Transcript 10．1 通信品質
第１０章 通信品質と信頼性 １０.１ １０．２ １０．３ 通信品質 安定品質 信頼性と保全性 １０．１ 通信品質 １０．１．１ １０．１．２ １０．１．３ １０．１．４ １０．１．５ 通信品質とは 接続品質 通話品質 伝送品質 通信サービス品質 １０．１.１ 通信品質とは （１）通信品質の分類 通信品質は，以下のように分類できる。 ① 接続品質 発信者が受話器を上げてから相手に接続されるまでの サービスの良好さ ② 通話品質 電話サービスにおけるよく聞こえる度合いを定量的に表したもの。 ③ 伝送品質 電話器，交換機を含む伝送路のよさを表したもの。 送受話器の感度，伝送損失，雑音，伝送帯域によって支配される。 （２）評価の尺度 （ａ）データ伝送品質の測度 データ伝送品質は，正確にデータが伝送されたかどうかによって判定する。 ① ビット誤り率 送信ビット数と誤って受信されたビット数の比． すなわち，Nビットが送信され，n個の受信ビットが誤っている場合， ビット誤り率＝n／Ｎ とする． ② キャラクタ誤り率(誤字率) 送信された文字数に対して，誤って受信された文字数の割合． 利用者にとっては文字数の誤りのほうが理解しやすいので， 加入電信回線の品質を評価する場合等に使われる． ③ ブロック誤り率 送信ブロック数に対して，誤って受信されたブロック数の割合． （ｂ）バースト的符号誤りの評価 ビット誤り率等はランダム誤りが前提であり，データ，ファクシミリ， 映像信号等のバースト性符号誤りを表現するのには向いていない． そこで，単位時間 T 0 における平均誤り率がしきい値 10－m を超えるような 単位時間の数が観測時間長 Ti に占める時間率を％で表す方法が採用される ようになってきている． （考え方） ＦＡＸなどの画像では， 気づけない程度のノイズであれば正常のうち， あまりにノイズが多すぎれば異常とみなす。 時間率を用いる場合の測度 ① %ES(Errored Seconds) 稼働時間中に符号誤りのある秒の割合．すなわち，単位は秒，mは ∞ である． ② %EFS(Error Free Seconds) ESの逆．符号誤りのない時間と測定時間の比率である． ③ %DM(Degraded Minutes) 電話サービス用．稼動時間中で，%SESを除く連続時間中に しきい値10－6を超える符合誤りのある分の割合． すなわち，単位は分，mは 6 である． ③ %SES(Severely Error Seconds) 単位は秒，mは 3 である． 瞬断，同期外れ，フェージング，降雨減衰等を要因とする バースト誤りを検討する際に役立つ． 用語 ① アベイラブル時間 伝送品質を規定する上で対象とする時間。 全観測時間のうち，通信不可能と考えられるアンアベイラブル時間を除く。 ② アンアベイラブル時間 全観測時間のうち，通信不可能な時間。安定品質の規格対象である。 アンアベイラブル時間は，連続１０秒間のそれぞれの秒の ビット誤り率が１×１０－８より悪い場合を意味する。 （ｄ）伝送品質の尺度 ［通話品質等を前提とした伝送品質の尺度に求められる条件］ ① 再現性があり，精度が良い。 ② 主観的な通話の良さと対応がつく。 ③ 測定が容易である。 このような点から，次のような尺度が用いられる。 (a) 明瞭度 意味のない単音や音節が正しく認識された割合。 (b) 音量（ラウドネス：Loudness） 基準系を被測定系の音量と比較し， 等しくなるように系の挿入損失を調整したときの 挿入損失から求める数値。 RE（通話当量），LR（ラウドネス定格）が主に使われる。 ＲＥ（通話当量） 被測定系とNOSFERと呼ばれる基準系を並べ， 基準系に挿入されている減衰器（ATT）を調整して， 基準系の音量が被測定系の音量と同じになるように調整。 ［音量が等しくなったとき］ RE ＝ 基準系に挿入された損失値－測定系に設定されていた挿入損失値 ＡＴＴ ＲＥ測定位置 送話 基準系（MOSFER） （広帯域） 被測定系 受話 ＬＲ（ラウンドネス規格） 基準系の他に，平均的な電話器特性を持つ中間基準系（IRS）を使用。 測定は，被測定系と基準系，中間基準系と基準系の間で行う。 基準系の音量を一定とし，被測定系と中間基準系の音量を可変にし， 中間基準系の挿入損失から被測定系の挿入損失を差し引いて求める。 LR ＝ 中間基準系の挿入損失Ｘ１－被測定系の挿入損失Ｘ２ ＡＴＴ ＲＥ測定位置 送話 基準系（MOSFER） 25 dB 中間基準系（IRS） X1 dB （狭広帯域） 被測定系 LR = X1－X2 X2 dB 受話 １０．１.２ 接続品質 （１）接続品質を低下させる要因 接続品質を低下させる要因には，以下のものがある。 ① 接続損失 通信設備がふさがり，相手の話し中や無応答に遭遇して， 呼が損失となること。 ② 接続遅延 発信者が受話器を上げてから受信者が応答するまでの経過時間。 （ダイヤル時間を除く） （ａ）接続損失 接続損失は，以下のように分類できる。 品質規定では，以下のうち①，②を対象にする。 ① 起呼階梯損失 交換機がすべての他の呼によって占有されているため， 受話器を上げた段階で，話中になり損失呼になること。 ② 接続階梯損失 ダイヤル終了後，相手に接続される途中で，回線のふさがり， 交換機のふさがり等のため損失呼になること。 ③ 相手先の話中による損失 相手が話中であることによる損失呼。 ④ 無応答による損失 相手が不在等のため電話に出ることができないため損失呼になること。 （ｂ）接続遅延 接続遅延は，以下のように分類できる。 品質規定では，以下のうち①，②を対象にする。 ① 発信音遅延 受話器を上げてから，交換機から発信音が戻ってくるまでの時間。 ② 自動接続遅延 ダイヤル終了後，呼出音が鳴るまでの時間。 各交換階梯のトラヒック量，信号方式，中継交換機の数に左右される。 ③ 被呼者応答遅延 呼出音が鳴ってから，相手が電話に出て，通話可能になるまでの時間。 ④ 復旧遅延 通話が終了し，発信者が受話器を置いた後，実際に回線が切断される までの時間。ただし，この時間は利用者には何の影響も及ぼさない。 （２）接続品質の尺度 （ａ）接続損失 接続損失の尺度としては，呼損率を用いる。（７．６．５参照） 呼損率（Ｂ）＝ 生起呼量－運ばれた呼量 生起呼量 ここで，運ばれた呼量＝通呼量（Ａｃ） Ｂ＝ Ａ－Ａｃ Ａ たとえば１０アーランの呼量があり，そのうち９アーランが 運ばれたら， 呼損率＝ １０－９ １０ ＝０．１ この場合，１０回に１回はつながらないことになる。 （ｂ）接続遅延 平均遅延時間と遅延時間の分散で評価する。 ［同一平均遅延時間の場合］ 確率密度 ケース１ ケース２ 遅延時間が２秒を超える 割合が２０％ 遅延時間が２秒を超える 割合が１０％ １秒 ２秒 遅延時間 ケース１を良好とみなす。 分散が小さければ，平均遅延時間を 分散が大きければ，遅延分布率を尺度として用いる （３）接続品質に関する規格 （ａ） ＩＴＵ－Ｔ勧告 平常負荷 高負荷 ： ： 平均繁忙時呼量の年間最大３０日の平均 平均繁忙時呼量の年間最大５日の平均 ［呼損率の目標値］ ① 平常負荷時の１リンク当り呼損率 ② 高負荷時の１リンク当り呼損率 ［接続遅延］ 参照負荷Ａ 入回線使用率 加入者線呼損率 最繁茂時呼量 参照負荷Ｂ 入回線使用率 加入者線呼損率 最繁茂時呼量 ： 0.7 ： 0.03～0.17 ： 1.2～1.8 ： 0.8 ： Ａの25%増 ： Ａの35%増 ≦ ０．０１ ≦ ０．