JP7593166B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信技術に関し、特にＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の通信装置および通信方法に関する。

ＴＤＭＡ方式の通信を行う送信側の無線機において、所定のタイムスロットのデータ送信を停止し、その間に受信を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２００９／０３０３９２３号明細書

これまで、所定のタイムスロットのデータ送信を停止する場合、連続した音声データが欠落することになり、受信側での音声品質が劣化することがあった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、ＴＤＭＡ方式の通信において所定のタイムスロットのデータ送信を停止する場合に、音声品質の劣化を抑制する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の通信装置は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の通信装置であって、音声データを第１のタイムスロットのデータとして符号化する送信データ生成部と、第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットのデータ送信を中断する中断制御部と、音声データにおける連続しない複数の区間から第２のタイムスロット分の音声データを選択する破棄データ選択部と、を備える。送信データ生成部は、破棄データ選択部により選択された音声データの前後の音声データを連結して第１のタイムスロットのデータとして符号化する。

本発明の別の態様は、通信方法である。この方法は、ＴＤＭＡ方式の通信装置が実行する通信方法であって、データ送信を行うタイムスロットを第１のタイムスロットと呼び、データ送信を中断するタイムスロットを第２のタイムスロットと呼ぶとき、音声データにおける連続しない複数の区間から第２のタイムスロット分の音声データを選択する破棄データ選択ステップと、破棄データ選択ステップで選択された音声データの前後の音声データを連結して第１のタイムスロットのデータとして符号化するステップと、第２のタイムスロットのデータ送信を中断するステップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ＴＤＭＡ方式の通信において所定のタイムスロットのデータ送信を停止する場合に、音声品質の劣化を抑制することができる。

実施例の通信システムの構成を示す図である。 図１の通信装置が備える機能ブロックを示すブロック図である。 通信装置の動作を示すフローチャートである。 従来送信機のデータ送信に関するタイミングチャートである。 実施例の通信装置のデータ送信に関するタイミングチャートである。 実施例の通信装置のデータ送信に関するタイミングチャートである。

まず、実施例の概要を説明する。ＴＤＭＡ方式で無線通信を行う送信機には、受信機との通話中に受信機からの要求（以下「送信中断指示」とも呼ぶ。）に応じてデータ送信を停止させるコール・インタラプション機能を備えるものがある。コール・インタラプションは、送信機と受信機が通話中に同じタイミングにて１つのタイムスロットだけ送信と受信を切り替えることによって実現される。これまで、送信機が所定のタイムスロットのデータ送信を停止する場合、連続した音声データが欠落することになり、受信側での音声品質が劣化することがあった。

実施例の送信機（後述の通信装置１２）は、音声データの送信を中断するタイムスロットにおいて、受信機からの送信中断指示を受信可能なように構成される。また、実施例の送信機（後述の通信装置１２）は、音声データにおける連続しない複数の区間から、言い換えれば、離散した複数の区間から、データ送信を中断するタイムスロット分の音声データを選択する。これにより、ＴＤＭＡ方式の通信において所定のタイムスロットのデータ送信を停止する場合に、連続した音声データの欠落を抑制し、受信側での音声品質の劣化を抑制することができる。

実施例の詳細を説明する。図１は、実施例の通信システム１０の構成を示す。通信システム１０は、通信装置１２と通信装置１４とを備える。通信装置１２と通信装置１４は、ＴＤＭＡ方式でデータを送受信する無線通信装置である。実施例では、通信装置１２は、基本的に音声データの送信機として動作し、通信装置１４は、基本的に音声データの受信機として動作する。通信装置１２は、通信装置１４から送信中断指示を受信した場合、以降のデータ送信を停止する。

図２は、図１の通信装置１２が備える機能ブロックを示すブロック図である。本明細書のブロック図で示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのプロセッサ、ＣＰＵ、メモリをはじめとする素子や電子回路、機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

