(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル無線通信ネットワークの音声チャンネル上でディジタルデータの通信を行うシステムにおいて、
前記ディジタルデータを受信する入力端子と；
前記ディジタルデータを、前記ディジタル無線通信ネットワークの音声チャンネル上で伝送可能なオーディオトーン信号に変換するプロセッサと；
前記オーディオトーン信号をディジタル送信回路に出力する出力端子とを具え、前記ディジタルデータ中の２進ビット値"１"は、第１の周波数、振幅、または位相を有する第１トーン信号に変換され、前記ディジタルデータ中の２進ビット値"０"は、第２の周波数、振幅、または位相を有する第２トーン信号に変換され、
前記ディジタル送信回路が、音声信号を符号化するためにも使用する音声コーダに前記オーディオトーン信号を入力することによって、前記オーディオトーン信号を符号化して、前記符号化したオーディオトーン信号を、前記ディジタル無線通信ネットワーク内の、音声信号を伝送中の前記音声チャンネル上で送信することを特徴とするディジタルデータ通信システム。
【請求項２】
前記ディジタルデータを、前記オーディオトーン信号に変換するサウンドカードを有するコンピュータを具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コンピュータが、前記ディジタルデータをパケット中に挿入して、前記パケットの各々に含まれるプリアンブルが、前記ディジタルデータのビットパターンに基づいて選択したプリアンブル・ビットを含み、このプリアンブル・ビットに対して、前記ディジタル送信回路が、前記ディジタルデータから変換した前記オーディオトーン信号を、前記ディジタルデータが変化せずに送信されるように符号化することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記出力端子が、前記サウンドカードをセルラ電話機のマイクロホン入力端子に結合したものであり、前記セルラ電話機に前記ディジタル送信回路を設け、前記ディジタル送信回路は、前記オーディオトーン信号を符号化して前記ディジタル無線通信ネットワーク上に送信することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記サウンドカードからの前記オーディオトーン信号を、前記セルラ電話機内のアナログ−ディジタル変換器に供給することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
サウンドカードが、前記ディジタルデータ中の２進ビット値"１"を、第１周波数を有する第１トーン信号に変換して、前記サウンドカードが、前記ディジタルデータ中の２進ビット値"０"を、第２周波数を有する第２トーン信号に変換することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１及び第２周波数が共に400Hz〜1000Hzであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記入力端子を電話回線に結合して、前記プロセッサが、前記電話回線上の前記オーディオトーン信号をディジタル化することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ディジタル化したオーディオトーン信号を変換して、２進ビット値に戻すことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
コンピュータ、及び該コンピュータに結合したサウンドカードを具えて、前記コンピュータがセルラ電話機に位置要求を送信して、前記サウンドカードが、前記位置要求をオーディオトーン信号に変換して、該オーディオトーン信号を前記ディジタル無線通信ネットワーク上に送信して、前記サウンドカードが、電話回線上の前記セルラ電話機からの応答を監視して、前記セルラ電話機からの、位置データを変換したオーディオトーン信号をディジタル化して、前記コンピュータが、前記ディジタル化したオーディオトーン信号をディジタルデータに変換して、該ディジタルデータをコンピュータのスクリーン上に表示することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は無線通信に関するものであり、特にディジタル無線ネットワークの「帯域内」のオーディオチャンネル上でディジタルデータを伝送するシステムに関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
セルラ電話機は、ユーザが「有線」に縛られることなく他のユーザと会話することを可能にする。セルラ電話機は、ユーザの声からのオーディオ信号をサンプリングする回路を具えている。これらの音声信号は、Ａ／Ｄ変換器を用いてディジタル形式に変換される。ディジタル化した音声信号は、音声コーダ（ボコーダ）によって符号化され、そしてセルネットワーク上で音声信号を伝送するキャリア（搬送波）周波数に変調される。この音声信号は、無線セルラネットワーク上で、無線セルネットワーク内の他の電話機か、あるいは有線電話ネットワーク（電話網）内の他の電話機のいずれかに送信される。
【０００３】
セルラ電話ネットワーク及び有線電話ネットワーク内では、異なるコーダ／デコーダ（コーデック）、モジュレータ（変調器）、ボコーダ、自動利得制御器（自動ゲインコントローラ：ＡＧＣ）、アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）、雑音低減（ノイズリダクション）回路、及びディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が用いられている。これらの電話の構成要素は、音声信号を符号化及び復号化するための異なる符号化方式を実現することができる。
【０００４】
これらの通信の構成要素は、無線及び有線の音声通信チャンネル上で、音声信号を効率的に伝送するように設計されている。例えば、ディジタルボコーダは予測符号化技術を用いて音声信号を表現している。これらの予測符号化器は、雑音（非音声信号）をフィルタ（選別）除去しつつ、音声信号を音声チャンネル上で送信する前に、音声信号の周波数成分を圧縮及び推定している。
【０００５】
ボコーダのような音声通信製品をディジタルデータの伝送用に用いる際には、問題が生じる。ボコーダは、ディジタルデータを表現する信号を、非音声信号として解釈することがある。ボコーダは、これらのディジタルデータ信号を完全にフィルタ除去してしまうか、あるいは改変してしまうことがある。従って、ディジタルデータを信頼性を以って、音声信号の伝送用と同じディジタルオーディオチャンネル上で伝送することはできない。
【０００６】
オーディオ信号とデータ信号の両者を同時に、他の箇所に送信することが、時としてユーザにとって必要になる。例えば、セルラ電話機のユーザが緊急援助用の"911"に電話する際に、ユーザがディジタルの位置データをコールセンター（呼出しセンター）に送信しながら、同時に、緊急事態の状況を人間のオペレータに口頭で説明する必要があり得る。このディジタルデータは、独立したアナログ無線モデムを用いなければならない、ということをなくして、セルラ電話機（セル電話機）を通して送信することが望ましい。
【０００７】
従って、ディジタル無線通信ネットワークの音声チャンネル上で、ディジタルデータを伝送する必要性が存在する。
【０００８】
（発明の概要）
