JP2011501577A - 車載システムによる無線帯域内シグナリング方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、デジタル無線通信ネットワークの音声チャンネルを用いて、緊急、コンシェルジュ、及び他のサービスを得るための、車両からのデータ通信用の方法及び装置に関するものである。音声チャネル通話を確立した後に、データセッションを開始するための、サーバーと車載システム（図２）との間のシグナリングを記載する（図３）。所定のシグナリングトーンに応答して、スイッチ（ＰＣＭ）が車載オーディオシステムのスピーカをミュートする。通話は車両から自動的に開始することができ、電話受付場所は無人にすることができる。普遍的動作のために、より新型及び旧型のボコーダに共に応じるように、シグナリング方法を選択する（図４、５）。

Description

（関連出願）
本願は、米国特許仮出願第６０／９８１４８７号、２００７年１０月２０日出願に基づいて優先権を主張する。

（著作権の通知）
著作権：２００７−２００８ Airbiquity Inc。本明細書の開示の一部は、著作権保護を受ける題材を含む。著作権所有者は、何人による本明細書または特許情報開示の複製にも異議はない、というのは、米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録中に見られるからであるが、さもなければ、いずれにせよ全権利を留保する。米国特許法施行規則第１．７１条ｄ項（37CFR §1.71(d)）。

（技術分野）
本発明は、デジタル無線通信ネットワークの音声チャンネルを用いて、緊急、コンシェルジュ（接客）、及び他のサービスを得るための、車両からのデータ通信用の方法及び装置に関するものである。

（発明の背景）
無線通信サービスエリアは、世界中のほとんどで、特に先進工業国では、ほとんど普遍的（ユビキタス）になっている。しかし、多数の発展途上国においても、従来の銅線通信基盤のない全地域が、この技術を飛び越して、無線を代わりに展開している。現代の無線ネットワークは、種々の音声及びデータサービスを提供している。これらのサービスの技術的詳細は、多数の所で、例えば３ＧＰＰ標準化グループのウェブサイト：www.3gpp.orgで見出すことができる。

しかし、一部の無線データサービスは低速であり、サービスイエリアにむらがある。これとは対照的に、無線音声サービスは、良好な品質になりやすく、かつ人々が旅行するほとんどの所で利用可能である。「帯域内」通信は、音声チャネルを意味するものとして称し、データチャネル、制御チャネル、あるいは他の非音声無線サービスとは区別される。音声チャネルは、特別な性能特性によって特徴付けられる。例えば、通常の人間の声に基づき、比較的狭い可聴周波数範囲のみを送受信するだけでよい。実際に、人間の声をデジタル無線ネットワーク上で非常に効率的に送信及び受信することを可能にする巧妙な圧縮及び符号化技術が知られている。しかし、これらの音声コーダまたは「ボコーダ」は、一般にソフトウェア、ＤＳＰチップ等で実現され、非音声の音は少しも良好に伝送しない。これとは逆に、これらは非音声信号をフィルタ除去するように配慮して設計されている。

関連情報は、米国特許第６１４４３３６号明細書（特許文献２）にも記載され、この文献は参考文献として本明細書に含める。追加的開示は、米国特許第６６９０６８１号明細書（特許文献３）に見出すことができる。最後に、他の関係する開示が米国特許第６４９３３３８号明細書（特許文献４）に見出され、これも参考文献として、その全文を本明細書に含める。以上の特許は本願の権利譲受人が所有する。

米国特許仮出願第６０／９８１４８７号明細書 米国特許第６１４４３３６号明細書 米国特許第６６９０６８１号明細書 米国特許第６４９３３３８号明細書

本発明の追加的な態様及び利点は、図面を参照しながら進める以下の好適な実施例の詳細な説明より明らかになる。

無線音声通話用の一般的な通話路、即ち、無線通信ネットワーク上の通話を例示する簡略化したブロック図である。 例示的な車載システム（ＩＶＳ）の簡略化したブロック図である。 帯域内モデム検出方式の時間的進行を例示する図である。 本発明の一実施例による、周波数変調音を適用する改良型帯域内モデム検出方式の時間的進行を例示する図である。 両種類の開始信号を送信し、両種類の応答信号を受信する後方互換性のサーバーの進行を例示する図であり、これにより、ＩＶＳモデムの種類を識別することができる。

