JP4308533B2 - タンデムでない動作を可能にする広帯域幅の端末を使用した移動体通信 - Google Patents

Description

本発明は通信システム、特に通信システムにおける広帯域信号の送信に関する。

無線通信分野は、例えばコードレス電話、ページング、無線ローカルループ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、インターネット電話、衛星通信システムを含んだ多数の応用を有する。特に重要な応用は移動体加入者のためのセルラ電話である（ここで使用されるとき、用語“セルラ”システムはセルラおよび個人通信サービス（ＰＣＳ）周波数の両者を含んでいる）。種々の無線インターフェースは例えば周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）を含むこのようなセルラ電話システムで開発されている。それと関連して、種々の国内および国際標準が設定されており、例えばアドバンスト・モービルホン・サービス（ＡＭＰＳ）、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ）、暫定標準９５（ＩＳ−９５）を含んでいる。特にＩＳ−９５とそこから派生したＩＳ−９５Ａ、ＩＳ−９５Ｂ、ＡＮＳＩ Ｊ−ＳＴＤ−００８（ここでは多くは集合的にＩＳ−９５と呼ぶ）およびデータ等の提案された高データレートシステムは米国電気通信工業会（ＴＩＡ）、国際電気通信連合（ＩＴＵ）および他のよく知られた標準団体により公表されている。

ＩＳ−９５標準の使用にしたがって構成されたセルラ電子システムは高効率で頑丈なセルラ電話サービスを提供するためにＣＤＭＡ信号処理技術を使用する。実質上ＩＳ−９５標準の使用にしたがって構成された例示的なセルラ電話システムは米国特許第5,103,459 号および米国特許4,901,307 号明細書に記載されており、これらは本発明の出願人に譲渡され、ここで十分に参照される。ＣＤＭＡ技術を使用している１例の記載されたシステムはＴＩＡにより発行されたｃｄｍａ２０００ ＩＴＵ−Ｒ無線送信技術（ＲＴＴ）候補提案（ここではｃｄｍａ２０００と呼ぶ）である。ｃｄｍａ２０００の標準はＩＳ−２０００の草稿バージョンで与えられ、ＴＩＡにより認可されている。ｃｄｍａ２０００の提案は多数の方法でＩＳ−９５システムと両立する。別のＣＤＭＡ標準は文書番号3G TS 25.211、3G TS 25.212、3G TS 25.213、3G TS 25.214の第３世代パートナーシッププロジェクト“３ＧＰＰ”で実施されているＷ−ＣＤＭＡ標準である。

伝統的な陸線電話システムでは、送信媒体と端末は４０００Ｈｚに帯域幅を限定されている。スピーチは典型的に３００Ｈｚから３４００Ｈｚの狭い範囲で送信され、制御およびシグナリングオーバーヘッドはこの範囲外で伝送される。陸線電話システムの物理的な制約を考慮すると、セルラ電話システム内の信号伝播はこれらの同一の狭い周波数制約で行われ、それによってセルラ加入者装置から発生した呼は陸線装置へ送信されることができる。しかしながら、狭い周波数範囲を必要とする物理的な制限がセルラシステム内に存在しないので、セルラ電話システムはさらに広い周波数範囲で信号を送信することができる。広い周波数範囲による信号を発生するための例示的な標準は1989年に出版の“7kHz Audio-Coding within 64 kBits/s ”文書G.722 ITU-T で公表されている。

スピーチ信号の送信では、音響波形の知覚的品質はユーザおよびサービスプロバイダに非常にとって重要である。無線通信システムが５０Ｈｚから７０００Ｈの広帯域幅の周波数範囲で信号を送信するならば、広帯域幅信号の高い周波数成分を減衰できる狭帯域幅の環境を通過して広帯域幅信号が伝送されるときに転送問題が生じる。さらに発信源端末が広帯域幅信号を発生できるがターゲット端末の帯域幅容量に関する情報がないならば、呼設定問題が生じる。

したがって、狭帯域幅の送信媒体上で広帯域幅の無線端末が別の端末との通信を可能にする能力を有する通信システムを可能にすることが技術で現在必要とされている。

広帯域幅信号を無線通信システムを通して伝送するすぐれた方法および装置が提供される。１特徴では、その方法はターゲット端末が広帯域幅信号が生成され受信されることができるかを決定する。別の特徴では、方法は、狭帯域幅の通信システムによって広帯域幅スピーチ信号を送信する方法が提供され、その方法は、遠隔局から受信された複数のデータパケットから狭帯域幅のデジタル信号を基地局で発生し、複数のデータパケットは広帯域幅のスピーチ信号を伝播し、狭帯域幅デジタル信号を複数のデータパケットでパンクチャし、パンクチャされた狭帯域幅デジタル信号を狭帯域幅の通信システムによって第２の基地局へ送信し、第２の基地局で狭帯域幅のデジタル信号を複数のデータパケットから分離し、複数のデータパケットだけを第２の遠隔局へ転送することを含んでいる。

