JP2012503361A - ＥＶＲＣ（ｅｎｈａｎｃｅｄｖａｒｉａｂｌｅ−ｒａｔｅｃｏｄｅｃ）を介する帯域内シグナリング方法 - Google Patents

Abstract

帯域内シグナリング、即ち音声呼セッション中のディジタル無線ネットワークの音声チャネルを介するデータの送信の改良が開示される。データ搬送信号をＣＤＭＡ無線チャネルで一般に使用される低ビットレートのＥＶＲＣ−Ｂボコーダ中を首尾よく通過させる一群の狭帯域シグナリング方法が開示される。いくつかの実施形態はテーパがつけられたシグナリング波形をＦＳＫ変調を用いる別の波形とタンデムに生成する。これらの特徴は携帯電話又は他の無線通信装置（自動車用を含む）で使用することができる。

Description

関連出願
本願は、２００８年９月５日に出願された、“Signal Design for Low-Bit Rate EVRC-B”なるタイトルの米国仮特許出願第６１／０９７，１７７号及び２００８年１０月１日に出願された、”Tapered Narrow-band Data Signaling Method, System and Software for Enhanced Variable-rate Codec Compatibility in-Band Signaling”なるタイトルの米国仮特許出願第６１／１０１，８８０号の優先権を主張するものである。これらの優先権出願は参照することによりそれらの全内容が本明細書に組み込まれるものとする。

本発明は、ディジタル無線電気通信システムの音声チャネルセッションを介して少量のデータを通信する帯域内シグナリング方法を含む無線通信に関する。

携帯電話及び地上電話網に使用されている多くの電気通信コンポーネントは人間の音声信号を音声通信チャネルを介して効率よく伝送するように設計されている。例えば、ディジタルコーダ（ボコーダ）はサンプリングされた音声信号を圧縮した形で表すために線形予測符号化を使用している。これらの線形予測コーダは、音声チャネルを介して送信する前に、音声信号の周波数成分を圧縮し評価しながら雑音（非音声信号）を除去する。

時にはオーディオ信号とディジタルデータの両方を無線電気通信ネットワークを介して伝送することが望まれる。例えば、携帯電話ユーザが緊急支援のために“９１１”を呼び出す際、ユーザは緊急状態を人間オペレータに言葉で説明するために使用する同じチャネルを介してディジタル位置データをコールセンターに送りたいと願うかもしれない。しかし、ディジタルデータ信号を無線ネットワークの音声チャネルを介して伝送することは困難である。その理由は、ディジタルデータ信号はいくつかのタイプの歪みを受けるためである。例えば、無線ネットワークの音声チャネルを走行する符号化されたデータ信号は音声圧縮アルゴリズムにより生じるボコーダ効果により歪められ得る。

ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介するデータ通信の改善が依然として必要とされている。音声チャネルはいくつかの用途、特に緊急用に好適である。その理由は、無線音声サービスは、データサービスと区別され、信頼性が高く、遅延が最小で且つ世界中の多くの地域で広く利用可能であるためである。

関連情報は特許文献１に見られ、この文献は参照することによりここに含まれる。他の関連開示は特許文献２に見られ、この文献も参照することによりここに含まれる。最後に、更に他の関連開示は特許文献３に見られ、この文献も参照することによりここに含まれる。これらの特許文献は本出願の譲受人の所有である。

米国特許第６，１４４，３３６号明細書 米国特許第６，６９０，６８１号明細書 米国特許第６，４９３，３３８号明細書

ＣＤＭＡ無線チャネルで一般に使用されている低ビットレートモードのＥＶＲＣ−Ｂボコーダを通して首尾よく通してデータ搬送信号を送る一群の狭帯域シグナリング方法について記載する。２ｋＨｚ以上の狭帯域信号又はトーンはこの処理チェーンにより大きな歪みを受け、ディジタル無線ネットワークの音声チャネル（所謂「帯域内シグナリング」）上のデータ転送において低い検出性能をもたらす。