（好適な実施例の詳細な説明）
図１は、無線音声通話の一般的通話路、即ち無線通信ネットワーク上の通話を例示する簡略化したブロック図である。マイクロホンからのアナログ音声信号はＡ／Ｄ変換器によってデジタル化されて、（８０００サンプル／秒で）ボコーダ符号化アルゴリズムに供給される。エンコーダは、圧縮データのパケット（一般に２０ｍｓの音声フレーム毎に１パケット）を生成し、このデータストリームを無線送信機に供給する。他方では、無線受信機がパケットを復号化アルゴリズムに渡し、復号化アルゴリズムは、元の音声信号をＰＣＭストリームとして（不完全に）再構成する。このＰＣＭストリームは最終的に、アナログ電圧に逆変換されてスピーカに供給される。

この種のストリームを用いて、適度な量のデータ（ここではボコーダの音声データではなくユーザデータを意味する）を「帯域内で」送信することができ、このことは、周波数、タイミングの慎重な選択、及び情報を人間の声のデータのように「見える」ようにすることによってボコーダを「だまして」この情報を伝送させる特別な技術の使用によって行う。無線通信の音声チャネルを用いたこの種のデータ通信は、時として「帯域内シグナリング（信号方式）」と称される。帯域内シグナリングは、従来の「固定電話」ではよく知られているモデム（モジュレータ（変調器）−デモジュレータ（復調器））という古い用語を借りれば、帯域内シグナリングモデムと称されるハードウェア及び／またはソフトウェアを用いて実現することができる。

いくつかの登録済み特許は、無線通信ネットワークの音声チャンネル上でデジタルデータを通信する帯域内シグナリング技術を開示している。一例では、入力端子がデジタルデータを受信する。エンコーダは、このデジタルデータを、人間の話言葉の周波数特性を合成した可聴トーン（音調）に変換する。このデジタルデータは、通信ネットワーク内の音声符号化回路が、このデジタルデータを表現する合成された可聴トーンを壊さないようにも符号化される。そして出力端子は、この合成された可聴トーンを、デジタル無線通信ネットワークの音声チャネルに出力する。一部の場合には、「トーン」を搬送するデータを、同時の音声と共に伝送する。これらのトーンは、短く、かつ比較的目立たないようにすることができる。時として「ブランク・アンド・バースト（blank and burst）」と称される他の実現では、音声を遮断（カットオフ）しつつ、音声チャネルを通してデータを伝送することができる。さらに他の実現では、可聴周波数スペクトルの一部を音声用に使用し、他の部分はデータ用に予約されている。このことは、受信側での復号化を手助けする。

帯域内シグナリングは、通話の両端において適切な設備（例えば帯域内モデム）を必要とする。モデムをオン状態及びオフ状態にすべき時点を検出するに当たり課題が生じる。即ち、一旦、電話発呼が接続される（リンクが確立される）と、受信システムが（一般にマイクロホン及びスピーカを使用する）音声動作モードから、オーディオ（音声）チャネルからのデータを復元すべく動作するデータモードに、いつ切り替わるべきか、である。このことは、できれば自動的に、即ち人間の介在なしに行うべきである。無線ネットワークにおける従来技術の制御シグナリング（信号伝達）は、帯域内でない制御チャネルを使用する。音声チャネルとは異なり、制御チャネル・シグナリングはキャリアにとって独占的であり得る。従って、必ずしもすべてのクライアントシステムにとって利用可能ではない。

本明細書では例示に用いる、この技術の１つの応用は、自動車での通信である。今日、多数の車両が、無線ネットワーク上での通信用の何らかの機能を有する。これらの車両システムを、テレマティクス（移動体情報通信）クライアントシステムと称する。図２は、例示的な車載システム（ＩＶＳ：in-Vehicle System）の簡略化したブロック図である。この図は、一般的なテレマティクス・クライアントシステムの関係部分の例を示す。このクライアントシステムは、内蔵ハードウェア、及び自動車環境内で動作するように設計されたソフトウェアで構成される。

図２では、このテレマティクス・ソフトウェアは「顧客（カスタマー）アプリケーション」を含み、これはほとんど任意のアプリケーション、特に、無線ネットワークを経由したデータ転送を用いたものとすることができる。例えば、顧客アプリケーションは、ナビゲーションまたはエンターテイメント（娯楽）に関係するものとすることができる。動作中には、顧客アプリケーションは、データ（好適にはデータパケット）を帯域内シグナリングモデムに搬送する。この帯域内モデムは、データを（パケットヘッダー、及び必要に応じて他の適切なオーバーヘッドと共に）可聴周波数トーンに変換し、この可聴周波数トーンは「ＰＣＭスイッチ」の所に現れる。

