JP6527089B2 - 伝送品質評価装置、伝送品質評価方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、デジタル信号の伝送品質を評価する伝送品質評価装置、伝送品質評価方法、およびプログラムに関し、特にフレーム単位で伝送されたデジタル信号の品質を評価する装置、方法およびプログラムに関する。

ネットワークを通じてデジタル信号を伝送する際には、伝送されたデジタル信号の信頼性を確保するために、伝送されたデジタル信号の品質を評価する必要がある。

従来より、伝送されたデジタル信号の品質を評価する際の代表的な指標としてビット誤り率が用いられている。

第１の従来技術は、測定対象となる通信機や伝送路に対して基準パターン信号を送信して、この測定対象を通過したデジタル信号のビットパターンが元の基準パターン信号のビットパターンに対してどの程度のビット誤りを有するかを測定するものである。この第１の従来技術において用いられる品質評価装置６の構成を図４に示す。この品質評価装置６は、例えば擬似ランダムパターン（ＰＲＢＳ）信号などの基準パターン信号を発生し、これを測定対象となる通信機や伝送路２に対して送信する第１パターン発生部６１と、このパターン発生部６１が発生する基準パターン信号と同一の信号を生成する第２パターン発生部６４と、測定対象（伝送路２）から得られる受信デジタル信号と第２パターン発生部６４が発生する基準パターン信号との同期を取る同期確立部６３と、例えば排他的論理和回路などを備え、誤りビットを検出する誤り検出部６２とを備えている。この第１の従来技術に係る品質評価装置６は、伝送路２からの受信デジタル信号と、この受信デジタル信号と同期した、第２パターン発生部６４からの基準パターン信号との排他的論理和を取ることにより、伝送過程で誤りが発生したビットを検出し、これを計数することによってビット誤り率を測定している（例えば、特許文献１、特許文献２）。

また、第２の従来技術として、検査ビットを用いて、誤りが発生したビット（「エラービット」または「誤りビット」）を検出する手法もある。これは、伝送したいデータに対する検査ビットを予め計算し、この冗長な検査ビットをデータに付加して伝送するとともに、この検査ビットを用いて伝送路から受信した受信デジタル信号のシンドロームを計算することにより、誤りビットを検出するものである（特許文献３、特許文献４）。

また、第３の従来技術として、誤りビットを含むフレームもフレームと認識可能な場合はフレーム内の誤りビット数をカウントし、フレームと認識できず廃棄されたフレームの誤りビット数はフレーム廃棄率から推定して、ビット誤り率を算出する手法がある（特許文献５）。

特開平１１−４６１８４号公報 特許番号 第３０５８８０５号公報 特開平５−３２７５２３号公報 特開平８−２５５１１１号公報 特開２０１１−１７６４４４号公報

ところで、実際の伝送においては、多くの場合、デジタル信号は連続したビット列としてではなく、有限の長さを持ったフレーム単位で送受信される。したがって、伝送品質の評価においても、フレーム単位での伝送を踏まえた評価指標として、フレーム誤り率やビット誤り率を測定することが必要である。

しかしながら、上述した第１の従来技術は、連続ビット信号を使ってビット誤り率を測定するものである。したがって、第１の従来技術は、フレームを受信するために必要なフレーム認識処理などがないために、フレーム単位でデジタル信号を伝送する場合の伝送品質評価に用いることはできない。

また、第１の従来技術では、もし伝送路中でなんらかの処理を行うことで少しでもビット数が増減してしまうと、基準パターン信号と受信デジタル信号との同期がずれてしまい、誤りが発生したビットを検出することができなくなる。したがって、伝送の過程で符号化や復号化などの処理を伴う場合には、第１の従来技術によって、その伝送品質の評価をすることができない。

また、第２の従来技術では、伝送に使用するデータに応じて予め検査ビットを計算し、これを付加しなければならない。さらに、検出できる誤りビット数には、検査ビット長によって決まる上限があるため、受信デジタル信号が多くのエラーを含む場合には誤りビット数を検出することができなくなってしまう。

また、第３の従来技術では、全フレームに１ビット以上エラーがあることを前提に、廃棄フレームの誤りビット数を推定しているため、ビット誤り率が高い領域では誤差が少なく廃棄フレームの誤りビット数が推定できるが、ビット誤り率が低い領域では誤差が大きく高精度にビット誤り率を求めることができない。

そこで、本発明の第１の目的は、デジタル信号をフレーム単位で伝送するという実状に即した伝送品質の評価を行うことにあり、フレーム構成を前提とした伝送品質の評価指標を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、検出できる誤りビット数に上限がなく、仮に受信デジタル信号がエラーを多く含む場合でもフレーム単位での伝送品質の評価を行えるようにすることにある。