０７ 参照負荷Ａ 平均値 ： 95%値 ： 400 ms 以下 600 ms 以下 参照負荷Ｂ 平均値 ： 800 ms 以下 95%値 ： 1000 ms 以下 （ｂ） 電気通信事業法による規定 事業用電気通信設備規則第３５条 ［前提］平常時における平均繁忙時呼量の年間最大３０日平均の負荷 品 質 規 定 自動接続遅延 回線設備における呼損 海外への発信時における呼損 海外からの着信時における呼損 着信側状態通知 接 続 品 質 接続遅延時間が3秒以上となる確率≦0.01 回線設備による呼損確率≦0.15 回線設備により国際中継回線までの間の呼損確率≦0.15 回線設備から着信端末までの間の呼損確率≦0.11 着信側状態通知時間≦30秒 （ｃ） ＩＰネットワーク接続品質 ＩＴＵ－Ｔ ① 電話網の一部をIPネットワークで置換した場合，E.721等の ISDN接続品質等をもとに目標値を設定する方向である(E.671等)． ② 最悪接続系で網故障要素についても規定しているI.352等をもとに 目標値を設定する方向である(Y.1530)． ③ 呼損率，接続解除遅延については，今後の検討予定とされているが， IP電話での呼損率目標をISDN目標の0.05と同程度にする方向で検討。 規定 E.671等 Y.1530草案 自動接続遅延時間 接続解除遅延時間 平 均 95%値 平均 95%値 8,000 ms 11,000 ms 検討予定 検討予定 7,500 ms 8,450 ms 3,500 ms 検討予定 呼損率 検討予定 検討予定 総務省 日本の総務省では，現行技術基準において， 呼損率を 0.15 以下とすることを 定めていることもあり， 参考値として，呼損率を 0.15 以下としている． １０．１.３ 通話品質 （１）通話品質のと分類 （よく聞こえる度合い）一般に次のように分類される。 以下のうち，③が技術的な改善，検討の対象となる。 ① 送話品質 送話条件の良さを定量的に表したもの。 発生レベル，発音，言語，なまりの他，送話室内雑音も影響する。 ② 受話品質 受話条件の良さを定量的に表したもの。 受話者の聴力，受話室内騒音などに影響される。 ③ 音声伝送品質 電話器，交換機を含む伝送路の良さを表したもの。 送受話器の感度，伝送品質，雑音，伝送帯域などに影響される。 （２）既存電話サービスにおける通話品質 ネットワーク種類 アナログ固定電話 ISDN 携帯電話 IP電話 通 話 品 質 基 準 送話ラウドネス定格≦15 dB 受話ラウドネス定格≦ 6 dB (事業用電気通信設備規則第34条) 送話ラウドネス定格≦11 dB 受話ラウドネス定格≦ 5 dB (総務大臣の確認を受けて基準値設定) 単音明瞭度≧60％ （注１） (総務大臣の確認を受けて基準値設定) PSQM≦ 3.5 （注２） (総務大臣の確認を受けて基準値設定) （注１）単音明瞭度：主観評価のひとつで，試験用の無意味な単音の 総数のうち 正しく聞き取れた単音の割合． （注２）PSQM(Perceptual Speech Quality Measure)：客観評価のひとつで， ITU勧告P.861に定められている知覚的緩和品質測定手法 総合品質については，端末相互間で規定され，ITU-TのR値(後述)を超える値， 伝送遅延時間150ミリ秒未満とされている． （３）ＩＰネットワークにおける品質要因 IPネットワークサービスの品質評価は，ネットワーク品質だけではできない． たとえば，IP電話サービスにおいてユーザがサービスの良否を判断するには， エンドツーエンドの品質が適正に比較できなければならない． ［IP電話サービスに関わる品質要因］ ① IP電話端末の特性 音声符号化・複合化，揺らぎ吸収バッファ，無音圧縮・データ補完， インターフェース等。 ② IPネットワークの伝送品質 IPパケットの損失，遅延揺らぎ。 