JP2015091043A - 無線中継モジュールおよびハンズフリーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価に、機器間の通信を実現する車載用無線中継モジュールおよび車載用ハンズフリー装置を提供する。【解決手段】第１機器２と第２機器３との間の通信を中継する無線中継モジュール１は、第１機器２との間の無線通信を行う無線中継部１１と、第２機器３との間のデジタル有線通信を行う有線中継部１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機器間の無線通信技術に関する。

近年、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）をはじめとする無線通信技術が発達し、これらの無線技術を用いて機器を操作したり、２つの機器を協働させたりする技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、端末装置とＢｌｕｅｔｏｏｔｈを介して接続される車載ハンズフリー装置が開示されている。この車載ハンズフリー装置は、スピーカーとマイクロホンとを備えており、携帯電話機（端末装置）に着信があり、ハンズフリー通話が開始されると、携帯電話機で受信した受話音声が車載ハンズフリー装置の通信インターフェース部に転送され、スピーカーから出力される。一方、マイクロホンから入力された発話音声は、車載ハンズフリー装置の通信インターフェース部から携帯電話機に転送され、相手側の端末装置に送信される。

特開２０１３−１６８８４５号公報

上述したように、特許文献１の車載ハンズフリー装置を用いれば、端末装置のハンズフリー通話が可能となる。しかしながら、特許文献１の車載ハンズフリー装置は専用機器として構成されているため、既に車に搭載されているオーディオ機器やカーナビゲーションシステムとともに搭載する必要がある。そのため、車載機器のための多くの設置スペースが必要となり、社内の居住区間を狭めるおそれがある。また、車載機器の設置スペースが限られているため、車載ハンズフリー機器の設置が困難になるおそれもある。

この問題は、車載ハンズフリー装置をオーディオシステムやカーナビゲーションシステムに組み込むことによって解決することができる。しかしながら、特許文献１の車載ハンズフリー装置では、ＢＴ通信インターフェース部にＢｌｕｅｔｏｏｔｈのソフトウェアスタックが搭載されており、このソフトウェアスタックを処理するための比較的高性能なプロセッサが必要となる。

そのため、特許文献１の車載ハンズフリー装置は、高性能なプロセッサを搭載しているカーナビゲーションシステム等には組み込むことができるが、そのようなプロセッサを搭載していない従来のオーディオシステムには組み込むことができない。もし、従来のオーディオシステムに特許文献１の車載ハンズフリー装置を組み込もうとすれば、高性能なプロセッサを搭載する必要が生じるため、コストが増大し、好ましくない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的安価に、機器間の通信を実現する無線中継モジュールを提供することにある。

第１機器と第２機器との間の通信を中継する本発明の無線中継モジュールの好適な実施形態の一つでは、前記第１機器との間の無線通信を行う無線中継部と、前記第２機器との間のデジタル有線通信を行う有線中継部と、を備えている。

この構成では、無線中継モジュールが、第１機器との間で無線通信および第２機器との間でデジタル有線通信を行う。そのため、無線中継モジュールが、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信のように処理量が多い無線通信に関する処理を行い、第２機器はデジタル有線通信のみを処理すればよくなる。これにより、第２機器の通信に係る処理負担を軽減することができる。これは、高性能なプロセッサを搭載していない第２機器であっても、第１機器との間の無線通信を実現できることを示している。

また、第２機器に無線通信機能を搭載した場合には、異なる種別の第２機器ごとに無線通信に係る承認を得る必要があるが、本発明の無線中継モジュールを用いれば、無線中継モジュールに対する承認を得るだけでよく、第２機器に対する承認の必要がなくなる。これにより、第２機器の製造者の負担を軽減することができる。

本発明の無線中継モジュールを使用する場合には、無線通信と有線通信とが近接して行われる。そのため、有線通信に用いる通信ケーブルが無線通信の電波を受信し、それが有線通信のノイズとなる恐れがある。そのため、本発明の無線中継モジュールの好適な実施形態の一つでは、前記有線中継部は、前記デジタル有線通信の周波数帯の信号を減衰させることなく、前記無線通信の周波数帯の信号を減衰させるノイズ抑制部を備えている。

