JP5852311B2 - 音声フレームのタイミング補正方法及び無線機 - Google Patents

Description

本発明は、無線機の無線フレームタイミングに同期させて音声フレームタイミングを補正する音声フレームのタイミング補正方法及び無線機に係り、特に回路規模を増大させずに音声データの欠損を容易に防止することができる音声フレームのタイミング補正方法及び無線機に関する。

［先行技術の説明］
移動通信システムにおいて、基地局と端末（移動局）、又は端末と端末との間での無線通信を行う際には、送信側と受信側とで無線フレームタイミングを同期させる必要がある。
そのため、無線フレームタイミングにずれが生じた場合、基地局と端末との通信では端末が無線フレームタイミングを補正し、端末間の通信では受信側が無線フレームタイミングの補正を行う。

また、音声通信においては、送信側では音声データを音声コーデック部で音声符号化し、それを変調して無線フレームに乗せて送信し、受信側では受信復調された無線フレームを音声コーデック部で音声復号化して音声データを取り出すようになっている。
つまり、音声コーデック部における音声データのＡ／Ｄ変換時又はＤ／Ａ変換時のサンプリングタイミングを無線フレームタイミングに合わせる必要がある。

［無線フレームと音声フレーム］
次に、無線フレームと音声フレームの構成について説明する。
無線フレームは、３８４のシンボルから成り、シンボルタイミングをカウントするシンボルタイミングカウンタが３８４カウントすると１無線フレームとなって、シンボルタイミングカウンタは０にクリアされ、次の無線フレームのシンボルタイミングをカウントする。
無線フレーム長は４０ｍｓ、そのタイミングである無線フレームタイミングは２５Ｈｚであり、シンボル長は１０４．１７μｓ、シンボルタイミングは９．６ｋＨｚである。

また、音声コーデック部における音声フレームは、３２０の音声サンプルから成り、音声サンプリングタイミングカウンタは３２０カウントすると１音声フレームとなって０にクリアされ、次の音声フレームのサンプルタイミングをカウントする。
音声フレーム長は無線フレームと同じ４０ｍｓ、そのタイミングである音声フレームタイミングは２５Ｈｚであり、音声サンプル長（音声サンプリング期間）は１２５μｓ、音声サンプリングタイミングは８ｋＨｚである。
また、音声コーデック部では、１音声サンプリング期間に３２回カウントする音声コーデック用の基準クロック（２５６ｋＨｚ）を用いて処理を行っている。基準クロックは制御部から供給される。

ここで、音声フレームタイミングは無線フレームタイミングに合わせなければならないため、音声サンプリングタイミングカウンタが３２０カウントして０にクリアされるタイミングを、シンボルタイミングカウンタが３８４カウントして０にクリアされるタイミングに合わせるようになっている。

尚、無線機内には装置全体の基準となるクロック（１９．２ＭＨｚ）が設けられ、各部におけるカウンタやクロックは、当該クロックを分周することにより生成されるものである。
シンボルタイミングは、１９．２ＭＨｚの２０００カウントであり、音声サンプリングタイミングは、１９．２ＭＨｚの２４００カウントに相当する。

［従来の音声フレームタイミング補正方法：図５］
次に、従来の音声フレームタイミング補正方法について図５を用いて説明する。図５は、従来の音声フレームタイミング補正方法を示す説明図であり、（ａ）はタイミングがずれた無線フレーム、（ｂ）は補正前の音声フレーム、（ｃ）は補正後の音声フレームを示す。
図５（ａ）では、無線通信を行っている相手より自分のタイミングが進んでいる場合であり、１２シンボルタイミング毎に２．５μｓ進んでいる場合を示している。この場合、無線フレームを１２シンボルタイミング毎に２．５μｓだけ短くする必要がある。

そのため、１２シンボルタイミング毎（カウント１１、カウント２３、カウント３５...）にシンボル長を２．５μｓだけ短縮する。具体的には、１２シンボル毎にシンボルクロックを２．５μｓ分早く出力する。つまり、
２．５μｓ／（１／１９．２ＭＨｚ）＝４８クロック
であり、１２シンボル毎に１９．２ＭＨｚを４８クロック分少ないタイミングでシンボルカウンタをインクリメントして次のシンボルタイミングをカウントすることで誤差を吸収するよう補正する。

これにより、シンボルカウンタが３８４カウントする間に、
２．５μｓ×（３８４／１２）＝８０μｓ
だけ時間が短くなり、１無線フレーム長は、
４０ｍｓ−８０μｓ＝３９．９２ｍｓ となる。

そして、図５（ｂ）に示すように、無線フレームのシンボルタイミングカウンタが３８４カウントして０にクリアされるときに、音声フレームの音声サンプリングタイミングカウンタは、３１９カウント後、３２０カウントの期間は、まだ４５μｓしか経過しておらず、音声フレーム長は４０ｍｓに達していない。
このまま音声コーデックの基準クロックに基づいて音声サンプリングタイミングをカウントすると、次の音声フレームに移行するまでに更に８０μｓかかることになる。

上述したように、音声フレームタイミングは無線フレームタイミングに同期させる必要があるので、図５（ｃ）に示すように、３２０番目の音声サンプリングタイミングでは、４５μｓ経過した時点で音声サンプリングタイミングカウンタを０にクリアし、次の音声フレームのカウントを開始する。つまり、３２０番目の音声サンプリングタイミングにおける残り８０μｓ分のデータは欠落することになる。

音声コーデックとのインタフェースが、２５６ｋＨｚのクロックで動作する場合、
８０μｓ／（１／２５６ｋＨｚ）＝２０．４８＝２１クロック
となり、２１クロック欠損することになる。

音声コーデックのデバイスには、基準クロックが１クロックでも欠損すると音声コーデックが正常に動作しないデバイスや、音声フレーム単位でのデータを破棄してしまうデバイスもあり、このようなデバイスでは、異音や音途切れといった不具合が発生してしまう。
また、基準クロックに同期してデータがある場合には、基準クロックに合わせてデータが欠損してしまい、音途切れが発生する。