帯域内信号化モデムは、ディジタル無線通信ネットワークにおける音声チャンネル上で、ディジタルデータの通信を行う。入力端子はディジタルデータを受信する。エンコーダ（符号化器）は、このディジタルデータを、人間の音声の周波数特性を合成したオーディオトーン信号（音信号）に変換する。また、通信ネットワーク内の音声符号化回路が、前記ディジタルデータを表現する合成オーディオトーン信号を改変しないように、前記ディジタルデータの符号化を行う。そして出力端子は、前記合成オーディオトーン信号を、ディジタル無線通信ネットワークの音声チャンネルに出力する。
【０００９】
本発明の、以上及び他の特徴、及び利点は、以下の、図面を参照した本発明の好適な実施例の詳細な説明より明らかになる。
【００１０】
（好適な実施例の詳細な説明）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１に示す無線ネットワーク１２は、ユーザ２３からの音声信号２２を受信するセルラ電話機（セル電話機）１４を含む。セルラ電話機１４内の音声コーダ（ボコーダ）１８は、音声信号２２を符号化して符号化ディジタル音声信号３１にして、音声信号３１はディジタル無線チャンネル３４（呼出しセル）上で送信される。セルラ電話機１４は、符号化音声信号３１をセルラ通信サイト（セルサイト）３６に送信して、セルラ通信サイト３６は、セル呼出しをセルラ通信交換システム（ＣＴＳＳ）３８に中継する。
【００１１】
ＣＴＳＳ３８はセル呼出しを、同じ無線セルラネットワーク１２内の他のセルラ電話機に接続するか、または回線交換の呼出しとしてＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Network：公衆交換電話網）ネットワーク４２上の有線電話機に接続するか、あるいはセル呼出しを、Voice over IP（ＶｏＩＰ：ＩＰ上の音声）の呼出しとして、パケット交換のインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク４６上でルーティング（径路設定）するか、のいずれかを行う。セル呼出しは、ＰＳＴＮネットワーク４２からセルラネットワーク１２に戻るようにルーティングすることも、あるいはＰＳＴＮネットワーク４２からＩＰネットワーク４６にルーティングすることも、そしてその逆もできる。セル呼出しは最終的に、最初にセルラ電話機１４に入力した宛先電話番号に対応する電話機４４に到達する。
【００１２】
セルラネットワーク１２内の任意の点に追加的なデータを挿入することができ、ＰＳＴＮネットワーク４２及びＩＰネットワーク４６も同様であり、信号は有線ネットワーク上あるいはセルラネットワーク上での送信用に再変調する。こうしたデータは、ルーティング情報、料金または料金表の情報、等のようなシステム関連のものとすることができる。
【００１３】
帯域内信号化（ＩＢＳ：In-Band Signaling）モデム２８は、セルラ電話機１４がディジタルデータ２９を、データ源３０からセルラネットワークの無線チャンネル３４上に送信することを可能にする。ＩＢＳモデム２８は、ディジタルデータ２９を変調して合成ディジタルデータトーン信号２６にする。ディジタルデータトーン信号２６は、セルラネットワーク１２及び有線ネットワーク４２内のボコーダ１８のような符号化構成要素によって前記ディジタルデータが改変されないようなものにする。ＩＢＳモデム２８で用いる符号化及び変調方式は、ディジタルデータ２９を、セルラ電話機１４が音声信号２２を符号化するために用いるのと同じ音声コーダ１８を通して送信することを可能にする。この技術によって、自動販売機、等のようなあらゆる機器を機能拡張することができる。
【００１４】
合成トーン信号はディジタルデータを表現する信号として規定され、このディジタルデータは、信号中のディジタルデータ情報を損なうことなく、音声コーデックによって信号を符号化及び復号化できるような信号化特性も有する。一例では、周波数偏移変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）信号を用いて、人間の音声のオーディオレンジ内の異なる周波数の合成トーン信号を作成する。
【００１５】
ＩＢＳモデム２８は、音声信号２２とディジタルデータ２９とを、同じセルラ電話機回路を用いて同じディジタルオーディオチャンネル上で送信することを可能にする。このことは、ユーザがディジタルデータを送信するために独立した無線モデムを用いなければならないことを解消して、セルラ電話機のユーザが、同じディジタル無線の電話中に、会話及びデータ送信を行うことを可能にする。
【００１６】
本発明は、ディジタルデータ２９を変調して合成オーディオトーン信号にするものである。このオーディオトーン信号は、ディジタルデータ２９に関連する２進（バイナリ）ビット値がセルラ電話機のボコーダ１８によってフィルタ除去あるいは改変されないようなものにする。音声信号及びディジタルデータの両者を送信及び受信するために、同一の、セルラ電話機のトランシーバ（送受信機）及び符号化回路を用いる。このことは、ＩＢＳモデム２８を、独立した（スタンドアロンの）無線モデムよりもずっと小型に、より複雑性でなく、そしてよりエネルギ効率的にする。一部の実施例では、ＩＢＳモデム２８を完全にソフトウエアで実現して、セルラ電話機１４内に既存のハードウエア構成要素のみを用いる。
【００１７】
無線ネットワーク１２、ＰＳＴＮネットワーク４２、またはＩＰネットワーク４６内の種々の位置のいずれかに、１つ以上のサーバ４０が存在する。各サーバ４０は１つ以上のＩＢＳモデム２８を具えて、これらのＩＢＳモデム２８は、ディジタル無線チャンネル３４上で送信及び受信したディジタルデータ２９を符号化、検出、及び復号化する。復号化したディジタルデータは、サーバ４０で処理するか、あるいはコンピュータ５０のような他のコンピュータに向けて径路設定するかのいずれかを行う。
【００１８】
図２に示すように、ＩＢＳモデム２８の第１送信部は、ＩＢＳエンコーダ（符号化器）５２及びディジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５４を具えている。ＩＢＳエンコーダ５２は通常、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現する。データ源３０は、ディジタルデータの無線送信及び受信を必要とするあらゆる装置を表わす。例えばデータ源３０は、ラップトップコンピュータ、パームコンピュータ、あるいは全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）とすることができる（図１５参照）。
【００１９】
データ源３０は、ディジタルビット流２９をＩＢＳエンコーダ５２に出力する。ＩＢＳエンコーダ５２は、ディジタルデータ２９を、ディジタル無線音声チャンネル上での送信用に特別にフォーマット化したＩＢＳパケットに変換する。そしてＩＢＳエンコーダ５２は、ＩＢＳパケットからのビットを、ディジタルデータトーン信号に変換してＤ／Ａ変換器５４に供給する。
【００２０】
