JP6462016B2 - 通信端末装置、基地局及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムの通信端末装置、基地局及び通信網側装置に関するものである。

従来、移動通信システムの通信規格である３ＧＰＰのＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）−Ａｄｖａｎｃｅｄ（非特許文献１参照）を発展させたＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏと呼ばれる通信規格が知られている（非特許文献２参照）。このＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、近年のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスへの通信を提供するための仕様が策定された。ここで、「ＩｏＴ」はさまざまなモノがインターネットやクラウドに接続され、制御・情報通信される形態の総称である。そして、ＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏでは、ＩｏＴに対応するため、ユーザが使用する通信端末装置（「ＵＥ（ユーザ装置）」ともいう。）の低価格化及び基地局と通信可能なカバレッジエリアの拡張を実現すべく、新たに２つの通信規格（ｅＭＴＣ，ＮＢ−ＩｏＴ）がサポートされている。ｅＭＴＣ（「ｅＭＴＣ：ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」ともいう。）の通信端末装置では、受信帯域幅が１．４ＭＨｚに制限され、約１５ｄＢのカバレッジ拡張をサポートしている。また、ＮＢ−ＩｏＴ（「ＮＢ−ＩｏＴ：ＮａｒｒｏｗＢａｎｄ−ＩｏＴ」ともいう。）の通信端末装置では、受信帯域幅が２００ｋＨｚに制限され、約２３ｄＢのカバレッジ拡張をサポートし、ＬＴＥの周波数バンドでも使用できる。

山間部や郊外地、地下等では基地局と通信できない圏外が存在するが、基地局を新たに設置することが困難な場合がある。この場合に圏外エリアをできるだけ少なくするように既存の基地局と通信可能なカバレッジエリアを拡大することが必要となる。
また、停電や地震などが発生した緊急時には、一部の基地局が通信不能になり、稼働している基地局が減少し、基地局のカバレッジエリアが縮小する場合がある。このような緊急時に、緊急時の通信を確保するために稼働状態の基地局と通信可能なカバレッジエリアを拡大することが必要である。
一方、通信端末装置が基地局と通信可能な通信エリア（カバレッジエリア）が拡張される場合には、基地局あたりの同時通信する端末が増加し、基地局の負荷が増大するおそれがある。

本発明の一態様に係る通信端末装置は、移動通信システムに用いられる通信端末装置であって、基地局との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードと、前記ＩｏＴ通信モードで通信可能なＩｏＴ通信エリアよりも狭いエリアにおいて前記基地局との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードとを選択的に実行可能な無線通信部と、前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを切り替えて前記基地局と通信するように前記無線通信部を制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。
また、前記通信端末装置において、前記基地局との通信状況に基づいて前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを自動で切り替える自動切替手段を備えてもよい。
また、前記通信端末装置において、前記通信状況は、前記基地局からの参照信号の受信電力又は受信品質で判定してもよい。
また、前記通信端末装置において、前記制御部は、前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードで通信可能な場合は、前記広帯域通信モードを優先的に使用して前記基地局と通信し、前記広帯域通信エリアの圏外に移動した場合は、前記広帯域通信モードから前記ＩｏＴ通信モードに切り替えて前記基地局と通信し、前記ＩｏＴ通信エリアの圏外に移動した場合は、前記ＩｏＴ通信モードによる前記基地局からの信号及び前記広帯域通信モードによる前記基地局からの信号の少なくとも一方を所定の間隔で受信するように、前記無線通信部を制御してもよい。
また、前記通信端末装置において、前記制御部は、前記広帯域通信モードで測定された受信電力又は通信品質が所定の閾値を超えた場合又は該閾値以上の場合は、前記ＩｏＴ通信モードから前記広帯域通信モードに切り替えて前記基地局と通信するように、前記無線通信部を制御してもよい。
また、前記通信端末装置において、利用者の操作により前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを切り替える手動切替手段を備えてもよい。
また、前記通信端末装置において、前記広帯域通信モードは、移動通信の第３世代（３Ｇ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ若しくはＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏの標準規格に準拠通信モード、又は第５世代の移動通信で提案されている新しい無線アクセス技術（５Ｇ（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ））の通信モードであってもよく、前記ＩｏＴ通信モードは、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ ＰｒｏのｅＭＴＣ（ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）若しくはＮＢ−ＩｏＴ（ＮａｒｒｏｗＢａｎｄ−ＩｏＴ）の標準規格に準拠する通信モード、又は第５世代の移動通信で提案されている大規模マシンタイプ通信（５Ｇ（ｍＭＴＣ：ｍａｓｓｉｖｅ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））の通信モードであってもよい。
また、前記通信端末装置において、前記無線通信部は、前記広帯域通信モードで通信する第１無線通信部と、前記ＩｏＴ通信モードで通信する第２無線通信部と、を有してもよい。
また、前記通信端末装置において、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部は互いに異なる電子回路部品で構成されていてもよい。
また、前記通信端末装置において、前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部はそれぞれ、前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードでの通信状況を示すパラメータの値を出力可能に構成されていてもよい。
また、前記通信端末装置において、前記ＩｏＴ通信エリアに在圏して前記ＩｏＴ通信モードで前記基地局と通信しているときに起動可能なアプリケーションを制限するアプリケーション実行管理部を備えてもよい。

