JPH03181236A - 狭帯域多重通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数チャンネルの音声信号をそれぞれ時分割
し圧縮したのち、それらを連結合成して一連の合成多重
音声信号とし、これを搬送波に乗せて送信し、受信側で
該合成多重音声信号を復調し時分割伸張処理して元のチ
ャンネルの音声に戻す狭帯域多重通信方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の時間圧縮多重通信における音声信号の時間的流れ
を、第１図の■〜■欄に示す。横軸に時間をとっている
。ここでは、通常、基本とされる２チヤンネルの音声処
理の場合を例にとっている。

第１図において、■はチャンネル１の音声信号、■はチ
ャンネル２の音声信号である。

これらの、■の音声信号は、それぞれ一定時間Ｔごとに
、互いに半周期Ｔ／２の差を持たせてサンプリングされ
、チャンネル１の音声信号はＡ、Ｂ、Ｃ１・・・に、チ
ャンネル２の音声信号はａ、ｂ、ｃ、　　・・・に分割
される。

これらの音声信号Ａ、Ｂ、Ｃ１・・・とａ、　ｌ）、Ｃ
１・・・をそれぞれ１／２時間圧縮するときは、それぞ
れ■と■の信号Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、・・・と、Ｂ２、ｂ
２、Ｃ２、・・・が得られる。

■と■の信号を、元の音声信号のと■と較べるとき、そ
の周波数は２倍で、サンプリング時間Ｔの１／２ごとに
空白部を持つ断続的な信号になっている。しかも、■と
■の断続のタイミングが、ちょうど１８０°ズした形で
ある。従って、■と■の信号を直接合成することで、■
に示すようなチャンネルｌ、２の音声信号の１／２圧縮
された断続的信号を時間的に混じり合うことなく一連に
連結した合成多重音声信号Ａ２、Ｂ２、Ｂ２、ｂ２、・
・・が得られる。

この多重音声信号Ａ２、Ｂ２、Ｂ２、ｂ２、・・・が送
信されて受信された場合、その復調は、前述と完全に逆
の操作を行うことで元の音声信号に戻すことになる。

第２図は、その様子を説明する図である。

すなわち、第２図において、受信された多重音声信号Ａ
２、Ｂ２、Ｂ２、ｂ２、・・・■′は、Ｔ／２の時間幅
でサンプリングされて、■′のチャンネル１の断続的な
音声信号Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、・・・と、■′のチャンネ
ル２の断続的な音声信号ａ２、ｂ２、Ｃ２、・・・に分
けられる。

そして、それぞれの音声信号部分を２倍に伸張すると、
■′と■′に示すような元の音声信号に戻される。

さて、これら第１図〜第２図に示した音声周波数の時間
圧縮、時間伸張処理を施す「無線多重通信機」としては
、第３図の構成を採るものを挙げることができる。この
無線多重通信機では、基地局Ｆ、移動局Ｍがともに同一
特性の音声の時間圧縮・伸張装置を配置している。

基地局Ｆの送信機ＴＸＦは、チャンネル１とチャンネル
２の音声信号ＣＨＩとＣＨ２を１／２圧縮し、一連にし
た第１図■のような合成多重音声信号で周波数ｆＦを変
調して、その電波を移動局Ｍへ送る。

そして、それと同峰に移動局Ｍから送られてくる先と同
様の合成多重音声信号で変調された周波数ｆＭの電波を
受信機ＲＸＦで受信し、これからその合成多重音声信号
（第２図の■′）を復調して取り出し、それを分割・伸
張処理してチャンネルｌとチャンネル２の音声信号（■
′と■′）に戻す。

この基地局Ｆと同様の操作が、送信側ＴＸＭと受信機Ｒ
χＭを持つ移動局Ｍでも行われ、それによって基地局Ｆ
と移動局Ｍの多重送信が可能となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、上述した従来の通信方法では、次の問題を生じる
。

