JP7240220B2

JP7240220B2 - 無線通信システム、及び中央装置

Info

Publication number: JP7240220B2
Application number: JP2019056615A
Authority: JP
Inventors: 典央長谷川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2023-03-15
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: JP2020161879A

Description

本発明は、基地局と複数の端末局を備えた無線通信システムに係り、特に音声データの通話品質を向上させる技術に関する。

中央装置を備える基地局と複数の端末局を備えた無線通信システムにおいて、基地局に接続された指令卓と、ある端末局との通話を他の端末局にも送信して聴話可能とする聴話機能がある。例えば、指令局と車上局間の通話内容を、すべての車上局に聞かせる場合などであり、指令局の送信音声と車上局の送信音声を合成し、指令局から複数の車上局に時分割送信している。このような場合、指令局と通話中の車上局は、自分の音声が側音として聞こえるため、通話に著しい支障を与えていた。

この問題を解決するため、端末局である車上局装置にエコーキャンセラーを設け、無線回線で発生する遅延時間と音声帯域の制限に鑑み、遅延回路とバンドパスフィルタにより無線回線と等価な信号を生成し、エコーキャンセラーの基準信号として入力し、基地局である指令局から車上局装置で受信し復調した信号から、自局の送信音声成分のみを除去し、円滑な通話を可能にする技術がある（特許文献１参照）。

特開２００３－０１８０５２号公報

列車無線システムなどにおいては、無線や有線を用いて音声通話を実現するため、音声コーデックが使用されるが、この音声コーデックに上述したエコーキャンセラーを使った聴話機能を付加しようとした場合、次のような課題がある。すなわち、通話開始後の会話の合間など、指令卓操作盤、車上操作盤が共に無通話状態の場合、通話中の車上受話が、指令の背景雑音であるサーという音と無音を繰り返す。一方、両方が同時に通話した場合、通話中の車上受話の下り音声が途切れる。これらの課題は、指令卓操作盤からの音声レベルと、車上操作盤からの音声レベルが同レベルであった時、中央装置に具備されている聴話機能を実現する音声コーデック内の切替スイッチが、一定に定まらないことに起因していると考えられる。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、通話品質を改善した基地局と複数の端末局間の無線通信システム、並びにその中央装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、通話プレス釦を含む指令卓操作盤と、指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、第１A/D変換器の出力信号のレベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、レベル検出部と通話プレス釦の情報に基づき、無線区間へ送出するデータとして、第１符号化部からの符号化データと無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、端末局操作盤と、端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、無線区間からの受信データとを比較する比較部と、比較部の比較結果に基づき、第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える構成の無線通信システム、並びにその中央装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、指令卓操作盤と、指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、第１A/D変換器の出力信号のレベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、第１復号化部の出力の無音を検出する無音検出部と、レベル検出部と無音検出部の情報に基づき、無線区間へ送出するデータとして、第１符号化部からの符号化データと無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、端末局操作盤と、端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、無線区間からの受信データとを比較する比較部と、無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、比較部の比較結果に基づき、第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える構成の無線通信システム、並びにその中央装置を提供する。

本発明によれば、通話品質を改善した無線通信システム、並びに中央装置を提供することができる。

実施例１に係る、無線通信システム、並びに中央装置の一構成例を示す図である。実施例１に係る、無線通信システムの動作概要１を説明するための図。実施例１に係る、無線通信システムの動作概要２を説明するための図。従来の列車無線システムの構成を示す図。従来技術の列車無線システムの動作概要１を説明するための図。従来技術の列車無線システムの動作概要２を説明するための図。従来技術の列車無線システムの課題を説明するための図。

以下、本発明を実施するための種々の実施例を図面に従い説明するが、それに先立ち、図４～図７を用いて、従来の無線回線を用いて指令卓操作盤と車上局操作盤間の音声通話が可能な列車無線システムの列車の聴話機能の実現例と、その課題を説明する。なお、図中の長破線は、信号の流れを示すための補助線である。

図４に示すように、無線回線を用いて指令卓操作盤と車上局操作盤間の音声通話を可能とする列車無線システムは、指令卓操作盤200、中央装置220、車上局装置240、車上操作盤260で構成されている。指令卓操作盤200は、マイク202とスピーカ201とで構成され、中央装置220は、指令卓操作盤200からのマイク入力音声をPCM信号に変換するA/D変換器222と、A/D変換器の出力信号を音声符号化する符号化部232と、A/D変換器出力信号の音声レベルを検出する検出部233と、無線区間から受信した信号をPCMデータに復号する復号化部231と、その復号化出力をアナログ信号に変換するD/A変換器221と、検出部233の情報により、無線区間へ送出するデータとして、「指令卓操作盤からの符号化データ」と「無線区間より受信した符号化データ」を切り替える聴話機能スイッチ234とで構成される。なお、音声レベルを検出する検出部をレベル検出部と呼ぶ場合がある。

