JP5455589B2 - デジタルデータ通信システム及び送受信方法 - Google Patents

Description

本発明はデジタルデータ通信システム及び送受信方法に係り、さらに詳しくは、デジタル無線通信ネットワークの音声チャンネルを通してデジタルデータを送受信するデジタルデータ通信システム及び送受信方法（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｄａｔａ ｏｎ Ｖｏｉｃｅ）に関する。

デジタル無線通信ネットワークにおける音声通信システムは、音声を効率よく正確に伝達するため、音声の特性に最適化されたエンコーディング及びデコーディングアルゴリズムを用いる。このような無線音声通信システムで音声のエンコーディング及びデコーディングを担当するものをボコーダー（ｖｏｃｏｄｅｒ）と言い、このボコーダーは主に音声の線形的な特徴を利用した線形予測コーディングアルゴリズム等を介し音声をデジタル信号に変換する。併せて、大部分のボコーダーは、音声を変換するための線形予測コーディングアルゴリズム以外にも、音声ではない雑音を除去するための別途のアルゴリズムを備えるか、雑音を除去することができるアルゴリズムが含まれた線形予測コーディングアルゴリズムを備えることにより、音声通信システムの品質を向上させる。

ボコーダーの線形予測コーディングアルゴリズムは、音声の線形的な特性に従って一定区間の音声特性を予測及び評価したあと、その特性を縮約コーディングする。音声の変化が多いか音声の豊かな区間は、縮約データビットを多く割り当てて詳しくコーディングし、非線形的な特性及び単調な特性を有する区間は、縮約データビットを少なく割り当てて概略的にコーディングする。さらに、場合によって非線形的な特性及び単調な特性を有する区間における変化は、雑音除去アルゴリズムを介し除去することもある。

デジタル無線通信ネットワークは、単なる音声の伝達だけでなく、データを実時間で伝達できるようにする必要がある。特に、音声を伝達するため用いられる音声チャンネルは、無線通信システムの他のチャンネル等に比べて相対的に大きい帯域幅を有しているので、音声チャンネルを利用してデータを伝達すれば、より大きい大容量のデータを実時間で伝達することが可能となる。しかし、０と１の無作為的な繰返しで非線形的なデータは、線形的な特性を有する音声とは相違する。データと音声との特性差により、ボコーダーの線形予測コーディングアルゴリズムを介しデータをエンコーディング及びデコーディングする場合、データは歪みを受けやすい。したがって、音声のエンコーディングとデコーディングを行なうボコーダーを用いてデータを伝達するためには、データをエンコーディング及びデコーディングする過程における歪を防止するためのデータ通信アルゴリズムがボコーダーに必要である。
以下、デジタル無線通信ネットワークで音声チャンネルを利用してデータを送受信する方法について具体的に説明する。

図１は、従来の技術でイン・バンドシグナリング（Ｉｎ−ｂａｎｄ ｓｉｇｎａｌｌｉｎｇ、ＩＢＳ）を提供する無線通信ネットワークの説明図である。
図示の通り、無線通信ネットワークには音声チャンネル３４を通してエンコーディングされた音声信号３１を送信するための端末機１４と、端末機１４から送信された音声信号３１を受信するための基地局３６とが含まれている。基地局３６を介して伝達される音声信号３１等はセルラー遠隔通信交換システム（ＣＴＳＳ） ３８を介し有線ネットワークを通して伝達できるように変更される。
端末機１４のユーザー２３から伝達される音声２２の場合は端末機１４内に含まれたボコーダー１８を介しエンコーディングされ、エンコーディングされた音声信号等はデジタル音声チャンネル３４を通して基地局３６を経てＰＳＴＮ（Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）４２に伝達され、ＰＳＴＮ ４２を通して他のユーザーが用いる端末機に伝達される。以後、他のユーザーが用いる端末機内のボコーダーでデコーディングされれば、無線通信ネットワークを通した音声の伝達が完了する。

一方、データソース３０から入力されるデータの場合は、ボコーダー１８を介しエンコーディングされる前にイン・バンドシグナリングモデム２８を経て音声２２と類似する特徴を有するオーディオ信号２６に変換されることに差がある。以後、イン・バンドシグナリングモデム２８を介して変換されたオーディオ信号２６はボコーダー１８を介しエンコーディングされ、音声チャンネル３４を通してセルラー遠隔通信交換システム３８に伝達される。データソース３０から入力されるデータの場合は、ＩＰネットワーク４６などを通して目的地にあるサーバ４０に伝達されるか、ＰＳＴＮ ４２を通して他のユーザーが用いる端末機に伝達される。サーバ４０にはＩＳＢモデム２８が含まれているので、ボコーダー１８によりエンコーディングされた信号をデコーディングすることができる。