すなわち、音声信号を１／２時間圧縮するために、最大
変調周波数（無線通信の場合は３ｋＨｚ）が２倍となり
、変調したときに電波の占有周波数帯域幅が広がること
になる。狭帯域無線通信の場合には、法規的に実用の範
囲を逸脱することになる。

本発明は、前記従来技術の課題を背景になされたもので
、変調時に電波などの占有周波数帯域幅の増大を来すこ
となく、しかも音声の明瞭度を損なうことのない狭帯域
多重通信方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本願第１の発明は、合成多重音声信号を変調
に用いる前に、低域フィルタを用いて、その合成多重音
声信号の高音域（上記では周波数１．５〜３ｋＨｚ）を
カットしく上記では１．５ｋＨｚ以下にする）、これに
よって電波の占有周波数帯域幅を狭めるというものであ
る。

上記の処理を施して伝送されかつこれを復調して得られ
る音声信号は、これまで一般に考えられていた以上の明
瞭度をもち、充分に実用に耐えるものであるため、これ
をそのまま通信に使用するのが、本願の第２の発明であ
る。

しかし、さらにその明瞭度を高めたい場合には、本願の
第３の発明を上記に追加する。すなわち、本願の第３の
発明は、受信機側で復調して得た各チャンネルの音声信
号に対し、その音声信号を基にして作られる擬似音声信
号を重畳して出力し、それを耳に開くというものである
。

「作用」 変調の前に、低域フィルタを用いて合成多重音声信号の
高音域（例えば周波数１　５〜３　ｋ　Ｉ（ｚ　）をカ
ントする（１．５ｋＨｚ以下にする）と、電波の占有周
波数帯域幅を狭めることができて法規上の問題は解決す
るが、新しい問題が生じる。

すなわち、復調されたとき、その音声信号は高音域（１
，５〜３ｋＨｚ）がカントされているために、明瞭度が
損なわれ、使用に耐えないものとなることである。少な
くとも、従来は、明瞭度が低下して使用に耐えないもの
になるとの予想の下に、この方法は、採用はもちろん、
実験されることもなかったものである。

しかしながら、本願の発明者は、実験によって上記の処
理路して伝送されかつこれを復調して得られる音声信号
は、これまで一般に考えられていた以上の明瞭度をもち
、充分に実用に耐える程度であることを発見した。

第４図Ａは、音声のエネルギーの周波数に対する分布を
表したグラフであるが、このグラフによって音声のエネ
ルギーはそのほとんどが低い周波数領域に分布しており
、０〜１．５ｋＨｚの部分をとれば音声エネルギーの９
０％がここに納まっていることが分かる。

第４図Ｂには、同じく音声の明瞭度と周波数帯域幅の関
係を示すグラフであるが、〜１．　５ｋＨｚの帯域幅で
も６０〜７０％程度の明瞭度が得られている。

従って、通話の了解度は、ｌ、５ｋＨｚのカットオフ周
波数の低域フィルタで処理した音声でも通話に関しては
充分使用可能である。

しかしながら、明瞭であるとはいっても、一般の３ｋＨ
ｚ帯域幅の音声に較べると、やはり遜色がある。

それに匹敵する明瞭度を得たいという要望に対してなさ
れた本願の第３の発明では、 「音声の高音部の成分は、低温部の第１７オルマント成
分に付随して発生する確立が高い」〔「聴覚と音声」　
（通信学会発行、昭和５５年版）参照〕という音声特有
の現象を利用して、音声の高音域の保障処理が行われ、
これによって音質の向上が達成されるものである。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例の狭帯域多重無線通
信機について説明する。