本発明による一実施形態においては、狭帯域信号は既知のセルラーネットワーク及びＥＶＲＣ−Ｂ処理を通過するように生成され、トーン検出器で首尾よく検出することができる。所定の又は既定の周波数の信号を検出するように設計されたシステムがあると仮定して、両側にテーパ（漸減）がつけられたエンベロープを有する所望の信号（図１）を生成する。これは、ボコーダを刺激して信号をさもなければ発生する高いビットレートで表現させる作用をなすことが発見された。従って、信号はもとの信号のより精密な表現であり、受信機によりより容易に検出されるものとなる。一例として、以下に好適な実施形態を記載する。

ディジタル無線電気通信システムの音声チャネルにおけるデータ伝送のためにブラックマン−ハリス窓が掛け合わされた２２２５Ｈｚ正弦波形のプロットである。 ディジタル無線電気通信システムの音声チャネルにおけるデータ伝送のための組み合わせシグナリング波形の一例を示すプロットである。

この実施形態では、関心のある信号は３秒の２２２５Ｈｚトーンであり、図１に示すような窓関数が掛け合わされた単純正弦波として生成される。この例では、ブラックマン−ハリス窓関数が使用されるが、他の周知の窓関数、例えばパーゼン、ガウス、バートレット、カイザーなどの窓関数を使用することができる。ＥＶＲＣ−Ｂネットワークによる歪みを最小化するのに加えて、この波形の別の利点は、２２２５Ｈｚトーンを検出するように設計されたレガシー検出器がこの新しい波形も検出する点にある。従って、この改良された波形は受信モデムにシグナリングし、例えば音声チャネル内の次のデータを受信するように受信モデムを準備させるために有利に使用することができる。ここに記載する波形は送信側のコーダ又はボコーダをオーディオ周波数トーンとして符号化されたデータの送信に先立って準備させるために使用することもできる。

この波形の設計パラメータ、例えばその持続時間、周波数及び窓関数がひとたび決定されると、この波形はＣ言語などの汎用言語を用いて、或いはＭａｔｌａｂなどの信号処理ソフトウェアパッケージを用いて生成することができる。両方とも市販されている。この場合、この波形のディジタルサンプルは帯域内シグナリング装置のメモリに格納し、動作のために必要とされるときはいつでも取り出すようにすることができる。或いは又、設計パラメータを帯域内シグナリング装置のメモリに格納し、必要なときにはいつでもこれらのパラメータを用いて波形をオンザフライ式に生成することができる。

これらの方法は種々の帯域内シグナリング装置に適用することができる。例えば、帯域内「モデム」は携帯電話に格納され実行されるソフトウェアで実現することができる。このソフトウェアは携帯電話プロセッサ又はＤＳＰデバイスを用いて実行することができる。帯域内モデムの他の実現は、例えば自動車内に構築することができる。このような場合には、モデムは他のシステムとの統合目的のために自動車のオンボードネットワークに結合することができる。例えば、自動車システムで検出されるエアバッグ爆発又は他の緊急信号（火災、エンジン爆発など）を用いてモデムをトリガし、緊急電話対応オペレータへの緊急呼出しを自動的に開始させることができる。

ディジタルプロセッサ及び関連メモリ
いくつかの実施形態において、本発明は、以下に示すように、ディジタルコンピュータシステムで実現することができる。「ディジタルコンピュータシステム」なる用語は少なくとも一つのディジタルプロセッサ及び関連メモリを含む任意のシステムを意味し、該システムにおいてディジタルプロセッサはメモリに格納された命令又は「コード」を実行する。(メモリはデータも格納することができる)。ディジタルプロセッサは、限定はされないが、マイクロプロセッサ、マルチコアプロセッサ、ＤＳＰ(ディジタル信号プロセッサ)、ボコーダ、プロセッサアレイ、ネットワークプロセッサなどを含む。ディジタルプロセッサはラップトップ又はデスクトップコンピュータ、ＰＤＡ、セルフォン、アイフォンＰＤＡ、ブラックベリー（登録商標）ＰＤＡ／フォンなどの大型装置又は実際上任意の電子デバイスの一部分とすることができる。

