JP4146708B2 - 通信システム、無線通信端末、データ配信装置及び通信方法 - Google Patents
通信システム、無線通信端末、データ配信装置及び通信方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、データ通信を行う通信システムに関し、特に無線通信回線を使用してストリーミングデータを伝送する無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動通信網でも通信回線の伝送容量が増大し、従来のメールのようなテキストデータやＷＷＷデータだけでなく、静止画像などデータ量の大きいデータも伝送されるようになった。今後はさらにデータ量が大きくリアルタイム性のあるコンテンツデータ（例えば、ビデオのような動画像データ）も流通していくと考えられる。
【０００３】
コンテンツデータの配信方法としてストリーミング技術を用いた方法がある。無線通信回線上でのビデオのストリーミング技術もいくつか提案されている。その中で可変ビットレート制御に関する技術がある。可変ビットレート制御は動画像データの符号化レートを変化させることにより、時々刻々と状態が変動する無線通信回線の、その時の帯域に合わせた画質のデータを伝送し、動画品質をできる限り高く保つ技術である。
【０００４】
その他に、ビデオのストリーミングを行う際には、リアルタイム性を確保するために、受信側装置のメモリに所定時間の画像データを記憶してから再生を開始するバッファリングが行われる。バッファリングは、一般的にはパケットの到着遅延時間の変動を吸収させるために使用されるが、伝送レートが再生レートより早く、受信した未再生のデータがバッファの記憶容量を超えるバッファオーバーフロー、又は、伝送レートが再生レートより遅く、再生すべきデータがバッファに記憶されていない状態となるバッファアンダーフローが生じる問題がある。これを解決する従来技術として、無線ＩＰ網で遅延時間とバッファの量に応じて送受信制御を行う技術がある。
【０００５】
また、移動体通信網では、端末が移動しながら通信相手となる基地局を変更する（ハンドオフ）処理を行い通信を継続するので、ハンドオフの際にパケットの到着遅延が生じる。このハンドオフ時のパケット到着遅延の影響を吸収するために、端末のバッファ容量を変更する技術が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３４１０６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのストリーミング技術を適用したとしても、移動通信網においては、無線通信端末が基地局の制御エリア（セル）間を移動することによって、通信相手の基地局を切り替えるハンドオフが発生し、ハンドオフに要する時間はデータを伝送することができないことから、この間の遅延やパケットロスが発生することがある。多少の遅延の増加は前述したバッファリングによって吸収可能であるが、ハンドオフによって大きな遅延が発生すると、データがバッファに十分に蓄積されていたとしても、ハンドオフによる遅延が吸収できずにフレームの欠落が生じ、動画像が途切れてしまう問題がある。特に、高い符号化レートのコンテンツを送信している場合に、１フレームのデータ量が多く、ハンドオフが発生して大きな遅延が起きると、データがバッファの最大収容量からみて十分蓄積されていたとしても、データを時間に換算すると遅延した時間よりも短くなる可能性があり、フレームの欠落が生じる可能性が高くなる。
【０００８】
本発明は、無線通信端末が基地局のセル間を移動しても、通信相手の基地局を切り替えるハンドオフによって通信を継続する移動通信網において、ハンドオフにより生じる遅延を吸収して連続的にデータを再生することができる通信システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムにおいて、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測する予測手段と、該予測手段がハンドオフの発生を予測すると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信する信号送信手段とを備え、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記予測手段は、前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測したときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファを備え、前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測した場合でも、前記バッファの記憶状態が所定条件を満たしている（例えば、所定の記憶量を超えている）ときは、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、無線通信回線を用いて無線通信端末との間で通信を行う無線基地局と接続され、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置であって、ハンドオフの発生を予告するハンドオフ予告信号を、前記無線通信端末から受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えずに、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムに適用される通信方法において、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測し、ハンドオフの発生が予測されると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信し、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記無線通信端末は、前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、ハンドオフの発生が予測されたときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファの記憶状態が所定条件を満たしている（例えば、所定の記憶量を超えている）ときは、ハンドオフの発生を予測された場合でも、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【００２１】
端末１０は、無線基地局３０を介して、リアルタイム性を持ったコンテンツデータ（動画像、静止画、音楽、音声、字幕等）を送信するデータ配信装置（配信サーバ２０）に接続されている。端末１０は、データ通信に対応する携帯電話機や、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や、無線機を内蔵したデータ通信カードが付加されたコンピュータ端末等の無線通信端末である。
【００２２】
この端末１０は、無線基地局３０からの電波（下りの信号）を受信し、無線基地局３０に対し電波（上りの信号）を送信するアンテナ（図示省略）を有し、該アンテナは無線部に接続されている。無線部は受信モジュール１１及び送信モジュール１２によって構成され、受信モジュール１１は、受信回路、復調回路、ＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、受信回路によってアンテナで受信した高周波信号に増幅、周波数変換等をしてベースバンド信号を生成する。そして、復調回路によってベースバンド信号を復調し、ＣＯＤＥＣ部にてデータ信号に復号されて、バッファ１４に送られる。
【００２３】
また、送信モジュール１２は、送信回路、変調回路、ＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、ＣＯＤＥＣ部はデータ信号を符号化し、符号化された信号は変調回路によって変調され、送信回路によって高周波信号が生成され、アンテナから送信される。
【００２４】
受信モジュール１１には、バッファ１４が接続されており、端末１０が受信したストリーミングデータを一時的に記憶して、短時間のデータレートの低下、回線の切断等があっても、ストリーミングデータが途切れることなく再生されるようにしている。受信バッファ１４から読み出されたデータは、デコードモジュール１５に送られ、ＭＰＥＧ等の動画像ファイルとして符号化されたデータを映像信号に復号する。そして、復号された映像データは表示部（図示省略）に表示される。
【００２５】
無線情報取得モジュール１３には、受信モジュール１１が受信し無線基地局３０からの信号から求めた希望波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）が送られる。そして、Ｃ／Ｉ値を所定の値と比較した結果に基づいて、近い将来ハンドオフが生じる可能性があるか否かを判定する。そして、ハンドオフが生じる可能性があると判定すると、配信サーバ２０に対して送信するハンドオフ予告信号を生成し、該信号を送信モジュール１２に送り、送信モジュール１２からハンドオフ予告信号を送信する。
【００２６】
