JP3669960B2 - データ通信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデータ通信装置に関し、特に音声データや動画像データ等のようにその伝送にリアルタイム性が要求される一方で人間がそれらを感知するのにある程度の伝送エラーが許容される冗長性のあるデータ（以降、「音声系データ」という）と、キャラクタデータやプログラムデータ等のように特にリアルタイム性は要求されないが伝送エラーが許容されない冗長性のないデータ（以降、「非音声系データ」という）とを双方用いる通信環境において、適切且つ効率的なデータ伝送を行なうデータ通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述したように、データ通信装置で伝送するデータには、人間がデータの誤り部分を感覚で補正し得る冗長性の高い音声系データと冗長性の低い非音声系データとがある。音声系データは、データが完全でなくても送話者の意図を相手に伝えることが可能であり、画像データも用途によっては一部が欠けても通信の目的を達成できる。
【０００３】
一方、非音声系データは、例えば緯度や経度の位置データ等のようにデータの１ビットを誤ったために東京が大阪になってしまうこともあり得る。データの構造や誤り箇所によっては１００ｍ程度の誤りにしかならないために本来の目的を達成できることもあるが、本質的にこのようなデータは冗長性若しくは誤り耐性が非常に低く、音声や動画像等のように人間がその内容を感覚で補足し得るデータ以外のデータは冗長性が低いといえる。
【０００４】
さらに、音声系データの伝送には、リアルタイム性を要求される場合がほとんどである。一定期間の音声や動画像を伝送してから蓄積して聞いたり見たりする用途もあるが、基本的にはリアルタイムでの伝送が要求される。このため、音声系データの伝送には再送が許容されず、非音声系データと比べて誤り率を低く抑える必要がある。一方、非音声系データでは誤りが検出されても再送制御することが可能であり、そのため一度の伝送量を多くとりたいという要求が強い。
【０００５】
現在運用されている移動通信システムでは、例えば携帯電話機のように音声通信とそれ以外のデータ通信のいずれにおいても同様な方式を採用している。これは、公衆移動通信システムでは音声もデータと同様に品質の高い状態で通信することが要求されるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した公衆移動通信システムとは異なり、タクシー無線等の自営系移動通信システムでは１つの基地局が大きな通信エリアをカバーする必要がある。そこには、たとえ通話品質がある程度落ちても、通信内容が了解できる範囲内で可能な限り基地局との通信エリアを広げたいという強い要求が存在する。
【０００７】
しかしながら、従来の自営系移動通信システムは公衆移動通信システムの技術をそのまま採用しており、その結果として業務上必要とされる以上の高品質な音声通信が可能となる反面で、音声の通信エリアが思うように広くできないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記問題点に鑑み、音声系データと非音声系データとを明確に区別して双方の通信要求を適宜調整して共に満足させることにより、様々な通信環境において音声系データ及び非音声系データを適切且つ効率的にデータ伝送するデータ通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を位相変調により伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータに互いに異なる変復調処理を行なう変復調処理手段を有し、前記変復調処理手段は、前記冗長性のあるデータに一定規則のパイロットシンボルを所定の短い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行い、前記冗長性のないデータには一定規則のパイロットシンボルを所定の長い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行なうデータ通信装置が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なるインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうインタリーブ手段を有し、前記インタリーブ手段は、前記冗長性のあるデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なわず、前記冗長性のないデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行ない、前記インタリーブ手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうデータ通信装置が提供される。
【００１１】
さらに本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なる誤り検出処理を行なう誤り検出処理手段を有し、前記誤り検出処理手段は、前記冗長性のあるデータに誤り検出符号を付加せずに前記冗長性のないデータに誤り検出符号を付加し、前記誤り検出手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータに誤り検出符号を付加し、その誤り検出符号による誤り検出が所定の条件に至ると前記データの伝送を終了するデータ通信装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明によるデータ通信装置の第１の実施例を示したものである。図１は、その装置ブロック構成例を示しており、図１の（ａ）には送信機の構成例を、そして図１の（ｂ）には受信機の構成例をそれぞれ示している。また、図２には、図１の（ａ）の制御部１４における制御フロー例を示している。さらに、図３には、本例で用いるπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式（図３の（ａ））及び１６ＱＡＭ変調方式（図３の（ｂ））の各信号点の例を示している。
【００１３】
図１の（ａ）の送信機では、送話の際に、ユーザが送話スイッチ１２を押下してマイク１１を通じて送話を開始する。送話音声信号は、音声符号器１３でデジタル音声符号化されて上述した音声系データとして制御部１４に入力される。また、制御部１４には、モバイルＰＣ (Personal Computer) やＰＤＡ (Personal Digital Assistants) 等のデータ送信機器１０から出力されたパケットデータ等の非音声系データが入力される。
【００１４】
制御部１４は、送話スイッチ１２のオン／オフ情報に基づいて、そのオン時には音声系データ側を選択して出力し、オフ時には非音声系データ側を選択して出力する。図２に示すように、制御部１４は、送話スイッチ１２のオン時に変調切替スイッチ１７をＢ側に切り替えて音声系データをπ／４シフトＱＰＳＫ変調部１６へ送出する（Ｓ１０１〜１０３）。
【００１５】
反対に送話スイッチ１２がオフの時には、さらにデータ送信機器１０からの非音声データの有無を判断し（Ｓ１０１及び１０４）、データ有りの場合に変調切替スイッチ１７をＡ側に切り替えて非音声系データを１６ＱＡＭ変調部１５へ送出する（Ｓ１０５及び１０６）。データ無しの場合には送信部１８の動作を停止させる（Ｓ１０７）。
【００１６】
送信部１８は、π／４シフトＱＰＳＫ変調部１６からの音声系データ又は１６ＱＡＭ変調部１５からの非音声系データを、ＲＦ信号に変換し、さらに電力増幅してから送信アンテナ１９により空中へ送出する。なお、本フローは送信データの一定長の単位である１フレーム毎に起動される。
【００１７】
一方、図１の（ｂ）の受信機では、受信アンテナ２６で受信した信号が受信部２５へ入力され、受信部２５はそれをベースバンド信号に変換してから次段のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４及び１６ＱＡＭ復調部２２へ出力する。その結果、音声系データはπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４で復調され、音声復号器２３によってアナログ信号に変換されてスピーカから受話音声信号として出力される。また、非音声系データは１６ＱＡＭ復調部２２で復調されて外部のモバイルＰＣやＰＤＡ等からなるデータ受信機器２０へ出力される。
【００１８】
本例では、音声系データと非音声系データとで変調方式を変えている。前者の音声については携帯電話で採用されているπ／４シフトＱＰＳＫを、そして後者の非音声データにはπ／４シフトＱＰＳＫの２倍の伝送量がとれる１６ＱＡＭを使用している。従来においても、変調方式を伝送路の状態に応じて適応的に切り替える方式は種々研究されているが、ここでは伝送するデータの「冗長性」によって変調方式を切り替えている。
【００１９】
このように、誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の高い音声系データには伝送速度の低いπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を用いてより確実なデータ伝送とリアルタイム性とを確保し、誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の低い非音声系データには伝送速度の高い１６ＱＡＭ変調方式を用いることで高速なデータ伝送を可能とし、例え伝送エラーが発生しても再送制御で対応できるようにしている。