図２は、図１に示したイン・バンドシグナリングモデム２８内のエンコーダー５２の構造を説明するためのブロック図である。
図示の通り、イン・バンドシグナリングモデム２８のエンコーダー５２は、データバッファ５８、パケット化器６０、パケット（ｐａｃｋｅｔ）フォーマッター６２及びＩＢＳ変調器６４を含む。データソース３０から入力されたデータは、パケット化器６０によりパケットヘッダー（ｈｅａｄｅｒ）の後に続くパケットペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）の一定の大きさ単位に分割される。パケットフォーマッター６２は、パケットペイロードの変形を防止して伝送の効率を向上させるためのパケットプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）またはパケットポストアンブル（ｐｏｓｔａｍｂｌｅ）を追加する。ＩＢＳ変調器６４は、パケットフォーマッター６２から出力されたＩＢＳパケット７０を受信し、音声２２と類似する特徴を有するオーディオ信号２６を生成するため、二以上の相違するトーン周波数等６６、６８を利用して変調する。

イン・バンドシグナリングモデム２８の動作は、エンコーディングとデコーディングの二つで説明することができる。例えば、送信側では４００Ｈｚと１０００Ｈｚの間の周波数帯域で用いられるビット０とビット１を表わす二種類の相違する合成トーン等６６、６８でＩＢＳパケット７０をエンコーディングして伝送し、受信側のデコーダーは、入力オーディオ信号から合成トーン等が構成されている帯域のイン・バンドフィルタと、合成トーン等が存在しないアウト・オブ・バンドフィルタのエネルギ比で信号対雑音比（ＳＮＲ）を構成し、この値が信号が臨界点を越えるときＩＢＳモデムを活性化させ、同期パターンから正確な同期を合わせたあとペイロードをデコーディングする。

図３は、図２に示したＩＢＳパケット７０の構成を説明する概念図である。
図示の通り、ＩＢＳパケット７０は犠牲ビット７１、ヘッダー７２及び同期パターン７４でなるプリアンブル７３、犠牲ビット７５を含むポストアンブル７９、ペイロード７６及びチェックサム７８で構成されている。ＩＢＳパケット７０前後の犠牲ビット７１、７５は端末機１４のボコーダー１８の自動利得制御器（ＡＧＣ）がペイロードを歪曲するのを防止し、同期パターン７４は０と１の配列により音声信号と類似するように信号を発生させ、ボコーダー１８がペイロードを変形させることを防止する。場合によって、プリアンブル７３にペイロード７６の一部ビットを挿入させることにより、ボコーダー１８内の適応性フィルタを介しペイロードが歪曲されることを低減させることもある。

しかし、非線形的な特徴を有するデータをボコーダー１８を用いてエンコーディングする場合、依然データが歪曲及び縮約される可能性を有している。これを防止するため、従来、パケットの前後に「０」または「１」を配列したパターンを挿入するか、意味のない犠牲ビットを挿入する方法を用いていた。しかし、非線形的な特徴を有するデータに特定パターンや意味のない犠牲ビットを挿入しても音声と類似する性質を有するとは言えず、したがってボコーダー１８を介したエンコーディングの過程でデータが歪曲及び縮約される可能性は依然残ることになる。

特開２００２−２０９２７３号公報

本発明の目的は、無線通信ネットワークの音声チャンネルを通してデジタルデータを送受信することにあり、デジタルデータを変化の激しい音声と同じ性質を有するように変換するなどの方法を介し、ボコーダーが常に最大のビットレートでエンコーディングして音声チャンネルを通して送受信させることにより、データの歪曲や縮小を防止し、データの伝送速度を向上させることができるシステムを提供することにある。

本発明の一実施形態に係るデジタルデータの通信システムは、車両に取り付けられた端末部と外部サーバとの間に音声信号またはデジタルデータを伝送するデジタルデータ通信システムにおいて、前記端末部と前記外部サーバのそれぞれに、前記デジタルデータを音声の母音及び子音の周波数特性を含むように変調するＣＤＯＶモデムと、前記変調された信号を、音声チャンネルを通して送受信する送受信モジュールと、を含むことを特徴とする。