また、本発明の第３の目的は、ビット誤り率が低い領域でもフレーム単位で高精度にビット誤り率の算出を可能にすることにある。

上述した目的を達成するために、本発明に係る伝送品質評価装置は、複数のフレームを発生し、これらのフレームを含む信号を伝送路に送出するフレーム発生部と、このフレーム発生部から送出された前記信号を前記伝送路を介して受信し、この受信した信号からフレームを認識するフレーム受信部と、前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレームと前記フレーム受信部によって認識された受信フレームとに基づいて、前記伝送路を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する評価部と、この評価部によって算出された前記評価指標を出力する出力部とを備え、前記評価部は、前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレーム数（Ｃ１）を数える送信フレームカウント部（１３１ａ）と、前記フレーム受信部によって認識された受信フレーム数（Ｃ２）を数える受信フレームカウント部（１３１ｂ）と、前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記受信フレーム数（Ｃ２）の差である廃棄フレーム数（Ｃ３）を算出する廃棄フレーム数算出部（１３３）と、前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記送信フレーム数（Ｃ１）との比から、前記送信フレームの内、廃棄されたフレームの割合を示すフレーム廃棄率（Ｒ０）を算出するフレーム廃棄率算出部（１３２）と、前記受信フレームにおいて発生した誤りビットの数（Ｃ５）を数える誤りビットカウント部（１３１ｄ）と、前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から算出される、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を考慮して、送信フレームに含まれるビットに対して前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りビットの割合を示すビット誤り率（Ｒ２）を算出する誤り率算出部（１３４）とを備え、前記誤り率算出部（１３４）は、前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から前記認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出する認識ビット誤り率算出部（１３４ｂ−１）と、前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記認識ビット誤り率（Ｒ３）と前記誤りビット数（Ｃ５）とフレーム長（ｎ）とに基づいて前記ビット誤り率（Ｒ２）を算出するビット誤り率算出部（１３４ｂ−２、１３４ｂ−３）とを備え、前記認識ビット誤り率算出部（１３４ｂ−１）は、前記フレーム受信部におけるフレーム認識に必要な認識ビット（ｍビット）に１ビット以上の誤りがある場合にフレームが廃棄されると仮定したときの前記フレーム廃棄率（Ｒ０）と送信フレームのビット誤り率との関係を表す関係式
１−(１−Ｒ３)＾ｍ＝Ｒ０
を用いてフレーム廃棄率（Ｒ０）からフレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出し、前記ビット誤り率算出部（１３４ｂ−２、１３４ｂ−３）は、前記フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）と前記フレーム長（ｎ）とを用いて、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を以下の式（１２）で求め、前記廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）に廃棄フレーム数（Ｃ３）を乗じた値と前記誤りのあるビット数（Ｃ５）との和と、前記送信フレームに含まれるビット総数（送信フレーム数Ｃ１×フレーム長ｎ）との比から、ビット誤り率（Ｒ２）を算出することを特徴とする。

また、本発明に係る伝送品質評価装置において、前記評価部は、さらに、前記受信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りフレームの数（Ｃ４）を数える誤りフレームカウント部（１３１ｃ）と、前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記誤りフレーム数（Ｃ４）とに基づいて、前記送信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じたフレームの割合を表すフレーム誤り率（Ｒ１）を算出するフレーム誤り率算出部（１３４ａ）とを備えるようにしてもよい。

また、本発明に係る伝送品質評価方法は、フレーム発生部より複数のビットから構成される複数のフレームを発生し、これらのフレームを含む信号を伝送路に送出するフレーム発生ステップと、フレーム受信部により前記フレーム発生部から送出された前記信号を前記伝送路を介して受信し、この受信した信号からフレームを認識するフレーム受信ステップと、前記伝送路に送出するために前記フレーム発生部によって発生された送信フレームと前記フレーム受信部によって認識された受信フレームとに基づいて、前記伝送路を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する評価ステップと、この評価ステップによって算出された前記評価指標を出力する出力ステップとを有し、前記評価ステップは、前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレーム数（Ｃ１）を数える送信フレームカウントステップと、前記フレーム受信部によって認識された受信フレーム数（Ｃ２）を数える受信フレームカウントステップと、前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記受信フレーム数（Ｃ２）の差である廃棄フレーム数（Ｃ３）を算出する廃棄フレーム数算出ステップと、前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記送信フレーム数（Ｃ１）との比から、前記送信フレームの内、廃棄されたフレームの割合を示すフレーム廃棄率（Ｒ０）を算出するフレーム廃棄率算出ステップと、前記受信フレームにおいて発生した誤りビットの数（Ｃ５）を数える誤りビットカウントステップと、前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から算出される、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を考慮して、送信フレームに含まれるビットに対して前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りビットの割合を示すビット誤り率（Ｒ２）を算出する誤り率算出ステップとを有し、前記誤り率算出ステップは、前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から前記認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出する認識ビット誤り率算出ステップと、前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記認識ビット誤り率（Ｒ３）と前記誤りビット数（Ｃ５）とフレーム長（ｎ）とに基づいて前記ビット誤り率（Ｒ２）を算出するビット誤り率算出ステップとを有し、前記認識ビット誤り率算出ステップは、前記フレーム受信部におけるフレーム認識に必要な認識ビット（ｍビット）に１ビット以上の誤りがある場合にフレームが廃棄されると仮定したときの前記フレーム廃棄率（Ｒ０）と送信フレームのビット誤り率との関係を表す関係式
１−(１−Ｒ３)＾ｍ＝Ｒ０
を用いてフレーム廃棄率（Ｒ０）からフレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出し、前記ビット誤り率算出ステップは、前記フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）と前記フレーム長（ｎ）とを用いて、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を上記の式（１２）で求め、前記廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）に廃棄フレーム数（Ｃ３）を乗じた値と前記誤りのあるビット数（Ｃ５）との和と、前記送信フレームに含まれるビット総数（送信フレーム数Ｃ１×フレーム長ｎ）との比から、ビット誤り率（Ｒ２）を算出することを特徴とする。