また、本発明の他の態様に係る基地局は、前記いずれかの通信端末装置と無線通信可能な基地局であって、前記通信端末装置が前記ＩｏＴ通信エリアに在圏して前記ＩｏＴ通信モードで自局と通信しているときに該通信端末装置に対する上り方向、下り方向または両方向のデータ転送速度を制限する手段を備える。ここで、前記データ転送速度は、前記ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置での受信電力及び通信品質並びに当該基地局が前記ＩｏＴ通信モードの通信に使用している無線リソースの使用量の少なくとも一つに基づいて、通信端末装置ごとに制限してもよい。
また、本発明の更に他の態様に係る基地局は、前記いずれかの通信端末装置と無線通信可能な基地局であって、前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードの通信状況に基づいて、各通信モードで使用可能な無線リソースの比率を変更する手段と、前記無線リソースの比率を含む制御情報を前記通信端末装置に送信する手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の更に他の態様に係る通信網側装置は、前記いずれかの通信端末装置と無線通信可能な基地局に接続された通信網側装置であって、前記通信端末装置が前記ＩｏＴ通信エリアに在圏して前記ＩｏＴ通信モードで通信しているときに該通信端末装置に対する上り方向、下り方向または両方向のデータ転送速度を制限する手段を備える。ここで、前記データ転送速度は、前記ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置の受信電力及び通信品質並びに前記基地局が前記ＩｏＴ通信モードの通信に使用している無線リソースの使用量の少なくとも一つに基づいて、通信端末装置ごとに制限してもよい。

本発明によれば、基地局との通信状況に基づいて基地局の広帯域通信エリアから拡張されたＩｏＴ通信エリアに移動したときに広帯域通信モードからＩｏＴ通信モードに切り替えて基地局と通信可能になり、しかも、広帯域通信エリアから拡張されたＩｏＴ通信エリアでは、ＩｏＴ通信モードで基地局とＩｏＴ用通信を行うことによりスループットを制限して基地局の負荷を抑制できる。従って、基地局の負荷増大を抑制しつつ基地局と通信可能な通信エリアを拡大することが可能になる。

本実施形態に係る移動通信システムの広帯域通信モード（第１通信モード）とＩｏＴ通信モード（第２通信モード）とのカバレッジエリアの違いを説明するための説明図。 本実施形態に係る通信端末装置が広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードそれぞれのカバレッジエリアで通信する状態を説明するための説明図。 本実施形態に係る通信端末装置の概略構成の一例を示すブロック図。 本実施形態に係る通信端末装置の無線通信部と通信モード切替部との概略構成を示すブロック図。 本実施形態に係る通信端末装置における通信モードの切替処理時の状態遷移の一例を示す状態遷移図。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、通常時、災害時、広帯域通信接続端末数が少ない時における基地局による広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソース比率の変化を説明する説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る移動通信システムの広帯域通信モード（第１通信モード）とＩｏＴ通信モード（第２通信モード）とのカバレッジエリアの違いを説明するための説明図である。また、図２は、通信端末装置が広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードそれぞれのカバレッジエリアで通信する状態を説明するための説明図である。ここで、上記ＩｏＴ通信モードは、基地局との間でＩｏＴ用通信を行う通信モードであり、例えばＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ ＰｒｏのｅＭＴＣ若しくはＮＢ−ＩｏＴの標準規格（非特許文献２参照）に準拠した通信モード、又は、第５世代の移動通信で提案されている大規模マシンタイプ通信（５Ｇ（ｍＭＴＣ：ｍａｓｓｉｖｅ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））（非特許文献３参照）の通信モードである。また、上記広帯域通信モードは、ＩｏＴ通信モードで通信可能なＩｏＴ通信エリアよりも狭い広帯域通信エリアにおいて基地局との間で広帯域の通信を行う通信モードであり、例えば移動通信の第３世代（３Ｇ）、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ若しくはＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏの標準規格に準拠する通信モード、又は、第５世代の移動通信で提案されている新しい無線アクセス技術（５Ｇ（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ））（非特許文献４〜１２参照）の通信モードである。