前記端末部は、前記ＣＤＯＶモデムを含むテレマティクス端末機と、前記送受信モジュールを含むセルホンと、を含み、前記テレマティクス端末機と前記セルホンは、ブルートゥース通信で連結されることを特徴とする。

前記母音の周波数特性は低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫ、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて前記デジタルデータを変調した結果であり、前記子音の周波数特性は中間周波数帯域のダミー信号を、挿入を介して形成したことを特徴とする。

前記中間周波数帯域のダミー信号は、周波数ドメイン上で前記低周波数帯域における複数の低周波信号の周波数の範囲を含むか、またはそれより大きく、最大４ＫＨｚより低い範囲で展開され、ろ過されたガウス雑音信号であることを特徴とする。

音声信号またはデジタルデータの伝送は、モードトーンにより決定されることを特徴とする。

また、本発明は、車両に取り付けられた端末部と外部サーバとの間の音声信号またはデジタルデータの送受信方法であって、端末部と外部サーバのそれぞれで、音声の母音及び子音の周波数特性を含むようにデジタルデータを変調するステップと、前記変調された信号を、音声チャンネルを通して送／受信するステップと、を含むことを特徴とする。

前記端末部で、前記デジタルデータを変調するステップは、ＣＤＯＶモデムを通して前記デジタルデータを変換し信号を生成するステップと、前記信号を、ブルートゥース通信を介してセルホンへ伝達するステップと、前記伝達された信号を、前記音声チャンネルを通して送受信できるように変調するステップと、を含むことを特徴とする。

前記母音の周波数特性は低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫ、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて前記デジタルデータを変調した結果であり、前記子音の周波数特性は中間周波数帯域のダミー信号を、挿入を介して形成されたことを特徴とする。

前記中間周波数帯域のダミー信号は、周波数ドメイン上で前記低周波数帯域における複数の低周波信号の周波数の範囲を含むか、あるいはそれより大きく、最大４ＫＨｚより低い範囲で展開され、ろ過されたガウス雑音信号であることを特徴とする。

音声信号またはデジタルデータの伝送を決定するためのモードトーンを生成するステップをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、音声と異なる非線形的な特徴を有するデジタルデータを音声と類似するように変換したあと、音声をエンコーディングするボコーダーを用いてエンコーディングし、音声チャンネルを通して送受信することにより、従来にボコーダーを用いたエンコーディングの過程で発生するデータの歪曲や縮約を防止することができるという利点がある。
さらに、データの歪曲や縮約を防止するとともに無線ネットワーク内の帯域幅が広い音声チャンネルを通してデータを送受信することによりデータの伝送速度を向上させることができるので、動く車両に適用すれば、車両に搭乗している運転者に多様なテレマティクスサービスを提供することができる。

従来技術でイン・バンドシグナリングを提供する無線通信ネットワークの説明図である。 図１に示すイン・バンドシグナリングモデム内のエンコーダの構造を説明するためのブロック図である。 図２に示すＩＢＳパケットの構成を説明する概念図である。 本発明の一実施形態に係るＣＤＯＶモデムを用いて構成したテレマティクスシステムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るテレマティクスシステムにおいて、モード切換シナリオのフローチャートである。 図４に示すテレマティクス端末機内のブルートゥースモジュールを説明するためのブロック図である。 図４に示すＣＤＯＶモデムを説明するためのブロック図である。 （ａ）は図７に示すＣＤＯＶモデムから出力される信号等の周波数特性を概略的に説明するためのグラフである。 （ｂ）は図７に示すＣＤＯＶモデムから出力される信号等の周波数特性を概略的に説明するためのグラフである。

本発明は、音声を無線通信ネットワークの音声チャンネルを通してデジタルデータを送／受信するもので、デジタルデータの歪曲や縮約を防止し、データの伝送速度を向上させるシステム及び送受信方法に関するものである。本発明の一実施形態では、デジタルデータがボコーダーに伝達される前に、イン・バンドシグナリングモデムを介して低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫ、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて、データが変化のある音声の母音のような形態を帯びるようにし、中間周波数帯域の子音と類似するダミー信号を挿入することにより、変化の多い音声と同じ形態に変換する。イン・バンドシグナリングモデムを介して、デジタルデータが変化の多い音声のような形態に変換されれば、ボコーダーはビットレートを最大にしてエンコーディング動作を行なうことになるので、デジタルデータの歪曲や縮約が防止される。

