JP2008028828A - 無線通信端末装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信電波の電界強度が急変した場合の音声通話における揺らぎによって生じる音切れの可能性を低減する。
【解決手段】基地局からの受信電波を受信して受信信号を出力する無線部１１と、受信信号を復調して取り出したＲＴＰパケットに係る音声データをバッファリングする受信バッファ２０と、受信電波の電界強度を求め、この電界強度に応じて受信バッファ２０におけるバッファ容量の変更を指示する受信バッファ調整部２５と、を備える。ここで、受信バッファ調整部２５は、電界強度が弱い程、受信バッファ２０におけるバッファ容量が大きくなるように受信バッファ２０に指示する。このように、受信電波の電界強度を元に受信バッファ容量を決定するので、受信バッファ容量の変更までの応答時間を早くすることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信端末装置に係り、特に、ＶｏＩＰ（Voice Over Internet Protocol）用に使用される無線通信端末装置に係る。

近年、ＶｏＩＰによる音声通信技術を用いた、インターネット電話サービスなどのＩＰ電話サービスが提供されている。このようなＩＰ電話サービスでは、通話時の音声を音声情報として相手方に転送するために、送信元端末からの音声情報を圧縮して相手方の受信側端末に送信し、受信した音声情報を復元して受信側端末に出力する。一般に、上記音声情報は、ＩＰ（Internet Protocol）網などの通信網を経由すると、データの転送に時間（転送遅延）がかかる。また、ＩＰ電話サービスでは、連続的に送信される個々のデータのそれぞれに転送時間の差が生じる。さらに、通信における送受信データの転送時間の差が変化（差が大きくなったり小さくなったりする）することによって生じる遅延のゆらぎ、あるいは送受信データの乱れ、いわゆるジッターが生じる。そして、この場合には、遅延を取り戻すために所定時間以上遅延したデータを破棄していた。従って、遅れたパケットは音声化されないため、結果的に通話時の音声が途切れてしまっていた。

そこで、音声が断続的に途絶えることを防止するために、ＶｏＩＰによるＩＰ電話サービスで用いる機器では、最初のパケットが入ってから、一定時間バッファにパケットを蓄積する。このとき、バッファに蓄積されたパケットのうち、先にバッファに蓄積されたパケットから順に音声信号に変換する。このように、データの送受信時に遅延のゆらぎや乱れを吸収する大容量の受信バッファを設けることで、音切れの発生を回避している。

ところで、従来のＶｏＩＰシステムにおいて、音声符号化方式やＩＰパケット中の音声データ等のＶｏＩＰパラメータは固定であるため、ネットワーク状態によって音声データ長を変更させる場合、手動により設定変更を行うこととなる。これでは、リアルタイムに変化するネットワーク状態に追従して、品質の高いサービスを提供することができない。そこで、ネットワークの状態を監視し、ＶｏＩＰパラメータを自立的に変更することで、ＶｏＩＰ帯域の低減と伝送効率の向上と音声の安定化を実現する技術が特許文献１において開示されている。この技術によれば、ＶｏＩＰパラメータ（ＶｏＩＰパケット中の音声データ長、音声符号化方式、符号化レート、受信バッファ長）の一つ以上を制御する機能を有し、これらをネットワーク状態に応じて設定することにより、伝送効率や音声品質を保持することができる。

また、特許文献２には、ストリーミング情報の転送処理において通信状況の変化する環境であっても安定した通信品質を提供する伝送制御装置が開示されている。この装置は、ストリーミング情報を送信する送信側端末と受信側端末の間における転送の遅延時間を測定し、この遅延時間に基づいて、平均遅延時間を算出し、平均遅延時間に基づいて、ストリーミング情報を所定時間蓄積可能なバッファを有する受信側端末に対してストリーミング情報の蓄積容量であるバッファ値を設定するものである。

