(57)【要約】【課題】  アップリンクフレームの割り当てを補正し、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることができ、パケット・ロスの発生を防止し、音声品質を向上させる無線基地局装置を提供する。【解決手段】  端末局との間で無線通信によるデータの送受信処理を行う無線処理部１１と、ネットワークとの間で音声データと音声制御信号の通信を行うネットワーク処理部１４と、無線処理部１１とネットワーク処理部１４との間でデータの相互変換を行うと共に、音声データのアップリンクフレームの割り当て処理を行う変換部１３と、音声データ内の時間情報と音声制御信号内の時間情報とを比較して音声データの時間変化を検出し、当該時間変化に応じて変換部における音声データのアップリンクフレームの割り当てタイミングを補正するアップリンク割り当て補正処理部１６とを有する無線基地局装置である。【選択図】        図１
2010252019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局装置であって、
端末局との間で無線通信によるデータの送受信処理を行う無線処理部と、
ネットワークとの間で音声データと音声制御信号の通信を行うネットワーク処理部と、
前記無線処理部と前記ネットワーク処理部との間でデータの相互変換を行うと共に、音声データのアップリンクフレームの割り当て処理を行う変換部と、
前記無線基地局装置内の時間情報を基に、前記音声データ内の時間情報と前記音声制御信号内の時間情報とを比較して音声データの時間変化を検出し、当該時間変化に応じて前記変換部における音声データのアップリンクフレームの割り当てタイミングを補正するアップリンク割り当て補正処理部とを有することを特徴とする無線基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）方式の無線システムに係り、特に、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）の無線基地局における、上り（端末局→基地局）方向の音声信号のタイミング補正を行う無線基地局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
インターネットなどで使用されるＩＰ（Internet Protocol）データを無線により通信する技術の一つに、ＷｉＭＡＸがある。
ＷｉＭＡＸでは、移動体通信には、変調方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access：直交周波数分割多元接続）を、全二重通信実装方式としてはＴＤＤを採用している。
【０００３】
ＯＦＤＭＡは、複数ユーザをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）によってアクセスできるようにする無線通信方式の一つである。
ＴＤＤは、時間軸圧縮を行い送信・受信を時間毎に切り替えることにより、全二重通信を同一の周波数帯域で可能にする技術である。
【０００４】
ＴＤＤでは、フレームと呼ばれる一定周期の信号を２つに分けて送信・受信を切り替える方法が一般的である。
１フレームの周期及び送受信切り替えの比率（ＴＤＤ比）は、例えば、ＷｉＭＡＸを日本国内で採用する場合は、それぞれ、５ｍｓ、２９シンボル対１８シンボル（送信対受信）となっている。
【０００５】
［ＷｉＭＡＸ無線システムの構成：図１５］
次に、ＷｉＭＡＸ無線システムの構成について図１５を参照しながら説明する。図１５は、ＷｉＭＡＸ無線システムの構成図である。
ＷｉＭＡＸにおける無線システムは、図１５に示すように、複数の端末局２−１，２−２と、それら端末局と無線接続する基地局１と、基地局１とネットワークを介して接続するサーバ３とを基本的に備えている。
尚、図１５では、説明を簡単にするため、１台の基地局、２台の端末局を示しているが、複数台の基地局がネットワークに接続し、更に多数の端末局がそれら基地局に無線接続する構成であってもよい。
【０００６】
そして、端末局２−１，２−２は、基地局１を介してネットワーク上のサーバ３との間でネットワークへの接続や切断を行う。
サーバ３は、端末局２−１，２−２の通信制御を行う。
これにより、ネットワークに接続した端末局２−１，２−２は、基地局１及びネットワークを介して相互に通信することができる。
【０００７】
上記ＷｉＭＡＸに基づく無線通信システムにおいて、端末間での音声通話を行う場合、一般的にＶｏＩＰ（Voice Over Internet Protocol）による音声通信が使用される。
ＶｏＩＰは、ＩＰネットワーク上で音声通話を行う技術の一つである。
【０００８】
ＶｏＩＰでは、音声データのリアルタイム性を確保する目的で、ＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）及びＲＴＣＰ（RTP Control Protocol）を用いて音声データ及び制御情報の送受信を行っている。
ＲＴＰは音声データなどのリアルタイム・データを転送するために使用され、ＲＴＣＰはＲＴＰのセッション（回線の接続、切断など）やフローを制御するために使用される。
【０００９】
ＲＴＰの送信周期は、使用する音声符号化方式に依存し、ＲＴＣＰの送信周期は、セッション全体の５％を越えない範囲での任意の周期となる。