以下、本発明の一実施形態に係るデジタルデータの通信システムを、図４〜図８ｂを参照して詳しく説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係るＣＤＯＶ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｄａｔａ Ｏｎ Ｖｏｉｃｅ）モデムを用いて構成したテレマティクス（ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ）システムの構成を示す図である。
図示の通り、テレマティクスシステムは、車両に設けられたテレマティクス端末機４０１とセルホン４１１とでなる端末部４２６、及び実時間で利用者等にテレマティクスサービスを提供するためのサーバ部４２７を含み、無線ネットワークの音声チャンネルである無線パケット音声通信網４１６を利用してサービスのためのデータを送／受信する。

テレマティクス端末機４０１は、無線モデムの代わりにブルートゥースモジュール４０５を取り付け、これを介しブルートゥースモジュール４１２を内蔵したセルホン４１１とＰＣＭデータ４１５を取り交わす。セルホン４１１は、テレマティクス端末機４０１から受信するＰＣＭデータ４１５をセルホン４１１内のボコーダー４１３を介しエンコーディングして無線モデム４１４を介して送り出し、送り出されたデータは無線パケット音声通信網４１６を通してサービスサーバ部４２７に送り出される。さらに、逆方向に、サービスサーバ部４２７から無線パケット音声通信網４１６を通してセルホン４１１に渡されたパケットデータは、セルホン４１１内のボコーダー４１３でデコーディングされ、デコーディングされたデータはブルートゥースモジュール４１２を介してテレマティクス端末機４０１に送り出される。

前述のように、テレマティクス端末機４０１とテレマティクスサービスサーバ４１７との間にサービス通信ラインが連結されたあと、ユーザーの音声４０７がテレマティクスサービスサーバ４１７に送受信される。このとき、テレマティクスサービスシナリオによりサーバ４１７からのデータ送信が必要な場合、モード切換シナリオにより端末部２６のＣＤＯＶモデム４０２とサーバ部４２７のＣＤＯＶモデムサーバ４１９をデータ送受信モードに切り換える。
テレマティクスサービスサーバ４１７は、サービスデータ４１８をＣＤＯＶモデムサーバ４１９に渡す。サービスデータ４１８を受信したＣＤＯＶモデムサーバ４１９は、これをエンコーディングしてＰＣＭデータ４２２として対話型音声案内システム（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｖｏｉｃｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ （ＩＶＲ））４２３に出力し、対話型音声案内システム４２３が交換器（Ｐｒｉｖａｔｅ Ｂｒａｎｃｈ Ｅｘｃｈａｎｇｅ （ＰＢＸ））４２５により無線パケット音声無線パケット音声通信網４１６を通して端末部４２６に伝達させる。

ＰＣＭデータ４２２が伝達されたテレマティクス端末機４０１はＣＤＯＶモデム４０２を介してデコーディングし、デコーディングされたサービスデータ４０８は端末テレマティクスサービスモジュール４０３に伝達される。一方、テレマティクスサービスと直接的な関連性はないが、交換器４２５を介して伝達される一般的な音声データの場合はコンピュータ電話統合システム４２４に伝達されて処理される。
逆に、テレマティクス端末機４０１とテレマティクスサービスサーバ４１７との間にサービス通信ラインが連結されたあと、ユーザーとテレマティクスサービスサーバ４１７との間の音声通話中に、テレマティクスサービスシナリオによりテレマティクス端末機４０１からのデータ送信が必要な場合にも、モード切換シナリオによりテレマティクス端末機４０１とＣＤＯＶモデムサーバ４１９をデータ送／受信モードに切り換える。

以後、端末テレマティクスサービスモジュール４０３では、送信するサービスデータ４０８をＣＤＯＶモデム４０２に渡してデータをエンコーディングさせる。ＣＤＯＶモデム４０２は、渡された送信データ４０８をエンコーディングしたＰＣＭデータ４０９を端末機のブルートゥースモジュール４０５に渡してセルホン４１１に伝達する。セルホン４１１は、これをボコーダー４１３でエンコーディングして無線パケット音声通信網４１６を通してサーバ部４２７に渡す。サーバ部４２７の交換器４２５と対話型音声案内システム４２３を通してＣＤＯＶモデムサーバ４１９に渡されてきたＰＣＭデータ４２２は、デコーディング過程を経てサービスデータ４１８に出力され、これをテレマティクスサービスサーバ４１７に伝達する。
前述の場合のように、サービスシナリオにより両方向或いは一方向にデータの送／受信が完了すれば、再度モード切換シナリオにより音声モードに切り換えて端末部２６とサーバ部２７との間の音声通話を可能にする。