特開２００４−７２２４２号公報 特開２００５−１６７６８４号公報

特許文献１に記載の技術では、ネットワークの状態を定期的なＰＩＮＧ（Packet INternet Groper）コマンドやＲＴＰ／ＲＴＣＰ（Real-time Transport Protocol／RTP Control Protocol）のパケットにより監視することによって、ＶｏＩＰパラメータ（ＶｏＩＰパケット中の音声データ長、音声符号化方式、符号化レート、受信バッファ長）を変更している。この場合、ＰＩＮＧコマンドの実行間隔や、ＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの送信間隔が、ＶｏＩＰパラメータ変更の応答時間に影響を与えてしまう。このような状況は、特にネットワーク状態の変化が激しい無線通信において顕著である。

図５は、受信端末における電波強度が変動した場合における受信バッファの変化の様子を模式的に示す図である。図５（ａ）に示すように、電界強度が時間の経過と共に変動するものとする。また、図５（ｂ）に示すように定期的にＰＩＮＧコマンドを相手端末に送信し、その応答を受信して応答時間に応じて、図５（ｄ）に示すように受信バッファの容量を決定するものとする。ここで、図５（ａ）の期間Ｔ１に示すように電界強度が強い状態にある場合、図５（ｃ）に示すように受信するＲＴＰパケットの間隔は、所定の時間間隔で到来し、ゆらぎがほとんど存在しない。このような電界強度が強い場合には、図５（ｄ）の期間Ｔ１に示すように受信バッファ容量が小さく設定され、音声遅延が少ない状態を保つことができる。

一方、図５（ａ）の期間Ｔ２に示すように電界強度が弱い状態になると、図５（ｃ）に示すように、受信するＲＴＰパケットは、所定の時間間隔では受信できず、ゆらぎ（ジッター）が存在する状態となる。この場合、図５（ｄ）の期間Ｔ３に示すように受信バッファ容量が小さく設定されていて、ゆらぎを吸収することができなくなってしまう場合が生じる。すなわち、受信電波の電界強度が急変した場合に、ＶｏＩＰパラメータの変更に至るまでの時間がかかってしまい、バッファ容量が増大する前に、音声通話における音切れが発生してしまう虞がある。これは、定期的に発生させるＰＩＮＧコマンドの応答時間に応じて受信バッファの容量を決定していることによる。

このようなＰＩＮＧコマンドをより頻繁に発生させれば、ＰＩＮＧコマンドの応答時間を頻繁に得ることができ、受信バッファ容量の変更までの応答時間を早くすることが可能となる。しかしながら、この場合には、図６に示すように、ＰＩＮＧコマンドの送受信パケットが通信路のトラフィックを圧迫し（図６（ｃ）参照）、ＲＴＰパケット自体の受信間隔の揺らぎに影響を及ぼしてしまい、場合によってはＲＴＰパケットが欠落して音切れが発生してしまう虞がある。したがって、ＰＩＮＧコマンドを所定以上に頻繁に発生させることは難しい。

なお、特許文献２に記載の技術においても、パケットの送信時刻と応答パケットの受信時刻から遅延時間を求め、遅延時間の揺らぎからバッファ量を設定するので、上記と同様の状況を呈するものである。

本発明の１つのアスペクトに係る無線通信端末装置は、ＶｏＩＰ用の無線通信端末装置であって、基地局からの受信電波を受信して受信信号を出力する無線部と、受信信号を復調して取り出した音声用データをバッファリングする受信バッファ部と、受信電波の電界強度を求め、該電界強度に応じて受信バッファ部におけるバッファ容量を調整する受信バッファ調整部と、を備える。

本発明によれば、受信電波の電界強度に応じて受信バッファの容量を変更することで、受信バッファ容量の変更までの応答時間を早くすることが可能となる。したがって、受信電波の電界強度が急変した場合の音声通話における揺らぎによって生じる音切れの可能性を低減することができる。

本発明の実施形態に係る無線通信端末装置は、ＶｏＩＰ用の端末装置であって、基地局からの受信電波を受信して受信信号を出力する無線部（図２の１１）と、受信信号を復調して取り出したＲＴＰパケットに係る音声データをバッファリングする受信バッファ（図２の２０）と、受信電波の電界強度を求め、この電界強度に応じて受信バッファにおけるバッファ容量の変更を指示する受信バッファ調整部（図２の２５）と、を備える。ここで、受信バッファ調整部は、電界強度が弱い程、受信バッファにおけるバッファ容量が大きくなるように受信バッファに指示する。あるいは、電界強度が所定の値を下回ったか否かを判断し、所定の値を下回った場合に受信バッファにおけるバッファ容量がより大きくなるように変更する。