ＩＢＳモデム２８は、各々がオーディオトーン信号の振幅及び位相成分を表現する２進ビット値を出力する。Ｄ／Ａ変換器５４は、これらのディジタル値をアナログオーディオトーン信号２６に変換して、セルラ電話機１４の補助オーディオポート１５に出力する。そしてアナログオーディオトーン信号２６は、セルラ電話機１４によって処理される。セルラ電話機１４内のアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６は、合成アナログオーディオトーン信号２６をディジタル値に符号化する。ボコーダ１８は、合成トーン信号２６のディジタル表現を符号化ディジタルデータに符号化して、これらの符号化データをトランシーバ１９に出力して、トランシーバ１９は符号化ディジタルデータ３２を無線チャンネル３４上に送信する。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換器５４から出力される合成オーディオトーン信号２６の好適な電圧は、ピーク−ピークで約25mVである。この電圧レベルは、オーディオトーン信号２６がセルラ電話機１４内の音声チャンネル回路を飽和させないような値として見出されている。
【００２２】
ディジタルデータ２９は、セルラ電話機１４内に既存の補助的なハンズフリー（手持ち不要）用のオーディオポート１５を通して供給するので、ＩＢＳモデム２８は、あらゆるデータ源３０をセルラ電話機１４に接続することを可能にする別売装置として設置することができる。データ源３０は、あらゆるディジタルフォーマットのディジタルデータ２９を送信することができる。例えば、ディジタルデータ２９をRS-232インタフェース上、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インタフェース上、あるいは他のいずれのシリアルまたはパラレルインタフェース上にも送信することができる。
【００２３】
図３に、ＩＢＳモデム２８の代案の実施例を示す。図３のＩＢＳモデム２８はセルラ電話機１４の内部に位置して、既存のセルラ電話機プロセッサを用いるか、あるいはセルラ電話機プロセッサの構成要素とセルラ電話機に既存の構成要素との何らかの組み合わせを用いて、ソフトウエアで実現することができる。本実施例では、セルラ電話機１４は、外部データ源３０からのディジタルデータ２９を受信するデータポート５６を具えることができる。代案の実施例では、ディジタルデータ源３０をセルラ電話機１４に内蔵することができる。例えば、データ源３０は、ＧＰＳ衛星からの全地球測位データを受信するＧＰＳ受信機（図示せず）を具えた全地球測位システム（ＧＰＳ）チップとすることができる。
【００２４】
上述したように、図３のＩＢＳエンコーダ５２は通常、ＤＳＰを用いてソフトウエアで実現することができ、そしてボコーダ１８を実現するために用いているのと同じＤＳＰを用いることができる。Ｄ／Ａ変換器５４は、ディジタルデータ２９を表現する合成オーディオトーン信号を、セルラ電話機１４のＡ／Ｄ変換器１６に出力する。代案の実施例におけるＩＢＳエンコーダ５２は、ディジタルデータ２９を合成してオーディオトーン信号にするだけでなく、ディジタル周波数値の量子化も行う。そしてＩＢＳエンコーダ５２は、量子化データ５５をボコーダ１８に直接出力する。本発明のさらに他の実施例では、ＩＢＳエンコーダ５２を、完全に、ボコーダ１８を実現するのと同じＤＳＰ中のソフトウエアで実現する。
【００２５】
ボコーダ１８は、無線通信ネットワーク１２（図１）に関連する特定の符号化方式を用いる。例えばボコーダ１８は、音声信号をディジタルＣＤＭＡ（Code division Multiple Access：符号分割多重アクセス）信号に変換するＶＣＥＬＰ（Vector Sum Excited Linear Prediction：ベクトル和励起線形予測）エンコーダとすることができる。Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器５４、及びトランシーバ１９は、当業者に既知の、セルラ電話機に既存の構成要素である。
【００２６】
なお重要なこととして、ＩＢＳエンコーダ５２は、音声信号を送信するのと同じセルラ電話機回路を用いて、ディジタルデータ２９を送信することを可能にする。ＩＢＳエンコーダ５２は、Ａ／Ｄ変換器１６、ボコーダ１８、あるいはトランシーバ１９が実行する、信号の近似、量子化、符号化、変調、等のいずれもが、ディジタルデータ２９のどのビットも、改変またはフィルタ除去しないようにする。
【００２７】
図４は、図２及び図３に示すＩＢＳエンコーダ５２の詳細図である。データバッファ５８は、データ源３０からの２進ビット流を記憶する。パケット化器（パケッタイザ）６０は、バッファ５８内のビットを、ＩＢＳパケット・ペイロード（実効データ）を具えたバイトにセグメント化する。パケットフォーマット化器（フォーマッタ）６２は、ＩＢＳパケット・ペイロードの改変防止の手助けをするパケット・プリアンブル（前付けデータ）及びパケット・ポストアンブル（後付けデータ）をパケットに付加する。そしてＩＢＳ変調器６４は、ＩＢＳパケット中のビットを２つ以上の異なる周波数６６及び６８で変調して、ディジタルデータトーン信号６９を発生する。
【００２８】
（音声チャンネル内のディジタルデータの改変防止）
セルラ電話機の音声コーダは、人間の音声に関連するすべての情報を送らなければならない、ということをなくして音声信号を記述しようとする予測符号化技法を用いることによって、音声チャンネルの帯域幅を増加させる。音声チャンネル内に何らかの不自然な周波数またはトーン信号（即ち、ディジタルデータを表現する周波数）が発生した場合には、これらの周波数を音声コーダ１８（図２）によって棄却する。例えば、ディジタルデータトーン信号の振幅が通常の音声信号の振幅よりも大きい場合には、あるいは同じディジタルデータトーン信号を発生する期間が長過ぎる場合には、音声コーダ１８がこうした大きい振幅あるいは長期間の周波数信号をフィルタ除去することができる。ディジタルデータトーン信号を符号化する方法に応じて、これらの不自然なオーディオトーン信号によって表現されるディジタルビットを、音声チャンネルから部分的に、あるいは完全に除去することができる。
【００２９】
ＩＢＳエンコーダ５２は、音声コーダがディジタルデータを表現するトーン信号をフィルタ除去あるいは改変しないような方法で、ディジタルデータ２９を符号化する。ＩＢＳエンコーダ５２は、２進ビット値を表現するために用いる合成オーディオトーン信号の振幅、期間、及びパターンを制御することによって、このことを行う。
【００３０】
図５に示すように、パケットフォーマット化器６２（図４）は、パケット・プリアンブル７３及びヘッダ７５をＩＢＳパケット７０の前部に付加する。パケット・プリアンブル７３は、プリアンブル・パターン７２及びシンク（同期）・パターン７４を含む。チェックサム（検査用合計値）７８及びパケット・ポストアンブル７９をＩＢＳパケット７０の後端に付加する。
【００３１】
図６に、ＩＢＳ変調器６４（図４）から出力される合成ディジタルデータトーン信号６９を示す。ＩＢＳ変調器６４（図４）は、ＩＢＳパケット７０中のディジタルビットを、２つの異なるトーン信号のうちの１つに変換する。第１トーン信号は周波数f1で発生して２進ビット値"１"を表わし、第２トーン信号は周波数f2で発生して２進ビット値"０"を表わす。一実施例では、周波数f1が600ヘルツ(Hz)であり、周波数f2が500ヘルツである。
【００３２】
２進ビット値を表現するトーン信号を発生するために最も有効な周波数範囲は、400ヘルツ〜1600ヘルツのいずれかであることが特定されている。ＩＢＳ変調器６４はサイン及びコサイン表を具えて、これらの表は、周波数f1及びf2についての異なる振幅及び位相値を表現するディジタル値を生成するために用いる。
【００３３】
