使用すべきかを決定しているが、交換局(MME)がそれを決定する時点はステップS9のタイミングに限定されない。例えば、ユーザ装置(UE)及び交換局(MME)に論理パスが設定された時点で決定されてもよい。
図5はユーザ装置(UE)、基地局(eNB)及び交換局(MME)の間に3つの論理パスがUプレーン(U-plane)として設定されている様子を示す。図中、デフォルトベアラは3つの論理パスのうちで最も基礎的なRRCコネクションである。制御用ベアラは、Uプレーンのベアラであるが、このベアラを通じて音声データ用ベアラの設定要求やIMSシグナリングが送受信される。音声データ用ベアラは常に設定されているわけではなく、VoLTEによる音声信号が送受信される場合にのみ設定される。従って音声信号の有無によらず設定されるのは、デフォルトベアラ及び制御用ベアラである。従って、音声データ用ベアラが設定されているか否かに基づいて、ユーザ装置(UE)がVoLTEによる音声信号を送受信するか否かが分かる。すなわち、交換局(MME)は論理パスの設定状況に基づいて、ユーザ装置(UE)がVoLTE又はCSFB方式の何れを使用すべきかを決定してもよい。
以上、LTE方式の移動通信システムでACB規制が行われる実施形態を説明してきたが、開示される発明はそのような実施形態に限定されず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。例えば、開示される発明は、VoLTEによる音声信号を疎通させつつデータ信号を規制する適切な如何なる移動通信システムに適用されてもよい。発明の理解を促すため具体的な数値例を用いて説明がなされたが、特に断りのない限り、それらの数値は単なる一例に過ぎず適切な如何なる値が使用されてもよい。上記の説明における項目の区分けは本発明に本質的ではなく、2以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に(矛盾しない限り)適用されてよい。機能ブロック図における機能部又は処理部の境界は必ずしも物理的な部品の境界に対応するとは限らない。複数の機能部の動作が物理的には1つの部品で行われてもよいし、あるいは1つの機能部の動作が物理的には複数の部品により行われてもよい。説明の便宜上、通信端末及び情報処理装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアで又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明に従って動作するソフトウェアは、ランダムアクセスメモリ（RAM）、フラッシュメモリ、読み取り専用メモリ（ROM）、EPROM、EEPROM、レジスタ、ハードディスク（HDD）、リムーバブルディスク、CD−ROM、データベース、サーバその他の適切な如何なる記憶媒体に保存されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が本発明に包含される。
21 上位レイヤ通信インタフェース
22 制御部
23 状態管理部
24 報知信号生成部
25 下位レイヤ通信インタフェース

Claims (6)

  1. LTE方式の移動通信システムにおける基地局であって、
    ユーザ装置の音声信号が3G方式のセルで提供されるCSFB方式又はユーザ装置の音声信号がLTE方式のセルで提供されるVoLTE方式の何れの方式が使用されるかを識別する音声方式識別部と、
    アクティブ状態又はアイドル状態であるユーザ装置の動作状態を管理する際に、音声信号をVoLTE方式で提供するユーザ装置が、音声信号をCSFB方式で提供するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるように、ユーザ装置の動作状態を管理し、動作状態を遷移させる状態遷移信号をユーザ装置に通知する状態管理部と、
    アイドル状態のユーザ装置の通信が規制されることを示す報知信号を送信する送信部と
    を有する基地局。
  2. ユーザ装置のトラフィックデータが送受信されないまま所定の期間が経過した場合、前記状態管理部は、該ユーザ装置の動作状態をアクティブ状態からアイドル状態に遷移させる状態遷移信号を該ユーザ装置に通知し、
    VoLTE方式を使用するユーザ装置の期間はCSFB方式を使用するユーザ装置の期間より長く設定されている、請求項1記載の基地局。
  3. 前記音声サービス識別信号は、ユーザ装置の能力情報に基づいて前記交換局により決定されている、請求項1又は2に記載の基地局。
  4. 基地局、交換局、または通信システムの輻輳を検知した場合に、前記状態管理部は、CSFB方式を使用するユーザ装置のうち、トラフィックデータが送受信されないまま経過した期間が所定値より長いユーザ装置に対して、動作状態をアクティブ状態からアイドル状態に遷移させる状態遷移信号を通知する、請求項1記載の基地局。
  5. 当該基地局が輻輳してきた場合に、当該基地局は前記交換局から前記音声サービス識別信号を受信する、請求項1ないし4の何れか1項に記載の基地局。
  6. LTE方式の移動通信システムにおける基地局が実行する制御方法であって、
    ユーザ装置の音声信号が3G方式のセルで送受信されるCSFB方式又はユーザ装置の音声信号がLTE方式のセルで送受信されるVoLTE方式の何れの方式が使用されるかを識別するステップと、
    アクティブ状態又はアイドル状態であるユーザ装置の動作状態を管理する際に、音声信号をVoLTE方式で送受信するユーザ装置が、音声信号をCSFB方式で送受信するユーザ装置よりも、アクティブ状態に留まりやすくなるように、ユーザ装置の動作状態を管理し、動作状態を遷移させる状態遷移信号をユーザ装置に通知するステップと、
    アイドル状態のユーザ装置の通信が規制されることを示す報知信号を送信するステップと
    を有する制御方法。
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