別の特徴では、無線環境でスピーチの品質を強化する方法が提供され、その方法は、パケット化された広帯域幅のスピーチ信号を第１の遠隔局から第１の基地局へ送信し、第１の基地局で、パケット化された広帯域幅スピーチ信号を狭帯域幅のパルス符号変調（ＰＣＭ）信号へ変換し、タンデムでないボコーダ動作（ＴＦＯ）について第１の基地局と第２の基地局間で交渉を行い、狭帯域幅のＰＣＭ信号をパケット化された広帯域幅スピーチ信号でパンクチャし、パンクチャされた狭帯域幅ＰＣＭ信号を第２の基地局へ送信し、広帯域幅容量について第２の基地局と第２の遠隔局との間で交渉を行い、第２の基地局で、パンクチャされた狭帯域幅ＰＣＭ信号を受信し、狭帯域幅ＰＣＭ信号を第２の基地局で廃棄し、ローカルボコーダを第２の基地局でディスエーブルし、パケット化された広帯域幅スピーチ信号は第２の遠隔局へ転送されるステップを含んでいる。

別の特徴では、広帯域幅の通信セッションと狭帯域幅の通信セッションとの間の透明な切換え方法が提供され、その方法は発信源端末から受信されたパケット化された広帯域幅信号から狭帯域幅信号を第１の基地局で発生し、狭帯域幅信号を広帯域幅信号でパンクチャし、パンクチャされた狭帯域幅信号を第１の基地局から第２の基地局へ送信し、パンクチャされた狭帯域幅信号から広帯域幅信号を抽出することにより第２の基地局とターゲット端末との間に広帯域幅の通信セッションを設定し、広帯域幅の通信セッションが中断されたならば、パンクチャされた狭帯域幅信号から狭帯域幅信号を抽出することにより第２の基地局とターゲット端末との間に狭帯域幅の通信セッションを設定することを含んでいる。

図１で示されているように、無線通信ネットワーク10は通常（移動体局または加入者装置或いはユーザ装置とも呼ばれる）複数の遠隔局 12a−12d 、（基地局トランシーバ（ＢＴＳ）またはノードＢとも呼ばれる）複数の基地局 14a−14d 、（無線ネットワーク制御装置またはパケット制御機能16とも呼ばれる）基地局制御装置（ＢＳＣ）、移動体交換センタ（ＭＳＣ）またはスイッチ18、パケットデータサービスノード（ＰＤＳＮ）、またはインターネットワーキング機能（ＩＷＦ）20、公共交換電話網（ＰＳＴＮ）（典型的に電話会社）22、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク24（典型的にインターネット）を含んでいる。簡潔にする目的で４つの遠隔局 12a−12d 、３つの基地局 14a−14c 、１つのＢＴＳ、１つのＢＳＣ16、１つのＭＳＣ18、１つのＰＤＳＮ20が示されている。任意の数の遠隔局12、基地局14、ＢＳＣ16、ＭＳＣ18、ＰＤＳＮ20が存在することが当業者に理解されよう。

１実施形態では、無線通信ネットワーク10はパケットデータサービスネットワークである。遠隔局 12a−12d はポータブルホン、ＩＰベースで動作するラップトップコンピュータウェブブラウザアプリケーション、関連するハンドフリーカーキット、ＩＰベースで動作するパーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、ウェブブラウザアプリケーション、ポータブルコンピュータに組込まれた無線通信モジュール、または無線ローカルループまたはメータ読取りシステムで見られるような固定位置の通信モジュールに接続されているセルラ電話のような任意の数の異なるタイプの無線通信装置であってもよい。最も普通の実施形態では、遠隔局は任意のタイプの通信装置であってもよい。

遠隔局 12a−12d は例えばＥＩＡ／ＴＩＡ／ＩＳ−７０７標準規格に記載されているような１以上の無線パケットデータプロトコルを実行するように構成されている。特定の実施形態では、遠隔局 12a−12d はＩＰネットワーク24を目的地とするＩＰパケットを発生し、ＩＰパケットを２地点間プロトコル（ＰＰＰ）を使用してフレームへカプセル化する。

１実施形態では、ＩＰネットワーク24はＰＤＳＮ20に結合され、ＰＤＳＮ20はＭＳＣ18に結合され、ＭＳＣ18はＢＳＣ16とＰＳＴＮ22に結合され、ＢＳＣ16は例えばＥ１、Ｔ１、非同期転送モード（ＡＴＭ）、ＩＰ、フレームリレイ、ＨＤＳＬ、ＡＤＳＬ、ｘＤＳＬ等を含む任意の幾つかの既知のプロトコルにしたがって、音声および／またはデータパケットの送信用に構成されているワイヤラインにより基地局 14a−14c に結合されている。別の実施形態では、ＢＳＣ16はＰＤＳＮ20に直接結合され、ＭＳＣ18はＰＤＳＮ20に結合されていない。別の実施形態では、遠隔局 12a-12dは第３世代パートナーシッププロジェクト２“３ＧＰＰ２”の“Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems”、３ＧＰＰ２文書番号C.P0002-A 、TIA PN-4694 に規定され、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−２０００−２−Ａ（草稿、編集バージョン３０）（1999年11月19日）として出版されており、ここで参考文献とされるＲＦインターフェースによって基地局 14a-14cと通信する。