【００２０】
図３の（ａ）には、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の信号点の一例を示している。この場合、１シンボルが２ビット情報を表すために低速ではあるが、各シンボル間の位相差は大きく、また各シンボルの振幅値は同じで大きな値にできるため、誤り率が小さい。従って、音声系データの伝送には、その冗長性による許容範囲内の誤り率が維持でき、結果的にリアルタイム性が達成される本方式を採用している。
【００２１】
図３の（ｂ）には、１６ＱＡＭ変調方式の信号点の一例を示していいる。この場合、１シンボルが４ビット情報を表すために高速となるが、各シンボルの振幅値や各シンボル間のレベル差がその信号点の位置によって異なり、結果的に受信エラーが発生しやすい。そのため、音声系データほどリアルタイム性が要求されない非音声系のデータ伝送において再送制御を前提に本方式を採用している。
【００２２】
図４〜６は、本発明によるデータ通信装置の第２の実施例を示したものである。図４は、本発明で用いられるフレーム信号の一構成例を示したものである。図４の（ａ）は音声系データのフレーム信号の例を、そして図４の（ｂ）は非音声系データのフレーム信号の例をそれぞれ示している。また、図５には、その装置における受信機のブロック構成例を示している。さらに、図６には、受信機の制御フロー例を示している。
【００２３】
図４において、４０ｍｓ周期で送受信されるフレーム信号の同期フィールドには２０ビット相当の同期シンボルが用いられる。本例では、同期の取りやすいπ／４シフトＱＰＳＫによる同期シンボルを用い、音声系のフレーム信号には同期シンボルによるビットパターンとして１６進数で「１Ｅ５６Ｆ」を、そして非音声系のフレーム信号には「Ｅ７１２Ｃ」をそれぞれ使用している。このように、同期シンボルのパターンを両系間で違えることで、受信機側では音声系のフレーム信号と非音声系のフレーム信号との区別が容易となる。
【００２４】
第１の実施例で説明したように、音声系データの信号フィールドには３５２ビット相当のπ／４シフトＱＰＳＫシンボルが挿入され、また非音声系データの信号フィールドには７０４ビット相当の１６ＱＡＭシンボルが挿入される。なお、各フレームの先頭及び末尾には、信号を急激に出力することにより占有帯域が広がるのを防止するために立ち上げ及び立ち下げ期間を確保するＲＡＭＰフィールド（６ビット）が設けられる。
【００２５】
図５に示す第２の実施例における受信機には、図４の各同期シンボルを検出するための同期検出部３１と、図１（ｂ）のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４と１６ＱＡＭ復調部２２とを兼ね備えた復調部３０とが設けられている。ここでは、図６の制御フロー例と併せてその動作を説明する。
【００２６】
先ず、同期検出部３１は、受信フレーム信号の同期フィールドから同期シンボルを検出する（Ｓ２０１）。ここで、音声系のフレーム信号の同期シンボルは１６進数で「１Ｅ５６Ｆ」であり、非音声系のフレーム信号の同期シンボルは「Ｅ７１２Ｃ」である。次に、同期シンボルの検出結果を復調部３０に通知する。
【００２７】
復調部３０は、通知された復調処理だけを実行する。すなわち音声系のフレーム信号が通知された場合には受信した１フレーム信号の信号フィールドに対してπ／４シフトＱＰＳＫ復調処理を行い（Ｓ２０２及び２０３）、また非音声系のフレーム信号が通知された場合には受信した１フレーム信号の信号フィールドに対して１６ＱＡＭ復調処理を行なう（Ｓ２０４及び２０５）。
【００２８】
このように、第２の実施例では同期シンボルを２種類の変調方式の一方に合わせる。ここでは同期シンボルのビット列を同期がとり易いπ／４シフトＱＰＳＫの同期シンボルに合わせる。そして、受信フレーム信号の同期シンボルによりその後の復調処理を前記２種類の変調方式のいずれかに決定する。従って、決定された一つの変調方式による復調処理だけが実行される。なお、同期シンボルと信号シンボルとを明確に区別するために、同期シンボルによるビットパターンを信号シンボルでは発生しない特異なものとしてもよい。
【００２９】
先に説明した第１の実施例では２種の変調方式による復調が同時期に実行される。従って、各変調方式に対応したハードウェアによる復調部２２及び２４を別個に持つか、またはそれらの機能処理を行なうソフトウェア群を同時並行して実行させる必要がある。そのため、受信信号の変調方式に該当しない側の変調方式の演算量が無駄となり、また装置が大型化する等の問題が生じる。上記第２の実施例はこれらの問題点を解決するものである。
【００３０】
図７は、本発明によるデータ通信装置の第３の実施例を示しており、第２の実施例の別の態様例に相当するものである。本例では、同期シンボルに専用の変調方式を用いる。従って、受信機には対応する専用の同期検出部が必要となる。
【００３１】
図７に示す同期シンボルは、１０進数の１〜１０を表す各同期シンボルを信号点の最大振幅値の位相角で規定している。これはπ／４シフトＱＰＳＫの同期シンボルによる信号点の数４個を１０個にまで拡張したものに相当する。例えば、１の位相角は０°、１０の位相角は１２０°である。
【００３２】
一例として、音声系データに１６ＱＡＭ変調方式を、そして非音声系データにはより高速な６４ＱＡＭ変調方式を用いる場合を考える。この場合、先の例のように同期シンボルに同じ変調方式である１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭのいずれかを用いるよりも、図７に示す同期シンボルを使ったほうが同期検出特性が顕著に改善される。
【００３３】
図８は、本発明によるデータ通信装置の第４の実施例を示しており、ここでは復調処理に準同期復調と遅延復調とを併用する。
ＰＳＫでは遅延復調又は同期復調が可能である。遅延復調は、現時点の受信信号とその直前の受信信号との相対位相差によって復調処理を行なう。また、同期復調では、移動体通信のようにフェージングの厳しい環境で運用される場合を想定して、予め規定されたパターンで既知の値を持ったパイロットシンボルを挿入し、受信側ではパイロットシンボルを基準に受信信号との絶対位相差を用いて復調する準同期復調が一般的に用いられる。
【００３４】
準同期復調ではパイロットシンボルを挿入するので、伝送できる情報量は少なくなるが、受信感度は良くなる。したがって、音声系データに準同期復調を使用し、非音声系データに遅延復調を使用することによっても、音声の聴感を良くしながら非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００３５】
図８の（ａ）に示す音声系データのフレーム信号は、図４で示したπ／４シフトＱＰＳＫ変調信号による音声系データのフレーム信号において信号フィールドのシンボルに相当する３５２ビットの内にパイロットシンボル１０個（２ビット×１０シンボル＝２０ビット）を分散配置している。これにより、信号シンボルは３３２ビット（＝３５２−２０）に低下する。
【００３６】
図８の（ｂ）では、非音声系データにも伝送エラーを低減するためπ／４シフトＱＰＳＫ変調信号を使用している（信号号本体は３５２ビット）。ここでは、パイロットシンボルを使用しないことで前記音声系データのフレーム信号よりもデータ伝送の高速化を図っている。この場合には再送制御も可能である。
【００３７】
本例のデータ通信装置の構成例としては、図１の（ａ）の送信機１における１６ＱＡＭ変調部１５をπ／４シフトＱＰＳＫ差動変調部に、またπ／４シフトＱＰＳＫ変調部１６をπ／４シフトＱＰＳＫパイロット挿入変調部に変更する。さらに、図１の（ｂ）の受信機２におけるπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４をπ／４シフトＱＰＳＫ準同期復調部に、１６ＱＡＭ復調部２２をπ／４シフトＱＰＳＫ遅延復調に変更する。また、図５の受信機２における復調部３０も同様の構成となる。
【００３８】
図９は、本発明によるデータ通信装置の第５の実施例を示しており、ここでは復調処理に準同期復調だけを使用する。但し、パイロットシンボルの間隔を変化させることで図８と同様ではるがより一層伝送エラーの低減を図っている。すなわち、パイロットシンボルの挿入間隔が短い場合は基準値との比較頻度が高くなるため感度はさらに良くなる。その反面伝送量は減少する。
【００３９】
本例ではこれを利用して、音声系データのパイロットシンボル（２ビット×２０シンボル）の挿入間隔を非音声系データのもの（２ビット×１０シンボル）より短くとることで音声の聴感を良くし、その一方で非音声データの伝送量を増やしている。従って、本例の場合には図１の（ａ）の送信機１における変調部１５及び１６は全てπ／４シフトＱＰＳＫパイロット挿入変調部になり、図１の（ｂ）の受信機２における復調部２２及び２４をπ／４シフトＱＰＳＫ準同期復調部に変更する。また、図５の受信機２における復調部３０も同様の構成となる。
【００４０】
図１０は、本発明によるデータ通信装置の第６の実施例を示しており、ここではフレーム分割によって復調処理を改善する。そのため、パイロットシンボルを使用する代わりに伝送の最小単位である信号フレーム長を分割して短くし、フレーム内の同期シンボル（２０ビット）の発生率を高めている。同期シンボルは、既知信号として規定できるのでこれを利用してパイロットシンボルと同様の改善が可能である。
