JP4705879B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、デジタル化した音声信号などのデータを、中継器を介して無線通信する技術に関するものである。

従来より、パケット通信技術を用いた無線通信システムにおいて、通信可能範囲を拡大する意味で中継器が用いられることがある。
このようなデジタル無線通信システムにおいては、通信過程でのエラー発生に対処するために種々の技術が提案・採用されている。
例えば、エラー回復能力の高い符号化方式を採用することに加えて、受信側で正常に処理できなかった場合には、送信側が自動的にデータの再送を行うような方式や、送信側では同一データを組み込んだ複数のデータパケットを連続送信し、受信側では受信した複数のデータパケットの中からエラーの無いデータパケットを選択して処理する方式（特許文献１参照。）などがある。

特開平１１−２６１４６５号公報

このような方式によってもエラーを回復できない場合には、音声通信において、エラーを含んだままのデジタル信号をアナログ信号に復号してスピーカやイヤフォンなどから出力すると、大きな音量の雑音として出力される危険性がある。

そこで、本発明は、受信時にはエラーによるノイズが抑圧された音声信号が出力可能な無線通信システムの提供を目的としてなされたものである。

本発明にかかる無線通信システムは、
無線送信局から無線中継局を介して無線受信局に音声データを組み込んだデータパケットの無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記無線中継局は、受信したデータパケットにエラーを検出した場合には、そのデータパケットにエラー検出データを組み込んで無線受信局に送信するように構成され、
無線受信局は、受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて音声信号処理をすることを特徴とするものである。
請求項２の無線中継局は、
請求項１に記載の無線通信システムに用いる無線中継局であって、
受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて送信する置き換え送信手段を備えていることを特徴としている。
請求項３の無線受信局は、
請求項１に記載の無線通信システムに用いる無線受信局であって、
受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換える置き換え受信手段を備えていることを特徴としている。

本発明の無線通信システムによれば、
無線中継局において、受信したデータパケットにエラーを検出した場合には、そのデータパケットにエラー検出データを組み込んで無線受信局に送信し、無線受信局においては、受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて音声信号処理をするので、前記エラーによるノイズ音が出力されずノイズ抑制効果が得られるのである。
しかも、無線中継局においては、スクランブルを解除したり生成したりする処理が不要となるので、データ処理の負担が軽減される。
請求項２の無線中継局は、
受信したデータパケットにエラーを検出した場合には、そのデータパケットにエラー検出データを組み込んで送信するので、前記無線通信システムに使用して、上記効果を得ることができる。
請求項３の無線受信局は、
受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて処理するので、前記無線通信システムに使用して、上記効果を得ることができる。

以下に、本発明にかかる無線通信システムを、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１は前記実施形態の無線中継局の動作ブロック図であり、
この無線中継局１は、
中継すべき無線送信局からの信号を受信して復調処理する受信データ復調手段１１と、
復調した受信データのデータパケットにパケットロスなどのエラー発生が検出された場合には、エラー検出データとしてのエラーフラグを立てるエラー検出手段１２と、
エラーフラグ処理がなされたデータパケットから送信データを構築するデータ構築手段１３と、
構築された送信データを変調して送信する送信データ変調手段１４と
を備えている。
前記データパケットには、送信すべきデータとして、アナログ音声信号をデジタル処理した音声データが組み込まれている。
また、無線中継局１は、インターネット、イントラネット、パケット交換網、ＬＡＮ等のネットワークからの信号を受信して、無線中継局１に設けられたネットワークインターフェースに有線で入力する構成も備えている。ネットワークから入力された信号は復調され、スクランブルを解除されていない状態で前記エラー検出手段１２に入力されるように構成されている。
なお、前記受信データ復調手段１１は、受信した信号を復調し、スクランブルを解除していない状態の信号を前記エラー検出手段１２に入力するように構成され、前記エラー検出手段１２は、フレーム毎にスクランブルを解除しない状態のエラーを検出するように構成されている。

