WO2015087924A1 - 移動通信システム、無線基地局、無線移動局及び移動通信方法 - Google Patents

移動通信システム、無線基地局、無線移動局及び移動通信方法 Download PDF

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WO2015087924A1
WO2015087924A1 PCT/JP2014/082719 JP2014082719W WO2015087924A1 WO 2015087924 A1 WO2015087924 A1 WO 2015087924A1 JP 2014082719 W JP2014082719 W JP 2014082719W WO 2015087924 A1 WO2015087924 A1 WO 2015087924A1
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WO
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base station
mobile
user
interface
radio base
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Application number
PCT/JP2014/082719
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English (en)
French (fr)
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芳文 森広
聡 須山
紀▲ユン▼ 沈
奥村　幸彦
Original Assignee
株式会社Ｎｔｔドコモ
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W36/00—Hand-off or reselection arrangements
    • H04W36/0005—Control or signalling for completing the hand-off
    • H04W36/0009—Control or signalling for completing the hand-off for a plurality of users or terminals, e.g. group communication or moving wireless networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/20—Control channels or signalling for resource management
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/005—Moving wireless networks

Definitions

  • the present invention relates to mobile communication (group mobility (GM)) of user terminals existing in a mobile body.
  • GM group mobility
  • a user terminal In LTE (Long Term Evolution) and LTE successor mobile communication systems (for example, LTE Advanced, FRA (Future Radio Access), 4G, etc.), a user terminal (UE: User Equipment) is a radio base station (eNB: eNB). Send and receive user data (user (U) plane) and control signals (control (C) plane) to and from the core network (CN: Core Network, EPC: Evolved Packet Core, etc.) via eNodeB) (For example, Non-Patent Document 1).
  • CN Core Network
  • EPC Evolved Packet Core, etc.
  • a user terminal, a radio base station, and a device on a core network send and receive user data.
  • a serving gateway S-GW: Serving Gateway
  • P-GW packet data network gateway
  • PDN-GW PDN-GW
  • user terminals, radio base stations, and devices on the core network transmit and receive control signals. .
  • MME Mobility Management Entity
  • E-UTRA Evolved Universal Terrestrial Radio Access
  • E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
  • UE User Equipment
  • GM Group Mobility
  • a mobile unit moves from a cell (macro cell) 1 to a cell (macro cell) 2
  • a large number of user terminals in the mobile unit are handed over from the radio base station 1 to the radio base station 2 all at once. Will do.
  • the overhead of the control signal increases or the traffic concentrates on the radio base stations 1 and 2, resulting in a decrease in system performance.
  • the present invention has been made in view of such a point, and when a user terminal existing in a mobile body performs mobile communication, the mobile communication system, the radio base station, the radio mobile station, and the mobile communication that can improve the system performance. It aims to provide a method.
  • a mobile communication system of the present invention includes a first communication system including a user terminal existing in a mobile body, a first radio base station that forms a cell in the mobile body, and a first core network connected to an external network;
  • a second mobile station including a wireless mobile station provided in the mobile body, a second wireless base station that forms a cell on a moving path of the mobile body, and a second core network connected to the second wireless base station.
  • a communication system, wherein the first radio base station and the radio mobile station are connected by a user plane interface and a control plane interface between the radio base station and the core network.
  • system performance can be improved when a user terminal existing in a mobile body performs mobile communication.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a mobile communication system according to a first embodiment. It is explanatory drawing of the user / control plane of the mobile communication system which concerns on 1st Embodiment. It is explanatory drawing of the protocol stack of the mobile communication system which concerns on 1st Embodiment. 1 is a detailed configuration diagram of a mobile communication system according to a first embodiment. It is a whole block diagram of the mobile communication system which concerns on 2nd Embodiment. It is explanatory drawing of the user / control plane of the mobile communication system which concerns on 2nd Embodiment. It is explanatory drawing of the protocol stack
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a group mobility (GM) system in which a large number of user terminals existing in a mobile body perform mobile communication.
  • a GM system includes a radio base station (hereinafter referred to as a GM base station) arranged along a moving path of a mobile body and a mobile station (hereinafter referred to as a GM mobile station) mounted on the mobile body. It is comprised including.
  • the GM base station forms a cell (hereinafter referred to as a GM cell, which may be referred to as a moving cell) that covers the movement path.
  • a frequency band for example, an SHF (Super High Frequency) band or an EHF (equivalent to SHF) band
  • a macro cell or a cell with a relatively large coverage
  • a small cell Extremely High Frequency
  • GM mobile station is installed in a mobile body and communicates with a GM base station.
  • the GM mobile station performs handover between GM base stations at the GM cell end.
  • the GM mobile station can also communicate with a radio base station (macro base station) that forms a macro cell and a radio base station (small base station) that forms a small cell.
  • the GM base station and the GM mobile station may communicate with each other by a beam (beam forming) formed using a plurality of antenna elements.
  • beam forming it is possible to follow a relative position change as the moving body moves, and to ensure stable communication quality.
  • the communication quality can be further improved by using advanced beamforming (Massive MIMO configuration) using a large number of antenna elements (eg, 1024).
  • a radio base station that forms a cell (small cell) of a cellular system (for example, LTE, LTE-A, FRA, etc.), Wi-Fi system, and the like.
  • An access point (AP) that forms a Wi-Fi spot can be considered.
  • the present inventors When a cellular mobile base station is provided in a mobile body, there is a problem in how the mobile base station and the GM mobile station are connected. Therefore, the present inventors have obtained the idea of improving system performance when a large number of user terminals in a mobile body perform mobile communication by suitably connecting the mobile base station and the GM mobile station, The present invention has been reached.
  • a mobile object that can be mounted with many user terminals is, for example, a train, a bus, a ship, and the like, but any object that moves along a predetermined route is used. There may be.
  • a mobile body is a train is demonstrated as an example.
  • the mobile base station and the GM mobile station are connected by an interface between the radio base station and the core network, so that the GM mobile station is connected to the back of the mobile base station. It functions as a hall entrance.
  • the interface between the radio base station and the core network includes a user plane interface and a control plane interface.
  • the user plane interface between the radio base station and the core network is, for example, an S1-U interface, but is not limited thereto.
  • the control plane interface between the radio base station and the core network is, for example, an S1-MME (or S1-C) interface, but is not limited thereto.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the mobile communication system according to the first embodiment.
  • the mobile communication system 1 is arranged along a wireless mobile station (hereinafter referred to as a GM mobile station) 20 (wireless mobile station) provided in the mobile body 10 and a movement path of the mobile body 10.
  • a radio base station hereinafter referred to as GM base station
  • GM base station 30 (second radio base station)
  • CN core network
  • NW external network
  • CN GM base A core network (CN) 60 (second core network) connected to the station 30 and the CN 40.
  • the mobile unit 10 is provided with a user terminal 11 and a radio base station (hereinafter referred to as mobile base station) 12 (first radio base station) that forms a cell (small cell) C.
  • the user terminal 11 is a terminal that supports various communication methods such as LTE, LTE-A, and FRA.
  • the mobile communication system 1 includes a cellular system 1 (first communication system) including a user terminal 11, a mobile base station 12, and a CN 40, and a cellular system 2 including a GM mobile station 20, a GM base station 30, and a CN 60.
  • a cellular system 2 is provided as an internal system (backhaul system) of the cellular system 1.
  • a user / control plane interface for example, S1 between the radio base station and the core network is provided between the mobile base station 12 and the GM mobile station 20 serving as a connection point between the cellular system 1 and the cellular system 2.
  • -U / S1-MME interface is used.
  • a user / control plane interface for example, an S1-U / S1-MME interface
  • between the radio base station and the core network is used between the CN 40 and the CN 60.
  • the user terminal 11 is connected (located) to a mobile base station 12 that moves together with the mobile 10. For this reason, the user terminal 11 does not repeat the handover according to the movement of the mobile unit 10 as in the case where the user terminal 11 is directly connected (located) to the macro base station (see FIG. 3). Therefore, even when a large number of user terminals 11 in the mobile unit 10 perform mobile communication, control overhead and traffic concentration due to handover can be reduced, and system performance can be improved.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a user / control plane in the mobile communication system according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, in the mobile communication system 1, communication using the user plane 1 and communication using the control plane 1 are performed between the user terminal 11 and the CN 40.
  • uplink user data is transmitted from the user terminal 11 to the CN 40 via the mobile base station 12.
  • downlink user data from the external NW 50 is transmitted from the CN 40 to the user terminal 11 via the mobile base station 12.
  • control signals are transmitted and received between the user terminal 11 and the CN 40, between the user terminal 11 and the mobile base station 12, and between the mobile base station 12 and the CN 40, respectively.
  • the control signal (uplink / downlink control signal) includes a signal used for mobility control, authentication initial access control, and the like of the user terminal 11.
  • communication using the user plane 2 and communication using the control plane 2 are performed between the GM mobile station 20 and the CN 60.
  • the GM mobile station 20 uses the uplink user data and the uplink control signal of the lower layer (for example, L1 and L2 layers) received from the mobile base station 12 as the uplink user data.
  • the CN 60 transmits uplink user data and uplink control signals (lower layer data) of lower layers (for example, L1 and L2 layers) to the CN 40, respectively.
  • the CN 60 transmits downlink user data and downlink control signals of lower layers (for example, L1 and L2 layers) received from the CN 40 to the GM mobile station 20 as downlink user data.
  • the GM mobile station 20 transmits downlink user data and downlink control signals (lower layer data) of lower layers (for example, L1 and L2 layers) to the mobile base station 12, respectively.
  • control signals are transmitted and received between the GM mobile station 20 and the CN 60, between the GM mobile station 20 and the GM base station 30, and between the GM base station 30 and the CN 60.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a protocol stack in the mobile communication system according to the first embodiment.
  • 6A shows a user plane protocol stack
  • FIG. 6B shows a control plane protocol stack. Note that the protocol stacks of FIGS. 6A and 6B are merely examples, and are not limited thereto.
  • the user terminal 11 and the mobile base station 12 are connected via L1 (layer 1, physical layer), MAC (Medium Access Control) via a radio interface (referred to as Uu interface). ), User data is transmitted and received using RLC (Radio Link Control) and PDCP.
  • the mobile base station 12 converts L1, MAC, RLC, and PDCP data into L1, L2, UDP (User Datagram Protocol) / IP (Internet Protocol), GTP-U (GPRS Tunneling Protocol for the User plane) data. To do.
