JP2016059045A - 移動通信網を利用する放送システム及び放送サービスの提供方法 - Google Patents

移動通信網を利用する放送システム及び放送サービスの提供方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ラジオ資源と伝送効率を最適に考慮して放送信号を送出する。
【解決手段】移動通信網を利用する放送システムには、放送信号を受信して放送信号が正常にデコーディングされたか否かによって、ＡＣＫ信号、又はＮＡＣＫ信号を伝送する加入者２と、放送信号を送信し、加入者から伝送されるＡＣＫ信号、又はＮＡＣＫ信号を参照して、スループットを最大とする状態に調整して放送信号を伝送する放送送信機１と、が含まれる。
【効果】最大効率で放送サービスを提供できるので、電力の消耗を減らし、ラジオ資源を無駄にしない利点がある。放送サービスを利用する場合、網全体に対する効率の観点で、好ましい効果を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動通信網を利用する放送システムに関するものとして、より詳しくは、高い効率で各移動端末に放送できる移動通信網を利用する放送システムに関するものである。
移動通信網を利用する放送サービスは、移動通信網の一使用形態として用いられている。代表的な例としては、移動端末に気象警報などのような緊急案内が伝送されるようにする災害放送をあげることができる。また他の例としては、山崩れが予想される地域に位置する電話機のみを対象に、危険を警告する放送信号を送出して、安全に事故に対応するようにすることができる。災害放送として、MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Services)と呼ばれるサービスは、LTE移動通信網において用いられている。その使用形態は、非特許文献１及び非特許文献２を参照することができる。
前記放送サービスは、一対一通信のユニキャストと対比される概念として、一対多の関係を指すものと理解することができる。
前記移動通信網を利用する放送システムでは、網の品質が悪い場合を想定して、できるだけ全ての加入者に放送が伝達されるように、高出力で長時間繰り返し放送することが一般的である。例えば、緊急災害状況のような緊急的危険がある時には、網の品質が良くない状況(例えば、ノイズが多い状況)を仮定して、放送を行うことになる。しかし、この場合には、多くの人に放送が受信されることができるものの、不必要な電力の消耗が発生し伝送時間が長くかかり、ラジオ資源を浪費することになるという問題点がある。同様に、伝送因子を考慮せず推定だけで放送をする場合には、多数の使用者に放送が伝達されない場合もあり、不必要な電力の消耗と電波浪費が生じることになる。
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本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ラジオ資源と伝送効率を最適に考慮して放送信号を送出できるようにする、移動通信網を利用する放送システム及び放送サービスの提供方法を提供する。
第１発明に係る移動通信網を利用する放送システムには、放送信号を受信して前記放送信号が正常にデコーディングされたか否かによって、ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号を伝送する加入者と、前記放送信号を送信し、前記加入者から伝送されるＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号を参照して、スループットを最大とする状態に調整して前記放送信号を伝送する放送送信機と、が含まれる。これによれば、最大効率で放送信号を送信することができる。
前記第１発明において、前記放送送信機は、伝送率を調整して前記スループットを最大にすることができる。この場合、スループットが最大となる伝送率を把握して、伝送パワー及び反復回数などの環境が同一な状況において最大限の伝送可能なビット量を知ることができる。この場合、電力が制限される状況で、加入者に伝達される情報の量を最適に調整することができる。前記第１発明において、前記放送送信機は、伝送パワーを調整して前記スループットを最大にすることができる。この場合、スループットが最大となる伝送パワーを把握して、伝送率及び反復回数などの環境が同一な状況において最適な伝送パワーを知ることができる。この場合、加入者に伝達される情報の量が制限される時、最適な伝送パワーを知ることができる。前記発明のいずれか一つにおいて、前記放送送信機は、ＡＰまたは基地局に提供することができる。従って、従来の移動通信網を用いることができるが、特に、電力伝送が制限される状況、電力網が敷かれていない移動通信網が使用される場所に適用することができる。また、前記発明のいずれか一つにおいて、前記ＡＣＫ信号または前記ＮＡＣＫ信号は、１ビットを使用するようにして不必要な資源の浪費を最大限に減らすことができ、一度設定された環境は一定期間維持されるので、資源の浪費をさらに減らすことができる。