なお、前記エラー検出手段１２がエラー発生として検出する状況は、復調した受信データにおけるパケットロスの発生や、データパケットがノイズによって音声データとして正しく中継できないようになってしまっている状況などである。
前記エラー検出手段１２においては、上述したようなエラー発生が検出された場合には、データパケットにエラー検出データとしてのエラーフラグを立て、エラー発生が検出されない場合にはエラーフラグを立てないようにエラーフラグ処理が行われる。

図２は前記実施形態の無線受信局の動作ブロック図であり、
この無線受信局２は、
受信した信号を復調処理する受信データ復調手段２１と、
復調した受信データのスクランブルを解除するスクランブル解除手段２２と、
受信データのデータパケットに回復できないコーデックエラーなどのエラーが検出された場合、もしくは、データパケットにエラー検出データとしてのエラーフラグが立っていることを検出した場合には、無音データ生成手段２３にて別途生成した無音データを含んだデータパケットに置き換える置き換え手段２４と、
エラーのないデータパケットもしくは無音データに置き換えられたデータパケットを復号処理して、データパケットに組み込まれた音声データを、所定のコーデックに従って低周波音声信号に復号処理するコーデック復号手段２５と、
復号された低周波音声信号を増幅する低周波増幅手段２６と、
増幅された低周波音声信号を出力するスピーカなどの音響出力手段２７と
を備えている。
前記無音データ生成手段２３と、置き換え手段２４と、コーデック復号手段２５と、低周波増幅手段２６と、音響出力手段２７とで、特許請求の範囲に記載された置き換え受信手段を構成している。
前記置き換え手段２４は、フレーム毎にスクランブルを解除した状態のエラーを検出するように構成されている。
また、前記無音データ生成手段２３は、１フレームの長さに対応する無音データが蓄積されたものであってもよい。

以上のように構成された無線中継局１では、スクランブルに関する処理や、無音データの生成処理、置き換え処理が不要であるので、データ処理にかかる負荷が軽減され、結果的に迅速な処理が可能となる。
そして、以上のように構成された無線受信局２では、
スクランブル解除したデータパケットの処理においてコーデックエラーなどの回復できないエラー発生が検出されると、そのデータパケットを、無音データ生成手段２３にて別途生成した無音データを含んだデータパケットに置き換えて以後の処理を行う。従って、エラーの含まれる音声データを再生した場合には大音響の雑音となる危険性があったが、無音データに置き換えられているので、クリアなノイズ抑制が可能となった。
また、コーデックエラーではなく、無線中継局１にてパケットロスなどの回復できないエラーが検出されたデータパケットを受信した場合には、前記置き換え手段２４によって、エラーフラグが立っていることを検出するので、このエラーフラグが検出された場合にも、そのデータパケットを、無音データ生成手段２３にて別途生成した無音データを含んだデータパケットに置き換えて以後の処理を行う。従って、エラーの含まれるデータパケットの音声データ部分は無音データに置き換えられているので、クリアなノイズ抑制が可能となった。

なお、無線中継局において、中継のために受信した受信データのデータパケットに回復できないコーデックエラーなどのエラーが検出された場合には、別途生成した無音データを含んだデータパケットに置き換えて送信するように、図４のような構成としてもよい。
図４に示した無線中継局１００は、
中継すべき無線送信局からの信号を受信して復調処理する受信データ復調手段１０１と、
復調した受信データのスクランブルを解除するスクランブル解除手段１０２と、
パケットロスなどの回復できないエラーが検出された場合には、無音データ生成手段１０３で別途生成した無音データと置き換える置き換え手段１０４と、
スクランブル生成するスクランブル生成手段１０５と、
前記無音データを組み込んだデータパケットから送信データを構築するデータ構築手段１０６と、
構築された送信データを変調して送信する送信データ変調手段１０７と
を備えている。
前記無音データ生成手段１０３と、置き換え手段１０４と、スクランブル生成手段１０５と、データ構築手段１０６と、送信データ変調手段１０７とで、特許請求の範囲に記載された置き換え送信手段を構成している。
また、無線中継局１００は、インターネット、イントラネット、パケット交換網、ＬＡＮ等のネットワークからの信号を受信して、無線受信局２００に中継送信する機能も備えている。この場合、ネットワークからの信号は、無線中継局１００に設けられたネットワークインターフェースに有線で入力される。
前記無音データ生成手段１０３で生成される無音データは、予め解析されたスクランブルコードで加工されたものである。