以下、上記広帯域通信モードがＬＴＥの標準規格に準拠した通信モードであり、上記ＩｏＴ通信モードがＮＢ−ＩｏＴ通信規格に準拠した通信モードである場合について説明する。

図１に示すように、基地局２０は、広帯域通信モードの通信のカバレッジエリア（広帯域通信エリア）２１と、ＩｏＴ通信モードの通信のカバレッジエリア（ＩｏＴ通信エリア）２２とを有している。ＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２は、広帯域通信モードモードのカバレッジエリア２１に比べて、例えばセル半径で３〜５倍、セルエリアで９〜２５倍ほど広く設定されている。

本実施形態に係る通信端末装置１０は、広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとの両方のモードに対応可能に構成されている。図２において、通信端末装置１０は、広帯域通信モードのカバレッジエリア２１に在圏しているときは広帯域通信モードによる通信を行う。そして、通信端末装置１０が広帯域通信モードのカバレッジエリア２１からＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２に移動した場合、通信モードが広帯域通信モードからＩｏＴ通信モードに切り替えられ、ＩｏＴ通信モードによる通信を行う。

図３は、本実施形態に係る通信端末装置１０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。この通信端末装置１０は、主制御部１１０と無線通信部１１１と通信モード切替部１１２と音入出力部１１３と表示部１１４と操作手段としての操作部１１５とを備える。また、通信端末装置１０は、装置本体に対して着脱可能なＵＩＣＣ１５が装着されている。ＵＩＣＣ１５は、移動体通信サービスで用いられるＵＳＩＭとしての機能が組み込まれている。

主制御部１１０は、ＭＰＵ（マイクロ・プロセッシング・ユニット）、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、所定の基本ＯＳやミドルウェア等のプログラムが実行されることにより、通信モード切替部１１２等の各部を制御したり、ソフトウェア構成上のネイティブプラットフォーム環境やアプリケーション実行環境を構築したりする。

主制御部１１０は、他の無線通信部１１１、通信モード切替部１１２、操作部１１５等の各部と連携することにより、次の（１）〜（４）の各手段として機能することができる。
（１）広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを切り替えて基地局２０と通信するように無線通信部１１１を制御する制御部。
（２）基地局２０との通信状況に基づいて広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを自動でり替える自動切替手段。
（３）基地局２０からの参照信号の受信電力又は受信品質で判定する手段。
（４）利用者の操作により広帯域通信モードとＩｏＴ通信モードとを切り替える手動切替手段。

上記基地局２０との通信状況は、例えば、基地局２０からの参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ）又は受信品質（ＲＳＲＱ：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ）で判定してもよい。また、広帯域通信モード及びＩｏＴ通信モードでの通信状況を示すＲＳＲＰやＲＳＲＱなどのパラメータの値は、後述の第１無線通信部における広帯域通信モードのベースバンド処理部を構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップ及び第２無線通信部におけるＩｏＴ通信モードのベースバンド処理部を構成するＩｏＴ通信用チップから、主制御部１１０へ出力するようにしてもよい。

無線通信部１１１は、移動体通信網を介して通信するネットワーク通信手段として機能し、例えばシンセサイザ、周波数変換器、高周波増幅器などにより構成され、移動体通信網の基地局２０との間で無線通信するための高周波信号処理を実行する。

本実施形態に係る無線通信部１１１は、広帯域通信モードのベースバンド処理部を構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップとＩｏＴ通信モードのベースバンド処理部を構成するＩｏＴ通信用チップとの２つのチップを備えており、通信モード切替部１１２で通信に使用するチップをいずれか一方に切り替えることにより通信モードの切り替えを行う（後述の図４参照）。