  • the mobile base station 12 and the CN 40 transmit user data using GTP-U and UDP / IP through a user plane interface (referred to as an S1-U interface) between the radio base station and the core network. Send and receive.
  • a user plane interface referred to as an S1-U interface
  • the CN 40 is provided with a plurality of gateway devices (for example, S-GW and P-GW). Between S-GW and P-GW, communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW. Communication with L1, L2, IPv4 / v6 (Internet Protocol version 4 / version 6), GRE (Generic Routing Encapsulation) tunnel (PMIP (Proxy Mobile IP) S5 / S8) If).
  • S-GW and P-GW communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW.
  • L1, L2, IPv4 / v6 Internet Protocol version 4 / version 6
  • GRE Generic Routing Encapsulation
  • PMIP Proxy Mobile IP
  • CN40 gateway device (for example, P-GW) converts L1, L2, UDP / IP, GTP-U data of user plane 1 into L1, L2, IP data (in case of GTP S5 / S8) .
  • the gateway device may convert L1, L2, IPv4 / v6, GRE tunnel, and IP data of the user plane 1 into L1, L2, and IP data (in the case of PMIP S5 / S8).
  • the mobile base station 12 and the GM mobile station 20 use L1 and L2 via the user plane interface (referred to as S1-U interface) between the radio base station and the core network to transmit user data.
  • the GM mobile station 20 converts L1 and L2 data of the user plane 1 into L1, MAC, RLC, and PDCP data of the user plane 2.
  • the GM mobile station 20 and the GM base station 30 transmit and receive user data using L1, MAC, RLC, and PDCP via a wireless interface (referred to as a Uu interface).
  • the GM base station 30 converts the L1, MAC, RLC, PDCP, and IP data of the user plane 2 into L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data of the user plane 2.
  • the GM base station 30 and the CN 60 use L1, L2, UDP / IP, and GTP-U via a user plane interface (referred to as an S1-U interface) between the radio base station and the core network. Send and receive data.
  • L1, L2, UDP / IP, and GTP-U via a user plane interface (referred to as an S1-U interface) between the radio base station and the core network.
  • S1-U interface a user plane interface
  • CN 60 is provided with a plurality of gateway devices (for example, S-GW and P-GW). Between S-GW and P-GW, communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW. And L1, L2, IPv4 / v6, and GRE tunnels may be used for communication (in the case of PMIP S5 / S8).
  • S-GW and P-GW communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW.
  • L1, L2, IPv4 / v6, and GRE tunnels may be used for communication (in the case of PMIP S5 / S8).
  • the gateway device of CN 60 (for example, P-GW) converts L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data of user plane 2 into L1 and L2 data of user plane 1 (GTP S5 / S8). If). Alternatively, the gateway device may convert L1, L2, IPv4 / v6, and GRE tunnel data of the user plane 2 into L1 and L2 data of the user plane 1 (in the case of PMIP S5 / S8).
  • CN 60 and CN 40 transmit and receive user data using L1 and L2 via an interface (referred to as an S1-U interface) between a radio base station and a user plane interface between the core network.
  • an interface referred to as an S1-U interface
  • CN 40 and external NW 50 transmit and receive user data using L1, L2, and IP through an interface (referred to as SGi interface) with external NW.
  • the user terminal 11 and the mobile base station 12 are connected via L1, MAC, RLC, PDCP, RRC (Radio Resource Control) via a radio interface (referred to as a Uu interface).
  • the control signal is transmitted and received using.
  • the mobile base station 12 converts the L1, MAC, RLC, PDCP, and RRC data in the control plane 1 into L1, L2, IP, SCTP (Stream Control Transmission Protocol), and S1-AP data.
  • the mobile base station 12 and the CN 40 send control signals using IP, SCTP, and S1-AP via a control plane interface (referred to as S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Send and receive. Moreover, UE11 and CN40 transmit / receive a control signal using NAS.
  • S1-MME interface control plane interface
  • the mobile base station 12 and the GM mobile station 20 use the control signals L1 and L2 via the control plane interface (referred to as S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Send and receive.
  • the GM mobile station 20 converts L1 and L2 data of the control plane 1 into L1, MAC, RLC, and PDCP data of the user plane 2.
  • the communication process of the user plane 2 between the GM mobile station 20 and the GM base station 30 and the communication process of the user plane 2 between the GM base station 30 and the CN 60 are as described with reference to FIG. 6A.
  • the gateway device (for example, P-GW) of the CN 60 converts L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data of the user plane 2 into L1 and L2 data of the control plane 1.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of each device of the mobile communication system according to the first embodiment.
  • Each device shown in FIG. 7 has hardware including a processor, a memory, an RF (Radio Frequency) circuit, an antenna, a display, a user interface, and the like, and a software module executed by the processor is stored in the memory. It is remembered.
  • the configuration of each device may be realized by the hardware described above, may be realized by a software module executed by a processor, or may be realized by a combination of both.
  • the user terminal 11 includes a wireless communication unit 111, a data processing unit 112, and a control unit 113.
  • the wireless communication unit 111 transmits / receives user data of the user plane 1 and control signals of the control plane 1 to / from the mobile base station 12 via a wireless interface (for example, Uu interface).
  • a wireless interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 111 may perform communication using L1 (FIGS. 6A and 6B). Note that the wireless communication unit 111 may perform wireless communication with a macro base station or a small base station provided outside the mobile object 10.
  • the data processing unit 112 performs data processing of a wireless interface (for example, Uu interface).
  • the data processing unit 112 may perform data processing of MAC, RLC, PDCP, IP, and application protocol (see FIG. 6A).
  • the data processing unit 112 may perform MAC, RLC, PDCP, RRC, NAS (Non-Access Stratum) data processing (see FIG. 6B).
  • the control unit 113 controls the wireless communication unit 111 and the data processing unit 112. Further, the control unit 113 may perform RRC control with the mobile base station 12 or may perform NAS control with the CN 40.
  • the mobile base station 12 includes a radio communication unit 121, a data processing unit 122, a network (NW) communication unit 123, and a control. Part 124.
  • the wireless communication unit 121 transmits / receives user data of the user plane 1 and control signals of the control plane 1 to / from the user terminal 11 via a wireless interface (for example, Uu interface).
  • a wireless interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 121 may perform communication using L1 (FIGS. 6A and 6B).
  • the data processor 122 performs data processing of a radio interface (eg, Uu interface) and a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • a radio interface eg, Uu interface
  • a user / control plane interface eg, S1-U / S1-MME interface
  • the data processing unit 122 may perform conversion processing between MAC, RLC, and PDCP user data and L1, L2, UDP / IP, and GTP-U user data (see FIG. 6A).
  • the data processing unit 122 may perform conversion processing between the control signals of MAC, RLC, PDCP, and RRC and the control signals of L2, IP, SCTP, and S1-AP (see FIG. 6B).
  • the NW communication unit 123 receives user data of the GM mobile station 20 and the user plane 1 via the user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the control signal of the control plane 1 is transmitted / received.
  • the control unit 124 controls the wireless communication unit 121, the data processing unit 122, and the NW communication unit 123.
  • the control unit 124 may perform RRC control with the user terminal 11 or may perform S1-AP control with the CN 40. In this case, RRC and S1-AP may not be converted by the data processing unit 122.
  • the GM mobile station 20 includes a network (NW) communication unit 201, a data processing unit 202, a wireless communication unit 203, and a control unit 204. It comprises.
  • the NW communication unit 201 communicates with the mobile base station 12 and user plane 1 user data via a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the control signal of the control plane 1 is transmitted and received.
  • the NW communication unit 201 may perform communication using L1 and L2 (FIGS. 6A and 6B).
  • the data processing unit 202 performs data processing of a radio interface (eg, Uu interface) and a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network. For example, the data processing unit 202 transmits user data of lower layers (L1, L2) of the user plane 1 and control signals of lower layers (L1, L2) of the control plane 1 to L1, MAC, RLC, You may convert into user data of PDCP and IP (refer FIG. 6A and 6B).
  • a radio interface eg, Uu interface
  • a user / control plane interface eg, S1-U / S1-MME interface
  • the data processing unit 202 transmits user data of lower layers (L1, L2) of the user plane 1 and control signals of lower layers (L1, L2) of the control plane 1 to L1, MAC, RLC, You may convert into user data of PDCP and IP (refer FIG. 6A and 6B).
  • the wireless communication unit 203 transmits / receives user data and control signals to / from the GM base station 30 via a wireless interface (for example, Uu interface). Specifically, the wireless communication unit 203 transmits / receives user data of the user plane 2 and a control signal of the control plane 2 to / from the GM base station 30. For example, the wireless communication unit 203 may perform communication using L1 (FIGS. 6A and 6B).
  • the wireless communication unit 203 may perform wireless communication with the GM base station 30 using beamforming.
  • the wireless communication unit 203 holds a large number of antenna elements, it is possible to perform more advanced beam forming by Massive MIMO. Through the beam forming, the communication quality between the GM mobile station 20 and the GM base station 30 can be improved.
  • the control unit 204 controls the NW communication unit 201, the data processing unit 202, and the wireless communication unit 203. In addition, the control unit 204 may perform NAS control with the CN 60, or may perform RRC control with the GM base station 30.
  • the GM base station 30 includes a wireless communication unit 301, a data processing unit 302, a network (NW) communication unit 303, and a control unit 304. It comprises.
  • the wireless communication unit 301 transmits / receives user data of the user plane 2 and control signals of the control plane 2 to / from the GM mobile station 20 via a wireless interface (for example, Uu interface).
  • a wireless interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 301 may perform communication using L1 (FIGS. 6A and 6B).
  • the wireless communication unit 301 may perform wireless communication with the GM mobile station 20 using beamforming.
  • the wireless communication unit 301 holds a large number of antenna elements, more advanced beam forming can be performed by massive MIMO. Through the beam forming, the communication quality between the GM mobile station 20 and the GM base station 30 can be improved.
  • the data processing unit 302 performs data processing of a radio interface (eg, Uu interface) and a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • a radio interface eg, Uu interface
  • a user / control plane interface eg, S1-U / S1-MME interface
  • the data processing unit 302 may perform conversion processing between MAC, RLC, and PDCP data and L2, UDP / IP, and GTP-U data (see FIGS. 6A and 6B).
  • the NW communication unit 303 transmits the CN 60, the user data of the user plane 2 and the control plane 2 via a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Send and receive control signals.
  • a user / control plane interface for example, S1-U / S1-MME interface
  • the control unit 304 controls the wireless communication unit 301, the data processing unit 302, and the NW communication unit 303. Further, the control unit 304 may perform RRC control with the GM mobile station 20, or may perform S1-AP control with the CN 60.