なお、本実施の形態の端末１０ではＣ／Ｉ値を用いてハンドオフの可能性を判定したが、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）の強弱によって（ＲＳＳＩを所定の値と比較した結果に基づいて）ハンドオフの可能性を判定するように構成してもよい。なお、ＣＤＭＡ方式のシステムの場合はＣ／Ｉ値を用いた方が好ましい。このように無線情報取得モジュール１３によってハンドオフ要否判定手段が構成されている。
【００２７】
制御モジュール１７は、受信モジュール１１、送信モジュール１２、無線情報取得モジュール１３、バッファ１４、デコードモジュール１５等の端末１０の各部を制御する。具体的には、バッファ１４に記憶されたストリーミングデータの記憶量を監視し、受信モジュール１１及び送信モジュール１２に対してチャネルを指定して送受信周波数や、送受信タイミングを制御する。また、端末が受信している信号に関する情報（無線通信回線の状態に関する情報）を取得する。また、所定の通信プロトコルに従って、端末と無線基地局との間の無線通信回線の設定、解除、位置登録等の各種制御信号を生成し、これらの信号の送受信を制御する。すなわち、制御部１７及び送信モジュール１２等によって、信号送信手段が構成される。また、デコードモジュール１５に対して、復号のための情報を指示する。
【００２８】
無線基地局３０は、無線通信回線によって端末１０に接続される。無線基地局毎に一又は複数のセクタを構成し、端末１０は最も良好な通信状態を与えるセクタ（無線基地局）を選択して通信を行う。また、無線基地局３０は、ストリーミングデータを端末１０に対して送信する配信サーバ２０に接続されている。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態の配信サーバの構成を示すブロック図である。
【００３０】
データ配信装置は、コンテンツデータを無線通信端末に送信（配信）する装置であり、コンテンツデータを記憶している。データ配信装置はサービス提供側の装置であって、例えば、サーバ等のコンピュータ装置であり、本実施の形態ではサーバとして説明する。なお、コンテンツデータ等のコンテンツを記憶している記憶装置はサーバ内に設けられていてもサーバ外に設けられていてもよい。
【００３１】
配信サーバ２０は、端末１０にデータを送信するコンピュータ装置である。端末１０は、記憶装置（ストレージ装置、ハードディスク等）に映像ソース２１を記憶している。この映像ソースは記憶装置から読み出されて、符号化部２２に送られる。符号化部２２では、該映像ソースをＭＰＥＧ等の動画像符号化規格に基づいて符号化して、送信部２３に送る。送信部２３では、通信プロトコルに基づいて符号化されたデータをパケット化としてネットワーク（ＩＰネットワーク）４０に送信する。
【００３２】
制御部２５は、符号化部２２、送信部２３等の配信サーバ２０の各部を制御する。配信サーバ２０は端末に対する、時々刻々変動するデータ伝送の帯域を予測し、予測した帯域に合わせたビットレートのデータを伝送する可変ビットレート制御を行う。具体的には、端末１０から送信されるハンドオフ予告信号を受信すると、端末１０に対して送信するデータの符号化レートを低いレートに変更する。すなわち、制御部２５は、配信サーバ２０が受信するパケットを監視しており、端末１０からのハンドオフ予告信号が検出されると、符号化部２２に送信レートを低下させるための、符号化レートの変更指示を送る。このとき、符号化部２２は、例えば、符号化方法を変更（ＭＰＥＧ１からＭＰＥＧ２に変更）したり、符号化係数（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を変更することによって符号化レートを低下させる。このように、制御部２５の作用によって符号化レート変更手段が構成される。
【００３３】
また、配信サーバ２０から送信するデータの最適レートを予測して、データの送信レートを決定する。すなわち、本発明では、端末１０は、配信サーバ２０から送信されたデータの受信状況情報として、パケットロス率、ロスパケット数、受信したパケットのシーケンス番号の最大値、到着間隔ジッタ等を含む受信レポート（ＲＲ）を配信サーバ２０に送信する。また、端末１０は、端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を送信する。このＤＲＣ情報は、端末１０が無線基地局３０から送信された信号を受信して求めたＣ／Ｉ値に基づいて、効率よくデータ通信を行うことができるものとして選択された通信モードを示す信号である。制御部２５は、受信した受信レポート、ＤＲＣ情報に基づいて、配信サーバ２０からデータを送信するレートを決定して、符号化部２２、送信部２３にデータ送信レートを指示する。すなわち、決定したデータ送信レートに合致した符号化方法、符号化のための情報（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を符号化部２２に指示して、符号化部２２を制御する。また、送信部２３から送信されるパケット数を制御する。なお、データ送信レートを決定する方法は、異なるレートで既に符号化されたコンテンツの一つを選択する方法でもよい。
【００３４】
無線基地局３０は、無線部に接続されたアンテナ３１を有しており、端末１０からの電波（上りの信号）を受信し、端末１０に対し電波（下りの信号）を送信する。無線部は送信部及び受信部によって構成され、送信部はアンテナ３１から送信する高周波信号を生成し、受信部はアンテナ３１で受信した高周波信号に増幅、周波数変換等をして、ベースバンド信号として送受信部に出力する。
【００３５】
送受信部は変復調回路及びＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、変復調回路によってベースバンド信号を復調する。復調された信号は、ＣＯＤＥＣ部に送られ、ＣＯＤＥＣ部にてデータ信号に復号される。また、ＣＯＤＥＣ部はデータ信号を符号化し、符号化された信号は送受信部に送られ、変調される。変調された信号は、送信部にて高周波信号に変換され、アンテナ３１から送信される。
【００３６】
送受信部にはインターフェース部が接続されており、無線基地局３０は、該インターフェース部を介してインターネット等のネットワーク（ＩＰネットワークなど）４０に接続されている。
【００３７】
また、無線基地局３０は、無線基地局の各部（無線部、送受信部、インターフェース部等）を制御する制御部を備える。具体的には、この制御部は、無線部に対してチャネルを指定して送受信周波数や、送受信タイミングを制御する。また、クライアント端末１０からの接続要求に対して、その接続の許否及び端末の接続数を制御する。
【００３８】
さらに、本発明の実施の形態では、無線通信網は１ｘＥＶ−ＤＯ網（1x Evolution Data Only網）なので、端末１０から送信された無線通信回線の品質情報及び接続されている端末数に基づいて、各クライアントに割り当てるデータ通信の帯域幅を決定し、無線通信回線の伝送レートを決定する。
【００３９】
すなわち、無線基地局３０の制御部及び無線部等によって、無線通信端末から送信された受信状況情報及び回線品質情報を受信する受信手段が構成され、制御部によって、無線通信回線のデータ伝送レートを決定する伝送レート決定手段が構成されている。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態のバッファ１４の動作を説明する図である。
【００４１】
受信モジュール１１から出力されたストリーミングデータは、一時的にバッファ１４に蓄積され、先入れ先出しによって記憶、読出しがされる。バッファ１４から読み出されたストリーミングデータは、デコードモジュール１５によって映像信号に復号される。
【００４２】
バッファ１４は、前述したように、受信モジュール１１が無線通信網から受信する速度と、デコードモジュール１５のデコード速度との差を緩衝する一時的な記憶領域で、受信速度の変動によって動画像の再生タイミングが左右されないために使用される。すなわち、受信速度とデコード速度との差によってバッファ１４に記憶されているデータの記憶量が変動する。
【００４３】
バッファ１４の記憶領域の使用状況は制御モジュール１７によって監視されており、全記憶容量の所定の割合の容量が閾値Ｂとして設定されている。この閾値Ｂは、後述するように、ハンドオフ中にデータの受信が途切れる間の再生に必要とされるデータ量が十分に記憶されているか否かの判定に用いられる。
【００４４】
図４は、本発明の実施の形態の端末１０の動作のフローチャートである。
【００４５】
端末１０は、無線基地局３０からのストリーミングデータを受信すると、バッファ１４を介して、デコードモジュール１５にデータを送り、映像信号として再生する（Ｓ１０１）。
【００４６】
そして、端末１０は、拡散符号を順次変更して受信プロファイルを求め、該受信プロファイルから検知できる基地局の数を計数する（Ｓ１０２）。一つしか基地局を検出することができなければ（Ｓ１０３で”Ｎｏ”）、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。一方、２以上の基地局を検出することができたら（Ｓ１０３で”Ｙｅｓ”）、受信モジュール１１で受信した各基地局（現在捕捉している基地局も含む）の希望波対干渉波比を取り出す（Ｓ１０４）。
【００４７】
