JP4925505B2 - 移動体通信用送受信装置、送信機、送信方法、受信機および受信方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信用送受信装置、特にディジタル変調方式を使用した移動体通信システムにおける基地局および各移動局をそれぞれ構成する送受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信システムとしては現在種々の形態のものが広く実用に供せられているが、以下述べる本発明のシステムは、自動車(タクシー等)に移動局を塔載し、基地局(配車センター等)で各移動局の位置と動態(空車/実車/迎車等の状態)とを把握し、配車指示を各移動局に出すための配車システムを例示する。さらに具体的には、GPS−AVM(Grobal Positioning System-Automatic Vehicle Monitoring)システムを例にとって説明する。このGPS−AVMシステムは、移動局がGPSを使って自律的に自己の位置を把握し、さらにその位置のデータを配車センターに自ら通知するものであって、現在の配車システムはこのGPS−AVMシステムが主流になりつつある。
【0003】
図22はディジタル変調方式を使用した移動体通信システムにおける一般的なフレーム構成例を示す図である。
本図において、(1)欄は基地局から移動局への下りフレームのフレーム構成を示し、(2)欄は移動局から基地局への上りフレームのフレーム構成を示す。
本図はフレームの流れの中の任意の一部分(N番の近傍)を抜き出して示す。本図に表すとおり、一般的なフレームの流れにおいては、時間をフレーム単位に分割する。そして、分割された各フレームによって、符号化した音声データや非音声データを伝送する。この場合、音声データであるか非音声データであるかの属性は、各フレーム内に予め規定された位置に配置される制御データによって決められる。一般の移動体通信システムでは、上記のようなフレームの流れに従って通信が行われる。
【0004】
図23はGPS−AVMシステムの概略構成を示す図であり、上記の一般的な移動体通信システムの一形態である。本発明は、前述のとおり、このGPS−AVMシステムを例にとって説明する。
本図において、参照番号1は、例えば配車システムをなすGPS−AVMシステムであり、配車センターをなす基地局2と、自動車(タクシー等)に塔載され基地局1と無線で交信を行う複数の移動局(1〜n)3とからなる。
【0005】
基地局2から周波数f2で半複信方式にて送信を行う。すなわち、送信すべきデータがない場合であっても常時、何らかのデータを各フレーム内に配置して送信を行う。一方、移動局3では各フレームのタイミングを把握可能となっている。
移動局3からは周波数f1で送信を行うが、基地局2へ送信すべきデータがある都度、各フレームのタイミングに合わせて該データを送信する。また移動局3は、基地局2から指定される毎に、そのときに限って、各フレームのタイミングに合わせて基地局2に所要のデータを送信する。
【0006】
特にこのGPS−AVMシステム1においては、多数の移動局3の各々についてその現在位置と動態(実車/空車/迎車)を常に正確に把握できるように、基地局2へ頻繁に上りフレームを送出する。このため現在位置については任意発信方式が採用され、この方式では、移動局3が例えば50m等の一定距離を移動する毎に自律的に上りフレームを使って基地局2にその位置を通知する。
【0007】
上記基地局2および移動局3の各構成は次のとおりである。
図24はGPS−AVMシステムにおける移動局側送受信装置の構成例を示す図である。
本図において、移動局3の送受信装置4は、受信のときは受信動作のみ、送信のときは送信動作のみを行う。
【0008】
基地局2からの信号が基地局通信用アンテナを介して送受信部9にて受信される。さらにディジタル変復調器8にて該受信信号を復調した後、制御部7にてその内容を再生する。今この内容が音声データであることが判明すると、当該ビット列は音声復号器6にて復号され、元の音声としてスピーカから出力される。
自局宛の配車データであることが判明したときは、これをデータ表示部10に表示する。
【0009】
一方移動局3から基地局2に向けて音声を送信するときは、オペレータは送話スイッチを押して(ON)、マイクから入力する。この入力音声を音声符号器5にて符号化しビット列に変換する。制御部7にてこれを受け、音声であることを示す符号を付加し、ディジタル変復調器8に送出する。ここで所定のフォーマットに変調して、アンテナから送信する。
【0010】
一方、移動局3の位置データは、GPS用衛星からのGPS信号を受信してGPS受信機11により生成する。制御部7は前回の位置データ送信時から一定直線距離以上離れる毎に、位置データを送信する。
一方、基地局側の構成は次のとおりである。
図25はGPS−AVMシステムにおける基地局側送受信装置12の構成例を示す図である。
【0011】
本図の送受信装置12において、送話スイッチがオペレータによって押され、マイクから音声が入力されると、ディジタル変調器15で変調され、送信部16よりアンテナを介して移動局3に向けて下りフレームとして送信される。
また、基地局2からの配車データについては、オペレータがクライアント18を操作して入力し、これを受けたホストコンピュータ17は、送信制御部14を通して、上記の入力音声の場合と同様に、移動局3側に送出する。
【0012】
一方、移動局3側から前述した任意発信方式で送信された各移動局の位置データを受信部22にて、アンテナを介し、受信すると、ディジタル復調器21で元の位置データとして復調する。これが音声情報でなく位置情報であることが受信制御部20において判明すると、ホストコンピュータ17側へ入力され、さらにクライアント18に送られる。
【0013】
一方、上記の復調によって上記の音声情報であることが判明すると、音声復号器19にて元の音声が再生され、スピーカよりオペレータに出力される。
本発明の課題は特に前記の図22に示すフレームに関係する。
図26は第1従来例によるフレーム構成例を示す図である。この第1従来例は本出願人による特願2000−035672号に基づく。ここではディジタル変調方式に必要な、同期信号、誤り訂正用ビット、立上りおよび立下りのランプタイム、ガードタイム等のビットは、簡略化のために記載を省略する。
【0014】
またここでは、一般的に用いられている、40mSのフレーム長、かつ、総伝送量9600BPSから上記の省略ビットを除いた伝送量を想定し、したがって、1フレームの伝送量(誤り検出符号を含む)を169ビットとしている。以下、この169ビットに統一して説明する。
図26において、
Mは、下りフレームでは送信先の移動局3の番号を、上りフレームでは送信元の移動局3の番号をそれぞれ示すビットであり、
D/Vは、その後に続く音声/非音声データの部分が、音声データか非音声データかの区別をするためのビットであり、
その音声/非音声データは、音声データまたは非音声データの各内容を収容する。