また、本発明に係る伝送品質評価プログラムは、コンピュータを上述した伝送品質評価装置として機能させるための伝送品質評価プログラムである。

本発明によれば、第１の従来技術で示したような単なるビット列としての信号の品質を評価するのではなく、フレーム構成を前提とした伝送品質の評価指標を測定できるので、実使用に即した評価ができ、また、検出できる誤りビット数に上限がないので、受信デジタル信号にエラーを多く含む場合でも伝送品質を評価できる。
加えて、エラーを含まないフレームも加味してビット誤り率を算出しているため、ビット誤り率が低い領域でもフレーム単位で高精度にビット誤り率の算出が可能である。

本発明の実施の形態に係る伝送品質評価装置の構成を示す図である。 本実施の形態に係る伝送品質評価装置の評価部の構成を示す図である。 本実施の形態に係る伝送品質評価装置の誤り算出部の構成を示す図である。 従来の技術を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態に係る伝送品質評価装置１は、図１に示すように、フレーム発生部１１と、フレーム発生部１１から送出された信号を伝送路２を介してデジタル受信してその中からフレームを認識するフレーム受信部１２と、伝送路２を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する評価部１３と、この評価部１３によって算出された評価指標を出力する出力部１４とから構成される。

フレーム発生部１１は、複数のフレームを発生し、これらのフレームを含む信号を伝送路２に送出する。フレーム発生部１１が発生するフレームは、複数のビットから構成される有限の長さを持ったデジタル信号である。

このようなフレームの代表的なものとしては、例えば、イーサネット（登録商標）・フレームが挙げられる。イーサネット・フレームは、「プリアンブル」、「ＭＡＣヘッダー」、「データ」、「ＦＣＳ（フレームチェックシーケンス）」の４つの部分からなる。ここで、フレームの冒頭部分に付加される「プリアンブル」は、フレームの始まりを示す特別なビット列である。また、フレームの末尾に付加される「ＦＣＳ」は、これに先立つＭＡＣヘッダーやデータ部分に誤り（エラー）がないかを検査するための値（「ＦＣＳ値」とも呼ばれ、一例としては、フレームの全ビットを加算した値。）を含んでいる。このＦＣＳは、フレームを作る時にフレームを送信する側において計算して追加される。一般に、受信側では、プリアンブルが検出されたときに、ＦＣＳ値の算出と同じ計算を行って、その計算結果とフレームのＦＣＳ値とが一致すれば、伝送されたデジタル信号がフレームと認識され受信されるが、本実施の形態では、フレーム受信部１２は、フレーム全体ではなく、その一部のビットに基づいてフレームの認識・受信を行う。したがって、伝送路を介して伝送されたフレームに誤り（エラー）が含まれていたとしても、フレームとして認識するために必要な所定のビット（本願において「認識ビット」ということがある。）に誤りがなければ、その他のビットに誤りが含まれていても廃棄せず、フレームとして認識して受信される。その結果、フレーム受信部１２は、フレームの認識に必要な所定のビット（認識ビット）に誤りが生じているフレームのみを廃棄する。イーサネット・フレームの場合には、上述した「フレームとして認識するために必要な所定のビット（認識ビット）」としては、例えば、フレームの冒頭部分に付加されたプリアンブルを用いればよい。

評価部１３は、伝送路２に送出するためにフレーム発生部１１によって発生されたフレーム（以下、「送信フレーム」という。）Ａとフレーム受信部１２によって認識され受信されたフレーム（以下、「受信フレーム」という。）Ｂとに基づいて、伝送路２を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する。