第２発明に係る移動通信網を利用する放送サービスの提供方法には、第１状態で加入者が移動通信網から放送信号を送信し、前記放送信号が正常に受信されたか否かを返信信号として放送送信機が受信し、前記返信信号を参照してスループットを最大とする第２状態に調整し、前記第２状態で前記放送信号を送信することが含まれる。これによれば、伝送率、伝送パワー及び反復回数などが予め設定されている第１状態から、スループットを最大とする第２状態に変更することができる。
前記第２発明において、前記返信信号には、ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号を含むことができ、前記ＡＣＫ信号または前記ＮＡＣＫ信号は、１ビット信号で提供することができる。この場合、不必要な資源の浪費を最大限に減らすことができ、前記第２状態は一定期間維持されるので、資源の浪費をさらに減らすことができる。
前記第２発明に係る放送サービスの提供方法において、前記スループットを最大とする第２状態への調整は、放送サービスの環境による伝送因子を決定し、前記伝送因子を変化させる時最大の前記スループットとなる前記伝送因子の値を決定することを含むことができる。これによれば、放送システムが置かれる環境に応じて最適な伝送因子を選択するように許容することで、災害環境、スポーツ環境、臨時環境及び大量情報伝送環境のような多様な環境に対応して放送システムを運用することができる。また、前記伝送因子は、伝送率及び伝送パワーのうちの少なくともいずれか一つで提供されるようにすることで、情報伝達の量、電力が制限される環境で最適に運用することができる。
本発明によれば、最大効率で放送サービスを提供できるので、電力の消耗を減らし、ラジオ資源を無駄にしないという利点がある。本発明による放送サービスを利用する場合、網全体に対する効率の観点で、好ましい効果を期待できる。
図１は実施例に係る移動通信網を利用する放送システムの構成図である。 図２は実施例に係る移動通信網を利用する放送サービスの提供方法を示すフローチャートである。 図３は実施例に係る移動通信網を利用する放送サービスの提供方法をより具体的に説明する図である。 図４はパケットの再伝送をブロックで表現する図である。 図５は伝送率を変数とする全体スループットのグラフである。
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳しく説明する。なお、本発明の思想は、以下の実施例に制限されるものではなく、当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除及び追加などによって、他の実施例を容易に提案できるが、これもまた本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきである。
図１は、実施例に係る移動通信網を利用する放送システムの構成図である。
図１に示すように、放送システムには、放送信号を送信する放送送信機１と、前記放送信号を受信する少なくとも一つの加入者２が含まれる。前記放送送信機１には、ＡＰ、基地局、アンテナなどを例示できるが、図面ではＡＰであるものと例示される。前記加入者２は、端末、移動電話機などを例示できるが、図面では移動電話機が例示される。
前記放送送信機１が放送信号を送出すると、前記加入者２は正常にデコーディングされたか否かによって、ＡＣＫまたはＮＡＣＫを送信する。前記ＡＣＫは、現在の前記放送信号を正常に受信したというメッセージであり、前記ＮＡＣＫは、前記現在の放送信号を正常に受信できていないというメッセージである。前記ＡＣＫ信号は、移動通信網にノイズがないか小さく、または、近いなどの要因によりラジオ受信が正常になされた状態を意味し、前記ＮＡＣＫ信号は、移動通信網にノイズが多いか遠いことによりラジオ受信が正常になされていない状態を意味する。前記ＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号に１ビットが割り当てられるので、通信網に印加される負担は殆どないと言える。
前記放送送信機１と前記加入者２の間の信号交換は、HARQ-IR(Hybrid Automatic Repeat Request-Incremental Redundancy)方式を利用することができる。もちろん、他の規格を利用することも十分可能である。
実施例では、前記ＡＣＫまたは前記ＮＡＣＫを参照して、伝送パワーを一定にする場合、移動通信網の全体スループット(overall throughput)を最大とする伝送率を見つけ出し、これを現在の移動通信網を利用する放送システムの伝送率と決定することができる。前記伝送率は、単位時間内に伝送されたビット数と定義することができる。
実施例に係る放送システムの作用を具体的に説明する。
