JP2009027343A

JP2009027343A - 回線監視装置およびプログラム、並びに、回線監視方法

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Publication number: JP2009027343A
Application number: JP2007187066A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ichikawa; 正樹市川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP4957905B2

Abstract

【課題】回線品質を監視するにあたり、品質の急激な変化にも対処し得る回線監視装置を提供する。
【解決手段】回線監視装置（100）は、受信したフレームデータのうち誤りがあるフレームデータに対し反復復号処理を実行し且つ該反復復号処理の終了時における反復回数の情報を出力する誤り訂正復号部（4）と、所定値の反復回数を表す情報の出現確率を所定の周期で算出し且つ算出した出現確率と閾値との比較に基づき回線品質の判定情報を出力する品質判定部（5）と、判定情報を用いて警報情報を生成する警報情報生成部（6）とを備える。品質判定部の第２判定部（5-2）は、第１判定部（5-1）の算出対象の情報が表す反復回数より大きい反復回数を含む情報の出現確率を第１判定部の算出周期より短い期間で算出し、且つ、第１判定部の閾値より小さい閾値を用いて回線品質を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信回線の品質を監視する技術に関し、特に、受信データの誤り訂正のための復号に反復復号処理を用いる技術に関する。

通信回線の品質を監視し、品質の劣化を検出した場合に警報を発する装置がある。かかる装置の構成を図６に示す。

図６に示す構成は、デジタルマイクロ波通信システムにおける回線監視装置10のものである。回線監視装置10において、アンテナ11で無線信号を受信すると、それが復調部12によりデジタルの信号データに復調された後、フレーム同期部13に入力される。フレーム同期部13は、個々の無線フレームを識別するためのフレームパターンが規定のものに一致した場合には、フレームパルスを生成し、生成したパルスを信号データと同期させて誤り訂正復号部14へ出力する。

回線監視装置10が取り扱う無線フレームの構成は、例えば、送信側においてペイロードに無線のOH（Over Head）部および誤り訂正符号の冗長部が付加されたものである。誤り訂正符号としては、BCH符号やRS符号等のブロック符号を使用する。送信側でOH部にフレームパターンを挿入し、そのフレームパターンを受信側で検出することにより、フレーム同期が実現する。

回線監視装置10の誤り訂正復号部14は、誤りの有無を判定するためのシンドロームを算出する機能と、誤りが発生したときにフレーム毎にシンドロームエラー情報を生成する機能を持つ。回線劣化検出部15は、誤り訂正復号部14からのフレームパルス信号およびシンドロームエラーをカウントする機能を持つ。

回線劣化検出部15は、フレームパルスにより規定される周期ごとに、シンドロームエラー数をカウントする。警報解除状態において、シンドロームエラーのカウント値が予め設定された閾値Ｂ以上となったとき、警報発動状態に移行して警報を発動する。カウント値が閾値Ｂより小さい間は、警報解除状態を維持する。また、警報発動状態に移行後も、警報解除状態の場合と同じカウント周期でシンドロームエラー数をカウントする。その間、カウント値が閾値Ａ以上の場合は、警報発動状態を維持し、シンドロームエラーのカウント値が閾値Ａ（＜閾値Ｂ）より小さくなったとき、警報解除状態に移行する。

上記のように値が異なる２つの閾値（Ａ,Ｂ）を設ける理由は、ある回線状態で警報発動状態と警報解除状態とが繰り返されることを避けるためである。警報発動確率（シンドロームエラー数が閾値Ｂ以上となる確率）および警報解除確率（シンドロームエラー数が閾値Ａより小さくなる確率）に関し、図７及び図８により、シンドロームエラーのカウント周期の違いによる、それぞれの確率の変化を示す。

図７は、比較的短いカウント周期が設定された場合の曲線である。BER（ビット誤り率）が図示のＡ点となる通信状況では、シンドロームエラー数のカウント値がカウント周期毎に閾値Ｂ以上、或いは閾値Ａより小さくなることがある。その結果、警報発動と警報解除とが頻繁に繰り返される。図８は、図７の場合よりも長いカウント周期が設定された場合の曲線である。この設定によれば、警報発動確率の曲線と警報解除確率の曲線とが交わらないことから、BERがＡ点となる状況下でも、警報発動と警報解除とが繰り返されることはない。