関連メモリ（以下で更に説明される）は、プロセッサと一緒に集積でき、例えば集積回路マイクロプロセッサなどの内部に配置されているＲＡＭ又はフラッシュメモリとすることができる。他の例では、メモリは外部ディスクドライブ又は携帯フラッシュキーフォブなどの独立装置とすることができる。このような場合には、メモリとディジタルプロセッサの両者が例えばＩ／Ｏポート、ネットワーク接続などにより動作可能にもしくは互いに通信可能に結合され、プロセッサがメモリに格納されたファイルを読み出すことができるように、メモリとディジタルプロセッサは関連づけられる。関連メモリは、設計により又は許諾設定により又はよらずに「リードオンリ」（ＲＯＭ）とすることもできる。他の例として、限定はされないが、ＷＯＲＭ、ＥＰＲＯＭ、ＷＷＰＲＯＭ、フラッシュなどがある。これらの技術は多くの場合固体半導体デバイスで実現される。他のメモリは慣例の回転ディスクドライブのような可動部を備えてもよい。このようなメモリはすべて「機械読み取り可能」であり、これらのメモリは周知のように適切なディジタルプロセッサにより読み取ることができる。

コンピュータプログラムの格納
上で説明したように、本発明はコンピュータソフトウェアで実現又は具体化するのが好ましい（コンピュータソフトウェアは「コンピュータプログラム」又は「コード」としても知られ、これらの用語が交換可能に使用されている）。プログラム又はコードは、ディジタルプロセッサにより読み取ることができるディジタルメモリに格納されるとき最も有用である。場合によっては、ディジタルコンピュータシステムは、例えばシンプルテキストドキュメント又は「フラットファイル」を、ファイルを移動する、コピーする、削除する、Ｅメールする、ウィルスに対して走査するなどの意味でのみ読み取り可能とし得る。換言すれば、このファイルはこの特定のコンピュータシステムで実行可能とすることはできない（けれども、異なるプロセッサ又はコンピュータシステム又はプラットフォームで実行可能とすることができる）。「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」（又はその代わりの「機械読み取り可能な記憶媒体」）なる用語は、上述した種々のタイプのメモリの全てのみならず、将来生まれるかもしれない新技術も、それらがコンピュータプログラム又は他のデータの範疇のディジタル情報を適切なディジタルプロセッサで「読み取ることができるように格納するできる限り、意味するものとして使用する。「コンピュータ読み取り可能」なる用語は、関連するフレーズを完全なメインフレーム、ミニコンピュータ、デスクトップ又はラップトップコンピュータを意味する「コンピュータ」の歴史的用法に限定することを意図しない。むしろ、この用語は、その記憶媒体がディジタルプロセッサ又は任意のディジタルコンピュータシステムにより読み取り可能であることを意味するために用いる。このような媒体は、コンピュータ又はプロセッサにより局所的に及び／又は遠隔的にアクセスし得る任意の利用可能な媒体とすることができ、揮発性及び不揮発性の両媒体、リムーバブル及び非リムーバブルの両媒体を含む。

コンピュータプログラム製品
プログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納した場合、この記憶媒体はコンピュータプログラム製品ということができる。例えば、携帯ディジタル記憶媒体はコンピュータプログラムを格納し移植（配送、購入、販売、許諾）するための便利な手段として使用できる。これは、昔はパッケージ化（「シュリンクラップ」）されたプログラムの店頭販売のために頻繁に行われていた。このような記憶媒体の例は、限定はされないが、ＣＤ−ＲＯＭなどがある。コンピュータプログラムが格納されたこのようなＣＤ−ＲＯＭはコンピュータプログラム製品の一例である。

従って、本発明は上記のタイプの波形を生成し送信するように構成された帯域内シグナリング回路及びソフトウェアを含む。逆に、受信側では、このような波形を用いて送信されたデータを復号化するために検出器及びデコーダを使用することができる。いくつかの実施形態では、この波形はレガシー装置による検出及び復号化のために後方互換性である。