この構成では、有線中継部のノイズ抑制部が無線通信に用いられる周波数帯の信号を減衰させるため、有線通信に用いられる通信ケーブルが無線通信の電波を受信したとしても、受信された電波が有線通信の信号に対してノイズとして影響することを抑制することができる。また、ノイズ抑制部は有線通信に用いられる周波数帯の信号を減衰させることがないため、Ｓ／Ｎ比を高く維持することができる。なお、「信号を減衰させることがない」とは、信号が完全に減衰しない場合のみを意味するものではなく、有線通信に影響が出ない程度に信号が減衰する場合をも含んでいる。

有線中継部が電源端子とグランド端子とを備えている場合、このようなノイズ抑制部は、前記電源端子および前記グランド端子のそれぞれに接続され、前記無線通信の周波数帯の信号に対しては高インピーダンスとなり、前記デジタル有線通信の周波数帯の信号または直流信号に対しては低インピーダンスとなるインダクタンスとして構成することができる。

本発明の無線中継モジュールの好適な実施形態の一つでは、前記有線中継部が配置される矩形状のモジュール基板を備え、前記モジュール基板の縦および横寸法は、前記無線通信に用いられる電波の前記モジュール基板中での波長λに対する電気長で、λ／４またはλ／２である。

このようにモジュール基板のサイズを規定することにより、無線中継部が無線通信に用いるアンテナの放射効率を高めることができ、通信品質を向上させることができる。

第１機器が携帯電話等の通話機器であり、無線中継モジュールがマイクロホンを備え、第２機器がスピーカーを備えれば、これらによってハンズフリーシステムを構成することができる。この場合、無線中継モジュールのマイクロホンは、使用者の発話音声だけでなく、第２機器のスピーカーから出力される音声も集音するおそれがある。その場合には、発話音声に不要な音声が重畳され、通話品質が低下する。そのため、マイクロホンを備えた本発明の無線中継モジュールの好適な実施形態の一つでは、前記有線中継部は、前記第２機器から、当該第２機器のスピーカーから出力しようとする音声データを受信可能に構成され、前記第２機器から受信した音声データに基づいて、前記マイクロホンによって集音された音声データを補正する音声データ補正部を備えている。

この構成では、第２機器がスピーカーから出力しようとする音声データが、デジタル有線通信で無線中継モジュールに送られ、無線中継モジュールの音声データ補正部では、その音声データを用いて、マイクロホンで集音した音声データを補正する。これにより、通話品質が低下するのを抑制することができる。音声データの補正に用いられる音声データは、通話品質低下の原因となる音声データ（デジタルデータ）そのものであるため、高精度な音声データの補正を実現することができる。さらに、第２機器にこのような音声データの送信機能を付加するだけでよいため、通話品質低下の原因となる音声データを取得するための特別な構成を付加する必要がない。したがって、安価に音声データ補正機能を搭載することができる。

本発明はハンズフリーシステムも権利範囲としており、本発明のハンズフリーシステムの好適な実施形態の一つでは、音声出力機器と、当該音声出力機器と通話機器との間の通信を中継する無線中継モジュールと、を備え、前記音声出力機器は、音声を出力するスピーカーと、前記無線中継モジュールとデジタル有線通信を行う有線通信部と、を備え、前記無線中継モジュールは、第１機器との間の無線通信を行う無線中継部と、第２機器との間のデジタル有線通信を行う有線中継部と、マイクロホンと、前記マイクロホンによって集音された音声データを補正する音声データ補正部と、を備え、前記音声出力機器は、前記スピーカーから音声データを出力する際に、当該音声データを前記無線中継モジュールに送信し、前記音声データ補正部は、前記音声出力機器から取得した音声データに基づいて、前記マイクロホンによって集音された音声データを補正する。

このようなハンズフリーシステムも上述の無線中継モジュールと同様の作用効果を奏する。また、このようなハンズフリーシステムに対しても、上述の無線中継モジュールの付加的な構成を付加することができる。