このような構成の無線通信端末装置によれば、受信電波の電界強度を元に受信バッファ容量を決定するので、受信バッファ容量の変更までの応答時間を早くすることが可能となる。したがって、受信電波の電界強度が急変した場合の音声通話における揺らぎによって音切れが発生する可能性を低減することができる。以下、実施例に即し、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。図１において、無線通信端末装置１Ａが無線通信端末装置１Ｂに対して発信する場合、発信側である無線通信端末装置１Ａは、基地局２Ａおよびキャリア網３を介して、キャリアサーバ４との間で発呼シグナリング処理を行う。キャリアサーバ４は、キャリア網３および基地局２Ｂを介して、着信側の無線通信端末装置１Ｂとの間で着呼シグナリング処理を行う。ここで発呼および着呼のシグナリング処理は、例えば、ＳＩＰ（Session Initiation Protocol）や、ＩＴＵ−Ｔ Ｈ．３２３において定められる手順に基づいて行われるようにしてもよい。発呼および着呼のシグナリング処理が完了すると、無線通信端末装置１Ａと無線通信端末装置１Ｂとは、基地局２Ａ、２Ｂおよびキャリア網３を介し、ＩＰパケット化された音声データによる音声通話を行うことが可能となる。

図２は、本発明の実施例に係る無線通信端末装置の構成を示すブロック図である。図２において、無線端末装置は、アンテナ１０、無線部１１、変調部１２、復調部１３、Ｌ１部１４、ＵＤＰ／ＩＰ部１５、ＳＩＰ部１６、ＡＰＰ部１７、ＲＴＰ部１８、送信バッファ１９、受信バッファ２０、エンコーダ２１、デコーダ２２、マイクロフォン２３、スピーカ２４、および受信バッファ調整部２５を備える。

アンテナ１０は、無線部１１が出力する無線信号を電波に変換して基地局に送信すると共に、基地局からの電波を受信し無線信号として無線部１１に出力する。無線部１１は、変調部１２が出力する変調信号を無線信号に変換し、アンテナ１０に出力すると共に、アンテナ１０から入力される無線信号を変換し、復調部１３に復調信号を出力する。変調部１２は、Ｌ１部１４から入力される送信Ｌ１信号の変調処理を行い、変調信号を無線部１１に出力する。復調部１３は、無線部１１から入力される復調信号の復調処理を行い、Ｌ１部１４に受信Ｌ１信号を出力する。

Ｌ１部１４は、ＵＤＰ／ＩＰ部１５から入力される送信ＩＰパケットに対してレイヤー１処理を行い、変調部１２に送信Ｌ１信号を出力する。また、同時に復調部１３が出力する受信Ｌ１信号に対してレイヤー１処理を行い、ＵＤＰ／ＩＰ部１５に受信ＩＰパケットを出力する。ＵＤＰ／ＩＰ部１５は、ＳＩＰ部１６から入力される送信ＳＩＰパケット並びにＲＴＰ部１８から入力される送信ＲＴＰパケットに対してＵＤＰ／ＩＰ処理を行い、Ｌ１部１４に出力する。また、同時に、Ｌ１部１４から入力される受信Ｌ１信号に対してＵＤＰ／ＩＰ処理を行い、受信ＳＩＰパケットをＳＩＰ部１６に出力し、受信ＲＴＰパケットをＲＴＰ部１８に出力する。

ＳＩＰ部１６は、ＡＰＰ部１７から入力される送信アプリケーション情報を、ＵＤＰ／ＩＰ部１５に送信ＳＩＰパケットとして出力する。また、ＵＤＰ／ＩＰ部１５から入力される受信ＳＩＰパケットから、ＡＰＰ部１７に対して受信アプリケーション情報として出力する。なお、ＳＩＰ部１６の代わりに、ＩＴＵ−Ｔ Ｈ．３２３によるものでもよい。