そして、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の受信可能な基地局とのＣ／Ｉ値との差が、予め定めた閾値Ａより小さいか否かを判定する（Ｓ１０５）。該Ｃ／Ｉ値の差が予め定めた閾値Ａより小さければ、近い将来ハンドオフが生じる可能性があるので、バッファ１４の使用状態の判定（Ｓ１０６〜Ｓ１０７）に進む。一方、該Ｃ／Ｉ値の差が予め定めた閾値Ａより以上であれば、近い将来ハンドオフが生じる可能性がなく、ハンドオフを通知する必要がないので、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。すなわち、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の受信可能な基地局とのＣ／Ｉ値との差を求め、該Ｃ／Ｉ値の差と予め定めた閾値Ａとを比較した結果に基づいてハンドオフ予告を通知するか否かが決定される。
【００４８】
その後、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの記憶量を確認するか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの記憶量を確認する場合は、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量が予め定めた閾値Ｂより少ないか否かを判定する（Ｓ１０７）。固定レート方式のストリーミングデータ通信システムであれば、データ量と再生時間とが比例するので、バッファ１４に蓄積されているデータ量がハンドオフ発生時にどの程度の遅延に耐えうる量であるかは容易に予測可能である。一方、可変レート方式のストリーミングデータ通信システムの場合、バッファ１４に蓄積されたストリーミングデータのビットレート又はバッファ１４に蓄積されたストリーミングデータの再生時間を記録しておく必要がある。
【００４９】
バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂより少なければ、ハンドオフ中に再生データが不足するおそれがあるので、ハンドオフを通知すると判定し、検出通知フェーズ（Ｓ１０８〜Ｓ１１１）に進む。一方、バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂ以上であれば、ハンドオフ中に再生データが不足するおそれがなく、ハンドオフを通知する必要がないので、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する（Ｓ１０７）。すなわち、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータのデータ量と予め定めた閾値Ｂとを比較した結果に基づいてハンドオフ予告を通知するか否かが決定される。
【００５０】
なお、可変レート方式のストリーミングデータ通信システムにおいては、バッファ１４に蓄積されているデータ量がハンドオフ発生時にどの程度の遅延に耐えうる量であるかが予測困難であることから、ハンドオフ発生時にバッファが遅延を吸収できるほどデータがあるかどうかに関わらず（Ｓ１０６で”ＮＯ”の判定をし）、Ｃ／Ｉに基づいてハンドオフ予告信号を送信し（Ｓ１０８）、配信サーバ３０から配信するデータの符号化レートを下げ、送信間隔を短くすることによりバッファ１４に蓄積されるデータ量を増加させて、ハンドオフ発生時に生じるデータ遅延を吸収する可能性を高めることができる。
【００５１】
そして、以上のハンドオフ検出フェーズの処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）によって、ハンドオフ予告を通知すると判定されたなら、配信サーバ２０に対してハンドオフ予告を通知する（Ｓ１０８）。
【００５２】
そして、無線基地局３０からのストリーミングデータを受信して、バッファ１４を介して、デコードモジュール１５にデータを送り、映像信号として再生する（Ｓ１０９）。
【００５３】
その後、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量を確認し、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量が予め定めた閾値Ｂより少ないか否かを判定する（Ｓ１１０）。バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂより少なければ、ステップＳ１０９に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。一方、バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂ以上となれば、ハンドオフ中に再生データがバッファ１４に十分に蓄積されたことを配信サーバ２０に通知する（Ｓ１１１）。すなわち、バッファ１４に記憶されているデータ量と予め定めた閾値Ｂとの比較結果に基づいて、バッファ１４にデータが十分に蓄積されたことを配信サーバ２０に通知する。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態の配信サーバ２０のデータ送信処理のフローチャートである。
【００５５】
配信サーバ２０は、端末１０から送信されてきた端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレートを決定して、符号化部２２、送信部２３に符号化レートを指示する。すなわち、決定した符号化レートに合致した符号化方法、符号化のための情報（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を符号化部２２に指示して、符号化部２２における符号化レートを決定する。また、送信部２３から送信されるパケットの送信間隔を決定する（Ｓ１２１）。
【００５６】
そして、決定されたレートに従って、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。
【００５７】
そして、ハンドオフ検出フラグが設定されているか（立っているか）否かを検出する（Ｓ１２３）。なお、このハンドオフ検出フラグは、ハンドオフ検出処理（図６）のステップＳ１３３において設定される。
【００５８】
ハンドオフ検出フラグが設定されていなければ、ハンドオフに要する時間に再生されるデータを予め送信しておく必要がないので、ステップＳ１２１に戻り、ストリーミングデータの符号化レートを決定し（Ｓ１２１）、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。一方、ハンドオフ検出フラグが設定されていれば、ハンドオフに要する時間に再生されるデータを予め送信しておくために、ステップＳ１２４以後の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１２４では、配信サーバ２０は、ステップＳ１２１と同様に、端末１０から送信されてきた端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレートを決定する。なお、端末１０から送信されてきた受信レポートを使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレート（符号化部２２における符号化レート、送信部２３におけるパケットの送信間隔）を決定してもよい。
【００６０】
そして、符号化部２２に、Ｓ１２４で予測した符号化レートを更に低下させた符号化レートを指示する（Ｓ１２５）。そして、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２６）。このとき、送信部２３から送信されるパケットの送信間隔を短くするように送信部２３に指示をする（Ｓ１２６）。すなわち、単位時間の再生に必要とされるデータ量を減じて、単位時間あたりに送信されるパケット数を増加させて、単位時間あたりに送信されるデータ量を変化させないで、バッファ１４に速やかに低符号化レートの画像データが蓄積されるようにしている。よって、符号化レートの変更前に比べて長時間の画像データがバッファに蓄積されるので、ハンドオフ時の遅延やパケットロスに耐えることができる。
【００６１】
そして、ハンドオフ検出フラグがクリアされているか（下りているか）否かを検出する（Ｓ１２７）。なお、このハンドオフ検出フラグは、ハンドオフ検出処理（図６）のステップＳ１３６においてクリアされる。
【００６２】
ハンドオフ検出フラグがクリアされていれば（設定されていなければ）、ハンドオフに要する時間に再生されるデータのバッファ１４への蓄積は完了したので、ステップＳ１２１に戻り、ストリーミングデータの符号化レートを決定し（Ｓ１２１）、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。一方、ハンドオフ検出フラグがクリアされていなければ（設定されていれば）、ハンドオフに要する時間に再生されるデータの蓄積が終了していないので、ステップＳ１２４に進む。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態の配信サーバ２０のハンドオフ検出処理のフローチャートである。
【００６４】