更に、データの欠損を防ぐために、基準クロックの調整を行わずに音声コーデックされたデータを一旦バッファリングしてから出力する構成も考えられるが、回路規模が大きくなり、音声データの遅延が発生し、タイミング調整が困難となる。

［関連技術］
尚、無線通信における音声データのタイミングを補正する技術としては、特開２０１０−２５２０１９号公報「無線基地局装置」（株式会社日立国際電気、特許文献１）がある。
特許文献１には、変換部が音声データのアップリンクフレームの割り当て処理を行い、補正処理部が、音声データ内の時間情報とネットワークからの音声制御信号内の時間情報とを比較して音声データの時間変化を検出し、当該時間変化に応じて変換部における音声データのアップリンクフレームの割り当てタイミングを補正することが記載されている。

特開２０１０−２５２０１９号公報

しかしながら、従来の音声フレームのタイミング補正方法及び無線機では、相手との無線フレームタイミングのずれによる無線フレームの短縮に伴って音声データが欠損して、異音や音途切れが発生することがあるという問題点があった。

また、音声コーデックされたデータをバッファリングする構成では、回路規模が増大し、タイミング合わせの制御が複雑になるという問題点があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、回路規模を増大させることなく、簡易な制御で異音や音途切れを防ぐことができる音声フレームのタイミング補正方法及び無線機を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線フレームのタイミングに基づいて音声フレームのタイミングを補正する音声フレームのタイミング補正方法であって、無線フレームのずれを検出し、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを一致させる補正を行う調整タイミングを当該ずれに応じて決定すると共に、音声データを符号化又は復号化するための基準クロックを高速にして、音声データのカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックで音声データを復号化又は符号化し、調整タイミングになると、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングをずれに応じて補正し、補正された無線フレームのタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴としている。

また、本発明は、受信した無線信号を復調し、復調された音声データを復号化する無線機であって、無線フレームのシンボルタイミングと音声フレームの音声データのサンプリングタイミングを生成すると共に、復調された音声データを記憶し、音声データを復号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックと記憶した音声データとを音声フレームの音声データをカウントするタイミングで出力する制御部と、受信した無線信号の無線フレームのシンボルタイミングを検出し、制御部で生成された無線フレームのシンボルタイミングと比較して無線フレームのずれを検出し、音声フレームのタイミングを補正する調整タイミングを当該ずれに基づいて決定すると共に、当該ずれに応じて無線フレームのシンボルをカウントするタイミングを補正して、無線信号を復調し、当該復調した音声データを前記制御部に出力する復調部と、制御部からの音声データと余裕時間が形成された基準クロックとを入力し、音声データを当該基準クロックで復号化する音声データ復号化部とを有し、制御部が、復調部で決定された調整タイミングになると、補正された無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴としている。

また、本発明は、上記無線機において、音声信号を基準クロックで符号化して音声データを出力する音声データ符号化部と、音声データを変調して無線フレームで出力する変調部とを有し、制御部が、音声データを符号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックを音声データ符号化部に出力すると共に、音声データ符号化部からの音声データを記憶し、記憶した音声データを音声フレームの音声データをカウントするタイミングで変調部に出力し、復調部で決定された調整タイミングになると、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴としている。

本発明によれば、無線フレームのタイミングに基づいて音声フレームのタイミングを補正する音声フレームのタイミング補正方法であって、無線フレームのずれを検出し、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを一致させる補正を行う調整タイミングを当該ずれに応じて決定すると共に、音声データを符号化又は復号化するための基準クロックを高速にして、音声データのカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックで音声データを復号化又は符号化し、調整タイミングになると、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングをずれに応じて補正し、補正された無線フレームのタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させる音声フレームのタイミング補正方法としているので、調整タイミングを適切に決定することにより、タイミングのずれを音声データを含まない余裕時間以内で補正することができ、回路規模を増大させることなく、簡易な処理で音声フレームのタイミング調整における音声データの遅延や欠落を防止して、音声品質の劣化を防ぐことができ、無線フレームにずれが生じた場合でも、補正された無線フレームのタイミングに音声フレームのタイミングを合わせることができ、音声品質の劣化を防ぐことができる効果がある。

また、本発明によれば、受信した無線信号を復調し、復調された音声データを復号化する無線機であって、無線フレームのシンボルタイミングと音声フレームの音声データのサンプリングタイミングを生成すると共に、復調された音声データを記憶し、音声データを復号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックと記憶した音声データとを音声フレームの音声データをカウントするタイミングで出力する制御部と、受信した無線信号の無線フレームのシンボルタイミングを検出し、制御部で生成された無線フレームのシンボルタイミングと比較して無線フレームのずれを検出し、音声フレームのタイミングを補正する調整タイミングを当該ずれに基づいて決定すると共に、当該ずれに応じて無線フレームのシンボルをカウントするタイミングを補正して、無線信号を復調し、当該復調した音声データを前記制御部に出力する復調部と、制御部からの音声データと余裕時間が形成された基準クロックとを入力し、音声データを当該基準クロックで復号化する音声データ復号化部とを有し、制御部が、復調部で決定された調整タイミングになると、補正された無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させる無線機としているので、調整タイミングを無線フレームのずれに応じて適切に決定することにより、タイミングのずれを音声データを含まない余裕時間以内で補正することができ、回路規模を増大させることなく、簡易な処理で音声フレームのタイミング調整における音声データの遅延や欠落を防止して、音声品質の劣化を防ぐことができる効果がある。