ところで、信号の誤り訂正方式としては、復号処理を繰り返し実行することにより受信データの誤り訂正を行う、いわゆる反復復号方式がある。この反復復号方式を用いた技術として、例えば、後述の特許文献１に記載のものがある。
特開２００３−２９８５５６号公報

図７及び図８を参照して説明したとおり、シンドロームエラー数のカウント周期を比較的長く設定する（図８）ことにより、警報発動状態と警報解除状態との繰り返しを防止することができる。しかしながら、カウント周期を長くするほど、状態の切り替えに時間がかかる。そのため、例えば、警報情報を用いて回線を切り替える装置において、回線の切り替えが遅延するという問題が生じ得る。すなわち、フェージング等が発生した場合に、ある回線の品質が急激に劣化して通信に支障を来たしても、品質が良い他の回線があるにもかかわらず、回線の切り替えが迅速に行われないおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回線品質を監視するにあたり、品質の急激な変化にも対処し得る回線監視装置および回線監視方法を提供することにある。

本発明は、通信回線の信号を受信する回線監視装置において、受信した信号のフレームデータのうち誤りがあるフレームデータに対し当該誤りを訂正するための反復復号処理を実行し且つ該反復復号処理の終了時における反復回数の情報を出力する誤り訂正復号部と、前記誤り訂正復号部が出力した情報のうちの所定値の反復回数を表す情報の出現確率を所定の周期で算出し且つ算出した出現確率と閾値との比較に基づき回線品質を判定して判定情報を出力する品質判定部と、前記判定情報を用いて回線品質に関する警報情報を生成する警報情報生成部とを備え、前記品質判定部は、フレームパルスにより同期され且つ判定情報を個別に出力する第１の判定部および第２の判定部を有し、前記第２の判定部は、前記第１の判定部の算出対象の情報が表す反復回数より大きい反復回数を含む情報の出現確率を前記第１の判定部の算出周期より短い周期で算出し、且つ、前記第１の判定部が用いる閾値より小さい閾値を用いて回線品質を判定する。

本発明に係る回線監視方法は、通信回線から受信した信号のフレームデータのうち誤りがあるフレームデータに対し当該誤りを訂正するための反復復号処理を実行し且つ該反復復号処理の終了時における反復回数の情報を出力する第１のステップと、前記第１のステップにおいて出力した情報のうちの所定値の反復回数を表す情報の出現確率を所定の周期で算出し且つ算出した出現確率と閾値との比較に基づき回線品質を判定して判定情報を出力する第２のステップと、前記第２のステップの算出対象の情報が表す反復回数より大きい反復回数を含む情報の出現確率を前記第２のステップの算出周期より短い周期で算出し、且つ、前記第２のステップにおける閾値より小さい閾値を用いて回線品質を判定して判定情報を出力する第３のステップと、前記第２および第３のステップによる各判定情報を用いて回線品質に関する警報情報を生成する第４のステップとを実行するという方法である。

本発明によれば、回線品質について、急激な劣化を含む品質状態を検出することができると共に、警報情報が頻繁に変化することを防止することができる。

図５を参照して、本実施形態の基本構想について説明する。図示のグラフは、信号の誤り率（「BER」）と、復号の完了までに要する反復回数に関する確率（「確率」）との関係を示す。このグラフより、誤り率が大きくなるほど、復号完了までに多くの反復を要することがわかる。すなわち、復号完了までの反復回数が多いほど、信号の誤り率が大きいことを表す。

図５のＡ点は、４回以下の反復で復号が完了する確率が５０％であるという誤り率である。ここで、誤り率がＡ点を超えたときに警報を発動することを想定した場合、発動のタイミングは、復号完了までの反復が４回以下である確率が５０％以下になった時点とみなすことができる。