配信サーバ２０は、端末１０からのハンドオフ予告の通知を監視している（Ｓ１３１）。そして、端末１０からのハンドオフ予告の通知を検出すると（Ｓ１３２で”Ｙｅｓ”）、ハンドオフ検出フラグを設定し（立て）て（Ｓ１３３）、ハンドオフ中に必要とされるストリーミングデータの送信を行う（図５のＳ１２４〜Ｓ１２６）。
【００６５】
その後、配信サーバ２０は、端末１０からのバッファ１４に十分にデータが蓄積された旨の通知を監視する（Ｓ１３４）。そして、端末１０からのバッファ１４に十分にデータが蓄積された旨の通知を検出すると（Ｓ１３５で”Ｙｅｓ”）、ハンドオフ検出フラグをクリアし（下ろし）て（Ｓ１３３）、ハンドオフ中に必要とされるストリーミングデータの送信を終了する（図５のＳ１２７）。
【００６６】
なお、ハンドオフ発生時にバッファに蓄積されているデータ量がどのくらいの遅延時間に耐えうる分量であるかは、固定レート方式のシステムならば予測可能であるが、可変レート方式の場合全て受信したデータのビットレートを記録しておく必要がある。そこでハンドオフ発生時にバッファが遅延を吸収できるほどデータがあるかどうかに関わらず、サーバから配信するデータの符号化レートを下げ、送信間隔を短くすることによりバッファの時間的な蓄積量を増加させる。それによりハンドオフ発生時の遅延を吸収できる可能性を高めることもできる。
【００６７】
図７は、本発明の実施の形態のハンドオフ予告の判定の閾値Ａを説明する図である。
【００６８】
３つの基地局と（Sector１〜Sector３）端末において、Sector１とSector２の間でハンドオフが発生すると予測される場合のＣ／Ｉ値を示したものである。図７において、横軸は時間を表し、横軸に対して等間隔に設けられた（横軸と垂直に引かれた縦の）点線は監視タイミングを示す。この図３の場合、Sector１とSector２とのレベルが近づいており、これをハンドオフの発生として予測する。この予測のために「閾値Ａ」を設定し、図４のように差がＡよりも小さい場合ハンドオフが将来発生すると予測する。
【００６９】
図７に示す状態では、端末１０は、３つの基地局を検出しており、最大のＣ／Ｉ値を与える基地局（Sector１）と無線通信回線を設定している。このとき、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の検出している基地局のＣ／Ｉ値との差を求め、該Ｃ／Ｉ値の差と予め定めた閾値Ａとを比較する。すなわち、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値と基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値との差（ｄ12）を求め、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値と基地局（Sector３）のＣ／Ｉ値との差（ｄ13）を求める。そして、Ｃ／Ｉ値の差（ｄ12、ｄ13）と所定の閾値Ａとを比較して、Ｃ／Ｉ値の差（ｄ12、ｄ13）が閾値Ａより小さければ、ハンドオフ予告を配信サーバ３０に対して送信する。
【００７０】
図８は、本発明の実施の形態のハンドオフ予告タイミングを説明する図であり、３つの基地局と（Sector１〜Sector３）端末間のＣ／Ｉ値の時間変化を示す。縦の点線はＣ／Ｉ値の検出タイミングであることを示す。
【００７１】
端末１０は最大のＣ／Ｉ値を与える基地局（Sector１）と無線通信回線を設定しているが、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値が低下して、他の検出している基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値が向上してきて、基地局（Sector１）と基地局（Sector２）がハンドオフが発生する手前でＣ／Ｉ値が近づいており、両基地局のＣ／Ｉ値の差（ｄ12）が閾値Ａより小さくなると、近い将来ハンドオフが発生すると判定して、ハンドオフ予告を配信サーバ３０に対して送信する（Detected）。
【００７２】
その後、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値が低下して、基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値が向上すると、両基地局のＣ／Ｉ値が逆転する。そして、両基地局のＣ／Ｉ値の差（ｄ12）の絶対値が所定の値より大きくなると、ハンドオフが実行され、基地局（Sector１）との接続を解除し、基地局（Sector２）との間で無線通信回線を設定する。
【００７３】
【発明の効果】
本発明では、無線通信端末（端末１０）と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局（無線基地局３０）と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置（配信サーバ２０）とによって構成される通信システムにおいて、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測する予測手段と、該予測手段がハンドオフの発生を予測すると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信する信号送信手段とを備え、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段（制御部２５）とを備える。したがって、ハンドオフの予測に伴って、無線通信回線の伝送レートを変えないように、コンテンツデータの符号化レートを低下させることができる。このような制御によれば、バッファのアンダーフローが生じにくく、且つ、変更前に比べて長時間のコンテンツデータ（画像データ等）を無線通信端末に蓄積させることができる。よって、途切れにくい動画再生が可能になる。また、ユーザはハンドオフを意識することなく動画を継続的に視聴することができる。また、ハンドオフを事前に検出することでハンドオフ発生後の処理（パケットが遅延して再生時間に間に合わない場合にデータを補完するといったリカバリ処理）を必要とすることはない。
【００７４】
また、予測手段は、基地局との間の回線品質と所定の値と比較した結果に基づいて、ハンドオフの発生を予測し、信号送信手段は、予測手段がハンドオフの発生を予測したときに、ハンドオフ予告信号を送信するので、無線通信端末側でハンドオフの発生を予測し、配信サーバはハンドオフの発生を識別することができる。
【００７５】
さらに、予測手段が、ハンドオフの発生を予測した場合でも、バッファの記憶状態が所定条件を満たしているときは、ハンドオフ予告信号を送信しないので、無用なハンドオフ予告信号を送信することがなく、無線通信回線のトラフィックを増加させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の配信サーバの構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態の端末のバッファの動作説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態の端末の動作のフローチャートである。
【図５】 本発明の実施の形態の配信サーバのデータ送信処理のフローチャートである。
【図６】 本発明の実施の形態の配信サーバのハンドオフ検出処理のフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態の無線通信システムのハンドオフ予告の判定の閾値Ａの説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態の無線通信システムのハンドオフ予告タイミングの説明図である。
【符号の説明】
１０ 端末
１１ 受信モジュール
１２ 送信モジュール
１３ 無線情報取得モジュール
１４ バッファ
１５ デコードモジュール
１７ 制御モジュール
２０ 配信サーバ
２１ 映像ソース
２２ 符号化部
２３ 送信部
２５ 制御部
３０ 無線基地局
３１ アンテナ
４０ ネットワーク
【発明が属する技術分野】
本発明は、データ通信を行う通信システムに関し、特に無線通信回線を使用してストリーミングデータを伝送する無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動通信網でも通信回線の伝送容量が増大し、従来のメールのようなテキストデータやＷＷＷデータだけでなく、静止画像などデータ量の大きいデータも伝送されるようになった。今後はさらにデータ量が大きくリアルタイム性のあるコンテンツデータ（例えば、ビデオのような動画像データ）も流通していくと考えられる。
【０００３】
コンテンツデータの配信方法としてストリーミング技術を用いた方法がある。無線通信回線上でのビデオのストリーミング技術もいくつか提案されている。その中で可変ビットレート制御に関する技術がある。可変ビットレート制御は動画像データの符号化レートを変化させることにより、時々刻々と状態が変動する無線通信回線の、その時の帯域に合わせた画質のデータを伝送し、動画品質をできる限り高く保つ技術である。
【０００４】