評価部１３は、送信フレーム数（Ｃ１）、受信フレーム数（Ｃ２）、誤りフレーム数（Ｃ４）、および受信フレームの誤りビット数（Ｃ５）をそれぞれカウントするカウント部１３１と、フレーム廃棄率（Ｒ０）算出部１３２と、廃棄フレーム数（Ｃ３）算出部１３３と、フレーム誤り率（Ｒ１）およびビット誤り率（Ｒ２）をそれぞれ算出する誤り率算出部１３４とを備えている。
図２に、評価部１３の構成を示す。カウント部１３１は、フレーム発生部１１からフレームを受信して、フレーム発生部１１が伝送路２に送出した送信フレームＡの数（以下、「送信フレーム数」といい、「Ｃ１」と表す。）を数える送信フレームカウント部１３１ａを備える。また、カウント部１３１は、フレーム受信部１２において認識され受信された受信フレームＢをフレーム受信部１２から受信して、受信フレームＢの数（以下、「受信フレーム数」といい、「Ｃ２」と表す。）を数える受信フレームカウント部１３１ｂを備える。

廃棄フレーム数算出部１３３は、送信フレームカウント部１３１ａおよび受信フレームカウント部１３１ｂによってそれぞれカウントされた送信フレーム数（Ｃ１）および受信フレーム数（Ｃ２）を入力とし、送信フレーム数（Ｃ１）から受信フレーム数（Ｃ２）を引いて廃棄フレームの数（以下、「廃棄フレーム数」といい、「Ｃ３」と表す。）（Ｃ３＝Ｃ１−Ｃ２）を算出する。この「廃棄フレーム数」は、フレーム発生部１１から伝送路２に送出されたものの、フレーム受信部１２においてはフレームとして認識・受信されなかったフレームの数、すなわち、廃棄されたフレームの数を表す。

フレーム廃棄率算出部１３２は、廃棄フレーム数（Ｃ３）を送信フレーム数（Ｃ１）で除することによりフレーム廃棄率（Ｒ０＝Ｃ３／Ｃ１）を算出する。

このようにして求められたフレーム廃棄率（Ｒ０）は、伝送路２を介するフレームの伝送品質を表す評価指標として出力部１４から出力されるとともに、誤り率算出部１３４に送られる。

また、評価部１３は、フレーム受信部１２が上述した機能を有することに伴って、図２に示すように、受信フレームＢの内、伝送路を介して伝送されて誤り（エラー）が生じた誤りフレームの数（以下、「誤りフレーム数」といい、「Ｃ４」と表す。）を数える誤りフレームカウント部１３１ｃと、誤りビットの数（以下、「誤りビット数」といい、「Ｃ５」と表す。）をカウントする誤りビットカウント部１３１ｄとを備える。

具体的には、誤りフレームカウント部１３１ｃと誤りビットカウント部１３１ｄとは、ともにフレーム発生部１１において発生された送信フレームＡに含まれる各ビットとフレーム受信部１２において認識・受信された受信フレームＢに含まれる各ビットとを比較する。そして、誤りビットカウント部１３１ｄは、両者の間で異なるビットがあれば、これを誤りビットとしてカウントして誤りビット数（Ｃ５）を求める。また、誤りフレームカウント部１３１ｃは、受信フレームＢに一つでも誤りビットが含まれるなら、そのフレームを誤りフレームとしてカウントし、誤りビットを含む誤りフレームの数（誤りフレーム数（Ｃ４））を求める。

本実施の形態において、フレーム誤り率算出部１３４ａおよびビット誤り率算出部１３４ｂにおけるフレーム誤り率およびビット誤り率の算出は次の通りである。

〈フレーム誤り率の算出〉
フレーム誤り率算出部１３４ａは、例えば次の式（１）に従って、送信フレームカウント部１３１ａにおいてカウントされた送信フレーム数（Ｃ１）と、廃棄フレーム数算出部１３３において算出された廃棄フレーム数（Ｃ３）と誤りフレーム数（Ｃ４）とに基づいてフレーム誤り率（Ｒ１）を求める。

Ｒ１＝（Ｃ３＋Ｃ４）／Ｃ１ ・・・（１）

ここで（Ｃ３＋Ｃ４）は、伝送路２を介して伝送されて、フレームとして認識するために必要な所定のビットであるか否かを問わず、誤り（エラー）が生じたビットを有するフレームの数であるから、これを送信フレーム数（Ｃ１）で除した値が、「送信フレームＡの内、伝送路を介して伝送されて誤り（エラー）が生じたフレームの割合、すなわちフレーム誤り率（Ｒ１）となる。