通信モード切替部１１２は、無線通信部１１１と接続されており、上述したように通信に使用するベースバンド処理部を広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップからなるベースバンド処理部及びＩｏＴ通信用チップからなるベースバンド処理部のいずれか一方に切り替えることにより、広帯域通信モード（ＬＴＥモード）とＩｏＴ通信モードとの切り替え処理を実行する。

音入出力部１１３は、マイク、スピーカ、音信号処理部等で構成されている。マイクから出力されるアナログの音声信号は、音信号処理部でデジタル信号に変換され、主制御部１１０や無線通信部１１１等に送られる。スピーカは、音信号処理部でデジタル信号から変換されたアナログ信号が入力され、通話中の音声を出力したり、メールの着信音、電話の呼び出し音、音楽などを出力したりする。なお、スピーカは、通話中の音声を聞くための受話器用スピーカ（レシーバ）と、着信音や音楽などを出力する外部出力用スピーカとを別々に設けて構成してもいいし、これらの受話器用スピーカ及び外部出力用スピーカを兼用するように一つのスピーカで構成してもよい。

表示部１１４は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等で構成され、主制御部１１０からの指令に基づいて各種画像を表示する。操作部１１５は、表示部１１４に組み込まれたタッチパネルや、各種の操作キーやボタン、電源ＯＮ／ＯＦＦ手段としての電源スイッチなどで構成されている。この操作部１１５は、利用者が、通信モードを切り替えたり、通信端末装置１０の本体電源をＯＮ／ＯＦＦしたり、通話開始、終話、メニュー選択、画面切り換え等を指示したり、情報を入力したりするときに用いられる。

また、通信端末装置１０は、位置情報取得手段としてのＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）部１１７、撮像手段としてのカメラ部１１８、センサー部１１９、電源供給手段としての電源供給部１２０、図示しない時計部等も備えている。

ＧＰＳ部１１７は、ＧＰＳ受信モジュールやＧＰＳアンテナ等で構成され、地球の周りに配置されている複数のＧＰＳ衛星から電波を受信し、その受信結果に基づいて通信端末装置１０が位置する緯度、経度及び高度のデータを算出する。カメラ部１１８は、レンズや撮像デバイス等で構成され、人物や風景等を撮影する時に用いられる。撮像デバイスとしては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳカメラを用いることができる。センサー部１１９は、加速度センサー及び／又は地磁気センサー等で構成されている。加速度センサーは、１軸の加速度センサーであっていいし、２軸や３軸等の複数軸の加速度センサーであってもよい。また、地磁気センサーも、１軸の地磁気センサーであっていいし、２軸や３軸等の複数軸の地磁気センサーであってもよい。このセンサー部１１９の出力に基づいて、通信端末装置１０の位置、向き、姿勢及び動きを示すデータを算出することができる。また、センサー部１１９の出力に基づいて、所定高度における基準位置から利用者の通信端末装置１０が移動したときの加速度データや地磁気データの時間変化の情報である履歴情報から、通信端末装置１０が位置している高度、角度等を示すデータを算出することができる。

電源供給部１２０は、充電可能なバッテリー、バッテリーから各部に所定電圧の電力を供給する電力供給回路、バッテリーを充電する充電回路などを備えている。また、電源供給部１２０は、通信端末装置１０における主要部すなわち音入出力部１１３、表示部１１４、操作部１１５の一部、ＧＰＳ部１１７、カメラ部１１８及びセンサー部１１９への電力供給については、前述の利用者が操作可能な電源スイッチによりＯＮ／ＯＦＦできるように構成されている。なお、電源スイッチのＯＦＦ時に一部の機能を動作させるために、電源供給部１２０は、電源スイッチのＯＦＦ時においても無線通信部１１１及びＵＩＣＣ１５への電力供給を継続して行うように構成してもよい。

時計部はクロック回路等で構成され、正確な日時を計数し、例えば各種の更新処理等のための時刻情報を生成する。

図４は、本実施形態に係る通信端末装置１０の無線通信部１１１と通信モード切替部１１２との概略構成を示すブロック図である。図４に示すように無線通信部１１１は、広帯域通信モード（ＬＴＥ通信モード）及びＩｏＴ通信モードそれぞれに最適化した広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップからなる第１のベースバンド処理部１３５Ａ及びＩｏＴ通信用チップからなる第２のベースバンド処理部１３５Ｂと、広帯域通信モード及びＩｏＴ通信モードそれぞれに共用される高周波無線信号処理部１３６とを備える。高周波無線信号処理部１３６は、アンテナ１３０とＤＵＰ（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ：送受共用器）１３１と受信電力増幅器１３３と送信電力増幅器１３４とを備える。また、ベースバンド処理部１３５Ａ，Ｂには、通信モード切替部１１２が接続されている。