ＲＴＰ部１８は、送信バッファ１９から入力されるバッファリング後の送信圧縮音声データを、ＵＤＰ／ＩＰ部１５に対して送信ＲＴＰパケットとして出力する。また、ＵＤＰ／ＩＰ部１５から入力される受信ＲＴＰパケットから、受信バッファ２０に対して受信圧縮音声データを出力する。

受信バッファ２０は、ＲＴＰ部１８から入力される受信圧縮音声データのバッファリング処理を行って到来するパケットの揺らぎを吸収し、デコーダ２２に対してバッファリング後の受信圧縮音声データを出力する。ここで受信バッファ２０は、例えばリングバッファ等で構成され、リングバッファにおける読み出しポインタと平均的な書き込みポインタとの差、すなわちバッファ容量が受信バッファ調整部２５によって変更可能とされる。

デコーダ２２は、受信バッファ２０から出力される受信圧縮音声データの音声伸張処理を行い、スピーカ２４に対して再生音声信号を出力する。スピーカ２４は、デコーダ２２が出力する再生音声信号を音として再生する。

マイクロフォン２３は、集音した音をマイク信号としてエンコーダ２１に出力する。エンコーダ２１は、マイクロフォン２３から入力されるマイク信号に対して音声圧縮処理を行い、送信バッファ１９に対して送信圧縮音声データを出力する。送信バッファ１９は、エンコーダ２１から入力される送信圧縮音声データのバッファリング処理を行い、ＲＴＰ部１８に対してバッファリング後の送信圧縮音声データを出力する。

ここで、無線部１１は、基地局２Ａとの間の電波の電界強度を測定し、受信バッファ調整部２５に電界強度信号を出力する。受信バッファ調整部２５は、無線部１１から入力される電界強度信号に応じて、受信バッファ容量変更信号を受信バッファ２０に出力する。すなわち、電界強度が所定の値を下回ったか否かを判断し、所定の値を下回った場合に受信バッファ２０におけるバッファ容量がより大きくなるように受信バッファ容量変更信号を出力する。ここで、所定の値は、電界強度に対してどの程度の受信バッファ溢れの発生が生ずるかを予め調べておき、受信バッファ溢れの可能性が極めて低くなるような範囲で、できる限り小さな値に設定されるものとする。

受信バッファ２０は、受信バッファ調整部２５が出力する受信バッファ容量変更信号に基づいて受信バッファの容量を変更する。ここで、受信バッファの容量を増やすと、音声遅延がより増加する事と引き換えに、受信ＲＴＰパケットの受信間隔のゆらぎを吸収することができ、音切れが発生しにくくなる。これに対し、受信バッファの容量を減らすと、音声遅延が少なくなる。しかし、受信ＲＴＰパケットの受信間隔のゆらぎを吸収できなくなる場合には、受信バッファ溢れを生じて音切れが発生しやすくなる。

図３は、受信バッファ調整部２５の動作例を説明する図である。無線通信端末装置における受信電波の電界強度が強い場合、受信ＲＴＰパケットの受信間隔のゆらぎが少ない。そこで、受信バッファ調整部２５は、受信バッファ容量を小さく設定するための受信バッファ容量変更信号を出力する。受信バッファ２０は、受信バッファ容量変更信号を受け取って受信バッファの容量が小さくなるように設定する。受信バッファの容量が小さくなるように設定されることで、音声遅延が少なく抑えられる。一方、受信電波の電界強度が弱い場合、受信ＲＴＰパケットの受信間隔のゆらぎが大きくなる。そこで、受信バッファ調整部２５は、受信バッファ容量が大きくなるように設定するための受信バッファ容量変更信号を出力する。受信バッファ２０は、受信バッファ容量変更信号を受け取って受信バッファの容量が大きくなるように設定する。受信バッファの容量が大きくなるように設定することで、音声遅延が大きくなるが、受信ＲＴＰパケットの受信間隔のゆらぎに起因した音切れを抑えることができる。