音声データは、任意の符号化方式により符号化された後、符号化された音声フレームをＲＴＰ内のリアルタイム・データ部に格納し、一定の周期毎に送信される。
周期は、音声データの符号化方式に依存するが、例えば、符号化方式がＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunications Union - Telecommunications Standardization Sector：国際電気通信連合 電機通信標準化部門） G.711の場合、送信周期は２０ｍｓとなる。
【００１０】
［ＲＴＰのヘッダフォーマット：図１８］
次に、ＲＴＰのヘッダのフォーマットについて図１８を参照しながら説明する。図１８は、ＲＴＰのヘッダのフォーマットを示す図である。
図１８に示すように、ＲＴＰのヘッダは、１列目に、Version、Padding、…、シーケンス番号（sequence number）が含まれ、２列目のフィールドにタイムスタンプ（timestamp）が、３列目のフィールドに同期ソース識別子（synchronization source identifier）が、４列目のフィールドに寄与ソース識別子（contributing sources identifiers）が含まれている。
【００１１】
［ＲＴＣＰのフォーマット：図１９］
次に、ＲＴＣＰの送信者レポート（Sender Report）のパケット（Packet）フォーマットについて図１９を参照しながら説明する。図１９は、ＲＴＣＰのSender Reportの場合のパケットフォーマットを示す図である。
ＲＴＣＰのSender Reportのパケットフォーマットは、図１９に示すように、ヘッダ（header）と送信者情報（sender info）から構成され、ＲＴＰタイムスタンプはヘッダから数えて５列目のRTP timestampフィールドに格納されている。
【００１２】
［関連技術文献］
尚、関連する技術文献として、特開２００４−３３６１４５号公報「ネットワーク電話システムとその主装置及びネットワーク電話端末」（出願人：株式会社東芝）がある（特許文献１）。
特許文献１には、各ＩＰ電話端末において、生成したクロック信号と主装置から送られたタイムスタンプ情報とを比較し、クロック誤差が、各端末のバッファにおけるオーバーラン又はアンダーランを起こす範囲であるか否か判断し、当該範囲になるとクロック誤差が所定値以下となるようクロック生成周波数を制御することが記載されている。
【００１３】
しかしながら、特許文献１では、基地局側で無線フレームのマッピングを行う無線通信システムに適用されるものではなく、端末側のタイムスタンプ情報を基にフレーム割り当てを制御するものとはなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−３３６１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来のＴＤＤ方式では、ＶｏＩＰによる音声データの通信を行う場合、ＴＤＤの無線フレームの周期と、端末局における音声データの符号化方式のフレーム周期が、それぞれの周波数発振器の精度などにより、必ずしも同期していない。
【００１６】
このような非同期の状態で音声データの送受信を行うと、音声フレームが最適な無線フレームに入らずに、端末局の音声復号部においてジッタが発生したり、バッファの破綻により音声フレームが部分的に欠落してしまう。
【００１７】
つまり、音声フレームのジッタや欠落が発生すると、音声復号部において音声データが正しく復号できなくなるため、結果として音声の品質が劣化することになるという問題点があった。
【００１８】
以下、上記問題点について詳細に説明する。
ＷｉＭＡＸ（802.16eのＯＦＤＭＡ方式）におけるアップリンク（ＵＬ）の送信タイミングの割り当ては、ダウンリンク（ＤＬ）フレームに含まれるＵＬ−ＭＡＰ（アップリンクマップ情報）により、ＵＬ−ＭＡＰが含まれるフレームの次のフレームのＵＬフレームに割り当てられる。
【００１９】
また、割り当てられたＵＬフレームに入るデータ（音声フレーム）は、ＵＬ−ＭＡＰが含まれるフレームの前（ＵＬデータ受け付けウィンドウで示す区間）となる。
【００２０】
［割り当て周期より早い：図１６］
音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のタイミングについて図１６を参照しながら説明する。図１６は、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のタイミングを示す図である。
図１６に示すように、音声フレームが無線フレームに対し前方に徐々にドリフトし、ＵＬデータ受け付けウィンドウ区間aから外れた場合、音声フレームが無線フレームに送信できない。
【００２１】
そのため、移動局にけるバッファの蓄積量が増大する。
この状態が長時間続くと、移動局のバッファがオーバーフローし、パケット・ロスが発生してしまう。
【００２２】
［割り当て周期より遅い：図１７］
音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のタイミングについて図１７を参照しながら説明する。図１７は、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のタイミングを示す図である。