クライアントシステム（ＩＶＳ）の１つの目的は、テレマティクスデータを車両とサーバーとの間で、乗員が人間のオペレータと通信するのに用いるのと同じ無線音声通話上で転送することにある。時として、このサーバーは「電話受付センター」に配置され、ここでは、緊急の９１１電話受付センターと同様に人間のオペレータが利用可能である。ここでは、クライアントシステムは、帯域内モデムセッションの開始時に車載オーディオシステムを切断するスイッチを有しなければならない。このスイッチ切り替えの決定をサーバー側から制御する場合は、帯域内シグナリングを用いて、モデムセッションを開始すべき時点を指示しなければならない。

再び図２を参照すれば、この実施例では、ＰＣＭスイッチは、帯域内「モデム検出」方式によって制御される。誤りをする様式は２通りあり、即ち：誤検出（スピーカがミュート（消音）すべきでない際にミュートされる）、及び不検出（スピーカをミュートすべき際にミュートしない）である。両方の種類の誤りは、できる限り低頻度にすべきであるが、それでも、これらの誤りを回避する課題を与える。本発明の１つの重要な利点は、改善された検出性能である。

図３に、第１の帯域内モデム検出方式の時間的進行を例示する。図に示す所定周波数のトーンは一例に過ぎない。動作中には、（電話受付センター、あるいは自動化（無人化）することのできる「データセンター」に配置された）サーバーは、所定の可聴周波数、例えば２２２５Ｈｚのトーンを送信し、この周波数は、現在のボコーダ技術に応じて選択されている。この信号は、音声会話を中断して帯域内モデムセッションを開始するための、車両システムへの信号である。

この周波数のトーンをＩＶＳ側で、少なくとも所定閾値期間、例えば約３０ミリ秒間検出した後に、「予備検出」が達成されたものと判断し、ＩＶＳは車内のスピーカをミュートする。（このようにして、車両の乗員は可聴周波数トーンの形でのデータ転送の「ノイズ」は聴取しない。）選択した「シグナリングトーン」を所定閾値期間より長く検出した場合は、「有効確認」が生じたものと判断して、「応答」をＩＶＳからサーバーに送信する。従って、ＩＶＳシステムは、図２のＰＣＭスイッチを切り替えて、帯域内モデムを、データセンターへの（音声チャネル内）データ伝送用の内蔵電話モジュール内のボコーダに結合する。

「応答」トーンは第２の選択した周波数を有し、即ち、図示する例では１７７８Ｈｚである。応答トーンは持続時間も有し、即ち、図示する例では３００ミリ秒である。この応答トーンは、ＩＶＳが帯域内モデムセッションを開始する準備ができていることの信号である。サーバーがこの信号を、少なくとも所定閾値時間、例えば２００ミリ秒間検出した場合は、サーバーは開始トーンの送信を停止する。

以上の方策は多数の応用にとって有用であるが、無線技術の変化に伴いさらなる問題が生じる。改良が頻繁な１つの領域は、上述したボコーダである。ボコーダが人間の声の符号化においてより効率的になると共に、ボコーダは時として、使用する音声チャネルを通してデータを伝送することがより困難になる。上述した帯域内制御シグナリング方式は、一部のボコーダでは良好に機能するが、他のより新しいモデムでは良好に機能しない。

新型ボコーダの特性を学習し、そして、新型ボコーダに準拠した制御シグナリング方式の設計を試みることによって、この問題に応えることができる。しかし、このことに成功したとても、より旧式の「旧型モデム」をまだ動作させている車両は多数存在する。（旧型モデムを有する）より旧式のＩＶＳ、並びにより新型のボコーダを用いるより新式のＩＶＳの両者と共に適切に動作することが、通信システムにとって不可欠である。この必要性は、種々の車両（あるいは携帯応用品、例えばハンドヘルド（手持ち型）パーソナル（個人用）通信システム）内に配備することのできる２つ以上の異なる帯域内モデムと適宜に互いに関係し続ける。例えば、上述した２２２５Ｈｚの「予備検出」トーンは、より旧式のボコーダでは機能し得るが、より新型のモデムではフィルタ除去される。よくても、ＩＶＳは所望時間内にはスピーカをミュートしない。最悪の場合は、帯域内データ通信システムが機能しなくなる。