その他に、ビデオのストリーミングを行う際には、リアルタイム性を確保するために、受信側装置のメモリに所定時間の画像データを記憶してから再生を開始するバッファリングが行われる。バッファリングは、一般的にはパケットの到着遅延時間の変動を吸収させるために使用されるが、伝送レートが再生レートより早く、受信した未再生のデータがバッファの記憶容量を超えるバッファオーバーフロー、又は、伝送レートが再生レートより遅く、再生すべきデータがバッファに記憶されていない状態となるバッファアンダーフローが生じる問題がある。これを解決する従来技術として、無線ＩＰ網で遅延時間とバッファの量に応じて送受信制御を行う技術がある。
【０００５】
また、移動体通信網では、端末が移動しながら通信相手となる基地局を変更する（ハンドオフ）処理を行い通信を継続するので、ハンドオフの際にパケットの到着遅延が生じる。このハンドオフ時のパケット到着遅延の影響を吸収するために、端末のバッファ容量を変更する技術が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３４１０６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのストリーミング技術を適用したとしても、移動通信網においては、無線通信端末が基地局の制御エリア（セル）間を移動することによって、通信相手の基地局を切り替えるハンドオフが発生し、ハンドオフに要する時間はデータを伝送することができないことから、この間の遅延やパケットロスが発生することがある。多少の遅延の増加は前述したバッファリングによって吸収可能であるが、ハンドオフによって大きな遅延が発生すると、データがバッファに十分に蓄積されていたとしても、ハンドオフによる遅延が吸収できずにフレームの欠落が生じ、動画像が途切れてしまう問題がある。特に、高い符号化レートのコンテンツを送信している場合に、１フレームのデータ量が多く、ハンドオフが発生して大きな遅延が起きると、データがバッファの最大収容量からみて十分蓄積されていたとしても、データを時間に換算すると遅延した時間よりも短くなる可能性があり、フレームの欠落が生じる可能性が高くなる。
【０００８】
本発明は、無線通信端末が基地局のセル間を移動しても、通信相手の基地局を切り替えるハンドオフによって通信を継続する移動通信網において、ハンドオフにより生じる遅延を吸収して連続的にデータを再生することができる通信システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムにおいて、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測する予測手段と、該予測手段がハンドオフの発生を予測すると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信する信号送信手段とを備え、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記予測手段は、前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測したときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファを備え、前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測した場合でも、前記バッファの記憶状態が所定条件を満たしている（例えば、所定の記憶量を超えている）ときは、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、無線通信回線を用いて無線通信端末との間で通信を行う無線基地局と接続され、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置であって、ハンドオフの発生を予告するハンドオフ予告信号を、前記無線通信端末から受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えずに、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムに適用される通信方法において、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測し、ハンドオフの発生が予測されると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信し、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記無線通信端末は、前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、ハンドオフの発生が予測されたときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファの記憶状態が所定条件を満たしている（例えば、所定の記憶量を超えている）ときは、ハンドオフの発生を予測された場合でも、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【００２１】
端末１０は、無線基地局３０を介して、リアルタイム性を持ったコンテンツデータ（動画像、静止画、音楽、音声、字幕等）を送信するデータ配信装置（配信サーバ２０）に接続されている。端末１０は、データ通信に対応する携帯電話機や、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や、無線機を内蔵したデータ通信カードが付加されたコンピュータ端末等の無線通信端末である。
【００２２】
この端末１０は、無線基地局３０からの電波（下りの信号）を受信し、無線基地局３０に対し電波（上りの信号）を送信するアンテナ（図示省略）を有し、該アンテナは無線部に接続されている。無線部は受信モジュール１１及び送信モジュール１２によって構成され、受信モジュール１１は、受信回路、復調回路、ＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、受信回路によってアンテナで受信した高周波信号に増幅、周波数変換等をしてベースバンド信号を生成する。そして、復調回路によってベースバンド信号を復調し、ＣＯＤＥＣ部にてデータ信号に復号されて、バッファ１４に送られる。
【００２３】
また、送信モジュール１２は、送信回路、変調回路、ＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、ＣＯＤＥＣ部はデータ信号を符号化し、符号化された信号は変調回路によって変調され、送信回路によって高周波信号が生成され、アンテナから送信される。
【００２４】
受信モジュール１１には、バッファ１４が接続されており、端末１０が受信したストリーミングデータを一時的に記憶して、短時間のデータレートの低下、回線の切断等があっても、ストリーミングデータが途切れることなく再生されるようにしている。受信バッファ１４から読み出されたデータは、デコードモジュール１５に送られ、ＭＰＥＧ等の動画像ファイルとして符号化されたデータを映像信号に復号する。そして、復号された映像データは表示部（図示省略）に表示される。
【００２５】
無線情報取得モジュール１３には、受信モジュール１１が受信し無線基地局３０からの信号から求めた希望波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）が送られる。そして、Ｃ／Ｉ値を所定の値と比較した結果に基づいて、近い将来ハンドオフが生じる可能性があるか否かを判定する。そして、ハンドオフが生じる可能性があると判定すると、配信サーバ２０に対して送信するハンドオフ予告信号を生成し、該信号を送信モジュール１２に送り、送信モジュール１２からハンドオフ予告信号を送信する。
【００２６】
なお、本実施の形態の端末１０ではＣ／Ｉ値を用いてハンドオフの可能性を判定したが、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）の強弱によって（ＲＳＳＩを所定の値と比較した結果に基づいて）ハンドオフの可能性を判定するように構成してもよい。なお、ＣＤＭＡ方式のシステムの場合はＣ／Ｉ値を用いた方が好ましい。このように無線情報取得モジュール１３によってハンドオフ要否判定手段が構成されている。
【００２７】
制御モジュール１７は、受信モジュール１１、送信モジュール１２、無線情報取得モジュール１３、バッファ１４、デコードモジュール１５等の端末１０の各部を制御する。具体的には、バッファ１４に記憶されたストリーミングデータの記憶量を監視し、受信モジュール１１及び送信モジュール１２に対してチャネルを指定して送受信周波数や、送受信タイミングを制御する。また、端末が受信している信号に関する情報（無線通信回線の状態に関する情報）を取得する。また、所定の通信プロトコルに従って、端末と無線基地局との間の無線通信回線の設定、解除、位置登録等の各種制御信号を生成し、これらの信号の送受信を制御する。すなわち、制御部１７及び送信モジュール１２等によって、信号送信手段が構成される。また、デコードモジュール１５に対して、復号のための情報を指示する。
【００２８】