一方、車上操作盤260は、マイク262とスピーカ261とで構成され、車上局装置240は、車上操作盤260からのマイク入力音声をPCM信号に変換するA/D変換器241と、A/D変換器出力信号を音声符号化する符号化部251と、符号化出力の符号化データを伝送遅延時間分だけ格納する記憶部253と、記憶部253の出力と、無線区間からの受信データを比較する比較部254と、無線区間からの受信データをPCMデータに変換する復号化部252と、比較部出力の比較結果を参照し、「復号化出力のPCMデータ」と「無音データ（Mute）」を切り替えるエコーキャンセラースイッチ255と、出力のPCMデータ(無音データ)をアナログ信号に変換するD/A変換器242とで構成される。

この従来構成の列車無線システムにおける聴話機能の動作概要を以下に記載する。中央装置220の音声コーデック230において、「指令卓操作盤200から送話された音声」と、「通話対象の車上局装置240の車上操作盤260から送話された音声」のレベル差を比較し、レベルの大きい信号を無線回線へ送出する。車上局装置240の音声コーデック250にて、「自車上局装置240が送出した音声」と「中央装置220から受信した音声」とを比較し、一致していたら車上操作盤260への音声出力を消音、ミュート（Mute）し、不一致の場合は中央装置220から受信した音声を出力する。

図５に指令卓操作盤200より指令音声を送話し、車上操作盤260Aにて指令音声を受話する時の音声経路を示す。同図においては、指令音声が有るため、中央装置220の聴話機能用の切替スイッチ234は指令音声を選択する。一方、車上局装置240Aの比較部154の比較データは一致しないのでミュートせず、中央装置220から受信した指示音声を車上操作盤260Aのスピーカに出力する。

図６に車上操作盤260Aより音声を送話し、指令卓操作盤200若しくは非通話の車上操作盤240Bで、その音声を受話する時の音声経路を示す。同図においては、指令音声が無いため、中央装置220の聴話機能用の切替スイッチ234は車上音声を選択する。一方、車上局装置240Aの比較部154の比較データは一致するのでミュート制限する。

中央装置において、「指令卓操作盤から送話された音声」と、「通話対象の車上局装置(車上局装置A)の車上操作盤から送話された音声」のレベル差を比較し、レベルの大きい信号を無線回線へ送出する。各車上局装置にて、「自車上局装置が送出した音声」と「中央装置から受信した音声」とを比較し一致していたら指令卓操作盤への音声出力を消音、ミュート（Mute）し、不一致にて中央装置から受信した音声を出力する。

指令卓操作盤より音声を送話し、車上操作盤にて音声を受話する時の音声経路を図３に、車上操作盤より音声を送話し、指令卓操作盤もしくは、非通話車上操作盤より音声を受話する時の音声経路を図４に示す。以上の処理を具備することにより、通話対象の車上操作盤は、自分が送話した音声のエコーなく、指令卓操作盤との通話が出来る。また、非通話対象の車上操作盤は、指令卓操作盤と、通話対象の車上操作盤の通話を聴話(モニタ)することが出来る。

図４～図６を用いて説明した中央装置220の構成・処理により、通話対象の車上操作盤260Aは、自分が送話した音声のエコーなく、指令卓操作盤200との通話が出来る。また、非通話対象の車上操作盤260Bは、指令卓操作盤200と、通話対象の車上操作盤260Aの通話を聴話(モニタ)することが出来る。

しかしながら、上記の列車無線システム構成にあっては、通話開始後、指令卓操作盤200と車上操作盤260Aが共に会話の合間などの無通話状態の時、通話中の車上操作盤260Aの車上受話が、指令操作盤200の指令音声の背景雑音であるサーという音と無音を繰り返してブツブツ音となる。

これは、図７に示すように、中央装置220に具備されている聴話機能を実現する切替スイッチ234が一定に定まらず、指令音声の判定が所定間隔でバタつくためである。その結果、車上局装置240Aの比較部154の比較結果基づくミュート制御による指令、無音の切り替えが起き、車上操作盤260Aのスピーカからはブツブツ音が聞こえることとなる。

また、指令卓操作盤200と車上操作盤260Aが同時に通話した時、通話中の車上受話の下り音声が途切れる。これは、指令卓操作盤200からの音声レベルと、車上操作盤260Aからの音声レベルが同レベルであった時、中央装置220に具備されている聴話機能を実現する切替スイッチ234が一定に定まらず、指令音声の有無の判定が40msなどの倍数間隔でバタつくためである。