無線通信ネットワーク10の典型的な動作中、基地局 14a−14c は電話呼、ウェブブラウジングまたは他のデータ通信に従事している種々の遠隔局 12a-12dから逆方向リンク信号のセットを受信して復調する。所定の基地局 14a−14c により受信される各逆方向リンク信号はその基地局 14a−14c 内で処理される。各基地局 14a−14c は順方向リンク信号のセットを復調して遠隔局 12a-12dへ送信することによって複数の遠隔局 12a-12dと通信することができる。例えば図１に示されているように、基地局14a は第１および第２の遠隔局12a 、12b と同時に通信し、基地局14c は第３および第４の遠隔局12c 、12d と同時に通信する。結果的なパケットはＢＳＣ16へ転送され、１つの基地局 14a−14c から別の基地局 14a−14c への特定の遠隔局 12a-12dの呼のソフトハンドオフの組織化を含む呼リソース割当ておよび移動性管理機能を行う。例えば、遠隔局12c は２つの基地局14b 、14c と同時に通信している。結局、遠隔局12c が１つの基地局14c から十分に離れて移動するとき、呼は他の基地局14b へハンドオフされることができる。

送信が通常の電話呼であるならば、ＢＳＣ16は受信されたデータをＭＳＣ18へ伝送し、そのＭＳＣ18はＰＳＴＮ22とインターフェースするために付加的な経路設定サービスを行う。送信がＩＰネットワーク24を目的地とするデータ呼のようなパケットベースの送信であるならば、ＭＳＣ18はデータパケットをＰＤＳＮ20へ伝送し、ＰＤＳＮ20はパケットをＩＰネットワーク24へ送信する。代わりに、ＢＳＣ16はパケットを直接的にＰＤＳＮ20へ伝送し、ＰＤＳＮ20はパケットをＩＰネットワーク24へ送信する。

典型的に、アナログ音声信号のデジタル信号への変換はエンコーダにより行われ、デジタル信号を音声信号へ戻す変換はデコーダにより行われる。１例のＣＤＭＡシステムでは、エンコーダ部分とデコーダ部分との両者を有するボコーダは遠隔局と基地局内で照合される。１例のボコーダは出願人に譲渡された米国特許第5,414,796 号明細書（発明の名称“Variable Rate Vocoder ”）に記載されており、ここで参考文献とされている。ボコーダでは、符号化部分は人間のスピーチ発生のモデルに関するパラメータを抽出する。復号化部分は伝送チャンネルによって受信されたパラメータを使用してスピーチを再度合成する。モデルは時間変化するスピーチ信号を正確にモデル化するため常に変化している。したがって、スピーチは時間のブロックまたは解析フレームに分割され、その期間中にパラメータが計算される。パラメータはその後、各新しいフレームで更新される。ここで使用されるように、用語“デコーダ”は送信媒体によって受信されているデジタル信号の変換に使用されることのできる任意の装置または装置の任意の部分である。用語“エンコーダ”は音響信号のデジタル信号への変換に使用されることのできる任意の装置または装置の任意の部分である。ここで説明する実施形態はＣＤＭＡシステムのボコーダ、または代わりにＣＤＭＡではないシステムのエンコーダおよびデコーダで実行されることができる。

図４は図１の無線通信システムの通信装置内に位置されている種々のボコーダにより実行される符号化および復号化機能のブロック図である。遠隔局または端末12a は符号化部分402 と復号化部分403 を有するボコーダ401 を具備する通信装置である。アナログ音声は遠隔端末12a により受信され、復号化部分402 によりパケット化されたデータへ符号化される。パケット化されたデータは基地局14a へ送信される。ボコーダ411 の復号化部分413 はＰＳＴＮ（図示せず）で送信するためパケット化されたデータを標準的なパルスコード変調された信号（ＰＣＭ）へ変換する。ＰＣＭ信号はＰＳＴＮによってターゲット基地局14b へ送信され、ターゲット基地局14b はターゲット遠隔端末12b をページする。ターゲット基地局14b におけるボコーダ421 の符号化部分422 は遠隔端末12b へ送信するためＰＣＭ信号をパケット化されたデータへ符号化する。遠隔端末12b におけるボコーダ431 の復号化部分433 はパケット化されたデータを復号し、合成されたスピーチを形成する。

前述のプロセスはまた遠隔端末12b から遠隔端末12a へ信号を伝送するために使用される。図４で示されているように多数のボコーダの使用は“タンデムボコーディング”と呼ばれる。スピーチ信号の劣化はスピーチ信号について行われる何回もの符号化および復号化機能により生じる。タンデムボコーディングは基地局のボコーダがターゲット目的地のボコーダと同一の構造を有するならば、バイパスされることができる。ボコーダバイパスの構成の詳細は出願人に譲渡された米国特許第5,956,673 号明細書（発明の名称“Detection and Bypass of Tandem Vocoding Using Detection Codes ”）に記載されており、ここで参考文献とされている。特に、疑似ランダム検出コードはＰＣＭ出力中に埋設され、それによって正確なサービス選択肢プログラミングを有する受信するボコーダはコードを検出することができ、発生パーティが類似のボコーダを使用したという結論を下す。遠隔端末のボコーダが同じであるならば、ターゲット遠隔端末のデコーダは発生地遠隔端末により発生された符号化されたスピーチを復号できる。

音響スピーチは通常、低および高周波数成分から構成される。しかしながら、通常の電話機システムの物理的な限定により、入力スピーチは帯域幅を狭い範囲の２００Ｈｚから３４００Ｈｚへ制限する。フィルタは出力波形を発生するために入力波形の周波数スペクトルを変更する装置である。このような変更は伝達関数Ｈ（ｆ）＝Ｙ（ｆ）／Ｘ（ｆ）により特徴付けされ、これは周波数ドメインにおけるもとの入力波形ｘ（ｔ）に対して変更された出力波形ｙ（ｔ）に関する。