無線中継モジュールを用いたハンズフリーシステムの構成および機能ブロックを示す図である。 無線中継モジュールの上方斜視概略図である。 無線中継モジュールの下方斜視概略図である。 ＵＳＢ回路の回路図である。 ハンズフリーシステムを用いた受話音声の再生処理を表すフローチャートである。 ハンズフリーシステムを用いた発話音声の送信処理を表すフローチャートである。 ハンズフリーシステムにおける音声補正処理の流れを表すフローチャートである。

以下に図面を用いて、無線中継モジュールを用いたハンズフリーシステムの実施形態を説明する。本実施形態のハンズフリーシステムは、通話装置とカーオーディオシステムとを無線中継モジュールを介して接続している。

〔全体構成〕
図１は、ハンズフリーシステムの構成および機能ブロックを示す図である。図に示すように、ハンズフリーシステムは、無線中継モジュール１、通話装置２（第１機器の例）、および、カーオーディオシステム３（第２機器、音声出力機器の例）を備えている。通話装置２と無線中継モジュール１との間は、無線通信により接続されている。本実施形態では、無線通信規格としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈを用いるが、ＷｉＦｉ等の他の無線通信規格を用いても構わない。一方、無線中継モジュール１とカーオーディオシステム３との間は、デジタル有線接続されている。本実施形態では、デジタル通信規格としてＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｉｒｉａｌ Ｂｕｓ）を用いるが、他のデジタル通信規格を用いても構わない。

〔通話装置〕
本実施形態における通話装置２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信機能を有する、一般的な携帯電話やスマートフォンである。通話装置２は、通信部２１，ＢＴ通信部２２，マイクロホン２３，スピーカー２４，アンテナ２５を備えている。

通信部２１は、アンテナ２５を介して携帯電話網に接続する機能を有している。一方、ＢＴ通信部２２は、他の機器とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信を行う機能を有している。通常の通話時には、マイクロホン２３を介して使用者の発話音声が入力され、通信部２１からアンテナ２５を介して携帯電話網に送信される。また、通話相手からの受話音声は、アンテナ２５を介して通信部２１で受信され、スピーカー２４から出力される。一方、ハンズフリー通話時には、ＢＴ通信部２２を介して、通話装置２と無線中継モジュール１とカーオーディオシステム３とが協働する。ハンズフリー通話の詳細は後述する。

〔カーオーディオシステム〕
カーオーディオシステム３は、有線通信部３１，音声処理部３２，スピーカー３３を備えている。有線通信部３１は、後述する無線中継モジュール１と有線でのＵＢＳ通信を行う。音声処理部３２は、通常のカーオーディオシステムとしての音声処理や、無線中継モジュール１から受信した音声データに対する処理を行う。音声処理部３２で処理された音声はスピーカー３３をから出力される。

カーオーディオシステム３は、カーナビゲーションシステム等の高性能プロセッサを備えた機器であってもよいし、ラジオやＣＤプレーヤ等の高性能プロセッサを備えない機器であっても構わない。

〔無線中継モジュール〕
図２および図３は、無線中継モジュール１の上方および下方から見た概略斜視図であり、配線等は省略している。無線中継モジュール１は、モジュール基板１０，ＢＴ中継部１１（本発明の無線中継部の例），有線中継部１２，マイクロホン１４を備えている。ＢＴ中継部１１，有線中継部１２，マイクロホン１４は、モジュール基板１０上に実装されている。無線中継モジュール１は、コンソール等に貼りつけてもよいし、ハンドル等に埋め込んでも構わない。

ＢＴ中継部１１は、通話装置２のＢＴ通信部２２とＢｌｕｅｔｏｏｔｈを用いた通信を行う機能を有している。ＢＴ中継部１１は、ＢＴ通信モジュール１１ａ，アンテナ１１ｂ，ＢＴ基板１１ｃを備えている。ＢＴ通信モジュール１１ａは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信を行うためのものであり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈソフトウェアスタックを記憶する記憶媒体とソフトウェアスタックを処理するプロセッサ等とから構成されている。ＢＴ通信モジュール１１ａは、ＢＴ基板１１ｃの片面（上面）に実装されている。