また、上記Ａ点は、図５に示すように、ほぼ全てのケースにおいて６回以下の反復で復号が完了するという誤り率でもある。そこで、受信信号の誤り率がＡ点を超えたときに警報を発動する場合に、４回以下の確率と共に６回以下の確率を並行して観察する。このとき、４回以下の確率を求める周期よりも、６回以下の確率を求める周期を短く設定する。その結果、６回以下の確率が１００％を大幅に下回ったとき、すなわち、６回を超えるケースが期間中に複数回発生したとき、信号の誤り率が増大しており、しかもそれが急速な増大であると判断することができる。

本発明について、上記構想に基づく実施の形態を説明する。図１に、本実施形態の回線監視装置100の構成を示す。回線監視装置100は、デジタルマイクロ波通信システムの受信部としての装置である。システムの通信回線からアンテナ1で受信した無線信号は復調部2に入力される。復調部2は、無線信号をデジタル信号に復調し、そのデジタル信号をフレーム同期部3に入力する。フレーム同期部3は、デジタル信号に冗長されているフレームパターンが規定のものに一致した場合に、フレームパターンに同期したフレームパルスを生成する。フレーム同期部3により同期して確立されたデータ及びフレームパルスは、誤り訂正復号部4に入力される。

誤り訂正復号部4は、入力されたデータの誤りの有無をフレーム単位で検査し、誤りが検出された場合、それを反復復号処理により訂正する。この反復復号処理において、誤り訂正復号部4は、予め設定された回数を上限として、誤り訂正を完了させるべく復号を繰り返す。そして、処理終了時における反復回数を表す情報を品質判定部5へ供給する。

品質判定部5は、フレームパルスにより同期する第１判定部5-1および第２判定部5-2により、誤り訂正復号部４からの反復回数に関する２種類の範囲の値について、それぞれの出現の確率を求める。第１判定部5-1および第２判定部5-2は、求めた出現確率をそれぞれに設定された閾値と比較し、比較の結果に基づいて、回線品質が劣化したか否かを判定する。第１判定部5-1は、判定の結果を表す情報として第１判定情報を出力し、第２判定部5-2は第２判定情報を出力する。

警報情報生成部6は、品質判定部5からの各判定情報を用いて、回線品質に関する警報の発動または解除を表す警報情報を生成し、それを出力する。出力された警報情報は、経路切り替え回路のような後段の回路（図示略）へ供給されると共に、前述の品質判定部5にフィードバックされる。

次に、回線監視装置100の動作について説明する。アンテナ1が信号を受信すると、それが復調部2でデジタル信号のデータに復調された後、フレーム同期部3に入力される。回線監視装置100が取り扱う無線フレームの構成としては、例えば、送信側においてペイロードに無線のオーバヘッド部と誤り訂正符号の冗長部とが付加された構成を採用することができる。また、誤り訂正符号としては、反復復号処理が施されるターボ符号やLDPC符号などを使用する。

フレーム同期部3は、送信側にてオーバヘッド部に挿入されたフレームパターンを検出することによりフレーム同期を行う。そして、フレームの位置を認識するためのフレームパルスを生成し、それをデータと同期させて誤り訂正復号部4に出力する。

図２に示すフローチャートを参照して、誤り訂正復号部4の動作を説明する。誤り訂正復号部4は、フレーム同期部3からのフレームデータにおける誤りの有無を検査する。ここで言うフレームデータは、フレームパルスに基づき認識した１フレーム分のデータを指す。誤り訂正復号部4は、フレームデータの誤りを検出した場合（ステップS1：Yes）、その誤りを訂正するための反復復号処理を開始する（ステップS2）。

反復復号処理において、誤り訂正復号部4は、復号の回数をカウントすると共に、その回数ｎが上限値Ｎ_maxに達したか否かを確認する（ステップS3,S4）。そして、復号回数が未だ上限でなく（ステップS4：No）、且つ、訂正すべき誤りが検出される間は（ステップS5：Yes）、復号を繰り返す。

誤り訂正復号部4は、復号回数が上限に達するまでに誤り訂正が完了した場合（ステップS5：No）、その時点での復号回数を表す情報（ｎ≦Ｎ_max）を品質判定部5へ通知する（ステップS6）。また、復号回数が上限値Ｎ_maxに達しても誤り訂正が完了しない場合は（ステップS4：Yes）、その上限値を復号回数ｎとした情報（ｎ＝Ｎ_max）を品質判定部5へ通知する（ステップS7）。さらにまた、フレームデータから誤りが全く検出されない場合は（ステップS1：No）、復号回数としてゼロ（ｎ＝０）を通知する（ステップS8）。

