JP7172903B2 - 信号伝送システム及び信号伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、信号伝送システム及び信号伝送方法に関する。

加入者系の信号伝送システムには、例えば課金をともなう公衆電話装置を収容する加入者局に対して、交換局からアナログ信号である音声信号に重畳された課金信号を伝送するものがある。また、交換局などに接続された基地局が、加入者局との間で無線デジタル通信を行う信号伝送システムとして、固定無線アクセスシステム（ＦＷＡ：Fixed Wireless Access）がある。

例えば、特許文献１には、公衆電話交換網に接続される交換機、該交換機に接続される基地局、該基地局との間で無線通信を行う加入者局、該加入者局に接続される電話機を備えて構成され、加入者局が受信した音声信号と課金信号とを別経路にて送出する無線公衆電話システムが開示されている。

また、特許文献２には、投入した硬貨及びカードの種別や数量を計数し、収納硬貨情報として、加入者局装置へ伝達する機能を有する公衆端末と、公衆端末からの収納硬貨情報を発信後に、基地局装置に伝達する機能を有する加入者局装置と、加入者局装置からの収納硬貨情報を基に、上位装置からの硬貨収納信号に対して、適切な課金信号を再生する機能を有する基地局装置とを備えた課金信号伝送システムが開示されている。

また、特許文献３には、無線公衆電話装置を、無線基地局と無線通信し交換機から送出される原課金信号に固有の送出時間や周波数などの課金信号パターンを保持して返答メッセージを返送するとともに課金信号パターンに基づき二次課金信号を生成して公衆電話機に送出する無線端末を含むＷＬＬ（Wireless Local Loop）システムが開示されている。

特開２００６－１２８９５２号公報 特開２００３－０６９７４５号公報 特開２００２－２４７２４２号公報

アナログ信号である音声信号をデジタル化するためには、例えばＰＣＭ（Pulse Code Modulation）などが一般的に用いられる。また、課金信号は、通話中の音声信号に重畳された電圧転極によって伝送されるアナログ的な信号である。

例えば、課金信号を重畳された音声信号を一括してデジタル化するためには、全ての信号レベルを含む大きなダイナミックレンジのＡＤ変換器が必要になる。また、デジタル化した信号を再生するためにも、ダイナミックレンジの大きなＤＡ変換器が必要になる。

課金をともなう上述の信号伝送システムにおいて、音声信号の音質を保ったままでＰＣＭにおけるダイナミックレンジを大きくとった場合、高性能なＡＤ変換器の利用によるコストの上昇、及び必要ビット数の増加による通信帯域の圧迫などが課題となる。

このとき、音声圧縮技術を利用してビットレートを低減する方法もあるが、処理遅延の増加、演算コストの上昇などが課題となる。また、音声とは違う信号を音声用コーデックに入力してしまうと、音質が悪化してしまうことが考えられる。

また、一般的に高圧縮の音声コーデックを利用すると、処理遅延が大きくなる傾向がある。そして、音声以外の信号である課金信号に対して音声信号と同じ処理を行うと、課金信号の遅延やジッタが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、音声信号とともに課金信号を効率的に伝送することができる信号伝送システム及び信号伝送方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる信号伝送システムは、音声信号に対して課金信号が重畳されたアナログ信号を送信装置から受信装置へ伝送する信号伝送システムにおいて、前記送信装置が、前記アナログ信号から音声信号を分離する分離部と、前記分離部が分離した音声信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記アナログ信号から課金信号を検出する検出部と、前記検出部が検出した課金信号を符号化する符号化部と、前記ＡＤ変換部がＡＤ変換した音声信号、及び前記符号化部が符号化した課金信号を前記受信装置に対して送信する送信部とを有し、前記受信装置が、前記送信部が送信した音声信号及び課金信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した音声信号をＤＡ変換するＤＡ変換部と、前記受信部が受信した課金信号を復号する復号部と、前記復号部が復号した課金信号をアナログ波に変換する変換部と、前記ＤＡ変換部がＤＡ変換した音声信号、及び前記アナログ波を合成する合成部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる信号伝送方法は、音声信号に対して課金信号が重畳されたアナログ信号を送信装置から受信装置へ伝送する信号伝送方法において、前記アナログ信号から音声信号を分離する分離工程と、分離した音声信号をＡＤ変換するＡＤ変換工程と、前記アナログ信号から課金信号を検出する検出工程と、検出した課金信号を符号化する符号化工程と、ＡＤ変換した音声信号、及び符号化した課金信号を前記受信装置に対して送信する送信工程と、送信した音声信号及び課金信号を受信する受信工程と、受信した音声信号をＤＡ変換するＤＡ変換工程と、受信した課金信号を復号する復号工程と、復号した課金信号をアナログ波に変換する変換工程と、ＤＡ変換した音声信号及び前記アナログ波を合成する合成工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、音声信号とともに課金信号を効率的に伝送することができる。