本発明の一実施例では、ディジタルデータを100ビット/秒のボーレートで無線チャンネル３４上に出力する。このボーレートは、セルラ電話機の広範な種類の音声コーダによってディジタルオーディオデータが改変されないようにするのに有効であることが判明している。f1及びf2の各トーン信号用のサイン波（正弦波）は、振幅０の点から始まって振幅０の点で終わり、10mSの持続時間だけ継続する。ディジタルデータトーン信号毎に80サンプルを生成する。
【００３４】
図７に示すように、自動利得制御器（自動ゲインコントローラ：ＡＧＣ）８０は、セルラ電話機１４内で用いる１つの符号化機能である。ＡＧＣ８０は、音声コーダ１８を実現するのと同じＤＳＰ中にあるソフトウエアとすることができる。ＡＧＣ８０は音声信号における瞬間的なエネルギの変化をスケーリング（大きさ調整）する。音声信号がＡＧＣ８０に供給されない期間の後に、ＩＢＳパケット７０を最初に具えた一連のオーディオトーン信号８２が続く、という状況が存在する。ＡＧＣ８０はＩＢＳパケット７０の始端で、トーン信号８２の第１群をスケーリングする。またＡＧＣ８０は、ＩＢＳパケット７０の終端の後のゼロ信号レベル８４を見て、ＩＢＳパケット７０の終端において、ＡＧＣ８０の予測スケーリング方式の一部として、トーン信号８３をスケーリングする。このスケーリングは、音声チャンネル内に瞬間的なエネルギの変化が生じた際に、信号または雑音の過大な増幅を防止する。
【００３５】
前に図６に示したように、ＩＢＳパケット７０の"１"または"０"ビットはそれぞれ、トーン信号f1及びf2によって表現される。これらのトーン信号をＡＧＣ８０によってスケーリングすれば、これらの周波数が表現するディジタルビットが符号化中に脱落する恐れがある。例えば、ボコーダ１８がスケーリングしたトーン信号を雑音と見なして、これらのトーン信号をオーディオチャンネルからフィルタ除去することがある。ディジタルデータを表現するトーン信号の意図しないフィルタ除去を防止するために、図５のＩＢＳパケット７０は、プリアンブル・ビット７２及びポストアンブル・ビット７９を含む。プリアンブル・ビット７２及びポストアンブル・ビット７９は、データ源からのディジタルデータビットのいずれも含まないが、ＩＢＳパケット７０を検出あるいは符号化するためには不要な「犠牲的な」ビットを含む。プリアンブル及びポストアンブル中のこれらの犠牲的なビットに対して発生したトーン信号は、ＡＧＣ８０によって、ＩＢＳパケットのペイロード７６に含まれるいずれのディジタルデータにも影響することなしに、スケーリングまたはフィルタ除去することができる。
【００３６】
プリアンブル７２及びシンク・パターン７４中のビットパターンは特に、さらにパケット・ペイロード７６が改変されないようにフォーマット化する。ランダムビット列及び／または"１"−"０"ビットの交代列は、プリアンブル７２中、及び／またはシンク・パターン７４中のいずれにも用いることができる。これらの交代またはランダムビットパターンは、ＩＢＳパケット７０中の残りのビットを表現するトーン信号がセルラ電話機のボコーダ１８内の適応フィルタによってフィルタ除去されないようなものにする。
【００３７】
図８に示すように、適応フィルタは、現在無線ネットワーク上で送信中の周波数の周辺の周波数を適応させる。例えば、現在、同じ周波数f1のトーン信号を長期間送信中の場合には、セルラ電話機内で用いる適応フィルタは、フィルタ８６で示すように、この周波数スペクトルf1の周辺の周波数スペクトルを適応させる。
【００３８】
f1のトーン信号の直後に、他の周波数f2である他の種類のトーン信号が後続することがあり得る。フィルタ８６の適応が遅過ぎる場合には、最初の２、３個のf2のトーン信号を音声チャンネルからフィルタ除去することができる。フィルタ除去したf2のトーン信号がＩＢＳビット流中のビットを表現する場合には、これらのビットが失われる。
【００３９】
セルラ電話機内の適応フィルタがビットを脱落させないようにするために、プリアンブル７３のある部分に、ランダムビットパターンまたは"１"−"０"の交代ビットパターンを含める。このことは、フィルタ８８で示す適応フィルタを事前条件設定する。プリアンブル７３（図５）には、パケット・ペイロード７６に発生しやすいビット列、あるいは現に発生しているビット列と同じビット列の一部をできるだけ含める。例えばＩＢＳエンコーダ５２は、ペイロード７６中のビットパターンを先読みすることができる。そしてエンコーダ５２は、ビットの副組（サブセット）をプリアンブルの一部中に配置して、パケット・ペイロード中のビット列を表現することができる。
【００４０】
このことは、前記適応フィルタを、同じ周波数f1及びf2用に、同じ持続時間に、そしてＩＢＳパケット・ペイロード７６中に後続（再発生）しやすいものと同様の列向きに、事前条件設定する。このようにして、前記適応フィルタが、実際に送信中のディジタルデータを表現するトーン信号を、よりフィルタ除去しにくくなる。
【００４１】
図９は、無線チャンネル３４内の音声及びデータ信号を受信する受信回路９１のブロック図である。ＩＢＳモデム２８は、無線チャンネル３４内に送信されるディジタルデータトーン信号を検出して復号化するＩＢＳデコーダ（復号化器）９８も具えている。受信回路９１は、セルサイト３６（図１）からの無線送信を受信するＣＴＳＳ３８（図１）に配置する。セルラ電話機１４内にも、同じ受信回路９１を配置する。
【００４２】
図２及び図３を参照して上述したように、ＩＢＳモデム２８のデコーダ部分は、セルラ電話機１４に外付けすることも、あるいは内蔵させることもできる。破線１０４はセルラ電話機に外付けのＩＢＳモデム２８を示し、破線１０６はセルラ電話機に内蔵した内蔵ＩＢＳモデム２８を示す。ＩＢＳモデム２８は、ＰＳＴＮネットワーク４２またはＩＰネットワーク４６（図１）内のどの電話機の位置にも配置することができる。ＩＢＳモデム２８を有線に結合する際には、受信回路９１が異なるものとなり得る。しかしＩＢＳモデム２８は、電話回線の音声チャンネル上でトーン信号を送信及び受信することによって、同じ原理の元で作動する。
【００４３】
無線チャンネル３４内の信号は、トランシーバ９０によって受信される。ボコーダ９２は受信した信号を復号化する。例えばボコーダ９２は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多重アクセス）、ＣＤＭＡ、ＡＭＰＳ（Advanced Mobile Phone Service：米国のアナログ携帯電話方式）、等で送信された信号を復号化することができる。そしてＤ／Ａ変換器９４が、ディジタル音声信号をアナログ信号に変換する。そしてこのアナログ音声信号を、オーディオスピーカ１７から出力する。
【００４４】
ＩＢＳモデム２８が受信回路９１の外部にある場合には、Ａ／Ｄ変換器９６が前記アナログ信号を変換してディジタル信号に戻す。ＩＢＳデコーダ９８は、ディジタルデータを表現するあらゆるトーン信号を復調して、ディジタルＩＢＳパケットに戻す。パケット・ディスアセンブラ（解析器）１００は、ＩＢＳパケット７０からのパケット・ペイロードをディスアセンブル（解析）して、復号化したディジタルデータをバッファ１０２に記憶する。
【００４５】