【0015】
この音声データについてみると、音声符号化方式の中で現在最も圧縮率が高いとされているAMBE方式(AMBE:Advanced MultiBand Excite(米国DVSI社))を採用した例で示す。このAMBE方式によると、音声は20mS毎の音声フレームを1単位として処理され、1単位につき48ビットの圧縮音声データを生成する。図26において、音声データは、AMBE方式により40mS(2×20mS)分の音声信号として96ビットで生成され割り付けられている。
【0016】
この96ビットに続く制御データ(46ビット)は、上りフレームでの上記任意発信方式による発信信号に対する応答信号である。
この制御データに続くCRC(16ビット)は、伝送時の誤りを検出した場合に当該データを破棄するための誤り検出符号である。なお図26において細長の部分cは、そのCRC演算が、M、D/V、音声/非音声データおよび制御データに亘って適用されることを表す。つまりCRCは、これらの全ビット範囲からビット誤りを検出するために付加される。
【0017】
例えばタクシーの配車システムに適用したGPS−AVMシステムでは、図26のフレーム構成にて、下り非音声データには配車データ(通常、複数フレーム長)、応答信号(単一フレーム)等をそれぞれ収容し、一方、上り非音声データには、移動局3の位置データ(単一フレーム)、動態データ(単一フレーム)等をそれぞれ収容する。
【0018】
図26を参照して説明した上記の第1従来例によると、下り方向伝送信号にはそのフレームを適用できるものの、上り方向伝送信号には適用できないので、結局、上りの通信の伝送効率を向上させることはできない、という不都合がある。
この不都合を回避できるものとしては本出願人による第2従来例がある。これは特願平11−214275号である。ここでは、音声フレームを圧縮することによって別の周期の伝送フレームを作り出す。そしてこの新たな伝送フレームを利用することによって、ある移動局が上り方向信号の伝送時であっても、それ以外の他の移動局が上り方向信号のデータを伝送できるようにしている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
上記第2従来例では、その第1の態様において、上りフレームと下りフレームとでそのフレーム長を変えることを提案している。例えば、(i)20mSの受信と20mSの送信、および(ii)30mSの受信と30mSの送信というような伝送である。
【0020】
しかしそうすると上記(i)の場合のプログラムと上記(ii)の場合のプログラムとが必要になり、処理が煩雑になる、という第1の問題がある。
また基地局2と各移動局3とで別々のプログラムを保持しなければならないので、経済的なシステムを構築できない、という第2の問題がある。
さらにまた、移動局3の送信タイミングは、基地局2が送信するフレームの複数フレーム単位で同期をとらなければならず、送信タイミングの設定手段が複雑になってしまう、という第3の問題がある。
【0021】
また第2従来例の上記第1の態様以外の別の態様をとるにしても、音声フレーム長と伝送(非音声)フレーム長とが異なることから、伝送フレームの送信タイミングは音声フレームの複数フレーム単位で同期をとらなければならず、上記第3の問題と同様の問題が生じてしまう。
したがって本発明は上記の諸問題点に鑑み、システムの運用効率を大幅に改善することのできる、移動体通信用送受信装置ならびに送信機、送信方法、受信機および受信方法を提供することを目的とするものである。
【0022】
具体的には、GPS−AVMシステムのような移動体通信システムにおいて、送信タイミングがとりやすく、したがって、送受信装置の構成を簡素化して低コスト化を可能にすると共に、下りフレームのみならず上りフレームにおいても信号の伝送効率を向上させることを目的とする。
さらには、基地局−各移動局間のみならず、移動局−移動局間での通信も効率良く行えるようにすることを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明に係る送受信装置の基本構成例を示す図である。
本発明に係る送受信装置は、各移動局用装置(4)についても基地局用装置(12)についてもその構成はほぼ同じである。
この送受信装置4,12は、スーパーフレーム送出手段30を有する。このスーパーフレーム送出手段30は、受信側に送信すべきデータ(IN)を、各々同一時間長の複数のフレームに分けて収容し、一連の複数のフレームをスーパーフレームに組み立てて送信(OUT)する。
【0024】
このスーパーフレーム送出手段30は、一例として、図1の下段に示すように、音声データ生成部31と、伝送フレーム生成部32と、スーパーフレーム生成部33とから構成することができる。これら生成部については後に詳述する。
図2はスーパーフレーム送出手段30から出力されるフレーム構成例を示す図である。
【0025】
すなわち図1の出力OUTは、スーパーフレームSFをなし、各々同一時間長(例えば40mS)の複数のフレームfrからなり、全体として160mSである。図では一例として4つのフレームfr(0〜3)を示している。すなわち4フレームを繰返しの単位としてスーパーフレームSFを組み立てている。そして4つの同一フレーム長のフレームfrからなるスーパーフレームSFの中に、音声データと非音声データとが振り分けられている。
【0026】
上記第2の従来例では上りフレームと下りフレームとでそのフレーム長を異ならせていたのを、全て共通のフレーム構造とした点に本発明の特徴の1つがある。
また次の点も本発明の特徴の1つである。すなわち、一方が基地局2に設けられる移動体通信用送受信装置12であり、他方が複数の移動局3の各々に設けられる移動体通信用送受信装置4であって、基地局2から移動局3への下り側スーパーフレームSF(下り)と、移動局3から基地局2への上り側スーパーフレームSF(上り)とを共に同一フレーム構成とした点である。
【0027】
かくして既述の第1、第2および第3の問題は基本的に解消される。
この場合、同一フレームfrを複数集合してスーパーフレームSFとする、という上述した特徴が、一般のディジタル携帯電話で採用されているようなTDMA技術と一見類似しているように考えられる。しかしこのTDMA技術とは相違する。この点については後述する。
【0028】
【発明の実施の形態】
図3は図2に示す各フレームfrの構成を具体的に示す図である。なお全図を通じて、同様の構成要素には同一の参照番号または記号を付して示す。
図3において、図2のフレーム0〜フレーム2の3フレームはfr0〜fr2として(1)欄に示し、図2のフレーム3はfr3として(2)欄に示す。本図中「M」(移動局の番号)と「音声データ」と「CRC」と「c」は、図26において説明したのと同様である。また非音声データは「伝送/制御データ」として示されている。「付随データ」は、下りフレームでは、タクシー乗務員に対する簡単な指示をするとき等に利用できる。また上りフレームでは既述した動態の通知等に利用できる。