通信装置１２は、ＣＰＵ２０、アンテナ３４、アンテナ切替部３６、復調回路３８、Ａ／Ｄコンバータ４０、マイク４２、Ａ／Ｄコンバータ４４、Ｄ／Ａコンバータ４６、変調回路４８を備える。

ＣＰＵ２０は、受信データ解析部２２、送受制御部２４、送信データ生成部２６、破棄データ選択部３０を備える。送信データ生成部２６は、中断制御部２８を含む。破棄データ選択部３０は、無音検出部３２を含む。ＣＰＵ２０が備える複数の機能ブロックの機能が実装されたコンピュータプログラムは、通信装置１２の記憶部（不図示）に記憶されてもよい。ＣＰＵ２０は、上記コンピュータプログラムをメインメモリ（不図示）に読み出して実行することにより、上記複数の機能ブロックの機能を発揮してもよい。

アンテナ３４は、ＲＦ（Radio Frequency）信号を送受信する。アンテナ切替部３６は、送受制御部２４によって制御され、受信時はアンテナ３４と復調回路３８とを接続し、送信時はアンテナ３４と変調回路４８とを接続する。復調回路３８は、アンテナ３４で受信されたＲＦ信号を復調し、復調したアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ４０へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ４０は、復調回路３８から入力されたアナログ信号をデジタル信号（以下「受信データ」とも呼ぶ。）に変換し、受信データを受信データ解析部２２へ出力する。

受信データ解析部２２は、Ａ／Ｄコンバータ４０から入力された受信データに対して、所定のフィルタを用いて不要な帯域の信号成分の除去と、ビット検出と、誤り訂正とを行って、受信データの内容を解析する。受信データに同期データまたは制御データが含まれる場合、受信データ解析部２２は、同期データまたは制御データを送受制御部２４へ出力する。

送受制御部２４は、送信時、アンテナ切替部３６を制御してアンテナ３４を変調回路４８に接続し、変調回路４８の電源をオンに切り替えてＲＦ信号を送信させる。また、送受制御部２４は、受信時、アンテナ切替部３６を制御してアンテナ３４を復調回路３８に接続し、復調回路３８の電源を入れてＲＦ信号を受信させる。

マイク４２は、話者の音声をアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ４４へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ４４は、マイク４２から入力されたアナログ信号をデジタル信号（以下「音声データ」とも呼ぶ。）に変換し、音声データを破棄データ選択部３０へ出力する。

破棄データ選択部３０は、Ａ／Ｄコンバータ４４から入力された音声データ（以下「入力音声データ」とも呼ぶ。）を受け付ける。入力音声データは、符号化の単位となる２０ミリ秒のデータごとに複数の区間に分割されてもよい。また、Ａ／Ｄコンバータ４４から出力された音声データは、一旦、所定の記憶領域（バッファ）（不図示）に格納されてもよく、破棄データ選択部３０は、その記憶領域から音声データを読み出してもよい。

以下、ＴＤＭＡ方式における複数のタイムスロットのうち、データを送信する第１のタイムスロットを「通常タイムスロット」とも呼ぶ。また、通常タイムスロットと異なるタイムスロットであって、コール・インタラプション機能が有効な場合にデータ送信を中断する第２のタイムスロットを「送信中断タイムスロット」と呼ぶ。破棄データ選択部３０は、入力音声データにおける連続しない複数の区間から送信中断タイムスロット分の音声データを選択する。送信中断タイムスロット分の音声データとして破棄データ選択部３０により選択される音声データは、送信されずに破棄されるものであり、以下「破棄データ」とも呼ぶ。

無音検出部３２は、入力音声データにおける無音区間を検出する。例えば、無音検出部３２は、入力音声データのうち、予め設定された時間（例えば２０ミリ秒）、振幅の絶対値が所定の閾値以下である区間を無音区間として検出してもよい。この閾値は、通信装置１２の開発者の知見や、通信システム１０を用いた実験等により適切な値が定められてよい。破棄データ選択部３０は、入力音声データのうち無音検出部３２により検出された無音区間の音声データを送信中断タイムスロット分の音声データ（すなわち破棄データ）として優先的に選択する。