いくつかの実施形態においては、複数のタイプのボコーダを使用する無線ネットワークに帯域内モデムシグナリング機能を与えるために、上記のタイプの波形は別のトーン又は波形と組み合わせて使用することができる。ある帯域内モデムは一つのタイプのボコーダチャネルで動作する特定のシグナリング波形を使用できるが、別のボコーダチャネルでは使用できない。このようなシナリオは、ネットワーク内の音声ボコーダがアップグレードされるとき、例えばＥＶＲＣ−ＢボコーダがＣＤＭＡ無線ネットワークに導入され、レガシーＥＶＲＣボコーダと共存させるときに生じる。ＥＶＲＣと異なり、ＥＶＲＣ−Ｂ音声コデックチャネルは２ｋＨｚを超える信号に対してトランスペアレントでなく、ＥＶＣＲチャネルに対して発生される２ｋＨｚより高い信号を抑圧する。帯域内モデムは、このような無線ネットワークにおける動作を保証するために、ＥＶＲＣコンパチブル波形をＥＶＲＣ−Ｂとコンパチブルな波形とタンデムに使用することができる。また、この組み合わせは、両ボコーダチャネルで検出し得る一つの波形と一つのボコーダチャネルのみでコンパチブルである波形とからなるものとしてもよい。

別の好適な実施形態は上述のテーパがつけられたシグナリング波形をＦＳＫ変調を用いる別の波形とタンデムに使用する。テーパがつけられた又は窓処理された波形はＥＶＲＣ及びＥＶＲＣ−Ｂの両チャネルで検出可能であり、ＦＳＫ変調信号はＥＶＲＣ−Ｂチャネルで使用するためのものである。このような波形の組み合わせは、検出できる２つの波形があるため、ＥＶＣＲ−Ｂチャネルにおいて改善された性能を生じ、ＥＶＲＣチャネルで動作する帯域内モデムをサポートする。このタンデム波形の一例は図２に示され、この例では２２２５Ｈｚの窓処理トーンの後にＦＳＫ変調波形が続く。

上述した実施形態の細部には本発明の基本原理から離れることなく多くの変更を成し得ることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (20)

1. ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデータを送信するディジタル無線電気通信装置用の帯域内シグナリングモデムであって、前記帯域内シグナリングモデムは、
   前記無線電気通信装置内のメモリに格納された、前記無線電気通信装置内のプロセッサで実行可能なソフトウェアを備え、
   前記ソフトウェアは、前記音声チャネルを介する送信のために所定の第１のシグナリング波形を生成するように前記プロセッサを制御すべく構成され、前記第１のシグナリング波形は約４００−３４００Ｈｚの範囲内の周波数を有し、
   前記第１のシグナリング波形は、前記音声チャネル内のボコーダによる前記シグナリング波形の歪みを低減するために、波形の開始部においてほぼ零振幅から所定のピーク振幅に徐々に振幅が増加するようにテーパがつけられる、
   ことを特徴とする帯域内シグナリングモデム。
2. 前記第１のシグナリング波形は波形の終了部において前記ピーク振幅からほぼ零振幅に徐々に振幅が減少するようにテーパがかけられ、
   前記第１のシグナリング波形は約１−３秒の範囲内の持続時間を有する、
   請求項１記載の帯域内シグナリングモデム。
3. 前記ディジタル無線電気通信装置は携帯電話を含む、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
4. 前記無線電気通信装置は自動車に組み込まれ、ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介して緊急通報のデータを送信する自動動作を行うように構成されている、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
5. 前記第１のシグナリング波形は約３秒の持続時間及び約２ｋＨｚより高い周波数を有する、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
6. 前記第１のシグナリング波形は送信前に生成され、前記通信装置内のメモリに格納される、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
7. 前記第１のシグナリング波形は、レガシー検出器との後方互換性のために、約３秒の２２２５Ｈｚトーンを含む、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
8. 前記ソフトウェアは、前記音声チャネルを介する送信のために組み合わせシグナリング波形を生成するように前記プロセッサを制御すべく構成され、前記組み合わせシグナリング波形は前記第１のシグナリング波形と第２のシグナリング波形を含み、前記第２のシグナリング波形は２つのオーディオ周波数のＦＳＫ（位相シフトキーイング）変調により特徴付けられ、前記第１及び第２のシグナリング波形はタンデムに送信される、請求項２記載の帯域内シグナリングモデム。
9. 前記第１のシグナリング波形は、ハミング、パーゼン、ガウス、バートレット及びカイザーの窓関数のうちの選択した一つを使用して生成される、請求項８記載の帯域内シグナリングモデム。
10. ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデータを送信するために携帯電話内のディジタルプロセッサで実行される機械読み取り可能な記憶媒体に格納されたコンピュータプログラムであって、前記プログラムは前記音声チャネルを介するデータの送信前に、送信のための少なくとも一つのテーパ縁を有する所定のシグナリング波形を送信するように構成されていることを特徴とするコンピュータプログラム。
11. ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデータを送信するディジタル無線電気通信装置用の実行可能コードを格納するコンピュータプログラム製品であって、
    前記コードは携帯電話内のプロセッサで実行可能であり、
    前記コードは、前記音声チャネルを介するデータの送信前に、送信のための組み合わせシグナリング波形を生成するように構成され、前記組み合わせシグナリング波形はボコーダにおける歪みを低減するように選択され、更に、
    前記組み合わせシグナリング波形は、少なくとも２つの異なるバーストを含み、各バーストは少なくとも１．０秒の持続時間を有し、前記バーストの少なくとも一つは約２ｋＨｚより高い周波数を有するほぼ正弦波形を含み、開始部においてほぼ零振幅から所定のピーク振幅に増加するようテーパがつけられている、
    ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
12. 前記コードは少なくとも約３秒の総持続時間を有する組み合わせシグナリング波形を生成するように構成されている、請求項１１記載のコンピュータプログラム製品。
13. 前記第２のバースト波形は２つのオーディオ周波数のＦＳＫ（位相シフトキーイング）変調により特徴づけられ、第２のバーストは第１のバーストの前又は後に位置する、請求項１２記載のコンピュータプログラム製品。
14. 前記第１のバーストは約３秒の２２２５Ｈｚトーンを含む、請求項１１記載のコンピュータプログラム製品。
15. オーディオ周波数波形を、低減された歪みでディジタル無線電気通信システムの音声チャネル内のボコーダを通過するように適応させる方法であって、前記方法は、
    第１のオーディオ周波数波形を生成し、
    前記第１の波形の持続時間を約１−３秒の範囲内の選択した持続時間に広げ、
    前記第１の波形がディジタル無線電気通信システムの前記音声チャネルで送信中に所定の低ビットレートボコーダで受け得る歪みを低減するために、前記第１の波形の前縁及び後縁が漸減するように前記第１の波形に窓関数を掛け合わせる、
    ことを特徴とする方法。
16. 更に、前記第１の波形とタンデムに送信するために第２の波形を生成し、前記第２の波形は２つのオーディオ周波数のＦＳＫ（位相シフトキーイング）変調により特徴づけられる、請求項１５記載の方法。
17. 前記窓関数は、ハミング、パーゼン、ガウス、バートレット及びカイザーの窓関数からなる群から選ばれる、請求項１６記載の方法。
18. ディジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してディジタルデータを通信する方法であって、
    ディジタル入力データを受信し、
    前記音声チャネルを介して送信するために前記入力データをオーディオ周波数トーンに符号化し、
    シグナリング波形を生成し、
    送信側のボコーダを用意させるために最初に前記シグナリング波形を前記音声チャネルを介して送信し、
    次に、前記入力データを符号化する前記オーディオ周波数トーンを前記音声チャネルを介して送信する、
    ことを特徴とする方法。
19. 前記シグナリング波形は、少なくとも２つの異なるバーストをタンデムに含み、各バーストは少なくとも１．０秒の持続時間を有し、前記バーストの少なくとも一つは、前記音声チャネル内のビデオコーダによる前記シグナリング波形の歪みを低減するために、開始部においてほぼ零振幅から所定のピーク振幅に徐々に増加するようテーパがつけられたオーディオ周波数波形を含む、請求項１８記載の方法。
20. 前記第１のバーストはテーパがつけられ、前記第２のバースト波形は２つのオーディオ周波数のＦＳＫ（位相シフトキーイング）変調により特徴づけられる、請求項１９記載の方法。

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