データサーバーと種々のモバイルユニットとの間の後方互換性及び前方互換性の問題は、制御シグナリングに限定されない。いくつかのボコーダを通る実際のデータ転送は、旧型ボコーダに準拠した周波数とは全く異なる周波数の使用を必要とし得る。例えば、一部の旧型ボコーダでは、２１００Ｈｚ（ダウンリンク）及び２５００Ｈｚ（アップリンク）が、データを符号化するために有用な周波数である。他のボコーダ用には、１２００Ｈｚ及び１６００Ｈｚのようなより低い周波数が好適であり得る。

従って、特定通話で使用中の遠隔的（リモート）ボコーダの種類を「発見」または検出することが、サーバーシステムにとって不可欠であるが、これにより、サーバーは、適切にデータを符号化して遠隔的ボコーダを生かすこともできる。さらに、サーバーが使用中の遠隔的ボコーダを迅速に、例えば２秒以内に発見することが重要であり、これによりサーバーは、車内のスピーカをミュートすることをＩＶＳに指示する適切な制御信号を、気を散らすデータトーンが聴取される前に送信することができる。（一般に、コールセンター（電話窓口）に接触するために使用する受信電話番号は、使用中の遠隔モデムを区別するために使用することはできない、というのは、所定の自動車製造業者の全てのＩＶＳシステム用に単一の電話番号を使用することが好ましいからである。）

図４を参照して説明する。例示のために、２２２５Ｈｚのトーンが、より旧式のボコーダのチャネル上の制御信号としては有効であるが、より新式のボコーダ上では信頼性がないものと仮定する。本発明の他の態様によれば、サーバーが周波数変調（ＦＭ）トーンを送信し、このＦＭ信号は、５００〜６００Ｈｚの間で振動する。サーバーは周波数を、例えば２０または４０ミリ秒毎に切り替えることができ、この切り替えは振幅の大きさを記述し、正確な値は重要ではない。この周波数変調は、通常の音声会話中の誤検出を防止するに当たり重要な態様である。

次に図５を参照する。サーバーモデムが旧型のＩＶＳモデムと後方互換でなければならない場合は、サーバーは、両方の種類の応答信号を受信しながら、新式の開始信号と旧式の開始信号とを交互に切り替えることができる。

本発明の基礎となる原理を逸脱することなしに、上述した実施例の細部に多数の変更を加え得ることは、当業者にとって明らかである。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって定められるべきものである。

Claims (20)