無線通信機全体の構成は、先の第３図と同じであるが、
送信機と受信機の内部の構成に改良が加えられており、
それを下記に示す。

第６図は、本発明の実施例の無線通信機の基地局Ｆ（以
下に説明することは、移動局Ｍでも同じである）の送信
機ＴＸＦの基本的な内部構成を示した図である。

第６図において、マイクロフォンＭＩＣＩ、ＭＩＣ２よ
り入力されたチャンネル１、チャンネル２の２つの音声
信号ＣＩ−ＩＩＦ、ＣＨ２Ｆは、それぞれバンドパスフ
ィルタＢＰＰ　Ｉ　Ｆ、ＢＰＦ２Ｆにより、その帯域が
０．３〜・１．５ｋＨｚに制限され、それが改めて入力
音声信号（以下では、これを音信号ＣＨＩ、ＣＨ２とい
う）として用いられる。

これ以後の音声多重処理は、従来の無線通信機と変わら
ないものであるが、念のためそれをやや詳細に説明する
と次のようになる。

音信号ＣＨＩ、ＣＨ２は、それぞれアナログ・ディジタ
ル変換器ＡＤＣＩＦ、ＡＤＣ２Ｆを経てディジタルとな
り、ランダムアクセスメモリＲＡＭＩ　Ｆ、ＲＡＭ２　
Ｆに人力されたのち、ディジタル・アナログ変換器ＤＡ
ＣＩ　Ｆ、ＤＡＣ２Ｆに読み出されそれぞれを経由した
のち、さらにバンドパスフィルタＢＰＰＩＦ’　、ＢＰ
Ｆ２Ｆ’を経由して加算器ＭＵＬに人力だれ、ここで合
成されて一連の時間圧縮音声多重信号ＣＨＨになるので
あるが、このときこれらの各処理に対して、図示するよ
うに、マイクロコンピュータを内蔵する音声圧縮コント
ローラＣＣＣの発する指令信号ＣＩＦ、Ｃ２Ｆ、Ｃ５Ｆ
、Ｃ６Ｆ、アドレス信号Ｃ３Ｆ、Ｃ４Ｆ、および同期信
号ｃ７が用いられ、処理は有機的に制御されて第１図の
音声多重化処理が実現され、時間圧縮多重信号ＣＨＨと
して第１図の■の信号が得られるようになっている。

すなわち、音信号ＣＨＩとＣＨ２は、それぞれ音声圧縮
コントローラＣＣＣの定める周ＭＴで、互いにＴ／２の
位相差をもって時分割（第１図の■と■）されたのち、
ランダムアクセスメモリＲＡＭＩＦ、ＲＡＭ２Ｆに書き
込まれ、書込みがＴ／２時間行われた時点から２倍の早
さでディジタル・アナログ変換器ＤＡＣＩＦ、ＤＡＣ２
Ｆに読み出されて、１／２に時間圧縮（第１図の■と■
）された音声信号となって、バンドパスフィルタＢＰＰ
ＩＦ’、ＢＰＦ２Ｆ’を経由して加算器ＭＵＬに入力さ
れ、一連の時間圧縮音声多重信号ＣＨＨ（第１図の■）
に合成されて出力される。

時間圧縮音声多重信号ＣＨＨは、同期信号Ｃ７とともに
送信機の高周波数部ＴＨＦに人力されて変調に用いられ
、アンテナＡＮＴＦから電波ｆＦに乗って発射される。

同期信号Ｃ７の送り方は、トーン信号の断続、１”　３
　Ｋ　（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎ
ｇ）　、送信電波のキャリアの断続などなどの一般的な
方法が使用でき、取り立てて説明することはしない。

この電波ｆＦを受けた移動局Ｍで行われる受信機ＲＸＭ
の動作、すなわち同期信号Ｃ７と時間圧縮音声多重信号
ＣＨＨの復調、多重信号ＣＨＨから元の音信号ＣＨＩ、
ＣＨ２の取り出しく第２図で説明のもの）は、これもほ
とんど従来から通常に行われるとおりであるが、それを
次に説明する。