また、本発明によれば、音声信号を基準クロックで符号化して音声データを出力する音声データ符号化部と、音声データを変調して無線フレームで出力する変調部とを有し、制御部が、音声データを符号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして当該期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックを音声データ符号化部に出力すると共に、音声データ符号化部からの音声データを記憶し、記憶した音声データを音声フレームの音声データをカウントするタイミングで変調部に出力し、復調部で決定された調整タイミングになると、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させる上記無線機としているので、送信時にも簡易な処理で音声フレームのタイミング調整における音声データの遅延や欠落を防止して、音声品質の劣化を防ぐことができる効果がある。

本発明の実施の形態に係る無線機の概略構成ブロック図である。 本無線機における無線フレームと音声フレームの調整タイミングを示す説明図である。 本無線機における音声サンプリングタイミングの調整方法を示す模式説明図である。 本無線機における無線フレームと音声フレームのタイミング補正を示す説明図である。 従来の音声フレームタイミング補正方法を示す説明図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る音声フレームのタイミング補正方法は、音声復号化／符号化の処理の基準クロックを高速にして音声データのサンプリング期間内で前詰めとし、残りの時間が余裕時間となるよう生成し、復調データを当該基準クロックに基づいて復号化し、音声信号を当該基準クロックに基づいて符号化し、無線フレームのずれを検出して、当該ずれと余裕時間とに基づいて音声フレームのタイミングを補正する頻度及びその調整タイミングを決定し、調整タイミングになると、無線フレームのシンボルタイミングに音声フレームの音声サンプリングタイミングを同期させるようにしており、音声サンプリング期間を短くする場合でも、音声データを含まない余裕時間内で補正することができ、回路規模を増大させること無く簡易な処理で音声データの欠落を防ぎ、音声フレームタイミングを無線フレームタイミングに合わせることができるものである。

本発明の実施の形態に係る音声フレームのタイミング補正方法は、無線フレームのずれに応じて無線フレームのタイミングに音声フレームのタイミングを一致させる補正の頻度及びその調整タイミングを決定し、音声データを復号化又は符号化するため一定数カウントする基準クロックを高速にして、予め設定された音声データのサンプリング期間内で前詰めでカウントするよう生成し、サンプリング期間内の残りの時間（基準クロックのカウントを行わない時間）をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、当該前詰めの基準クロックで音声データを復号化又は符号化し、調整タイミングになると、無線フレームのシンボルタイミングを補正し、当該補正された無線フレームのシンボルタイミングに音声フレームの音声サンプリングタイミングを同期させる音声フレームの補正方法としており、調整タイミングにおける１回の補正量を余裕時間内とするよう、補正の頻度を決定することにより、音声サンプリング期間を短くする補正を行っても音声データの欠落を防止することができ、回路規模を増大させずに、簡易な処理で音声フレームのタイミング調整を実現し、通信の信頼性を向上させることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線機は、制御部が、無線フレームのシンボルタイミングと音声フレームの音声サンプリングタイミングを生成すると共に、復調された音声データを一旦記憶し、音声データを復号化するための基準クロックを高速にして、音声データのサンプリング期間内で前詰めでカウントするよう生成し、当該サンプリング期間内の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックと記憶された音声データとを出力し、復調部が、受信信号の無線フレームのシンボルタイミングを検出し、制御部で生成された無線フレームのシンボルタイミングと比較して無線フレームのずれを検出し、当該ずれに基づいて音声フレームを補正する頻度及び調整タイミングを決定し、当該調整タイミングにおいて、シンボルタイミングのずれを補正し、補正されたシンボルタイミングを出力すると共に、無線信号を復調し、復調した音声データを制御部に出力し、音声データ復号化部が、制御部からの音声データと余裕時間が形成された基準クロックを入力して、音声データを当該基準クロックで復号化し、制御部が、復調部で決定された調整タイミングで、復調部から入力される補正された無線フレームのシンボルタイミングに音声フレームの音声サンプリングタイミングを同期させる無線機としており、調整タイミングにおける１回の補正量を余裕時間内とするよう、補正の頻度を決定することにより、音声サンプリング期間を短くする補正を行っても音声データの欠落を防止することができ、回路規模を増大させずに、簡易な処理で受信時の音声フレームのタイミング調整を実現し、通信の信頼性を向上させることができるものである。

また、本発明の実施の形態に係る無線機は、更に、音声データ符号化部が、余裕時間が形成された基準クロックで符号化し、制御部が、音声データを符号化するための基準クロックを高速にして、音声データのサンプリング期間内で前詰めでカウントするよう生成し、当該サンプリング期間内の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、余裕時間が形成された基準クロックを音声データ符号化部に出力し、音声データ符号化部からの音声データを記憶し、記憶した音声データを音声フレームのサンプリングタイミングで変調部に出力し、復調部で決定された調整タイミングで、復調部から入力される補正された無線フレームのシンボルタイミングに音声フレームの音声サンプリングタイミングを同期させる無線機であり、回路規模を増大させずに、簡易な処理で送信時の音声フレームのタイミング調整を実現し、通信の信頼性を向上させることができるものである。

［実施の形態に係る無線機の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る無線機の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線機の概略構成ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る無線機（本無線機）は、無線通信システムの移動局であり、図１に示すように、空中線（アンテナ）１０１と、空中線スイッチ１０２と、高周波増幅部１０３と、受信ミキサ１０４と、ＩＦ増幅部１０５と、Ａ／Ｄ変換部１０６と、復調部１０７と、音声コーデック部１１８と、Ｄ／Ａ変換部１０９と、スピーカ１１０と、送信電力増幅部１１１と、送信ミキサ１１２と、Ｄ／Ａ変換部１１３と、変調部１１４と、Ａ／Ｄ変換部１１６と、マイク１１７と、制御部１１９と、周波数シンセサイザ１２０とを備えている。
更に、音声コーデック部１１８は、音声データ復号化部１０８と、音声データ符号化部１１５とを備えている。