図１７に示すように、音声フレームが無線フレームに対し後方に徐々にドリフトし、ＵＬデータ受け付けウィンドウ区間aから外れた場合、音声フレームが最適な無線フレームで送信できないため、次のＵＬ割り当てまで待たされる。
【００２３】
そうなると、音声フレームの間隔が開いてしまい、ジッタが発生する。
この状態が長時間続くと、移動局のバッファがアンダーフローし、パケット・ロスが発生してしまう。
【００２４】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、アップリンクフレームの割り当てを補正し、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることができ、パケット・ロスの発生を防止し、音声品質を向上させることができる無線基地局装置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】
【００２５】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線基地局装置であって、端末局との間で無線通信によるデータの送受信処理を行う無線処理部と、ネットワークとの間で音声データと音声制御信号の通信を行うネットワーク処理部と、無線処理部とネットワーク処理部との間でデータの相互変換を行うと共に、音声データのアップリンクフレームの割り当て処理を行う変換部と、無線基地局装置内の時間情報を基に、音声データ内の時間情報と音声制御信号内の時間情報とを比較して音声データの時間変化を検出し、当該時間変化に応じて変換部における音声データのアップリンクフレームの割り当てタイミングを補正するアップリンク割り当て補正処理部とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、ＴＤＤ方式の無線システムにおいて端末局に対して無線フレームの割り当てを行い、一定周期毎に割り当てられた無線フレームを用いて送信される音声データ及び前記音声データとは非同期に送信される音声制御信号を前記端末局から受信する無線基地局装置であって、前記無線基地局装置内の時間情報を基に、前記端末局において前記音声データに付加された当該音声データ生成時の時間情報と、前記端末局において前記音声制御信号に付加された当該音声制御信号生成時の時間情報とを比較し、音声データ生成タイミングに対する上り無線フレームの割り当てタイミングの遷移を検出し、前記音声データ生成タイミングと、当該音声データに割り当てられる無線フレームの割り当てタイミングとの時間差が小さくなる方向に前記無線フレームの割り当てを補正することを特徴とする無線基地局装置である。
【００２７】
また、前記無線基地局装置は、前記音声データ通信に用いるプロトコルとしてＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）及びＲＴＣＰ（RTP Control Protocol）を用い、前記端末局において前記音声データに付加された当該音声データ生成時の時間情報としてＲＴＰスタンプを参照し、前記端末局において前記音声制御信号に付加された当該音声制御信号生成時の時間情報としてＲＴＣＰ Sender ReportのＲＴＰタイムスタンプを参照することを特徴とするものであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、無線処理部が、端末局との間で無線通信によるデータの送受信処理を行い、ネットワーク処理部が、ネットワークとの間で音声データと音声制御信号の通信を行い、変換部が、無線処理部とネットワーク処理部との間でデータの相互変換を行うと共に、音声データのアップリンクフレームの割り当て処理を行い、アップリンク割り当て補正処理部が、無線基地局装置内の時間情報を基に、音声データ内の時間情報と音声制御信号内の時間情報とを比較して音声データの時間変化を検出し、当該時間変化に応じて変換部における音声データのアップリンクフレームの割り当てタイミングを補正する無線基地局装置としているので、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることができ、パケット・ロスの発生を防止し、音声品質を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線基地局装置の構成ブロック図である。
【図２】端末局の構成図である。
【図３】ネットワーク処理部の構成図である。
【図４】音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のタイミングを示す図である。
【図５】音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のタイミングを示す図である。
【図６】遅延時間が一定のネットワークでのＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。
【図７】従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。
【図８】従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。
【図９】ＵＬ割り当て処理のフローチャートである。
【図１０】ＲＴＰ処理のフローチャートである。