前記放送送信機１が再伝送を行う回数は、Ｌ回(Ｌは設計変数)に予め決定し、伝送パワーＰは同一であるとしたとき、平均伝送率(nominal transmission rate)をＲとした場合、正常化伝送率(normalized transmission rate)ｕは、数式１で定義することができる。
Figure 2016059045
また、前記放送信号を成功的にデコーディングした前記加入者２の数で与えられるＡ(ｕ)は、総加入者の数をＫとした場合、数式２で定義することができる。
Figure 2016059045
ここで、Ｂｋ(ｕ)は、数式３で定義することができる。また、前記Ａ(ｕ)は、前記加入者２からのＡＣＫまたはＮＡＣＫによって確認することができる。
Figure 2016059045
ここで、Ｚｋは、ネットワーク状態及び減衰などを考慮するとき、ｋ番目の加入者２がＬ回の間のパケットの再伝送の間に、前記放送信号をデコーディングに成功する可能性である。
一方、全体スループット(over throughput)であるＴ(ｕ)は、数式４で与えることができる。
Figure 2016059045
前記Ｅ[Ａ(ｕ)]は、ｋ番目の加入者の場合にＺｋがｕより大きい可能性を、全体加入者に対して足した値として、正常に受信した加入者と対応する値であるということができる。前記ｕは、伝達されたデータに対応するということができる。結局、前記数式４の全体スループットは、正常化した伝送率の関数で与えることができる。従って、ｕを因子として、前記全体スループットはグラフ示すことができるようになる。
前記スループットを解釈すれば、次のようである。前記正常化伝送率ｕの増加に伴ってＥ[Ａ(ｕ)]は減少する。即ち、単位時間当りの伝送率を高めると、データの受信可能性はそれだけ低下しえる。しかし、前記正常化伝送率ｕに対する増加傾向と前記データ受信可能性の減少傾向は不同一であり、前記正常化伝送率ｕを一定に増加させるとき、前記データ受信可能性はゆっくり減少していたうち急激に減少する傾向を有する。従って、図５のようなグラフが描かれることになる。
図５は、全体スループットをｕに対する関数で示したグラフである。
図５に示すように、前記全体スループットは、ｕが大きくなることに伴い増加する傾向を示すが、一定レベルを超えると減少する傾向を有する。従って、スループットが最高点にある時の平均伝送率を選定することで、最高の効率を得ることができる。即ち、ｕ１においてスループットが最大となることを確認することができる。
物理的に図５のグラフを説明すると、前記伝送率を増やしても放送信号を正常に受信した加入者数の減少が急激となり、全体スループットがこれ以上増加しない時の伝送率を選定するものと理解することができる。
実施例に係る移動通信網を利用する放送システムでは、前記放送送信機１または前記放送送信機１を制御するあるベースステーションで前記スループットを最大とする伝送率を見つけ出すことができる。もちろん、その後、放送送信機１の伝送率は、見つけ出した伝送率に変わることができる。
前記実施例に係る移動通信網を利用する放送システムは、前記伝送パワーＰと前記再伝送回数Ｌは、同一状態で伝送率を調整することに対して提案したが、これに制限されるものではなく、前記伝送率と再伝送回数を同一にした状態で、伝送パワーを最適化することによっても、発明の目的を達成することができる。
具体的には、伝送率と再伝送回数を同一にした状態で、スループットは数式５で与えることができる。
Figure 2016059045
ここで、ｕ(Ｐ)=Ｂｌｏｇ２(１+ＰＡ)のＳｈａｎｎｏｎのｃａｐａｃｉｔｙ式で与えられることができ、このとき、ＡとＢは定数である。
前記数式５を参照すると、前記伝送率を因子とする数式４と同じ形態の上方に膨らんだ曲線が与える。そうすると、スループットを最大とする伝送パワーを選定することで、伝送パワーを最適化して放送システムを動作させることができる。
図２は、実施例に係る移動通信網を利用する放送サービスの提供方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、放送送信機が移動通信網を利用して放送信号を伝送すると、加入者はこれをデコーディングしてから、正常にデコーディングされたか否かを判断して、返信信号としてＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号を伝送する(Ｓ１)。通信網では全体加入者に対するスループットを計算して、スループットを最大とする条件で前記放送送信機を制御して、前記放送信号を伝送するようにすることができる(Ｓ２)。
前記放送送信機を制御するための伝送因子としては、伝送率(transmission rate)または伝送パワー(transmission power)が調整されるようにすることができる。
図３は、実施例に係る移動通信網を利用する放送サービスの提供方法をより具体的に説明する図面である。