品質判定部5の動作について説明する。まず、事前に、第１判定部5-1および第２判定部5-2に対し、次の表１に示すような設定を施す。

表１より、出現確率を算出する対象となる誤り訂正復号部4からの情報として、第１判定部5-1には、反復回数がＮ₁回以下の情報を割り当て、第２判定部5-2には、第１判定部5-1の対象より大きい値の反復回数を含むＮ₂回以下を割り当てる。例えば、図５の例を用いれば、第１判定部5-1の対象は反復回数が４回以下を示す情報であり、第２判定部5-2の対象は６回以下を示す情報である。

また、出現確率を算出する周期として、第２判定部5-2には第１判定部5-1より短い周期を設定する。例えば、表１より、第１判定部5-1の周期が「１００」であるのに対し、第２判定部5-2は「１０」に設定されている。なお、表１に示す「周期」の値は、フレームパルスに基づくカウント数である。

さらにまた、回線品質を判定するための閾値として、第１判定部5-1に対し２種類の閾値Ａおよび閾値Ｂを用意し、第２判定部5-2には閾値Ｃを用意する。これら閾値の大小関係は「閾値Ａ＞閾値Ｂ＞閾値Ｃ」である。後述するように、第１判定部5-1は、警報情報生成部6からフィードバックされた警報情報が警報発動を表す場合、次回の判定に「閾値Ａ」を適用し、警報の解除を表す場合は「閾値Ｂ」を適用する。

表１の設定に基づく回線品質の判定例として、警報発動時における第１判定部5-1は、フレームパルスのカウント数が「１００」に達するまでの期間に、誤り訂正復号部4から「反復回数Ｎ₁回以下」の情報が出力された回数が「８０」以下である場合、回線品質が劣化していると判断する。なお、閾値は、表１のようなフレームパルスのカウント数に替えて、確率の値を設定してもよい。その場合、「対象」の情報の出現回数をフレームパルスに基づくカウント数（「周期」）で除した値、すなわち確率の値を当該閾値と比較する。

図３に示すフローチャートおよび上記の表１を参照して、第１判定部5-1の動作を説明する。第１判定部5-1は、警報情報生成部6から警報情報がフィードバックされると（ステップS11）、その内容が警報の発動および解除の何れであるかを判定する（ステップS12）。警報の発動を表す場合、第１判定部5-1は、閾値Ａをセットし（ステップS13）、また、「周期」の期間を測るためのタイマ処理を開始する（ステップS14）。このタイマ処理は、前述したフレームパルスに基づくカウント処理を指す。

第１判定部5-1は、タイマが満了するまでの間、誤り訂正復号部4が出力した情報のうち、復号回数ｎがＮ₁以下を表す情報（ｎ≦Ｎ₁）の出現回数をカウントする（ステップS15）。そして、タイマが満了したとき（ステップS16：Yes）、上記情報の出現回数が閾値Ａ以上であるか否かを判定する。判定の結果、出現回数が閾値Ａより小さい場合（ステップS17：No）、現時点の回線品質が劣化していることを示す情報を第１判定情報として出力する（ステップS18）。また、出現回数が閾値Ａ以上の場合は（ステップS17：Yes）、現時点の回線品質が適正であることを示す情報を第１判定情報として出力する（ステップS19）。

一方、警報情報生成部6からの警報情報が警報の解除を表す場合（ステップS12：「解除」）、第１判定部5-1は、判定用の閾値として閾値Ｂをセットする（ステップS20）。そして、前述と同様なタイマ処理を開始し（ステップS21）、タイマ満了までの間、復号回数ｎがＮ₁以下を表す情報（ｎ≦Ｎ₁）の出現回数をカウントする（ステップS22）。

