JP2005244751A - 音声通信システム及び移動局 - Google Patents

Abstract

【課題】 順方向チャンネルと逆方向チャンネルの通信速度が極端に異なる移動体パケット通信の音声通話における、パケット遅延、通話の途切れの改善を図る。
【解決手段】 複数の携帯電話端末（ＭＳ１、ＭＳ２）を含む移動通信ネットワークと、該移動通信ネットワークに接続されてなるＩＰネットワーク５０と、該ＩＰネットワークに接続されているＩＰ電話機４０とを含んで構成される音声通信システムにおいて、携帯電話端末のいずれかとＩＰ電話機４０との間でＶｏＩＰ通信を行う際に逆方向通信路のデータ通信速度が可変である場合において逆方向通信路のデータ通信速度が低速である期間は、送信側である携帯電話端末（ＭＳ１、ＭＳ２）は音声符号化データのパケットを間引いて送信し、受信側であるＩＰ電話機４０では、間引かれたパケットを前後いずれかのパケット情報で補間して複製する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な音声通信システムおよび移動局に関する。

移動局として代表される携帯無線通信のような広域無線通信において、特にＨＲＰＤ方式、ＨＳＤＰＡ方式のような高速パケット通信方式の場合には基地局から移動局への順方向通信路のデータ速度が高速であり、一方、移動局から基地局への逆方向通信路のデータ通信速度が低速である。この場合においてボイスオーバーアイピー（ＶｏＩＰ）通信を行うことを想定する。順方向通信路と逆方向通信路の速度差が最大１０倍以上になってしまう為に、逆方向通信路の音声符号化パケットの伝達遅延、パケットロスが発生し、片通話状態になってしまっていた。

従来技術の例としてはHRPD方式の通信規格3GPP2-C.S0024がある。この規格において逆方向通信の通信速度を決める方法は、以下の通りであった（C.S0024 Section 8.5.6.1.5.2参照）。
（１）逆方向（端末から基地局への送信）通信は、基地局(網)から示されるアクティビティビットの状態によって上下させる。
（２）確率的に端末は送信レートを決定する。
１）もしアクティビティビットが１の場合（網がビジー状態）であったならば、確率ｑで送信レートを低下させる。
２）もしアクティビティビットが0の場合（網が非ビジー状態）であったならば、確率pで送信レートを増加させる。
３）ｑとｐは現在の送信レートごとに規定される。（対応表を持つ）

現在の送信レートとアクティビティビットによってのみ送信レートが決定される為、送信の遅延量が通信レートに反映されないこと、通信アプリケーションに通信レートが反映されないことなどの欠点があった。そのため、ＶｏＩＰアプリケーションにおいて既述した不具合が発生していた。

従来の音声通信システムの一例（非特許文献１参照。）について説明する。
この音声通信システムにおいては、音声通信を行う通信路とはべつに高速のパケット通信を行うＨＤＲ通信路を用意する。音声通信チャンネルとデータチャンネルを切り替えて音声通話が途切れないようにするとともに、トラフィックの集中を回避させることを目的としていた。
ここでＨＤＲとはＨＲＰＤ方式パケットデータ通信方式の商品名でありＩＴＵに登録された正式名称ＨＲＰＤ方式と読み替えるものとする。
HRPD方式の通信規格：3GPP2-C.S0024 （http://www.3gpp2.org/Public_html/specs/index.cfm）

非特許文献１に記載のシステムにおいては音声チャンネルのトラフィックが増加した場合においてＨＲＰＤ方式などのパケットデータチャンネルを使用して音声トラフィックをパイパスさせることを目的としていた。ただし、音声をデータ化しそのままパケットデータとして送る場合は、パケット遅延による音声の遅延、途切れが発生してしまうことは、我々が２００２年に実施したフィールドテストで確認した事実である。