〈ビット誤り率の算出〉
ビット誤り率算出部１３４ｂは、図３に示すように、例えば、フレームとして認識するために必要な所定のビット（例えばプリアンブル）の誤り率（以下、「Ｒ３」と表す。）を下記の式（２）から求める認識ビットの誤り率（Ｒ３）算出部１３４ｂ−１と、送信フレーム数（Ｃ１）と廃棄フレーム数（Ｃ３）と認識ビット誤り率（Ｒ３）とから廃棄フレームにおける平均誤りビットの数（Ｎ５）を算出する廃棄フレームの平均誤りビット数算出部１３４ｂ−２と、この廃棄フレームにおける平均誤りビットの数（Ｎ５）と廃棄フレーム数（Ｃ３）と誤りビット数（Ｃ５）とフレーム長（ｎ）とに基づいてビット誤り率（Ｒ２）を算出するビット誤り率算出部（１３４ｂ−３）とを備えている。

１−（１−Ｒ３）^m ＝ Ｃ３／Ｃ１ ・・・（２）

ここで、ｍは、フレーム受信部１２が伝送路２を介して受信したデジタル信号を「フレームとして認識するために必要な所定のビット」のビット数である。例えば、フレーム受信部１２が、フレーム先頭の６４ビットのプリアンブルを検出してフレームを認識している場合は、ｍの値は６４となる。

式（２）は、フレーム中、ｍビットの内１ビットでもエラーならフレームが廃棄される場合の、廃棄フレーム数と送信フレーム数の比、すなわちフレーム廃棄率（Ｒ０＝Ｃ３／Ｃ１）と、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）との関係を表している。

ここで、Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ（ｈ，ｋ）のような誤り訂正符号を適用している場合、Ｒ３は次のように求めても良い。

Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ（ｈ，ｋ）とは、ｈバイトの信号にｐ（ｐ＝ｋ−ｈ）バイトの冗長信号を付加して送信し、受信時は冗長信号を用い、ｋバイトの信号に含まれるエラーを訂正する符号である。Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ（ｈ，ｋ）では、ｋバイトに含まれるエラーのバイト数Ｂが、ｐに０．５を乗じた値以下の場合（Ｂ≦０．５ｐ）エラーを訂正でき、それより大きい場合（Ｂ≧０．５ｐ＋１）エラーを訂正できないという性質を持つ。ここで、訂正不可の最小バイト数をｑ（ｑ＝０．５ｐ＋１）とする。ｋバイト区切りのデータをコードワードと定義し、コードワードのビット数をＮ_CWとする。コードワードのエラーレート（ＣＥＲ）は、式（２−１）から求められる。ＣＥＲから、式（２−２）でＦＥＣ訂正前のバイトエラーレートＰ_SEを求め、式（２−３）により、ＦＥＣ訂正後のバイトエラーレートＰ_UEを求める。ＦＥＣ訂正後のビット誤り率（Ｒ３）を算出するには、式（２−４）でバイト誤り率をビット誤り率に変換する。ＦＥＣ訂正前のビット誤り率をＲ３として用いたい場合には、式（２−４）のＰ_UEにＰ_SEを代入してＲ３を求める。

上記の式を用いることで、さらに高精度にＲ３を算出することが可能である。
次に、ビット誤り率算出部１３４ｂ−３は、式（３）から、廃棄フレームに含まれる平均誤りビット数（Ｎ５）と廃棄フレーム数Ｃ３を用いて送信フレームＡに含まれるビットに対して伝送路を介して伝送されて誤り（エラー）が生じた誤りビットの割合を示すビット誤り率（Ｒ２）を算出する。式（３）におけるｎはフレーム長（フレームを構成するビット数）である（ｍ≦ｎ）。

Ｒ２＝(Ｎ５×Ｃ３＋Ｃ５)／(Ｃ１×ｎ) ・・・（３）

式（３）は、受信フレームＢの誤りビット数（Ｃ５）と、廃棄フレーム（すなわち、受信フレームＢ以外のフレーム）における誤りビットの数（Ｎ５×Ｃ３）との和を、送信フレームＡの総ビット数（Ｃ１×ｎ）で除することによってビット誤り率（Ｒ２）を算出するものである。

このようにして算出されたフレーム誤り率（Ｒ１）とビット誤り率（Ｒ２）は、フレームの伝送品質を表す評価指標として出力部１４から出力される。

＜廃棄フレームの平均誤りビットの数（Ｎ５）の算出＞
廃棄フレームの平均誤りビット数算出部１３４ｂ−２において、廃棄フレームにおける平均誤りビットの数（Ｎ５）は、以下に述べるいずれかの手法で求めることができる。