第７図で、アンテナＡＮＴＭで受けた信号は、高周波数
部ＲＨＦを通って復調されて時間圧縮音声多重重合ＣＨ
Ｈ（第２図の■）となるが、それはアナログ／ディジタ
ル変換器ＡＤＣＭを通ってディジタル信号に変換される
と同時に、出口で２つのチャンネルＣＨＨ１とＣＨＨ２
（第２図の■と■）に時分割されてランダムアクセスメ
モリＲＡＭＩＭとＲＡＭ２Ｍに書き込まれたのち、書込
み時の１／２の速度でディジタル・アナログ変換器ＤＡ
ＣＩＭとＤＡＣ２Ｍに読み出され、それぞれ経由したの
ち、さらに０．３〜ｌ、５ｋＨｚのバンドパスフィルタ
ＢＰＦＩＭとＢＰＦ２Ｍを経由して音信号ＣＨＩとＣＨ
２に戻される。

マイクロコンピュータを内蔵する音声伸張コントローラ
ＥＣＣの発する指令信号ＣＭ、Ｃ５Ｍ。

Ｃ６Ｍ、アドレス信号Ｃ３Ｍ、Ｃ４Ｍ、および高周波数
部ＲＨＦから同期信号検出回路ＤＥＴで取り出された同
期信号Ｃ７が用いられて、処理が有機的に行われること
は、第６図の場合と同様である。

音信号ＣＨＩとＣＨ２は、高音域（１，５〜３ｋＨｚ）
がカントされているが、このままでも音声として明瞭で
、充分に実用の会話に耐えることが判明したことは前述
のとおりである。

以上は、本願の第１の発明の詳細な説明である。

高音域（１，５〜３ｋＨｚ）がカットされているこれら
の音信号ＣＨｉＣＨ２に対して、さらにほとんど従来と
変わらない明瞭度を与えたいときは、次に述べる本願の
第３発明の高音域補償処理をこれに施す。

第７図の右端に付記した明瞭度改善回路ＨＣＩ、ＨＣ２
がその処理回路であり、−例として第５図にその最も簡
単な実施例を述べる。

音信号ＣＨＩ（またはＣＨ２）は、まず振幅制限器ＬＩ
Ｍに人力されて歪音Ｃ）（１’　　（またはＣＨ２’　
）が作られ、その歪音は１，５〜３ｋＨｚのバンドパス
フィルタＢＰＦを通ってその基本波成分が除かれ、さら
に遮断周波数が１．５ｋＨ２以下の低域通過フィルタ（
デエンファシスフィルタ）ＬＰＦをとおて高音域に漸減
減衰特性が与えられる。そして、最後に減衰器ＡＴＴに
よって適度な信号レベルに調整されて高音補償信号ＣＨ
ＩＨ（またはＣＩ（２Ｈ）となり、加算器ＰＬＳによっ
て元の音信号ＣＨＩ（またはＣＨ２）と混合され、明瞭
度の改善された音声ＣＨ１″（またはＣＨ２“）が得ら
れる。この簡単な回路でも、その明瞭度を一般の無線機
の受信音声に比肩する程度にもきることが実験で判明し
ている。

なお、上記は、２チヤンネル多重の場合であったが、音
声帯域幅が４．５ｋＨｚの場合には、３チャンネル多重
、６ｋＨｚの場合であれば４チヤンネル多重という具合
に、帯域幅が１．５ｋＨｚ増すごとに１チヤンネルの増
設が可能となり、周波数の有効利用度を高め得ることは
明らかである。