このようにして、無線中継局１００においては、一旦スクランブルを解除した後に、エラーのあるデータパケットを、無音データに置き換えられたデータパケットに置き換え、スクランブル生成して中継送信するので、図２に示した構成の無線受信局でなくても、優れたノイズ抑制効果が得られるのである。
なお、他の無線中継局にて中継されたデータパケットを受信して、そのデータパケットにエラー検出データとしてのエラーフラグが立っていることを検出した場合にはそのまま中継送信する。
また、他の無線中継局にて中継されたデータパケットを受信して、そのデータパケットにエラー検出データとしてのエラーフラグが立っていることを検出した場合には、そのデータパケットを、別途生成した無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて送信する置き換え送信手段を備えてもよい。
従来の無線受信局で採用される無線フレームのエラー検出の基準は、通信用チャンネル部の同期ワード部が２フレーム以上連続としているので、２フレームに相当する約160msの不定音声が出力されていた。
本願の無線通信システムでは、無線中継局が１フレーム毎にエラーの有無を判断しているので、不定音声が出力されることはない。

また、無線受信局における受信データに、回復できないコーデックエラーなどのエラーが検出された場合には、別途生成した無音データと置き換えて処理して再生することによって、ノイズ抑制効果を得るようにしてもよい。
このような無線受信局の構成例を図５に示した。
図示した無線受信局２００は、
受信した信号を復調処理する受信データ復調手段２０１と、
復調した受信データのスクランブルを解除するスクランブル解除手段２０２と、
受信データに回復できないコーデックエラーなどのエラーが検出された場合には、無音データ生成手段２０３で別途生成した無音データと置き換える置き換え手段２０４と、
所定のコーデックに従って低周波音声信号に復号処理するコーデック復号手段２０５と、
低周波増幅手段２０６と、
スピーカなどの音響出力手段２０７と
を備えている。
なお、前記無音データ生成手段２０３と、置き換え手段２０４と、コーデック復号手段２０５と、低周波増幅手段２０６と、音響出力手段２０７とによって、特許請求の範囲に記載された置き換え受信手段を構成している。

上記置き換え手段２０４と無音データ生成手段２０３を備えることによって、受信したデジタル信号に回復できないエラーが含まれていた場合でも、スピーカなどの音響出力手段２０７から大音響の雑音が出力されるという不都合は避けて、優れたノイズ抑制効果が得られるのである。
この無線受信局は、図１に示した無線中継局のようにエラー検出手段を備えていない従来の無線中継局からの中継信号であっても、前記エラーが検出された場合には無音データと置き換えて処理するので、優れたノイズ抑制効果が得られるのである。

なお、本発明の無線通信システムは、インターネットやWANなどの広域のネットワークに接続して使用することも可能である。この場合には、無線中継局の何れか１つを前記ネットワークに接続するとよい。

図３には、実施例１の無線通信システムにおける無線通信フォーマットの構成例を示した。
図３（ａ）は、無線送信局のＰＴＴスイッチが押された後に送出されるデータフレームの基本構成例を示したものである。
このデータフレームは、図示したように、送信側と受信側とでタイミングを計るためのデータを含んだプリアンプル部と、同期を確立するためのデータを含んだ同期バースト部と、音声データなどの通信すべきデータを含んだ通信用チャンネル部とを含んでいる。
前記同期バースト部には、音声通信か非音声通信かを識別するための通信モード識別情報などの情報が含まれている。

