【5G/4G/LTEの基本技術】第2回 インターフェース

  • 5G/4G/LTEの特許を担当することになったけど、5G/4G/LTEの技術を全然知らない。
  • 5G/4G/LTEの技術には専門用語が多すぎて、技術を理解するのが難しい。
  • まずは5G/4G/LTEの技術の全体像を把握したいけど、書籍に記載されている内容は細かすぎて全体像をなかなか把握できない。

5G/4G/LTEを担当することになった知財担当者が最も苦労することは、発明の理解です。

5G/4G/LTE の発明を理解するためには、その発明の前提となっている多数の技術を理解しておく必要があり、また多くの専門用語を知っておく必要があるからです。

私自身も、10年以上にわたって移動体通信特許の権利化や係争の支援に携わってきましたが、やはり最初のうちは発明を理解するのにかなり苦労をしました。

そこで、 本サイトでは、5G/4G/LTEを担当することになった知財担当者にとって発明の理解がより容易になるように5G/4G/LTE の基本技術を説明します。

特にこの記事では、第2回として、 5G/4G/LTEなどの移動体通信システムにおけるノード間のインターフェースを説明します。

なお、インターフェースを理解する前提として、移動体通信システム内にどのようなノードが存在するかを知っておく必要がありますので、ご存知でない方や忘れしまった方は、以下の第1回の記事をまず読んでみてください。

目次

UEとRANのインターフェース

Interface_RAN

移動体通信システムの無線アクセスネットワーク (Radio Access Network: RAN) は、主に基地局を含みます。RANは他のノードも含みますが、とりえあえずは基地局だけを考えておけば十分です。

ユーザ機器 (User Equipment: UE) とRANのインターフェースとしては、主に以下の3つがあります。

  1. UEと基地局の間のインターフェース
  2. 基地局間のインターフェース
  3. UE間のインターフェース
Interface_UE-RAN

UEと基地局の間のインターフェース(は、UEと基地局の間でデータや制御情報を送受信するためのインターフェースであり、4G/LTEおよび5Gの両方でUuと呼ばれます。

基地局間のインターフェース ( は、基地局間でデータや制御情報を送受信するためのインターフェースです。
4G/LTEでは、基地局はeNodeB (eNB) と呼ばれ、eNB間のインターフェースはX2と呼ばれます。
5Gでは、基地局はgNodeB (gNB) と呼ばれ、gNB間のインターフェースはXnと呼ばれます。

UE間のインターフェース(③)は、UE間でデータや制御情報をダイレクトに送受信するためのインターフェース(いわゆるD2D通信のインターフェース)であり、4G/LTEおよび5Gの両方でPC5と呼ばれます。

なお、Uu において、基地局からUEへの方向のリンクはダウンリンク (Downlink: DL)と呼ばれ、UEから基地局への方向のリンクはアップリンク (Uplink: UL)と呼ばれます。
また、 PC5(③) におけるUE間のリンクはサイドリンク (Sidelink: SL)と呼ばれます。

Link_DL_UL_SL

RANとCNの間のインターフェース

Interface_RAN-CN

コアネットワーク(Core Network:CN)には、各種制御の処理を行う制御プレーン (Control Plane: C-Plane)のCNノードと、データ転送の処理を行うユーザプレーン (User Plane: U-Plane)のCNノードがあります。

RANとCNとの間のインターフェースとしては、以下の2つがあります。

  1. C-PlaneのCNノードと基地局の間のインターフェース
  2. U-PlaneのCNノードと基地局の間のインターフェース
Interface_RAN-CN

4G/LTEのインターフェース

4G/LTEでは、基地局はeNBであり、コアネットワークはEPC (Evolved Packet Core)です。eNBとEPCとの間のインターフェースは、総称としてS1と呼ばれます。

EPCの中でもeNBとのインターフェースを有するCNノードは、 C-PlaneのMME (Mobility Management Entity)U-PlaneのS-GW (Serving Gateway) です。

Interface_EPC-EUTRAN

MMEとeNBの間のインターフェース ( は、 MMEとeNBの間で制御情報を送受信するためのインターフェースであり、 S1-MMEと呼ばれます。

S-GWとeNBの間のインターフェース (②) は、 S-GWとeNBの間でデータを送受信するためのインターフェースであり、 S1-Uと呼ばれます。

5Gのインターフェース

5Gでは、基地局はgNBであり、コアネットワークは5GC (5G Core Network)です。gNBと5GCとの間のインターフェースは、総称としてNGと呼ばれます。