図４に示すように、無線通信部１１１は第１のベースバンド処理部１３５Ａを構成する広帯域通信用（ＬＴＥ通信用）チップ及び第２のベースバンド処理部１３５Ｂを構成するＩｏＴ通信用チップの２つのチップを備え、使用する通信モードによって通信モード切替部１１２が使用するチップをハードウェアとして切り替える。通信モードの切り替えは、通信端末装置１０が移動して在圏するカバレッジエリアが変更したときに、主制御部１１０からの制御信号に基づいて通信モード切替部１１２が使用するチップを自動的に切り替えることによって行う。このように通信モードの切り替えは自動的に行われるが、ユーザが操作部１１５を操作して手動で行ってもよい。また、無線通信部１１１のベースバンド処理部を広帯域通信（ＬＴＥ通信）及びＩｏＴ通信が可能な１つのチップを用いて構成し、ソフトウェアによって通信モードを切り替える構成であってもよい。

次に、本実施形態に係る通信端末装置１０における通信モードの切替処理時の状態遷移の一例について説明する。
図５は、通信モードの切替処理時の状態遷移の一例を示すフローチャートである。図５において、通信端末装置１０は、広帯域通信モード５０２を起動して広帯域通信を行っているときに、その広帯域通信時の参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を下回ったか否か又は所定の閾値以下になったか否かを判定し、受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を下回ったとき又は所定の閾値以下になった場合に、ＩｏＴ通信モード５０４へ移行する（５０６）。

また、通信端末装置１０は、ＩｏＴ通信モード５０４を起動してＩｏＴ通信を行っているときに、そのＩｏＴ通信時の参照信号の受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を超えたか否か又は所定の閾値以上になったか否かを判定し、受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を超えたときとき又は所定の閾値以上になった場合に、広帯域通信モード５０２へ移行する（５０７）。

なお、ＩｏＴ通信モードでは、一定間隔で広帯域通信モードを起動し、上記受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を超えたか否か又は所定の閾値以上になったか否かを判定してもよい。そして、上記受信電力（ＲＳＲＰ）又は通信品質（ＲＳＲＱ）が所定の閾値を超えていない場合又は所定の閾値以上になっていない場合、広帯域通信モードを停止し、ＩｏＴ通信モードを維持するにしてもよい。

以上、本実施形態によれば、基地局２０との通信状況に基づいて基地局２０の広帯域通信モードのカバレッジエリア２１から拡張されたＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２に移動したときに広帯域通信モードからＩｏＴ通信モードに切り替えて基地局２０と通信可能になり、しかも、ＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２では、広帯域通信モードよりも狭い周波数帯域幅で基地局２０と通信することによりスループットを制限して基地局２０の負荷を抑制できる。従って、基地局２０の負荷増大を抑制しつつ基地局２０と通信可能な通信エリアを拡大することが可能になる。

なお、本実施形態に係る移動通信システムでは、基地局２０による無線リソース配分を変更してもよい。例えば、カバレッジエリアに複数の通信端末装置１０が在圏している場合に、通信状況に応じて全帯域幅で広帯域通信とＩｏＴ通信との使用帯域を変更してもよい。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、通常時、災害時、広帯域通信モードで通信する広帯域通信接続端末数が少ない時における基地局２０による広帯域通信とＩｏＴ通信との無線リソースの比率の変化を説明する説明図である。

図６（ａ）に示すように、通常時における基地局２０は、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合を広帯域通信よりも少なくなるように無線リソースの比率を変化させる。
また、図６（ｂ）に示すように、災害時における基地局２０は、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合を広帯域通信よりも多くなるように無線リソースの比率を変化させる。これにより、災害時には、通常時に比べてカバレッジエリアが拡張し、より多くの通信端末装置１０との間でＩｏＴ通信を行うことが可能となる。
また、図６（ｃ）に示すように、広帯域通信モードで通信する広帯域通信接続端末数が少ないときにおける基地局２０は、全帯域幅のうちＩｏＴ通信の割合を広帯域通信よりも若干多くなるように無線リソースの比率を変化させる。これにより、広帯域通信接続端末数が少ないときには、通常時に比べてカバレッジエリアが拡張し、より多くの通信端末装置１０との間でＩｏＴ通信を行うことが可能となる。