【００４１】
従って、図１０の（ａ）に示すように、音声系データのフレーム長を短くすることで音声の感度が改善される。その反面伝送量は減少する。一方、図１０の（ｂ）に示すように、非音声系データのフレーム長はそれよりも長くすることで感度は悪くなるが伝送量は増加する。ここでは、音声系データ及び非音声系データともにπ／４シフトＱＰＳＫ変調を使用している。
【００４２】
図１１は、本発明によるデータ通信装置の第７の実施例を示している。なお、以降で説明する各実施例は、主に誤り訂正能力と誤り訂正符号化方式による演算量とのトレードオフを利用するものに関する。
図１１の（ａ）に示す送信機１には、図１の（ａ）の送信機と比較して送信信号を誤り訂正符号化する音声チャネル符号化部４２及び非音声チャネル符号化部４１が新たに設けられている。一方、図１１の（ｂ）に示す受信機２には、図５の受信機と比較して受信信号を誤り訂正処理する音声チャネル復号化部４４及び非音声チャネル復号化部４３が新たに設けられている。
【００４３】
例えば、送信機１の音声チャネル符号化部４２がＢＣＨ符号（１２７，１０６）を用い、１０６ビットの情報を誤り訂正符号化して１２７ビットとして送信すると、この場合の符号伝送率〔情報量／総伝送量〕は８３．５％である。この場合、それを受信する受信機２の音声チャネル復号化部４４では、２ビットまでの誤り訂正が可能である。これは誤り率に換算すれば１．５７％（＝（２／１２７）×１００）の誤りである。
【００４４】
誤り訂正符号化の別の例として、畳み込み符号（拘束長＝７、符号伝送率＝４３．５％）で４０ビットの情報を誤り訂正符号化して９２ビットとして伝送した場合には、受信側では１０％の誤りがあった場合でも９０％の確率で完全に訂正することも可能である。
【００４５】
このような誤り訂正符号化方式の特徴をうまく利用すれば、音声系データについて誤り訂正能力は強力であるが符号化率の低い方式を用い、非音声系データについて誤り訂正能力は弱いが符号化率の高い方式を用いることで、これまで説明した各実施例と同様に音声の聴感を良好に維持しつつ非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００４６】
図１１の構成でいえば、送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４に畳み込み符号化／誤り訂正を用い、一方送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３にＢＣＨ符号化／誤り訂正を用いることになる。
【００４７】
図１２には送信機１の制御フロー例を、そして図１３には受信機２の制御フロー例をそれぞれ示している。これらは、先に説明した図２及び図６の各制御フローと基本的に代わるところがないためそれらの説明を参照されたい。
【００４８】
なお別の態様例として、音声系データ及び非音声系データともに畳み込み符合化を用い、畳み込み符号の仕様（拘束長と符号化率）の変化による誤り訂正能力と符号化率のトレードオフを利用することもできる。すなわち、拘束長が長いほど、符号化率が小さいほど、訂正能力は高くなるが実効伝送量は減ることを利用する。例えば、音声系データには拘束長＝７及び符号化率＝１／２を、非音声系データには拘束長＝６及び符号化率＝３／４とすることで、音声の聴感を良くしながら非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００４９】
この場合、図１１における送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４で拘束長＝７、符号化率＝１／２の畳み込み符号化／誤り訂正を行い、一方送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で拘束長＝６、符号化率＝３／４の畳み込み符号化／誤り訂正を行なう。
【００５０】
図１４は、本発明によるデータ通信装置の第８の実施例を示しており、ここでは誤り訂正符号に畳み込み符号を用い、一旦パスを収束させる部分をフレーム信号内に多く設ける。誤り訂正するビット列の範囲を細かく区切ることで、訂正能力は高くなるが実効伝送量は減少する。
【００５１】
一旦パスを収束させるには、図１４の（ａ）に示すように、細分化された符号列の最後に既知のビット（拘束長−１ビット）をビット挿入し、選択するパスを短期間に収束させることで誤り訂正能力を向上させる。これを音声系データに使用して音声の聴感を改善する。一方、図１４の（ｂ）に示すように非音声系データでは１フレーム内を区切らずに誤り訂正符号化して非音声の伝送量を増やすことができる。なお、本例は、先に説明した図１０と同様な考えに基づくものである。
【００５２】
図１４の場合、図１１における送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４で拘束長＝６、符号化率＝１／２で２分割の畳み込み符号化／誤り訂正を行い、また送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で拘束長＝６、符号化率＝１／２の畳み込み符号化／誤り訂正を行なう。
【００５３】
図１５は、本発明によるデータ通信装置の第９の実施例を示しており、ここでは誤り訂正符号化において用いられるインタリーブ処理を利用する。移動体通信システムでは、畳み込み符号などのバースト誤りの訂正能力が弱い符号を採用した場合にバースト誤りを拡散させるためにインタリーブ処理を採用している。
【００５４】
しかしながら、音声等の誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の高いデータの場合には、インターリーブ処理によって誤り部分を拡散させてしまうと弊害が生じることがある。この効果は、インタリーブの仕様や情報を符号化する方式によって変わるので、採用の可否は実験で確認する必要がある。しかしながら、音声信号にインタリーブ処理を採用するとかえって聴感が劣化する場合に、インタリーブを削除することで聴感の改善に効果が生じ得る。
【００５５】
図１５の（ａ）では、音声系データについて図１１の送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４において誤り訂正符号化／復号化だけを行いインターリーブ処理はしない。一方、図１５の（ｂ）では、非音声系データについて送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で誤り訂正符号化／復号化に加えてインターリーブ処理を行なう。
【００５６】
これより、音声信号を伝送するフレーム信号にはインタリーブを適用せずに聴感を向上させて、非音声信号にはインタリーブを適用してフレーム全体として完全に誤りを訂正させる確率をさらに向上させることができる。
【００５７】
図１６は、本発明によるデータ通信装置の第１０の実施例を示していおり、ここでは音声系データと非音声系データの双方にインターリーブ処理を行なう。一般に、音声を伝送する場合にはその属性やフレームのナンバリング等の音声以外の非音声データも同時に伝送される。先の例のように、音声系データにインタリーブ処理をしなければ、音声に付随して伝送される非音声データの誤り訂正率まで低下してしまう。これを防止するために、本例ではフレーム内の音声データについてはその順序を変更せず、一方音声に付随して伝送される非音声データについてはインタリーブ処理をしてから伝送している。
【００５８】
図１７には、音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の一例を示している。図１７の（ａ）には音声系データのインターリーブ処理を示しており、ここでＦｎは音声付随データ、Ｖｎは音声データ、そしてｎはデータ順序番号である。また、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の使用により各ブロック（シンボル）は２ビットデータに相当する。データはＦ１、Ｖ１、Ｖ２、…、Ｆ２６、Ｖ７、Ｖ８、…のように左から右へ、そして上から下へと順に送信される。
【００５９】
この例から明らかなように、音声データＶｎについてはデータ順序番号ｎの昇順（Ｖ１、Ｖ２、…）に送信されるが、音声付随データＦｎのデータの並びはインターリーブ処理によって不規則（Ｆ１、Ｆ２６、…）になっている。一方、図１７の（ｂ）の非音声系データでは全てのデータに対してインターリーブ処理がされており、ここでも非音声データＤｎは左から右へ、そして上から下へと順に送信されるが、データの並びは全て不規則（Ｄ１、Ｄ１２、…）になっている
【００６０】
図１８には、図１７の別の態様例を示している。図１８の（ａ）では図１７の（ａ）の音声系データにさらにパイロットシンボルＰを追加している。この場合、受信機側では音声系データに対して受信したパイロットシンボルＰを基準に準同期復調が行なわれる。また、図１８の（ｂ）の非音声系データは図１７の（ｂ）と同じであり、この場合には受信機側で遅延復調が行なわれる。なお、受信側のデインターリーブ処理では、図１７及び１８のいずれも送信側でインターリーブされたデータ列の逆の並び替えが行なわれる。
【００６１】
図１８の例は、音声系データの音声付随データ（Ｆｎ）に音声系データの種別（音声や動画像等）を示すデータを含めるような場合を想定している。この音声付随データを誤って復号すると音声系データが正しく認識できなくなるため、音声付随データの誤り率は音声データの誤り率よりもさらに低いことが望まれる。そこで、図１８の（ａ）の例では、準同期復調の際にパイロットシンボルに近いシンボルの誤り率が小さいことを利用して、音声付随データＦｎの近傍にパイロットシンボルＰを配置し、準同期復調による音声付随データＦｎの誤り率を一層低減している。