実施例１は、上述した従来のシステムにおける課題を解消し、通話品質を改善した無線通信システム、並びにその中央装置の実施例である。すなわち、無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、通話プレス釦を含む指令卓操作盤と、指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、第１A/D変換器の出力信号のレベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、レベル検出部と通話プレス釦の情報に基づき、無線区間へ送出するデータとして、第１符号化部からの符号化データと無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、端末局操作盤と、端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、無線区間からの受信データとを比較する比較部と、比較部の比較結果に基づき、第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える構成の無線通信システム、並びにその中央装置の実施例である。

また、本実施例は、無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、指令卓操作盤と、指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、第１A/D変換器の出力信号のレベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、第１復号化部の出力の無音を検出する無音検出部と、レベル検出部と無音検出部の情報に基づき、無線区間へ送出するデータとして、第１符号化部からの符号化データと無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、端末局操作盤と、端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、無線区間からの受信データとを比較する比較部と、無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、比較部の比較結果に基づき、第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える構成の無線通信システム、並びに中央装置の実施例である。

図１は、本実施例の列車無線通信システム、並びにその中央装置の一構成例を示す図である。同図においては、図４に示した従来の無線通信システムの構成と比較し、指令卓操作盤100に通話プレス釦103が、中央装置120に無音検出部135が追加され、それらの出力が切替スイッチ134に入力される点が新たな構成となっている。

これにより、本実施例の構成において、中央装置120の切替スイッチ134による、車上音声、指令音声の切替条件が追加され、指令操作卓操作盤100の通話プレス釦103が押下の時、また無音検出部135で音声コーデック130の無音を検知した時に、聴話機能としての車上局折り返しをオフにする。

すなわち、図１の無線通信システムにおいては、マイク102とスピーカ101と通話プレス釦103とで構成された指令卓操作盤100と、指令卓操作盤100からのマイク入力音声をPCM信号に変換するA/D変換器122と、A/D変換器出力信号を音声符号化する符号化132と、該A/D変換器出力信号の音声レベルを検出する検出部133と、無線区間から受信した信号をPCMデータに復号する復号化131と、該復号化出力よりPCMデータの無音を検出する無音検出部135と、前記復号化出力をアナログ信号に変換するD/A変換器121と、検出部133と新たに追加された通話プレス釦103と無音検出部135の情報より、切替スイッチ134において、無線区間へ送出するデータとして、「指令卓操作盤からの符号化データ」と「無線区間より受信した符号化データ」とを切り替える。端末局装置である車上局装置140と端末局操作盤である車上操作盤160については、図４の従来のシステムと同様の構成を備えている。

そのため、従来の聴話機能は備えており、中央装置120において、「指令卓操作盤100から送話された音声」と、「通話対象の車上局装置140の車上操作盤160から送話された音声」のレベル差を比較し、レベルの大きい信号を無線回線へ送出する。また、端末局装置である各々の車上局装置140において、「自車上局装置140が送出した音声」と「中央装置120から受信した音声」とを比較し、一致していたら端末局装置盤である指令卓操作盤100への音声出力を消音、ミュート（Mute）し、不一致であれば、中央装置120から受信した音声を出力する。その結果、本実施例の構成において、通話対象の車上操作盤は、自分が送話した音声のエコーなく、指令卓操作盤との通話が出来る。また、非通話対象の車上操作盤は、指令卓操作盤と、通話対象の車上操作盤の通話を聴話(モニタ)することが出来ると共に、更に、図２、図３を使って説明する新たな機能・効果を得ることができる。

図２は、本実施例の無線通信システム、並びにその中央装置の構成において、指令卓操作盤、車上操作盤より同時に送話された場合の動作概要を、図３は、指令卓操作盤、車上操作盤が共に無音の場合の動作概要を示した。図２、図３においては、車上局装置140A、140Bと車上操作盤160A、160Bはそれぞれ二つの場合のシステムを示したが、これらの個数については二つに限定されない。なお、図２、図３中の長破線は信号の流れを示すための補助線である。

図２に示すように、操作者が指令卓操作盤100より音声を送話するときに、通話プレス釦103を押下する。中央装置120において、切替スイッチ134は、従来の切替え条件に加えて、指令卓操作盤100より取り込んだ通話プレス釦103の押下情報を参照して、通話プレス釦103が押下されている時は、指令卓操作盤100からの音声を無線区間へ送出する。本機能を追加することにより、本実施例の無線通信システムにおいては、指令卓操作盤100と車上操作盤160Aから同時に音声が送話され、音量レベルが同一レベルである時、下り音声の音途切れが解消される。

次に、図３により、本実施例の中央装置120における無音検出を説明する。同図に示すように、中央装置120の無音検出器135において、車上操作盤160Aより送出された音声データの無音検出を行う。無音検出の方法としては、例えば音声コーデック130の復号化部131の出力を用いて、車上操作盤160Aからの背景雑音のレベルを閾値として音声の有無を検出する。無音検出部135が無音を検出した時、切替スイッチ134は、指令卓操作盤100からの音声を無線区間へ送出する。本機能を追加することにより、指令卓操作盤100と車上操作盤160Aともに無音状態であった時、スイッチ切替えのバタつきが解消され、下り音声の音途切れが解消される。