図２のＡは平坦な周波数応答特性を有する狭帯域幅フィルタのスペクトルを示している。この特徴を有する装置の１例はマイクロホンである。示されているように、低い周波数は過剰に強調され、高い周波数は削除されている。このフィルタを通過する入力信号は人間の耳に知覚的に不快な出力波形を生じ、即ち濾波されたスピーチは消音される。

図２のＢは１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間の周波数を強調する狭帯域幅のフィルタのスペクトルを示している。この例では、低い周波数は減衰されるが、１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間の周波数スペクトルは強調される。この周波数範囲の強調は３４００Ｈｚを超える周波数成分の省略を知覚的に補償する。したがって濾波された信号を聞くとき、さらに“自然”で理解しやすい音響がエンドユーザにより知覚される。

無線電話の改良により、多くの無線通信システムは５０Ｈｚと７０００Ｈｚのさらに広い範囲で音響信号を伝播することができる。このような信号は広帯域幅信号と呼ばれる。この周波数範囲を使用する通信は1989年に出版された文献Ｇ．７２２ ＩＴＵ−Ｔ（名称“7kHz Audio-Coding within 64 kBits/s ”）で標準化されている。７０００Ｈｚまでの周波数成分は広帯域幅のシステムにより伝送されることができるので、典型的な広帯域幅のデコーダは平坦な周波数応答特性で構成されることができる。図３は広帯域幅信号の平坦な周波数スペクトルのグラフである。３４００Ｈｚと７０００Ｈｚとの間の周波数成分が含まれるので強調は必要とされない。これらの高い周波数成分を含むことによって１０００Ｈｚと３４００Ｈｚとの間の周波数範囲を強調する必要なく知覚的に理解可能な波形を発生することができる。

現在の技術の状態では、広帯域幅信号は３４００Ｈｚにおける単純な周波数カットオフにより狭帯域幅の端末／システムの制約に帯域幅を限定される。この広帯域幅から狭帯域幅への変換は広帯域幅信号がローパスフィルタを通過し、結果をダウンサンプリングすることにより実現されることができる。すなわち変換された広帯域幅信号のスペクトルは図２のＡのスペクトルに非常によく似ている。前述したように、この平坦な周波数応答特性は人間の知覚に対しては許容できない波形を発生する。この問題を解決するための帯域幅切換えフィルタは本発明の出願人に譲渡された2001年１月24日出願の米国特許出願第09/771,508号明細書（発明の名称“Enhanced Conversion of Wideband Signals to Narrowband Signals ”）で説明され、ここで参考文献とされている。前述の米国特許明細書では、広帯域幅信号は快適な音響特性を有する狭帯域幅信号に変形されることができる。

しかしながら、広帯域幅の端末が多数のボコーダを使用する無線通信システム内で使用されるとき問題が生じる。即ち、広帯域幅信号は送信媒体の現在の容量限定によりタンデムボコーディングを受けることができない。現在、ＰＳＴＮ接続に対する最大のデータ容量は６４ｋｂｐｓである。狭帯域幅信号では、８０００サンプル／秒がもとの信号の正確な再構成で得られなければならない。標準的なＰＣＭサンプルデータは８ビットシンボルを使用して表される。８ビットシンボルの使用によって、量子化エラーを最小にしながら、ＰＳＴＮ接続の最大のデータ容量に到達する（８０００サンプル／秒×８ビット／サンプル＝６４，０００ｂｐｓ）。

しかしながら、広帯域幅信号に対しては、１６，０００サンプル／秒がもとの信号の正確な再構成で得られなければならない。６４ｋｂｐｓ限定内に適合するために、ＰＣＭサンプルは４ビットシンボル（１６，０００×４＝６４，０００）により表されなければならない。このシンボル長を短くすることにより、信号の再構成中に許容できない量の量子化エラーが発生する。

１実施形態では、６４ｋｂｐｓのＰＳＴＮ接続の物理的な制約から生じる問題はタンデムでない動作（ＴＦＯ）モードの実行により防止されることができ、ここで広帯域幅信号は８ビットＰＣＭシンボルおよびＰＣＭシンボルにパンクチャされたパケット化されたデータの使用によって、ＰＳＴＮから広帯域幅の端末へ伝送されることができる。１特徴では、広帯域幅のスピーチ信号を含んでいるパケットは疑似ランダム方法によって、ＰＣＭデータフォーマットの仮数値部分の下位桁ビット（ＬＳＢ）へ埋没される。パンクチャされたＰＣＭシンボルを受信するとき、基地局のボコーダは受信されたＰＣＭシンボルをパケット化されたデータへ伝送するのを停止し、単に既に受信されたパケット化されたデータをターゲット端末へ送る。したがって符号化ステップは通信セッションから省略される。

別の実施形態では、呼設定手順が提供され、広帯域幅のタンデムでない動作（ＴＦＯ−ＷＢ）の交渉（ネゴシエーション）は通信システム内の種々の通信装置間で行われる。

別の実施形態では、呼設定手順が説明され、ここでは狭帯域幅のタンデムでない動作（ＴＦＯ−ＮＢ）とＴＦＯ−ＷＢ間の変換がユーザ間の音響品質に影響せずに行われることができる。