すなわち、ＶｏＩＰ通信では、通常、ＩＴＵ−Ｔで定められた音声符号化規格Ｇ．７２９（帯域８ｋbｐs）を使用して音声符号化を行うことが多い。この場合において、ＶｏＩＰ通信における情報ストリームにＩＰヘッダを付加し、物理レイヤでの再送マージンを考慮すると、そのデータ速度は約２０ｋbｐs程度になる。そのため、１xＥＶ‐ＤＯの上り通信チャンネルの通信速度のうち最低速度ステップである９．６ｋbｐs以上になってしまう。この結果、９．６ｋbｐsで通信中にはパケットがバッファに貯まり、音声伝送の遅延が発生してしまう。この状態を図４に示す。図４は、上り通信速度と時間との関係を示している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、この不具合点を改善するために我々は、ＨＲＰＤ方式のような順方向チャンネルと逆方向チャンネルの通信速度が極端に異なる移動体パケット通信の音声通話における、パケット遅延、通話の途切れの改善を図った音声通信システム及び移動局を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な音声通信システムにおいて、送信側端末は、音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段と、を備え、受信側端末は、パケット化された符号化音声データを受信する受信手段と、該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段とを備え、前記パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化し、前記復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段とを備え、該パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化することを特徴とするを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の移動局において、前記パケット化手段は、復号側の移動局において欠落しても復元可能なフレームを間引くことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２記載の移動局において、前記パケット化手段は、１フレームおきにフレームを１つ間引くことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２記載の移動局において、前記符号化手段は、音声信号をＣＥＬＰ（Code Excited Liner Prediction Coding）方式によって符号化することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項２記載の移動局において、前記移動局は、上り方向の通信速度が可変することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、パケット化された数フレーム分の符号化音声データを受信する受信手段と、該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段と、を備え、該復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号することを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７記載の移動局において、前記復号手段は、１フレームおきに直前のフレームの符号化音声データから補完して音声を復号することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項７記載の移動局において、前記復号手段は、符号化音声データをＣＥＬＰ（Code Excited Liner Prediction Coding）方式によって復号することを特徴とする。

以上説明したように、本発明の音声通信システム及び移動局によれば、移動体パケット通信の音声通話における、パケット遅延、通話の途切れの改善を図った音声通信システムを実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る音声通信システムの構成を図１に示す。本実施形態では、移動局として携帯電話端末を例にとり、説明する。同図において、本発明の実施形態に係る音声通信システムは、複数の携帯電話端末ＭＳ１、ＭＳ２と、複数の基地局ＢＳ１、ＢＳ２と、基地局装置ＢＴＳ１、ＢＴＳ２と、通信回線を介して接続される制御局１０と、制御局１０に接続されるＶｏＩＰゲートウェイ２０と、ルータ３０と、ルータ３０に接続されているＩＰネットワーク５０と、ＩＰネットワーク５０に接続されているＩＰ電話機４０とを有している。
なお、携帯電話端末、基地局、基地局装置及び制御局は、実際は複数、存在するが、本実施形態では、説明の便宜上、携帯電話端末は、ＭＳ１、ＭＳ２のみ、基地局はＢＳ１、ＢＳ２のみ、基地局装置はＢＴＳ１、ＢＴＳ２、制御局は１０のみを示している。

複数の携帯電話端末ＭＳ１、ＭＳ２と、複数の基地局ＢＳ１、ＢＳ２と、基地局装置ＢＴＳ１、ＢＴＳ２と、通信回線を介して接続される制御局１０は移動通信ネットワークを構成している。
携帯電話端末ＭＳ１、ＭＳ２は電話機能及びデータ伝送機能を有している。更に、携帯電話端末は、ＶｏＩＰ通信を行うために、音声信号を音声符号化し、パケット化し、基地局ＢＳ１、ＢＳ２に送信する機能を有している。

基地局ＢＳ１，ＢＳ２は送受信機能を有し、基地局装置ＢＴＳ１、ＢＴＳ２は、携帯電話端末からの接続要求に応じてエリア内の携帯電話端末間の無線接続制御を行う機能を有している。また、基地局装置ＢＴＳ１、ＢＴＳ２は、各携帯電話端末から送信されたパケットを携帯電話端末毎に再構築する機能を有している。

制御局１０は、複数の基地局を統轄的に制御する機能を有している。
ＶｏＩＰゲートウェイ２０は、ＶｏＩＰ通信において、制御局１０を介して受信したパケットをＩＰパケット化する機能を有している。
ＩＰ電話機４０は、入力された音声データを符号化、パケット化して送出する機能と、受信したＩＰパケットから音声復号化し、アナログ信号の音声信号に変換する機能を有している。