5GCの中でもgNBとのインターフェースを有するCNノードは、 C-PlaneのAMF (Access and Mobility Management Function)U-PlaneのUPF (User Plane Function) です。

Interface_5GC-NG-RAN

AMFとgNBの間のインターフェース ( は、 AMFとgNBの間で制御情報を送受信するためのインターフェースであり、 NG-Cと呼ばれます。このインターフェースはN2とも呼ばれます。

UPFとgNBの間のインターフェース (②) は、 UPFとgNBの間でデータを送受信するためのインターフェースであり、 NG-Uと呼ばれます。 このインターフェースはN3とも呼ばれます。

CN内のインターフェース

Interface_CN

CN内には様々なコアネットワークノードが存在し、これらのノード間のインターフェースが存在しています。

ここでは、これらのインターフェースのうちの比較的よく出てくるものだけを簡単に紹介します

なお、CN内のインターフェースの名称を全て覚えておく必要はありません。まずは「CN内には様々なノード間のインターフェースがあり、それぞれのインターフェースに名称がある」ということだけを認識しておきましょう

4G/LTEのインターフェース

EPCには、C-PlaneのノードとしてMMEに加えてHSS (Home Subscriber Server) があり、U-PlaneのノードとしてS-GWに加えてP-GW (Packet Data Network Gateway)があります。

上述のようなCNノードを含むEPCには、以下のようなインターフェースがあります。

  1. MMEとHSSの間のインターフェース (S6a)
  2. S-GWとP-GWの間のインターフェース(S5
  3. MMES-GWの間のインターフェース(S11
Interface_in_EPC

5Gのインターフェース

Interface_in_5GC

5GCには、C-PlaneのノードとしてAMFに加えてSMF (Session Management Function) UDM (Unified Data Management) があり、U-PlaneのノードとしてUPFがあります。

上述のようなCNノードを含む5GCには、以下のようなインターフェースがあります。

  1. AMFとUDMの間のインターフェース (N8)
  2. SMFとUDMの間のインターフェース (N10)
  3. AMFとSMFの間のインターフェース (N11)
  4. UPF間のインターフェース(N9
  5. SMFUPFの間のインターフェース(N4

発明の理解にあたっての留意点

Point-to-Note

第1回でも言及しましたが、 発明を理解しようとするときには、まず発明がシステム全体の中のどの部分の技術なのかを把握しましょう。

さらに、発明の特徴がノード間のインターフェースにある場合には、そのインターフェースに着目しましょう。もちろん、発明の特徴が2つ以上のインターフェースに関わっている場合には、その2つ以上のインターフェースに着目しましょう。

特定のインターフェースに着目したら、そのインターフェースの中で発明の特徴に関わる部分を深掘りして理解していくのがよいでしょう。例えば、発明の特徴が特定の手続き(procedure)に関わる場合には、その特定の手続きを深掘りして理解していきます。

これにより、システム全体における発明の位置づけを理解しながら、発明の特徴に関わる細かい部分を理解していくことができます

まとめ

UEとRANのインターフェースとしては、主に以下の3つがあります。
UEと基地局の間のインターフェース(Uu
基地局間のインターフェース X2Xn
UE間のインターフェース PC5

Uuにおいて、基地局からUEへの方向のリンクはダウンリンク (Downlink: DL)と呼ばれ、UEから基地局への方向のリンクはアップリンク (Uplink: UL)と呼ばれます。
PC5におけるUE間のリンクはサイドリンク (Sidelink: SL)と呼ばれます。

RANとCNのインターフェース(『S1』『NG』)としては、主に以下の2つがあります。
C-PlaneのCNノードと基地局の間のインターフェース(S1-MME』『NG-CN2
U-PlaneのCNノードと基地局の間のインターフェース( S1-U』『NG-UN3

CN内にも様々なノード間のインターフェースがあり、それぞれのインターフェースに名称があります

発明の特徴がノード間のインターフェースにある場合には、そのインターフェースに着目しましょう
特定のインターフェースに着目したら、そのインターフェースの中で発明の特徴に関わる部分を深掘りして理解していくのがよいでしょう。
これにより、システム全体における発明の位置づけを理解しながら、発明の特徴に関わる細かい部分を理解していくことができます

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この記事を書いた人

移動体通信(5G/4G/LTE)× 特許係争 を専門とするイージスエイド特許事務所の代表弁理士。
10年以上にわたって、移動体通信特許の権利化と係争の支援に従事。
本サイト(【5G/4G/LTE】特許ノート)では、移動体通信特許の専門家として、移動体通信特許を担当する知財担当者向けに様々な有用情報を提供しています。
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