図５はＴＦＯ−ＷＢ通信セッションの呼設定手順のフローチャートである。ステップ500 で、端末と基地局との間の呼設定交渉が開始する。交渉中、基地局は端末が広帯域幅で可能であることを決定する。ステップ501 で、広帯域幅の端末は広帯域幅信号を符号化し、符号化された（パケット化された）データを第１の基地局へ送信する。ステップ502 において、第１の基地局はパケット化された広帯域幅信号を復号し、それを米国特許出願第09/771,508号明細書に記載されている装置および方法を使用して狭帯域幅信号に変換する。基地局または移動体交換センタのレジスタは第２の基地局がターゲット端末にサービスすることを示している情報を記憶する。図を簡明にする目的で、移動体交換センタとＰＳＴＮによる送信は省略されているが、当業者は送信リレイの中間点はここで説明する本発明の技術的範囲を理解するためにここで説明する必要がないことを理解するであろう。

ステップ503 において、第１の基地局はサービスを交渉するために第２の基地局と連絡を取る。ステップ504 で、第２の基地局はターゲット端末をページし、呼を設定する。構成メッセージがＩＳ−９５、ｃｄｍａ２０００、ＷＣＤＭＡ、ＴＤＭＡまたはＦＤＭＡ標準方式にしたがってページングチャンネルで送信される。ステップ505 において、タンデムボコーディングセッションが広帯域幅の端末とターゲット端末との間で開始する。

ステップ506 において、第１の基地局の制御素子と第２の基地局の制御素子がタンデムでない動作について交渉し、ここでは交渉の成功には以下説明する理由で、エコー消去装置のような“パス内”装置をディスエーブルすることが含まれている。その代わりに、ターゲット端末が発信源端末と同一のボコーダ構造を共有しないならば、ステップ511 において、制御素子はサービス選択肢信号が第１の基地局から発信源端末へ送信されることが決定され、通信セッションが狭帯域幅の信号を使用して継続される。

ステップ507 において、ステップ506 の交渉がタンデムでない動作が許容可能であることを示した後、第１の基地局のエンコーダは狭帯域幅の信号をＰＣＭデジタル信号へ変換する。発信源端末からのパケット化された広帯域幅の信号は基地局間の交渉の完了後ＰＣＭデジタル信号のビット流にパンクチャされる。ステップ508 で第１の基地局はパンクチャされた狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号を第２の基地局へ送信する。

ステップ509 において、第２の基地局はターゲット端末の周波数容量に関するリクエストメッセージを送信する。第２の基地局が確認メッセージを受信し、ターゲット端末が広帯域幅のスピーチ信号を処理および発生できることを示したならば、ステップ513 で第２の基地局のエンコーダは狭帯域幅のＰＣＭ信号を構成するビットを廃棄し、ステップ514 で広帯域幅のスピーチ信号を表すパケット化されたデータのビットを転送する。ＰＣＭデータビットが廃棄されパケットデータビットだけが転送されるならば、ＰＣＭデータビットから再発生される音響信号を通常強調するパス内装置はディスエーブルされなければならない。

ターゲット端末がパケット化された広帯域幅のスピーチ信号を処理するためには、ターゲット端末に位置するボコーダは発信源端末のボコーダと同一または類似の構造をもたなければならない。ターゲット端末はこの実施形態を構成するために発信源端末により使用される符号化方式を復号できなければならない。したがって遠隔局のボコーダの類似性について一度肯定的な決定がなされると、送信はターゲット基地局のボコーダの復号化部分の動作なく継続することができる。他のパス内装置のように、ターゲット基地局のボコーダの復号化部分はディスエーブルされる。

ターゲット端末が広帯域幅で可能ではないが発信源端末とボコーダ構造を共有しているならば、ステップ510 でこのような限定を示すメッセージがターゲット基地局から発信源基地局へ送信される。ステップ512 で、サービス選択肢信号が第１の基地局の制御素子から発信源端末へ送信され、ここではステップ520 でサービス選択肢信号は第１の基地局へ狭帯域幅の信号を送信するように広帯域幅の端末に命令する。

ターゲット端末は音響品質の損失なく広帯域幅の信号を処理することはできないので、広帯域幅の端末が広いスペクトル周波数応答特性を有する信号を送信し続けることを可能にすることによってシステムリソース（即ち発信源端末と基地局との間のリンク容量）を無駄にする。しかしながらボコーダ間の類似性は前述の米国特許第5,956,673 号明細書で詳細にされているようにシステムがタンデムでない動作を行うことを可能にする。したがってシステムはステップ521 で狭帯域幅のタンデムでないボコーディングを使用することにより信号を送信するように構成されることができ、またはボコーダが類似ではないならば、標準的なタンデムボコーディングを使用することにより信号を送信するように構成されることができる。