【００６２】
図１９は、本発明によるデータ通信装置の第１１の実施例を示している。本例では、非音声系データにのみ誤り検出符号を付加してフレーム信号の誤り検出処理を行なう。デジタル携帯電話では音声信号にも誤り検出符号を付加して伝送している。そして、音声信号の誤り訂正処理をした後に、誤り検出部を通して誤りが検出された場合には、当該フレーム信号のデータは棄却して直前に受信したフレーム信号のデータを補填する処理をしていた。
【００６３】
この処理で聴感が改善される場合もあるが、音声符号化方式によっては誤りを含んだまま音声復号部に送った方が聴感が良い場合がある。この場合には誤りを検出する必要がなくなるので、図１９の（ａ）に示すように音声系データには誤り検出符号を付加せずに伝送して、受信側では誤り検出処理はせずに音声復号部に送る。また、誤り検出符号に使っていた分を誤り訂正符号に使うことで誤り訂正能力を向上させることもできる。一方、図１９の（ｂ）に示すように非音声系データにのみ誤り検出符号（１６ビットのＣＲＣ符号）を付加してフレーム信号の誤り検出処理を行なう。
【００６４】
図２０は、図１９のチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示したものである。図２０の（ａ）の音声系データでは誤り訂正符合化／誤り訂正復号化の処理だけを行なう。一方、図２０の（ｂ）の非音声系データでは、送信側において先ず送信データに誤り検出符号を付加し、次にその誤り訂正符号化を行い、最後にそれをインターリーブしてから送信する。受信側では送信側とは逆の順番で受信信号のデインターリーブ、誤り訂正、そして誤り検出の各処理を順に行なっていく。
【００６５】
図２１及び２２には、本発明によるデータ通信装置の第１２の実施例を示している。図２１にはフレーム信号の一構成例を、図２２には受信機におけるスケルチ制御フローの一例をそれぞれ示している。ここでは、非音声系データに加えて音声系データの音声付随データに対しても誤り検出処理を行なう。先の例（図１９参照）では、受信電界強度が弱くなって頻繁に受信エラーが発生すると、聴感として音声がほとんど判別できずにそれが耳障りになることがある。しかしながら、音声系データには誤り検出符号がなく、誤りが多いことを検出して音声の受信出力を切断する等の処理ができなかった。
【００６６】
本例では、図２１に示すように音声系データの内で特にデータ量の少ない音声付随データに誤り検出符号（８ビットのＣＲＣ符号）を付加し、誤り率が所定の条件に達した時点で回線全体の質が劣化したと判断して音声の受信出力を切断する。これは、従来のＦＭ無線機のスケルチ機能に相当する。これにより不要な音声出力を防止できる。前記所定の条件として、例えばＮフレーム連続して誤りを検出した場合、Ｎ１フレーム中にＮ２フレーム以上誤りを検出した場合、等の種々のバリエーションが考えられる。
【００６７】
図２２に示す受信機のスケルチ制御フロー例によれば、受信した音声付随データに対して先ず誤り訂正処理を行い、次に誤り検出処理を行なう（Ｓ５０１及び５０２）。誤りが検出されなければスケルチカウンタＣに許容連続誤り回数Ｎを設定する（Ｓ５０３及び５０４）。この場合には、音声系データに誤り訂正処理がなされて、音声復号部へ訂正後のデータが出力される（Ｓ５０５及び５０６）。その結果、受信音声が出力される。
【００６８】
一方、誤りが検出される毎にスケルチカウンタＣが１デクリメントされ、誤りが連続してＮ回に達するまでは、上記した音声系データに誤り訂正処理がなされて、音声復号部へ訂正後のデータが出力される（Ｓ５０３、Ｓ５０７及び５０８、Ｓ５０５及び５０６）。もし、誤りがＮ回連続するとスケルチカウンタＣは満了し、音声系データの誤り訂正処理及び音声復号部へのデータ出力は行なわれない（Ｓ５０７〜５０９）。その結果、受信音声は出力されない（スケルチ機能）。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、音声や画像（動画像や静止画を含む）データのようにそれらの認知に人間の聴覚や視覚によって有る程度の冗長性が認められるデータとそれ以外のキャラクタデータのような冗長性のないデータとを共に伝送する通信装置であって、双方のデータに要求される通信品質（誤り率）、リアルタイム性、及び高速性等の要求を満たして効率的な伝送を行なうデータ通信装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータ通信装置の第１の実施例におけるブロック構成例を示した図である。
【図２】第１の実施例における送信機の制御フロー例を示した図である。
【図３】π／４シフトＱＰＳＫ変調方式及び１６ＱＡＭ変調方式の信号点の例を示した図である。
【図４】本発明によるデータ通信装置の第２の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図５】第２の実施例における受信機のブロック構成例を示した図である。
【図６】第２の実施例における受信機の制御フロー例を示した図である。
【図７】本発明によるデータ通信装置の第３の実施例における同期シンボル変調の一例を示した図である。
【図８】本発明によるデータ通信装置の第４の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図９】本発明によるデータ通信装置の第５の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図１０】本発明によるデータ通信装置の第６の実施例におけるフレーム分割の一例を示した図である。
【図１１】本発明によるデータ通信装置の第７の実施例におけるブロック構成例を示した図である。
【図１２】第７の実施例における送信機の制御フロー例を示した図である。
【図１３】第７の実施例における受信機のブロック構成例を示した図である。
【図１４】本発明によるデータ通信装置の第８の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図１５】本発明によるデータ通信装置の第９の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図１６】本発明によるデータ通信装置の第１０の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図１７】第１０の実施例における音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の一例を示した図である。
【図１８】第１０の実施例における音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の別の例を示した図である。
【図１９】本発明によるデータ通信装置の第１１の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図２０】第１１の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図２１】本発明によるデータ通信装置の第１２の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図２２】第１２の実施例における受信機のスケルチ制御フローの一例を示した図である。
【符号の説明】
１…送信機
２…受信機
１０…データ送信機器
１１…マイク
１２…送信スイッチ
１３…音声符号器
１４…制御部
１５…１６ＱＡＭ変調部
１６…π／４シフトＱＰＳＫ変調部
１７…変調切替スイッチ
１８…送信部
１９、２６…アンテナ
２０…データ受信機器
２１…スピーカ
２２…１６ＱＡＭ復調部
２３…音声復号器
２４…π／４シフトＱＰＳＫ復調部
３０…復調部
３１…同期検出部
４１…非音声チャネル符号化部
４２…音声チャネル符号化部
４３…非音声チャネル復号化部
４４…音声チャネル復号化部
【発明の属する技術分野】
本発明はデータ通信装置に関し、特に音声データや動画像データ等のようにその伝送にリアルタイム性が要求される一方で人間がそれらを感知するのにある程度の伝送エラーが許容される冗長性のあるデータ（以降、「音声系データ」という）と、キャラクタデータやプログラムデータ等のように特にリアルタイム性は要求されないが伝送エラーが許容されない冗長性のないデータ（以降、「非音声系データ」という）とを双方用いる通信環境において、適切且つ効率的なデータ伝送を行なうデータ通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述したように、データ通信装置で伝送するデータには、人間がデータの誤り部分を感覚で補正し得る冗長性の高い音声系データと冗長性の低い非音声系データとがある。音声系データは、データが完全でなくても送話者の意図を相手に伝えることが可能であり、画像データも用途によっては一部が欠けても通信の目的を達成できる。
【０００３】
一方、非音声系データは、例えば緯度や経度の位置データ等のようにデータの１ビットを誤ったために東京が大阪になってしまうこともあり得る。データの構造や誤り箇所によっては１００ｍ程度の誤りにしかならないために本来の目的を達成できることもあるが、本質的にこのようなデータは冗長性若しくは誤り耐性が非常に低く、音声や動画像等のように人間がその内容を感覚で補足し得るデータ以外のデータは冗長性が低いといえる。