ＩＰ電話サービスの品質のイメージ サービス品質 ＝発呼側電話端末の特性×ネットワーク伝送品質×着呼側電話端末の特性 ［いろいろなパターン］ ① IP電話端末から固定電話にかける場合 ② 固定電話からIPネットワークを通じて固定電話にかける場合 ③ 固定電話からIP電話端末にかける場合 ④ IP電話からIP電話にかける場合 これらのバラエティを前提として， ① ネットワーク伝送品質がどう変化するのか？ ② どう目標品質を設定するか について検討が必要である． １０．１．４ 伝送品質 （１） 伝送品質に用いられる尺度 以下のような尺度が用いられる。（１０．１．１ 参照） (a) 明瞭度 (b) 音量（ラウドネス：Loudness） RE（通話当量），LR（ラウドネス定格）が主に使われる。 （２）伝送品質に関する規格 ＩＴＵ－Ｔの伝送品質に関する勧告 伝送品質の尺度としてLRを用いる。 発信側 国際交換局 送話ラウドネス定格 国際交換局 接続ラウドネス定格 受話ラウドネス定格 目標値 種類 送話ラウドネス定格 受話ラウドネス定格 接続ラウドネス定格 長期目標値 6.5 ～ 8 dB －2.5 ～ －1 dB 8 ～ 11 dB 受信側 短期目標値 最大 14 dB 最大 2.5 dB 最大 20.5 dB 電気通信事業法における規定 次の条件を満足するよう定めている。ただし，以下は限界値。 ① アナログ電話端末相互間の国内接続系総合ＬＲは 21 dB 以下。 ② 国際接続系の通信品質は送話 LR 20 dB 以下，受話 LR 6 dB 以下とする。 １０．１．５ 通信サービス品質 （１） 通信サービス品質とは 通信サービス品質（QoS：Quality of Service） QoS とは，ネットワークの通信品質の制御やそのサービスの総称． 求められる通信サービス品質のレベルは，電子為替など 高度な信頼性を求められるレベルから通常の電話サービスのレベルまで それぞれに異なる． ① IP電話における通信サービス品質における音声通話品質 ② エンドツーエンド遅延などによる評価方法 （２） ＩＴＵ－Ｔにおける音声通話品質評価手法 ① MOS値（P.800） 被験者に音声品質を5段階評価で評価してもらい， その平均値を音声品質とする主観的評価手法 ② Ｒ値（G.107） 品質設計モデルE-modelにしたがって総合音声伝送品質を示す 客観的評価手法 総合音声伝送品質カテゴリ(ITU-T：G.109) 品質カテゴリ Best High Medium Low Poor (not recommend) R値範囲 90≦R＜100 80≦R＜90 70≦R＜80 60≦R＜70 50≦R＜60 0≦R＜50 ユーザ満足度 Very satisfied Satisfied Some users dissatisfied Many users dissatisfied Nearly all users dissatisfied -------------------- （３）ＭＯＳ値 明瞭度と音量だけで通話品質をすべて評価できるとは限らない。 利用者の満足度を評価するには， 主に，オピニオン評価などの心理尺度が用いられる。 与えられた条件に対して， ４：非常に良い ３：良い ２：まあ良い １：悪い ０：非常に悪い とし，重みつき総和をとったものを 平均オピニオン評点（MOS : Mean Opinion Score）という。 100 80 60 40 20 0 ０ １ ２ ３ ４ （４）Ｒ値 E-modelによるR値算出は次のように行われる． R値=Ro － Is － Id － Ie ＋ A ここで， Ro：回線雑音や送受話室内雑音による劣化（室内の雑音） Is：音量・側音・量子化歪による劣化（送話者側の端末劣化） Id：送話者および受話者のエコーや絶対遅延による劣化 （ネットワークによる劣化） Ie：低ビットレートCODECやパケット損失による劣化（受話側の端末劣化） A：モバイル通信などの利便性などの補正 （５）その他 その他，以下のような評価法がある。 ① PSQM(P.861) 元の音声と劣化音声の信号特徴量の差分により音声受聴品質を推定 する客観的評価法 ② PESQ(P.862) PSQMをベースに，パケット損失に対応するために認知モデルを 適用した客観的評価手法 （６） 通信サービス品質に関する取り組みの例 ① 欧州電気通信標準化協会のTIPHONプロジェクト ② 米国の電気通信工業会ＴＩＡ ③ 日本の総務省 欧州電気通信標準化協会(ETSI：European Telecommunications Standards Institute) TIPHON(Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) 電気通信工業会(TIA：Telecommunications Industry Association) （ａ） TIPHON 欧州電気通信標準化協会(ETSI：European Telecommunications Standards Institute) TIPHON(Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) 欧州電気通信標準化協会のTIPHONプロジェクトのWG5では QoSクラスについて検討している． TIPHONでは，IPネットワークに接続する標準的なTIPHON端末を想定し， エンドツーエンドの総合的な伝送品質，相対通話品質，遅延によって， 5つのクラスに分けている． TIPHONのQoSクラス クラス 3 （広帯域） 2 2H(High) 2M(Medium) 2A(Acceptable) 1 （ベストエフォート） 総合音声 伝送品質(R) （検討中） ＞ 80 ＞70 ＞50 ＞50 相対通話品質 エンドツー （片方向，非インタラクティブ） 総合音声伝送品質 エンド遅延 PCM方式以上 （検討中） ＜100ms G.726@32kbpsと同等以上 ＞86 ＜100ms フルレートGSMと同等以上 ＞73 ＜150ms 規定なし ＞50 ＜400ms 規定なし ＞50 ＜400ms （注）ベストエフォートの値は目標値である。 結果としての （ｂ） ＴＩＡ 電気通信工業会(TIA：Telecommunications Industry Association) STQ(Speech Transmission Quality) 米国の電気通信工業会では，ETSIのTIPHONの議論や ITU-Tの検討状況を元に，IP電話の品質について検討している． 品質については，ITU-TのR値を基本とし， 品質カテゴリはETSIのSTQグループとの共同で検討しており， ITU-Tの品質カテゴリを大まかに3つに集約してガイドラインをまとめている． TIAによる音声通話品質カテゴリ 品質カテゴリ High Medium Low R値範囲 80≦R＜100 70≦R＜80 50≦R＜70 (R値が50を下回る接続は推奨されない) （ｃ） 総務省 日本の総務省でも，TIPHONやTIAにおける品質クラスとの 整合性に配慮して，R値を基にIP電話の品質クラスを定めている． さらに，PESQなどR値以外の品質評価手法のうち， R値との相関が明確な手法についてはR値に換算して扱うものとし， 相関関係による簡易なR値算出方法について検討を行っている． 総務省におけるIP電話の品質クラス分類 品質クラス クラスA (固定電話並み) クラスB (携帯電話並み) クラスC 総合音声伝送品質率(R) ＞80 ＞70 ＞50 エンドツーエンド遅延 ＜100ms ＜150ms ＜400ms (R値および遅延に関する数値は95%確率で満足させるものとしている) １０．１ 通信品質 完