図５は、本発明の一実施形態に係るテレマティクス（ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ）システムにおけるモード切替シナリオのフローチャートである。
先ず、端末機４０１とテレマティクスサービスサーバ４１７との間にサービス通信ラインが連結されたあと、ユーザーとサーバ部４２７との間には音声通話が可能になるように音声モードで連結を形成する（Ｓ５０１）。この状態でテレマティクス端末機４０１は、サーバ部４２７から入力される通話ＰＣＭデータ４１５が、ユーザーだけでなくＣＤＯＶモデム４０２にも入力されるように通話スィッチ４１０を連結させ、ＰＣＭデータ４１５をＣＤＯＶモデム４０２に入力させてＣＤＯＶモデム４０２がモード切換トーンを監視できるようにする。同様に、ＣＤＯＶモデムサーバ４１９はサービスサーバの命令によりモード切換トーンを発生させることができるように待機する。

サービスシナリオによりデータの送受信の必要の可否を決定し（Ｓ５０２）、不要な場合は音声通話を維持し、データの送受信の必要の可否を監視する（Ｓ５０３）。
サービスシナリオによりデータの送受信が必要な場合、テレマティクスサービスサーバ４１７はＣＤＯＶモデムサーバ４１９をしてモード切換トーンを発生させるようにする（Ｓ５０４）。
発生したモード切換トーンはＰＣＭデータ４２２で対話型音声案内システム４２３に伝達され、無線パケット音声通信網４１６を通してテレマティクス端末機４０１に伝達される（Ｓ５０５）。
ＣＤＯＶモデム４０２内のテキスト／音声モード制御器４０４はこのモード切換トーンを検出してテレマティクス端末機４０１に報知し（Ｓ５０６）、テレマティクス端末機４０１はユーザー方向に音声が通信できないように通話スィッチ４１０の連結を遮断する（Ｓ５０７）。

以後、ＣＤＯＶモデム４０２はデータ送／受信モードに切り換えてデータ送／受信モードに切り換えたことをテレマティクス端末機４０１に報知し、これをＡＣＫトーンを発生させてセルホン４１１に渡すことによりサーバ部４２７で分かるようにする。サーバ部４２７のＣＤＯＶモデムサーバ４１９は、モード切換トーンを発生させたあと、テレマティクス端末機４０１からＡＣＫトーンが入力されるよう待機する（Ｓ５０８）。
テレマティクス端末機４０１からＡＣＫトーンの入力を確認した後にＣＤＯＶモデムサーバ４１９はデータ送／受信モードに切り換え、これをテレマティクスサービスサーバ４１７に報知する（Ｓ５０９）。端末部４２６とサーバ部４２７が全てデータ送／受信モードに切り換えられたあとデータの送／受信が行なわれる。以後、サービスシナリオによるデータの送／受信が終了したか否かを確認し（Ｓ５１０）、その結果に従ってデータ送受信モードを維持する（Ｓ５１１）。

端末部４２６とサーバ部４２７のうち、データ送／受信の終了を先ず認知した側からデータ送／受信モード終了信号を送信したあと、ＡＣＫデータの検出を待機する（Ｓ５１２）。
データ送受信モード終了信号を受信した側では、ＡＣＫデータを送信した後に音声モードに切り換え、テレマティクス端末機４０１の場合に通話スィッチ４１０を再度連結させる（Ｓ５１３）。ＡＣＫデータを受信した部でも音声モードに切り換え、テレマティクス端末機４０１の場合は通話スィッチ４１０を再度連結させる（Ｓ５１４）。

図６は、図４に示すテレマティクス端末機４０１内のブルートゥースモジュール４０５を説明するためのブロック図である。
図示の通り、モード切換トーンを形成するためのブルートゥースモジュール４０５は、ブルートゥース無線インターフェースとこれと関連した無線ＰＣＭモジュール６４３、オーディオモジュールと関連したコーデック６４７、幾多のモジュール等を統制する制御部６４６のほか、テレマティクスサービスに用いられる場合に発生し得る通話音声経路上の雑音と残響を除去するための雑音及び残響除去器６４４も１つのモジュール内に含んでいる。また、基本的なブルートゥースモジュールでない応用プログラムのため別にＣＰＵを配置し、テレマティクスサービスと関連する必要な多くの機能が１つのブルートゥースモジュール内で解決できるように設計されている。