【０００４】
さらに、音声系データの伝送には、リアルタイム性を要求される場合がほとんどである。一定期間の音声や動画像を伝送してから蓄積して聞いたり見たりする用途もあるが、基本的にはリアルタイムでの伝送が要求される。このため、音声系データの伝送には再送が許容されず、非音声系データと比べて誤り率を低く抑える必要がある。一方、非音声系データでは誤りが検出されても再送制御することが可能であり、そのため一度の伝送量を多くとりたいという要求が強い。
【０００５】
現在運用されている移動通信システムでは、例えば携帯電話機のように音声通信とそれ以外のデータ通信のいずれにおいても同様な方式を採用している。これは、公衆移動通信システムでは音声もデータと同様に品質の高い状態で通信することが要求されるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した公衆移動通信システムとは異なり、タクシー無線等の自営系移動通信システムでは１つの基地局が大きな通信エリアをカバーする必要がある。そこには、たとえ通話品質がある程度落ちても、通信内容が了解できる範囲内で可能な限り基地局との通信エリアを広げたいという強い要求が存在する。
【０００７】
しかしながら、従来の自営系移動通信システムは公衆移動通信システムの技術をそのまま採用しており、その結果として業務上必要とされる以上の高品質な音声通信が可能となる反面で、音声の通信エリアが思うように広くできないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記問題点に鑑み、音声系データと非音声系データとを明確に区別して双方の通信要求を適宜調整して共に満足させることにより、様々な通信環境において音声系データ及び非音声系データを適切且つ効率的にデータ伝送するデータ通信装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を位相変調により伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータに互いに異なる変復調処理を行なう変復調処理手段を有し、前記変復調処理手段は、前記冗長性のあるデータに一定規則のパイロットシンボルを所定の短い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行い、前記冗長性のないデータには一定規則のパイロットシンボルを所定の長い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行なうデータ通信装置が提供される。
【００１０】
また本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なるインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうインタリーブ手段を有し、前記インタリーブ手段は、前記冗長性のあるデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なわず、前記冗長性のないデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行ない、前記インタリーブ手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうデータ通信装置が提供される。
【００１１】
さらに本発明によれば、伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なる誤り検出処理を行なう誤り検出処理手段を有し、前記誤り検出処理手段は、前記冗長性のあるデータに誤り検出符号を付加せずに前記冗長性のないデータに誤り検出符号を付加し、前記誤り検出手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータに誤り検出符号を付加し、その誤り検出符号による誤り検出が所定の条件に至ると前記データの伝送を終了するデータ通信装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜３は、本発明によるデータ通信装置の第１の実施例を示したものである。図１は、その装置ブロック構成例を示しており、図１の（ａ）には送信機の構成例を、そして図１の（ｂ）には受信機の構成例をそれぞれ示している。また、図２には、図１の（ａ）の制御部１４における制御フロー例を示している。さらに、図３には、本例で用いるπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式（図３の（ａ））及び１６ＱＡＭ変調方式（図３の（ｂ））の各信号点の例を示している。
【００１３】
図１の（ａ）の送信機では、送話の際に、ユーザが送話スイッチ１２を押下してマイク１１を通じて送話を開始する。送話音声信号は、音声符号器１３でデジタル音声符号化されて上述した音声系データとして制御部１４に入力される。また、制御部１４には、モバイルＰＣ (Personal Computer) やＰＤＡ (Personal Digital Assistants) 等のデータ送信機器１０から出力されたパケットデータ等の非音声系データが入力される。
【００１４】
制御部１４は、送話スイッチ１２のオン／オフ情報に基づいて、そのオン時には音声系データ側を選択して出力し、オフ時には非音声系データ側を選択して出力する。図２に示すように、制御部１４は、送話スイッチ１２のオン時に変調切替スイッチ１７をＢ側に切り替えて音声系データをπ／４シフトＱＰＳＫ変調部１６へ送出する（Ｓ１０１〜１０３）。
【００１５】
反対に送話スイッチ１２がオフの時には、さらにデータ送信機器１０からの非音声データの有無を判断し（Ｓ１０１及び１０４）、データ有りの場合に変調切替スイッチ１７をＡ側に切り替えて非音声系データを１６ＱＡＭ変調部１５へ送出する（Ｓ１０５及び１０６）。データ無しの場合には送信部１８の動作を停止させる（Ｓ１０７）。
【００１６】
送信部１８は、π／４シフトＱＰＳＫ変調部１６からの音声系データ又は１６ＱＡＭ変調部１５からの非音声系データを、ＲＦ信号に変換し、さらに電力増幅してから送信アンテナ１９により空中へ送出する。なお、本フローは送信データの一定長の単位である１フレーム毎に起動される。
【００１７】
一方、図１の（ｂ）の受信機では、受信アンテナ２６で受信した信号が受信部２５へ入力され、受信部２５はそれをベースバンド信号に変換してから次段のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４及び１６ＱＡＭ復調部２２へ出力する。その結果、音声系データはπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４で復調され、音声復号器２３によってアナログ信号に変換されてスピーカから受話音声信号として出力される。また、非音声系データは１６ＱＡＭ復調部２２で復調されて外部のモバイルＰＣやＰＤＡ等からなるデータ受信機器２０へ出力される。
【００１８】
本例では、音声系データと非音声系データとで変調方式を変えている。前者の音声については携帯電話で採用されているπ／４シフトＱＰＳＫを、そして後者の非音声データにはπ／４シフトＱＰＳＫの２倍の伝送量がとれる１６ＱＡＭを使用している。従来においても、変調方式を伝送路の状態に応じて適応的に切り替える方式は種々研究されているが、ここでは伝送するデータの「冗長性」によって変調方式を切り替えている。
【００１９】
このように、誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の高い音声系データには伝送速度の低いπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を用いてより確実なデータ伝送とリアルタイム性とを確保し、誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の低い非音声系データには伝送速度の高い１６ＱＡＭ変調方式を用いることで高速なデータ伝送を可能とし、例え伝送エラーが発生しても再送制御で対応できるようにしている。
【００２０】
図３の（ａ）には、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の信号点の一例を示している。この場合、１シンボルが２ビット情報を表すために低速ではあるが、各シンボル間の位相差は大きく、また各シンボルの振幅値は同じで大きな値にできるため、誤り率が小さい。従って、音声系データの伝送には、その冗長性による許容範囲内の誤り率が維持でき、結果的にリアルタイム性が達成される本方式を採用している。
【００２１】
図３の（ｂ）には、１６ＱＡＭ変調方式の信号点の一例を示していいる。この場合、１シンボルが４ビット情報を表すために高速となるが、各シンボルの振幅値や各シンボル間のレベル差がその信号点の位置によって異なり、結果的に受信エラーが発生しやすい。そのため、音声系データほどリアルタイム性が要求されない非音声系のデータ伝送において再送制御を前提に本方式を採用している。
【００２２】
図４〜６は、本発明によるデータ通信装置の第２の実施例を示したものである。図４は、本発明で用いられるフレーム信号の一構成例を示したものである。図４の（ａ）は音声系データのフレーム信号の例を、そして図４の（ｂ）は非音声系データのフレーム信号の例をそれぞれ示している。また、図５には、その装置における受信機のブロック構成例を示している。さらに、図６には、受信機の制御フロー例を示している。