その後、タイマが満了すると（ステップS23：Yes）、第１判定部5-1は、上記情報の出現回数が閾値Ｂ以上であるか否かを判定する。出現回数が閾値Ｂより小さい場合（ステップS24：No）、回線品質が劣化していることを示す第１判定情報を出力する（ステップS25）。また、出現回数が閾値Ｂ以上の場合は（ステップS24：Yes）、回線品質が適正であることを示す第１判定情報を出力する（ステップS26）。

図４に示すフローチャートおよび上記の表１を参照して、第２判定部5-2の動作を説明する。第２判定部5-2は、判定用の閾値として閾値Ｃをセットし（ステップS31）、「周期」の期間を図るためのタイマ処理を開始する（ステップS32）。このタイマ処理は、第１判定部5-1のものよりも期間が短い。

第２判定部5-2は、タイマ満了までの間、誤り訂正復号部4が出力した情報のうち、復号回数ｎがＮ₂以下を表す情報（ｎ≦Ｎ₂）の出現回数をカウントする（ステップS33）。第２判定部5-2によるカウント対象は、前述したように、第１判定部5-1の対象よりも大きな値が含まれる。タイマが満了すると（ステップS35：Yes）、第２判定部5-2は、上記情報の出現回数が閾値Ｃ以上であるか否かを判定する。

判定の結果、出現回数が閾値Ｃより小さい場合（ステップS35：No）、回線品質が劣化していることを示す情報を第２判定情報として出力する（ステップS36）。また、出現回数が閾値Ｃ以上の場合は（ステップS35：Yes）、回線品質が適正であることを示す第２判定情報を出力する（ステップS37）。

第１判定部5-1および第２判定部5-2による上記動作により、回線品質の劣化を第１判定部5-1により検出する一方で、その間の急激な劣化を第２判定部5-2により検出することができる。

警報情報生成部6は、第１判定部5-1からの第１判定情報と、第２判定部5-2からの第２判定情報とを基に警報情報を生成する。具体的には、次の表２に示す要領にて、警報情報の内容を警報の発動および解除の何れにするかを決定する。

表２に示すように、第１判定情報および第２判定情報の少なくとも一方が回線品質の劣化を示す場合、警報の発動を表す警報情報が生成される。また、警報発動状態のときに、例えば、判定周期が短い第２判定部5-2のみが「適正」との判定情報を頻発しても、警報の発動状態は保持され、第１判定部5-1も「適正」との判定情報を出したときに警報が解除される。

したがって、本実施形態によれば、回線品質について、急激な劣化を含む品質状態を検出できると共に、警報の発動および解除が頻繁に切り替わることを防止することができる。また、第１判定部5-1および第２判定部5-2に設定する各閾値（表２）を変更することで、品質の監視基準を適宜変更することができる。

上記実施形態では、第２判定部5-2が用いる閾値は固定的なものであったが、これに替えて、第１判定部5-1のように、複数の閾値を警報情報生成部6からの警報情報に応じて切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、判定情報および警報情報が、それぞれ表２に示すような２種類の状態を表すものであったが、本発明を実施するにあたっては、これらの情報が示す内容は２種類以上であってもよい。例えば、警報情報の場合、「解除」から「劣化傾向」を経て「発動」へ移行し、「発動」から「回復傾向」を経て「解除」へ移行するというように、発動と解除との間に中間的な状態を設けることができる。これにより、回路切り替え装置のような後段の回路にて多様な制御が可能となる。

本発明は、マイクロ波通信システムに限らず、信号の誤り訂正処理に反復復号処理を用いる種々のシステムに適用することができる。また、本発明は、上記実施形態のような回線監視装置に限らず、その動作手順に対応するコンピュータプログラムとして実施してもよい。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態における誤り訂正復号部のフローチャートである。本発明の実施形態における第１判定部のフローチャートである。本発明の実施形態における第２判定部のフローチャートである。本発明の実施形態の基本構想を説明するための説明図である。一般的な回線監視装置の構成を示すブロック図である。警報の発動及び解除の確率に関する説明図である。警報の発動及び解除の確率に関する説明図である。

符号の説明

100 回線監視装置
1 アンテナ
2 復調部
3 フレーム同期部
4 誤り訂正復号部
5 品質判定部
5-1 第１判定部
5-2 第２判定部
6 警報情報生成部