無線基地局３０は、無線通信回線によって端末１０に接続される。無線基地局毎に一又は複数のセクタを構成し、端末１０は最も良好な通信状態を与えるセクタ（無線基地局）を選択して通信を行う。また、無線基地局３０は、ストリーミングデータを端末１０に対して送信する配信サーバ２０に接続されている。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態の配信サーバの構成を示すブロック図である。
【００３０】
データ配信装置は、コンテンツデータを無線通信端末に送信（配信）する装置であり、コンテンツデータを記憶している。データ配信装置はサービス提供側の装置であって、例えば、サーバ等のコンピュータ装置であり、本実施の形態ではサーバとして説明する。なお、コンテンツデータ等のコンテンツを記憶している記憶装置はサーバ内に設けられていてもサーバ外に設けられていてもよい。
【００３１】
配信サーバ２０は、端末１０にデータを送信するコンピュータ装置である。端末１０は、記憶装置（ストレージ装置、ハードディスク等）に映像ソース２１を記憶している。この映像ソースは記憶装置から読み出されて、符号化部２２に送られる。符号化部２２では、該映像ソースをＭＰＥＧ等の動画像符号化規格に基づいて符号化して、送信部２３に送る。送信部２３では、通信プロトコルに基づいて符号化されたデータをパケット化としてネットワーク（ＩＰネットワーク）４０に送信する。
【００３２】
制御部２５は、符号化部２２、送信部２３等の配信サーバ２０の各部を制御する。配信サーバ２０は端末に対する、時々刻々変動するデータ伝送の帯域を予測し、予測した帯域に合わせたビットレートのデータを伝送する可変ビットレート制御を行う。具体的には、端末１０から送信されるハンドオフ予告信号を受信すると、端末１０に対して送信するデータの符号化レートを低いレートに変更する。すなわち、制御部２５は、配信サーバ２０が受信するパケットを監視しており、端末１０からのハンドオフ予告信号が検出されると、符号化部２２に送信レートを低下させるための、符号化レートの変更指示を送る。このとき、符号化部２２は、例えば、符号化方法を変更（ＭＰＥＧ１からＭＰＥＧ２に変更）したり、符号化係数（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を変更することによって符号化レートを低下させる。このように、制御部２５の作用によって符号化レート変更手段が構成される。
【００３３】
また、配信サーバ２０から送信するデータの最適レートを予測して、データの送信レートを決定する。すなわち、本発明では、端末１０は、配信サーバ２０から送信されたデータの受信状況情報として、パケットロス率、ロスパケット数、受信したパケットのシーケンス番号の最大値、到着間隔ジッタ等を含む受信レポート（ＲＲ）を配信サーバ２０に送信する。また、端末１０は、端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を送信する。このＤＲＣ情報は、端末１０が無線基地局３０から送信された信号を受信して求めたＣ／Ｉ値に基づいて、効率よくデータ通信を行うことができるものとして選択された通信モードを示す信号である。制御部２５は、受信した受信レポート、ＤＲＣ情報に基づいて、配信サーバ２０からデータを送信するレートを決定して、符号化部２２、送信部２３にデータ送信レートを指示する。すなわち、決定したデータ送信レートに合致した符号化方法、符号化のための情報（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を符号化部２２に指示して、符号化部２２を制御する。また、送信部２３から送信されるパケット数を制御する。なお、データ送信レートを決定する方法は、異なるレートで既に符号化されたコンテンツの一つを選択する方法でもよい。
【００３４】
無線基地局３０は、無線部に接続されたアンテナ３１を有しており、端末１０からの電波（上りの信号）を受信し、端末１０に対し電波（下りの信号）を送信する。無線部は送信部及び受信部によって構成され、送信部はアンテナ３１から送信する高周波信号を生成し、受信部はアンテナ３１で受信した高周波信号に増幅、周波数変換等をして、ベースバンド信号として送受信部に出力する。
【００３５】
送受信部は変復調回路及びＣＯＤＥＣ部を含んで構成されており、変復調回路によってベースバンド信号を復調する。復調された信号は、ＣＯＤＥＣ部に送られ、ＣＯＤＥＣ部にてデータ信号に復号される。また、ＣＯＤＥＣ部はデータ信号を符号化し、符号化された信号は送受信部に送られ、変調される。変調された信号は、送信部にて高周波信号に変換され、アンテナ３１から送信される。
【００３６】
送受信部にはインターフェース部が接続されており、無線基地局３０は、該インターフェース部を介してインターネット等のネットワーク（ＩＰネットワークなど）４０に接続されている。
【００３７】
また、無線基地局３０は、無線基地局の各部（無線部、送受信部、インターフェース部等）を制御する制御部を備える。具体的には、この制御部は、無線部に対してチャネルを指定して送受信周波数や、送受信タイミングを制御する。また、クライアント端末１０からの接続要求に対して、その接続の許否及び端末の接続数を制御する。
【００３８】
さらに、本発明の実施の形態では、無線通信網は１ｘＥＶ−ＤＯ網（1x Evolution Data Only網）なので、端末１０から送信された無線通信回線の品質情報及び接続されている端末数に基づいて、各クライアントに割り当てるデータ通信の帯域幅を決定し、無線通信回線の伝送レートを決定する。
【００３９】
すなわち、無線基地局３０の制御部及び無線部等によって、無線通信端末から送信された受信状況情報及び回線品質情報を受信する受信手段が構成され、制御部によって、無線通信回線のデータ伝送レートを決定する伝送レート決定手段が構成されている。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態のバッファ１４の動作を説明する図である。
【００４１】
受信モジュール１１から出力されたストリーミングデータは、一時的にバッファ１４に蓄積され、先入れ先出しによって記憶、読出しがされる。バッファ１４から読み出されたストリーミングデータは、デコードモジュール１５によって映像信号に復号される。
【００４２】
バッファ１４は、前述したように、受信モジュール１１が無線通信網から受信する速度と、デコードモジュール１５のデコード速度との差を緩衝する一時的な記憶領域で、受信速度の変動によって動画像の再生タイミングが左右されないために使用される。すなわち、受信速度とデコード速度との差によってバッファ１４に記憶されているデータの記憶量が変動する。
【００４３】
バッファ１４の記憶領域の使用状況は制御モジュール１７によって監視されており、全記憶容量の所定の割合の容量が閾値Ｂとして設定されている。この閾値Ｂは、後述するように、ハンドオフ中にデータの受信が途切れる間の再生に必要とされるデータ量が十分に記憶されているか否かの判定に用いられる。
【００４４】
図４は、本発明の実施の形態の端末１０の動作のフローチャートである。
【００４５】
端末１０は、無線基地局３０からのストリーミングデータを受信すると、バッファ１４を介して、デコードモジュール１５にデータを送り、映像信号として再生する（Ｓ１０１）。
【００４６】
そして、端末１０は、拡散符号を順次変更して受信プロファイルを求め、該受信プロファイルから検知できる基地局の数を計数する（Ｓ１０２）。一つしか基地局を検出することができなければ（Ｓ１０３で”Ｎｏ”）、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。一方、２以上の基地局を検出することができたら（Ｓ１０３で”Ｙｅｓ”）、受信モジュール１１で受信した各基地局（現在捕捉している基地局も含む）の希望波対干渉波比を取り出す（Ｓ１０４）。
【００４７】
そして、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の受信可能な基地局とのＣ／Ｉ値との差が、予め定めた閾値Ａより小さいか否かを判定する（Ｓ１０５）。該Ｃ／Ｉ値の差が予め定めた閾値Ａより小さければ、近い将来ハンドオフが生じる可能性があるので、バッファ１４の使用状態の判定（Ｓ１０６〜Ｓ１０７）に進む。一方、該Ｃ／Ｉ値の差が予め定めた閾値Ａより以上であれば、近い将来ハンドオフが生じる可能性がなく、ハンドオフを通知する必要がないので、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。すなわち、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の受信可能な基地局とのＣ／Ｉ値との差を求め、該Ｃ／Ｉ値の差と予め定めた閾値Ａとを比較した結果に基づいてハンドオフ予告を通知するか否かが決定される。
【００４８】
その後、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの記憶量を確認するか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの記憶量を確認する場合は、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量が予め定めた閾値Ｂより少ないか否かを判定する（Ｓ１０７）。固定レート方式のストリーミングデータ通信システムであれば、データ量と再生時間とが比例するので、バッファ１４に蓄積されているデータ量がハンドオフ発生時にどの程度の遅延に耐えうる量であるかは容易に予測可能である。一方、可変レート方式のストリーミングデータ通信システムの場合、バッファ１４に蓄積されたストリーミングデータのビットレート又はバッファ１４に蓄積されたストリーミングデータの再生時間を記録しておく必要がある。