図１０は、図９のＩＢＳデコーダ９８の動作の様子を説明する状態図である。ＩＢＳデコーダ９８は、無線チャンネル３４から受信したオーディオ信号を繰り返しサンプリングして復号化する。状態１１０は、ディジタルデータを表現するオーディオ信号中のトーン信号の探索である。ディジタルデータトーン信号の周波数範囲のトーン信号についての信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）が所定値よりも大きい場合には、ＩＢＳデコーダ９８は作動状態１１２に移る。作動状態１１２では、トーン信号のサンプルを収集する。作動状態１１２中のいずれかの時点でＳＮＲが作動しきい値未満に降下するか、あるいはトーン信号のサンプルを十分に収集する前にタイムアウト（時間切れ）に達した場合には、ＩＢＳデコーダ９８は探索状態１１０に戻って、ディジタルデータトーン信号の探索を再開する。
【００４６】
多数のサンプルを収集した後に、ＩＢＳデコーダ９８は、ＩＢＳパケット７０中のプリアンブル７３を識別するビットを探索する。プリアンブル７３を検出すれば、ＩＢＳデコーダ９８はクロック回復状態１１４に移行する。クロック回復状態１１４は、ＩＢＳパケット７０中の同期（シンク）パターン７４と同期する。そしてＩＢＳデコーダ９８は状態１１６で、パケット・ペイロード７６を復調する。プリアンブル７３を検出しない場合には、ＩＢＳデコーダ９８は探索状態１１０に戻って、ＩＢＳパケット７０の始点の探索を再開する。
【００４７】
ＩＢＳデコーダ９８はすべてのパケット・ペイロード７６を復調して、有効なＩＢＳパケット７０を良好に復調したことの最終確認として、チェックサム７８を実行する。そして探索状態１１０に制御を戻して、次のＩＢＳパケット７０の探索を開始する。
【００４８】
図１１は、ＩＢＳデコーダ９８の探索状態の詳細図である。探索状態１１０は、帯域内を用い、そして帯域外フィルタリング（フィルタ除去）を用いる。以下の説明において「帯域内」は、ディジタルデータの２進ビット値"１"（500Hz）とディジタルデータの２進ビット値"０"（600Hz）とを表現する２つのトーン信号の周波数間の周波数範囲内のトーン信号を称する用語として用いる。
【００４９】
第１バンドパス（帯域通過）フィルタ１１８（帯域内）は、オーディオチャンネル内の信号について、約400Hzから約700Hzの周波数範囲内のエネルギを測定する。第２バンドパス・フィルタ１２０（帯域外）は、オーディオチャンネル内の、400Hz〜700Hzの範囲外のエネルギを測定する。そして、帯域内エネルギと帯域外エネルギとの信号対雑音比（ＳＮＲ）を計算する（ブロック１２２）。ディジタルデータを表現するトーン信号がオーディオチャンネル内に存在する場合には、帯域内フィルタ１１８によって測定したエネルギは、帯域外フィルタ１２０によって測定したエネルギよりもずっと大きい。
【００５０】
比較器のボックス１２４において、ＳＮＲが選択したしきい値未満である場合には、オーディオチャンネル内の信号が実際の音声信号または雑音であると判定する。ＳＮＲが前記しきい値を上回る場合には、ＩＢＳデコーダ９８が、トーン信号が帯域内ディジタル信号を表現するものと判定する。ディジタルデータを検出した際には、ＩＢＳデコーダ９８は作動状態１１２（図１０）に移行して、ＩＢＳパケット７０の始点の探索を開始する。
【００５１】
図１２に、ＩＢＳデコーダ９８の作動状態１１２を示す。オーディオチャンネル内に帯域内のトーン信号を検出した際には、探索状態１１０による通知を受ける（ブロック１３０）。そして、オーディオトーン信号のサンプルに、単一の２進ビットに関連する多数のサンプルでウィンドウ（窓）をかける（ブロック１３２）。一実施例では、80サンプルのディジタルデータを取得して、（空白を）０で埋めて、そして離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transformation）値との相関を取る。
【００５２】
１回目のＤＦＴ値が500Hzのトーン信号を表現する係数を有し、そして前記ウィンドウをかけたデータに適用する（ブロック１３４）。サンプルが500Hzのトーン信号（２進ビット値"０"）を含めば、１回目のＤＦＴ値が高い相関値を生成する。２回目のＤＦＴ値が600Hzのトーン信号を表現し、前記ウィンドウをかけたサンプルに適用する（ブロック１３６）。前記ウィンドウをかけたサンプルが600Hzのトーン信号（２進ビット値"１"）を含めば、２回目のＤＦＴ値が高い相関値を生成する。500HzのＤＦＴ値または600HzのＤＦＴ値のいずれが最大相関値を生成したかに応じて、前記ウィンドウをかけたデータに対して、２進ビット値"０"または２進ビット値"１"のいずれかを選択する（ブロック１３８）。
【００５３】
ＩＢＳデコーダ９８が、ＩＢＳパケット７０のプリアンブルを検出するまで、トーン信号の復調を継続する（判定ブロック１４０）。そしてＩＢＳデコーダ９８はクロック回復状態１１４（図１３）に移行して、ＩＢＳパケット７０（図５）中のシンク・パターン７４と同期する。プリアンブル７３が確認可能になる前に、より多くのビットを復調する必要がある場合には、判定ブロック１４０からブロック１３２に戻って、ディジタルデータトーン信号の次の80サンプルにウィンドウをかけて復調する。
【００５４】
図１３は、ＩＢＳデコーダ９８のクロック回復状態１１４の説明である。作動状態１１２で、ＩＢＳパケット７０中のプリアンブル７３を検出した後に、クロック回復状態１１４では、シンク・パターン７４（図５）に関連する次のビット・ストリング（列）を復調する。クロック回復状態１１４では、トーン信号の複数サンプルを、作動状態１１２で説明した複数の相関フィルタの中心に合わせる。このことは、ＩＢＳパケット・ペイロード７６を復調する際に、デコーダの精度を改善する。
【００５５】
ＩＢＳパケット７０中のシンク・パターン７４を探索する（判定ブロック１４２）。次のトーン信号を復調した後に、シンク・パターン７４が見つからない場合には（判定ブロック１４２）、シンク・パターン７４のサンプリングに用いるウィンドウを１サンプル分だけオフセット（移動）させる（ブロック１４８）。そして、シンク・パターン７４を再チェックする（判定ブロック１５０）。シンク・パターン７４を見出した場合には（判定ブロック１４４）、検出したシンク・パターンについてのパワー比を特定する。このパワー比は、前記復調器が前記シンク・パターンとどれだけ良好に同期しているかの信頼度係数を表現する。前記パワー比を、サンプリング位置を移動（シフト）した異なるウィンドウについて導出したパワー比と比較する。パワー比が、前のサンプリング位置のパワー比よりも大きい場合には、このパワー比を新たな最大パワー比として保存する（ブロック１４６）。
【００５６】
シンク・パターン７４についてのパワー比が、前に測定したパワー比よりも小さい場合には、前記サンプリング・ウィンドウを１サンプル位置分だけオフセットさせる（ブロック１４８）。そして、移動したウィンドウについてのパワー比を特定して、これを現在の最大パワー比と比較する（ブロック１４４）。シンク・パターン７４についての最大パワー比が見つかるまで、ウィンドウを移動する。最大パワー比におけるウィンドウのオフセット値を用いて、復調器の複数の相関フィルタを、ＩＢＳパケット・ヘッダ７５にある中心サンプルの第１ビット７７（図５）に合わせる。
【００５７】
そしてＩＢＳデコーダ８９は復調状態１１６（図１０）にジャンプして、ここでは前記識別したウィンドウのオフセット値を用いて、パケット・ペイロードのビット７６及びチェックサムのビット７８を表現する残りの500Hz及び600Hzのトーン信号を復調する。復調状態１１６では、作動状態（図１２）と同様の方法で、f1及びf2のトーン信号とＤＦＴ値との相関を取る。そしてチェックサムのビット７８を最終チェックとして用いて、有効なＩＢＳパケットを受信して正確に復号化したことを確認する。
【００５８】