各部について説明する。
空中線１０１は、空間中の無線信号を受信し、送信信号を空間中に放射する。
空中線スイッチ１０２は、空中線１０１を送信側（送信電力増幅部１１１）又は受信側（高周波増幅部１０３）に接続する。
高周波増幅部１０３は、受信した高周波信号を増幅する。
受信ミキサ１０４は、高周波信号に周波数シンセサイザ１２０からの周波数を乗算して中間周波数（ＩＦ）に周波数変換する。
周波数シンセサイザ１２０は、制御部１１９からの指示に従って特定の周波数信号を出力する。

ＩＦ増幅部１０５は、ＩＦ信号を増幅する。
Ａ／Ｄ変換部１０６は、制御部１１９から指定されるクロックに基づいてＡ／Ｄ変換する。
復調部１０７は、Ａ／Ｄ変換されたデータを復調する。また、復調部１０７は、受信データに基づいて無線フレームを検出し、制御部１１９に検出した無線フレームタイミングを報知する。
更に、本無線機の特徴として、復調部１０７は、制御部から入力される自己の無線フレームのシンボルタイミングと検出した無線フレームのシンボルタイミングとを比較して、無線フレームのずれを検出し、ずれの大きさに基づいて無線フレームのシンボルタイミング及び音声フレームの音声サンプリングタイミングの調整を行う調整タイミングの頻度及び調整タイミングを決定する。そして、調整タイミングになると、従来と同様に無線フレームのシンボルタイミングの補正を行う。

音声コーデック部１１８は、音声データの復号化部１０８で受信音声データの音声復号化を行い、音声データの符号化部１１５で送信音声の音声符号化を行う。本無線機では、音声コーデック部１１８は、制御部１１９から供給される前詰めの基準クロックで処理を行う。前詰めの基準クロックについては後述する。
Ｄ／Ａ変換部１０９は、復号化された音声データをＤ／Ａ変換する。
スピーカ１１０は、受信音声を出力する。

マイク１１７は、送信音声を入力する。
Ａ／Ｄ変換部１１６は、音声をＡ／Ｄ変換する。
変調部１１４は、音声符号化された符号化データを変調する。
Ｄ／Ａ変換部１１３は、変調された音声データをＤ／Ａ変換してＩＦ信号に変換する。
送信ミキサ１１２は、ＩＦ信号を周波数シンセサイザ１２０からの周波数信号と乗算して、送信周波数にアップコンバートする。
送信電力増幅部１１１は、送信信号を増幅する。

制御部１１９は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等から成り、装置全体の制御を行うと共に、本無線機の特徴部分として、無線フレームのタイミングに合わせて音声フレームのタイミング補正を行う。
また、制御部１１９は、本無線機の特徴である音声コーデックの基準クロックを高速にしてサンプリング期間内で前詰めとなるよう生成し、音声コーデック部１０８に出力する。
そして、制御部１１９は、復調部１０７から無線フレームのずれ及び調整タイミングが入力されると、本無線機の特徴として、各調整タイミングの期間内において、復調部から入力されるシンボルタイミングに同期させるよう、音声サンプリングタイミングを補正する。

更に、制御部１１９は、内部に受信した復調データを記憶するバッファ１２１ａと送信用の音声符号化データを記憶するバッファ１２１ｂとを備え、復調部１０７から復調データを入力してバッファ１２１ａに記憶し、設定された調整タイミングになると、復調部１０７から入力される無線フレームのシンボルタイミングに同期して、バッファ１２１ａ内の復調データを音声コーデック部１０８の音声データの復号化部１０８に出力する。

また、制御部１１９は、音声コーデック部１１８の音声データの符号化部１１５からの音声符号化データをバッファ１２１ｂに入力し、設定された調整タイミングになると、復調部１０７から入力された無線フレームのシンボルタイミングに同期してバッファ１２１ｂ内の符号化データを変調部１１４に出力する。
音声フレームのタイミング調整の動作については、後で具体的に説明する。

［動作概略：図１］
上記無線機の動作について簡単に説明する。
本無線機では、受信時には、基地局や他の移動局からの受信信号を空中線１０１により受信し、空中線スイッチ１０２を介して、高周波増幅部１０３で増幅し、受信ミキサ１０４で中間周波数（ＩＦ）に周波数変換する。受信周波数は、制御部１１９により周波数シンセサイザ１２０を制御することで設定される。

周波数変換されたＩＦ信号は、Ａ／Ｄ変換部１０５にてデジタル信号に変換されたあと、復調部１０７で復調され、一旦制御部１１９のバッファ１２１ａに蓄積される。そして、所定のタイミングで音声コーデック部１１８に出力され、復号化されてデジタル音声データに変換される。
デジタル音声データは、Ｄ／Ａ変換部１０９にてアナログ音声信号に変換され、スピーカ１１０から音声出力される。各機能ブロックのタイミング制御は制御部１１９で制御する。

送信時には、マイク１１７から入力されたアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換部１１０でデジタル音声データに変換され、音声コーデック部１１８において符号化される。符号化された信号は、制御部１１９のバッファ１２１ｂに読み込まれ、所定のタイミングで変調部１１４に出力されて変調される。

変調されたデータは、Ｄ／Ａ変換部１１３にてアナログ信号に変換されたあと、送信ミキサ１１２で高周波信号に周波数変換される。送信周波数は周波数シンセサイザ１２０を制御して設定する。
周波数変換された信号は、送信電力増幅部１１１で電力増幅されたあと、空中線スイッチ１０２を介して空中線１０１から空間に放射される。各機能ブロックのタイミング制御は制御部で制御する。

本無線機では、受信時の、制御部１１９のバッファ１２１ａに記憶された復調データを音声コーデック部１１８の音声データ復号化部１０８に出力するタイミング制御と、送信時の、音声データ符号化部１１５で符号化され制御部１１９のバッファ１２１ｂに蓄積されたデータを変調部１１４に出力するタイミング制御が特徴となっている。
音声コーデックに対するタイミング制御（音声フレームのタイミング補正）については、後で具体的に説明する。