1. 移動無線の音声通信及びデータ通信用の帯域内シグナリングモデムを含む車載システム（ＩＶＳ）を車両内に用意するステップであって、前記音声通信及び前記データ通信は共に、デジタル無線通信ネットワークの音声チャンネルを経由した単一の音声通話上で行われ、
   前記車両はさらに、エンターテイメント及び通信用の車載オーディオシステムを含み、
   前記車載オーディオシステムは、スピーカ及びマイクロホンを含むステップと；
   前記車載システム（ＩＶＳ）内に顧客アプリケーションを設けるステップであって、前記顧客アプリケーションは、前記帯域内シグナリングモデムに結合されて、前記音声通話中に前記帯域内シグナリングモデムを経由してデータを送信するステップと；
   前記車載システム（ＩＶＳ）において、前記デジタル無線通信ネットワークを経由した遠隔的な電話受付場所への音声通話を開始するステップと；
   前記電話受付場所において、前記車載システムから開始された前記音声通話を受信するステップと；
   所定のシグナリングトーンを、前記電話受付場所から前記音声通話を通して前記車載システムに、帯域内データセッションの準備として送信するステップと；
   前記車載システムにおいて、前記所定のシグナリングトーンを受信したことに応答して、前記車載オーディオシステムの前記スピーカをミュートし、これにより、前記顧客アプリケーションと前記電話受付場所との間の、可聴周波数トーンの形でのデータ転送の音を前記車両の乗員が聴取しないステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. さらに、
   前記シグナリングトーンの持続時間を測定するステップと；
   前記シグナリングトーンの持続時間が第１の所定閾値期間を超えた後のみに、前記スピーカをミュートするステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. さらに、
   前記シグナリングトーンの持続時間が、前記第１の所定閾値期間より長い第２の所定閾値期間を超えた際に、所定応答信号を前記電話受付場所に送信して、前記シグナリングトーンに確認応答するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. さらに、
   前記シグナリングトーンに応答して応答信号を送信し、前記音声通話中に帯域内データセッションを開始して、前記ＩＶＳから前記デジタル無線通信ネットワークの前記音声チャネルを通して、前記電話受付場所にデータを送信するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. さらに、
   より旧式の帯域内シグナリングモデムとの後方互換性のための前記シグナリングトーンとして、周波数変調トーンを前記電話受付場所から前記ＩＶＳに送信するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記周波数変調トーンは、選択した複数の可聴周波数のいずれかの値をとりながら変化し、前記可聴周波数は、既知のボコーダとの互換性があるように選択され、これにより、前記シグナリングトーンが前記ボコーダを通過することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記周波数変調トーンが、選択した２つの可聴周波数の一方の値をとりながら変化することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記周波数変調トーンが、約２０ミリ秒〜４０ミリ秒の大きさを有する選択した周期で、前記選択した可聴周波数のいずれかの値をとりながら変化することを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 前記ＩＶＳにおいて、前記シグナリングトーンに使用される選択した可聴周波数のいずれかを認識したことに応答して、前記応答信号を送信するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記遠隔的な電話受付場所で前記応答信号を検出した際に始まる所定の設定期間後に、前記帯域内データセッションを自動的に開始するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
11. 前記電話受付場所が無人であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
12. 前記応答信号が、所定持続時間を有する可聴トーンであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
13. 前記応答信号の前記所定持続時間が約３００ミリ秒であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記顧客アプリケーションが、前記データセッション中に、前記電話受付場所が緊急サービスを開始するための位置データを、前記帯域内シグナリングモデム経由で前記電話受付場所に送信することを特徴とする請求項４に記載の方法。
15. 車載システム（ＩＶＳ）において、
    テレマティクス・ソフトウェアを記憶するための機械可読のメモリと；
    前記メモリを読んで、前記メモリに記憶された前記テレマティクス・ソフトウェアを実行するプロセッサと；
    前記メモリに記憶され、前記プロセッサ上で実行されて、デジタル無線通信ネットワークの音声チャンネル経由でデータを送信及び受信するように構成された前記テレマティクス・ソフトウェアとを備え、
    前記テレマティクス・ソフトウェアは、顧客アプリケーション、及び前記顧客アプリケーションから送信されるデータと前記顧客アプリケーションに送信されるデータとを符号化及び復号化する帯域内シグナリングモデムを含み、
    前記車載システムがさらに、
    スピーカ及びマイクロホンを含む車載オーディオシステムと；
    少なくとも、デジタル無線通信ネットワーク経由の音声チャネル通信用に構成された内蔵電話モジュールと；
    単一音声チャンネルの無線通話中に可制御的に、音声通信のために前記車載オーディオシステムを前記内蔵電話モジュールに結合するか、その代わりに、データ通信のために前記帯域内シグナリングモデムを前記内蔵電話モジュールに結合するスイッチとを備え、
    前記スイッチは、前記帯域内シグナリングモデムを前記内蔵電話モジュールに結合して帯域内データセッションを開始し、音声通話中に前記内蔵電話モジュールを経由して受信した所定の信号トーンに応答して前記車載オーディオシステムの前記スピーカをミュートすることによって、音声会話を中断するように構成され、
    前記信号トーンは所定の可聴周波数を有する
    ことを特徴とする車載システム（ＩＶＳ）。
16. 前記信号トーンは、前記スイッチが前記オーディオシステムをミュートすべく動作する前に、少なくとも第１所定閾値の持続時間を有することを特徴とする請求項１５に記載の車載システム（ＩＶＳ）。
17. 前記所定の可聴周波数が約２２２５Ｈｚであることを特徴とする請求項１６に記載の車載システム（ＩＶＳ）。
18. 前記第１所定閾値の持続時間が約３０ミリ秒であることを特徴とする請求項１６に記載の車載システム（ＩＶＳ）。
19. 前記受信した信号トーンの持続時間が、前記第１所定閾値の持続時間より長い第２所定閾値の持続時間を超えた際に、前記帯域内シグナリングモデムは、前記単一音声チャンネルの無線通話中に、所定の応答信号を、前記内蔵電話モジュールを介して送信することを特徴とする請求項１６に記載の車載システム（ＩＶＳ）。
20. 前記第２所定閾値の持続時間が約３００ミリ秒であることを特徴とする請求項１９に記載の車載システム（ＩＶＳ）。
    

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