【0029】
「frame No.」は、本発明の特徴の1つをなし、伝送フレーム生成部(図1の31)にて、音声用の伝送フレームfr0〜fr2および非音声用の伝送フレームfr3を含む複数の伝送フレームにそれぞれ付与される固有のフレーム番号である。
図3のフレーム構成で注目すべきことは、4フレーム(fr0〜fr3)の時間分(160mS)の音声を符号化した音声データを、フレームfr0〜fr2の3フレームに圧縮して配置していることである。
【0030】
これによって最終フレームfr3において音声データの伝送の空きを作り、この空き領域に、非音声データである伝送/制御データを収容することができる。
さらに各フレームfrでのビット配置について見てみると、図3において、まず「frame No.」は、4つのフレームを区別するための2ビット、「M」は、1000台程度のタクシー(移動局)を識別するのに十分な10ビット、「付随データ」は、上記の動態に係る各種情報を通知するに十分な13ビット、「CRC」は図26と同じく16ビットとしている。
【0031】
「音声データ」について見ると、上述したように160mS分の音声を3つのフレームfr0〜fr2に均等配分するので、各音声データは53.333(=160/3)mSの音声に相当する。また、前述したようにAMBE方式では、20mSの音声を48ビットの音声データとしているから、図3の音声データ(53.333mS)は、128(=48×160/20)ビットとなり、フレームfr0〜fr2の各々は前述したとおり全体として169ビットに統一されている。フレームfr3も全体として169ビットであるから、伝送/制御データには141ビットが割り当てられる。
【0032】
図3のようなフレーム構造によって、下りフレームには音声データと伝送/制御データとを重畳して送信する。上りフレームにあっては、ある移動局3から音声を発信するとき、この移動局から送信するスーパーフレームSFでは、フレームfr3にて当該音声データは送信しない。したがって、このフレームfr3にて非音声データ(伝送データ)を基地局2に送信することが可能となる。しかも、上りフレーム、下りフレーム共に40mSの同一フレーム周期となるから、送受信装置4,12の装置構成は簡素化される。
【0033】
ここで図3と図1の下段とを参照する。スーパーフレーム送出手段30を構成する図1の3つの生成部31,32および33は次のように動作する。
音声データ生成部31は、受信側に送信すべき音声を、第1の所定周期T1(前述の20mSに対応)毎に符号化した音声データを収容する音声フレームとして生成する。
【0034】
伝送フレーム生成部32は、各々が第1の所定周期T1より長い第2の所定周期T2(前述の40mSに対応)を有する複数の伝送フレームであって、スーパーフレームSFの時間長(160mS)に相当する音声が、音声データ生成部31から得られたこれより短い時間の音声データ(128ビット)として割り振られる複数の伝送フレーム(fr0〜fr3)を生成する。
【0035】
スーパーフレーム生成部33は、第2の所定周期T2のn(例えばn=4)倍の長さの第3の所定周期T3(160mS)を有するスーパーフレームSFであって、音声データが2以上かつ(n−1)以下の伝送フレーム(図3では、3伝送フレーム)をそのSFの中に配置して送信する。
ここで、「2以上かつ(n−1)以下の伝送フレーム」と表現した理由を、既述のTDMA技術との相違を明らかにしつつ、説明する。
【0036】
既述のように本発明はディジタル携帯電話で採用されているようなTDMA技術との類似点はあるが、TDMA技術では広い帯域を使って伝送量を増やし、その分、時間でN分割した伝送路を構成する方式である。したがって、音声フレームに対しては1/Nの長さの伝送スロットを持ち、伝送スロットがN個集まった単位をフレームと呼んでいる。
【0037】
これに対して本発明は帯域に制限があって(狭帯域)、1キャリア(図23のf1やf2)当たりの伝送量が、音声を符号化して制御信号を付加した場合の伝送量に近い場合に、より効率的な伝送方式を提供する。この点でTDMA技術とは本質的に異なる。この点をスーパーフレーム生成部33において明確にするために、前述した「2以上かつ(n−1)以下の伝送フレーム」という表現を用いた。
【0038】
次に、本発明に係る送受信装置4,12における動作の一例を説明する。
図4は基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャートである。
まず動作のポイントについて説明しておく。このことは、後述するその他のフローチャートにも当てはまる。
本発明では効率的な伝送や制御を実行するためのエアフォーマットに重点があるので、送信信号の生成のみのフローチャートを示し、受信時のフローチャートは省略する。これらのフローチャートはフレーム毎の割込み処理として毎フレーム実行される。なお、フレームNo.(frame No.)の初期値は0とする。
【0039】
図1および図3の基地局2の動作例では送話スイッチのON/OFFに関係なく、フレームNo.0〜2(fr0〜fr2)では音声を、フレームNo.3(fr3)では伝送データまたは制御データを送出する。フレームNo.は基地局2が管理して、0→1→2→3→0→…と循環し、スーパーフレームSFを構成する。
【0040】
受信側ではフレームNo.を見て音声かデータかを区別し、処理を進める。
移動局3では、フレームNo.は基地局2から送信されるフレームNo.に同期して割り振られ、下りフレーム/上りフレームのフレーム対応と上りの送出タイミングは別途規定する。したがって、移動局3の送出フレームNo.は、受信データから生成される。例えば、送信すべき上りフレームのフレームNo.0,1…は、受信した下りフレームのフレームNo.0,1…から、予め定めた一定時間遅延して発生させる。
【0041】
すなわち、音声用の伝送フレームおよび非音声用の伝送フレームを含む複数の伝送フレームにそれぞれ固有のフレーム番号(frame No.)が付与されたスーパーフレームSFを送信側から受信したとき、受信したスーパーフレームSF内のフレーム番号に同期させて送信用の伝送フレームを順次生成し、スーパーフレーム生成部33より送信する。
【0042】
移動局3ではフレームNo.0〜2の場合に送話スイッチが押されていれば音声信号を、フレームNo.3の場合に前回の位置データ送出から一定距離を走行する等の規定された送出条件が満たされたときに、位置データを送出する。
図4を参照する。
ステップS101:フレームfr3の送出タイミングか判断する。
【0043】
ステップS102:YESならば、ホストコンピュータ17(図25)からのデータを、「伝送/制御データ」ビット(図3)に設定する。
ステップS103:NOならば、音声符号器13からの音声データを「音声データ」ビット(図3)に設定する。
ステップS104:ホストコンピュータ17からの付随データを「付随データ」ビット(図3)に設定する。
【0044】
ステップS105:Mに、ホストコンピュータ17から指定された送信先移動局3の番号を設定する。