次に、携帯電話端末の構成を図２に示す。携帯電話端末ＭＳ１、ＭＳ２は同一構成であるので、携帯電話端末ＭＳ１について説明する。同図において、携帯電話端末ＭＳ１は、符号化回路１と、パケット化回路２と、変調回路３と、送受信部４と、復号回路５と、Ｄ／Ａ変換回路６とを有している。
符号化回路１は、音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する。この場合に、例えば、音声信号をＣＥＬＰ（Code Excited Liner Prediction Coding）方式によって符号化する。符号化回路１は、本発明の符号化手段に相当する。

パケット化回路２は、符号化回路１において符号化された数フレーム分の音声データをパケット化する。このとき、符号化されたフレームを間引いてパケット化する。この場合に、例えば、１フレームおきにフレームを１つ間引く。また、復号側の携帯電話端末、或いは、ＩＰ電話機４０において欠落しても復元可能なフレームを間引くものとする。パケット化回路２は、本発明のパケット化手段に相当する。
なお、ＩＰ電話機４０も基本的には、携帯電話端末における、符号化回路１、パケット化回路２、復号回路５、Ｄ／Ａ変換回路６の各回路に相当する機能部を含んで構成されている。

変調回路３は、パケットデータを所定の変調方式で変調する。
送受信部４は、パケット化された音声データを送信し、パケット化された数フレーム分の符号化音声データを受信する。送受信部４は、本発明の受信手段に相当する。
復号回路５は、送受信部４により受信した符号化音声データを復号する。このとき、受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号する。具体的には、例えば、１フレームおきに、直前のフレームの符号化音声データから補完して音声を復号する。復号回路５は、本発明の復号手段に相当する。

上記構成からなる本実施形態に係る音声通信システムにおいて、携帯電話端末ＭＳ１とＩＰネットワーク５０に接続されているＩＰ電話機４０との間でＶｏＩＰ通信を行う場合の処理について図３を参照して説明する。本実施形態に係る音声通信システムでは、逆方向通信路の通信速度制御が不適切であるために、逆方向通信路における通信速度が低い場合において、音質を犠牲にして遅延を少なくするデータの間引きとデータの補間処理を行う。

上記構成において、携帯電話端末ＭＳ１は、ＶｏＩＰ通信を開始する。すなわち、電話音声信号（アナログ信号）の送信を開始する（ステップ１００）。この電話音声信号をＡ／Ｄ変換し、このディジタル信号は、音声符号化規格Ｇ．７１１（帯域６４ｋbｐs）により、２０ｍｓごとにＰＣＭデータに変換し、かつフレーム化する。（ステップ１０１）。

変換されたＰＣＭデータは、通常ＶｏＩＰ通信で使用される音声符号化規格Ｇ．７２９（帯域８ｋbｐs）により音声符号化し、かつ２０ｍｓごとの符号化データを１スロット毎にデータの間引きを行う（ステップ１０２）。
次いで、２スロット分のデータにＩＰヘッダを付加してＩＰパケット化する（ステップ１０３）。さらに、ＩＰパケットを無線伝送するためのヘッダを付加してパケット化して、基地局ＢＳ１に送信する（ステップ１０４）。

基地局ＢＳ１は、各携帯電話端末よりパケットを受信し、基地局装置ＢＴＳ１は、受信したパケットを移動局毎に再構築する（ステップ１０５）。
さらに、ＶｏＩＰゲートウェイ２０は、制御局１０を介して基地局ＢＴＳ１より携帯電話端末ＢＳ１から受信したパケットをＩＰパケット化する（ステップ１０６）。

次いで、ＩＰ電話機４０は、ＶｏＩＰゲートウェイ２０からルータ３０、ＩＰネットワーク５０を介して受信したＩＰパケットを、通常ＶｏＩＰ通信で使用される音声符号化規格Ｇ．７２９（帯域８ｋbｐs）によりデータ化を行い、間引かれたスロットのデータは、１フレームおきに直前のフレームのデータを使用することにより補間する（ステップ１０７）。