【００２３】
図４において、４０ｍｓ周期で送受信されるフレーム信号の同期フィールドには２０ビット相当の同期シンボルが用いられる。本例では、同期の取りやすいπ／４シフトＱＰＳＫによる同期シンボルを用い、音声系のフレーム信号には同期シンボルによるビットパターンとして１６進数で「１Ｅ５６Ｆ」を、そして非音声系のフレーム信号には「Ｅ７１２Ｃ」をそれぞれ使用している。このように、同期シンボルのパターンを両系間で違えることで、受信機側では音声系のフレーム信号と非音声系のフレーム信号との区別が容易となる。
【００２４】
第１の実施例で説明したように、音声系データの信号フィールドには３５２ビット相当のπ／４シフトＱＰＳＫシンボルが挿入され、また非音声系データの信号フィールドには７０４ビット相当の１６ＱＡＭシンボルが挿入される。なお、各フレームの先頭及び末尾には、信号を急激に出力することにより占有帯域が広がるのを防止するために立ち上げ及び立ち下げ期間を確保するＲＡＭＰフィールド（６ビット）が設けられる。
【００２５】
図５に示す第２の実施例における受信機には、図４の各同期シンボルを検出するための同期検出部３１と、図１（ｂ）のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４と１６ＱＡＭ復調部２２とを兼ね備えた復調部３０とが設けられている。ここでは、図６の制御フロー例と併せてその動作を説明する。
【００２６】
先ず、同期検出部３１は、受信フレーム信号の同期フィールドから同期シンボルを検出する（Ｓ２０１）。ここで、音声系のフレーム信号の同期シンボルは１６進数で「１Ｅ５６Ｆ」であり、非音声系のフレーム信号の同期シンボルは「Ｅ７１２Ｃ」である。次に、同期シンボルの検出結果を復調部３０に通知する。
【００２７】
復調部３０は、通知された復調処理だけを実行する。すなわち音声系のフレーム信号が通知された場合には受信した１フレーム信号の信号フィールドに対してπ／４シフトＱＰＳＫ復調処理を行い（Ｓ２０２及び２０３）、また非音声系のフレーム信号が通知された場合には受信した１フレーム信号の信号フィールドに対して１６ＱＡＭ復調処理を行なう（Ｓ２０４及び２０５）。
【００２８】
このように、第２の実施例では同期シンボルを２種類の変調方式の一方に合わせる。ここでは同期シンボルのビット列を同期がとり易いπ／４シフトＱＰＳＫの同期シンボルに合わせる。そして、受信フレーム信号の同期シンボルによりその後の復調処理を前記２種類の変調方式のいずれかに決定する。従って、決定された一つの変調方式による復調処理だけが実行される。なお、同期シンボルと信号シンボルとを明確に区別するために、同期シンボルによるビットパターンを信号シンボルでは発生しない特異なものとしてもよい。
【００２９】
先に説明した第１の実施例では２種の変調方式による復調が同時期に実行される。従って、各変調方式に対応したハードウェアによる復調部２２及び２４を別個に持つか、またはそれらの機能処理を行なうソフトウェア群を同時並行して実行させる必要がある。そのため、受信信号の変調方式に該当しない側の変調方式の演算量が無駄となり、また装置が大型化する等の問題が生じる。上記第２の実施例はこれらの問題点を解決するものである。
【００３０】
図７は、本発明によるデータ通信装置の第３の実施例を示しており、第２の実施例の別の態様例に相当するものである。本例では、同期シンボルに専用の変調方式を用いる。従って、受信機には対応する専用の同期検出部が必要となる。
【００３１】
図７に示す同期シンボルは、１０進数の１〜１０を表す各同期シンボルを信号点の最大振幅値の位相角で規定している。これはπ／４シフトＱＰＳＫの同期シンボルによる信号点の数４個を１０個にまで拡張したものに相当する。例えば、１の位相角は０°、１０の位相角は１２０°である。
【００３２】
一例として、音声系データに１６ＱＡＭ変調方式を、そして非音声系データにはより高速な６４ＱＡＭ変調方式を用いる場合を考える。この場合、先の例のように同期シンボルに同じ変調方式である１６ＱＡＭ又は６４ＱＡＭのいずれかを用いるよりも、図７に示す同期シンボルを使ったほうが同期検出特性が顕著に改善される。
【００３３】
図８は、本発明によるデータ通信装置の第４の実施例を示しており、ここでは復調処理に準同期復調と遅延復調とを併用する。
ＰＳＫでは遅延復調又は同期復調が可能である。遅延復調は、現時点の受信信号とその直前の受信信号との相対位相差によって復調処理を行なう。また、同期復調では、移動体通信のようにフェージングの厳しい環境で運用される場合を想定して、予め規定されたパターンで既知の値を持ったパイロットシンボルを挿入し、受信側ではパイロットシンボルを基準に受信信号との絶対位相差を用いて復調する準同期復調が一般的に用いられる。
【００３４】
準同期復調ではパイロットシンボルを挿入するので、伝送できる情報量は少なくなるが、受信感度は良くなる。したがって、音声系データに準同期復調を使用し、非音声系データに遅延復調を使用することによっても、音声の聴感を良くしながら非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００３５】
図８の（ａ）に示す音声系データのフレーム信号は、図４で示したπ／４シフトＱＰＳＫ変調信号による音声系データのフレーム信号において信号フィールドのシンボルに相当する３５２ビットの内にパイロットシンボル１０個（２ビット×１０シンボル＝２０ビット）を分散配置している。これにより、信号シンボルは３３２ビット（＝３５２−２０）に低下する。
【００３６】
図８の（ｂ）では、非音声系データにも伝送エラーを低減するためπ／４シフトＱＰＳＫ変調信号を使用している（信号号本体は３５２ビット）。ここでは、パイロットシンボルを使用しないことで前記音声系データのフレーム信号よりもデータ伝送の高速化を図っている。この場合には再送制御も可能である。
【００３７】
本例のデータ通信装置の構成例としては、図１の（ａ）の送信機１における１６ＱＡＭ変調部１５をπ／４シフトＱＰＳＫ差動変調部に、またπ／４シフトＱＰＳＫ変調部１６をπ／４シフトＱＰＳＫパイロット挿入変調部に変更する。さらに、図１の（ｂ）の受信機２におけるπ／４シフトＱＰＳＫ復調部２４をπ／４シフトＱＰＳＫ準同期復調部に、１６ＱＡＭ復調部２２をπ／４シフトＱＰＳＫ遅延復調に変更する。また、図５の受信機２における復調部３０も同様の構成となる。
【００３８】
図９は、本発明によるデータ通信装置の第５の実施例を示しており、ここでは復調処理に準同期復調だけを使用する。但し、パイロットシンボルの間隔を変化させることで図８と同様ではるがより一層伝送エラーの低減を図っている。すなわち、パイロットシンボルの挿入間隔が短い場合は基準値との比較頻度が高くなるため感度はさらに良くなる。その反面伝送量は減少する。
【００３９】
本例ではこれを利用して、音声系データのパイロットシンボル（２ビット×２０シンボル）の挿入間隔を非音声系データのもの（２ビット×１０シンボル）より短くとることで音声の聴感を良くし、その一方で非音声データの伝送量を増やしている。従って、本例の場合には図１の（ａ）の送信機１における変調部１５及び１６は全てπ／４シフトＱＰＳＫパイロット挿入変調部になり、図１の（ｂ）の受信機２における復調部２２及び２４をπ／４シフトＱＰＳＫ準同期復調部に変更する。また、図５の受信機２における復調部３０も同様の構成となる。
【００４０】
図１０は、本発明によるデータ通信装置の第６の実施例を示しており、ここではフレーム分割によって復調処理を改善する。そのため、パイロットシンボルを使用する代わりに伝送の最小単位である信号フレーム長を分割して短くし、フレーム内の同期シンボル（２０ビット）の発生率を高めている。同期シンボルは、既知信号として規定できるのでこれを利用してパイロットシンボルと同様の改善が可能である。
【００４１】
従って、図１０の（ａ）に示すように、音声系データのフレーム長を短くすることで音声の感度が改善される。その反面伝送量は減少する。一方、図１０の（ｂ）に示すように、非音声系データのフレーム長はそれよりも長くすることで感度は悪くなるが伝送量は増加する。ここでは、音声系データ及び非音声系データともにπ／４シフトＱＰＳＫ変調を使用している。
【００４２】
図１１は、本発明によるデータ通信装置の第７の実施例を示している。なお、以降で説明する各実施例は、主に誤り訂正能力と誤り訂正符号化方式による演算量とのトレードオフを利用するものに関する。
図１１の（ａ）に示す送信機１には、図１の（ａ）の送信機と比較して送信信号を誤り訂正符号化する音声チャネル符号化部４２及び非音声チャネル符号化部４１が新たに設けられている。一方、図１１の（ｂ）に示す受信機２には、図５の受信機と比較して受信信号を誤り訂正処理する音声チャネル復号化部４４及び非音声チャネル復号化部４３が新たに設けられている。
【００４３】
例えば、送信機１の音声チャネル符号化部４２がＢＣＨ符号（１２７，１０６）を用い、１０６ビットの情報を誤り訂正符号化して１２７ビットとして送信すると、この場合の符号伝送率〔情報量／総伝送量〕は８３．５％である。この場合、それを受信する受信機２の音声チャネル復号化部４４では、２ビットまでの誤り訂正が可能である。これは誤り率に換算すれば１．５７％（＝（２／１２７）×１００）の誤りである。
【００４４】
誤り訂正符号化の別の例として、畳み込み符号（拘束長＝７、符号伝送率＝４３．５％）で４０ビットの情報を誤り訂正符号化して９２ビットとして伝送した場合には、受信側では１０％の誤りがあった場合でも９０％の確率で完全に訂正することも可能である。