Claims

通信回線の信号を受信する回線監視装置において、
受信した信号のフレームデータのうち誤りがあるフレームデータに対し当該誤りを訂正するための反復復号処理を実行し且つ該反復復号処理の終了時における反復回数の情報を出力する誤り訂正復号部と、前記誤り訂正復号部が出力した情報のうちの所定値の反復回数を表す情報の出現確率を所定の周期で算出し且つ算出した出現確率と閾値との比較に基づき回線品質を判定して判定情報を出力する品質判定部と、前記判定情報を用いて回線品質に関する警報情報を生成する警報情報生成部とを備え、
前記品質判定部は、フレームパルスにより同期され且つ判定情報を個別に出力する第１の判定部および第２の判定部を有し、
前記第２の判定部は、前記第１の判定部の算出対象の情報が表す反復回数より大きい反復回数を含む情報の出現確率を前記第１の判定部の算出周期より短い周期で算出し、且つ、前記第１の判定部が用いる閾値より小さい閾値を用いて回線品質を判定することを特徴とする回線監視装置。
前記品質判定部は、前記警報情報生成部からの警報情報に予め関連付けられた閾値を複数の閾値の中から選択し該閾値を新たな判定に適用することを特徴とする請求項１記載の回線監視装置。
前記品質判定部は、回線品質が劣化したか否かを表す情報を前記判定情報として出力し、
前記警報情報生成部は、警報の発動または解除を表す情報を前記警報情報として生成することを特徴とする請求項１又は２記載の回線監視装置。
前記品質判定部は、前記算出した出現確率が前記閾値より小さい場合に回線品質の劣化を表す判定情報を出力し、
前記警報情報生成部は、前記品質判定部から回線品質の劣化を表す判定情報が出力された場合に警報の発動を表す警報情報を生成することを特徴とする請求項３記載の回線監視装置。
前記品質判定部は、警報の発動を表す警報情報に関連付けられた閾値として、警報の解除を表す警報情報に関連付けられた閾値より小さい値を用いることを特徴とする請求項３又は４記載の回線監視装置。
コンピュータを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回線監視装置として機能させることを特徴とするプログラム。
通信回線から受信した信号のフレームデータのうち誤りがあるフレームデータに対し当該誤りを訂正するための反復復号処理を実行し且つ該反復復号処理の終了時における反復回数の情報を出力する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて出力した情報のうちの所定値の反復回数を表す情報の出現確率を所定の周期で算出し且つ算出した出現確率と閾値との比較に基づき回線品質を判定して判定情報を出力する第２のステップと、
前記第２のステップの算出対象の情報が表す反復回数より大きい反復回数を含む情報の出現確率を前記第２のステップの算出周期より短い周期で算出し、且つ、前記第２のステップにおける閾値より小さい閾値を用いて回線品質を判定して判定情報を出力する第３のステップと、
前記第２および第３のステップによる各判定情報を用いて回線品質に関する警報情報を生成する第４のステップとを実行することを特徴とする回線監視方法。
前記第２のステップにおいて、前記第４のステップの警報情報に予め関連付けられた閾値を複数の閾値の中から選択し該閾値を前記判定に適用することを特徴とする請求項７記載の回線監視方法。
前記第２および第３のステップにおいて、回線品質が劣化したか否かを表す情報を前記判定情報として出力し、
前記第４のステップにおいて、警報の発動または解除を表す情報を前記警報情報として生成することを特徴とする請求項７又は８記載の回線監視方法。
前記２および第３のステップにおいて、前記算出した出現確率が前記閾値より小さい場合に回線品質の劣化を表す判定情報を出力し、
前記第４のステップにおいて、回線品質の劣化を表す判定情報が出力された場合に警報の発動を表す警報情報を生成することを特徴とする請求項９記載の回線監視方法。
前記第２のステップにおいて、警報の発動を表す警報情報に関連付けられた閾値として、警報の解除を表す警報情報に関連付けられた閾値より小さい値を用いることを特徴とする請求項９又は１０記載の回線監視方法。