［無線フレームと音声フレームの調整タイミング：図２］
次に、本無線機における無線フレームと音声フレームの調整タイミングについて図２を用いて説明する。図２は、本無線機における無線フレームと音声フレームの調整タイミングを示す説明図である。
尚、本無線機においても、従来と同様に、無線フレーム長及び音声フレーム長を４０ｍｓ（無線フレームタイミング及び音声フレームタイミングが２５Ｈｚ）、シンボル長（シンボル期間）を１０４．１７μｓ（シンボルタイミングが９．６ｋＨｚ）、音声サンプリング長（音声サンプリング期間）を１２５μｓ（音声サンプリングタイミングが８ｋＨｚ）としている。
シンボルタイミング及び音声サンプリングタイミングは、従来と同様に、制御部１１９が１９．２ＭＨｚのクロックに基づいて生成している。

図２に示すように、無線フレームと音声フレームとの間でずれが無い場合には、無線フレームのシンボルタイミングカウンタで６カウント、音声フレームの音声サンプリングタイミングカウンタで５カウント毎にカウントタイミングが一致する。そこで、図２の例では、タイミングの補正を行う調整タイミングを、無線フレームで６シンボルタイミング、音声フレームで５音声サンプリングタイミング毎としている。
６シンボルタイミング＝１０４．１７μｓ×６＝６２５μｓ
５音声サンプリングタイミング＝１２５μｓ×５＝６２５μｓ
つまり、本無線機では、６２５μｓ毎に音声サンプリングタイミングを無線フレームのシンボルタイミングに合わせる（同期させる）音声サンプリングのタイミング補正を行う。

更に、本装置では、通信相手との無線フレームのタイミングがずれることを想定して、調整タイミング毎に無線フレームのシンボルタイミングのずれを補正すると共に、補正したシンボルタイミングに音声サンプリングタイミングを合わせる補正を行うようにしている。

つまり、無線フレームのシンボルタイミングの補正は、６シンボルタイミング毎（カウント５，１１，１７，...）に当該期間内で行い、音声サンプリングタイミングの補正は、５音声サンプリングタイミング毎（カウント４，９，１４，...）に当該期間内で行う。
尚、無線フレームについては、調整タイミング以外にもシンボルタイミングの補正を行う場合もある。
具体的なタイミング調整方法については後述する。

上述したように、音声フレームの調整タイミングは、復調部１０７が、検出した無線フレームのずれの大きさに基づいて決定するため、実際にはこの限りではないが、最も頻繁に補正する場合には６シンボルタイミング（６２５μｓ）毎に補正を行い、ずれが小さい場合には、１２シンボルタイミング毎、１８シンボルタイミング毎というように補正の頻度を小さくする。調整タイミングの決定については後述する。

［音声サンプリングタイミングの調整：図３］
次に、本無線機における音声サンプリングタイミングの調整方法について簡単に説明する。図３は、本無線機における音声サンプリングタイミングの調整方法を示す模式説明図である。
上述したように、本無線機の制御部１１９では、特定の調整タイミング（ここでは６２５μｓ毎）で音声サンプリングタイミングを無線フレームのシンボルタイミングに合わせる補正（調整）を行う。

［無線フレームと音声フレームのタイミングが一致している場合］
図３（ａ）は、無線フレームと音声フレームのタイミングが一致している場合を示している。
この場合、無線フレームの６番目のシンボルタイミング（カウント５）が終了して７番目のシンボルタイミング（カウント６）になるタイミングと、音声フレームの５番目の音声サンプリングタイミング（カウント４）が終了して６番目のサンプリングタイミング（カウント５）になるタイミングとは一致している。
そのため、音声フレームにおける音声サンプリングタイミングを調整する必要はない。

［無線フレームのタイミングが早い場合］
図３（ｂ）は、音声フレームより無線フレームのタイミングが早い（進んでいる）場合を示している。
図３（ｂ）の「音声フレームを調整しない場合」に示すように、この場合には、無線フレームの６番目のシンボルタイミング（カウント５）が終了して７番目のシンボルタイミング（カウント６）になるタイミングは、音声フレームの５番目の音声サンプリングタイミング（カウント４）が終了して６番目の音声サンプリングタイミング（カウント５）になるタイミングよりも早い。

そこで、本無線機の制御部１１９は、調整タイミングである音声フレームの５番目の音声サンプリングタイミング（カウント４）の時間をずれ時間を吸収するように短くして調整し、無線フレームの７番目のシンボルタイミング（カウント６）になるタイミングと、音声フレームの６番目の音声サンプリングタイミング（カウント５）になるタイミングとを一致させる。調整タイミングになる前の音声サンプリングタイミングでは調整を行わない。

ここで、本無線機における音声フレームのタイミング補正方法では、基準クロックを従来よりも高速にし、高速のクロックに基づいて音声サンプリング期間内において前詰めで復調データを音声コーデック部１１８に出力するようにしており、各音声サンプリング期間の後ろのほうに余裕時間（データの入出力を行わない時間）が生じる。
この余裕時間には音声データは含まれないので、余裕時間以内の短縮であれば、音声フレームのサンプル長を短くしても、従来のように音声データの欠落が生じることはない。
これらの動作については、後で詳細に説明する。

［無線フレームのタイミングが遅い場合］
また、図３（ｃ）は、音声フレームより無線フレームのタイミングが遅い場合を示している。
図３（ｃ）の「音声フレームを調整しない場合」に示すように、この場合には、無線フレームの６番目のシンボルタイミング（カウント５）が終了して７番目のシンボルタイミング（カウント６）になるタイミングは、音声フレームの５番目の音声サンプリングタイミング（カウント４）が終了して６番目の音声サンプリングタイミング（カウント５）になるタイミングよりも遅い。