【００４５】
このような誤り訂正符号化方式の特徴をうまく利用すれば、音声系データについて誤り訂正能力は強力であるが符号化率の低い方式を用い、非音声系データについて誤り訂正能力は弱いが符号化率の高い方式を用いることで、これまで説明した各実施例と同様に音声の聴感を良好に維持しつつ非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００４６】
図１１の構成でいえば、送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４に畳み込み符号化／誤り訂正を用い、一方送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３にＢＣＨ符号化／誤り訂正を用いることになる。
【００４７】
図１２には送信機１の制御フロー例を、そして図１３には受信機２の制御フロー例をそれぞれ示している。これらは、先に説明した図２及び図６の各制御フローと基本的に代わるところがないためそれらの説明を参照されたい。
【００４８】
なお別の態様例として、音声系データ及び非音声系データともに畳み込み符合化を用い、畳み込み符号の仕様（拘束長と符号化率）の変化による誤り訂正能力と符号化率のトレードオフを利用することもできる。すなわち、拘束長が長いほど、符号化率が小さいほど、訂正能力は高くなるが実効伝送量は減ることを利用する。例えば、音声系データには拘束長＝７及び符号化率＝１／２を、非音声系データには拘束長＝６及び符号化率＝３／４とすることで、音声の聴感を良くしながら非音声データの伝送量を増やすことができる。
【００４９】
この場合、図１１における送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４で拘束長＝７、符号化率＝１／２の畳み込み符号化／誤り訂正を行い、一方送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で拘束長＝６、符号化率＝３／４の畳み込み符号化／誤り訂正を行なう。
【００５０】
図１４は、本発明によるデータ通信装置の第８の実施例を示しており、ここでは誤り訂正符号に畳み込み符号を用い、一旦パスを収束させる部分をフレーム信号内に多く設ける。誤り訂正するビット列の範囲を細かく区切ることで、訂正能力は高くなるが実効伝送量は減少する。
【００５１】
一旦パスを収束させるには、図１４の（ａ）に示すように、細分化された符号列の最後に既知のビット（拘束長−１ビット）をビット挿入し、選択するパスを短期間に収束させることで誤り訂正能力を向上させる。これを音声系データに使用して音声の聴感を改善する。一方、図１４の（ｂ）に示すように非音声系データでは１フレーム内を区切らずに誤り訂正符号化して非音声の伝送量を増やすことができる。なお、本例は、先に説明した図１０と同様な考えに基づくものである。
【００５２】
図１４の場合、図１１における送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４で拘束長＝６、符号化率＝１／２で２分割の畳み込み符号化／誤り訂正を行い、また送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で拘束長＝６、符号化率＝１／２の畳み込み符号化／誤り訂正を行なう。
【００５３】
図１５は、本発明によるデータ通信装置の第９の実施例を示しており、ここでは誤り訂正符号化において用いられるインタリーブ処理を利用する。移動体通信システムでは、畳み込み符号などのバースト誤りの訂正能力が弱い符号を採用した場合にバースト誤りを拡散させるためにインタリーブ処理を採用している。
【００５４】
しかしながら、音声等の誤り部分を感覚で補正して通信できる度合の高いデータの場合には、インターリーブ処理によって誤り部分を拡散させてしまうと弊害が生じることがある。この効果は、インタリーブの仕様や情報を符号化する方式によって変わるので、採用の可否は実験で確認する必要がある。しかしながら、音声信号にインタリーブ処理を採用するとかえって聴感が劣化する場合に、インタリーブを削除することで聴感の改善に効果が生じ得る。
【００５５】
図１５の（ａ）では、音声系データについて図１１の送信機１の音声チャネル符号化部４２及び受信機２の音声チャネル復号化部４４において誤り訂正符号化／復号化だけを行いインターリーブ処理はしない。一方、図１５の（ｂ）では、非音声系データについて送信機１の非音声チャネル符号化部４１及び受信機２の非音声チャネル復号化部４３で誤り訂正符号化／復号化に加えてインターリーブ処理を行なう。
【００５６】
これより、音声信号を伝送するフレーム信号にはインタリーブを適用せずに聴感を向上させて、非音声信号にはインタリーブを適用してフレーム全体として完全に誤りを訂正させる確率をさらに向上させることができる。
【００５７】
図１６は、本発明によるデータ通信装置の第１０の実施例を示していおり、ここでは音声系データと非音声系データの双方にインターリーブ処理を行なう。一般に、音声を伝送する場合にはその属性やフレームのナンバリング等の音声以外の非音声データも同時に伝送される。先の例のように、音声系データにインタリーブ処理をしなければ、音声に付随して伝送される非音声データの誤り訂正率まで低下してしまう。これを防止するために、本例ではフレーム内の音声データについてはその順序を変更せず、一方音声に付随して伝送される非音声データについてはインタリーブ処理をしてから伝送している。
【００５８】
図１７には、音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の一例を示している。図１７の（ａ）には音声系データのインターリーブ処理を示しており、ここでＦｎは音声付随データ、Ｖｎは音声データ、そしてｎはデータ順序番号である。また、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の使用により各ブロック（シンボル）は２ビットデータに相当する。データはＦ１、Ｖ１、Ｖ２、…、Ｆ２６、Ｖ７、Ｖ８、…のように左から右へ、そして上から下へと順に送信される。
【００５９】
この例から明らかなように、音声データＶｎについてはデータ順序番号ｎの昇順（Ｖ１、Ｖ２、…）に送信されるが、音声付随データＦｎのデータの並びはインターリーブ処理によって不規則（Ｆ１、Ｆ２６、…）になっている。一方、図１７の（ｂ）の非音声系データでは全てのデータに対してインターリーブ処理がされており、ここでも非音声データＤｎは左から右へ、そして上から下へと順に送信されるが、データの並びは全て不規則（Ｄ１、Ｄ１２、…）になっている
【００６０】
図１８には、図１７の別の態様例を示している。図１８の（ａ）では図１７の（ａ）の音声系データにさらにパイロットシンボルＰを追加している。この場合、受信機側では音声系データに対して受信したパイロットシンボルＰを基準に準同期復調が行なわれる。また、図１８の（ｂ）の非音声系データは図１７の（ｂ）と同じであり、この場合には受信機側で遅延復調が行なわれる。なお、受信側のデインターリーブ処理では、図１７及び１８のいずれも送信側でインターリーブされたデータ列の逆の並び替えが行なわれる。
【００６１】
図１８の例は、音声系データの音声付随データ（Ｆｎ）に音声系データの種別（音声や動画像等）を示すデータを含めるような場合を想定している。この音声付随データを誤って復号すると音声系データが正しく認識できなくなるため、音声付随データの誤り率は音声データの誤り率よりもさらに低いことが望まれる。そこで、図１８の（ａ）の例では、準同期復調の際にパイロットシンボルに近いシンボルの誤り率が小さいことを利用して、音声付随データＦｎの近傍にパイロットシンボルＰを配置し、準同期復調による音声付随データＦｎの誤り率を一層低減している。
【００６２】
図１９は、本発明によるデータ通信装置の第１１の実施例を示している。本例では、非音声系データにのみ誤り検出符号を付加してフレーム信号の誤り検出処理を行なう。デジタル携帯電話では音声信号にも誤り検出符号を付加して伝送している。そして、音声信号の誤り訂正処理をした後に、誤り検出部を通して誤りが検出された場合には、当該フレーム信号のデータは棄却して直前に受信したフレーム信号のデータを補填する処理をしていた。
【００６３】
この処理で聴感が改善される場合もあるが、音声符号化方式によっては誤りを含んだまま音声復号部に送った方が聴感が良い場合がある。この場合には誤りを検出する必要がなくなるので、図１９の（ａ）に示すように音声系データには誤り検出符号を付加せずに伝送して、受信側では誤り検出処理はせずに音声復号部に送る。また、誤り検出符号に使っていた分を誤り訂正符号に使うことで誤り訂正能力を向上させることもできる。一方、図１９の（ｂ）に示すように非音声系データにのみ誤り検出符号（１６ビットのＣＲＣ符号）を付加してフレーム信号の誤り検出処理を行なう。
【００６４】
図２０は、図１９のチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示したものである。図２０の（ａ）の音声系データでは誤り訂正符合化／誤り訂正復号化の処理だけを行なう。一方、図２０の（ｂ）の非音声系データでは、送信側において先ず送信データに誤り検出符号を付加し、次にその誤り訂正符号化を行い、最後にそれをインターリーブしてから送信する。受信側では送信側とは逆の順番で受信信号のデインターリーブ、誤り訂正、そして誤り検出の各処理を順に行なっていく。