破棄データ選択部３０は、入力音声データのうち破棄データとして選択した音声データを、破棄データであることを示す所定値（言い換えれば所定のビット列）に置き換える。破棄データ選択部３０は、一部の区間の値を破棄データを示す値に置き換えた入力音声データを送信データ生成部２６へ出力する。

送信データ生成部２６は、破棄データ選択部３０から入力された入力音声データに対してボコーダー等を用いて音声符号化処理を実行する。実施例では、送信データ生成部２６は、入力音声データを所定の区間（２０ミリ秒）単位で符号化する。また、送信データ生成部２６は、符号化された音声データ、同期データ、制御データを配置した送信データを生成する。また、送信データ生成部２６は、所定のフィルタを用いて不要な帯域の信号成分を除去する。送信データ生成部２６は、不要な帯域の信号成分を除去した送信データをＤ／Ａコンバータ４６へ出力する。

Ｄ／Ａコンバータ４６は、送信データ生成部２６から入力された送信データをアナログ信号に変換し、変換後のアナログ信号を変調回路４８へ出力する。変調回路４８は、Ｄ／Ａコンバータ４６から入力されたアナログ信号をもとに搬送波を変調し、変調後のＲＦ信号をアンテナ３４へ出力する。

送信データ生成部２６を詳細に説明する。送信データ生成部２６は、破棄データ選択部３０から入力された入力音声データを通常タイムスロットのデータとして符号化する。送信データ生成部２６は、入力音声データのうち破棄データを示す上記所定値の部分を破棄データ選択部３０により選択された破棄データとして識別し、入力音声データにおける破棄データの前後の音声データを連結して通常タイムスロットのデータとして符号化する。

中断制御部２８は、予め定められた送信中断タイムスロットのデータ送信を中断する。送信データ生成部２６は、入力音声データのうち破棄データを示す値が設定された区間については符号化を抑制し、廃棄する。すなわち、送信中断タイムスロットでは送信データを生成しない。

また、送信データ生成部２６は、送信中断タイムスロットの直前の通常タイムスロットのデータに送信停止指示を受け付ける旨の情報を含める。送信停止指示を受け付ける旨の情報は、次のタイムスロットにおいて送信機が送信動作を中断し、受信動作を行う旨を示す情報と言え、また、コール・インタラプションのタイミングを示す情報とも言える。

以上の構成による通信装置１２の動作を説明する。
図３は、通信装置１２の動作を示すフローチャートである。破棄データ選択部３０は、マイク４２に入力された音声に基づく入力音声データを取得する（Ｓ１０）。破棄データ選択部３０の無音検出部３２は、入力音声データにおける無音区間を検出する（Ｓ１１）。破棄データ選択部３０は、入力音声データにおける連続しない複数の区間から送信中断タイムスロット分の音声データである破棄データを選択する（Ｓ１２）。

Ｓ１２において、破棄データ選択部３０は、無音区間の音声データを破棄データとして優先的に選択する。また、後述するように、所定の期間内（例えば８０ミリ秒内）に無音区間が存在しない場合、破棄データ選択部３０は、当該期間内の１つの区間の音声データを強制的に廃棄データとして選択する。

送信データ生成部２６の中断制御部２８は、送信中断タイミング（送信中断タイムスロット）か否かを判定する。送信中断タイミングでなければ（Ｓ１３のＮ）、送信データ生成部２６は、破棄データ選択部３０から入力された入力音声データを通常タイムスロットのデータとして符号化して送信データを生成する（Ｓ１４）。処理対象の区間に破棄データが含まれる場合、送信データ生成部２６は、破棄データの前後の音声データを連結して符号化し、送信データを生成する。送信データは、Ｄ／Ａ変換および変調を経て、アンテナ３４から送信される（Ｓ１５）。