そこで、制御部１１９は、音声フレームの５番目の音声サンプリングタイミング（カウント４）の時間をずれ時間分長くして、無線フレームの７番目のシンボルタイミング（カウント６）になるタイミングと、音声フレームの６番目の音声サンプリングタイミング（カウント５）になるタイミングとを一致させる。
この場合には、音声データの欠落は生じない。
このようにして本無線機における音声サンプリングタイミングの調整が行われる。

［本無線機における無線フレームと音声フレームの補正：図４］
次に、本無線機における無線フレームと音声フレームのタイミング補正について図４を用いて説明する。図４は、本無線機における無線フレームと音声フレームのタイミング補正を示す説明図である。
図４は、図５に示した従来の場合と同様に、自己の無線フレームが相手より１２シンボル毎に２．５μｓ進んでいる場合を示している。

図４の例は、図２，３に示した例よりもずれが小さい場合を示しており、調整タイミングを無線フレームの１２シンボルタイミング毎、音声フレームの１０音声サンプリングタイミング毎としている。つまり、無線フレームの１２シンボルタイミング、音声フレームの１０音声サンプリングタイミングにおいて、無線フレームのシンボルタイミング及び音声フレームの音声サンプリングタイミングの補正を行っている。調整タイミングは、復調部１０７によって決定され、制御部１１９に通知される。

上述した条件の場合、通常は１無線フレーム４０ｍｓ（２５Ｈｚ）として、１シンボル１０４．１７μｓ（９．６ｋＨｚ）であるが、図５で説明したように、無線フレームの１２シンボルタイミング毎（カウント１１，２３，３５，...）に２．５μｓだけシンボル長を短くしなければならない。

そのため、シンボルタイミングのカウント０〜カウント１０ではシンボル長が１０４．１７μｓとなるが、シンボルタイミングのカウント１１では、１９．２ＭＨｚの４８クロック（２．５μｓ）だけ少なくカウントする。
１無線フレームでは同様の調整処理が３２回行われ、その結果、フレーム長は３９．９２ｍｓとなる。この処理は従来と同様であり、復調部１０７で行われる。

次に、音声サンプリングタイミングの補正について説明する。
ここで、本無線機の特徴部分である音声コーデックの基準クロックについて説明する。
本無線機の音声コーデックの基準クロック（以下、単に「基準クロック」とする）は、従来の基準クロック（２５６ｋＨｚ）よりも高速の２７２ｋＨｚとして、サンプリング期間内で前詰めでカウントし、その後は信号を変化させない。カウント数は従来と同様の３２カウントである。
音声コーデック部１１８は、制御部１１９から供給される前詰めの基準クロックに基づいてデータの入出力及び符号化、復号化が行われる。

つまり、１音声サンプリング期間内で、音声データを入出力するための基準クロックがカウントしている時間は従来よりも短くなり、１音声サンプリングタイミング当たり、データの入出力を行わない時間（余裕時間）が発生する。

余裕時間は、１サンプリングタイミング当たり、
１２５μｓ−（１／２７２ｋＨｚ）×３２＝７．３５μｓ となる。
余裕時間には音声データは含まれず、欠損しても不具合は生じないものである。
本無線機では、この余裕時間を利用して音声サンプリングタイミングの補正を行うものである。

尚、余裕時間は各音声サンプリングタイミングで発生するが、実際に補正を行うのは復調部１０７から指定された調整タイミングであるから、図４の例では１０音声サンプリングタイミング（１２５０［１２５×１０］μｓ）当たり７．３５μｓのタイミング補正可能な時間があることになる。また、図２に示した調整タイミングであれば、５音声サンプリングタイミング（６２５［１２５×５］μｓ）当たり７．３５μｓのタイミング補正可能な時間が発生する。

そして、無線フレームが上述したようにずれた場合、制御部１１９は、補正された無線フレームに合わせて音声フレームのタイミング補正を行う。
上述したように、通常は１音声フレーム４０ｍｓ（２５Ｈｚ）として、１サンプル長は１２５μｓ（８ｋＨｚ）であるが、無線フレームの補正に伴い、それに合わせて１０音声サンプリングタイミング毎（カウント９，１９，２９，...）に２．５μｓサンプル長を短くしなければならない。

図４の例では、音声サンプリングタイミングのカウント０〜カウント８では、音声サンプリングのサンプル長は１２５μｓとなるが、調整タイミングである音声サンプリングタイミングのカウント９では、後ろの部分が２．５μｓ短くなり、サンプル長は１２５μｓ−２．５μｓ＝１２２．５μｓとなる。
欠落させた部分は余裕時間以内であり、音声データの品質には影響を与えないものである。

実際には、調整タイミングにおいては、制御部１１９は、復調部１０７からの補正されたシンボルタイミングが入力されるのを待ち受け、シンボルタイミングが入力されると、それに同期して次の音声サンプリングタイミングとしてカウントを開始すると共に、復調データを音声コーデック部１１８に出力する。そして、その結果として、図４の例では調整タイミングのサンプル長が２．５μｓ短くなるものである。

図４の場合には、音声サンプリングタイミングを早くするよう補正したが、音声サンプリングタイミングを遅くするよう補正する場合にも同様に、制御部１１９は、調整タイミングにおいて、１２５μｓが経過しても復調部１０７からの補正されたシンボルタイミングが入力されるまでは次の音声サンプリングタイミングのカウントを開始せず、シンボルタイミングが入力されると、当該補正された無線フレームのシンボルタイミングに合わせて、次の音声サンプリングタイミングとしてカウントを開始し、復調データを出力する。

［音声サンプリングタイミング調整における動作：図１］
次に、音声サンプリングタイミングの調整における復調部１０７、制御部１１９、音声コーデック部１１８の動作について図１を用いて説明する。
［受信時の音声サンプリングタイミング調整］
まず、受信時の音声サンプリングタイミング調整の動作について説明する。
復調部１０７は、受信した無線フレームのシンボルタイミングを検出して、受信データを復調し、復調データと検出した無線フレームのシンボルタイミングを制御部１１９に出力する。