ＢＴ基板１１ｃとモジュール基板１０とはリフロー半田によって接続されている。具体的には、ＢＴ基板１１ｃの下面形成された半田バンプと、モジュール基板１０の上面に形成された半田ランドに塗布されたクリーム半田と、を接触させた状態でリフロー槽を通すことによって半田付けされる。

一方、アンテナ１１ｂはＢＴ基板１１ｃの両面に配置されている。モジュール基板１０のアンテナ１１ｂに対応する部分には切欠き１０ａが形成されている（図３参照）。そのため、無線中継モジュール１を下方から見ると、図３に示すように、切欠き１０ａを介してＢＴ基板１１ｃの下面に形成されたアンテナ１１ｂが露出している。これにより、ＢＴ基板１１ｃの下面に形成されたアンテナ１１ｂの通信の阻害を抑制することができる。

アンテナ１１ｂの長さ（ＢＴ基板１１ｃの短手方向に沿う長さ）は、電気長でλ／４となっている。また、モジュール基板１０のサイズは、電気長で約λ／４×λ／２となっている。アンテナ１１ｂやモジュール基板の長さをこのように設定することにより、アンテナ１１ｂの放射効率を高めることができる。なお、λはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信に使用される電波（２．４ＧＨｚ）の媒体中での波長である。

一方、有線中継部１２は、ＵＳＢケーブル４を介して、カーオーディオシステム３の有線通信部３１との間でＵＳＢ規格に基づく有線通信を行う。図２に示すように、有線中継部１２は、ＵＳＢコネクタ１２ａ，ＵＳＢコネクタ１２ａおよびＢＴ中継部１１に接続されたＵＳＢ回路１２ｂを備えている。

図４は、ＵＳＢ回路１２ｂの回路図であり、ＵＳＢコネクタ１２ａとともに表している。本実施形態のＵＳＢコネクタ１２ａは一般的なｍｉｃｒｏ−ＵＳＢコネクタであり、電源端子ＶＣＣ，グランド端子ＧＮＤ，信号端子ＤＰ，ＤＮ，ＩＤ端子ＩＤ等を備えている。信号端子ＤＰ，ＤＮは第１インダクタＬ１を介してＢＴ中継モジュールに接続されている。一方、グランド端子ＧＮＤは第２インダクタＬ２を介して接地されている。他方、電源端子ＶＣＣは第３インダクタＬ３およびコンデンサを介して、無線中継モジュール１の電源に接続されている。そのため、無線中継モジュール１にはカーオーディオシステム３から電力が供給される。

本実施形態における第２インダクタＬ２および第３インダクタＬ３は、無線通信の周波数帯に対しては高インピーダンスであり、有線通信の周波数帯または直流に対しては低位ピーダンスとなる素子が用いられている。このように第２インダクタＬ２および第３インダクタを用いることにより、有線通信に用いられるケーブルが無線通信電波を拾いにくくなる。すなわち、有線通信が無線通信の影響を受けにくくなり、有線通信のノイズを低減することができる。これにより、無線通信のケーブルを長くすることが可能となる。

具体的には、本実施形態では、第２インダクタＬ２および第３インダクタＬ３は、１５ｎＨｚ〜２２ｎＨｚのインダクタを用いる。このようなインダクタは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信で用いられる２．４ＧＨｚ帯の信号に対しては高インピーダンスとなり、ＵＳＢのフルスピード通信に用いられる１２ＭＨｚ帯の信号に対しては低インピーダンスとなる。すなわち、このようなインダクタを用いれば、必要なＵＳＢ通信のデータは減衰させずに、ノイズとなるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信の信号を減衰させることができる。これにより、無線中継モジュール１とカーオーディオシステム３との間のＵＳＢフルスピード通信のＳ／Ｎ比を高く維持することができる。

