통신사 대부분이 사설 IP를 단말에게 할당해 주고  

사설 IP를 받은 단말에게는 외부에서의 접속/라우팅 자체가 불가능하니  

생각하시눈 구조는 불가능하다고 보시는 게 맞을 듯 합니다. 

LTE 에는 Relay 라는 기능이 존재합니다. 또한, LTE-direct 라는 기능도 존재합니다.

하지만, 이를 상용으로 사용하는 NW 은 아직 존재하지 않은듯 합니다.

간략하게 Relay 를 이야기 하면, Relay 는 단말이, eNB 가 없는 곳에 단말 자체가 다른 단말이 보기에는 NB 로 보이는 기술입니다.

또한, LTE-direct 는 R12 에 소개되는 기술인데, 이는 Sidelink 라는 link 를 이용하여, LTE 로 위의 relay 처럼, LTE 가 eNB 없이 데이터를 송수신 할 수 있게 됩니다.

이는 맨처음에 나온 의도는 Public safety 를 위하여, 재난 망에서 eNB 가 고장이 난경우, 혹은 eNB 의 coverage 가 닿지 않는 단말을 위하여 eNB 로 부터 데이터를 받은 단말이 해당 단말이 eNB 가 되어, eNB coverage 에 닿지 않는 단말에게 해당 데이터를 forwarding 해줍니다.

이 때, Hop 이라는 개념이 존재하는데, 1hop 은 단말 하나가 중개기 처럼 동작하는 것이고, x Hop 은 x 개의 단말이 마치 중계기 처럼 운용되는 것입니다.