ステップS106:frame No.を設定する。
ステップS107:CRCを演算して、CRCビットにセットする。
ステップS108:1フレーム分(fr0)を移動局3側に送信する。
【0045】
ステップS109:フレーム番号(frame No.)を更新する。
図5は移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャートである。
ステップS201:S101に相当。
ステップS202:YESならば、位置データの送出条件(前回の位置データ送信時から一定距離走行したか等)が合致するか判断する。
【0046】
ステップS203:YESならば、そのときの位置データを、「伝送/制御データ」ビット(図3)に設定する。
ステップS204:オペレータにより送話スイッチ(図24)が押されているか判断する。
ステップS205:YESならば、音声符号器5(図24)からの音声データを、「音声データ」ビット(図3)に設定する。
【0047】
ステップS206:付随データ(空車/実車/迎車)を、「付随データ」ビット(図3)に設定する。
ステップS207:S105に相当。
ステップS208:S106に相当。
ステップS209:S107に相当。
【0048】
ステップS210:ステップS108に相当。その後、フレームNo.を更新する。
以上本発明の基本的形態について説明したので、以下各種実施例について述べる。
〔第1実施例〕
第1実施例のもとでは、スーパーフレーム送出手段30は、受信側に送信すべき音声がないときは、音声データに代えて非音声データを送出するようにする。
【0049】
前述した本発明の基本的形態では、基地局2において移動局3側に送出すべき音声信号がない場合でも、無音に相当する音声データが送出されており、電波の利用効率が悪い。
そこで第1実施例では、図3のフレームfr0〜fr2によって送出すべき音声データがないときは、これに代えて非音声データの送出のためにfr0〜fr2を提供する。
【0050】
図6は第1実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
本図の(1)欄は、前述したとおりのフレームfr0〜fr2であるが、音声データがないときは、(2)欄のフレームfr3と同様の非音声データを、fr0〜fr2として送出する。
したがって、音声データか非音声データかの区別を示す1ビットのD/Vビットを含むのが好ましく、また、特に非音声データの場合には、そのデータの種類を示すための例えば6ビットのフレーム属性ビットを含むのが好ましい。
【0051】
かくのとおり、伝送フレーム生成部32は、音声データを送信する音声用の伝送フレームに加えてさらに、音声データと共に受信側に送信すべき非音声データを生成し、スーパーフレーム生成部33にてスーパーフレームSFの中に少なくとも1つの非音声用の伝送フレームとして挿入することができる。
そして、伝送フレームに対し、どのような種類のデータを収容した非音声用の伝送フレームかを示すフレーム属性ビットをさらに含ませることができる。
【0052】
なお、音声用の伝送フレームに対し、音声および非音声の各情報とは区別される付加データ(付随データやMビット)を、図6に示す6ビット「付随データ」として含ませることができる。
図7は第1実施例のもとでの基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャートであり、
図8は第1実施例のもとでの移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャートである。
【0053】
まずこの第1実施例での動作のポイントについて説明しておく。
この第1実施例では、非音声データと音声データの区別のために前述したD/Vビットを1ビット配置し、0=音声、1=非音声とする。
また、特に非音声データの場合には、どのような種類のデータかを示す等のために、前述したフレーム属性ビットを6ビット配置する。この例では000000=無指定(音声等であるため、属性を指定しない)、000001=報知信号(基地局2から移動局3に動作パラメータ等を一斉に放送する情報)、000010=制御信号、000100=位置信号(上りフレーム)とした。
【0054】
下りフレームのフレームNo.0〜2は、音声伝送がない場合に当該フレームを一般情報の伝送に用いたり、上記報知信号に用いたり、さらに制御等に利用したり等々、と多彩な使用が可能である。ただし説明の簡素化のために、この例では報知信号のみを示した。さらに、移動局側では位置データの伝送フレームをフレームNo.3(fr3)のみとし、て動作例を簡素化した。
【0055】
このような構成によって、下りフレームについて電波の使用効率は非常に良くなる。
ここで図7を参照する。
ステップS301:S101に相当。
ステップS302:S102に相当。
【0056】
ステップS303:伝送/制御データを送信するため、D/Vビットは1すなわち非音声データである旨を設定する。
ステップS304:6ビットのフレーム属性ビットに制御データであることを表す、図示のビットパターンを設定する。
ステップS305:ステップS301の結果がNOの場合、送話スイッチ(図25)が押されているか判断する。
【0057】
ステップS306:NOならば、本ステップに至る。これはステップS102に相当する。
ステップS307:ステップS303に相当。
ステップS308:この例では前述の報知信号を送出するから、6ビットのフレーム属性ビットには図示のビットパターンを設定する。
【0058】
ステップS309:ステップS305の結果がYESならば、音声符号器13(図25)からのデータを「音声データ」ビットに設定する。
ステップS310:ホストコンピュータ17(図25)からの付随データを「付随データ」ビットに設定する。
ステップS311:D/Vビットには音声であることを示す0を設定する。
【0059】
ステップS312:この場合、音声データであるから6ビットの0パターンを設定する。
ステップS313〜S317:S105〜S109にそれぞれ相当。
次に図8を参照すると、
ステップS401〜S414は、大部分が図5のステップS201〜S210に対応する。
【0060】
異なるステップは、ステップS404,S405,S409およびS410であるが、これらは図7のステップS303,S304,S311およびS312に相当する。
〔第2実施例〕
第2実施例は基本的には、音声データを送信する音声用の伝送フレームに加えてさらに音声データと共に受信側に送信すべき非音声データを生成し、スーパーフレームSFの中に少なくとも1つの非音声用の伝送フレームとして挿入するものであって、さらに伝送効率を上げることを可能とするものである。
【0061】
図9は第2実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
本図において、(1)〜(3)欄は音声データ用のフレームfr0〜fr2、(4)欄は非音声データ用のフレームfr3である。