  • the CN 60 includes a network (NW) communication unit 601, a data processing unit 602, a network (NW) communication unit 603, and a control unit 604. To do.
  • the following configuration of the CN 60 may be configured by at least one of S-GW, P-GW, and MME provided in the CN 60.
  • the NW communication unit 601 receives user data of the GM base station 30 and the user plane 2 via the user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the control signal of the control plane 2 is transmitted / received.
  • the data processing unit 602 performs data processing of a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network, and an interface (for example, SGi interface) with an external network. .
  • a user / control plane interface for example, S1-U / S1-MME interface
  • an interface for example, SGi interface
  • the data processing unit 602 converts L1, L2, UDP / IP, and GTP-U user data of the user plane 2 into user data in the lower layers (L1, L2) of the user plane 1 and lower layers (L1) of the user plane 1. , L2) (see FIGS. 6A and 6B).
  • the NW communication unit 603 is connected to the CN 40, the user plane 1 user data and the control plane 1 via a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Send and receive control signals.
  • the NW communication unit 603 may perform communication using L1 and L2 (FIGS. 6A and 6B).
  • the control unit 604 controls the NW communication unit 601, the data processing unit 602, and the NW communication unit 603.
  • the control unit 604 may perform NAS control with the GM mobile station 20 or may perform S1-AP control with the GM base station 30.
  • the CN 40 includes a network (NW) communication unit 401, a data processing unit 402, an external network (NW) communication unit 403, and a control unit 404. It has.
  • the following configuration of CN 40 may be configured by at least one of S-GW, P-GW, and MME provided in CN 40.
  • the NW communication unit 401 is connected to the CN 60, the user data of the user plane 1 and the control plane 1 via a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Send and receive control signals.
  • the NW communication unit 401 may perform communication using L1 and L2 (FIGS. 6A and 6B).
  • the data processing unit 402 performs data processing of a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network and an interface (for example, SGi interface) with an external network.
  • the data processing unit 402 may perform conversion processing between L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data of the user plane 1 and L1, L2, and IP data (see FIG. 6A).
  • the data processing unit 402 may perform L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS data processing of the control plane 1 (see FIG. 6B).
  • the external NW communication unit 403 transmits / receives L1, L2, and IP data to / from the external NW 50 via an interface (for example, SGi interface) with the external NW 50.
  • an interface for example, SGi interface
  • the control unit 404 controls the NW communication unit 401, the data processing unit 402, and the external NW communication unit 403. Further, the control unit 404 may perform NAS control with the user terminal 11 or may perform S1-AP control with the mobile base station 12.
  • the cellular system 2 is provided as an internal system (backhaul system) of the cellular system 1 (see FIG. 4).
  • the mobile base station 12 and the GM mobile station 20 that are connection points between the cellular system 1 and the cellular system 2 are connected to a user / control plane interface (for example, S1-U / (S1-MME interface).
  • the user terminal 11 is connected (located) to the mobile base station 12 that moves together with the mobile body 10. For this reason, the user terminal 11 does not repeat the handover according to the movement of the mobile unit 10 as in the case where the user terminal 11 is directly connected (located) to the macro base station (see FIG. 3). Therefore, even when a large number of user terminals 11 in the mobile unit 10 perform mobile communication, control overhead and traffic concentration due to handover can be reduced, and system performance can be improved.
  • a mobile base station and a GM mobile station are connected by an interface between a core network and an external network, so that the GM mobile station is connected to an external mobile cellular system and a mobile cellular system. And function as a relay device.
  • the interface between the core network and the external network is, for example, an SGi interface, but is not limited thereto.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a mobile communication system according to the second embodiment.
  • the mobile communication system 2 includes a radio mobile station (hereinafter referred to as a GM mobile station) 20 provided in the mobile body 10 and a radio base station (hereinafter referred to as a mobile path) of the mobile body 10.
  • a radio mobile station hereinafter referred to as a GM mobile station
  • a radio base station hereinafter referred to as a mobile path
  • CN core network
  • NW external network
  • the mobile 10 includes a user terminal 11, a radio base station (hereinafter referred to as a mobile base station) 12 (first radio base station) that forms a cell (small cell) C, a mobile base station 12, A core network (CN) (hereinafter referred to as mobile CN) 13 connected to the GM mobile station 20 is provided.
  • the user terminal 11 is a terminal that supports various communication methods such as LTE, LTE-A, and FRA.
  • the mobile communication system 2 includes a mobile cellular system including a user terminal 11, a mobile base station 12, and a mobile CN 13, and a mobile external system including a GM mobile station 20, a GM base station 30, and a CN 40. Consists of including. As shown in FIG. 8, the mobile cellular system and the mobile cellular system are connected in series, and between the mobile CN 13 serving as a connection point and the GM mobile station 20, an interface between the core network and the external network. (For example, SGi interface) is used.
  • connection control, authentication control, mobility control (mobility control) and the like of the user terminal 11 are proxy-controlled by the GM mobile station 20.
  • the in-mobile body CN 13 transmits a proxy request signal to the GM mobile station 20, so that the GM mobile station 20 aggregates connection control, authentication control, mobility control, and the like of a large number of user terminals 11. Control. Therefore, even when a large number of user terminals 11 in the mobile unit 10 perform mobile communication, control overhead and traffic concentration due to handover can be reduced, and system performance can be improved.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a user / control plane in the mobile communication system according to the second embodiment.
  • communication using the user plane 1 and communication using the control plane 1 are performed in the mobile cellular system (between the user terminal 11 and the mobile CN 13).
  • communication using the user plane 2 and communication using the control plane 2 are performed in an extra-cellular cellular system (between the GM mobile station 20 and the CN 40).
  • uplink user data is transmitted from the user terminal 11 to the mobile CN 13 via the mobile base station 12.
  • Uplink user data received by the mobile body CN 13 is relayed (transferred) to the GM mobile station 20.
  • downlink user data relayed (transferred) from the GM mobile station 20 is transmitted from the mobile CN 13 to the user terminal 11 via the mobile base station 12.
  • control signals are transmitted between the user terminal 11 and the mobile CN 13, between the user terminal 11 and the mobile base station 12, and between the mobile base station 12 and the mobile CN 13. Sent and received.
  • the control signal (uplink / downlink control signal) includes a signal used for mobility control, authentication initial access control, and the like of the user terminal 11.
  • uplink user data relayed (transferred) from the mobile body CN 13 is transmitted from the GM mobile station 20 to the CN 40 via the GM base station 30.
  • Uplink user data received by the CN 40 is relayed (transferred) to the external NW 50.
  • downlink user data from the external NW 50 is transmitted from the CN 40 to the GM mobile station 20 via the GM base station 30.
  • proxy control signals are transmitted and received between the GM mobile station 20 and the CN 40, between the GM mobile station 20 and the GM base station 30, and between the GM base station 30 and the CN 40.
  • the control signal (uplink / downlink control signal) includes a signal used for mobility control, authentication initial access control, and the like of the user terminal 11.
  • the proxy control signal transmitted / received in the control plane 2 is a control signal for performing proxy control by integrating connection control, authentication control, mobility control, and the like of the user terminal 11 connected to the mobile base station 12.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a protocol stack in the mobile communication system according to the second embodiment.
  • FIG. 10A shows a user plane protocol stack
  • FIG. 10B shows a control plane protocol stack. Note that the protocol stacks of FIGS. 10A and 10B are merely examples, and are not limited thereto.
  • the user terminal 11 and the mobile base station 12 transmit and receive user data via a wireless interface (referred to as a Uu interface).
  • a wireless interface referred to as a Uu interface
  • L1 layer 1, physical layer
  • MAC Medium Access Control
  • RLC Radio Link Control
  • PDCP Packet Data Convergence Protocol
  • the mobile base station 12 converts L1, MAC, RLC, and PDCP data into L1, L2, UDP (User Datagram Protocol) / IP (Internet Protocol), GTP-U (GPRS Tunneling Protocol for the User plane) data. To do.
  • the mobile base station 12 and the mobile CN 13 transmit and receive user data via a user plane interface (referred to as an S1-U interface) between the radio base station and the core network. Specifically, communication using L1, L2, UDP / IP, and GTP-U is performed.
  • the mobile body CN13 is provided with a plurality of gateway devices (for example, S-GW and P-GW). Between S-GW and P-GW, communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW. Communication with L1, L2, IPv4 / v6 (Internet Protocol version 4 / version 6), GRE (Generic Routing Encapsulation) tunnel (PMIP (Proxy Mobile IP) S5 / S8) If).
  • S-GW and P-GW communication using L1, L2, UDP / IP, GTP-U may be performed (in the case of GTP S5 / S8), or S-GW and P-GW.
  • L1, L2, IPv4 / v6 Internet Protocol version 4 / version 6
  • GRE Generic Routing Encapsulation
  • the gateway device (for example, P-GW) of the mobile CN 13 converts L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data into L1, L2, and IP data (in the case of GTP S5 / S8).
  • the gateway device may convert L1, L2, IPv4 / v6, GRE tunnel, and IP data into L1, L2, and IP data (in the case of PMIP S5 / S8).
  • the gateway device (for example, P-GW) of the mobile body CN 13 and the GM mobile station 20 transmit and receive user data via an interface (referred to as an SGi interface) between the core network and an external network. Specifically, communication using L1, L2, and IP is performed.
  • the GM mobile station 20 converts L1, L2, and IP data into L1, MAC, RLC, PDCP, and IP data.
  • the GM mobile station 20 and the GM base station 30 transmit and receive user data via a wireless interface (referred to as a Uu interface). Specifically, similarly to the communication between the user terminal 11 and the mobile base station 12, communication using L1, MAC, RLC, and PDCP is performed. Similar to the mobile base station 12, the GM base station 30 converts L1, MAC, RLC, and PDCP data into L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data.
  • the GM base station 30 and the CN 40 transmit and receive user data via a user plane interface (referred to as an S1-U interface) between the radio base station and the core network. Specifically, communication using L1, L2, UDP / IP, and GTP-U is performed.
  • the gateway device (for example, P-GW) of CN 40 converts UDP / IP, GTP-U, and IP data into L1, L2, and IP data (GTP S5 / S8) in the same manner as the gateway device of mobile body CN13. in the case of).
  • the gateway device of the CN 40 may convert L1, L2, IPv4 / v6, GRE tunnel, and IP data into L1, L2, and IP data (in the case of PMIP S5 / S8).