［手法１］
一つの廃棄フレームに含まれる誤りビット数の最小値をＬビットとし、全ての廃棄フレームに含まれる平均誤りビット数（Ｎ５）を以下の式（４）で求める。

Ｎ５＝Ｌ＋Ｒ３×(ｎ−Ｌ) ・・・（４）

本実施の形態における伝送品質評価装置が、誤り訂正機能を備えない場合、Ｌは１とする。廃棄フレームには必ず１ビットのエラーが存在し、それ以外（ｎ−Ｌ）ビットの誤りビット数はフレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を乗じて1フレームあたりの誤りビット数（Ｎ５）を求める。本実施の形態における伝送品質評価装置が、Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ等の誤り訂正符号を搭載する場合、Ｌは誤りを訂正するコードワードにおいて訂正ができない最小ビット数とする。例えば、１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムに搭載されるＲＳ(２２３，２５５)符号では、受信した信号をコードワード長（２５５ｂｙｔｅ）で区切り、コードワード毎に誤りを訂正するが、Ｌは１コードワードにおいて訂正ができない誤りビットの最小値（この場合１７ビット）とする。
また、廃棄フレームのビット誤り率（Ｒ７）は、以下の式（５）で求められる。

Ｒ７＝{Ｌ＋Ｒ３×(ｎ−Ｌ)}/ｎ ・・・（５）

ここで、エラーがランダムに発生し、廃棄フレームと受信したエラーフレームのビット誤り率が等しいと想定される場合、例えば、誤りビットカウント部１３１ｄでカウントした誤りビット数（Ｃ５）を受信した誤りフレームのビット数（Ｃ４×ｎ）で割ることで、受信した誤りフレームのビット誤り率（Ｒ８）を求め（式（６））、受信した誤りフレームのビット誤り率（Ｒ８）を式（７）における（Ｒ７）に代入して、廃棄フレームにおける誤りビット数（Ｎ５）を求めても良い。式（７）は、廃棄フレームのビット誤り率（Ｒ７）に、廃棄フレームのビット総数を乗じて、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を求める式である。

Ｒ８＝Ｃ５／(Ｃ４×ｎ) ・・・（６）
Ｎ５＝Ｒ７×ｎ ・・・（７）

ここで、エラーフレームのビット誤り率（Ｒ８）は、以下の式（８）のように、受信したフレームのビット誤り率（Ｒ１１）を受信したフレームの誤り率（Ｒ１２）で割ることで求めても良い。

Ｒ８＝Ｃ５／(Ｃ４×ｎ)＝Ｒ１１／Ｒ１２ ・・・（８）

［手法２］
エラーがランダムに発生すると想定される場合、以下のように、フレームの認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）をフレーム誤り率（Ｒ１）で割ることで求めた、エラーフレームと廃棄フレーム全体のビット誤り率（Ｒ１０）を式（７）における廃棄フレームのビット誤り率（Ｒ７）としても良い。この場合、廃棄フレームの誤りビット数（Ｎ５）は、式（７）を用い、Ｒ７にＲ１０を代入して求める。

Ｒ１０＝Ｒ３／Ｒ１ ・・・（９）

［手法３］
また、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）は、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）に全送信フレームのビット数（Ｃ１×ｎ）を乗じて全送信フレームに含まれる誤りビット数を算出し、算出した値をから受信フレームに含まれる誤りビット数（Ｃ５）を引いた値を廃棄フレーム数Ｃ３で割ることで求めても良い。エラーが多い場合等は、以下の式（１０）では、Ｒ３として、受信したフレームのビット誤り率（Ｒ１１）を用いても良い。

Ｎ５＝(Ｒ３×Ｃ１×ｎ−Ｃ５)/Ｃ３ ・・・（１０）

［手法４］
ここで、フレームが廃棄される確率、つまりフレーム廃棄率Ｒ０は、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を用いて、フレーム認識に必要な認識ビット（ｍビット）に１ビット以上エラーが入り、それ以外のビット（（ｎ−ｍ）ビット）には、エラー訂正ができない最小のビット数（Ｌ）からフレーム認識に必要な認識ビットに含まれる誤りビット数を引いた数の誤りビットが含まれる確率と等しいとし、以下の式（１１）を用いてＲ０からＲ３を求め、式（１２）を用いてフレームを認識する為に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）及びフレーム廃棄率（Ｒ０）から廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を求めても良い。

訂正ができない最小の誤りビット数Ｌは、誤り訂正符号を適用しない場合、Ｌは１となり、式（１１）は以下の式（１３）のように簡便化される。

また、フレーム内に置いてビットの位置に関わらず１ビット以上エラーを含むフレームを全て廃棄する場合は（ｍ＝ｎ）、式（１４）で示すようにフレーム誤り率（Ｒ１）はフレーム廃棄率（Ｒ０）と等しく、廃棄フレーム数（Ｃ３）及び送信フレーム数（Ｃ１）を用いて求める（受信される誤りフレーム数（Ｃ４）は０となる）。ビット誤り率（Ｒ２）は、フレーム認識に必要な所定のビット（認識ビット）の誤り率（Ｒ３）と等しくなり（Ｒ２＝Ｒ３）、式（１５）で求められる。廃棄フレームの誤りビット率（Ｒ７）を求める際には、ビット誤り率（Ｒ２）をフレーム廃棄率（Ｒ０）で割ることで式（１６）で求めても良い（エラーフレームと廃棄フレーム全体のビット誤り率（Ｒ１０）は廃棄フレームのＢＥＲ（Ｒ７）と等しくなる）。