図3に示したフレーム構成では、付随データやMビット等の付加データを、各音声用の伝送フレームにそれぞれ個別に含ませるようにしている。
【0062】
しかし図9に示すフレーム構成では、各音声用の伝送フレームにそれぞれ個別に含ませるべき付随データ等の付加データを、スーパーフレーム中のいずれか1つの例えば先頭の音声用の伝送フレームにひとまとめにして含ませるようにしている。すなわち、前述した例ではフレームfr1およびfr2に個別に含ませていたMビットおよび付随データを、先頭のフレームfr0に一括して収容する。これは、これらfr0〜fr2(fr3)が、1つのスーパーフレームSF内にひとくくりになっていてお互いにばらばらになることはない点に着目したものである。
【0063】
図9を参照すると、付随データは38ビットとなっている。これは元々各6ビットの付随データを3つ分ひとまとめにし(18ビット)、各10ビットのフレームfr1およびfr2のさらにMビット(20ビット)を集合させた38(=18+20)ビットである。この38ビットを利用して、下りでは音声を送出しながらさらに詳しい配車指示を重畳したり、上りではほぼリアルタイムで位置データを音声に重畳したりできるようになる。
【0064】
そして図9のフレーム構成によれば、さらに次の利点も生み出せる。前述のとおり各フレームは169ビットに統一されているが、本図のようなビット配列にすると、丁度8個分の基本音声データ1〜8を図示のように3つの音声フレーム(fr0〜fr2)の中にすき間なく埋め込むことができる。すなわち各基本音声データは、前述したAMBE方式に基づき、20mS分の音声を48ビットの音声データに変換した音声基本単位の形のままで、フレーム内に埋め込むことができる。
【0065】
この結果、装置内での処理は一層簡易にできることになる。
図10は第2実施例のもとでの基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャート(その1)であり、
図11は同フローチャート(その2)である。
また図12は第2実施例のもとでの移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その1)であり、
図13は同フローチャート(その2)である。
【0066】
ここでのフローチャートは大半が前出のフローチャートと同様であるので、特に前出のフローチャートと相違するステップのみを抽出して説明する。図11〜図14のフローチャートでは、第2実施例の考え方からして、2フレーム以下の音声フレームの送出を防止すべく、音声送出開始は必ず、前述の付加ビットを含むフレームfr0にし、音声送出終了フレームはフレームfr2とする。なお、送話状態フラグの初期値はOFFとする。この送話状態フラグは、送話スイッチが押されていないこと、または押されていないことを記憶しておくレジスタ(図示せず)のビットに相当する。
【0067】
まず図10および図11を参照すると、ステップS10では、送信フレームが開始フレームfr0で、かつ、送話スイッチ(図25)がONであるか判断する。
ステップS11では、送信フレームが終了フレームfr2で、かつ、送話スイッチがOFFであるか判断する。
【0068】
ステップS12およびS13に至るのは、前出のステップS10およびS11の各結果がYESの場合である。
ステップS14に至るのは、前出のステップS10およびS11の各結果が共にNOの場合であり、ステップS14の結果のYESおよびNOに応じて、それぞれ音声処理プロセスおよび非音声処理プロセスに入る。
【0069】
次に図12および図13を参照すると、ステップS20〜S24が新たなステップであるが、これらは前出のステップS10〜S14にそれぞれ相当する。
〔第3実施例〕
図14は第3実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
第3実施例は、非音声用の伝送フレーム(fr3)内に誤り検出符号CRCを付加し、音声用の伝送フレーム(fr0〜fr2)内の音声データ以外の部分(D/V,M、付随データ等)に対して誤り検出符号CRCを付加することを特徴とするものである。換言すれば、CRCの適用範囲から音声データの部分を除外するようにする。すなわち、図3等に示された、誤り検出符号CRCの適用範囲cを、図14のc1に示すように狭める。このようにした理由とそれによる利点は次のとおりである。
【0070】
音声伝送では、受信側で受信フレーム中のビットに誤りを検出した場合、そのフレームのデータを破棄して、代わりに前回受信したフレームのデータを埋めて音声復号器(6,19)へ送る、ということがしばしば行われる。いわゆるバッド・フレーム・マスキング処理である。
しかし、実際には音声データ中にある程度の誤りを含んだまま上記音声復号器へ送っても、聴感上の致命的な劣化にはならない。…(i)
一方、誤り検出符号CRCはその検出符号長(図14では、16ビット)が同一の場合、検出すべきデータの長さ(図14中のc1やc)が長くなると誤りを検出できなくなる確率が高くなる。…(ii)
上記2つの事実(i)および(ii)から、音声を伝送するフレームの構成を図14のようにして、音声データは、誤り検出すべきCRCの適用範囲から除外することにする。これにより、音声以外の信号(非音声データ)において誤り検出ができなくなる確率を下げ、GPS−AVMシステムの信頼性を向上させることができる。
【0071】
図15は第3実施例の特徴を表すフローチャートである。
ただし本図は図11のフローチャートの一部を取り出して示す。しかしその他の前出のフローチャートにおいても、CRC演算を実行する部分については同様に当てはまる。
図15のステップS31が第3実施例の特徴部分であり、ここで、非音声データビットのCRC演算適用範囲を特定する。
〔第4実施例〕
図16は第4実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
【0072】
第4実施例は、音声用の伝送フレーム(fr0〜fr2)内に誤り検出符号CRCを付加し、非音声用の伝送フレーム(fr3)内に誤り検出符号CRCを付加し、かつ、各伝送フレーム内においてそれぞれ対応する誤り検出符号が適用されるデータのデータフォーマットを全ての伝送フレームについて統一化することを特徴とするものである。このようにしたことの理由とそれによる利点は次のとおりである。
【0073】
図14(第3実施例)のフレーム構成では、誤り検出のビットの構成が、<1>音声のフレームfr0、<2>音声のフレームfr1およびfr2、<3>非音声フレームfr3の3種類ができてしまう。このために、移動局3ではフレームNo.が判明していない場合に、上記<1>〜<3>に適用する3種類のフォーマットで誤りを検出してみる必要がある。
【0074】
この結果、装置の動作が複雑になる。また、フレームNo.が判明しても、音声フレームと非音声フレームとでビット構成が異なるので、2種類のフォーマットで誤りを検出してみる必要がある。