一実施形態にかかる信号伝送システムの構成の概要を例示する図である。 基地局の構成例を示す図である。 基地局が行う信号処理を模式的に示す図である。 加入者局の構成例を示す図である。 加入者局が行う信号処理を模式的に示す図である。 比較例の信号伝送システムにおける送信装置が送信するアナログ信号と、受信装置が再生したアナログ信号とを示す図である。

以下に、図面を用いて信号伝送システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる信号伝送システム１の構成の概要を例示する図である。

図１に示すように、信号伝送システム１は、例えばアナログ電話回線を用いた交換局（中継交換機）２に接続された基地局３が、無線伝送路４を介して加入者局（加入者線交換機）５に接続された固定無線アクセスシステムである。無線伝送路４は、デジタル信号を伝送する狭帯域の無線伝送路であるが、有線の伝送路に替えられてもよい。加入者局５は、アナログ電話回線を介して公衆電話端末６を収容している。

そして、信号伝送システム１は、公衆電話端末６と図示しない他の電話機（受信側端末）との間の音声通信（通話）を可能にしている。例えば、信号伝送システム１は、公衆電話端末６が発信側端末として他の電話機に対して発信を行った場合、他の電話機からの応答を公衆電話端末６に対して送信する全二重の音声通信を実現する。

ここでは、発信側端末に課金される場合を例に説明する。具体的には、交換局２は、受信側端末からのアナログ信号である音声信号（応答信号）と、当該音声信号に重畳された課金信号とを基地局３に対して出力する。

基地局３は、課金信号を重畳された音声信号をデジタル信号に変換し、無線伝送路４を介して加入者局５へ送信する。加入者局５は、基地局３から受信したデジタル信号からアナログ信号である音声信号と課金信号とを再生し、公衆電話端末６に対して出力する。

以下、課金信号を重畳された音声信号の伝送に着目して、基地局３を送信装置とし、加入者局５を受信装置とする信号伝送について説明する。

図２は、基地局３の構成例を示す図である。図３は、基地局３が行う信号処理を模式的に示す図である。図２に示すように、基地局３は、分離部３０、ＡＤ変換部３２、検出部３４、符号化部３６及び送信部３８を有する。

分離部３０は、交換局２から入力されるアナログ信号から音声信号を分離し、分離した音声信号をＡＤ変換部３２に対して出力する。交換局２から入力されるアナログ信号は、図３に示したように、音声信号に対して課金信号が重畳されている。なお、交換局２から入力されるアナログ信号には、若干の波形歪が含まれている。

音声信号は、図３に示したレンジＡの範囲内で振幅して時間的に連続変化するアナログ信号である。課金信号は、ノーマル状態、オフ（０電位）、レバース状態の３つの電圧レベルを示すようにレンジＢの範囲内で極性反転する転極パルス（タイミング情報）を含む信号である。つまり、分離部３０は、レンジＢよりも狭く、音声信号のＡＤ変換に必要十分なレンジＡの範囲内で振幅する音声信号をＡＤ変換部３２に対して出力する。

ＡＤ変換部３２は、レンジＡの範囲内で振幅する音声信号をＡＤ変換し、送信部３８に対して出力する。つまり、ＡＤ変換部３２は、レンジＢのダイナミックレンジを必要とせず、レンジＡのダイナミックレンジでＡＤ変換をすることができればよい。

検出部３４は、電位検出部３４０及びタイミング検出部３４２を有し、交換局２から入力されるアナログ信号から課金信号を検出し、符号化部３６に対して出力する。具体的には、電位検出部３４０は、交換局２から入力されるアナログ信号から、図３に示したノーマル、オフ、レバースの３つの電位を検出する。タイミング検出部３４２は、例えば図３に示した電位の変化タイミングａ，ｂ，ｃ，ｄなどを検出する。

符号化部３６は、検出部３４が検出した課金信号のノーマル、オフ、レバースの３つの電位、及び電位の変化タイミングａ，ｂ，ｃ，ｄなどを符号化し、送信部３８に対して出力する。

課金信号には、予め定められた規格パターンが有る。そのため、課金信号の波形を音声信号と同じ粒度で伝送する必要はなく、粗いタイミングであっても受信装置側において正確に再生成することが可能である。