このようなブルートゥースモジュール４０５を利用してＣＤＯＶモデム４０２を構成する場合、ＣＤＯＶモデム４０２を介したデジタルデータ４０８の伝送には、デジタルデータをエンコーディングして伝送するＰＣＭデータ４０９の歪曲を防止するため、デジタルデータを送受信するデータ送受信モードでは雑音及び残響除去器６４４の動作を停止させる必要がある。さらに、音声モードからデータ送受信モードに切り換えられるとき、スピーカー６５０の出力をできるだけ早く遮断しなければならない。本発明のモード切換シナリオの他の構成の例では、ブルートゥースモジュール４０５内にＤＴＭＦ検出器６４５を構成した。ＤＴＭＦ検出器６４５は、ブルートゥースモジュール４０５内に普通提供されるＣＰＵを利用してソフトウェア的に構成されてもよく、または単一チップの形態でスピーカー６５０とコーデック６４７との間に構成されてもよい。

前述のように、テレマティクス端末機４０１とテレマティクスサービスサーバ４１７との間にサービス通信ラインが連結されたあと、ユーザーとサーバ部４２７との間には音声通話ができるように音声モードで形成されている。この状態でブルートゥースモジュール４０５は、サーバ部４２７から入力される通話ＰＣＭデータ４１５がスピーカー６５０を介し出力されるだけでなく、ＤＴＭＦ検出器６４５でも引続き監視されるようにする。このような音声モードでは、ブルートゥースモジュール４０５とＣＤＯＶモデム４０２との間のＰＣＭデータ４０９の伝送は行なわれない。この状態におけるＣＤＯＶモデムサーバ４１９は、テレマティクスサービスサーバ４１７の命令によりモード切換えのためのＤＴＭＦトーンを発生させることができるように待機する。

サービスシナリオによりデジタルデータの送受信が必要な場合、テレマティクスサービスサーバ４１７はＣＤＯＶモデムサーバ４１９をして特定のＤＴＭＦトーンに定められたモード切換トーンを発生させるようにする。発生したモード切換トーンはＰＣＭデータ４２２で対話型音声案内システム４２３に伝達され、無線パケット音声通信網１６を通してテレマティクス端末機４０１に伝達される。ブルートゥースモジュール４０５内のＤＴＭＦ検出器６４５は、これを感知して制御部４４６に報知する。制御部４４６は、スピーカー６５０の出力と雑音及び残響除去器６４４の動作を中止させ、モード切換トーンの検出を端末機制御部４４８に報知する。これにより、ブルートゥースモジュール４０５とＣＤＯＶモデム４０２との間のＰＣＭデータ４０９の通路が開かれ、ＣＤＯＶモデム４０２からＡＣＫトーンが入力されたブルートゥースモジュール４０５はデータ送受信モードをセットアップさせる。
逆に、データ送受信モードから音声モードへの切換えは特定のテキストを伝送することにより行なわれ、音声モードへの切換えが行なわれるときブルートゥースモジュール４０５はスピーカー６５０の出力を連結させて雑音及び残響除去器６４４を再度動作させる。

図７は、図４に示すＣＤＯＶモデム４０２を説明するためのブロック図である。
図示の通り、ＣＤＯＶモデム４０２は大きくエンコーダ部（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ） ７２８とデコーダ部（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）７３５に分類される。具体的に、エンコーダ部７２８はデジタルデータ入力部７２９、チャンネルコーディング（ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ）部７３０、フレーマー（ｆｒａｍｅｒ）７３１、変調部（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）７３２、ＤＮジェネレーター（ＤＮ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）７３３及びＰＣＭデータ出力部７３４を含む。デコーダ部７３５は、ＤＮストップフィルタ（ＤＮ ｓｔｏｐ ｆｉｌｔｅｒ）７３７、整合フィルタ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）７３９、同期化部（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ）７３８、復調部（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）７４０、チャンネルデコーディング（ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）部７４１、デジタルデータ出力部７４２及びＰＣＭデータ入力部７３６で構成されている。