このような不都合をなくすために、フレームの構成を上記の図16のように構成する。これにより、全てのフレーム(fr0〜fr3)で共通した誤り検出のビット構成(図中のcc参照。いずれも57ビット)にすることができる。このため、装置の簡素化につながる。
【0075】
このような構成を採用して、最初のCRCまでのビットで誤りを検出し、誤りがない判定された場合に、当該フレームのフレームNo.とD/Vとでそれぞれのビット構成にしたがって処理が可能になる。なお、最初のCRCまでのビットで誤りが検出された場合でも、直前のフレームのフレームNo.が既に判明しているならば、その直後のフレームのフレームNo.は推定できるので、音声データについては誤りを含んでいる可能性が高いかもしれないがそのまま音声復号器に送出しても大した不都合は生じない。
【0076】
このような、CRCのためのデータフォーマットの統一化を実現する上で、この第4実施例では1つの工夫が加えられている。すなわち、音声用の伝送フレーム(fr1およびfr2)内において、誤り検出符号CRCが適用されるデータに対してさらに音声データの一部を加えることにより、その音声用の伝送フレームのデータフォーマットを非音声用の伝送フレームfr3のデータフォーマットと統一化する、というものである。上記のように加えられることとなった音声データの一部とは、具体的には、図16の(2)および(3)欄の音声データ3および音声データ6である。
【0077】
このようにすると、音声フレームfr1およびfr2では、これら音声データ3および6が加わった分、誤り検出能力は確かに低下してしまうデメリットがある。しかし一方、フォーマットを一種類に統一化したことによるメリットの方が遙かに大である。例えば、装置内のソフトウェアを簡素化できる等のメリットである。また、非音声フレームfr3についてみると、誤り検出を2ブロックに分割して検出できるので(図16中、(4)欄のccおよびcc′参照)、誤り検出能力をさらに高めることができる。
【0078】
なお第4実施例に基づくフローチャートは前出の各フローチャートと全く同じであるので省略する。ただし、図15に示したフローチャート特にステップS31は不要である。該ステップS31内の演算範囲は上述のごとく一定だからである。
本発明は図3に示した音声フレームfr0〜fr2および非音声(制御)フレームfr3を1セットとしてスーパーフレームSFを形成し、このSFを連送するものである。このような構成を巧みに利用すれば次のような応用実施例が可能である。
〔第5実施例〕
図17は第5実施例を説明するための伝送フレーム構成図である。
【0079】
本図の(1)欄は前述した基本形態と第1〜第4実施例とに共通であって、実際の伝送フレームを表している。この(1)欄において、「信号本体」と示したフィールドが、これまでに述べてきたフレームfr0〜fr3に相当する。しかし実際の伝送フレームでは、ディジタル変調に不可欠な、立上りおよび立下りランプタイムRAMP1,RAMP2や、同期信号SYNCや、ガードタイムGUARDがそれぞれ図示するビット数をもって配置されている。「信号本体」はビット数348をもって配置されている。初めに述べたとおり、各フレームは全て169ビットに統一して説明することとしたが、実際にはこの169ビットに対して誤り訂正符号化したビット列が加わって伝送される。これが348ビットの信号本体となる。
【0080】
次に図17の(2)欄を参照すると、これが第5実施例で採用する伝送フレーム、詳しくは既述の非音声フレームfr3をもとにしてなる伝送フレームである。
この第5実施例は、キャリアを変調して生成されるスーパーフレームSFにおいて、このスーパーフレームSF内の1つの伝送フレームは無変調キャリアとすることを特徴とするものであり、最適には、この無変調キャリアを搬送する伝送フレームは非音声用の伝送フレーム(fr3)である。
【0081】
本発明を応用した第5実施例が生まれた背景は次のとおりである。
GPS−AVMシステム等においては、移動局間同士で通話する場合がある。
例えば、基地局のカバーエリアから外れてしまったときに、近くにいる移動局と交信する必要が生じたような場合である。
基地局2対移動局3の通信において、基地局2が常に送信し続けているような半複信システムの場合には、移動局は基地局の周波数に対して自動的に周波数制御を行って、その周波数に追随すれば良い。このとき基地局は固定局であるから一般にその送信周波数確度は高く設定されている。
【0082】
ところが、移動局の方は、コストやスペースの観点から一般に周波数偏差は緩く設定されている。このため、上記のように移動局対移動局間で通話する場合には、相互間の周波数偏差がより一層大きくなって、受信性能が落ちてしまったり、ときには受信できなくなったりすることがある。
また、移動局は自局が送話するときだけ突然フレームを送信するから、相手方の移動局にとっては通話の開始時に、その送信周波数に合わせるように高速に自動制御を行い、短時間のうちに自局の受信周波数を追随させなければならないという問題が生ずる。
【0083】
この問題の解決策として第5実施例では、前述した諸実施例のスーパーフレーム構成の中で、音声伝送の空きが生じるフレームfr3に着目し、このフレームに、ディジタル変調を加えないキャリアすなわち無変調キャリアを挿入して相手方の移動局に送信する。無変調キャリアとした理由は図18から明らかである。
図18は第5実施例を説明するためのスペクトル図である。
【0084】
本図には、無変調キャリアと、音声データ/非音声データでディジタル変調された変調キャリアとを表している。図から明らかなとおり、変調キャリアのスペクトルは広い。これに対し無変調キャリアのスペクトルは非常に狭い。
したがって、受信側移動局では、周波数追随がしにくい広スペクトルの変調キャリアよりも、スペクトルの狭い無変調キャリアを受信した方が遙かに高速に周波数引き込みができる。
【0085】
かくして、送信側移動局はスーパーフレームSF中のフレームfr3のタイミングで図18の無変調キャリアを出力すれば、受信側移動局では受信したフレームfr3内の無変調キャリアによって高速に、その周波数制御回路で周波数引き込みを行うことができる。
さらに好ましくは、無変調キャリアを搬送する非音声用の伝送フレーム(フレームfr3)を、スーパーフレームSF内の先頭に配置する。これにより、上記周波数制御回路の起動タイミングを一層早めることができる。
【0086】
図19は第5実施例に基づく移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その1)、
図20は同フローチャート(その2)である。
図19および図20に示すフローチャートの大半は前出のフローチャートとほぼ同じである。異なるのは本実施例に固有のステップS41およびS42である。
【0087】
ステップS41は、前段のステップでフレームfr3であると判断されたとき、移動局間の通話開始で、かつ、送話スイッチ(図24)が押されているか、を判断する。