要約すると、発信源端末のボコーダがターゲット端末のボコーダと同一構造を有するならば、前述の設定手順からの結果的な通信セッションが構成され、それによって発信源端末は第１の基地局へ広帯域幅の信号を伝送する複数のパケットを送信することができ、第１の基地局はパケット化された広帯域幅の信号を復号し、広帯域幅の信号を狭帯域の信号に変換し、狭帯域の信号を標準的な６４ｋＨｚのＰＳＴＮ伝送線の制約に適合するＰＣＭ信号へデジタル化し、広帯域幅の信号を伝送する複数のパケットからのビットでＰＣＭ信号をパンクチャする。第２の基地局で、受信されたＰＣＭ信号ビットは廃棄され、パケット化された広帯域幅の信号はターゲット端末へ転送される。ターゲット端末で、ボコーダはパケット化された広帯域幅の信号を復号し、ユーザのために音響スピーチ信号を合成する。

この信号転送方式はまたターゲット端末で発生し発信源端末で終了するスピーチに対して行われることが理解されるべきである。この実施形態では、狭帯域幅のＰＣＭ信号の送信は適切な法律に基づいた当局によってパーティ間通信のアクセス能力を必要とする連邦指令にしたがってのみ必要であることも理解されるべきである。しかしながら、以下の実施形態では、狭帯域幅のＰＣＭ信号は広帯域幅の通信セッションが既に設定された後、狭帯域幅と広帯域幅のサービス選択肢間の透明な切換えを可能にするために使用されることができる。

図６は通信システムが狭帯域幅のタンデムでない動作（ＴＦＯ−ＮＢ）と広帯域幅のタンデムでない動作（ＴＦＯ−ＷＢ）と標準的な狭帯域幅のタンデムのボコーディング間で切換えられることを許容する手順のフローチャートである。ステップ600 で、発信源端末は通常の狭帯域幅のタンデムボコーディングを使用してターゲット端末と通信している。ステップ601 で、発信源基地局の制御素子は発信源端末が広帯域幅のスピーチ信号を発生することができ、発信源端末と基地局間のリンクがパケット化された広帯域幅の信号の送信をサポートできることを決定する。発信源端末が広帯域幅で可能ではないならば、タンデムボコーディングはステップ602 で継続する。

発信源端末が広帯域幅で可能であるならば、ステップ603 で、発信源基地局はタンデムでないボコーディングを実行するためターゲット基地局と交渉する。交渉が失敗したならば、標準的な狭帯域幅のタンデム動作はステップ600 へ継続する。交渉が成功であるならば、ステップ605 でターゲット基地局はターゲット端末が広帯域幅のスピーチ信号を処理し発生できるか否かについてのリクエストメッセージをターゲット端末へ送信する。ターゲット端末が広帯域幅で可能ではないならば、プログラムフローはステップ610 へ続き、狭帯域幅のタンデムでないボコーディングが開始する。

ターゲット基地局がターゲット端末からの確認メッセージを受信したならば、ステップ606 で、ターゲット端末とターゲット基地局は広帯域幅のタンデムでない動作について交渉する。ステップ606 で交渉が成功したときＴＦＯ−ＷＢの実行が行われる。ステップ612 で、インジケータ信号がターゲット基地局から発信源基地局へ送信され、発信源基地局は発信源端末に広帯域幅の信号の送信を開始するように通知する。プログラムの流れのこの点まで、発信源端末は狭帯域幅のタンデムボコーディングモードで送信していることに注意すべきである。

ステップ607 で、発信源基地局は広帯域幅のパケットでパンクチャされた狭帯域幅のパルスコード変調（ＰＣＭ）デジタル信号を送信する。先の実施形態で前述したように、このパンクチャされた狭帯域幅のＰＣＭ信号は発信源端末で広帯域幅の信号を発生し、データパケットの広帯域幅の信号を送信し、パケットから広帯域幅の信号を抽出し、広帯域幅の信号を狭帯域幅の信号へ変換し、狭帯域幅の信号を狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号へ符号化し、狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号を発信源端末から発信源基地局へ送信されたパケット化された広帯域幅の信号からのビットでパンクチャするステップによって発生される。広帯域幅のスピーチ信号を狭帯域幅の信号へ変形する方法および装置は米国特許出願第09/771,508号明細書で与えられている。

しかしながら、図５で説明されている実施形態と異なって、ターゲット基地局は狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号を廃棄しない。ステップ608 で、ターゲット基地局はパンクチャされた狭帯域幅のＰＣＭ信号を受信し、パンクチャされた信号から狭帯域幅のＰＣＭ信号部分を抽出し、ローカルボコーダの状態メトリックスを更新するために抽出された狭帯域幅のＰＣＭ信号部分を使用する。

ターゲット基地局の制御素子がステップ609 でＴＦＯ−ＷＢセッションの中断を検出したならば、ターゲット基地局は狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号の廃棄を停止し、デジタル信号の音響スピーチへの変換を開始する。したがってシステムはステップ600 のように狭帯域幅のタンデムボコーディングを使用して通信セッションを継続する。ボコーダ状態メトリックスは受信されたデジタル信号により更新されるので、パケット化された広帯域幅の信号から狭帯域幅のＰＣＭ信号への切換えはユーザに透明であり、即ち音響品質の損失は知覚されない。中断の１つの理由は全てのＴＦＯ−ＷＢセッション中にパス内装置をディスエーブルすることに対する故障である。