この第２インダクタＬ２および第３インダクタＬ３が本発明のノイズ抑制部を構成する。

また、図１に示したように、本実施形態における無線中継モジュール１は、音声データ補正部１３を備えている。音声データ補正部１３は、通話装置２から受信した音声データに対して補正を行う機能を有する。この音声データの補正に関しては、後に詳述する。本音声データ補正部１３は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等によって構成することができる。本実施形態では、ＢＴ通信モジュール１１ａのプロセッサ等によって構成されているが、当然、音声補正処理専用のＤＳＰ等を搭載しても構わない。

以下にハンズフリー通話処理の流れを説明する。なお、実際の処理では、音声データに対するＡ／Ｄ変換，Ｄ／Ａ変換，変調、復調処理が必要となるが、これらの処理は公知であるため、説明は省略する。

〔ハンズフリー通話：受話音声の再生〕
図５は、通話相手からの受話音声を受信した際の処理の流れを表すフローチャートである。まず、通話相手からの受話音声が、携帯電話網およびアンテナ２５を介して、通信部２１によって受信される（＃０１）。受信された受話音声は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信を用いて、ＢＴ通信部２２から無線中継モジュール１のＢＴ中継部１１に送信される（＃０２）。ＢＴ中継部１１が受信した受話音声は、ＵＳＢケーブル４を介して、有線中継部１２からカーオーディオシステム３の有線通信部３１に送信される（＃０３）。受信された受話音声は、音声処理部３２によって処理され、スピーカー３３から出力される（＃０４）。

〔ハンズフリー通話：発話音声の送信〕
図６は、通話装置２の使用者の発話音声を送信する際の処理の流れを表すフローチャートである。まず、使用者の発話音声は無線中継モジュール１のマイクロホン１４によって集音される（＃１１）。集音された発話音声は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信によってＢＴ中継部１１からＢＴ通信部２２に送信される（＃１２）。ＢＴ通信部２２で受信された発話音声は、アンテナ２５を介して通信部２１から携帯電話網に送信される（＃１３）。

この処理を行っている際に、カーオーディオシステム３のスピーカー３３から、受信した受話音声や音楽等が出力されている場合がある。このような場合には、スピーカー３３からの出力が無線中継モジュール１のマイクロホン１４によって発話音声とともに集音される。このような音声は、通話相手にとっては不要であり、発話音声に重畳した場合には、通話品質の低下となり、好ましくない。

そのため、本実施形態の無線中継モジュール１は、上述した音声データ補正部１３を備えている。なお、音声データ補正部１３には、マイクロホン１４および有線中継部１２からの信号が入力されている。以下に、図７のフローチャートに基づいて音声補正処理の流れを説明する。

カーオーディオシステム３の音声処理部３２は、スピーカー３３から音声を出力する際に、同時に、有線通信部３１およびＵＳＢケーブル４を介して、出力する音声データを無線中継モジュール１に送信する（＃２１）。一方、無線中継モジュール１は、カーオーディオシステム３からの音声データを有線中継部１２によって受信する（＃２２）とともに、マイクロホン１４が音声を集音する（＃２３）。これらの音声データは音声データ補正部１３に入力される。

音声データ補正部１３は、カーオーディオシステム３から取得した音声データを用いて、マイクロホン１４で集音した音声データを補正する（＃２４）。例えば、音声データ補正部１３は、マイクロホン１４で集音した音声データから、カーオーディオシステム３から取得した音声データを減じる。なお、カーオーディオシステム３から取得した音声データをｆ（ｔ）とすると、カーオーディオシステム３のスピーカー３３から出力され、マイクロホン１４で集音される音声データはａｆ（ｔ＋ｄｔ）で近似できる。ここで、ａはスケーリングファクタであり、ｔは時刻、ｄｔは微小時間である。そのため、上述の減算を行う際には、適宜設定されたａおよびｄｔを用いて、カーオーディオシステム３から取得した音声データを補正した後に行うことが望ましい。このａおよびｄｔは、ハンズフリーシステムの設置状況や、作動環境によって設定することができる。