【図１１】ＲＴＣＰ処理のフローチャートである。
【図１２】ＲＴＣＰ受信時点でのＲＴＰのタイムスタンプ値算出方法の原理を示す図である。
【図１３】実施の形態に係る音声フレームが無線フレームの割り当てより早い場合で、補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングを示す図である。
【図１４】実施の形態に係る音声フレームが無線フレームの割り当てより遅い場合で、補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングを示す図である。
【図１５】ＷｉＭＡＸ無線システムの構成図である。
【図１６】音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のタイミングを示す図である。
【図１７】音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のタイミングを示す図である。
【図１８】ＲＴＰのヘッダのフォーマットを示す図である。
【図１９】ＲＴＣＰのSender Reportの場合のパケットフォーマットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線基地局装置は、音声データ内のタイムスタンプと、音声制御信号内のタイムスタンプとを比較することにより、音声データの時間変化を検出して、アップリンクフレームの割り当てを補正する処理を有するものであり、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることが可能となり、パケット・ロスの発生を防止でき、音声品質を向上させるものである。
【００３１】
［無線基地局装置：図１］
本発明の実施の形態に係る無線基地局装置（本装置）について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線基地局装置の構成ブロック図である。
本装置は、ＷｉＭＡＸシステムにおいて用いられる無線基地局装置であり、図１に示すように、無線処理部１１と、発振器１２と、変換部１３と、ネットワーク処理部１４と、基準時間生成部１５と、ＵＬ（アップリンク）割り当て補正処理部１６と、記憶部１７とを有している。
【００３２】
［無線処理部１１］
無線処理部１１は、アンテナに接続し、送受信の切替（送信の時は無線信号送信部１１２とアンテナを接続し、受信の時はアンテナと無線信号受信部１１３を接続するよう制御する）を行う送受信切替部１１１と、変換部１３から入力したデータを無線信号として送信する無線信号送信部１１２と、送受信切替部１１１から入力した信号を受信し、変換部１３に出力する無線信号受信部１１３とを有している。
また、無線処理部１１は、端末局との間で無線通信によるデータの送受信処理を行い、また、発振器１２から入力される信号を基にＴＤＤフレームの生成も行う。
【００３３】
［変換部１３］
変換部（ＭＡＣ［Media Access Control：メディアアクセス制御］）１３は、ダウンリンク処理部１３１と、アップリンク処理部１３２と、マップ生成部１３３と、データ処理部１３４とを有している。
【００３４】
変換部１３は、無線処理部１１とネットワーク処理部１４との間でデータの相互変換を行うため、ネットワーク処理部１４から無線処理部１１のダウンリンクについてはダウンリンク処理部１３１でデータ変換を行い、無線処理部１１からネットワーク処理部１４のアップリンクについてはアップリンク処理部１３２でデータ変換を行う。
【００３５】
尚、具体的には、ダウンリンク処理部１３１は、ダウンリンク用の周波数帯域及び通信速度で送信処理を行うものであり、アップリンク処理部１３２は、アップリンク用の周波数帯域及び通信速度で送信処理を行うものである。
更に、ダウンリンク処理部１３１は、後述するように、マップ生成部１３３からのマッピング情報に従って無線フレームに割り当てるマッピング処理を行う。
【００３６】
データ処理部１３４は、アップリンク処理部１３２からのデータをネットワーク処理部１４に出力し、ネットワーク処理部１４からのデータをダウンリンク処理部１３１に出力する。
また、データ処理部１３４は、マップ生成部１３３に対してマップ生成のための情報を出力する。
【００３７】
マップ生成部１３３は、無線区間のデータ処理のスケジューリング処理、つまり、無線フレーム内の配置場所を決定するマッピング処理をダウンリンク処理部１３１に出力する。
ここで、マップ生成部１３３は、通常、音声フレームと同じ周期でのアップリンクにおける割り当てタイミングとなるようマッピング情報を生成する（本実施形態では、４フレーム周期）。
これに対して、本発明の実施形態では、ＵＬ割り当て補正処理部１６が、本発明の実施形態のアルゴリズムに従って上り音声信号のタイミング補正信号をマップ生成部１３３に出力する。
【００３８】
そして、マップ生成部１３３は、ＵＬ割り当て補正処理部１６から出力される上り音声信号のタイミング補正信号に従って、アップリンクのマッピング情報におけるフレーム割り当てタイミングを補正してダウンリンク処理部１３１に出力する。
上り信号のタイミング補正信号は、例えば、アップリンク割り当てタイミングを後方にずらす場合は＋１を、反対に前方にずらす場合は−１を出力する。
【００３９】