代わりに、広帯域幅のサービス選択肢が通信リレイの任意の部分間において交渉が成功しなかったならば、またはサービスが中断されたならば、狭帯域幅のスピーチパケットが発生され各端末により交換され、ＴＦＯ−ＮＢが実行される。ＴＦＯ−ＮＢはもとの音響スピーチにおける符号化および復号化ステップの減少によりタンデムボコーディングよりも優れている。ステップ610 で、発信源基地局は狭帯域幅のパケットでパンクチャされた狭帯域幅のＰＣＭデジタル信号を送信する。狭帯域幅のパケットは発信源基地局から通知を受信したとき発信源端末から直接発生でき、または狭帯域幅のパケットは受信された広帯域幅のパケットから発信源基地局により発生されることができる。ステップ611 でターゲット基地局ボコーダの状態メトリックスが更新される。ＴＦＯ−ＮＢセッションが中断されるならば、ターゲット基地局はＰＣＭ信号の廃棄を停止し、ステップ609 でＰＣＭ信号の音響スピーチへの変換を開始する。プログラムフローはその後、発信源端末とターゲット端末間の標準的なタンデムボコーディング通信セッションへ進む。

したがって、広帯域幅または狭帯域幅のいずれか一方の環境で広帯域幅の端末の使用を容易にする優秀で改良された方法および装置を説明した。当業者はここで説明した実施形態を伴って示した種々の図示の論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップが、電子ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその組合わせとして実行されることを理解するであろう。種々の例示されたコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、ステップをそれらの機能に関して一般的に説明した。機能がハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアであるかは特定の応用およびシステム全体に課された設計制約に基づいている。当業者はこれらの状態下でハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアの互換性と、各特定の応用についての説明した機能を最良に実行する方法を認識するであろう。

ここで説明した実施形態を伴う種々の図示された論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップの実行はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラム可能な論理装置、ディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理装置、ディスクリートなハードウェアコンポーネントで実行または行われる。プロセッサが実行する１組のファームウェア命令、任意の通常のプログラム可能なソフトウェアモジュールおよびプロセッサ、またはその任意の組合わせはここで説明する制御素子の機能を実行するように設計されることができる。プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、その代わりに、プロセッサは任意の通常のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置または状態マシーンであってもよい。ソフトウェアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取出し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭまたは任意の他の形態の技術で知られている記憶媒体に存在する。１例のプロセッサは情報を記憶媒体から読取り、そこへ書込むように記憶媒体に結合されている。ＡＳＩＣは電話機または他のユーザ端末に存在してもよい。その代りとして、プロセッサおよび記憶媒体は電話機または他のユーザ端末に存在してもよい。プロセッサはＤＳＰとマイクロプロセッサの組合わせとして、またはＤＳＰコアと関連した２つのマイクロプロセッサとして構成されてもよい。当業者は前述の説明で参照されたデータ、指令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップが電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、光フィールドまたは粒子或いは任意のその組合わせにより表されることをさらに認識するであろう。

以上、本発明の種々の実施形態を示し説明した。しかしながら本発明の技術的範囲から逸脱せずに多数の変更をここで説明した実施形態に対して行ってもよいことは当業者には明白であろう。

例示的な通信システムの概略図。 平坦な狭帯域幅周波数応答特性のグラフおよび、１０００Ｈｚと３４００Ｈｚの間の周波数を強調している狭帯域幅フィルタのスペクトルのグラフ。 平坦な広帯域幅周波数応答特性のグラフ。 無線通信システムで使用するエンコーダおよびデコーダのブロック図。 広帯域幅信号を発生できる端末の呼設定手順のタイミング図。 広帯域幅と狭帯域幅の通信セッション間の変換のフローチャート。

Claims (16)