制御部１１９は、復調部１０７から復調データと受信した無線フレームのシンボルタイミングが入力されると、復調データをバッファ１２１ａに蓄積し、制御部１１９が内部で生成する無線フレームのシンボルタイミングを復調部１０７に出力する。

復調部１０７は、両者を比較してタイミングのずれを検出し、無線フレームのシンボルタイミングの補正及び音声フレームの音声サンプリングタイミングの補正を行う調整タイミングの頻度及び調整タイミングを決定する。

調整タイミングの決定について具体的に説明する。
復調部１０７は、無線フレームのずれを検出すると、当該ずれと、音声コーデック部１１８へのデータの出力において、前詰めの基準クロックによって生じる余裕時間（７．３５μｓ）とを比較し、調整タイミングにおける１回の補正量が余裕時間内となるよう、補正の頻度（調整タイミングの頻度）を決定する。

すなわち、復調部１０７は、１回当たり７．３５μｓ以内の補正でずれを吸収するためには、シンボルタイミングでいくつ毎に補正を行えばよいかを算出し、調整タイミングの頻度及びそれに基づく調整タイミングを決定する。これにより、音声サンプリングタイミングを早くしなければならない場合でも、余裕時間内の補正で済み、音声データの欠落を生じないものである。

ずれが大きい場合には、無線フレームのシンボルタイミングと音声フレームの音声サンプリングタイミングとが同期するタイミング（図２参照）毎にシンボルタイミング及び音声サンプリングタイミングの調整を行うよう、調整タイミングを決定する。
一方、ずれが小さい場合には、図４の調整タイミングのように、図２の調整タイミングの１／２の頻度として、シンボルタイミング及び音声サンプリングタイミングの調整回数を図２の半分とする。
そして、復調部１０７は、決定された調整タイミングを制御部１１９に通知する。

復調部１０７は、調整タイミング（例えばシンボルタイミングのカウント５，１１，１７，...）になると、図４に示したように、無線フレームのシンボルタイミングを補正する。そして、補正したシンボルタイミングを制御部１１９に出力する。

制御部１１９は、バッファ１２０ａに蓄積された復調データを、まず、内部で生成された音声サンプリングタイミングに従って、音声データ復号化部１０８に出力する。つまり、制御部１１９は、通常は１２５μｓ毎に復調データを出力する。

また、制御部１１９は、図４に示した前詰めの基準クロックを音声コーデック部１１８の音声データ復号化部１０８及び音声データ符号化部１１５に供給し、音声コーデック部１１８では、入力された復調データを当該前詰めの基準クロックに基づいて音声復号化処理し、Ｄ／Ａ変換部１０９に出力する。

そして、制御部１１９は、復調部１０７から通知された調整タイミング（例えば音声サンプリングタイミングのカウント４，９，１４，...）になると、復調部１０７から入力される無線フレームのシンボルタイミングを待ち受け、シンボルタイミングが入力されると、それに同期して音声サンプリングタイミングカウンタを次の音声サンプリングタイミングとして、バッファ１２０ａから次の復調データと前詰めの基準クロックとを出力する。復調部１０７から入力されるシンボルタイミングは、無線フレームのずれを補正したシンボルタイミングである。
これにより、図３に示したように、音声フレームの音声サンプリングタイミングを無線フレームのシンボルタイミングに同期させることができるものである。

例えば、図４に示したように、タイミングを早める場合には、調整タイミングのカウントにおいてまだ１２５μｓに達していなくても、復調部１０７から無線フレームのシンボルタイミングが入力されると、次の音声サンプリングタイミングをカウントし、次の復調データを出力する。調整のためカットされるのは余裕時間以内であるから、音声データが欠損することは無く、受信音声の品質に影響を与えることはない。

また、タイミングを遅らせる場合には、調整タイミングのカウントにおいて１２５μｓが経過しても、次の音声サンプリングタイミングをカウントせず、復調部１０７からのシンボルタイミングが入力されるのを待って、入力されると、次の音声サンプリングタイミングをカウントし、次の復調データを出力する。

［送信時の音声サンプリングタイミング調整］
次に、送信時における音声サンプリングタイミングの調整動作について説明する。
音声コーデック部１１８の音声データ符号化部１１５は、制御部１１９からの前詰めの基準クロックに基づいて符号化を行い、制御部１１９のバッファ１２０ｂに出力する。
制御部１１９は、音声サンプリングタイミングに従ってバッファ１２０ｂから符号化データを読み出して、無線フレームの変調部１１４に出力する。このとき、制御部１１９は、調整タイミングのカウントにおいて、復調部１０７から入力された無線フレームのシンボルタイミングに音声サンプリングタイミングを同期させて、音声符号化データを変調部１１４に出力する。

音声フレームのタイミングを早めるよう補正する場合には、調整タイミングのカウントにおいてまだ１２５μｓに達していなくても、復調部１０７から無線フレームのシンボルタイミングが入力されると、次の音声サンプリングタイミングとしてカウントし、次の符号化データを変調部１１４に出力する。調整タイミングのカウントにおいて欠落するのは、音声データの無い余裕時間であるため、音声品質に影響を与えることはない。