このようにして補正された音声データは、ＢＴ中継部１１から通話装置２に送信され（＃２５）、通話相手に送信される（＃２６）。

このように、本発明に係る無線中継モジュール１を用いることにより、比較的処理量が大きなＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信処理を無線中継モジュール１が行い、処理された信号がＵＳＢ通信でカーオーディオシステム３に送信されるため、カーオーディオシステム３の処理負担を軽減することができる。すなわち、カーオーディオシステム３に高性能なプロセッサを搭載する必要がない。そのため、プロセッサを搭載していない、または、低性能なプロセッサしか搭載していないラジオ等のカーオーディオ機器を用いてもハンズフリー通話を実現することができる。

また、本発明の無線中継モジュール１を用いることにより、カーオーディオシステム３に無線通信機能を備える必要がなくるため、カーオーディオシステム３に対する無線通信に関する承認を得る必要がなくなる。

さらに、カーオーディオシステム３からの音声出力を無線中継モジュール１にフィードバックさせることにより、高精度な音声データ補正を行うことができる。

本発明は、機器間の無線通信技術に利用することができる。

Ｌ２：第２インダクタ（ノイズ抑制部）
Ｌ３：第３インダクタ（ノイズ抑制部）
ＶＣＣ：電源端子
ＧＮＤ：グランド端子
１：無線中継モジュール
１０：モジュール基板
１１：ＢＴ中継部（無線中継部）
１２：有線中継部
１３：音声データ補正部
１４：マイクロホン
２：通話装置（第１機器）
３：カーオーディオシステム（第２機器、音声出力機器）
３１：有線通信部
３３：スピーカー

Claims (6)

1. 第１機器と第２機器との間の通信を中継する無線中継モジュールであって、
   前記第１機器との間の無線通信を行う無線中継部と、
   前記第２機器との間のデジタル有線通信を行う有線中継部と、を備えた無線中継モジュール。
2. 前記有線中継部は、前記デジタル有線通信の周波数帯の信号を減衰させることなく、前記無線通信の周波数帯の信号を減衰させるノイズ抑制部を備えた請求項１記載の無線中継モジュール。
3. 前記有線中継部は、電源端子とグランド端子とを備え、
   前記ノイズ抑制部は、前記電源端子および前記グランド端子のそれぞれに接続され、前記無線通信の周波数帯の信号に対しては高インピーダンスとなり、前記デジタル有線通信の周波数帯の信号または直流信号に対しては低インピーダンスとなるインダクタンスである請求項２記載の無線中継モジュール。
4. 前記有線中継部が配置される矩形状のモジュール基板を備え、
   前記モジュール基板の縦および横寸法は、前記無線通信に用いられる電波の前記モジュール基板中での波長λに対する電気長で、λ／４またはλ／２である請求項１から３のいずれか一項に記載の無線中継モジュール。
5. マイクロホンを備え、
   前記有線中継部は、前記第２機器から、当該第２機器のスピーカーから出力しようとする音声データを受信可能に構成され、
   前記第２機器から受信した音声データに基づいて、前記マイクロホンによって集音された音声データを補正する音声データ補正部を備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の無線中継モジュール。
6. 音声出力機器と、当該音声出力機器と通話機器との間の通信を中継する無線中継モジュールと、を備え、
   前記音声出力機器は、
   音声を出力するスピーカーと、
   前記無線中継モジュールとデジタル有線通信を行う有線通信部と、を備え、
   前記無線中継モジュールは、
   第１機器との間の無線通信を行う無線中継部と、
   第２機器との間のデジタル有線通信を行う有線中継部と、
   マイクロホンと、
   前記マイクロホンによって集音された音声データを補正する音声データ補正部と、を備え、
   前記音声出力機器は、前記スピーカーから音声データを出力する際に、当該音声データを前記無線中継モジュールに送信し、
   前記音声データ補正部は、前記音声出力機器から取得した音声データに基づいて、前記マイクロホンによって集音された音声データを補正するハンズフリーシステム。

Images