このように本実施例の無線通信端末装置では、受信ＲＴＰパケットにおける受信間隔のゆらぎの原因となる受信電波の電界強度の強さに応じて、受信バッファの容量を変更することで、通信状況に応じた受信バッファ容量を設定する事が可能になる。通信状況に応じた受信バッファ容量を受信バッファ２０に設定することで、受信バッファ２０は、無線通信路の電界強度に応じ、バッファ容量の変化を高速で行うことが可能である。すなわち、受信電波の電界強度が急激に低下したような場合、定期的なＰＩＮＧコマンドやＲＴＰ／ＲＴＣＰプロトコルによる監視では、バッファ容量の変更に時間がかかるのに対し、本実施例では即時にバッファ容量の変更が可能であり、音切れ発生の低減の効果が大きい。

図４は、電界強度と受信バッファ容量の関係を説明する図である。図４（ａ）に示すように、電界強度が時間の経過とともに変動するものとする。図４（ａ）の期間Ｔ１に示すように電界強度が強い状態にある場合、図４（ｂ）に示すように受信するＲＴＰパケットの間隔は、所定の時間間隔で到来し、ゆらぎがほとんど存在しない。この場合、受信バッファ調整部２５が受信バッファ２０に対して受信バッファ容量が小さくなるように受信バッファ容量変更信号を出力する。この結果、電界強度が強い場合には、図４（ｃ）の期間Ｔ１に示すように受信バッファ容量が小さく設定され、音声遅延が少ない状態を保つことができる。

一方、図４（ａ）の期間Ｔ２に示す電界強度が弱い状態にある場合、図４（ｂ）に示すように、受信するＲＴＰパケットは、所定の時間間隔では受信できず、ゆらぎが存在する状態となる。この場合、受信バッファ調整部２５は、電界強度が弱い状態を検知したならば、受信バッファ２０に対して受信バッファ容量が大きくなるように受信バッファ容量変更信号を出力する。この結果、電界強度が弱い場合には、図４（ｃ）の期間Ｔ２に示すように受信バッファ容量が大きくなるように設定されることで揺らぎが吸収され、音声遅延の増大と引き換えに、音切れ発生の可能性が少ない状態とすることができる。

本発明の実施例に係る無線通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施例に係る無線通信端末装置の構成を示すブロック図である。 本発明の受信バッファ調整部の動作例を説明する図である。 電界強度と受信バッファ容量の関係を説明する図である。 受信端末における電波強度が変動した場合における受信バッファの変化の様子を模式的に示す図である。 ＰＩＮＧコマンドの送受信パケットが通信路のトラフィックを圧迫する様子を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 無線通信端末装置
２Ａ、２Ｂ 基地局
３ キャリア網
４ キャリアサーバ
１０ アンテナ
１１ 無線部
１２ 変調部
１３ 復調部
１４ Ｌ１部
１５ ＵＤＰ／ＩＰ部
１６ ＳＩＰ部
１７ ＡＰＰ部
１８ ＲＴＰ部
１９ 送信バッファ
２０ 受信バッファ
２１ エンコーダ
２２ デコーダ
２３ マイクロフォン
２４ スピーカ
２５ 受信バッファ調整部

Claims (4)

1. ＶｏＩＰ（Voice Over Internet Protocol）用の無線通信端末装置であって、
   基地局からの受信電波を受信して受信信号を出力する無線部と、
   前記受信信号を復調して取り出した音声用データをバッファリングする受信バッファ部と、
   前記受信電波の電界強度を求め、該電界強度に応じて前記受信バッファ部におけるバッファ容量を調整する受信バッファ調整部と、
   を備えることを特徴とする無線通信端末装置。
2. 前記受信バッファ調整部は、前記電界強度が弱い程、前記受信バッファ部におけるバッファ容量が大きくなるように調整することを特徴とする請求項１記載の無線通信端末装置。
3. 前記受信バッファ調整部は、前記電界強度が所定の値を下回ったか否かを判断し、前記所定の値を下回った場合に前記受信バッファ部におけるバッファ容量がより大きくなるように変更することを特徴とする請求項１または２記載の無線通信端末装置。
4. 前記受信バッファ部は、前記音声用データとしてＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットに係るデータをバッファリングすることを特徴とする請求項１記載の無線通信端末装置。

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