Ｒ１＝Ｒ０＝Ｃ３／Ｃ１ ・・・（１４）
１−(１−Ｒ２)ⁿ＝Ｒ０ ・・・（１５）
Ｒ７＝Ｒ２／Ｒ０ ・・・（１６）

算出されたビット誤り率（Ｒ２）は、フレーム誤り率（Ｒ１）と同様に、伝送路を介するフレームの伝送品質を表す評価指標として出力部１４から出力される。

上述した本実施の形態にかかる伝送品質評価装置は、コンピュータに伝送品質評価プログラムをインストールすることによっても実現することができる。コンピュータは、ハードウェア資源としては、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭやＲＡＭといった内部記憶装置、各種インターフェース装置（Ｉ／Ｆ）を備え、このＩ／Ｆを介して、ＨＤＤなどの外部記憶装置や、キーボードやディスプレイなどの入出力装置等の外部装置が接続される。伝送品質評価プログラムは、上記のハードウェア資源と協働し、上述した伝送品質評価装置の各種機能を実現する。
伝送品質評価プログラムは、記録媒体に記録することもできるが、ネットワークを通して提供することも可能である。

本実施の形態に係る伝送品質評価装置によれば、廃棄フレームを含めた全送信フレームＡのフレーム誤り率やビット誤り率を測定でき、フレームを単位として高精度に伝送品質の評価を行うことができる。特に、実測が困難な廃棄フレームに含まれる誤りビット数を高精度に推定することができるため、算出するビット誤り率の精度を高めることができる。
また、様々なレベルのエラーの発生状態を調べるために、伝送路に減衰器を入れ、故意にフレームにエラーを入れるようにしても良い。
また、フレームの送信方法としては、フレーム間にアイドル信号を入れて連続送信としても、フレーム間に信号を送信しないバースト送信としてもどちらでも良い。

本発明は、伝送分野、特にデジタル伝送に利用することができる。

１…伝送品質評価装置、２…伝送路、１１…フレーム発生部、１２…フレーム受信部、１３…評価部、１４…出力部、１３１ａ…送信フレームカウント部、１３１ｂ…受信フレームカウント部、１３２…フレーム廃棄率算出部、１３３…廃棄フレーム数算出部、１３４…誤り率算出部、１３４ａ…フレーム誤り率算出部、１３４ｂ…ビット誤り率算出部、１３４ｂ−１…認識ビット誤り率算出部、１３４ｂ−２…廃棄フレーム平均誤りビット数算出部、１３４ｂ−３…ビット誤り率算出部。

Claims (5)

1. 複数のフレームを発生し、これらのフレームを含む信号を伝送路に送出するフレーム発生部と、
   このフレーム発生部から送出された前記信号を前記伝送路を介して受信し、この受信した信号からフレームを認識するフレーム受信部と、
   前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレームと前記フレーム受信部によって認識された受信フレームとに基づいて、前記伝送路を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する評価部と、
   この評価部によって算出された前記評価指標を出力する出力部と
   を備え、
   前記評価部は、
   前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレーム数（Ｃ１）を数える送信フレームカウント部と、
   前記フレーム受信部によって認識された受信フレーム数（Ｃ２）を数える受信フレームカウント部と、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記受信フレーム数（Ｃ２）の差である廃棄フレーム数（Ｃ３）を算出する廃棄フレーム数算出部と、
   前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記送信フレーム数（Ｃ１）との比から、前記送信フレームの内、廃棄されたフレームの割合を示すフレーム廃棄率（Ｒ０）を算出するフレーム廃棄率算出部と、
   前記受信フレームにおいて発生した誤りビットの数（Ｃ５）を数える誤りビットカウント部と、
   前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から算出される、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を考慮して、送信フレームに含まれるビットに対して前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りビットの割合を示すビット誤り率（Ｒ２）を算出する誤り率算出部と
   を備え、
   前記誤り率算出部は、
   前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から前記認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出する認識ビット誤り率算出部と、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記認識ビット誤り率（Ｒ３）と前記誤りビット数（Ｃ５）とフレーム長（ｎ）とに基づいて前記ビット誤り率（Ｒ２）を算出するビット誤り率算出部と
   を備え、
   前記認識ビット誤り率算出部は、
   前記フレーム受信部におけるフレーム認識に必要な認識ビット（ｍビット）に１ビット以上の誤りがある場合にフレームが廃棄されると仮定したときの前記フレーム廃棄率（Ｒ０）と送信フレームのビット誤り率との関係を表す関係式
   １−(１−Ｒ３)＾ｍ＝Ｒ０
   を用いてフレーム廃棄率（Ｒ０）からフレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出し、
   前記ビット誤り率算出部は、
   前記フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）と前記フレーム長（ｎ）とを用いて、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を以下の式で求め、前記廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）に廃棄フレーム数（Ｃ３）を乗じた値と前記誤りのあるビット数（Ｃ５）との和と、前記送信フレームに含まれるビット総数（送信フレーム数Ｃ１×フレーム長ｎ）との比から、ビット誤り率（Ｒ２）を算出する
   ことを特徴とする伝送品質評価装置。
   