なお、次のタイムスロットが送信中断タイムスロットである場合、送信データ生成部２６は、送信中断タイムスロットの直前の通常タイムスロットのデータに送信停止指示を受け付ける旨の情報を含める。

送信中断タイミング（送信中断タイムスロット）であれば（Ｓ１３のＹ）、中断制御部２８は、データ処理を中断させる。具体的には、中断制御部２８は、送信モードから受信モードへの切替処理を送受制御部２４に実行させる（Ｓ１６）。送信中断タイミング（送信中断タイムスロット）において、通信装置１４から送信された送信停止指示を受信した場合（Ｓ１７のＹ）、送受制御部２４は、以降のタイムスロットでのデータ送信を停止する（Ｓ１８）。送信停止指示を未受信であれば（Ｓ１７のＮ）、送受制御部２４は、受信モードから送信モードへ切り替え、送信データ生成部２６は、次の通常タイムスロットにおいてデータ送信を再開する。

図４は、実施例の通信装置１２の特徴を備えない従来送信機のデータ送信に関するタイミングチャートである。図４に示すように、従来送信機は、送信対象の音声データに対し、２０ミリ秒単位での音声符号化処理を実行してデータを圧縮する。すなわち、送信対象の音声データの１つの区間は２０ミリ秒である。また、従来送信機は、圧縮された３区間の音声データと、同期・制御データとを結合して、１タイムスロット分の送信データを生成する。従来送信機は、生成した１タイムスロット分の送信データを３０ミリ秒間隔でＤ／Ａコンバータに出力する。

同期・制御データについて、タイムスロット１の送信データには、スロットタイミングに同期するために受信機が使用する同期ワードが配置される。タイムスロット２の送信データには、発信元や宛先ＩＤを含んだ制御データが配置される。タイムスロット３の送信データには、Ｎｕｌｌデータが配置される。送信中は、この３種類の同期・制御データを繰り返し送信スロットに配置する。図４では、タイムスロット１～５が通常タイムスロットであり、タイムスロット６が送信中断タイムスロットである。

コール・インタラプションに関する手順を説明する。
従来送信機は、タイムスロット５に配置する制御データに、送信停止指示を受け付ける旨の情報を含め、言い換えれば、次のタイムスロットで送信を停止して受信動作を行う旨の情報を挿入する。これを受信した受信機は、次のタイムスロットにおいて送信機が送信を停止して受信動作を行うこと、言い換えれば、次のタイムスロットにおいて送信中断指示（コール・インタラプション情報）を送信可能であることを認識する。

従来送信機は、タイムスロット６において送信動作を停止して受信動作を行う。このタイミングにおいて、受信機は、送信機からのデータ送信を停止させる場合、送信中断指示（「コール・インタラプション情報」とも呼ぶ。）を含む送信データを生成し、その送信データを従来送信機へ送信する。送信機からのデータ送信を継続させる場合、受信機は、送信中断指示を送信せず、受信動作を継続する。

従来送信機は、タイムスロット６において送信中断指示を受信した場合、直ちに送信を停止する。一方、タイムスロット６において送信中断指示を受信しなければ、従来送信機は、タイムスロット７においてデータ送信を再開する。タイムスロット７以降、従来送信機は、受信機から送信中断指示を受信するまで、タイムスロット１～６の動作を繰り返す。すなわち、周期的にデータ送信を中断して受信動作を行う。以上説明した従来送信機の動作は、実施例の通信装置１２においても同様に実行される。

図４では、入力された音声データにおける「無音」は、無音区間を示している。図４に示すように、実施例の通信装置１２の特徴を備えない従来送信機は、タイムスロット６において送信を中断する場合に、連続した複数区間の音声データを廃棄する。図４では、３つの連続した有音区間の音声データが廃棄される。連続した複数区間の音声データが受信機に届かなくなるため、受信側での音声品質が劣化する。