そして、ダウンリンク処理部１３１は、データ処理部１３４からの送信データをマップ生成部１３３からのマッピング情報に従って無線フレームにマッピングし、マッピングした無線フレームのデータを無線信号送信部１１２に出力する。
【００４０】
［ネットワーク処理部１４］
ネットワーク処理部１４は、ネットワーク上に接続されたサーバとの間で、制御メッセージ通信やデータ通信を行う。
更に、ネットワーク処理部１４は、ネットワークから受信したＲＴＰのヘッダとＲＴＣＰのSender ReportパケットをＵＬ割り当て補正処理部１６にも出力する。
【００４１】
基準時間生成部１５は、発振器１２に基づき、基地局の基準時間を生成し、ＵＬ割り当て補正処理部１６に出力する。
記憶部１７は、ＵＬ割り当て補正処理部１６で取得したＲＴＰ内のタイムスタンプと、そのときの基地局における基準時間の履歴を保持（記憶）するために使用される。
【００４２】
［ＵＬ割り当て補正処理部１６］
ＵＬ割り当て補正処理部１６は、ネットワーク処理部１４から入力されるＲＴＰのヘッダとＲＴＣＰのSender ReportパケットについてＲＴＰ及びＲＴＣＰ内のタイムスタンプを取得し、当該タイムスタンプと基準時間生成部１５から入力される基地局の基準時間とを基に、ＲＴＰ内のタイムスタンプとＲＴＣＰ内のＲＴＰタイムスタンプとの変化を比較し、その変動に応じてアップリンクのスケジューラの送信タイミングを補正することで、上り音声信号のタイミング補正を行う。
タイミング補正の詳細は、後述する。
【００４３】
［端末局：図２］
次に、端末局の構成について図２を参照しながら説明する。図２は、端末局の構成図である。
図２に示すＷｉＭＡＸシステムにおける端末局は、音声通話を行う場合の構成例を示している。
【００４４】
端末局は、図２に示すように、音声符号部２１と、音声復号部２２と、ネットワーク処理部２３と、変換部２４と、無線処理部２５と、周波数補正処理部２６と、発振器２７とを有している。
【００４５】
［無線処理部２５］
無線処理部２５は、無線信号受信部２５１と、無線信号送信部２５２と、送受信切替部２５３とを有している。
そして、無線処理部２５は、基地局との無線通信によるデータの送受信処理を行う。
【００４６】
また、周波数補正処理部２６は、無線信号受信部２５１で受信された信号を入力し、周波数補正を行う。
発振器２７は、周波数補正処理部２６で周波数補正された信号に基づき、発振周波数を変更する。
また、周波数補正処理部２６と発振器２７により、基地局が送信するＴＤＤフレームとの同期処理も行っている。
【００４７】
［変換部２４］
変換部（ＭＡＣ）２４は、データ処理部２４１と、マップ解析部２４２と、ダウンリンク処理部２４３と、アップリンク処理部２４４とを有している。
マップ解析部２４２は、ダウンリンク処理部２４３から受信データを入力し、無線フレームにおけるマッピングを解析し、解析したマッピング情報をデータ処理部２４１に出力する。
【００４８】
データ処理部２４１は、ダウンリンク処理部２４３からの受信データをマップ解析部２４２から入力したマッピング情報に従って無線フレームからデータを抽出してネットワーク処理部２３に出力する。
【００４９】
また、アップリンク処理部２４４は、データ処理部２４１からのデータをマップ解析部２４２から出力されたマッピング情報（ＵＬ−ＭＡＰ）に従ってマッピング（割り当て）し、マッピングしたデータを無線信号送信部２５２に出力する。
ここで、ＵＬ−ＭＡＰの中には、アップリンクにおけるフレーム割り当て（送信）タイミングに関する情報も含まれており、端末局では、このＵＬ−ＭＡＰを参照することによりフレーム割り当て（送信）タイミングを決定する。
そのため、無線基地局装置におけるマップ生成部１３３においてアップリンクのフレーム割り当てタイミングに関するマッピング情報（ＵＬ−ＭＡＰ）が補正されれば、結果として、端末局においてフレーム割り当て（送信）タイミングが補正されることになる。
【００５０】
つまり、データ処理部２４１は、無線処理部２５とネットワーク処理部２３との間で、データの相互変換を行うと共に、マップ解析部２４２において、無線フレームからデータを抽出するための情報を取得し、データ処理部２４１でデータ抽出を行っている。
【００５１】
ネットワーク処理部２３は、音声符号部２１と音声復号部２２との間で音声フレームとネットワーク・フレームの変換処理を行っている。
【００５２】
［音声符号部２１］
音声符号部２１は、発振器２１１と、タイマ２１２と、Ａ／Ｄ変換器２１３と、符号化部２１４とを有している。
Ａ／Ｄ変換器２１３は、入力された音声のアナログ音声信号をデジタル信号に変換する。
符号化部２１４は、変換されたデジタル音声信号を所定の音声符号化方式にて符号化する。音声信号の符号化では、一般的に発振器２１１及びタイマ２１２により音声フレーム毎にタイムスタンプが付与される。
ここで、音声信号に付加されるＲＴＰタイムスタンプは、タイマ２１２から音声フレームに付与されたタイムスタンプに従って生成される。
【００５３】
また、図２の音声符号部２１では音声信号の符号化に関する構成を記載しているが、音声制御信号に関しては別途、制御部を有している。音声制御信号は、音声信号とは別に、この制御部においてタイマ２１２からタイムスタンプが付与される。そして、音声制御信号に付加されたＲＴＣＰ Sender ReportのＲＴＰタイムスタンプは、このタイマ２１２から付与されたタイムスタンプに従って生成され、ネットワーク処理部２３に出力される。