図１４に、セルラ電話機１４に接続したバッテリパック内に位置するＩＢＳモデム２８の図を示す。ハンズフリー用のオーディオ・チャンネル・ピン２００は、ＩＢＳモデム２８をセルラ電話機１４内の音声チャンネル２０２に結合する。スイッチ２０４は、マイクロホン１７からの音声信号またはＩＢＳモデム２８からのディジタルデータトーン信号のいずれかを音声チャンネル２０２に結合する。
【００５９】
スイッチ２０４は、セルラ電話機１４のスクリーン（図示せず）上のメニューか、あるいはバッテリパック２０８の背部の端から外に伸びるボタン２０６かのいずれかによって制御する。スイッチ２０４は、セルラ電話機１４のキーボード上のキーのうちの１つによって制御することもできる。
【００６０】
ボタン２０６は、ＩＢＳモデム２８によって提供される他の機能を起動するためにも用いる。例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）は、バッテリパック２０８内に位置するＧＰＳ受信機２１０を含む。ＧＰＳ受信機２１０は、ＧＰＳ衛星２１２からＧＰＳデータを受信する。セルラ電話機の操作者は、緊急状態中に単にボタン２０６を押す。ボタン２０６を押すことは自動的に、ＧＰＳ受信機２１０がＧＰＳ衛星２１２からのＧＰＳデータを収集することを可能にする。同時にスイッチ２０４は、ＩＢＳモデム２８を、セルラ電話機１４の音声チャンネル２０２上に接続する。そしてＩＢＳモデム２８が作動する。ＩＢＳモデム２８内にＧＰＳデータを収集し次第、このデータをフォーマット化し、符号化して、ＩＢＳモデム２８によってセルラ電話機１４の音声チャンネル２０２に出力する。
【００６１】
ユーザ２３は、手動で電話番号を呼び出した後には、いつでもボタン２０６を押すことができる。他の端点との間にオーディオチャンネルを確立した後に、ユーザ２３はボタン２０６を押す。スイッチ２０４をＩＢＳモデム２８に接続して、ＩＢＳモデム２８が作動する。そしてＧＰＳデータ（または他のディジタルソース）を、ディジタルデータトーン信号として、ＩＢＳモデム２８を通して、前記確立したオーディオチャンネル上で前記端点に送信する。データが良好に送信された後に、ユーザはボタン２０６を再び押して、スイッチ２０４をオーディオ・レシーバ１７に再接続する。
【００６２】
図１５に、ＩＢＳモデム２８２接続可能な異なる種類のデータ源を示す。パームコンピュータ２１２、ＧＰＳ受信機２１４、あるいはコンピュータ２１６、等のいずれもが、ＩＢＳモデム２８に結合可能である。ＩＢＳモデム２８は、装置が出力したビットをディジタルトーン信号に変換し、そしてこのディジタルトーン信号を無線ネットワーク内の無線チャンネル３４上に出力する。セルラ電話機１４によってデータを他の端点に送信することができるので、装置２１２、２１４、または２１６のいずれも、独立した無線モデムを必要としない。
【００６３】
（サウンドカード内の可聴音信号化モデムの実現）
ＩＢＳモデムは、標準的なコンピュータのサウンドカード内に実現することができる。図１６に示すように、コンピュータ２５０は、74705、オクラホマ州、Stillwater、Cimarron Plaza 1523にあるCreative Labs社製造のSound Blaster（サウンドブラスター）のようなサウンドカード２５２を具えている。サウンドカード２５２のスピーカ出力端子２５３は、セルラ電話機２５８上のハンズフリー・ポート２５７にオーディオトーン信号を出力する。サウンドカード２５２上のマイクロホン入力端子２５９を、セルラ電話機２５８のスピーカ出力端子に接続する。
【００６４】
このコンピュータはマイクロプロセッサ２５４を具えて、マイクロプロセッサ２５４は、ディジタルデータを、サウンドカード２５２が用いるオーディオフォーマットに変換して、合成オーディオトーン信号を出力する。セルラ電話機２５８はこれらのオーディオトーン信号を符号化して、無線通信ネットワークの音声チャンネル上に送信する。セルサイト２６１は、送信されたオーディオトーン信号を受信して、このオーディオトーン信号をＰＳＴＮネットワーク２６３上に転送する。電話呼出しの宛先位置では、コンピュータ２６２が電話回線２６０に接続されている。コンピュータ２６２内の他のサウンドカード２６４及びプロセッサ２６６は、オーディオトーン信号を復調してディジタルデータに戻す。オーディオトーン信号が表現するディジタルデータをコンピュータ２６２上に表示する。サウンドカードは、データの符号化、復号化、あるいは両方に用いることができる。サウンドカードは、コンピュータ２５０、コンピュータ２６２、あるいはこれらの両方に用いることができる。
【００６５】
図１６及び図１７に示すように、データファイル、ＧＰＳデータ、ユーザがキーボードで入力したデータ、あるいは他のあらゆるディジタルデータを、コンピュータ２５０がパケット化してフォーマット化してＩＢＳパケットにする（ブロック２７０）。パケット化及びパケットのフォーマット化は、図４及び図５を参照して説明している。ＩＢＳパケット中の２進ビット値を、サウンドカード２５２（図１６）が合成オーディオトーン信号を発生するために用いるディジタルフォーマットに変換する（ブロック２７２）。例えば、ＩＢＳパケット中の２進ビット値"１"を、第１周波数f1のトーン信号を表わすディジタルフォーマットに変換して、２進ビット値"０"を第２周波数f2のトーン信号に変換する。これらf1及びf2のトーン信号は、図６を参照して説明したのと同様の方法で発生する。
【００６６】
サウンドカードは、図３を参照して説明した、ＩＢＳエンコーダ５２及びディジタル−アナログ変換器５４と同様の方法で、２進ビット値を表現するアナログトーン信号を出力する（ブロック２７４）。セルラ電話機はオーディオトーン信号を符号化して（ブロック２７６）、符号化したオーディオトーン信号を、無線通信ネットワーク内の音声チャンネル上に送信する（ブロック２７８）。
【００６７】
図１６及び図１８に示すように、宛先電話番号に対するセルラ電話呼出しを確立する。ユーザが呼出し中の電話回線に応答接続するか、あるいはセルラ電話呼出しの宛先端にあるコンピュータ２６２（図１６）を、電話回線２６０からの呼出し信号を検出すべくプログラムするかのいずれかを行う（ブロック２８０）。呼出し信号を検出した場合には、ユーザあるいはコンピュータ２６２のいずれかが、「オフフック（受話器上げ）」信号を電話回線２６０上に発生する（ブロック２８２）。サウンドカード２６４は、電話回線２６０上のオーディオトーン信号をディジタルデータに変換することよって、アナログ−ディジタル変換器のように作用する（ブロック２８４）。サウンドカード２６４はプロセッサ２６６（図１６）と連携して、図９〜図１３を参照して説明したＩＢＳデコーダ９８と同様に、ＩＢＳオーディオトーン信号を復号化する。そして検出したＩＢＳトーン信号（ブロック２８６）のディジタル表現（ブロック２８８）を、コンピュータ２６２のスクリーン上に表示する（ブロック２９０）。
【００６８】
一例では、ユーザがセルラ電話機２５８の位置を見つけたいものとする。ユーザはコンピュータ２６２（図１６）に、セルラ電話機２５８の電話番号をダイヤルするように指示する。コンピュータ２６２はサウンドカード２６４を用いて、ＧＰＳ位置データを返送することを指示するトーン信号をセルラ電話機２５８に送信する。コンピュータ２５０がＧＰＳ受信機を有するか、あるいはセルラ電話機２６８が独立した（スタンドアロンの）ＧＰＳ受信機を有することができる。図２〜図９に示すように、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳモデムをセルラ電話機２５８に内蔵させる場合には、コンピュータ２５０をセルラ電話機２５８に接続する必要がない。