図５は、実施例の通信装置１２のデータ送信に関するタイミングチャートである。同図の破棄データ選択部入力は、破棄データ選択部３０へ入力された音声データを示し、破棄データ選択部出力は、破棄データ選択部３０から出力された音声データを示す。破棄データ選択部出力の「廃棄」は、破棄データを示す値が設定されることを示す。

図５の例では、破棄データ選択部３０の無音検出部３２は、入力音声データから３つの無音区間を検出し、破棄データ選択部３０は、それら３つの無音区間を破棄データとして選択する。送信データ生成部２６は、破棄データ以外の音声データを連結して、通常タイムスロットの送信データを生成する。実施例の通信装置１２によると、無音区間の音声データが送信されなくなるため、言葉と言葉の間が短縮されることがあるが、話者が発した言葉が受信側で欠けることを抑制でき、すなわち、受信側での音声品質の劣化を抑制することができる。

図６も、実施例の通信装置１２のデータ送信に関するタイミングチャートである。同図は、コール・インタラプション機能を実施する際に、送信中断タイムスロット分の無音区間が存在しない場合のタイミングチャートである。図６の例では、破棄データ選択部３０の無音検出部３２は、１つの無音区間を検出する。

破棄データ選択部３０は、所定期間（ここでは８０ミリ秒）の音声データ内に無音区間が存在しなければ、当該期間内の１つの区間（ここでは最後の区間）を強制的に破棄データとして選択する。図６の例では、１番目の８０ミリ秒の期間には無音区間が存在しないため、破棄データ選択部３０は、当該期間の最後の区間を破棄データとして選択する。２番目の８０ミリ秒の期間には無音区間が存在するため、破棄データ選択部３０は、その無音区間を優先的に破棄データとして選択する。３番目の８０ミリ秒の期間には無音区間が存在しないため、破棄データ選択部３０は、当該期間の最後の区間を破棄データとして選択する。

送信データ生成部２６は、破棄データ前後の音声データを連結して。通常タイムスロットの送信データを生成する。実施例の通信装置１２によると、無音区間が少ない場合であっても、連続しない複数の区間から破棄データを選択するため、受信側での音声品質の劣化を抑制することができる。また、無音区間を優先的に破棄データとして選択するため。有音区間の欠落頻度を小さくでき、受信側での音声品質の劣化を抑制することができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。実施例に記載の内容は例示であり、実施例の構成要素や処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

第１変形例を説明する。上記実施例の音質改善技術は、コール・インタラプション機能以外にも適用可能である。例えば、通信装置１４（受信機）が或る周波数にてデータを受信中に、特定のタイムスロットにおいて、別の周波数をモニタ（スキャンとも言える）する場合にも適用可能である。別の周波数をモニタする目的としては、現在よりも優先度の高い音声通信が別の周波数で発生していないかを周期的にモニタし、発生していれば、そちらの音声を聞くために周波数を切り替える、といったことが考えられる。同時に１つの周波数だけ受信できる受信機では、周期的に別の周波数に切り替えると、元の周波数での受信音声が途切れることになるため、音質が劣化してしまう。

そこで、本変形例の通信装置１２（送信機）は、実施例と同様に送信中断タイムスロットを設け、送信中断タイムスロットでのデータ送信を停止する。また、通信装置１２の送信データ生成部２６は、送信中断タイムスロットの直前の通常タイムスロット（例えば、図５と図６におけるタイムスロット５）の送信データに、実施例の送信停止指示を受け付ける旨の情報に代えて、他のチャネルのスキャンを許可する情報（「優先通信モニタ情報」とも言える。）を含める。

本変形例においても、通信装置１２の破棄データ選択部３０は、入力音声データにおける連続しない複数の区間から送信中断タイムスロット分の音声データ（すなわち破棄データ）を選択する。本変形例の通信装置１２によると、通信装置１４（受信機）が周期的に別のチャネルをスキャンする場合に、受信側の音声品質の劣化を抑制することができる。