【００４９】
バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂより少なければ、ハンドオフ中に再生データが不足するおそれがあるので、ハンドオフを通知すると判定し、検出通知フェーズ（Ｓ１０８〜Ｓ１１１）に進む。一方、バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂ以上であれば、ハンドオフ中に再生データが不足するおそれがなく、ハンドオフを通知する必要がないので、ステップＳ１０１に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する（Ｓ１０７）。すなわち、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータのデータ量と予め定めた閾値Ｂとを比較した結果に基づいてハンドオフ予告を通知するか否かが決定される。
【００５０】
なお、可変レート方式のストリーミングデータ通信システムにおいては、バッファ１４に蓄積されているデータ量がハンドオフ発生時にどの程度の遅延に耐えうる量であるかが予測困難であることから、ハンドオフ発生時にバッファが遅延を吸収できるほどデータがあるかどうかに関わらず（Ｓ１０６で”ＮＯ”の判定をし）、Ｃ／Ｉに基づいてハンドオフ予告信号を送信し（Ｓ１０８）、配信サーバ３０から配信するデータの符号化レートを下げ、送信間隔を短くすることによりバッファ１４に蓄積されるデータ量を増加させて、ハンドオフ発生時に生じるデータ遅延を吸収する可能性を高めることができる。
【００５１】
そして、以上のハンドオフ検出フェーズの処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０７）によって、ハンドオフ予告を通知すると判定されたなら、配信サーバ２０に対してハンドオフ予告を通知する（Ｓ１０８）。
【００５２】
そして、無線基地局３０からのストリーミングデータを受信して、バッファ１４を介して、デコードモジュール１５にデータを送り、映像信号として再生する（Ｓ１０９）。
【００５３】
その後、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量を確認し、バッファ１４に記憶されているストリーミングデータの容量が予め定めた閾値Ｂより少ないか否かを判定する（Ｓ１１０）。バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂより少なければ、ステップＳ１０９に戻り、ストリーミングデータの受信再生を継続する。一方、バッファ１４に記憶されているデータ量が予め定めた閾値Ｂ以上となれば、ハンドオフ中に再生データがバッファ１４に十分に蓄積されたことを配信サーバ２０に通知する（Ｓ１１１）。すなわち、バッファ１４に記憶されているデータ量と予め定めた閾値Ｂとの比較結果に基づいて、バッファ１４にデータが十分に蓄積されたことを配信サーバ２０に通知する。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態の配信サーバ２０のデータ送信処理のフローチャートである。
【００５５】
配信サーバ２０は、端末１０から送信されてきた端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレートを決定して、符号化部２２、送信部２３に符号化レートを指示する。すなわち、決定した符号化レートに合致した符号化方法、符号化のための情報（例えば、ＤＣＴ係数、量子化係数等）を符号化部２２に指示して、符号化部２２における符号化レートを決定する。また、送信部２３から送信されるパケットの送信間隔を決定する（Ｓ１２１）。
【００５６】
そして、決定されたレートに従って、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。
【００５７】
そして、ハンドオフ検出フラグが設定されているか（立っているか）否かを検出する（Ｓ１２３）。なお、このハンドオフ検出フラグは、ハンドオフ検出処理（図６）のステップＳ１３３において設定される。
【００５８】
ハンドオフ検出フラグが設定されていなければ、ハンドオフに要する時間に再生されるデータを予め送信しておく必要がないので、ステップＳ１２１に戻り、ストリーミングデータの符号化レートを決定し（Ｓ１２１）、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。一方、ハンドオフ検出フラグが設定されていれば、ハンドオフに要する時間に再生されるデータを予め送信しておくために、ステップＳ１２４以後の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１２４では、配信サーバ２０は、ステップＳ１２１と同様に、端末１０から送信されてきた端末１０と無線基地局３０との間の無線通信回線の品質情報としてＤＲＣ情報を使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレートを決定する。なお、端末１０から送信されてきた受信レポートを使用して、端末１０に配信サーバ２０がデータを符号化するレート（符号化部２２における符号化レート、送信部２３におけるパケットの送信間隔）を決定してもよい。
【００６０】
そして、符号化部２２に、Ｓ１２４で予測した符号化レートを更に低下させた符号化レートを指示する（Ｓ１２５）。そして、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２６）。このとき、送信部２３から送信されるパケットの送信間隔を短くするように送信部２３に指示をする（Ｓ１２６）。すなわち、単位時間の再生に必要とされるデータ量を減じて、単位時間あたりに送信されるパケット数を増加させて、単位時間あたりに送信されるデータ量を変化させないで、バッファ１４に速やかに低符号化レートの画像データが蓄積されるようにしている。よって、符号化レートの変更前に比べて長時間の画像データがバッファに蓄積されるので、ハンドオフ時の遅延やパケットロスに耐えることができる。
【００６１】
そして、ハンドオフ検出フラグがクリアされているか（下りているか）否かを検出する（Ｓ１２７）。なお、このハンドオフ検出フラグは、ハンドオフ検出処理（図６）のステップＳ１３６においてクリアされる。
【００６２】
ハンドオフ検出フラグがクリアされていれば（設定されていなければ）、ハンドオフに要する時間に再生されるデータのバッファ１４への蓄積は完了したので、ステップＳ１２１に戻り、ストリーミングデータの符号化レートを決定し（Ｓ１２１）、端末１０にデータを送信する（Ｓ１２２）。一方、ハンドオフ検出フラグがクリアされていなければ（設定されていれば）、ハンドオフに要する時間に再生されるデータの蓄積が終了していないので、ステップＳ１２４に進む。
【００６３】
図６は、本発明の実施の形態の配信サーバ２０のハンドオフ検出処理のフローチャートである。
【００６４】
配信サーバ２０は、端末１０からのハンドオフ予告の通知を監視している（Ｓ１３１）。そして、端末１０からのハンドオフ予告の通知を検出すると（Ｓ１３２で”Ｙｅｓ”）、ハンドオフ検出フラグを設定し（立て）て（Ｓ１３３）、ハンドオフ中に必要とされるストリーミングデータの送信を行う（図５のＳ１２４〜Ｓ１２６）。
【００６５】
その後、配信サーバ２０は、端末１０からのバッファ１４に十分にデータが蓄積された旨の通知を監視する（Ｓ１３４）。そして、端末１０からのバッファ１４に十分にデータが蓄積された旨の通知を検出すると（Ｓ１３５で”Ｙｅｓ”）、ハンドオフ検出フラグをクリアし（下ろし）て（Ｓ１３３）、ハンドオフ中に必要とされるストリーミングデータの送信を終了する（図５のＳ１２７）。
【００６６】
なお、ハンドオフ発生時にバッファに蓄積されているデータ量がどのくらいの遅延時間に耐えうる分量であるかは、固定レート方式のシステムならば予測可能であるが、可変レート方式の場合全て受信したデータのビットレートを記録しておく必要がある。そこでハンドオフ発生時にバッファが遅延を吸収できるほどデータがあるかどうかに関わらず、サーバから配信するデータの符号化レートを下げ、送信間隔を短くすることによりバッファの時間的な蓄積量を増加させる。それによりハンドオフ発生時の遅延を吸収できる可能性を高めることもできる。
【００６７】
図７は、本発明の実施の形態のハンドオフ予告の判定の閾値Ａを説明する図である。
【００６８】
３つの基地局と（Sector１〜Sector３）端末において、Sector１とSector２の間でハンドオフが発生すると予測される場合のＣ／Ｉ値を示したものである。図７において、横軸は時間を表し、横軸に対して等間隔に設けられた（横軸と垂直に引かれた縦の）点線は監視タイミングを示す。この図３の場合、Sector１とSector２とのレベルが近づいており、これをハンドオフの発生として予測する。この予測のために「閾値Ａ」を設定し、図４のように差がＡよりも小さい場合ハンドオフが将来発生すると予測する。