以下、本発明の一実施形態で特定の機能を有する構成要素について具体的に説明する。、当業者に周知の構成要素の説明は省略する。
ＣＤＯＶモデム４０２のエンコーダ部７２８に含まれたデジタルデータ入力部７２９は、モデムの上位応用端とのデジタルデータを交換する役割を有する。チャンネルコーディング部７３０はＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）またはＬＤＰＣ（Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ）のようなエラー訂正コードを挿入して入力されたデータをコーディングし、フレーマー７３１はコーディングされたデータを一定単位の送信データパケットで構成する。ここで、送信データパケットはパケットの開始同期とシンボル同期のためのプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）と、チャンネルコーディングされた伝送するデータのペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）及びペイロード信号の保護のためのガイド（ｇｕｉｄｅ）データ等でなるポストアンブル（ｐｏｓｔａｍｂｌｅ）で構成される。変調部（ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）７３２は、フレーマー７３１で作られた二進信号を無線パケット音声通信網４１６用ボコーダー４１３のアルゴリズムに適した形態に変調する。基本的に３００Ｈｚから１２００Ｈｚまでの低い周波数帯域の搬送波を用い、本発明の一実施形態ではＭ−ａｒｙ ＦＳＫやＭ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて変調することが特徴である。

ＤＮジェネレーター７３３は、変化の多い音声信号と類似するスペクトルを作るために１８００Ｈｚから３６００Ｈｚまでの周波数帯域のろ過されたガウス雑音（ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）を発生させて変調信号に加える。このとき、ろ過（ｆｉｌｔｅｒ）の性格はこの帯域における音声の子音特性を表わすように設計することが特徴であり、信号の強度は変調信号の強度より大凡−１２ｄＢ程度にして発生させる。
図８ａ及び図８ｂは、図７に示されたＣＤＯＶモデム４０２から出力される信号等の周波数特性を概略的に説明するためのグラフである。

図８（ａ）に示す通り、４ＫＨｚ以下の任意のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）周波数（ｆ１とｆ２）を有する低周波信号８５１、８５２と、周波数ドメイン上で低周波信号８５１、８５２の周波数帯域で外側に隣接して展開されたろ過されたガウス雑音（ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）信号８５３により最終的な変調信号が構成される。
無線音声通信網においてボコーダーは、入力された音声信号を線形予測コーディングアルゴリズムを利用してコーディングするとき一次的に入力された音声の性格を検査する。もし入力された音声信号が変化の多い音声信号であると判断すれば、コーディング時にビット割当てを最大にしてコーディングすることになる。変化の多い音声とは、大体子音と母音を全て含んでいながらも性格の異なる２つの音声の間を遷移する音声である。本発明の一実施形態で用いる低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫやＭ−ａｒｙ ＰＳＫ、特にＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫの変調により生成された波形は大体音声の母音の性格を有する。

母音の性格だけを有する場合は状況に応じて依然単調な音声と類似することがある。ボコーダーにより単調な音声と判断されるか単調な雑音と判定されれば、エンコーディング時にビットの割当てが少なくなるか、雑音除去アルゴリズムにより歪曲或いは縮約されることがある。この対応策として、母音の性格を有する低周波数帯域の変調信号に子音の特性を有する中高周波帯域の多少弱い信号を意図的に混合することにより、無線音声通信網のボコーダーをして入力された信号が変化の多い音声信号であると認知させることが本発明の特徴である。これは、ボコーダーのエンコーディング時に最大のビット割当てを行なうように誘導し、変調された信号の歪曲を最大限に防止して速やかなデータ通信速度を保障させるものである。

図８（ｂ）に示す通り、４ＫＨｚ以下の任意のキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）周波数（ｆ１とｆ２）を有する低周波信号８５１、８５２と、周波数ドメイン上で低周波信号８５１、８５２の周波数帯域を含み広い帯域に亘って現われるろ過されたガウス雑音（ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）信号８５４により最終的な変調信号が構成される。このとき、ろ過されたガウス雑音信号８５４はＳＮＲ（信号対雑音比）を大きくするため、低周波信号８５１、８５２の大きさに比べ最小−１５ｄＢ程度にして発生させ、低周波信号８５１、８５２に加える。