上述した図６（ｂ）及び（ｃ）の場合のように、カバレッジエリアが拡張して基地局２０との間で多数の通信端末装置１０の同時接続がされた場合、ＩｏＴ通信モードを使用して接続する通信端末装置１０に対し使用帯域幅の制限を設けることにより、スループットが制限され、ネットワークへの負荷の増大を抑制することができる。

また、ＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２のうち広帯域通信モードのカバレッジエリア２１から拡張された拡張エリアにおいて基地局２０との間で多数の通信端末装置１０の同時接続がされた場合、その拡張エリアに在圏してＩｏＴ通信を行っている通信端末装置１０で使用可能なアプリケーション（以下「アプリ」ともいう。）を制限することにより、ネットワークへの負荷の増大を抑制することができる。例えば、通信端末装置１０を広帯域通信モードで使用する場合は全てのアプリを使用することができるのに対し、ＩｏＴ通信モードで使用する場合はソフトウェアによる操作から使用可能なアプリに制限を設けて、一部のアプリ以外を使用不可としてもよい。この場合、ＩｏＴ通信モードで使用可能なアプリとしては、例えば、ショートメッセージを送受信するアプリ、通話アプリ、災害用アプリなどである。

上記広帯域通信モードで使用可能なアプリに制限を設ける方法としては、上述したソフトウェアによる操作に限らず、通信端末装置１０をＩｏＴ通信モードで使用する場合に、ネットワーク側から通信端末装置１０に使用制限するアプリを通知し、通信端末装置１０が通知を受けたアプリの使用を制限してもよい。また、ネットワーク側のサーバにアプリ制限用のフラグを用意しておき、アプリから定期的に又は不定期的にネットワーク側のサーバへ問い合わせを行い、アプリ制限フラグが立っている場合、そのアプリの使用を制限してもよい。

また、上記実施形態において、通信端末装置１０と無線通信可能な基地局２０は、通信端末装置１０がＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２に在圏してＩｏＴ通信モードで自局と通信しているときに、その通信端末装置１０に対するデータ通信速度［ｂｐｓ］を制限する手段を備えてもよい。例えば、ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置１０に対する転送データレートを、上記広帯域通信モードで通信している通信端末装置に対する転送データレートよりも低くなるように制限する。また、ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置１０に対する転送データレートを制限する手段は、基地局２０が接続されたコアネットワークに設けられたコアネットワーク装置などの通信網側装置に備えてもよい。ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置１０に対する転送データレートを制限することにより、ＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２におけるスループットが制限され、ネットワークへの負荷の増大を抑制することができる。

ここで、上記基地局２０やコアネットワーク装置で制限する転送データレートは、ＩｏＴ通信モードのカバレッジエリア２２に複数の通信端末装置１０が在圏している場合、カバレッジエリア２２内に在圏している通信端末装置１０の数に応じて設定してもよい。例えば、カバレッジエリア２２内に在圏している通信端末装置１０の数が多い場合は転送データレートを低めに制限し、通信端末装置１０の数が少ない場合は転送データレートを高めに制限してもよい。また、上記基地局２０やコアネットワーク装置で制限する転送データレートは、通信端末装置１０ごとに設定してもよい。例えば、通信端末装置１０ごとに、通信端末装置１０で起動しているアプリの種類に応じて転送データレートを制限してもよい。より具体的には、ショートメッセージを送受信するアプリ、通話アプリ、災害用アプリなどが起動されている通信端末装置１０に対しては、通信データ量が少ないため、転送データレートを低めに制限してできるだけ多くの通信端末装置１０が同時に通信できるようにし、ネットワークの状況に応じて通信データ量が多いアプリを起動している通信端末装置１０に対しては、当該アプリが正常に動作するように転送データレートを高めに制限してもよい。