第２変形例を説明する。上記実施例では、破棄データ選択部３０は、入力音声データ内の無音区間の音声データを破棄データとして優先的に選択した。変形例として、破棄データ選択部３０は、入力音声データ内の変化が少ない区間の音声データ（長音等）を破棄データとして優先的に選択してもよい。例えば、破棄データ選択部３０は、入力音声データ内の各区間の音声データについて振幅と周波数の一方または両方の変化量を検出してもよい。破棄データ選択部３０は、振幅と周波数の一方または両方の変化量が所定の閾値以下の区間を、変化が少ない区間として識別してもよい。この閾値は、通信装置１２の開発者の知見や、通信システム１０を用いた実験等により適切な値が定められてよい。

本変形例の通信装置１２によると、入力音声データ内の変化が少ない区間の音声データを破棄データとして優先的に選択することにより、意味のある音声が廃棄される頻度を低減でき、受信側での音声品質の劣化を抑制することができる。なお、破棄データ選択部３０は、入力音声データ内の無音区間の音声データを第１優先度で破棄データとして選択し、入力音声データ内の変化が少ない区間の音声データを第１優先度より低い第２優先度で破棄データとして選択してもよい。さらに、破棄データ選択部３０は、所定期間（例えば８０ミリ秒）の音声データ内に無音区間と変化が少ない区間のいずれもが存在しない場合、当該期間内の１つの区間（例えば最後の区間）を強制的に破棄データとして選択してもよい。

上述した実施例および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施例および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施例および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連携によって実現されることも当業者には理解されるところである。

１０ 通信システム、 １２ 通信装置、 １４ 通信装置、 ２６ 送信データ生成部、 ２８ 中断制御部、 ３０ 破棄データ選択部、 ３２ 無音検出部。

Claims (5)

1. ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の通信装置であって、
   複数の区間からなる音声データを符号化して所定区間からなる第１のタイムスロットのデータとして符号化する送信データ生成部と、
   前記所定区間を有し、前記第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットのデータ送信を中断する中断制御部と、
   前記音声データを複数区間からなる所定期間に分け、前記所定期間ごとに無音区間を検出する無音検出部と、
   前記所定期間に前記無音区間が検出された場合は前記無音区間を破棄データとして選択し、前記所定期間に前記無音区間が存在しない場合は前記複数区間のいずれかの区間を破棄データとして選択し、前記破棄データから前記第２のタイムスロットを生成する破棄データ選択部と、を備え、
   前記送信データ生成部は、前記破棄データ選択部により選択された音声データの前後の音声データを連結して前記第１のタイムスロットのデータとして符号化する通信装置。
2. 前記破棄データ選択部は、所定期間の音声データ内に前記無音区間が存在しない場合は、前記所定期間内の最後の区間を前記破棄データとして選択する、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記送信データ生成部は、前記第２のタイムスロットの直前の前記第１のタイムスロットのデータに送信停止指示を受け付ける旨の情報を含める請求項１に記載の通信装置。
4. 前記送信データ生成部は、前記第２のタイムスロットの直前の前記第１のタイムスロットのデータに他のチャネルのスキャンを許可する情報を含める請求項１に記載の通信装置。
5. ＴＤＭＡ方式の通信装置が実行する通信方法であって、
   データ送信を行うタイムスロットを第１のタイムスロットと呼び、データ送信を中断するタイムスロットを第２のタイムスロットと呼ぶとき、
   音声データを複数区間からなる所定期間に分け、前記所定期間ごとに無音区間を検出するステップと、
   前記所定期間に前記無音区間が検出された場合は前記無音区間を破棄データとして選択し、前記所定期間に前記無音区間が存在しない場合は前記複数区間のいずれかの区間を破棄データとして選択し、前記破棄データから前記第２のタイムスロットを生成するステップと、
   複数の区間からなる前記音声データを符号化して所定区間からなる前記第１のタイムスロットのデータとして符号化するステップと、
   前記所定区間を有し、前記第１のタイムスロットとは異なる第２のタイムスロットのデータ送信を中断するステップと、
   を含む、通信方法。

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