【００５４】
［音声復号部２２］
音声復号部２２は、Ｄ／Ａ変換器２２１と、復号化部２２２と、発振器２２３と、周波数補正処理部２２４とを有している。
復号化部２２２は、ネットワーク処理部２３から入力された符号化された音声フレームを復号化し、Ｄ／Ａ変換器２２１は、復号化されたデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換する。
【００５５】
音声信号を復号化する際は、安定して音声を復号するため、一般的に発振器２２３及び周波数補正部２２４においてクロックの補正が行われる。
具体的には、復号化部２２２からのデジタル信号を周波数補正処理部２２４が入力し、周波数補正の制御信号を発振器２２３に出力し、発振器２２３で当該制御信号に基づき発振クロックが補正される。
【００５６】
［ネットワーク処理部２３：図３］
次に、端末局におけるネットワーク処理部２３の構成について図３を参照しながら説明する。図１６は、従来のネットワーク処理部の構成図である。
ＷｉＭＡＸシステムの端末局の、音声処理におけるネットワーク処理部は、送信部２３１と、受信部２３２と、制御部２３３と、送受信処理部２３４とを有している。
【００５７】
［送信部２３１］
送信部２３１は、タイムスタンプ生成部２３１１と、ヘッダ生成部２３１２と、バッファ２３１３と、多重部２３１４とを有している。
音声符号部２１から入力された音声フレームは、バッファ２３１１に蓄えられ、タイムスタンプ生成部２３１１及びヘッダ生成部２３１２において、タイムスタンプを含んだヘッダが付加された後、多重部２３１４によりネットワーク・フレームに変換される。
【００５８】
［受信部２３２］
受信部２３２は、バッファ２３２１と、分離部２３２２と、タイミング制御部２３２３と、ヘッダ解析部２３２４とを有している。
送受信処理部２３４から入力されたネットワーク・フレームは、分離部２３２２においてヘッダと音声フレームに分離され、音声フレームはバッファ２３２１に蓄えられ、ヘッダ解析部２３２４によりタイムスタンプが抽出され、タイミング制御部２３２３によりバッファ２３２１に蓄えられた音声フレームが出力される。
【００５９】
制御部２３３は、送信部２３１と受信部２３２に対する動作を制御する。
また、送受信処理部２３４は、送信部２３１の多重部２３１４から出力されるネットワーク・フレームを変換部２４のデータ処理部２４１に出力する制御を行うと共に、変換部２４のデータ処理部２４１から入力したネットワーク・フレームを受信部２３２の分離部２３２２に出力する制御を行う。
また、制御部２３３は、送受信処理部２３４における送受信切替の処理も制御する。
【００６０】
［タイミング補正方法］
次に、上り音声信号のタイミング補正方法について図４、図５を参照しながら説明する。図４は、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のタイミングを示す図であり、図５は、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のタイミングを示す図である。
【００６１】
［割り当て周期より早い：図４］
音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合は、図４に示すように、音声フレームが無線フレームに対し前方に徐々にドリフトし、ＵＬデータ受け付けウィンドウ区間aから外れた場合、その音声フレームに対する無線フレームの割り当てを1フレーム前方にシフトさせれば、最適なタイミングで音声フレームを送信することが可能となる。
【００６２】
［割り当て周期より遅い：図５］
音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合は、図５に示すように、音声フレームが無線フレームに対し後方に徐々にドリフトし、ＵＬデータ受け付けウィンドウ区間aから外れた場合、その音声フレームに対する無線フレームの割り当てを1フレーム後方にシフトさせれば、最適なタイミングで音声フレームを送信することが可能となる。
【００６３】
［遅延時間が一定の場合：図６］
次に、遅延時間が一定のネットワークでのＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングについて図６を参照しながら説明する。図６は、遅延時間が一定のネットワークでのＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。図中において、上側の図が音声送信側を示し、下側の図が音声受信側を示しており、更に、白丸がＲＴＰパケットを、黒丸がＲＴＣＰパケットを示している。
ＲＴＰ、ＲＴＣＰは、多少のネットワークでのゆらぎ（ジッタ）があっても、パケットの到達する遅延時間は平均して一定になるので、バッファの破綻などはほとんど発生しない。
【００６４】
［従来における割り当てより早い場合：図７］
次に、実施の形態と比較するために、従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングについて図７を参照しながら説明する。図７は、従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。図中において、上側の図が音声送信側を示し、下側の図が音声受信側を示しており、更に、白丸がＲＴＰパケットを、黒丸がＲＴＣＰパケットを示し、下側の図の実線斜線が時間軸に対するＲＴＰのタイムスタンプの値を描画し、破線斜線が時間軸に対するＲＴＣＰのタイムスタンプの値を描画したものである。