  • the user terminal 11 and the mobile base station 12 transmit and receive control signals via a wireless interface (referred to as a Uu interface).
  • a wireless interface referred to as a Uu interface
  • L1, MAC, RLC, PDCP, RRC (Radio Resource Control) is performed.
  • the mobile base station 12 converts L1, MAC, RLC, PDCP, and RRC data into L1, L2, IP, SCTP (Stream Control Transmission Protocol), and S1-AP data.
  • the mobile base station 12 and the mobile CN 13 transmit and receive control signals via a control plane interface (referred to as an S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Specifically, communication using L1, L2, IP, SCTP, and S1-AP is performed.
  • a control plane interface referred to as an S1-MME interface
  • the GM mobile station 20 and the GM base station 30 transmit and receive control signals via a wireless interface (referred to as a Uu interface). Specifically, communication using L1, MAC, RLC, PDCP, and RRC is performed.
  • the mobile base station 12 converts L1, MAC, RLC, PDCP, and RRC data into L1, L2, IP, SCTP, and S1-AP data.
  • the GM base station 30 and the CN 40 transmit and receive a control signal (proxy control signal) via a control plane interface (referred to as an S1-MME interface) between the radio base station and the core network. Specifically, communication using L1, L2, IP, SCTP, and S1-AP is performed.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of each device of the mobile communication system according to the second embodiment.
  • Each device shown in FIG. 11 has hardware including a processor, a memory, an RF (Radio Frequency) circuit, an antenna, a display, a user interface, and the like, and a software module executed by the processor is stored in the memory. It is remembered.
  • the configuration of each device may be realized by the hardware described above, may be realized by a software module executed by a processor, or may be realized by a combination of both.
  • the user terminal 11 includes a wireless communication unit 111, a data processing unit 112, a control unit 113, and a wired communication unit 114. . Note that the wired communication unit 114 may be omitted.
  • the wireless communication unit 111 transmits / receives user data of the user plane 1 and control signals of the control plane 1 to / from the mobile base station 12 via a wireless interface (for example, Uu interface).
  • a wireless interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 111 may perform communication using L1 (FIGS. 10A and 10B). Note that the wireless communication unit 111 may perform wireless communication with a macro base station or a small base station provided outside the mobile object 10.
  • the data processing unit 112 performs data processing of a wireless interface (for example, Uu interface). For example, the data processing unit 112 may perform user data processing using MAC, RLC, PDCP, IP, and application protocol (see FIG. 10A). Further, the data processing unit 112 may perform control signal data processing using L1, MAC, RLC, PDCP, RRC, NAS (Non-Access Stratum) (see FIG. 10B).
  • the control signal includes a signal used for mobility control of the user terminal 11 and authentication initial access control.
  • the control unit 113 controls the wireless communication unit 111, the data processing unit 112, and the wired communication unit 114. Further, the control unit 113 may perform NAS control with the CN 40 or may perform RRC control with the mobile base station 12.
  • the wired communication unit 114 transmits / receives user data to / from the GM mobile station 20 by using a cable extending from the GM mobile station 20.
  • the GM mobile station 20 uses the same protocol stack as that of the user terminal 11 (see FIG. 10A). For this reason, the wired communication unit 114 can transmit and receive user data to and from the GM mobile station 20 without going through the mobile base station 12 and the mobile CN 13 described later.
  • the mobile base station 12 includes a wireless communication unit 121, a data processing unit 122, a network (NW) communication unit 123, and a control unit. 124.
  • the wireless communication unit 121 transmits / receives user data of the user plane 1 and control signals of the control plane 1 to / from the user terminal 11 via a wireless interface (for example, Uu interface).
  • a wireless interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 121 may perform communication using L1 (FIGS. 10A and 10B).
  • the data processor 122 performs data processing of a radio interface (eg, Uu interface) and a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • a radio interface eg, Uu interface
  • a user / control plane interface eg, S1-U / S1-MME interface
  • the data processing unit 122 may perform conversion processing between MAC, RLC, and PDCP user data and L1, L2, UDP / IP, and GTP-U user data (see FIG. 10A).
  • the data processing unit 122 may perform conversion processing between the control signals of MAC, RLC, PDCP, and RRC and the control signals of L2, IP, SCTP, and S1-AP (see FIG. 10B).
  • the NW communication unit 123 is connected to the mobile body CN 13 and the user plane 1 user data and control via a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the plane 1 control signal is transmitted and received.
  • the control unit 124 controls the wireless communication unit 121, the data processing unit 122, and the NW communication unit 123.
  • the control unit 124 may perform RRC control with the user terminal 11, or may perform S1-AP control with the mobile body CN13. In this case, RRC and S1-AP may not be converted by the data processing unit 122.
  • the control unit 124 may transmit a proxy request signal via the NW communication unit 123.
  • the proxy request signal is a signal that requests that the GM mobile station 20 collectively perform control plane communication (for example, handover control, mobility management, etc.) of the plurality of user terminals 11 on behalf of the GM mobile station 20.
  • the mobile CN 13 includes a network (NW) communication unit 131, a data processing unit 132, an external network (NW) communication unit 133, and a control. Part 134.
  • the following configuration of the mobile body CN13 may be configured by at least one of S-GW, P-GW, and MME provided in the mobile body CN13.
  • the NW communication unit 131 transmits the user base station 12 and user plane 1 user data via a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the control signal of the control plane 1 is transmitted and received.
  • the data processing unit 132 performs data processing of a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network, and an interface (for example, SGi interface) with an external network.
  • a user / control plane interface for example, S1-U / S1-MME interface
  • an interface for example, SGi interface
  • the data processing unit 132 may perform conversion processing between L1, L2, UDP / IP, and GTP-U user data and L1, L2, and IP user data (see FIG. 10A).
  • the data processing unit 132 may perform data processing of control signals of L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS (see FIG. 10B).
  • the external NW communication unit 133 transmits / receives user data to / from the GM mobile station 20 via an interface (for example, SGi interface) between the core network and the external network. Further, the external NW communication unit 133 transmits a proxy request signal for the GM mobile station 20 to the GM mobile station 20.
  • an interface for example, SGi interface
  • the control unit 134 controls the NW communication unit 131, the data processing unit 132, and the external NW communication unit 133. Further, the control unit 134 may perform NAS control with the user terminal 11 or may perform S1-AP control with the mobile base station 12. The control unit 134 may transmit a proxy request signal via the external NW communication unit 133. The proxy request signal may be transmitted to the GM mobile station 20 under the control of the mobile base station 12.
  • the GM mobile station 20 includes an external network (NW) communication unit 205, a data processing unit 202, a wireless communication unit 203, and a control unit. 204.
  • NW external network
  • the external NW communication unit 205 transmits / receives user data to / from the mobile CN 13 via an interface (for example, SGi interface) between the core network and the external network.
  • the external NW communication unit 205 receives a proxy request signal from the mobile base station 12 or the mobile CN 13 and outputs the proxy request signal to the control unit 204.
  • the data processing unit 202 performs data processing of an interface (for example, SGi interface) between a core network and an external network and a wireless interface (for example, Uu interface). For example, the data processing unit 202 may perform conversion processing between L1, L2, and IP data and L1, MAC, RLC, PDCP, and IP data (see FIG. 10A). Further, the data processing unit 202 may perform data processing of L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS (see FIG. 10B).
  • an interface for example, SGi interface
  • Uu interface for example, the data processing unit 202 may perform conversion processing between L1, L2, and IP data and L1, MAC, RLC, PDCP, and IP data (see FIG. 10A).
  • the data processing unit 202 may perform data processing of L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS (see FIG. 10B).
  • the radio communication unit 203 transmits / receives user data of the user plane 2 and a control signal (proxy control signal) of the control plane 2 to / from the GM base station 30 via a radio interface (for example, Uu interface).
  • a radio interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 203 may perform communication using L1 (FIGS. 10A and 10B).
  • the wireless communication unit 203 may perform wireless communication with the GM base station 30 using beamforming.
  • the wireless communication unit 203 holds a large number of antenna elements, it is possible to perform more advanced beam forming by Massive MIMO. Through the beam forming, the communication quality between the GM mobile station 20 and the GM base station 30 can be improved.
  • the control unit 204 controls the external NW communication unit 205, the data processing unit 202, and the wireless communication unit 203.
  • the control unit 204 may perform NAS control with the CN 40 or may perform RRC control with the GM base station 30.
  • the control unit 204 performs proxy control of connection control, authentication control, mobility control, and the like of the user terminal 11 according to proxy request signals from the mobile base station 12 and the mobile CN 13.
  • the GM base station 30 includes a wireless communication unit 301, a data processing unit 302, a network (NW) communication unit 303, and a control unit 304. It comprises.
  • the radio communication unit 301 transmits / receives user data of the user plane 2 and a control signal (proxy control signal) of the control plane 2 to / from the GM mobile station 20 via a radio interface (for example, Uu interface).
  • a radio interface for example, Uu interface
  • the wireless communication unit 301 may perform communication using L1 (FIGS. 10A and 10B).
  • the wireless communication unit 301 may perform wireless communication with the GM mobile station 20 using beamforming.
  • the wireless communication unit 301 holds a large number of antenna elements, more advanced beam forming can be performed by massive MIMO. Through the beam forming, the communication quality between the GM mobile station 20 and the GM base station 30 can be improved.
  • the data processing unit 302 performs data processing of a radio interface (eg, Uu interface) and a user / control plane interface (eg, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • a radio interface eg, Uu interface
  • a user / control plane interface eg, S1-U / S1-MME interface
  • the data processing unit 302 may perform conversion processing between L1, MAC, RLC, PDCP, and IP data and L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data (see FIG. 10A).
  • the data processing unit 302 may perform conversion processing between L1, MAC, RLC, PDCP, and RRC data and L1, L2, IP, SCTP, and S1-AP data (see FIG. 10B).
  • the NW communication unit 303 is connected to the CN 40, the user plane 2 user data and the control plane 2 via a user / control plane interface (for example, S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • Control signals proxy control signals
  • the control unit 304 controls the wireless communication unit 301, the data processing unit 302, and the NW communication unit 303. Further, the control unit 304 may perform RRC control with the GM mobile station 20, or may perform S1-AP control with the CN 40. In this case, RRC and S1-AP may not be converted by the data processing unit 302.
  • the CN 40 includes a network (NW) communication unit 401, a data processing unit 402, an external network (NW) communication unit 403, and a control unit 404. It has.
  • the following configuration of CN 40 may be configured by at least one of S-GW, P-GW, and MME provided in CN 40.