なお、本明細書で説明された処理工程並びに移動通信システム、基地局及び通信端末装置（ユーザ端末装置、移動局）の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、ＮｏｄｅＢ、通信端末装置、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる各部は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置や記憶装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ 通信端末装置
２０ 基地局
２１ 広帯域通信モードの通信のカバレッジエリア（広帯域通信エリア）
２２ ＩｏＴ通信モードの通信のカバレッジエリア（ＩｏＴ通信エリア）
１１０ 主制御部
１１１ 無線通信部
１１２ 通信モード切替部
１３０ アンテナ
１３１ ＤＵＰ（送受共用器）
１３３ 受信電力増幅器
１３４ 送信電力増幅器
１３５Ａ，Ｂ ベースバンド処理部
１３６ 高周波信号処理部

３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１０．１２．０ （２０１４−１２）． ３ＧＰＰ ＴＳ ３６．３００ Ｖ１３．５．０ （２０１６−０９）． Ｃ． Ｂｏｃｋｅｌｍａｎｎ， ｅｔ ａｌ．，"Ｍａｓｓｉｖｅ Ｍａｃｈｉｎｅ‐ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ５Ｇ： Ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ＭＡＣ‐ｌａｙｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ "，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ（Ｖｏｌｕｍｅ：５４，Ｉｓｓｕｅ：９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１６）． Ｇ. Ｒｏｍａｎｏ,「３ＧＰＰ ＲＡＮ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ "５Ｇ"」，［online］、［平成２８年１２月２７日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.3gpp.org/ftp/Information/presentations/presentations_2016/3GPP%20RAN%20Progress%20on%205G%20-%20NetFutures.pdf）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．８０１ Ｖ１．０．０ （２０１６−１２）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．８０２ Ｖ１．０．０ （２０１６−１１）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．８０３ Ｖ１．０．０ （２０１６−１２）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．８０４ Ｖ０．４．０ （２０１６−１１）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．８０５ Ｖ０．０．２ （２０１６−１２）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．９００ Ｖ１４．１．０ （２０１６−０９）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．９１２ Ｖ０．０．２ （２０１６−０９）． ３ＧＰＰ ＴＲ ３８．９１３ Ｖ１４．０．０ （２０１６−１０）．

Claims (17)