【００６５】
図２１及び２２には、本発明によるデータ通信装置の第１２の実施例を示している。図２１にはフレーム信号の一構成例を、図２２には受信機におけるスケルチ制御フローの一例をそれぞれ示している。ここでは、非音声系データに加えて音声系データの音声付随データに対しても誤り検出処理を行なう。先の例（図１９参照）では、受信電界強度が弱くなって頻繁に受信エラーが発生すると、聴感として音声がほとんど判別できずにそれが耳障りになることがある。しかしながら、音声系データには誤り検出符号がなく、誤りが多いことを検出して音声の受信出力を切断する等の処理ができなかった。
【００６６】
本例では、図２１に示すように音声系データの内で特にデータ量の少ない音声付随データに誤り検出符号（８ビットのＣＲＣ符号）を付加し、誤り率が所定の条件に達した時点で回線全体の質が劣化したと判断して音声の受信出力を切断する。これは、従来のＦＭ無線機のスケルチ機能に相当する。これにより不要な音声出力を防止できる。前記所定の条件として、例えばＮフレーム連続して誤りを検出した場合、Ｎ１フレーム中にＮ２フレーム以上誤りを検出した場合、等の種々のバリエーションが考えられる。
【００６７】
図２２に示す受信機のスケルチ制御フロー例によれば、受信した音声付随データに対して先ず誤り訂正処理を行い、次に誤り検出処理を行なう（Ｓ５０１及び５０２）。誤りが検出されなければスケルチカウンタＣに許容連続誤り回数Ｎを設定する（Ｓ５０３及び５０４）。この場合には、音声系データに誤り訂正処理がなされて、音声復号部へ訂正後のデータが出力される（Ｓ５０５及び５０６）。その結果、受信音声が出力される。
【００６８】
一方、誤りが検出される毎にスケルチカウンタＣが１デクリメントされ、誤りが連続してＮ回に達するまでは、上記した音声系データに誤り訂正処理がなされて、音声復号部へ訂正後のデータが出力される（Ｓ５０３、Ｓ５０７及び５０８、Ｓ５０５及び５０６）。もし、誤りがＮ回連続するとスケルチカウンタＣは満了し、音声系データの誤り訂正処理及び音声復号部へのデータ出力は行なわれない（Ｓ５０７〜５０９）。その結果、受信音声は出力されない（スケルチ機能）。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、音声や画像（動画像や静止画を含む）データのようにそれらの認知に人間の聴覚や視覚によって有る程度の冗長性が認められるデータとそれ以外のキャラクタデータのような冗長性のないデータとを共に伝送する通信装置であって、双方のデータに要求される通信品質（誤り率）、リアルタイム性、及び高速性等の要求を満たして効率的な伝送を行なうデータ通信装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデータ通信装置の第１の実施例におけるブロック構成例を示した図である。
【図２】第１の実施例における送信機の制御フロー例を示した図である。
【図３】π／４シフトＱＰＳＫ変調方式及び１６ＱＡＭ変調方式の信号点の例を示した図である。
【図４】本発明によるデータ通信装置の第２の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図５】第２の実施例における受信機のブロック構成例を示した図である。
【図６】第２の実施例における受信機の制御フロー例を示した図である。
【図７】本発明によるデータ通信装置の第３の実施例における同期シンボル変調の一例を示した図である。
【図８】本発明によるデータ通信装置の第４の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図９】本発明によるデータ通信装置の第５の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図１０】本発明によるデータ通信装置の第６の実施例におけるフレーム分割の一例を示した図である。
【図１１】本発明によるデータ通信装置の第７の実施例におけるブロック構成例を示した図である。
【図１２】第７の実施例における送信機の制御フロー例を示した図である。
【図１３】第７の実施例における受信機のブロック構成例を示した図である。
【図１４】本発明によるデータ通信装置の第８の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図１５】本発明によるデータ通信装置の第９の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図１６】本発明によるデータ通信装置の第１０の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図１７】第１０の実施例における音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の一例を示した図である。
【図１８】第１０の実施例における音声系データ及び非音声系データのインターリーブ処理の別の例を示した図である。
【図１９】本発明によるデータ通信装置の第１１の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図２０】第１１の実施例におけるチャネル符号化／チャネル復号化の処理の流れを示した図である。
【図２１】本発明によるデータ通信装置の第１２の実施例におけるフレーム信号の一例を示した図である。
【図２２】第１２の実施例における受信機のスケルチ制御フローの一例を示した図である。
【符号の説明】
１…送信機
２…受信機
１０…データ送信機器
１１…マイク
１２…送信スイッチ
１３…音声符号器
１４…制御部
１５…１６ＱＡＭ変調部
１６…π／４シフトＱＰＳＫ変調部
１７…変調切替スイッチ
１８…送信部
１９、２６…アンテナ
２０…データ受信機器
２１…スピーカ
２２…１６ＱＡＭ復調部
２３…音声復号器
２４…π／４シフトＱＰＳＫ復調部
３０…復調部
３１…同期検出部
４１…非音声チャネル符号化部
４２…音声チャネル符号化部
４３…非音声チャネル復号化部
４４…音声チャネル復号化部
Claims (8)
- 伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を位相変調により伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータに互いに異なる変復調処理を行なう変復調処理手段を有し、
前記変復調処理手段は、前記冗長性のあるデータに一定規則のパイロットシンボルを所定の短い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行い、前記冗長性のないデータには一定規則のパイロットシンボルを所定の長い間隔で挿入する準同期復調を用いた変復調処理を行なうことを特徴とするデータ通信装置。 - 伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なるインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうインタリーブ手段を有し、
前記インタリーブ手段は、前記冗長性のあるデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なわず、前記冗長性のないデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行ない、
前記インタリーブ手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータにインタリーブ／デインタリーブ処理を行なうことを特徴とするデータ通信装置。 - さらに、前記データの伝送のフレーム中に準同期復調を行なうための一定規則のパイロットシンボルを挿入するパイロットシンボル挿入手段を有し、前記パイロットシンボル挿入手段は前記冗長性のあるデータに付随する所定のデータの近傍に挿入されることを特徴とする請求項２記載のデータ通信装置。
- 伝送エラーが許容される冗長性のあるデータと伝送エラーが許容されない冗長性のないデータの双方を伝送するデータ通信装置であって、前記冗長性のあるデータと前記冗長性のないデータの伝送において互いに異なる誤り検出処理を行なう誤り検出処理手段を有し、
前記誤り検出処理手段は、前記冗長性のあるデータに誤り検出符号を付加せずに前記冗長性のないデータに誤り検出符号を付加し、
前記誤り検出手段は、さらに前記冗長性のあるデータに付随する同一フレーム内の所定のデータに誤り検出符号を付加し、その誤り検出符号による誤り検出が所定の条件に至ると前記データの伝送を終了することを特徴とするデータ通信装置。 - 前記冗長性のあるデータはその伝送に実時間性を要し、前記冗長性のないデータはその伝送に実時間性を要しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のデータ通信装置。
- 前記冗長性のあるデータは、音声データ又は動画像データであることを特徴とする請求項５記載のデータ通信装置。
- 前記冗長性のあるデータは、静止画像データであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のデータ通信装置。
- 前記データの伝送は、無線回線を通じて行なわれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のデータ通信装置。
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