さらに、音声の圧縮多重化は、各チャンネルを等分に時
分割して行うものに限定されない。

一般に、任意の実数ｐ、ｑ、ｒ、ｓ・・・ｐ＞ｑ＋ｒ＋
ｓ・・・、に対して、第１チヤンネルの音声はｑ／ｐに
圧縮、第２チヤンネルの音声はｒ／ｐに圧縮、第３チヤ
ンネルの音声はｓ／ｐに圧縮、・・・最後のチャンネル
の音声は（ｐｑ−ｒ−ｓ・・・）／ｐに圧縮し、それら
を合成多重化するものであってもよい。当然のことなが
ら、この場合、受信側での伸張処理はそれぞれの逆数で
行われることになる。いかなる圧縮方法を採用するかは
、各チャンネルの要求する明瞭度、その他を勘案して定
められる。

もしまた、音声として０．３〜１　ｋＨｚの周波数を使
用するものであれば、許される音声帯域幅が３ｋＨｚの
場合であっても、３チヤンネルの音声多重が可能となり
、周波数の有効性はさらに高まる。

上記の説明では、基地局と移動局の間の無線通信の場合
で行ったが、固定局間の通信でも、また有線通信の場合
でも本発明が利用可能なことは明らかである。

〔発明の効果］ 本発明は、変調時にその電波の占有周波数帯域幅の増大
にを来すことなく、しかも音声の明瞭度を損なうことの
ない狭帯域多重通信方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の狭帯域多重通信方法の音声多
重化処理のタイムチャート、 第２図はその音声多重化信号の復調処理のタイムチャー
ト、 第３図は時間圧縮多重通信システムの図、第４図Ａは音
声のエネルギー分布図、第４図Ｂは伝送周波数帯域と明
瞭度の関係図、 第５図は本発明の実施例の明瞭度改善回路のブロック図
、 第６図は時間圧縮多重無線通信機の送信機のブロック図
、 第７図は時間圧縮多重無線通信機の受信機のブロック図
である。 Ｆ；基地局 Ｍ；移動局 ＴＸ；送信機 ＲＸ；受信機 ＭＩＣ；マイクロフォン ＡＮＴ　；アンテナ ＣＨ；音声信号 ＢＰＦ　、バンドパスフィルタ ＡＤＣ；アナログ・ディジタル変換器 ＲＡＭ；ランダムアクセスメモリ ＤＡＣ、ディジタル・アナログ変換器 ＭＵＬ、ＰＬＳ　；加算器 ＣＨＨ、時間圧縮音声多重信号 ＣＣＣ、音声圧縮コントローラ ＥＣＣ、音声伸張コントローラ Ｃ，ＣｌＸＣ２、Ｃ５、Ｃ６；指令信号Ｃ３、Ｃ４；ア
ドレス信号 Ｃ７；同期信号 Ｔ；周期 ＴＨＦ、送信機の高周波数部 ＲＨＦ　、受信機の高周波数部 ＤＥＴ、同期信号検出回路 ＬＩＭ、振幅制限回路 ＡＴＴ　、減衰器 ｆ；電波

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信側では、複数チャンネルの音声信号をそれぞ
   れ時分割し圧縮したのち、それらを連結合成して得られ
   る一連の合成多重音声信号で搬送周波数を変調して送信
   し、受信側では、該合成多重音声信号を復調後、該連結
   を解いてそれぞれの圧縮信号を得たのち、それぞれを圧
   縮比の逆数倍で伸張して元のチャンネルの音声に戻すご
   とくする狭帯域多重通信方法において、前記圧縮操作の
   前に、該音声信号の高音部をカットしておくことにより
   、前記合成多重音声信号の帯域幅の拡大を抑制したこと
   を特徴とする狭帯域多重通信方法。
2. （２）請求項１記載の狭帯域多重通信方法を用い、かつ
   受信側で伸張処理して得られた信号のそのままを、受信
   音声信号として通信に用いることを特徴とする狭帯域多
   重通信方法。
3. （３）請求項１記載の狭帯域多重通信方法を用い、かつ
   受信側で伸張処理して得られた前記信号に対して、その
   信号の高調波を加工した信号を加えたのち、これを受信
   音声信号として通信に用いることを特徴とする狭帯域多
   重通信方法。