1. 狭帯域幅のスピーチ信号を伝播するように設計された通信システムによって広帯域幅のスピーチ信号を送信する方法において、
   遠隔局から、符号化された広帯域幅スピーチ信号を伝播する複数のデータパケットを受信して、受信された複数のデータパケットからデジタル狭帯域幅スピーチ信号を基地局で生成し、
   デジタル狭帯域幅スピーチ信号を複数のデータパケットでパンクチャし、
   パンクチャされたデジタル狭帯域幅スピーチ信号を狭帯域幅で動作可能な通信システムによって第２の基地局へ送信し、
   第２の基地局でデジタル狭帯域幅スピーチ信号を複数のデータパケットから分離し、
   複数のデータパケットだけを第２の遠隔局へ転送する送信方法。
2. デジタル狭帯域幅スピーチ信号のパンクチャはデジタル狭帯域幅スピーチ信号の下位桁ビットで行われる請求項１記載の方法。
3. さらに、第１の基地局と第２の基地局で複数のパス内の装置をディスエーブルする請求項１記載の方法。
4. 複数のパス内装置はエコー消去装置を備えている請求項３記載の方法。
5. 複数のパス内装置はボコーダの復号化部分を備えている請求項３記載の方法。
6. 第１の基地局と第２の基地局との間でタンデムでない動作に対してパンクチャステップ前に交渉するステップをさらに含んでいる請求項１記載の方法。
7. デジタル狭帯域幅のスピーチ信号はパルス符号変調された（ＰＣＭ）信号である請求項１記載の方法。
8. 無線環境でスピーチの品質を強化する方法において、
   パケット化された広帯域幅スピーチ信号を第１の遠隔局から第１の基地局へ送信し、
   第１の基地局で、パケット化された広帯域幅スピーチ信号を狭帯域幅のパルス符号変調（ＰＣＭ）信号の形態の狭帯域幅スピーチ信号へ変換し、
   タンデムでないボコーダ動作（ＴＦＯ）のために第１の基地局と第２の基地局との間で交渉を行い、
   狭帯域幅ＰＣＭ信号をパケット化された広帯域幅スピーチ信号でパンクチャし、
   パンクチャされた狭帯域幅ＰＣＭ信号を第２の基地局へ送信し、
   広帯域幅の容量について第２の基地局と第２の遠隔局との間で交渉を行い、
   第２の基地局で、パンクチャされた狭帯域幅ＰＣＭ信号を受信し、
   狭帯域幅のＰＣＭ信号を第２の基地局で廃棄し、ローカルボコーダを第２の基地局でディスエーブルし、パケット化された広帯域幅スピーチ信号を第２の遠隔局へ転送する方法。
9. 広帯域幅通信セッションと狭帯域幅通信セッションとの間の透明な切換えを行う方法において、
   発信源端末から受信されたボコーディングされた広帯域幅信号から狭帯域幅信号を第１の基地局で発生し、
   狭帯域幅信号をボコーディングされた広帯域幅信号でパンクチャし、
   パンクチャされた狭帯域幅信号を第１の基地局から第２の基地局へ送信し、
   パンクチャされた狭帯域幅信号からボコーディングされた広帯域幅信号を抽出することにより第２の基地局とターゲット端末との間に広帯域幅通信セッションを設定し、
   広帯域幅通信セッションが中断されたならば、第２の基地局とターゲット端末との間に狭帯域幅通信セッションを設定する切換え方法。
10. 広帯域幅通信セッションはタンデムでないモードである請求項９記載の方法。
11. 狭帯域幅通信セッションがタンデムボコーダモードで行われ、
    パンクチャされた狭帯域幅信号から狭帯域幅信号を抽出し、
    ターゲット端末へ送信するために抽出された狭帯域幅信号を符号化するステップをさらに含んでいる請求項９記載の方法。
12. 狭帯域幅通信セッションがタンデムでないモードで行われ、
    さらに、第１の基地局で発生された狭帯域幅信号からパケット化された狭帯域信号を発生し、
    パケット化された広帯域信号ではなくパケット化された狭帯域信号で狭帯域幅信号をパンクチャし、パケット化された狭帯域幅信号は第２の基地局においてパンクチャされた狭帯域幅信号から抽出されることをさらに含んでいる請求項９記載の方法。
13. 狭帯域幅の通信セッションがタンデムでないモードで行われ、
    パケット化された狭帯域幅信号を送信するために発信源端末をシグナリングし、
    発信源端末から第１の基地局へパケット化された狭帯域幅信号を送信し、
    パケット化された狭帯域幅信号から狭帯域幅信号を発生し、
    広帯域信号ではなくパケット化された狭帯域信号で狭帯域幅信号をパンクチャし、パケット化された狭帯域幅信号は第２の基地局でパンクチャされた狭帯域幅信号から抽出され、ローカルボコーダはバイパスされることをさらに含んでいる請求項９記載の方法。
14. 狭帯域幅の通信システムによって広帯域幅スピーチ信号を送信する装置において、
    遠隔局から受信された符号化された広帯域幅のスピーチ信号を伝播する複数のデータパケットから、デジタル狭帯域幅スピーチ信号を基地局において発生する手段と、
    デジタル狭帯域幅スピーチ信号を複数のデータパケットでパンクチャする手段と、
    パンクチャされたデジタル狭帯域幅スピーチ信号を狭帯域幅の通信システムによって第２の基地局へ送信する手段と、
    第２の基地局でデジタル狭帯域幅スピーチ信号を複数のデータパケットから分離する手段と、
    複数のデータパケットを第２の遠隔局へ転送する手段を具備している装置。
15. 狭帯域幅の通信システムによって広帯域幅スピーチ信号を送信する装置において、
    基地局に位置し、メモリ素子中に記憶されている１組の命令を実行するように構成されている制御素子を具備しており、１組の命令は、
    デジタル広帯域幅スピーチ信号からデジタル狭帯域幅スピーチ信号を発生する帯域幅切換えフィルタを管理し、
    デジタル狭帯域幅スピーチ信号のデジタル広帯域幅スピーチ信号によるパンクチャを管理し、
    基地局と第２の基地局との間に広帯域幅の通信セッションを設定し、
    広帯域幅の通信セッションが中断されたならば、基地局と第２の基地局との間に狭帯域幅の通信セッションを設定し、狭帯域幅信号はデジタル広帯域幅スピーチ信号ではなくデジタル狭帯域幅スピーチ信号からのパケット化された形態でパンクチャされる装置。
16. 狭帯域幅の通信システムによって広帯域幅スピーチ信号を送信する装置において、
    基地局に位置し、メモリ素子中に記憶されている１組の命令を実行するように構成されている制御素子を具備しており、前記１組の命令は、
    基地局と発信源基地局との間における呼設定を交渉し、
    発信源基地局から受信されたパルス符号変調（ＰＣＭ）信号の中のパンクチャされたパケット化された信号の抽出を管理し、
    ＰＣＭ信号をパケット化された送信フォーマットに符号化するボコーダの符号化部分をディスエーブルし、
    抽出されたパケット化された信号のターゲット端末への送信を管理するものである装置。

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