【００６９】
図１７を参照して説明したサウンドカードか、あるいは図２〜図９を参照して説明した内蔵ＩＢＳモデムかのいずれかによって、ＧＰＳデータをＩＢＳトーン信号に変換する。ＧＰＳデータを表現するＩＢＳトーン信号を、無線通信チャンネル及びＰＳＴＮネットワーク２６３上で、電話回線２６０に返送する。コンピュータ２６２内のサウンドカード２６４は、電話回線２６０上のＩＢＳオーディオトーン信号を監視する。このオーディオトーン信号を検出すると、ＩＢＳトーン信号を変換してディジタルＧＰＳデータに戻して、このデータをプロセッサ２６６によって、コンピュータ２６２のスクリーン上でユーザに対して表示する。そしてコンピュータ２６２におけるマッピングプロセスが、ＧＰＳの経度及び緯度値を、州、市、及び街区番地（ストリート・アドレス）に変換する。
【００７０】
（同期）
図１９に、ＩＢＳデコーダ３００内のＩＢＳモデムの復調及び同期を行う代案の技法を示す。無線通信ネットワークの音声チャンネル上のＩＢＳオーディオトーン信号を、インタフェース３０１で受信する。受信したトーン信号を、Ａ／Ｄ変換器３０２によってアナログ形式からディジタル形式に変換する。ＩＢＳ信号検出器３０４は、図１１を参照して説明したのと同様の方法で、ＩＢＳオーディオトーン信号の存在を検出する。
【００７１】
代案の同期技法は、デコーダ３００が、ＩＢＳ信号を乗算器３０６及び３０８で複合ベースバンドに同調させる（合わせる）ことから始まる。乗算器３０６は、第１ＩＢＳ周波数f1及び第２ＩＢＳ周波数f2のあらゆるＩＢＳトーン信号を、有効にＤＣに移動させる。この第１ベースバンド信号をＳA'とし、第２ベースバンド信号をＳB'とする。マッチト（整合）フィルタバンク３１０は、２進ビット値"１"及び２進ビット値"０"を表現する２つのオーディオトーン信号に対して想定されるパルス形状を有するベースバンド信号に、マッチトフィルタを適用する。マッチトフィルタバンク３１０から出力されるＳA信号は２進ビット値１を表現し、ＳB信号は２進ビット値０を表現する。マッチトフィルタバンクは、ＳA信号またはＳB信号に存在し得る、無線通信チャンネルの既知の特性の原因となるようなフィルタリングを加えることもできる。
【００７２】
マッチトフィルタは、変調器に供給するパルス形状に整合するように選択する。パルス整形は、信号帯域幅、ビットレート、及びシンボル間干渉の相互間のトレードオフ（相反する要求の釣り合い）が最良になるように選択する。パルス整形フィルタは、変調器の数値発生器の積分段階で適用する。
【００７３】
ＩＢＳ同期装置３１２は、変調器を、ＩＢＳパケットの最前部に付加した同期パターンに合わせる。ＳA及びＳB信号からのサンプルのセグメント３１６を、サンプル開始時刻ＴBと共に同期復調器３１４に入力する。復調器３１４は、パワー値３２０をＩＢＳ同期装置３１２に出力して、パワー値３２０は、復調器が同期パターン中の開始ビットにどれだけ精密に同期しているかを示す。ＩＢＳ同期装置３１２は、サンプル開始時刻ＴB毎のパワー値３２０を用いて、ＩＢＳパケット中の残りのビットを復調するための最適な同期開始時刻（*ＴB）を決定する。そしてＩＢＳパケット変調器３２２は、この最適な開始時刻*ＴBを用いて、信号ＳA及びＳBからの２進ビット値を復調する。
【００７４】
図２０は、図１９の同期復調器３１４及びＩＢＳパケット復調器３２２をより詳細に示した図である。第１積分器３２４は、ＳA信号についてのサンプルのセグメントを積分する。この積分器はサンプル開始時刻ＴBで始動して、１つのＩＢＳビットの持続時間Ｔ（ボー時間）を表現するＮ個のサンプルを積分する。整流器３２６は、前記積分値の大きさを加算器３３２に供給する。同様に積分器３２８は、サンプル開始時刻ＴBで始動して、信号ＳBについてのサンプルのセグメントを積分する。整流器３３０は、信号ＳBのセグメントの積分値を加算器３３２に供給する。加算器３３２の出力端子は、同期装置３１２にフィードバック（帰還）するパワー信号３２０である。ＩＢＳパケット復調器３２２（図１９）は比較器３３４も具えて、比較器３３４は信号ＳA及びＳBの大きさに応じて、２進ビット値１または２進ビット値０のいずれかを発生する。
【００７５】
さらに説明すれば、図２１に、マッチトフィルタバンク３１０から出力される信号ＳA及びＳBの表現を示す。信号ＳA及びＳBの多数のサンプル３３６は、ＩＢＳトーン信号のビット持続時間Ｔを表現する。図２１に示す例では、ビット持続時間Ｔ毎に５個のサンプルを取得する。サンプル開始時刻ＴBは、積分毎に１サンプル移動（シフト）する。１回目の積分の開始サンプルは、サンプル開始時刻ＴB1で始まる。図２１に示すように、サンプル開始時刻ＴB1は、２進ビット値"１"を表現するＳA信号または２進ビット値"０"を表現するＳB信号には合わせない。図２０の同期復調器３１４は、ＴB1に対して0.0のパワー出力値を発生する
【００７６】
サンプル開始時刻ＴB2を用いる際には、復調器３１４は-2.0の出力値を発生する。サンプル開始時刻ＴB3は、信号ＳB中の"０"のトーン信号の始点に最良に同期したサンプルを表わす。同期開始時刻ＴB3では、前記出力パワーは-3である。サンプル開始時刻ＴB4及びＴB5が、最良の同期点からさらに遠ざかるように移動するにつれて、前記出力パワーの大きさが減少する。図２２に、異なるサンプル開始時刻についての、パワーの大きさの分布を示す。サンプル開始時刻ＴB3で、パワーの大きさの最大値が識別される。従って、ＩＢＳ同期装置３１２は最適なサンプル開始時刻ＴB3を用いる。
【００７７】
図２０及び図２１に示すように、サンプル時刻ＴB3で始まる第１サンプリング・セグメント３３８は、図２０の加算器３３２からの出力値-3を発生する。図２０の比較器３３４は、加算器の０未満の値に対して２進ビット値"０"を発生する。サンプル値の第２セグメント３４０は、出力値+3を発生する。第２サンプル・セグメントについての出力値が０より大きいので、比較器３３４は２進ビット値"１"を発生する。ＩＢＳパケット復調器３２２（図１９）は、残りのＩＢＳビット流について、信号ＳA及びＳB中のトーン信号の復号化を継続する。
【００７８】
図２３に、図１９〜図２２を参照して説明した同期方式の変形例を示す。まずＩＢＳトーン信号を検出する（ブロック３４１）。ＩＢＳトーン信号は、２進ビット値"１"を表現するオーディオトーン信号周波数fA及び２進ビット値"０"を表現するオーディオトーン信号周波数fB共に、乗算器３４２によってベースバンドに移動（シフト）する。ベースバンドへの移動は、信号fA及びfBの個々のサンプルＴ(x)毎に行う。
【００７９】
サンプルのボー値全体を総計する代わりに、新たなサンプルＴ(x)を用いて、最新のボー値の流動和を求める（ブロック３４４）。例えば、ビット当たり20サンプルのサンプルレートでは、21番目のサンプルＴ(N+1)は前記流動和から除いて、次のサンプルＴ(x)を流動和に加算する。トーン信号Ａ及びトーン信号Ｂについての２つの流動和の大きさを各々求めて（ブロック３４５）、比較器３４６によって比較する。トーン信号Ａのサンプルまたはトーン信号Ｂのサンプルのどちらが大きさの最大値を有するかに応じて、２進ビット値"１"または２進ビット値"０"を比較器３４６から出力する。比較器３４６から出力される２進ビット値と、既知のシンク・パターンとの相関を取る（相関ブロック３４７）。前記選択したサンプル開始時刻*ＴBを、同期パターンとの最大相関値を生成する最終サンプルとして識別する。そして前記選択したサンプル開始時刻*ＴBに応じて、ＩＢＳパケット中の残りのビットを復調する。