図７に示すように、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より早い場合で、バッファの破綻によりパケット・ロスが発生した様子を示している。
【００６５】
［従来における割り当てより遅い場合：図８］
次に、実施の形態と比較するために、従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングについて図８を参照しながら説明する。図８は、従来における音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合のＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケット到達タイミングを示す図である。図中において、上側の図が音声送信側を示し、下側の図が音声受信側を示しており、更に、白丸がＲＴＰパケットを、黒丸がＲＴＣＰパケットを示し、下側の図の実線斜線が時間軸に対するＲＴＰのタイムスタンプの値を描画し、破線斜線が時間軸に対するＲＴＣＰのタイムスタンプの値を描画したものである。
図８に示すように、音声フレームの生成周期が無線フレームの割り当て周期より遅い場合で、音声フレームが最適な無線フレームに入らずにジッタが発生している様子を示している。
【００６６】
このように、ＲＴＰパケットは、無線フレームの割り当て周期の従い、当該周期で送信されるため、音声フレームと無線フレームのずれの影響を受ける。
一方、ＲＴＣＰパケットは、無線フレームの生成周期とは非同期で送信されるため、音声フレームと無線フレームのずれの影響がほとんどない。
この特性を利用して、本実施の形態では、ＲＴＰとＲＴＣＰのタイムスタンプの値を比較することにより、ＵＬの音声信号のタイミング補正を行うものである。
【００６７】
［補正処理のアルゴリズム：図９］
次に、図１に示したＵＬ割り当て補正処理部１６における補正処理について図９を参照しながら説明する。図９は、ＵＬ割り当て処理のフローチャートである。
尚、ＵＬ割り当て補正処理部１６は、図９〜１１の処理を実行するものであるから、構成としてマイコン等の処理部を備え、内部に記憶するプログラムによって処理が実現されるようになっている。また、ＵＬ割り当て補正処理部１６をＤＳＰ（Digital Signal Processor）で実現してもよい。
【００６８】
ＵＬ割り当て補正処理部１６は、図９に示すように、ＵＬ割り当て補正処理が開始されると、入力されるパケットの種別を判別し、入力パケットがＲＴＣＰであるか否かを判定する（Ｓ１）。
【００６９】
入力パケットがＲＴＣＰであれば（Ｙｅｓの場合）、ＲＴＣＰ処理を実行する（Ｓ１０）。また、入力パケットがＲＴＣＰでなければ（Ｎｏの場合）、入力パケットがＲＴＰであるか否かを判定する（Ｓ２）。
【００７０】
判定処理Ｓ２で、入力パケットがＲＴＰであれば（Ｙｅｓの場合）、ＲＴＰ処理を実行する（Ｓ２０）。また、入力パケットがＲＴＰでなければ（Ｎｏの場合）、処理を終了する。
【００７１】
［ＲＴＰ処理のアルゴリズム：図１０］
次に、図９に示したＲＴＰ処理（Ｓ２０）について図１０を参照しながら説明する。図１０は、ＲＴＰ処理のフローチャートである。
ＵＬ割り当て補正処理部１６は、図１０に示すように、ＲＴＰ処理が開始されると、ＲＴＰヘッダ内のtimestamp（ＲＴRTP）を抽出し（Ｓ１０１）、このときの基地局の基準時間（ＳＴRTP）を取得し（Ｓ１０２）、両者の値を記憶部１７に格納して（Ｓ１０３）、処理を終了する。
【００７２】
［ＲＴＣＰ処理のアルゴリズム：図１１］
次に、図９に示したＲＴＣＰ処理（Ｓ１０）について図１１を参照しながら説明する。図１１は、ＲＴＣＰ処理のフローチャートである。
ＵＬ割り当て補正処理部１６は、図１１に示すように、ＲＴＰ処理が開始されると、ＲＴＣＰのペイロード・タイプ（ＰＴ）がＳＲ（Sender Report）であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。ＰＴがＳＲではなければ（Ｎｏの場合）、処理を終了する。
【００７３】
判定処理Ｓ２０１でＰＴがＳＲ（ＰＴ＝ＳＲ）であれば（Ｙｅｓの場合）、ＲＴＰ timestampをＲＴ（タイムスタンプ）として抽出し（Ｓ２０２）、このときの基地局のシステム時間を基準時間（ＳＴ）として取得する（Ｓ２０３）。
【００７４】
次に、ＲＴＰ処理にて取得したＲＴＰのタイムスタンプ（ＲＴRTP）と基準時間（ＳＴRTP）の履歴を幾つか取得する（Ｓ２０４）。例えば、n個の履歴を取得したときのＲＴRTPを、ＲＴRTP（1）、ＲＴRTP（2）、…、ＲＴRTP（n）、ＳＴRTPをＳＴRTP（1）、ＳＴRTP（2）、…、ＳＴRTP（n）とする。
【００７５】
［タイムスタンプ値の算出方法：図１２］
そして、ＲＴRTPとＳＴRTPの履歴から、ＲＴＣＰ受信時点でのＲＴＰのタイムスタンプ値（ＲＴRTP（ＳＴ））を算出する（Ｓ２０５）。
算出方法の原理図を図１２に示す。図１２は、ＲＴＣＰ受信時点でのＲＴＰのタイムスタンプ値算出方法の原理を示す図である。
また、算出式の一例を［数１］に示す。
【００７６】
【数１】
2010252019.tif 000003