図３（ｂ）は、前記データフレーム中の通信用チャンネル部の信号フォーマットを示したものである。
この通信用チャンネル部は、フレーム同期に使用されるビット列を含んだ同期ワード部と、エラーフラグなどの各種識別情報を含んだ無線情報チャンネルと、制御情報を含んだ低速制御チャンネル部と、通信すべき音声データやデジタルデータが含まれる高速制御チャンネル部などを含んでいる。

前記無線情報チャンネル部は図３（ｃ）に示したように、同期バースト信号か通信用チャンネル信号かを識別する無線チャンネル構造識別情報と、
データパケットにエラーが検出されたか否かを示すエラーフラグと、
機能チャンネル識別情報と、通信モード識別データなどを含んでいる。

以上のような構成の無線通信フォーマットの場合には、無線中継局１では、エラー検出手段１２にてデータパケットにエラーが検出された場合には、図３（ｃ）に示したエラーフラグが「１」とされてフラグが立てられた状態となる。データパケットにエラーが検出されない場合は、初期値の「０」のままでありフラグが立てられない状態となる。
このような無線通信フォーマットのデータフレームが無線中継局１から送信される。

無線受信局２では、受信して復調し、置き換え手段２４において、スクランブルを解除したデータパケットを処理するとき、コーデックエラーなどの処理上のエラー発生を検出した場合には、そのデータパケットの音声データ部分を、無音データ生成手段２３にて生成した無音データに置き換える。また、置き換え手段２４において、スクランブルを解除したデータパケット中の無線情報チャンネル部のエラーフラグが立って「１」となっていることを検出した場合にも、そのデータパケットの音声データ部分を、無音データ生成手段２３にて生成した無音データに置き換える。

したがって、本来はエラーを含んでいたデータパケットであっても、無音データに置き換えられているので、音響出力手段２７から出力される音は無音となり、クリアなノイズ抑制効果が得られるのである。
従来の無線受信局で採用される無線フレームのエラー検出の基準は、通信用チャンネル部の同期ワード部が２フレーム以上連続としているので、２フレームに相当する約160msの不定音声が出力されていた。
本願の無線通信システムでは、無線中継局が１フレーム毎にエラーの有無を判断しているので、不定音声が出力されることはない。

本発明にかかる無線通信システムの実施の形態の無線中継局の構成図である。 前記無線通信システムの無線受信局の構成図である。 実施例１の無線通信システムにおけるデータ構成を示す図である。 別の実施形態の無線中継局の構成図である。 別の実施形態の無線受信局の構成図である。

符号の説明

１ 無線中継局
１１ 受信データ復調手段
１２ エラー検出手段
１３ データ構築手段
１４ 送信データ変調手段
２ 無線受信局
２１ 受信データ復調手段
２２ スクランブル解除手段
２３ 無音データ生成手段
２４ 置き換え手段
２５ コーデック復号手段
２６ 低周波増幅手段
２７ 音響出力手段
２３、２４、２５、２６、２７ 置き換え受信手段
１００ 無線中継局
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ 置き換え送信手段
２００ 無線受信局
２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ 置き換え受信手段

Claims (3)

1. 無線送信局から無線中継局を介して無線受信局に音声データを組み込んだデータパケットの無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記無線中継局は、受信したデータパケットにエラーを検出した場合には、そのデータパケットにエラー検出データを組み込んで無線受信局に送信するように構成され、
   無線受信局は、受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換えて音声信号処理をすることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムに用いる無線中継局であって、
   受信したデータパケットにエラーを検出した場合には、そのデータパケットにエラー検出データを組み込んで送信するエラー検出手段を備えていることを特徴とする無線中継局。
3. 請求項１に記載の無線通信システムに用いる無線受信局であって、
   受信したデータパケットにエラー検出データが組み込まれていることを検出した場合には、そのデータパケットを、無音データを組み込んだデータパケットに置き換える置き換え受信手段を備えていることを特徴とする無線受信局。

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