  • the NW communication unit 401 transmits user data of the GM base station 30 and the user plane 2 via a user / control plane interface (for example, an S1-U / S1-MME interface) between the radio base station and the core network.
  • the control signal (proxy control signal) of the control plane 2 is transmitted and received.
  • the data processing unit 402 performs data processing of an interface (for example, SGi interface) between the core network and the external network. For example, the data processing unit 402 may perform conversion processing between L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data and L1, L2, and IP data (see FIG. 10A). Further, the data processing unit 402 may perform data processing of L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS (see FIG. 10B).
  • an interface for example, SGi interface
  • the data processing unit 402 may perform conversion processing between L1, L2, UDP / IP, and GTP-U data and L1, L2, and IP data (see FIG. 10A). Further, the data processing unit 402 may perform data processing of L1, L2, IP, SCTP, S1-AP, and NAS (see FIG. 10B).
  • External NW communication unit 403 communicates with external NW 50 via an interface (SGi interface or the like) between the core network and the external network.
  • interface SGi interface or the like
  • the control unit 404 controls the NW communication unit 401, the data processing unit 402, and the external NW communication unit 403. Also, the control unit 404 may perform NAS control with the GM mobile station 20 or may perform S1-AP control with the GM base station 30.
  • the mobile communication system includes a user terminal 11 existing in the mobile body 10 and a mobile base station 12 (first radio base station) that forms a cell in the mobile body 10.
  • a mobile cellular system (first communication system) including a mobile CN 13 (first core network) connected to the mobile base station 12, and a GM mobile station 20 (wireless) provided in the mobile 10 Mobile station), a GM base station 30 (second radio base station) that forms a cell on the moving path of the mobile body 10, and a CN 40 (second core network) connected to the GM base station 30 and an external network
  • a mobile external cellular system (first communication system) and the mobile CN 13 and the GM mobile station 20 are connected to a core network and an external network.
  • a mobile communication system characterized in that it is connected with Esu.
  • the mobile cellular system and the mobile cellular system are connected in parallel (see FIG. 8), Between the mobile CN 13 serving as a connection point and the GM mobile station 20, an interface (for example, SGi interface) between a core network and an external network is used.
  • an interface for example, SGi interface
  • connection control, authentication control, mobility control (mobility control), and the like of the user terminal 11 are proxy-controlled by the GM mobile station 20. Therefore, even when a large number of user terminals 11 in the mobile unit 10 perform mobile communication, control overhead and traffic concentration due to handover can be reduced, and system performance can be improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

　同一の移動体内に存在する多数の端末における移動通信（グループモビリティ）に対して、システムパフォーマンスを向上すること。本発明の移動通信システムは、移動体（１０）内に存在するユーザ端末（１１）と、移動体（１０）内にセルを形成する第１無線基地局（１２）と、外部ネットワーク（５０）に接続される第１コアネットワーク（４０）とを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、移動体（１０）の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局（２０）と、第２無線基地局（２０）と接続される第２コアネットワーク（６０）とを含む第２通信システムと、を具備する。第１無線基地局（１２）と無線移動局（２０）とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続される。

Description

移動通信システム、無線基地局、無線移動局及び移動通信方法
　本発明は、移動体内に存在するユーザ端末の移動通信（グループモビリティ（ＧＭ：Group　Mobility））に関する。
　ＬＴＥ（Long　Term　Evolution）やＬＴＥの後継の移動通信システム（例えば、ＬＴＥアドバンスト、ＦＲＡ（Future　Radio　Access）、４Ｇなどともいう）では、ユーザ端末（ＵＥ：User　Equipment）は、無線基地局（ｅＮＢ：eNodeB）を介して、コアネットワーク（ＣＮ：Core　Network、ＥＰＣ：Evolved　Packet　Coreなどともいう）との間で、ユーザデータ（ユーザ（Ｕ）プレーン）と、制御信号（制御（Ｃ）プレーン）を送受信する（例えば、非特許文献１）。
　図１に示すように、ユーザプレーンにおいて、ユーザ端末、無線基地局及びコアネットワーク上の装置（例えば、サービングゲートウェイ（Ｓ－ＧＷ：Serving　GateWay）、パケットデータネットワークゲートウェイ（Ｐ－ＧＷ：Packet　data　network　GateWay／ＰＤＮ－ＧＷ）など）が、ユーザデータを送受信する。また、制御プレーンにおいて、ユーザ端末、無線基地局及びコアネットワーク上の装置（例えば、上述のＳ－ＧＷ、Ｐ－ＧＷ、モビリティ管理装置（ＭＭＥ：Mobility　Management　Entity）など）が、制御信号を送受信する。
　上述の移動通信システムでは、同一の移動体（例えば、電車、バス、船など）内に存在する多数のユーザ端末（ＵＥ：User　Equipment）が移動通信（グループモビリティ（ＧＭ：Group　Mobility））を行う場合、各ユーザ端末が個別に無線基地局に接続して通信を行うため、制御オーバヘッドやトラヒックの集中などによりシステム性能（System　Performance）が低下する恐れがある。
　例えば、図２に示すように、移動体がセル（マクロセル）１からセル（マクロセル）２に移動する場合、当該移動体内の多数のユーザ端末が一斉に無線基地局１から無線基地局２にハンドオーバすることになる。このため、制御信号のオーバヘッドが増大したり、無線基地局１及び２にトラヒックが集中したりする結果、システム性能が低下する恐れがある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、移動体内に存在するユーザ端末が移動通信を行う場合に、システム性能を向上可能な移動通信システム、無線基地局、無線移動局、移動通信方法を提供することを目的とする。
　本発明の移動通信システムは、移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備し、前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続される。
　本発明によれば、移動体内に存在するユーザ端末が移動通信を行う場合に、システム性能を向上できる。
従来の移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 従来の移動通信システムの一例を示す図である。 グループモビリティの概念図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムのプロトコルスタックの説明図である。 第１の実施形態に係る移動通信システムの詳細構成図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムの全体構成図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムのユーザ／制御プレーンの説明図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムのプロトコルスタックの説明図である。 第２の実施形態に係る移動通信システムの詳細構成図である。
　図３は、移動体内に存在する多数のユーザ端末が移動通信を行うグループモビリティ（ＧＭ）システムの概念図である。図３に示すように、ＧＭシステムは、移動体の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）と、移動体に搭載される移動局（以下、ＧＭ移動局）とを含んで構成される。
　ＧＭ基地局は、移動経路をカバーするセル（以下、ＧＭセルという、なお、ムービングセルなどと呼ばれてもよい）を形成する。ＧＭセルでは、相対的に大きいカバレッジのセル（以下、マクロセルという）や相対的に小さいカバレッジのセル（以下、スモールセルという）とは異なる周波数帯（例えば、ＳＨＦ（Super　High　Frequency）帯やＥＨＦ（Extremely　High　Frequency）帯）が用いられてもよい。異なる周波数帯を用いることで、既存のマクロセルやスモールセルへの負担を軽減でき、トラヒックの集中を回避できる。
　ＧＭ移動局は、移動体に設置され、ＧＭ基地局と通信する。ＧＭ移動局は、ＧＭセル端において、ＧＭ基地局間のハンドオーバを行う。なお、ＧＭ移動局は、マクロセルを形成する無線基地局（マクロ基地局）や、スモールセルを形成する無線基地局（スモール基地局）とも通信可能である。
　ＧＭシステムにおいて、ＧＭ基地局及びＧＭ移動局は、それぞれ、複数のアンテナ素子を用いて形成されるビーム（ビームフォーミング）により、通信してもよい。ビームフォーミングにより、移動体の移動に伴い相対的な位置変化に追従でき、安定した通信品質を確保できる。特に、大量のアンテナ素子（例えば、１０２４個）を用いた高度なビームフォーミング（Massive　ＭＩＭＯ構成）を用いれば、通信品質を更に向上させることができる。
　ところで、ＧＭシステムを用いて移動体内のユーザ端末が通信を行うためには、当該ユーザ端末とＧＭ移動局との通信を中継する装置を移動体内に設けることが必要となる。このような装置としては、例えば、セルラ方式（例えば、ＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａ、ＦＲＡなど）のセル（スモールセル）を形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）や、Ｗｉ－Ｆｉ方式のＷｉ－Ｆｉスポットを形成するアクセスポイント（ＡＰ）などが考えられる。
　移動体内にセルラ方式の移動体内基地局を設ける場合、当該移動体内基地局とＧＭ移動局とをどのような構成で接続させるかが問題となる。そこで、本発明者らは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを好適に接続させることで、移動体内の多数のユーザ端末が移動通信を行う場合におけるシステム性能を向上させるという着想を得て、本発明に至った。
　以下、本実施形態に係る移動通信システムを詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る移動通信システムにおいて、多くのユーザ端末を搭載可能な移動体は、例えば、電車、バス、船などであるが、所定経路に沿って移動すればどのような物体であってもよい。以下では、移動体が電車である場合を一例として説明する。
（第１の実施形態）
　図４－７を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。第１の実施形態に係る移動通信システムでは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを、無線基地局とコアネットワークとの間のインタフェースで接続させることで、ＧＭ移動局を移動体内基地局のバックホール・エントランスとして機能させる。
　ここで、無線基地局とコアネットワークとの間のインタフェースは、ユーザプレーンインタフェースと制御プレーンインタフェースとを含む。無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースは、例えば、Ｓ１－Ｕインタフェースであるが、これに限られない。また、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースは、例えば、Ｓ１－ＭＭＥ（又はＳ１－Ｃともいう）インタフェースであるが、これに限られない。
（１．１）移動通信システム１の構成
　図４は、第１の実施形態に係る移動通信システムの概略図である。図４に示すように、移動通信システム１は、移動体１０に設けられる無線移動局（以下、ＧＭ移動局という）２０（無線移動局）と、移動体１０の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）３０（第２無線基地局）と、インターネットなどの外部ネットワーク（ＮＷ）５０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）４０（第１コアネットワーク）と、ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とに接続されるコアネットワーク（ＣＮ）６０（第２コアネットワーク）と、を含む。
　また、移動体１０には、ユーザ端末１１と、セル（スモールセル）Ｃを形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）１２（第１無線基地局）と、が設けられる。なお、ユーザ端末１１は、ＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａ、ＦＲＡなどの各種通信方式に対応した端末である。
　また、移動通信システム１は、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とＣＮ４０とを含むセルラシステム１（第１通信システム）と、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とＣＮ６０とを含むセルラシステム２（第２通信システム）とを含んで構成される。図４に示すように、セルラシステム１の内部システム（バックホールシステム）として、セルラシステム２が設けられる。このため、セルラシステム１とセルラシステム２との接続点となる移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０との間では、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）が用いられる。同様に、ＣＮ４０とＣＮ６０との間でも、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）が用いられる。
　移動通信システム１において、ユーザ端末１１は、移動体１０とともに移動する移動体内基地局１２に接続（在圏）する。このため、ユーザ端末１１が、マクロ基地局（図３参照）に直接接続（在圏）する場合のように、移動体１０の移動に従って、ハンドオーバを繰り返すことがない。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（１．２）ユーザ／制御プレーンの通信処理