図８（ａ）或いは図８（ｂ）に示すように、合成された信号はＰＣＭデータ出力部７３４によりバッファリングされながら上位応用端に出力される。ＣＤＯＶモデム４０２のデコーダ部７３５で、ＰＣＭデータ入力部７３６はＰＣＭデータを受信してバッファリングする役割を果たす要素であり、ＤＮストップフィルタ７３７は受信信号からＤＮ信号を除去するためのフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）であって、搬送波に用いられる周波数領域である３００Ｈｚから大凡１５００Ｈｚ内のバンドパスフィルタを用いる。整合フィルタ（Ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）７３９と復調部（ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）７４０は変調された信号を復調して所望の二進データを抽出する要素であり、チャンネルデコーディング（ｃｈａｎｎｅｌ ｄｅｃｏｄｉｎｇ）部７４１は復調された二進データをもってエラーが訂正されたユーザー信号を生成する要素である。最終的にデコーディングされ抽出されたデータは、デジタルデータ出力部７４２により出力される。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

４０１： テレマティクス端末機
４０２： ＣＤＯＶモデム
４０３： 端末テレマティクスサービスモジュール
４０４： テキスト／音声モード制御器
４０５、４１２： ブルートゥースモジュール
４０６： コーデック
４１０： スィッチ
４１３： ボコーダー
４１４： 無線モデム
４１６： 無線パケット音声通信網
４１７： テレマティクスサービスサーバ
４１９： ＣＤＯＶモデムサーバ
４２３： 対話型音声案内システム（ＩＶＲ）
４２４： コンピュータ電話統合システム（ＣＴＩ）
４２５： 交換器（ＰＢＸ）

Claims (10)

1. 車両に取り付けられた端末部と外部サーバとの間に音声信号またはデジタルデータを伝送するデジタルデータ通信システムにおいて、
   前記端末部と前記外部サーバのそれぞれに、前記デジタルデータを音声の母音及び子音の周波数特性を含むように変調するＣＤＯＶモデムと、
   前記変調された信号を、音声チャンネルを通して送受信する送受信モジュールと、
   を含むことを特徴とするデジタルデータ通信システム。
2. 前記端末部は、
   前記ＣＤＯＶモデムを含むテレマティクス端末機と、
   前記送受信モジュールを含むセルホンと
   を含み、
   前記テレマティクス端末機と前記セルホンは、ブルートゥース通信で連結されることを特徴とする請求項１に記載のデジタルデータ通信システム。
3. 前記母音の周波数特性は低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫ、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて前記デジタルデータを変調した結果であり、前記子音の周波数特性は中間周波数帯域のダミー信号を、挿入を介して形成したことを特徴とする請求項２に記載のデジタルデータ通信システム。
4. 前記中間周波数帯域のダミー信号は、周波数ドメイン上で前記低周波数帯域における複数の低周波信号の周波数の範囲を含むか、またはそれより大きく、最大４ＫＨｚより低い範囲で展開され、ろ過されたガウス雑音信号であることを特徴とする請求項３に記載のデジタルデータ通信システム。
5. 音声信号またはデジタルデータの伝送は、モードトーンにより決定されることを特徴とする請求項１に記載のデジタルデータ通信システム。
6. 車両に取り付けられた端末部と外部サーバとの間の音声信号またはデジタルデータの送受信方法であって、
   端末部と外部サーバのそれぞれで、音声の母音及び子音の周波数特性を含むようにデジタルデータを変調するステップと、
   前記変調された信号を、音声チャンネルを通して送／受信するステップと、
   を含むことを特徴とするデジタルデータ送受信方法。
7. 前記端末部で、前記デジタルデータを変調するステップは、
   ＣＤＯＶモデムを通して前記デジタルデータを変換し信号を生成するステップと、
   前記信号を、ブルートゥース通信を介してセルホンへ伝達するステップと、
   前記伝達された信号を、前記音声チャンネルを通して送受信できるように変調するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のデジタルデータ送受信方法。
8. 前記母音の周波数特性は低周波数帯域のＭ−ａｒｙ ＦＳＫ、Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫまたはＭ−ａｒｙ ＤＰＳＫを用いて前記デジタルデータを変調した結果であり、前記子音の周波数特性は中間周波数帯域のダミー信号を、挿入を介して形成されたことを特徴とする請求項７に記載のデジタルデータ送受信方法。
9. 前記中間周波数帯域のダミー信号は、周波数ドメイン上で前記低周波数帯域における複数の低周波信号の周波数の範囲を含むか、あるいはそれより大きく、最大４ＫＨｚより低い範囲で展開され、ろ過されたガウス雑音信号であることを特徴とする請求項８に記載のデジタルデータ送受信方法。
10. 音声信号またはデジタルデータの伝送を決定するためのモードトーンを生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のデジタルデータ送受信方法。
    
    

Images