例えば、符号化部３６は、ノーマル、オフ、レバースの３つの電位のレベルを、アップダウン符号などを用いて符号化してもよいし、耐エラー性を向上させるために３つの電位のレベル状態符号を生成してもよい。

送信部３８は、ＡＤ変換部３２がＡＤ変換したデジタルの音声信号と、符号化部３６が符号化した課金信号を、例えばデジタル信号の電波として、無線伝送路４を介して加入者局５へ送信する。なお、送信部３８は、音声信号と課金信号を個別に送信してもよいし、音声信号と課金信号を共通のストリームによってまとめて送信してもよい。

なお、基地局３は、分離部３０が音声信号と課金信号を分離し、分離部３０が分離した課金信号に対して検出部３４が検出を行うように構成されてもよい。

図４は、加入者局５の構成例を示す図である。図５は、加入者局５が行う信号処理を模式的に示す図である。図４に示すように、加入者局５は、受信部５０、ＤＡ変換部５２、復号部５４、変換部５６、及び合成部５８を有する。

受信部５０は、基地局３が無線伝送路４を介して送信した音声信号及び課金信号を受信し、ＤＡ変換部５２及び復号部５４に対して出力する。受信部５０は、音声信号をＤＡ変換部５２に対して出力し、課金信号を復号部５４に対して出力する機能を備えていてもよい。

ＤＡ変換部５２は、受信部５０から入力された音声信号をＤＡ変換し、合成部５８に対して出力する。ここで、ＤＡ変換部５２は、上述したレンジＢよりも狭いレンジＡの範囲内で音声信号をＤＡ変換することができる。

復号部５４は、受信部５０から入力された課金信号を復号し、変換部５６に対して出力する。

変換部５６は、比較制御部５６０及び生成部５６２を有し、復号部５４が復号した課金信号をアナログ波に変換して合成部５８へ出力する。具体的には、比較制御部５６０は、復号部５４が復号した課金信号と、図５に示したように予め定められている課金信号規格とを比較参照し、課金信号の波形を正規化するように制御を行う。生成部５６２は、比較制御部５６０の制御に応じて正規化した課金信号を生成する。

合成部５８は、ＤＡ変換部５２がＤＡ変換した音声信号、及び変換部５６が変換したアナログ波を合成し、アナログ電話回線を介して公衆電話端末６に合成結果を出力する。つまり、合成部５８は、変換部５６が正規化した課金信号を生成しているので、波形歪を補正した信号（課金信号を重畳された音声信号）を再生することができる。

次に、信号伝送システムの比較例について説明する。比較例の信号伝送システムは、課金信号を重畳された音声信号（アナログ信号）を送信装置がそのまま一括してＡＤ変換してデジタル伝送し、受信装置が伝送信号をＤＡ変換してアナログ信号を再生するものとする。

図６は、比較例の信号伝送システムにおいて、送信装置が送信するアナログ信号（ＡＤ変換前）と、デジタル信号に変換されて伝送された信号を受信装置が受信後に再生したアナログ信号（ＤＡ変換後）とを示す図である。

図６に示すように、比較例の信号伝送システムにおいて、送信装置は、音声信号のＡＤ変換に必要十分なレンジＡよりも広いレンジＢのダイナミックレンジでＡＤ変換を行うことができるＡＤ変換器が必要である。また、ＡＤ変換器は、音声信号用のサンプリング周期を全ての信号に対して適用することとなる。

また、比較例の信号伝送システムにおいて、受信装置は、音声信号のＤＡ変換に必要十分なレンジＡよりも広いレンジＢのダイナミックレンジでＤＡ変換を行うことができるＤＡ変換器が必要である。

この場合、比較例の信号伝送システムは、送信装置がレンジＢのダイナミックレンジでＡＤ変換したデータを全て受信装置へ伝送する。よって、上述した信号伝送システム１よりも多くのデータを伝送することとなり、無線伝送路４よりも大きな伝送帯域が必要となる。

また、受信装置が再生するアナログ信号は、送信装置が送信した原信号をそのまま再生することとなり、波形歪もそのまま再生される。

このように、上述した信号伝送システム１は、ＰＣＭにおけるダイナミックレンジを小さくすることができるので、装置コストを低減することができる。また、信号伝送システム１は、全体的な伝送に必要なビットレートを削減することができ、伝送路が狭帯域であっても効率的に信号を伝送することができる。

また、信号伝送システム１は、課金信号を送信する交換機などよりも公衆電話端末６に近い位置にある加入者局５が課金信号を生成するので、交換機などから送信される課金信号がそのまま伝送されるよりも正確な課金動作が可能である。