　図５及び図６を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザプレーンと制御プレーンとを用いた通信を説明する。図５は、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザ／制御プレーンの説明図である。図５に示すように、移動通信システム１では、ユーザ端末１１とＣＮ４０との間で、ユーザプレーン１を用いた通信と制御プレーン１を用いた通信とが行われる。
　具体的には、ユーザプレーン１では、上りユーザデータが、移動体内基地局１２を介してユーザ端末１１からＣＮ４０に送信される。一方、外部ＮＷ５０からの下りユーザデータは、移動体内基地局１２を介して、ＣＮ４０からユーザ端末１１に送信される。
　また、制御プレーン１では、ユーザ端末１１とＣＮ４０との間、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間、移動体内基地局１２とＣＮ４０との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
　また、移動通信システム１では、ＧＭ移動局２０とＣＮ６０との間で、ユーザプレーン２を用いた通信と制御プレーン２を用いた通信とが行われる。
　具体的には、ユーザプレーン２では、ＧＭ移動局２０が、移動体内基地局１２から受信される下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の上りユーザデータ及び上り制御信号を、上りユーザデータとしてＣＮ６０に送信する。ＣＮ６０は、下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の上りユーザデータ及び上り制御信号（下位レイヤデータ）をそれぞれＣＮ４０に送信する。
　また、ユーザプレーン２では、ＣＮ６０が、ＣＮ４０から受信される下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の下りユーザデータ及び下り制御信号を、下りユーザデータとしてＧＭ移動局２０に送信する。ＧＭ移動局２０は、下位レイヤ（例えば、Ｌ１、Ｌ２レイヤ）の下りユーザデータ及び下り制御信号（下位レイヤデータ）をそれぞれ移動体内基地局１２に送信する。
　一方、制御プレーン２では、ＧＭ移動局２０とＣＮ６０との間、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間、ＧＭ基地局３０とＣＮ６０との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。
　図６は、第１の実施形態に係る移動通信システムにおけるプロトコルスタックの一例を示す図である。図６Ａは、ユーザプレーンのプロトコルスタックを示し、図６Ｂは、制御プレーンのプロトコルスタックを示す。なお、図６Ａ及び６Ｂのプロトコルスタックは一例にすぎず、これらに限られない。
　図６Ａに示すように、ユーザプレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とが、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１（レイヤ１、物理層）、ＭＡＣ（Medium　Access　Control）、ＲＬＣ（Radio　Link　Control）、ＰＤＣＰを用いて、ユーザデータを送受信する。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ（User　Datagram　Protocol）／ＩＰ（Internet　Protocol）、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS　Tunneling　Protocol　for　the　User　plane）のデータに変換する。
　移動体内基地局１２とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ＧＴＰ－Ｕ、ＵＤＰ／ＩＰを用いて、ユーザデータを送受信する。
　なお、図示しないが、ＣＮ４０には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ－ＧＷ及びＰ－ＧＷ）が設けられる。Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６（Internet　Protocol　version　4/version　6）、ＧＲＥ（Generic　Routing　Encapsulation）トンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ（Proxy　Mobile　IP）　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　ＣＮ４０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　また、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いて、ユーザデータを送受信する。ＧＭ移動局２０は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータをユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータに変換する。
　ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰを用いて、ユーザデータを送受信する。ＧＭ基地局３０は、ユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータをユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータに変換する。
　ＧＭ基地局３０とＣＮ６０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いてユーザデータを送受信する。
　なお、図示しないが、ＣＮ６０には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ－ＧＷ及びＰ－ＧＷ）が設けられる。Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　ＣＮ６０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータを、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータに変換する（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネルのデータを、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２のデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　ＣＮ６０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースとの間のインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いてユーザデータを送受信する。
　ＣＮ４０と外部ＮＷ５０とは、外部ＮＷとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰを用いて、ユーザデータを送受信する。
　図６Ｂに示すように、制御プレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ（Radio　Resource　Control）を用いて制御信号を送受信する。移動体内基地局１２は、制御プレーン１のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ（Stream　Control　Transmission　Protocol）、Ｓ１－ＡＰのデータに変換する。
　移動体内基地局１２とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１－ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰを用いて、制御信号を送受信する。また、ＵＥ１１とＣＮ４０とは、ＮＡＳを用いて、制御信号を送受信する。
　また、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１－ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、Ｌ１、Ｌ２を用いて、制御信号を送受信する。ＧＭ移動局２０は、制御プレーン１のＬ１、Ｌ２のデータをユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータに変換する。
　ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間におけるユーザプレーン２の通信処理、ＧＭ基地局３０とＣＮ６０との間におけるユーザプレーン２の通信処理は、図６Ａを参照して説明した通りである。ＣＮ６０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータを制御プレーン１のＬ１、Ｌ２、のデータに変換する。
（１．３）各装置の構成
　図７を参照し、第１の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成を説明する。図７は、第１の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成図である。なお、図７に示す各装置は、プロセッサ、メモリ、ＲＦ（Radio　Frequency）回路、アンテナ、ディスプレイ、ユーザインタフェースなどを含むハードウェアを有しており、メモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。各装置の構成は、上述のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。
（１．３．１）ユーザ端末１１の構成
　図７に示すように、ユーザ端末１１は、無線通信部１１１と、データ処理部１１２と、制御部１１３とを具備する。
　無線通信部１１１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１１１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。なお、無線通信部１１１は、移動体１０外に設けられるマクロ基地局やスモール基地局と無線通信を行ってもよい。
　データ処理部１１２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰ、アプリケーションプロトコルのデータ処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ、ＮＡＳ（Non-Access　Stratum）のデータ処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
　制御部１１３は、無線通信部１１１、データ処理部１１２を制御する。また、制御部１１３は、移動体内基地局１２との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよい。
（１．３．２）移動体内基地局１２の構成
　図７に示すように、移動体内基地局１２は、無線通信部１２１と、データ処理部１２２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部１２３と、制御部１２４とを具備する。
　無線通信部１２１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ユーザ端末１１と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１２１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　データ処理部１２２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのユーザデータとＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣの制御信号と、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰの制御信号との変換処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
　ＮＷ通信部１２３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
　制御部１２４は、無線通信部１２１、データ処理部１２２、ＮＷ通信部１２３を制御する。また、制御部１２４は、ユーザ端末１１との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１－ＡＰはデータ処理部１２２で変換されなくともよい。
（１．３．３）ＧＭ移動局２０の構成
　図７に示すように、ＧＭ移動局２０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部２０１と、データ処理部２０２と、無線通信部２０３と、制御部２０４とを具備する。
　ＮＷ通信部２０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部２０１は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　データ処理部２０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部２０２は、ユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）のユーザデータと制御プレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）の制御信号とを、ユーザプレーン２のＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのユーザデータに変換してもよい（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
　無線通信部２０３は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザデータ及び制御信号を送受信する。具体的には、無線通信部２０３は、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部２０３は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　なお、無線通信部２０３は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ基地局３０との無線通信を行ってもよい。無線通信部２０３が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive　ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
　制御部２０４は、ＮＷ通信部２０１、データ処理部２０２、無線通信部２０３を制御する。また、制御部２０４は、ＣＮ６０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。
（１．３．４）ＧＭ基地局３０の構成
　図７に示すように、ＧＭ基地局３０は、無線通信部３０１と、データ処理部３０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部３０３と、制御部３０４とを具備する。
　無線通信部３０１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部３０１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　なお、無線通信部３０１は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ移動局２０との無線通信を行ってもよい。無線通信部３０１が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive　ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
　データ処理部３０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部３０２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータとＬ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
　ＮＷ通信部３０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ６０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。
　制御部３０４は、無線通信部３０１、データ処理部３０２、ＮＷ通信部３０３を制御する。また、制御部３０４は、ＧＭ移動局２０との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ６０との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．３．５）ＣＮ６０の構成
　図７に示すように、ＣＮ６０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部６０１と、データ処理部６０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部６０３と、制御部６０４とを具備する。なお、ＣＮ６０の下記構成は、ＣＮ６０に設けられるＳ－ＧＷ、Ｐ－ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
　ＮＷ通信部６０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号を送受信する。
　データ処理部６０２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部６０２は、ユーザプレーン２のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのユーザデータをユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）のユーザデータとユーザプレーン１の下位レイヤ（Ｌ１、Ｌ２）の制御信号に変換する（図６Ａ及び６Ｂ参照）。