1. 移動通信システムに用いられる通信端末装置であって、
   基地局との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードと、前記ＩｏＴ通信モードで通信可能なＩｏＴ通信エリアよりも狭いエリアにおいて前記基地局との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードとを選択的に実行可能な無線通信部と、
   前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを切り替えて前記基地局と通信するように前記無線通信部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ＩｏＴ通信モードにおいて、一定間隔で前記広帯域通信モードを起動し、前記基地局からの参照信号の受信電力又は受信品質が所定の閾値を超えたか否か又は所定の閾値以上になったか否かを判定し、前記受信電力又は受信品質が所定の閾値を超えていない場合又は所定の閾値以上になっていない場合は前記広帯域通信モードを停止して前記ＩｏＴ通信モードを維持するように、前記無線通信部を制御することを特徴とする通信端末装置。
2. 請求項１の通信端末装置において、
   当該通信端末装置で使用可能な複数のアプリケーションの実行を管理するアプリケーション実行管理部を備え、
   前記アプリケーション実行管理部は、
   前記広帯域通信モードのときは前記複数のアプリケーションのすべてを使用可能にし、
   前記ＩｏＴ通信モードのときは前記複数のアプリケーションの一部のみ使用可能に制限することを特徴とする通信端末装置。
3. 移動通信システムに用いられる通信端末装置であって、
   基地局との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードと、前記ＩｏＴ通信モードで通信可能なＩｏＴ通信エリアよりも狭い広帯域通信エリアにおいて前記基地局との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードとを選択的に実行可能な無線通信部と、
   前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを切り替えて前記基地局と通信するように前記無線通信部を制御する制御部と、
   当該通信端末装置で使用可能な複数のアプリケーションの実行を管理するアプリケーション実行管理部と、を備え、
   前記アプリケーション実行管理部は、
   前記広帯域通信モードのときは前記複数のアプリケーションのすべてを使用可能にし、
   前記ＩｏＴ通信モードのときは前記複数のアプリケーションの一部のみ使用可能に制限することを特徴とする通信端末装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかの通信端末装置において、
   前記ＩｏＴ通信モードで通信しているときの上り方向、下り方向または両方向のデータ転送速度が制限されることを特徴とする通信端末装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの通信端末装置において、
   前記基地局との通信状況に基づいて前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを自動で切り替える自動切替手段を備えることを特徴とする通信端末装置。
6. 請求項５の通信端末装置において、
   前記通信状況は、前記基地局からの参照信号の受信電力又は受信品質で判定することを特徴とする通信端末装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかの通信端末装置において、
   前記制御部は、
   前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードで通信可能な広帯域通信エリアに在圏している場合は、前記広帯域通信モードを優先的に使用して前記基地局と通信し、
   前記広帯域通信エリアの圏外に移動した場合は、前記広帯域通信モードから前記ＩｏＴ通信モードに切り替えて前記基地局と通信し、
   前記ＩｏＴ通信エリアの圏外に移動した場合は一定間隔で接続可能なセルを探すセルサーチを行うように、
   前記無線通信部を制御することを特徴とする通信端末装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかの通信端末装置において、
   利用者の操作により前記広帯域通信モードと前記ＩｏＴ通信モードとを切り替える手動切替手段を備えることを特徴とする通信端末装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかの通信端末装置において、
   前記広帯域通信モードは、移動通信の第３世代（３Ｇ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ若しくはＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏの標準規格に準拠した通信モード、又は５世代の移動通信で提案されている新しい無線アクセス技術（５Ｇ（Ｎｅｗ Ｒａｄｉｏ））の通信モードであり、
   前記ＩｏＴ通信モードは、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ ＰｒｏのｅＭＴＣ（ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）若しくはＮＢ−ＩｏＴ（ＮａｒｒｏｗＢａｎｄ−ＩｏＴ）の標準規格に準拠した通信モード、又は第５世代の移動通信で提案されている大規模マシンタイプ通信（５Ｇ（ｍＭＴＣ：ｍａｓｓｉｖｅ Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））の通信モードであることを特徴とする通信端末装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかの通信端末装置において、
    前記無線通信部は、前記広帯域通信モードで通信する第１無線通信部と、前記ＩｏＴ通信モードで通信する第２無線通信部と、を有することを特徴とする通信端末装置。
11. 請求項１０の通信端末装置において、
    前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部は互いに異なる電子回路部品で構成されていることを特徴とする通信端末装置。
12. 請求項１０又は１１の通信端末装置において、
    前記第１無線通信部及び前記第２無線通信部はそれぞれ、前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードでの通信状況を示すパラメータの値を出力可能に構成されていることを特徴とする通信端末装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかの通信端末装置と、前記通信端末装置と無線通信可能な基地局とを備える通信システムであって、
    前記基地局は、前記通信端末装置が前記ＩｏＴ通信エリアに在圏して前記ＩｏＴ通信モードで自局と通信しているときに該通信端末装置に対する上り方向、下り方向または両方向のデータ転送速度を制限する手段を備えることを特徴とする通信システム。
14. 請求項１３の通信システムにおいて、
    前記データ転送速度は、前記ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置での受信電力及び通信品質並びに当該基地局が前記ＩｏＴ通信モードの通信に使用している無線リソースの使用量の少なくとも一つに基づいて、通信端末装置ごとに制限することを特徴とする通信システム。
15. 基地局との間でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）用通信を行うＩｏＴ通信モードと、前記ＩｏＴ通信モードで通信可能なＩｏＴ通信エリアよりも狭いエリアにおいて前記基地局との間で広帯域の通信を行う広帯域通信モードとを選択的に実行可能な通信端末装置と無線通信可能な基地局であって、
    前記広帯域通信モード及び前記ＩｏＴ通信モードの通信状況に基づいて、各通信モードで使用可能な無線リソースの比率を変更する手段と、
    前記無線リソースの比率を含む制御情報を前記通信端末装置に送信する手段とを備えることを特徴とする基地局。
16. 請求項１乃至１２のいずれかの通信端末装置と、前記通信端末装置と無線通信可能な基地局と、前記基地局に接続された通信網側装置とを備える通信システムであって、
    前記通信網側装置は、前記通信端末装置が前記ＩｏＴ通信エリアに在圏して前記ＩｏＴ通信モードで通信しているときに該通信端末装置に対する上り方向、下り方向または両方向のデータ転送速度を制限する手段を備えることを特徴とする通信システム。
17. 請求項１６の通信システムにおいて、
    前記データ転送速度は、前記ＩｏＴ通信モードで通信している通信端末装置の受信電力及び通信品質並びに前記基地局が前記ＩｏＴ通信モードの通信に使用している無線リソースの使用量の少なくとも一つに基づいて、通信端末装置ごとに制限することを特徴とする通信システム。