【００６９】
図７に示す状態では、端末１０は、３つの基地局を検出しており、最大のＣ／Ｉ値を与える基地局（Sector１）と無線通信回線を設定している。このとき、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値と他の検出している基地局のＣ／Ｉ値との差を求め、該Ｃ／Ｉ値の差と予め定めた閾値Ａとを比較する。すなわち、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値と基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値との差（ｄ12）を求め、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値と基地局（Sector３）のＣ／Ｉ値との差（ｄ13）を求める。そして、Ｃ／Ｉ値の差（ｄ12、ｄ13）と所定の閾値Ａとを比較して、Ｃ／Ｉ値の差（ｄ12、ｄ13）が閾値Ａより小さければ、ハンドオフ予告を配信サーバ３０に対して送信する。
【００７０】
図８は、本発明の実施の形態のハンドオフ予告タイミングを説明する図であり、３つの基地局と（Sector１〜Sector３）端末間のＣ／Ｉ値の時間変化を示す。縦の点線はＣ／Ｉ値の検出タイミングであることを示す。
【００７１】
端末１０は最大のＣ／Ｉ値を与える基地局（Sector１）と無線通信回線を設定しているが、現在捕捉しており、無線通信回線が設定されている基地局のＣ／Ｉ値が低下して、他の検出している基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値が向上してきて、基地局（Sector１）と基地局（Sector２）がハンドオフが発生する手前でＣ／Ｉ値が近づいており、両基地局のＣ／Ｉ値の差（ｄ12）が閾値Ａより小さくなると、近い将来ハンドオフが発生すると判定して、ハンドオフ予告を配信サーバ３０に対して送信する（Detected）。
【００７２】
その後、基地局（Sector１）のＣ／Ｉ値が低下して、基地局（Sector２）のＣ／Ｉ値が向上すると、両基地局のＣ／Ｉ値が逆転する。そして、両基地局のＣ／Ｉ値の差（ｄ12）の絶対値が所定の値より大きくなると、ハンドオフが実行され、基地局（Sector１）との接続を解除し、基地局（Sector２）との間で無線通信回線を設定する。
【００７３】
【発明の効果】
本発明では、無線通信端末（端末１０）と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局（無線基地局３０）と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置（配信サーバ２０）とによって構成される通信システムにおいて、前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測する予測手段と、該予測手段がハンドオフの発生を予測すると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信する信号送信手段とを備え、前記データ配信装置は、前記ハンドオフ予告信号を受信する信号受信手段と、前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段（制御部２５）とを備える。したがって、ハンドオフの予測に伴って、無線通信回線の伝送レートを変えないように、コンテンツデータの符号化レートを低下させることができる。このような制御によれば、バッファのアンダーフローが生じにくく、且つ、変更前に比べて長時間のコンテンツデータ（画像データ等）を無線通信端末に蓄積させることができる。よって、途切れにくい動画再生が可能になる。また、ユーザはハンドオフを意識することなく動画を継続的に視聴することができる。また、ハンドオフを事前に検出することでハンドオフ発生後の処理（パケットが遅延して再生時間に間に合わない場合にデータを補完するといったリカバリ処理）を必要とすることはない。
【００７４】
また、予測手段は、基地局との間の回線品質と所定の値と比較した結果に基づいて、ハンドオフの発生を予測し、信号送信手段は、予測手段がハンドオフの発生を予測したときに、ハンドオフ予告信号を送信するので、無線通信端末側でハンドオフの発生を予測し、配信サーバはハンドオフの発生を識別することができる。
【００７５】
さらに、予測手段が、ハンドオフの発生を予測した場合でも、バッファの記憶状態が所定条件を満たしているときは、ハンドオフ予告信号を送信しないので、無用なハンドオフ予告信号を送信することがなく、無線通信回線のトラフィックを増加させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の配信サーバの構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態の端末のバッファの動作説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態の端末の動作のフローチャートである。
【図５】 本発明の実施の形態の配信サーバのデータ送信処理のフローチャートである。
【図６】 本発明の実施の形態の配信サーバのハンドオフ検出処理のフローチャートである。
【図７】 本発明の実施の形態の無線通信システムのハンドオフ予告の判定の閾値Ａの説明図である。
【図８】 本発明の実施の形態の無線通信システムのハンドオフ予告タイミングの説明図である。
【符号の説明】
１０ 端末
１１ 受信モジュール
１２ 送信モジュール
１３ 無線情報取得モジュール
１４ バッファ
１５ デコードモジュール
１７ 制御モジュール
２０ 配信サーバ
２１ 映像ソース
２２ 符号化部
２３ 送信部
２５ 制御部
３０ 無線基地局
３１ アンテナ
４０ ネットワーク
Claims (7)
- 無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムにおいて、
前記無線通信端末は、ハンドオフの発生を予測する予測手段と、該予測手段がハンドオフの発生を予測すると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信する信号送信手段とを備え、
前記データ配信装置は、
前記ハンドオフ予告信号を受信する信号受信手段と、
前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とする通信システム。 - 前記予測手段は、前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、
前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測したときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。 - 前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファを備え、
前記信号送信手段は、前記予測手段がハンドオフの発生を予測した場合でも、前記バッファの記憶状態が所定条件を満たしているときは、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一つに記載の通信システム。 - 無線通信回線を用いて無線通信端末との間で通信を行う無線基地局と接続され、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置であって、
ハンドオフの発生を予告するハンドオフ予告信号を、前記無線通信端末から受信する信号受信手段と、
前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えずに、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げる制御手段とを備えることを特徴とするデータ配信装置。 - 無線通信端末と、前記無線通信端末との間に無線通信回線が設定される無線基地局と、前記無線通信端末に対してコンテンツデータを送信するデータ配信装置とによって構成される通信システムに適用される通信方法において、
前記無線通信端末は、
ハンドオフの発生を予測し、
ハンドオフの発生が予測されると、ハンドオフを予告するハンドオフ予告信号を送信し、
前記データ配信装置は、
前記ハンドオフ予告信号を受信すると、前記無線通信回線のデータ伝送レートを変えないように、前記無線通信端末に対して送信するコンテンツデータの符号化レートを下げることを特徴とする通信方法。 - 前記無線通信端末は、
前記基地局との間の回線品質を所定の値と比較した結果に基づいてハンドオフの発生を予測し、
ハンドオフの発生が予測されたときに、ハンドオフ予告信号を送信することを特徴とする請求項５に記載の通信方法。 - 前記無線通信端末は、前記データ配信装置から送信されたデータを一時的に記憶するバッファの記憶状態が所定条件を満たしているときは、ハンドオフの発生を予測された場合でも、ハンドオフ予告信号を送信しないことを特徴とする請求項５又は６に記載の通信方法。
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