　ＮＷ通信部６０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ４０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部６０３は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　制御部６０４は、ＮＷ通信部６０１、データ処理部６０２、ＮＷ通信部６０３を制御する。また、制御部６０４は、ＧＭ移動局２０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．３．６）ＣＮ４０の構成
　図７に示すように、ＣＮ４０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部４０１と、データ処理部４０２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部４０３と、制御部４０４とを具備する。なお、ＣＮ４０の下記構成は、ＣＮ４０に設けられるＳ－ＧＷ、Ｐ－ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
　ＮＷ通信部４０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ６０と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、ＮＷ通信部４０１は、Ｌ１、Ｌ２を用いた通信を行ってもよい（図６Ａ、６Ｂ）。
　データ処理部４０２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部４０２は、ユーザプレーン１のＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図６Ａ参照）。また、データ処理部４０２は、制御プレーン１のＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図６Ｂ参照）。
　外部ＮＷ通信部４０３は、外部ＮＷ５０とのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、外部ＮＷ５０と、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータを送受信する。
　制御部４０４は、ＮＷ通信部４０１、データ処理部４０２、外部ＮＷ通信部４０３を制御する。また、制御部４０４は、ユーザ端末１１との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。
（１．４）作用・効果
　以上のように、第１の実施形態に係る移動通信システムでは、セルラシステム１の内部システム（バックホールシステム）として、セルラシステム２が設けられる（図４参照）。また、セルラシステム１とセルラシステム２との接続点となる移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）で接続される。
　これにより、ユーザ端末１１は、移動体１０とともに移動する移動体内基地局１２に接続（在圏）する。このため、ユーザ端末１１が、マクロ基地局（図３参照）に直接接続（在圏）する場合のように、移動体１０の移動に従って、ハンドオーバを繰り返すことがない。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（第２の実施形態）
　図８－１１を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムについて説明する。第２の実施形態に係る移動通信システムでは、移動体内基地局とＧＭ移動局とを、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースで接続させることで、ＧＭ移動局を移動体外セルラシステムと移動体内セルラシステムとの中継装置として機能させる。
　ここで、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースは、例えば、ＳＧｉインタフェースであるが、これに限られない。
（２．１）移動通信システムの構成
　図８は、第２の実施形態に係る移動通信システムの概略図である。図８に示すように、移動通信システム２は、移動体１０に設けられる無線移動局（以下、ＧＭ移動局という）２０と、移動体１０の移動経路に沿って配置される無線基地局（以下、ＧＭ基地局という）３０と、インターネットなどの外部ネットワーク（ＮＷ）５０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）４０と、を含む。
　また、移動体１０には、ユーザ端末１１と、セル（スモールセル）Ｃを形成する無線基地局（以下、移動体内基地局という）１２（第１無線基地局）と、移動体内基地局１２とＧＭ移動局２０に接続されるコアネットワーク（ＣＮ）（以下、移動体内ＣＮという）１３が設けられる。なお、ユーザ端末１１は、ＬＴＥ、ＬＴＥ－Ａ、ＦＲＡなどの各種通信方式に対応した端末である。
　また、移動通信システム２は、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３を含む移動体内セルラシステムと、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とＣＮ４０とを含むセ移動体外セルラシステムとを含んで構成される。図８に示すように、移動体内セルラシステムと移動体外セルラシステムとは、直列的に接続され、接続点となる移動体内ＣＮ１３とＧＭ移動局２０との間では、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）が用いられる。
　移動通信システム２では、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御（モビリティ制御）などは、ＧＭ移動局２０で代理制御される。具体的には、移動体内ＣＮ１３が代理要求信号をＧＭ移動局２０に送信することで、ＧＭ移動局２０が、多数のユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを集約して、代理制御する。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
（２．２）ユーザ／制御プレーンの通信処理
　図９及び図１０を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザプレーンと制御プレーンとを用いた通信を説明する。図９は、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるユーザ／制御プレーンの説明図である。図９に示すように、移動通信システム２では、移動体内セルラシステム（ユーザ端末１１と移動体内ＣＮ１３との間）で、ユーザプレーン１を用いた通信と制御プレーン１を用いた通信とが行われる。また、移動体外セルラシステム（ＧＭ移動局２０とＣＮ４０との間）で、ユーザプレーン２を用いた通信と制御プレーン２を用いた通信とが行われる。
　具体的には、ユーザプレーン１では、上りユーザデータが、移動体内基地局１２を介してユーザ端末１１から移動体内ＣＮ１３に送信される。移動体内ＣＮ１３で受信された上りユーザデータは、ＧＭ移動局２０に中継（転送）される。一方、ＧＭ移動局２０から中継（転送）される下りユーザデータは、移動体内基地局１２を介して移動体内ＣＮ１３からユーザ端末１１に送信される。
　また、制御プレーン１では、ユーザ端末１１と移動体内ＣＮ１３との間、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間、移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３との間のそれぞれにおいて、制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
　また、ユーザプレーン２では、移動体内ＣＮ１３から中継（転送）される上りユーザデータが、ＧＭ基地局３０を介して、ＧＭ移動局２０からＣＮ４０に送信される。ＣＮ４０で受信された上りユーザデータは、外部ＮＷ５０に中継（転送）される。一方、外部ＮＷ５０からの下りユーザデータは、ＧＭ基地局３０を介してＣＮ４０からＧＭ移動局２０に送信される。
　また、制御プレーン２では、ＧＭ移動局２０とＣＮ４０との間、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間、ＧＭ基地局３０とＣＮ４０との間のそれぞれにおいて、代理制御信号が送受信される。なお、制御信号（上り／下り制御信号）には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。制御プレーン２で送受信される代理制御信号は、移動体内基地局１２に接続するユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを集約して、代理制御するための制御信号である。
　図１０は、第２の実施形態に係る移動通信システムにおけるプロトコルスタックの一例を示す図である。図１０Ａは、ユーザプレーンのプロトコルスタックを示し、図１０Ｂは、制御プレーンのプロトコルスタックを示す。なお、図１０Ａ及び１０Ｂのプロトコルスタックは一例にすぎず、これらに限られない。
　図１０Ａに示すように、ユーザプレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１（レイヤ１、物理層）、ＭＡＣ（Medium　Access　Control）、ＲＬＣ（Radio　Link　Control）、ＰＤＣＰ（Packet　Data　Convergence　Protocol）を用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ（User　Datagram　Protocol）／ＩＰ（Internet　Protocol）、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS　Tunneling　Protocol　for　the　User　plane）のデータに変換する。
　移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いた通信が行われる。
　なお、図示しないが、移動体内ＣＮ１３には、複数のゲートウェイ装置（例えば、Ｓ－ＧＷ及びＰ－ＧＷ）が設けられる。Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いた通信が行われてもよいし（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）、Ｓ－ＧＷとＰ－ＧＷとの間では、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６（Internet　Protocol　version　4/version　6）、ＧＲＥ（Generic　Routing　Encapsulation）トンネルを用いた通信が行われてもよい（ＰＭＩＰ（Proxy　Mobile　IP）　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－ＵのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、当該ゲートウェイ装置は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）とＧＭ移動局２０とは、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰを用いた通信が行われる。ＧＭ移動局２０は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータをＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータに変換する。
　ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２との間と同様に、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰを用いた通信が行われる。ＧＭ基地局３０は、移動体内基地局１２と同様に、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータに変換する。
　ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース（Ｓ１－Ｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、ユーザデータを送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕを用いた通信が行われる。ＣＮ４０のゲートウェイ装置（例えば、Ｐ－ＧＷ）は、移動体内ＣＮ１３のゲートウェイ装置と同様に、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕ、ＩＰのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換する（ＧＴＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。或いは、ＣＮ４０のゲートウェイ装置は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰｖ４／ｖ６、ＧＲＥトンネル、ＩＰのデータを、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータに変換してもよい（ＰＭＩＰ　Ｓ５／Ｓ８の場合）。
　図１０Ｂに示すように、制御プレーンでは、ユーザ端末１１と移動体内基地局１２とが、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ（Radio　Resource　Control）を用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ（Stream　Control　Transmission　Protocol）、Ｓ１－ＡＰのデータに変換する。
　移動体内基地局１２と移動体内ＣＮ１３とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１－ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰを用いた通信が行われる。
　同様に、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０とは、無線インタフェース（Ｕｕインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号を送受信する。具体的には、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣを用いた通信が行われる。移動体内基地局１２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータをＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰのデータに変換する。
　ＧＭ基地局３０とＣＮ４０とは、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェース（Ｓ１－ＭＭＥインタフェースなどと呼ばれる）を介して、制御信号（代理制御信号）を送受信する。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰを用いた通信が行われる。
（２．３）各装置の構成
　図１１を参照し、第２の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成を説明する。図１１は、第２の実施形態に係る移動通信システムの各装置の構成図である。なお、図１１に示す各装置は、プロセッサ、メモリ、ＲＦ（Radio　Frequency）回路、アンテナ、ディスプレイ、ユーザインタフェースなどを含むハードウェアを有しており、メモリには、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールが記憶されている。各装置の構成は、上述のハードウェアによって実現されてもよいし、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、両者の組み合わせによって実現されてもよい。
（２．３．１）ユーザ端末１１の構成
　図１１に示すように、ユーザ端末１１は、無線通信部１１１と、データ処理部１１２と、制御部１１３と、有線通信部１１４と、を具備する。なお、有線通信部１１４は、省略されてもよい。
　無線通信部１１１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１１１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。なお、無線通信部１１１は、移動体１０外に設けられるマクロ基地局やスモール基地局と無線通信を行ってもよい。
　データ処理部１１２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１１２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰ、アプリケーションプロトコルを用いて、ユーザデータのデータ処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１１２は、Ｌ１，ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣ、ＮＡＳ（Non-Access　Stratum）を用いて、制御信号のデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。なお、制御信号には、ユーザ端末１１のモビリティ制御や認証初期アクセス制御などに用いられる信号が含まれる。
　制御部１１３は、無線通信部１１１、データ処理部１１２、有線通信部１１４を制御する。また、制御部１１３は、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。
　有線通信部１１４は、ＧＭ移動局２０から張り出される有線を用いて、ＧＭ移動局２０と、ユーザデータを送受信する。なお、ＧＭ移動局２０は、ユーザ端末１１と同様のプロトコルスタックを用いる（図１０Ａ参照）。このため、有線通信部１１４は、後述する移動体内基地局１２、移動体内ＣＮ１３を介さずとも、ＧＭ移動局２０との間でユーザデータを送受信することもできる。
（２．３．２）移動体内基地局の構成
　図１１に示すように、移動体内基地局１２は、無線通信部１２１と、データ処理部１２２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部１２３と、制御部１２４とを具備する。