ステップS42は、その判断結果がYESのとき、前述の無変調キャリアを、フレームfr3に挿入して1フレーム分受信側移動局に送信する。以下、何フレームか送信し、受信側移動局から応答信号が返ってきたら、無変調キャリアに代えて通常の制御データを乗せたフレームfr3を送信する。
【0088】
以上の構成によって、移動局間の通話でも相手局に高速に追随させることが容易になる。
〔第6実施例〕
最後に第6実施例について説明する。この第6実施例は前述の第5実施例に対し、同期保護に関して改善を加えるものである。
【0089】
図21は第6実施例を説明するための伝送フレーム構成図である。
本図においては、図17(第5実施例)では見られなかった同期信号SYNCが取り入れられている。すなわち第6実施例は、無変調キャリアの部分(368ビット)の先頭に同期信号SYNC(20ビット)を含ませることを特徴とするものである。
【0090】
第6実施例が必要とされる背景について次に述べる。
一般にフレーム構造の連続した信号を受信する場合には、前回受信したフレームの同期シンボルのタイミングから、今回受信するフレームの同期シンボルのタイミングを確認している。またフェージング等により同期シンボルのタイミングが確認できない場合は、前回のフレームから推測して同期シンボルを復調するようにした同期保護を実行する(例えば特開平7−162473号:ディジタル通信の同期保護方法参照)。
【0091】
しかし、前述した第5実施例の方法では無変調キャリアの受信時には、同期信号がなく、同期保護がかけられない。すなわち、4フレームに1回、フレームfr3のところで同期保護が飛んでしまうため、前方保護が弱くなってしまう。
これを解決するために、同期シンボルを配置した後に無変調キャリアを送出する。このフレームの構成を示したのが図21である。
【0092】
これによって、移動局間通話においても無変調キャリア送出時での同期保護を確保することができる。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、これまでの移動体通信システムにはない新たな伝送方式が実現され、この伝送方式によって、該システムを構成する基地局ならびに各移動局の送受信装置のハードウェア構成およびソフトウェアを大幅に簡素化することができる。したがってシステムの経済性が大幅に改善される。また、下りフレームと上りフレームの双方の伝送効率が高められ、システムの運用効率も従来に比して向上する。
【0094】
また移動局間での通信にもこの伝送方式は適用可能となり、無変調キャリアを特定フレームに挿入することによって、実用的な移動局間通信が容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る送受信装置の基本構成例を示す図である。
【図2】スーパーフレーム送出手段30から出力されるフレーム構成例を示す図である。
【図3】図2に示す各フレームfrの構成を具体的に示す図である。
【図4】基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャートである。
【図5】移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャートである。
【図6】第1実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
【図7】第1実施例のもとでの基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャートである。
【図8】第1実施例のもとでの移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャートである。
【図9】第2実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
【図10】第2実施例のもとでの基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャート(その1)である。
【図11】第2実施例のもとでの基地局側送受信装置12の動作例を示すフローチャート(その2)である。
【図12】第2実施例のもとでの移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その1)である。
【図13】第2実施例のもとでの移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その2)である。
【図14】第3実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
【図15】第3実施例の特徴を表すフローチャートである。
【図16】第4実施例に基づくフレーム構成例を示す図である。
【図17】第5実施例を説明するための伝送フレーム構成図である。
【図18】第5実施例を説明するためのスペクトル図である。
【図19】第5実施例に基づく移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その1)である。
【図20】第5実施例に基づく移動局側送受信装置4の動作例を示すフローチャート(その2)である。
【図21】第6実施例を説明するための伝送フレーム構成図である。
【図22】ディジタル変調方式を使用した移動体通信システムにおける一般的なフレーム構成例を示す図である。
【図23】GPS−AVMシステムの概略構成を示す図である。
【図24】GPS−AVMシステムにおける移動局側送受信装置4の構成例を示す図である。
【図25】GPS−AVMシステムにおける基地局側送受信装置12の構成例を示す図である。
【図26】第1従来例によるフレーム構成例を示す図である。
【符号の説明】
1…GPS−AVMシステム
2…基地局
3…移動局
4…送受信装置
5…音声符号器
6…音声復号器
7…制御部
8…ディジタル変復調器
9…送受信部
12…送受信装置
13…音声符号器
14…送信制御部
15…ディジタル変調器
16…送信部
17…ホストコンピュータ
19…音声復号器
20…受信制御部
21…ディジタル復調器
22…受信部
23…予約不可テーブル
30…スーパーフレーム送出手段
31…音声データ生成部
32…伝送フレーム生成部
33…スーパーフレーム生成部
Claims (21)
- 第1の所定周期毎に符号化された音声データを、各々が前記第1の所定周期よりも長い第2の所定周期を有する複数の伝送フレームに分けて収容し、該複数の伝送フレームを、前記第2の所定周期のn倍の長さの第3の所定周期を有するフレーム集合に組み立てて送信するフレーム集合送出手段を有し、