さらに、ＩＰ電話機４０は、音声復号化を行う（ステップ１０８）。すなわち各スロットのデータを音声符号化規格Ｇ．７１１によりＰＣＭデータ化する。次いで、ＩＰ電話機４０は、ＰＣＭデータ化をＤ／Ａ変換し、電話音声信号を得る（ステップ１０９）。これにより携帯電話端末ＭＳ１とＩＰ電話機４０との間で通話が開始される。
なお、上記処理において、データを間引き、補間する区間は通信開始後、ｘ秒間と設定しておくことも可能である。

本実施形態では、データレートが最低レートの間は、データの間引き、補間を行うが、データレートがある一定以上になった後、一定時間後にデータの間引き、補間を中止する。
因みに、データを間引かない無線伝送によるパケット伝送路を含む音声通信システムにおけるＶｏＩＰ通信のデータの流れを図５に示す。図５の内容は、図３の処理に含まれるので、説明を省略する。

本実施形態に係る音声通信システムによれば、送信側端末は、音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段と、を備え、受信側端末は、パケット化された符号化音声データを受信する受信手段と、該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段と、を備え、前記パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化し、前記復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号するようにしたので、順方向チャンネルと逆方向チャンネルの通信速度が極端に異なる移動体パケット通信の音声通話における、パケット遅延、通話の途切れの改善を図った音声通信システムを実現できる。

本発明の移動局では、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段とを備え、該パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化する。
また、本発明の移動局では、ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、パケット化された数フレーム分の符号化音声データを受信する受信手段と、該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段と、を備え、該復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号する。
したがって、順方向チャンネルと逆方向チャンネルの通信速度が極端に異なる移動体パケット通信の音声通話における、パケット遅延、通話の途切れの改善が図れる。

本発明の実施形態に係る音声通信システムの構成を示す図。 図１に示した音声通信システムにおける携帯電話端末の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る音声通信システムにおいて、携帯電話端末とＩＰ電話機４０との間でＶｏＩＰ通信を行う場合の処理内容を示す説明図。 ＶｏＩＰ通信における上り通信速度と時間との関係を示す説明図。 無線伝送によるパケット伝送路を含む音声通信システムにおけるＶｏＩＰ通信のデータの流れを示す説明図。

符号の説明

ＭＳ１、ＭＳ２…携帯電話端末
ＢＳ１、ＢＳ２…基地局
ＢＴＳ１、ＢＴＳ２…基地局装置
１０…制御局
２０…ＶｏＩＰゲートウェイ
３０…ルータ
４０…ＩＰ電話機
５０…ＩＰネットワーク

Claims (9)

1. ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な音声通信システムにおいて、
   送信側端末は、
   音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、
   該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段と、を備え、
   受信側端末は、
   パケット化された符号化音声データを受信する受信手段と、
   該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段と、を備え、
   前記パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化し、前記復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号することを特徴とする音声通信システム。
2. ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、
   音声信号を所定区間のフレーム単位で符号化する符号化手段と、
   該符号化手段において符号化されたフレーム単位の音声データをパケット化するパケット化手段と、を備え、
   該パケット化手段は、前記所定のフレームを間引いてパケット化することを特徴とする移動局。
3. 前記パケット化手段は、復号側の移動局において欠落しても復元可能なフレームを間引くことを特徴とする請求項２記載の移動局。
4. 前記パケット化手段は、１フレームおきにフレームを１つ間引くことを特徴とする請求項２記載の移動局。
5. 前記符号化手段は、音声信号をＣＥＬＰ（Code Excited Liner Prediction Coding）方式によって符号化することを特徴とする請求項２記載の移動局。
6. 前記移動局は、上り方向の通信速度が可変することを特徴とする請求項２記載の移動局。
7. ＩＰネットワーク経由で音声情報を送受信することが可能な移動局において、
   パケット化された数フレーム分の符号化音声データを受信する受信手段と、
   該受信手段により受信した符号化音声データを復号する復号手段と、を備え、
   該復号手段は、前記受信した符号化音声データを所定フレーム単位で補完して音声を復号することを特徴とする移動局。
8. 前記復号手段は、１フレームおきに直前のフレームの符号化音声データから補完して音声を復号することを特徴とする請求項７記載の移動局。
9. 前記復号手段は、符号化音声データをＣＥＬＰ（Code Excited Liner Prediction Coding）方式によって復号することを特徴とする請求項７記載の移動局。
   
   

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