ここで、aは、ＲＴRTPとＳＴRTPの履歴から求められる直線の傾きで、例えば、［数２］のように求めることができる。
【００７７】
【数２】
2010252019.tif 000004
ＲＴRTP（ＳＴ）の算出には、より高度な計算方法（例えば、線形予測法など）を用いてもよい。
【００７８】
そして、図１１に示すように、算出したＲＴＰのタイムスタンプ（ＲＴRTP（ＳＴ））とＲＴＣＰのＲＴＰタイムスタンプ（ＲＴ）の差分（Diff）を計算する（Ｓ２０６）。
次に、差分がしきい値より大きいか否かを判定し（Ｓ２０７）、大きい場合（Ｙｅｓの場合）、音声フレームは無線フレームより早く遷移しているため、ＵＬにおける音声フレームの無線フレーム割り当てを前方に補正する（Ｓ２０８）。
【００７９】
判定処理Ｓ２０７で、差分が「しきい値」より小さい場合（Ｎｏの場合）、次に、差分が「−しきい値」より小さいか否かを判定する（Ｓ２０９）。差分が「−しきい値」より小さい場合（Ｙｅｓの場合）、音声フレームは無線フレームより遅く遷移しているため、ＵＬにおける音声フレームの無線フレーム割り当てを後方に補正する（Ｓ２１０）。差分が「−しきい値」より小さくない場合（Ｎｏの場合）、音声フレームは無線フレームに対して適正に遷移しているため、前後への補正を行わず、処理を終了する。
尚、判定処理Ｓ２０７，Ｓ２０９では、「しきい値」をプラスとマイナスを用いて判定したが、全く異なる２つのしきい値を用いて判定を行うようにしてもよい。
【００８０】
［割り当てより早い場合で補正された場合：図１３］
音声フレームが無線フレームの割り当てより早い場合で、上記補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングについて図１３に示す。図１３は、実施の形態に係る音声フレームが無線フレームの割り当てより早い場合で、補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングを示す図である。
【００８１】
［割り当てより遅い場合で補正された場合：図１４］
音声フレームが無線フレームの割り当てより遅い場合で、上記補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングについて図１４に示す。図１４は、実施の形態に係る音声フレームが無線フレームの割り当てより遅い場合で、補正処理が為されたＲＴＰ／ＲＴＣＰのパケットの到達タイミングを示す図である。
【００８２】
図１３及び図１４に示すように、パケットのロスやジッタが発生する前に上述した補正処理により、ＵＬ割り当てタイミングを補正することで、パケット・ロスやジッタの発生を最小限にすることが可能となり、音声の品質を向上させることができる効果がある。
【００８３】
［実施の形態の効果］
本装置によれば、音声データ内のタイムスタンプと、音声制御信号内のタイムスタンプとを比較することにより、音声データの時間変化を検出して、アップリンクフレームの割り当てを補正する処理をＵＬ割り当て補正処理部１６で実現するものであり、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることが可能となり、パケット・ロスの発生を防止でき、音声品質を向上させることができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、アップリンクフレームの割り当てを補正し、上り方向の音声データの遅延時間及びジッタを最小限に抑えることができ、パケット・ロスの発生を防止し、音声品質を向上させることができる無線基地局装置に好適である。
【符号の説明】
【００８５】
１…基地局、  ２…端末局、  ２−１…端末局１、  ２−２…端末局２、  ３…サーバ、  １１…無線処理部、  １２…発振器、  １３…変換部、  １４…ネットワーク処理部、  １５…基準時間生成部、  １６…ＵＬ割り当て補正処理部、  １７…記憶部、  ２１…音声符号部、  ２２…音声復号部、  ２３…ネットワーク処理部、  ２４…変換部、  ２５…無線処理部、  ２６…周波数補正処理部、  ２７…発振器、  １１１…送受信切替部、  １１２…無線信号送信部、  １１３…無線信号受信部、  １３１…ダウンリンク処理部、  １３２…アップリンク処理部、  １３３…マップ生成部、  １３４…データ処理部、  ２１１…発振器、  ２１２…タイマ、  ２１３…Ａ／Ｄ変換器、  ２１４…符号化部、  ２２１…Ｄ／Ａ変換器、  ２２２…復号化部、  ２２３…発振器、  ２２４…周波数補正処理部、  ２３１…送信部、  ２３２…受信部、  ２３３…制御部、  ２３４…送受信処理部、  ２４１…データ処理部、  ２４２…マップ解析部、  ２４３…ダウンリンク処理部、  ２４４…アップリンク処理部、  ２５１…無線信号受信部、  ２５２…無線信号送信部、  ２５３…送受信切替部、  ２３１１…タイムスタンプ生成部、  ２３１２…ヘッダ生成部、  ２３１３…バッファ、  ２３１４…多重部、  ２３２１…バッファ、  ２３２２…分離部、  ２３２３…タイミング補正部、  ２３２４…ヘッダ解析部
【図１】
2010252019.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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