前記フレーム集合送出手段は、前記フレーム集合の時間長に相当する前記音声データを、2以上かつ(n−1)以下の前記伝送フレームのそれぞれに均等配分して収容し、前記音声データの収容されていない伝送フレームに非音声データを収容して前記フレーム集合を送信することを特徴とする移動体通信用送受信装置。 - 基地局および移動局にそれぞれ設けられる移動体通信用送受信装置であって、該基地局から該移動局への下り側フレーム集合と、該移動局から該基地局への上り側フレーム集合とが共に同一のフレーム構成であることを特徴とする請求項1に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合送出手段は、前記フレーム集合の時間長に相当する音声データを、前記2以上かつ(n−1)以下の複数の伝送フレームのそれぞれに均等に分けて送出することを特徴とする請求項1または2に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合送出手段は、前記音声データがないときは前記非音声データを前記伝送フレームに収容して送出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合送出手段は、前記音声データが収容される音声用の伝送フレームと非音声データが収容される非音声用の伝送フレームとを、前記フレーム集合に組み立てて送信することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合送出手段は、前記複数の伝送フレームのそれぞれに対し、固有のフレーム番号を付与してフレーム集合を送信することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合送出手段は、前記固有のフレーム番号が付与されて送信されたフレーム集合を受信した場合に、該フレーム番号に同期させて伝送フレームを順次生成してフレーム集合を送信することを特徴とする請求項6に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記伝送フレームは、どのような種類のデータを収容された制御用の伝送フレームかを示すフレーム属性ビットを含んで構成されることを特徴とする請求項5に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記音声用の伝送フレームは、音声データおよび非音声データの各情報とを区別する付加データを含んで構成されることを特徴とする請求項5に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記音声用の伝送フレームのそれぞれに対し、前記付加データを個別に含ませることを特徴とする請求項9に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記フレーム集合を構成する音声用の伝送フレームのいずれか一つに、前記付加データをまとめて含ませることを特徴とする請求項9に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記音声用の伝送フレームに誤り検出用符号を付加し、前記制御用の伝送フレームに誤り検出用符号を付加し、前記誤り検出用符号のそれぞれに適用されるデータのデータフォーマットを統一させることを特徴とする請求項8に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記音声用の伝送フレームにおいて、前記誤り検出用符号が適用されるデータに対してさらに前記音声データの一部を加えることにより、該音声用の伝送フレームの前記データフォーマットを前記制御用の伝送フレームの前記データフォーマットと統一させることを特徴とする請求項12に記載の移動体通信用送受信装置。
- キャリアを変調して生成される前記フレーム集合において、該フレーム集合を構成する伝送フレームのうち一つを無変調キャリアで構成することを特徴とする請求項5に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記無変調キャリアを搬送する前記伝送フレームは、前記非音声用の伝送フレームであることを特徴とする請求項14に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記無変調キャリアを搬送する前記制御用の伝送フレームは、前記フレーム集合の先頭に配置されることを特徴とする請求項15に記載の移動体通信用送受信装置。
- 前記無変調キャリアの部分の先頭に同期信号を含ませることを特徴とする請求項14〜16のいずれか一つに記載の移動体通信用送受信装置。
- 第1の所定周期毎に符号化された音声データを、各々が前記第1の所定周期よりも長い第2の所定周期を有する複数の伝送フレームに分けて収容し、一連の該複数の伝送フレームを、前記第2の所定周期のn倍の長さの第3の所定周期を有するフレーム集合に組み立てて送信する送出手段を有し、
前記送出手段は、前記フレーム集合の時間長に相当する前記音声データを、2以上かつ(n−1)以下の前記伝送フレームのそれぞれに均等配分して収容し、前記音声データの収容されていない伝送フレームに非音声データを収容して前記フレーム集合を送信することを特徴とする送信機。 - 第1の所定周期毎に符号化された音声データを、各々が前記第1の所定周期よりも長い第2の所定周期を有する複数の伝送フレームに分けて収容し、一連の該複数の伝送フレームを、前記第2の所定周期のn倍の長さの第3の所定周期を有するフレーム集合に組み立てて送信する送信ステップから構成され、
前記送信ステップは、前記フレーム集合の時間長に相当する前記音声データを、2以上かつ(n−1)以下の前記伝送フレームのそれぞれに均等配分して収容し、前記音声データの収容されていない伝送フレームに非音声データを収容して前記フレーム集合を送信することを特徴とする送信方法。 - 第1の所定周期毎に符号化された音声データを、各々が前記第1の所定周期よりも長い第2の所定周期を有する複数の伝送フレームに分けて収容し、一連の該複数の伝送フレームを、前記第2の所定周期のn倍の長さの第3の所定周期を有するフレーム集合に組み立てて送信する送出手段によって送信された前記フレーム集合を受信する受信手段を有し、
前記受信手段は、前記フレーム集合の時間長に相当する前記音声データを、2以上かつ(n−1)以下の前記伝送フレームのそれぞれに均等配分して収容し、前記音声データの収容されていない伝送フレームに非音声データを収容した前記フレーム集合を受信することを特徴とする受信機。 - 第1の所定周期毎に符号化された音声データを、各々が前記第1の所定周期よりも長い第2の所定周期を有する複数の伝送フレームに分けて収容し、一連の該複数の伝送フレームを、前記第2の所定周期のn倍の長さの第3の所定周期を有するフレーム集合に組み立てて送信する送出手段によって送信された前記フレーム集合を受信する受信ステップから構成され、
前記受信ステップは、前記フレーム集合の時間長に相当する前記音声データを、2以上かつ(n−1)以下の前記伝送フレームのそれぞれに均等配分して収容し、前記音声データの収容されていない伝送フレームに非音声データを収容した前記フレーム集合を受信することを特徴とする受信方法。
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