　無線通信部１２１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ユーザ端末１１と、ユーザプレーン１のユーザデータや制御プレーン１の制御信号を送受信する。例えば、無線通信部１２１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
　データ処理部１２２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰのユーザデータとＬ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１２２は、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣの制御信号と、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰの制御信号との変換処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
　ＮＷ通信部１２３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内ＣＮ１３と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
　制御部１２４は、無線通信部１２１、データ処理部１２２、ＮＷ通信部１２３を制御する。また、制御部１２４は、ユーザ端末１１との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、移動体内ＣＮ１３との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１－ＡＰはデータ処理部１２２で変換されなくともよい。また、制御部１２４は、ＮＷ通信部１２３を介して、代理要求信号を送信してもよい。代理要求信号とは、複数のユーザ端末１１の制御プレーンの通信（例えば、ハンドオーバ制御、モビリティ管理など）を、ＧＭ移動局２０が代理して一括で行うことを要求する信号である。
（２．３．３）移動体内ＣＮの構成
　図１１に示すように、移動体内ＣＮ１３は、ネットワーク（ＮＷ）通信部１３１と、データ処理部１３２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部１３３と、制御部１３４とを具備する。なお、移動体内ＣＮ１３の下記構成は、移動体内ＣＮ１３に設けられるＳ－ＧＷ、Ｐ－ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
　ＮＷ通信部１３１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、移動体内基地局１２と、ユーザプレーン１のユーザデータ及び制御プレーン１の制御信号を送受信する。
　データ処理部１３２は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）、外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部１３２は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのユーザデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのユーザデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部１３２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰ、ＮＡＳの制御信号のデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
　外部ＮＷ通信部１３３は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザデータを送受信する。また、外部ＮＷ通信部１３３は、ＧＭ移動局２０に対する代理要求信号を、ＧＭ移動局２０に送信する。
　制御部１３４は、ＮＷ通信部１３１、データ処理部１３２、外部ＮＷ通信部１３３を制御する。また、制御部１３４は、ユーザ端末１１との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、移動体内基地局１２との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。また、制御部１３４は、外部ＮＷ通信部１３３を介して、代理要求信号を送信してもよい。また、代理要求信号は、移動体内基地局１２の制御によって、ＧＭ移動局２０に送信されてもよい。
（２．３．４）ＧＭ移動局２０の構成
　図１１に示すように、ＧＭ移動局２０は、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部２０５と、データ処理部２０２と、無線通信部２０３と、制御部２０４とを具備する。
　外部ＮＷ通信部２０５は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）を介して、移動体内ＣＮ１３と、ユーザデータを送受信する。また、外部ＮＷ通信部２０５は、移動体内基地局１２や移動体内ＣＮ１３からの代理要求信号を受信し、制御部２０４に出力する。
　データ処理部２０２は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部２０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとＬ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部２０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
　無線通信部２０３は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。例えば、無線通信部２０３は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
　なお、無線通信部２０３は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ基地局３０との無線通信を行ってもよい。無線通信部２０３が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive　ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
　制御部２０４は、外部ＮＷ通信部２０５、データ処理部２０２、無線通信部２０３を制御する。また、制御部２０４は、ＣＮ４０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＲＲＣの制御を行ってもよい。また、制御部２０４は、移動体内基地局１２や移動体内ＣＮ１３からの代理要求信号に応じて、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御などを代理制御する。
（２．３．５）ＧＭ基地局３０の構成
　図１１に示すように、ＧＭ基地局３０は、無線通信部３０１と、データ処理部３０２と、ネットワーク（ＮＷ）通信部３０３と、制御部３０４とを具備する。
　無線通信部３０１は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）を介して、ＧＭ移動局２０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。例えば、無線通信部３０１は、Ｌ１を用いた通信を行ってもよい（図１０Ａ、１０Ｂ）。
　なお、無線通信部３０１は、ビームフォーミングを用いて、ＧＭ移動局２０との無線通信を行ってもよい。無線通信部３０１が多数のアンテナ素子を保持する場合、Massive　ＭＩＭＯにより、より高度なビームフォーミングを行うこともできる。ビームフォーミングにより、ＧＭ移動局２０とＧＭ基地局３０との間の通信品質を向上させることができる。
　データ処理部３０２は、無線インタフェース（例えば、Ｕｕインタフェース）、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部３０２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＩＰのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部３０２は、Ｌ１、ＭＡＣ、ＲＬＣ、ＰＤＣＰ、ＲＲＣのデータとＬ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
　ＮＷ通信部３０３は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェース）を介して、ＣＮ４０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。
　制御部３０４は、無線通信部３０１、データ処理部３０２、ＮＷ通信部３０３を制御する。また、制御部３０４は、ＧＭ移動局２０との間でＲＲＣの制御を行ってもよいし、ＣＮ４０との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。この場合、ＲＲＣ、Ｓ１－ＡＰはデータ処理部３０２で変換されなくともよい。
（２．３．６）ＣＮ４０の構成
　図１１に示すように、ＣＮ４０は、ネットワーク（ＮＷ）通信部４０１と、データ処理部４０２と、外部ネットワーク（ＮＷ）通信部４０３と、制御部４０４とを具備する。なお、ＣＮ４０の下記構成は、ＣＮ４０に設けられるＳ－ＧＷ、Ｐ－ＧＷ、ＭＭＥの少なくとも一つで構成されればよい。
　ＮＷ通信部４０１は、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザ／制御プレーンインタフェース（例えば、Ｓ１－Ｕ／Ｓ１－ＭＭＥインタフェースなど）を介して、ＧＭ基地局３０と、ユーザプレーン２のユーザデータ及び制御プレーン２の制御信号（代理制御信号）を送受信する。
　データ処理部４０２は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）のデータ処理を行う。例えば、データ処理部４０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＵＤＰ／ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕのデータと、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰのデータとの変換処理を行ってもよい（図１０Ａ参照）。また、データ処理部４０２は、Ｌ１、Ｌ２、ＩＰ、ＳＣＴＰ、Ｓ１－ＡＰ、ＮＡＳのデータ処理を行ってもよい（図１０Ｂ参照）。
　外部ＮＷ通信部４０３は、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（ＳＧｉインタフェースなど）を介して、外部ＮＷ５０との通信を行う。
　制御部４０４は、ＮＷ通信部４０１、データ処理部４０２、外部ＮＷ通信部４０３を制御する。また、制御部４０４は、ＧＭ移動局２０との間でＮＡＳの制御を行ってもよいし、ＧＭ基地局３０との間でＳ１－ＡＰの制御を行ってもよい。
　このように、第２の実施形態に係る移動通信システムは、移動体１０内に存在するユーザ端末１１と、前記移動体１０内にセルを形成する移動体内基地局１２（第１無線基地局）と、前記移動体内基地局１２に接続される移動体内ＣＮ１３（第１コアネットワーク）とを含む移動体内セルラシステム（第１通信システム）と、前記移動体１０内に設けられるＧＭ移動局２０（無線移動局）と、前記移動体１０の移動経路上にセルを形成するＧＭ基地局３０（第２無線基地局）と、前記ＧＭ基地局３０と外部ネットワークに接続されるＣＮ４０（第２コアネットワーク）とを含む移動体外セルラシステム（第１通信システム）と、を具備し、前記移動体内ＣＮ１３と前記ＧＭ移動局２０とが、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェースで接続されることを特徴とする移動通信システムである。
（２．４）作用・効果
　以上のように、第２の実施形態に係る移動通信システムによれば、移動体内セルラシステムと移動体外セルラシステムとは、並列的に接続され（図８参照）、接続点となる移動体内ＣＮ１３とＧＭ移動局２０との間では、コアネットワークと外部ネットワークとのインタフェース（例えば、ＳＧｉインタフェース）が用いられる。
　また、ユーザ端末１１の接続制御、認証制御、移動制御（モビリティ制御）などは、ＧＭ移動局２０で代理制御される。したがって、移動体１０内の多数のユーザ端末１１が移動通信を行う場合でも、ハンドオーバによる制御オーバヘッドやトラヒック集中を軽減でき、システム性能を向上させることができる。
　以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
　本出願は、２０１３年１２月１０日出願の特願２０１３－２５５５０１に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

Claims (9)

  1. 　移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、
    　前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備し、
    　前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続されることを特徴とする移動通信システム。
  2. 　前記ユーザ端末と前記第１無線基地局とが、無線インタフェースを介して、ユーザデータ及び制御信号を送受信し、
    　前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、前記ユーザプレーンインタフェースを介して前記ユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、前記制御プレーンインタフェースを介して前記制御信号の下位レイヤデータを送受信することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
  3. 　前記無線移動局と前記第２無線基地局とが、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信し、
    　前記第２無線基地局と前記第２コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記下位レイヤデータで構成される前記ユーザデータを送受信することを特徴とする請求項２に記載の移動通信システム。
  4. 　前記第２コアネットワークと前記第１コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェース及び制御プレーンインタフェースで接続され、
    　前記第２コアネットワークと前記第１コアネットワークとが、前記ユーザプレーンインタフェースを介して、前記ユーザデータの前記下位レイヤデータを送受信し、前記制御インタフェースを介して、前記制御信号の前記下位レイヤデータを送受信することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動通信システム。
  5. 　前記下位レイヤデータは、Ｌ１（layer　1）、Ｌ２（Layer　2）のデータであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動通信システム。
  6. 　前記ユーザプレーンインタフェースは、Ｓ１－Ｕインタフェースであり、
    　前記制御プレーンインタフェースは、Ｓ１－ＭＭＥインタフェースであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の移動通信システム。
  7. 　移動体内にセルを形成する無線基地局であって、
    　前記移動体内に存在するユーザ端末と、無線インタフェースを介して、ユーザデータ及び制御信号を送受信する無線通信部と、
    　前記移動体に設けられる無線移動局と、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して前記ユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースの下位レイヤデータを介して前記制御信号を送受信するネットワーク通信部と、
    　前記無線インタフェースと前記ユーザプレーンインタフェース及び前記制御プレーンインタフェースとの間のデータ処理を行うデータ処理部と、を具備することを特徴とする無線基地局。
  8. 　移動体に設けられる無線移動局であって、
    　無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と前記移動体内に存在するユーザ端末との間で送受信されるユーザデータの下位レイヤデータを前記第１無線基地局と送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースを介して、前記第１無線基地局と前記ユーザ端末との間で送受信される制御信号の下位レイヤデータを送受信するネットワーク通信部と、
    　前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する無線通信部と、を具備することを特徴とする無線移動局。
  9. 　移動体内に存在するユーザ端末と、前記移動体内にセルを形成する第１無線基地局と、外部ネットワークに接続される第１コアネットワークとを含む第１通信システムと、前記移動体に設けられる無線移動局と、前記移動体の移動経路上にセルを形成する第２無線基地局と、前記第２無線基地局と接続される第２コアネットワークとを含む第２通信システムと、を具備する移動通信システムにおける移動通信方法であって、
    　前記第１無線基地局と前記無線移動局とが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記ユーザ端末と前記第１無線基地局との間で送受信されるユーザデータの下位レイヤデータを送受信し、無線基地局とコアネットワークとの間の制御プレーンインタフェースを介して、前記ユーザ端末と前記第１無線基地局との間で送受信される制御信号の下位レイヤデータを送受信する工程と、
    　前記無線移動局と前記第２無線基地局とが、無線インタフェースを介して、前記ユーザデータ及び前記制御信号の前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する工程と、
    　前記第２無線基地局と前記第２コアネットワークとが、無線基地局とコアネットワークとの間のユーザプレーンインタフェースを介して、前記下位レイヤデータで構成されるユーザデータを送受信する工程と、を有することを特徴とする移動通信方法。
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