まず、放送送信機１からｎ番目のブロックを伝送するが(Ｓ１)、最初はｎは１と与えることができる。伝送後には、加入者２からＡＣＫまたはＮＡＣＫ信号が送信される(Ｓ２)。前記放送送信機と前記加入者の間の送受信は、Ｌ回行われる時まで繰り返される(Ｓ３、Ｓ４)。一方、このとき、伝送率は、行う度に、または、少なくとも二回変更される。図４は、パケットがＬ番目のブロックに再伝送されることを見せている。
以後、スループットＴ(ｕ)が増加する傾向にあるのか減少する傾向にあるかを判断して(Ｓ６)、増加する傾向にある場合には伝送率を増加させ(Ｓ７)、減少する傾向にある場合には伝送率を減少させる(Ｓ８)。これは、正常化伝送率ｕに対してスループットは上方に膨らんだ２次元曲線と類似した曲線として一つの最大点を有するので、前記最大点を向かうように前記正常化伝送率ｕを調整するものと理解することができる。前記過程を通じて獲得された伝送率は、次回のパケットの伝送に用いられることができる。もちろん、伝送率による多数の実験が行われている場合には、スループットを最大とする伝送率を直ちに確認して、これを選択することができる。
前述した移動通信網を利用する放送サービスの提供方法は、加入者が継続的に動いていることを反映して所定の周期に予め実行されている場合には、実際放送要請がある場合に、最大のスループットを得ることができる伝送率で放送を行うこともできる。
前述した伝送率を変数とする移動通信網を利用する放送サービスの提供方法は、伝送パワーを変数とする場合にも同様に適用できる。
移動通信網を利用する放送サービスの場合には、全ての使用者への放送受信が完了していないとしても、使用者と使用者間の情報伝達が行われるなど、一部の使用者にしか放送が完了していないとしても、使用者間の拡散を期待することができる。従って、伝送の信頼性よりも効率が重要視される制限された空間、または電力の消耗が制限される状況、またはラジオ資源が制限される状況などのように、特定の状況、例えば山間僻地または災害地域において、本発明の適用が特に期待されるといえる。
特に、移動通信網の動作に適用される放送サービスの一モードとして適用される場合、全体的なラジオ資源の浪費及び電力の浪費を減らすことができる大きい長所として作用することができる。

Claims (10)

  1. 放送信号を受信して前記放送信号が正常にデコーディングされたか否かによって、ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号を伝送する加入者と、
    前記放送信号を送信し、前記加入者から伝送されるＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号を参照して、スループットを最大とする状態に調整して前記放送信号を伝送する放送送信機と、が含まれる移動通信網を利用することを特徴とする放送システム。
  2. 前記放送送信機は、伝送率を調整して前記スループットを最大とする移動通信網を利用することを特徴とする請求項１に記載の放送システム。
  3. 前記放送送信機は、伝送パワーを調整して前記スループットを最大とする移動通信網を利用することを特徴とする請求項１に記載の放送システム。
  4. 前記放送送信機は、ＡＰまたは基地局である移動通信網を利用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放送システム。
  5. 前記ＡＣＫ信号または前記ＮＡＣＫ信号は、１ビットである移動通信網を利用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放送システム。
  6. 第１状態で加入者が移動通信網から放送信号を送信し、
    前記放送信号が正常に受信されたか否かを返信信号として放送送信機が受信し、
    前記返信信号を参照してスループットを最大とする第２状態に調整し、
    前記第２状態で前記放送信号を送信することが含まれる移動通信網を利用する放送サービスの提供方法。
  7. 前記返信信号には、ＡＣＫ信号またはＮＡＣＫ信号が含まれる移動通信網を利用することを特徴とする請求項６に記載の放送サービスの提供方法。
  8. 前記ＡＣＫ信号または前記ＮＡＣＫ信号は、１ビット信号である移動通信網を利用することを特徴とする請求項６または７に記載の放送サービスの提供方法。
  9. 前記スループットを最大とする第２状態への調整は、
    放送サービスの環境による伝送因子を決定し、
    前記伝送因子を変化させる時最大の前記スループットとなる前記伝送因子の値を決定することが含まれる移動通信網を利用することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の放送サービスの提供方法。
  10. 前記伝送因子は、伝送率及び伝送パワーのうちの少なくともいずれか一つである移動通信網を利用することを特徴とする請求項９に記載の放送サービスの提供方法。
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