また、信号伝送システム１は、音声処理のためのフレーム化タイミングに左右されない正しいタイミングでの課金信号の伝送が可能であるため、課金信号の正確な伝送をすることができる。

さらに、信号伝送システム１は、課金信号を音声信号から分離して伝送するので、送達確認の機能を付加することも可能である。

また、従来技術には基地局が課金信号を全て読み込んだ後に符号化して送信するものがあるが、この場合には原理的に課金符号長分の遅延が避けられない。これに対し、信号伝送システム１は、全ての課金信号を読み込むことなく順次に伝送することができるので、信号伝送の遅延を低減することができる。

すなわち、上述した信号伝送システム１は、音声信号に対して課金信号が重畳されたアナログ信号から音声信号を分離した後にＡＤ変換して伝送するので、音声信号とともに課金信号を効率的に伝送することができる。

また、信号伝送システム１は、公衆電話端末６を既存の構成から変更する必要がなく、無線伝送路４と同じ距離をメタル線で伝送する場合よりも正確に課金処理することも可能である。

１・・・信号伝送システム、２・・・交換局、３・・・基地局、４・・・無線伝送路、５・・・加入者局、６・・・公衆電話端末、３０・・・分離部、３２・・・ＡＤ変換部、３４・・・検出部、３６・・・符号化部、３８・・・送信部、５０・・・受信部、５２・・・ＤＡ変換部、５４・・・復号部、５６・・・変換部、５８・・・合成部、３４０・・・電位検出部、３４２・・・タイミング検出部、５６０・・・比較制御部、５６２・・・生成部

Claims (8)

1. 音声信号に対して課金信号が重畳されたアナログ信号を送信装置から受信装置へ伝送する信号伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   前記アナログ信号から音声信号を分離する分離部と、
   前記分離部が分離した音声信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、
   前記アナログ信号から課金信号を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した課金信号を符号化する符号化部と、
   前記ＡＤ変換部がＡＤ変換した音声信号、及び前記符号化部が符号化した課金信号を前記受信装置に対して送信する送信部と
   を有し、
   前記受信装置は、
   前記送信部が送信した音声信号及び課金信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信した音声信号をＤＡ変換するＤＡ変換部と、
   前記受信部が受信した課金信号を復号する復号部と、
   前記復号部が復号した課金信号をアナログ波に変換する変換部と、
   前記ＤＡ変換部がＤＡ変換した音声信号、及び前記アナログ波を合成する合成部と
   を有することを特徴とする信号伝送システム。
2. 前記検出部は、
   前記アナログ信号が含む複数の異なる電位、及び電位の変化タイミングを検出することにより、課金信号を検出すること
   を特徴とする請求項１に記載の信号伝送システム。
3. 前記符号化部は、
   前記検出部が検出した電位の変化タイミングにおけるレベル及びアップダウンの少なくともいずれかを示すように、前記検出部が検出した課金信号を符号化すること
   を特徴とする請求項２に記載の信号伝送システム。
4. 前記変換部は、
   予め定められている課金信号規格を参照する波形の正規化をともなって、前記復号部が復号した課金信号を前記アナログ波に変換すること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の信号伝送システム。
5. 音声信号に対して課金信号が重畳されたアナログ信号を送信装置から受信装置へ伝送する信号伝送方法において、
   前記アナログ信号から音声信号を分離する分離工程と、
   分離した音声信号をＡＤ変換するＡＤ変換工程と、
   前記アナログ信号から課金信号を検出する検出工程と、
   検出した課金信号を符号化する符号化工程と、
   ＡＤ変換した音声信号、及び符号化した課金信号を前記受信装置に対して送信する送信工程と、
   送信した音声信号及び課金信号を受信する受信工程と、
   受信した音声信号をＤＡ変換するＤＡ変換工程と、
   受信した課金信号を復号する復号工程と、
   復号した課金信号をアナログ波に変換する変換工程と、
   ＤＡ変換した音声信号及び前記アナログ波を合成する合成工程と
   を含むことを特徴とする信号伝送方法。
6. 前記検出工程は、
   前記アナログ信号が含む複数の異なる電位、及び電位の変化タイミングを検出することにより、課金信号を検出すること
   を特徴とする請求項５に記載の信号伝送方法。
7. 前記符号化工程は、
   検出した電位の変化タイミングにおけるレベル及びアップダウンの少なくともいずれかを示すように、検出した課金信号を符号化すること
   を特徴とする請求項６に記載の信号伝送方法。
8. 前記変換工程は、
   予め定められている課金信号規格を参照する波形の正規化をともなって、復号した課金信号を前記アナログ波に変換すること
   を特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の信号伝送方法。
   

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