すなわち、本実施例の無線通信システムにあっては、中央装置120は、無線区間から受信した信号を復号した復号化出力よりPCMデータの無音を検出する無音検出部135を新たに備え、切替スイッチ134が検出部133と、指令卓操作盤の通話プレス釦103と、無音検出部135の情報より、無線区間へ送出するデータとして、「指令卓操作盤からの符号化データ」と「無線区間より受信した符号化データ」とを切り替える構成をとるため、通話品質を改善した無線通信システムを提供することが出来る。

なお、以上の実施例の説明においては、列車無線システムを例示して説明してきたが、本発明は列車無線システムに限定されず、基地局と複数の端末局との間の無線通信システム全般の通話品質を改善することが出来る。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

更に、上述した各構成、機能、中央装置等は、それらの一部又は全部を例えば回路設計する等によりハードウェアで実現する例を説明したが、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成して実現することもできることは言うまでもない。

100、200 指令卓操作盤
101、161、201、202 スピーカ
102、162 マイク
103 通話プレス釦
120、220 中央装置
121、142、221、242 ディジタルアナログ変換器（D/A）
122、141、222、241 アナログディジタル変換器（A/D）
130、230 音声コーデック（中央用）
131、231、152、252 復号化部
132、151、232、251 符号化部
133、233 （レベル）検出部
134、155、234、255 切替スイッチ
135 無音検出部
140、240 車上局装置
150、250 音声コーデック（卓上用）
153、253 記憶部
154、254 比較部
160、260 卓上操作盤

Claims

無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、
通話プレス釦を含む指令卓操作盤と、
前記指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、前記第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、前記第１A/D変換器の出力信号の音声レベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、前記第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、前記レベル検出部と前記通話プレス釦の情報に基づき、前記無線区間へ送出するデータとして、前記第１符号化部からの符号化データと前記無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、
端末局操作盤と、
前記端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、前記第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、前記第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、前記無線区間からの受信データとを比較する比較部と、前記無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、前記比較部の比較結果を参照し、前記第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、前記第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムであって、
指令卓操作盤と、
前記指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、前記第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、前記第１A/D変換器の出力信号の音声レベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、前記第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、前記第１復号化部の出力の無音を検出する無音検出部と、前記レベル検出部と前記無音検出部の情報に基づき、前記無線区間へ送出するデータとして、前記第１符号化部からの符号化データと、前記無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む中央装置と、
端末局操作盤と、
前記端末局操作盤から入力された音声信号をディジタル信号に変換する第２A/D変換器と、前記第２A/D変換器の出力信号を符号化データとする第２符号化部と、前記第２符号化部の出力の符号化データを伝送遅延時間分遅延させたデータと、前記無線区間からの受信データとを比較する比較部と、前記無線区間からの受信データを復号する第２復号化部と、前記比較部の比較結果を参照し、前記第２復号化部の出力と無音データを切り替える第２切替スイッチと、前記第２切替スイッチの出力をアナログ信号に変換する第２D/A変換器を含む端末局装置と、を備える、
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記指令卓操作盤は通話プレス釦を含み、前記中央装置は前記第１復号化部の出力の無音を検出する無音検出部を含み、
前記第１切替スイッチは、前記レベル検出部と前記無音検出部と前記通話プレス釦の情報に基づき、前記無線区間へ送出するデータを切り替える、
ことを特徴とする無線通信システム。
無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムの中央装置であって、
通話プレス釦を含む指令卓操作盤から入力される音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、前記第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、前記第１A/D変換器の出力信号の音声レベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、前記第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、前記レベル検出部と前記通話プレス釦の情報に基づき、前記無線区間へ送出するデータとして、前記第１符号化部からの符号化データと前記無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む、
ことを特徴とする中央装置。
無線回線を用いて音声通話を実現する無線通信システムの中央装置であって、
指令卓操作盤で入力された音声信号をディジタル信号に変換する第１A/D変換器と、前記第１A/D変換器の出力信号を符号化データとする第１符号化部と、前記第１A/D変換器の出力信号の音声レベルを検出するレベル検出部と、無線区間から受信した信号を符号化データに復号する第１復号化部と、前記第１復号化部の出力をアナログ信号に変換する第１D/A変換器と、前記第１復号化部の出力の無音を検出する無音検出部と、前記レベル検出部と前記無音検出部の情報に基づき、前記無線区間へ送出するデータとして、前記第１符号化部からの符号化データと前記無線区間から受信した信号を切り替える第１切替スイッチを含む、
ことを特徴する中央装置。