   
2. 請求項１に記載された伝送品質評価装置において、
   前記評価部は、さらに、
   前記受信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りフレームの数（Ｃ４）を数える誤りフレームカウント部と、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記誤りフレーム数（Ｃ４）とに基づいて、前記送信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じたフレームの割合を表すフレーム誤り率（Ｒ１）を算出するフレーム誤り率算出部と
   を備えることを特徴とする伝送品質評価装置。
3. フレーム発生部より複数のビットから構成される複数のフレームを発生し、これらのフレームを含む信号を伝送路に送出するフレーム発生ステップと、
   フレーム受信部により前記フレーム発生部から送出された前記信号を前記伝送路を介して受信し、この受信した信号からフレームを認識するフレーム受信ステップと、
   前記伝送路に送出するために前記フレーム発生部によって発生された送信フレームと前記フレーム受信部によって認識された受信フレームとに基づいて、前記伝送路を介するフレームの伝送品質を表す評価指標を算出する評価ステップと、
   この評価ステップによって算出された前記評価指標を出力する出力ステップと
   を有し、
   前記評価ステップは、
   前記フレーム発生部によって発生され前記伝送路に送出される送信フレーム数（Ｃ１）を数える送信フレームカウントステップと、
   前記フレーム受信部によって認識された受信フレーム数（Ｃ２）を数える受信フレームカウントステップと、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記受信フレーム数（Ｃ２）の差である廃棄フレーム数（Ｃ３）を算出する廃棄フレーム数算出ステップと、
   前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記送信フレーム数（Ｃ１）との比から、前記送信フレームの内、廃棄されたフレームの割合を示すフレーム廃棄率（Ｒ０）を算出するフレーム廃棄率算出ステップと、
   前記受信フレームにおいて発生した誤りビットの数（Ｃ５）を数える誤りビットカウントステップと、
   前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から算出される、フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を考慮して、送信フレームに含まれるビットに対して前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りビットの割合を示すビット誤り率（Ｒ２）を算出する誤り率算出ステップと
   を有し、
   前記誤り率算出ステップは、
   前記フレーム廃棄率（Ｒ０）から前記認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出する認識ビット誤り率算出ステップと、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記認識ビット誤り率（Ｒ３）と前記誤りビット数（Ｃ５）とフレーム長（ｎ）とに基づいて前記ビット誤り率（Ｒ２）を算出するビット誤り率算出ステップと
   を有し、
   前記認識ビット誤り率算出ステップは、
   前記フレーム受信部におけるフレーム認識に必要な認識ビット（ｍビット）に１ビット以上の誤りがある場合にフレームが廃棄されると仮定したときの前記フレーム廃棄率（Ｒ０）と送信フレームのビット誤り率との関係を表す関係式
   １−(１−Ｒ３)＾ｍ＝Ｒ０
   を用いてフレーム廃棄率（Ｒ０）からフレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）を算出し、
   前記ビット誤り率算出ステップは、
   前記フレーム認識に必要な認識ビットの誤り率（Ｒ３）と前記フレーム長（ｎ）とを用いて、廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）を以下の式で求め、前記廃棄フレームの平均誤りビット数（Ｎ５）に廃棄フレーム数（Ｃ３）を乗じた値と前記誤りのあるビット数（Ｃ５）との和と、前記送信フレームに含まれるビット総数（送信フレーム数Ｃ１×フレーム長ｎ）との比から、ビット誤り率（Ｒ２）を算出する
   ことを特徴とする伝送品質評価方法。
   

   
4. 請求項３に記載された伝送品質評価方法において、
   前記評価ステップは、さらに、
   前記受信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じた誤りフレームの数（Ｃ４）を数える誤りフレームカウントステップと、
   前記送信フレーム数（Ｃ１）と前記廃棄フレーム数（Ｃ３）と前記誤りフレーム数（Ｃ４）とに基づいて、前記送信フレームの内、前記伝送路を介して伝送されて誤りが生じたフレームの割合を表すフレーム誤り率（Ｒ１）を算出するフレーム誤り率算出ステップと
   を有することを特徴とする伝送品質評価方法。
5. コンピュータを請求項１または２に記載された伝送品質評価装置として機能させるための伝送品質評価プログラム。

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