また、音声フレームのタイミングを遅らせるよう補正する場合には、調整タイミングのカウントにおいて１２５μｓが経過しても、次の音声サンプリングタイミングをカウントせず、復調部１０７からのシンボルタイミングが入力されるのを待って、それが入力されると、次の音声サンプリングタイミングのカウントを開始し、次の符号化データを変調部１１４に出力する。
これにより、送信時にも無線フレームのシンボルタイミングに音声サンプリングタイミングを合わせることができるものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る音声フレームのタイミング補正方法及び無線機によれば、復調部１０７が、受信した無線フレームのシンボルタイミングを検出してデータを復調し、制御部１１９に出力すると共に、検出したシンボルタイミングと制御部１１９から入力される自己のシンボルタイミングとを比較して無線フレームのずれを検出し、ずれに応じて無線フレームと音声フレームのタイミングを補正する頻度及び調整タイミングを決定して制御部１１９に指示し、調整タイミングになると、シンボルタイミングの補正を行って補正したシンボルタイミングを制御部に出力し、制御部１１９が、音声コーデックの基準信号を音声サンプリング期間内で前詰めとして後ろに余裕時間を備えるよう生成し、復調部１０７から入力される復調データをバッファ１２０ａに蓄積し、音声サンプリングタイミングに基づいて蓄積された復調データを音声コーデック部１１８に出力すると共に、復調部１０７から指示された調整タイミングになると、復調部１０７から入力される補正されたシンボルタイミングに音声サンプリングタイミングを同期させて、次の復調データを音声コーデック部１１８に出力するようにしているので、通信相手との間で無線フレームのずれが生じた場合でも、音声フレームタイミングを無線フレームタイミングに同期させることができ、また、音声サンプリング期間内の余裕時間でずれを補正できるよう調整タイミングを設定することにより、音声サンプリング期間を短くする補正を行っても音声データの欠落を防ぐことができ、回路規模を増大させることなく、簡易な処理で音声品質の劣化を防ぎ、良好な音声通信を行うことができる効果がある。

また、本実施の形態に係る音声フレームのタイミング補正方法及び無線機によれば、更に、音声コーデック部１１８の音声データ符号化部１１５が、前詰めの基準クロックで音声信号を符号化して音声符号化データを制御部１１９に出力し、制御部１１９が、音声符号化データをバッファ１２１ｂに蓄積し、蓄積された音声符号化データを音声サンプリングタイミングに基づいて変調部１１４に出力すると共に、調整タイミングになると、復調部１０７から入力される補正されたシンボルタイミングに音声サンプリングタイミングを同期させて、蓄積された次の音声符号化データを変調部１１４に出力するようにしているので、音声フレームタイミングを無線フレームタイミングに同期させることができ、音声サンプリング期間を短くする補正を行っても音声データの欠落を防ぐことができ、回路規模を増大させることなく、簡易な処理で音声品質の劣化を防ぎ、良好な音声通信を行うことができる効果がある。

本発明は、回路規模を増大させず、簡易な処理で音声データの欠損を防止して音声フレームのタイミングを無線フレームに合わせることができる音声フレームのタイミング補正方法及び無線機に適している。

１０１...空中線（アンテナ）、 １０２...空中線スイッチ、 １０３...高周波増幅部、 １０４...受信ミキサ、 １０５...ＩＦ増幅部、 １０６...Ａ／Ｄ変換部、 １０７...復調部、 １０８...音声データ符号化部、 １０９...Ｄ／Ａ変換部、 １１０...スピーカ、 １１１...送信電力増幅部、 １１２...送信ミキサ、 １１３...Ｄ／Ａ変換部、 １１４...変調部、 １１５...音声データ符号化部、 １１６...Ａ／Ｄ変換部、 １１７...マイク、 １１８...音声コーデック部、 １１９...制御部、 １２０...周波数シンセサイザ、 １２１...バッファ

Claims (3)

1. 無線フレームのタイミングに基づいて音声フレームのタイミングを補正する音声フレームのタイミング補正方法であって、
   無線フレームのずれを検出し、無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに音声フレームの音声データをカウントするタイミングを一致させる補正を行う調整タイミングを前記ずれに応じて決定すると共に、
   音声データを符号化又は復号化するための基準クロックを高速にして、音声データのカウント期間内で前詰めとして前記期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、
   前記余裕時間が形成された基準クロックで前記音声データを復号化又は符号化し、前記調整タイミングになると、前記無線フレームのシンボルをカウントするタイミングを前記ずれに応じて補正し、前記補正された無線フレームのタイミングに前記音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴とする音声フレームのタイミング補正方法。
2. 受信した無線信号を復調し、復調された音声データを復号化する無線機であって、
   無線フレームのシンボルタイミングと音声フレームの音声データのサンプリングタイミングを生成すると共に、復調された音声データを記憶し、音声データを復号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして前記期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、前記余裕時間が形成された基準クロックと前記記憶した音声データとを前記音声フレームの音声データをカウントするタイミングで出力する制御部と、
   前記受信した無線信号の無線フレームのシンボルタイミングを検出し、前記制御部で生成された無線フレームのシンボルタイミングと比較して無線フレームのずれを検出し、音声フレームのタイミングを補正する調整タイミングを当該ずれに基づいて決定すると共に、前記ずれに応じて無線フレームのシンボルをカウントするタイミングを補正して、無線信号を復調し、当該復調した音声データを前記制御部に出力する復調部と、
   前記制御部からの音声データと前記余裕時間が形成された基準クロックとを入力し、前記音声データを当該基準クロックで復号化する音声データ復号化部とを有し、
   前記制御部が、前記復調部で決定された調整タイミングになると、前記補正された無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに前記音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴とする無線機。
3. 音声信号を基準クロックで符号化して音声データを出力する音声データ符号化部と、
   音声データを変調して無線フレームで出力する変調部とを有し、
   制御部が、音声データを符号化するための基準クロックを高速にして、音声データをカウントするカウント期間内で前詰めとして前記期間の残りの時間をタイミング補正可能な余裕時間として形成し、前記余裕時間が形成された基準クロックを前記音声データ符号化部に出力すると共に、前記音声データ符号化部からの音声データを記憶し、前記記憶した音声データを音声フレームの音声データをカウントするタイミングで前記変調部に出力し、復調部で決定された調整タイミングになると、前記無線フレームのシンボルをカウントするタイミングに前記音声フレームの音声データをカウントするタイミングを同期させることを特徴とする請求項２記載の無線機。

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