【００８０】
（マルチチャンネル可聴音信号化モデム）
図２４に、マルチ（多）チャンネル帯域内信号化（ＭＩＢＳ：Multichannel Inband Signaling）モデムのエンコーダ（符号化器）部分３５０を示す。データ源３５１は、２進ビット流を発生する。ＭＩＢＳエンコーダ３５０は、同じ音声チャンネル内に多数の帯域内信号化チャンネルを生成する。データバッファ３５２は、データ源３５１からのビット流を記憶する。パケット・アセンブラ（組立て器）３５３は、バッファ３５２内のビットをパケット・ペイロードに組立てて、このパケット・ペイロードにプリアンブル及びポストアンブルを追加して、図４を参照して前述したＩＢＳパケットを形成する。
【００８１】
エンコーダ３５０は２つの変調器３５６及び３６２を含み、これらの各々が、ＩＢＳパケット中のビットを表現する異なるオーディオトーン信号を発生する。変調器３５６は、f1の周波数３６０を用いて２進ビット値"１"を変調して、f2の周波数３５８を用いて２進ビット値"０"を変調する。変調器３６２は、ＩＢＳパケット中の２進ビット値"１"を有する他のビットをf3の周波数３６４を用いて変調して、２進ビット値"０"を有する他のビットをf4の周波数３６６を用いて変調する。変調器３５６から出力されるf1及びf2のトーン信号を第１帯域内信号化チャンネルと称し、変調器３６２から出力されるf3及びf4のトーン信号を第２帯域内信号化チャンネルと称する。２つの変調器３５６及び３６２から出力されるトーン信号を加算器３６８によって組み合わせ、そしてＤ／Ａ変換器３７０及び他のセルラ電話機回路１４（図２）に出力する。セルラ電話機回路１４は、前記２つのＩＢＳチャンネル内のトーン信号を符号化して、セルラ電話ネットワークのオーディオチャンネル上に送信する。
【００８２】
個々の変調器３５６及び３６６の各々は、図４に示すＩＢＳ変調器６４と同様の動作を行う。ＩＢＳモデム２４では、任意数のＩＢＳチャンネルを生成することができる。例えば、ＩＢＳパケットの第３部分のビットを、周波数f5及びf6を用いてトーン信号に変調する第３ＩＢＳ変調器を追加することによって、第３のオーディオチャンネルを設けることができる。第３ＩＢＳ変調器の出力を加算器３６８に供給する。しかし簡単のために、図２４には、対応する２つのＩＢＳ変調器３５６及び３６２を有する２チャンネルのみのＩＢＳモデムを示す。
【００８３】
ＩＢＳチャンネル・コントローラ３５４は、送信及び受信中のＩＢＳモデムが、多数のＩＢＳチャンネルを利用する方法を制御する。例えば、第１ＩＢＳチャンネルは第１ＩＢＳモデムがＩＢＳパケットを送信するためのみに使用して、第２ＩＢＳチャンネルは第１ＩＢＳモデムがＩＢＳパケットを受信するためのみに使用することができる。そして送信の対向端にある第２ＩＢＳモデムは、第２ＩＢＳチャンネルを送信用に用いて、第１ＩＢＳチャンネルを受信用に用いる。ＩＢＳチャンネル・コントローラ３５４は、通信中の２つのＩＢＳモデムが多数のＩＢＳチャンネルを使用する交渉を行う制御ビットを、ＩＢＳパケット中に追加する。以下、ＩＢＳモデムの異なる構成を、図２６及び図２７を参照してさらに詳細に説明する。コントローラ３５４は、ＩＢＳパケットのどの部分を変調器３５６及び３６２によって変調するかも制御する。例えば、これらの変調器がＩＢＳパケットを１つおきに変調するか、あるいは各変調器が同じＩＢＳパケットの異なる部分を変調することができる。
【００８４】
図２５に、ＭＩＢＳモデムのデコーダ（復調器）３７５を示す。オーディオチャンネルからのオーディオトーン信号を受信回路３７２によって復号化して、Ａ／Ｄ変換器３７４に供給する。第１フィルタ３７６は、ＩＢＳチャンネル内の前記２つのトーン信号の周波数範囲外の信号をフィルタ除去して、第２フィルタ３７８は、第２ＩＢＳチャンネル内の前記２つのトーン信号の周波数範囲外の信号をフィルタ除去する。フィルタ３７６の周波数範囲はf1−Δfからf2＋Δfまでであり、フィルタ３７８の周波数範囲はf3−Δfからf4＋Δfまでである。フィルタ３７６及び３７８はそれぞれ、デコーダ（復号化器）３８０及び３８２の前に示してある。しかしフィルタ３７６及び３７８は、復号化プロセス中のどの箇所でも、同じＤＳＰ内に実現することができる。
【００８５】
第１ＩＢＳチャンネル・デコーダ３８０は、第１チャンネル内の前記２つのトーン信号を検出して２進ビット値に復調し、第２ＩＢＳチャンネル・デコーダ３８２は、第２チャンネル内の前記２つのトーン信号を検出して２進ビット値に復調する。デコーダ３８０及び３８２は、図９のデコーダ９８あるいは図１９のデコーダ３００について前述したのと同じ方法で、ＩＢＳトーン信号を検出し、同期させて、復調する。パケット・アセンブラ３８６は、２つのデコーダ３８０及び３８２から出力されるビットをＩＢＳパケットに組立て、そしてこれらのパケットをデータバッファ３８８に出力する。
【００８６】
受信中のＩＢＳモデム内のＩＢＳチャンネル・コントローラ３８４は、２つのデコーダ３８０と３８２とを同期させて、どちらのデコーダがどのパケットのどの部分を復調するかを決定する。コントローラ３８４は、送信中のＩＢＳモデムとの通信プロトコルも管理し、このプロトコルは、どのＩＢＳチャンネル上で、どのＩＢＳモデムがＩＢＳパケットを送信中であり、どのＩＢＳモデムがＩＢＳパケットを受信中であるかの交渉を行うものである。
【００８７】
第１ＩＢＳチャンネル用のフィルタ３７６及びデコーダ３８０、及び第２ＩＢＳチャンネル用のフィルタ３７８及びデコーダ３８２は、同じＤＳＰ内にソフトウエアで実現することができる。あるいはまた、各ＭＩＢＳモデム内の個々のチャンネル・エンコーダ及びチャンネル・デコーダ毎に、１つのＤＳＰを用いることができる。
【００８８】
"ＭＩＢＳ"モデムでは、周波数f1及びf2が周波数f3及びf4からかけ離れていることが好ましい。ＭＩＢＳの１つの利点は、妨害の軽減、及び性能が不良である際に周波数を動的に変更することによって、セルラ電話機の性能が製造者間でばらつくことに適応することができることである。１つのモデムがエラーを検出した際には、強固な低ボーレートの制御信号を送信して新たな周波数を選定することができる。
【００８９】
図２６に、マルチチャンネル帯域内信号化（ＭＩＢＳ）モデム３９０及び３９６の可能な構成を示す。２つのＩＢＳチャンネル３９８及び４００を、ＭＩＢＳモデム３９０から無線通信ネットワークの音声チャンネル上に送信し、そして場合によっては有線電話ネットワークを通して、ＭＩＢＳモデム３９６に送信する。
【００９０】
第１ＩＢＳモデム３９０が、２つのＩＢＳチャンネル上でのＩＢＳパケットの送信３９２を完了した後に、第２ＩＢＳモデム３９６が、２つのＩＢＳチャンネル３９８及び４００上での、モデム３９０に戻る送信３９４の開始を許可される。ＭＩＢＳモデム３９０は、送信３９２の完了をＭＩＢＳモデム３９６に対して指示する、１つのＩＢＳパケット中の情報を送信する。
【００９１】
図２７には、第１ＩＢＳチャンネル３９８を、ＭＩＢＳモデム３９０からのＩＢＳパケットの送信専用にして、第２ＩＢＳチャンネル４００を、ＭＩＢＳモデム３９６からのＩＢＳパケットの送信専用にする、代案の構成を示す。従って、ＭＩＢＳモデム３９０及び３９６共に、パケットを同時に送信及び受信することができる。この全二重構成は、特定種類のＩＢＳ送信については、より高速の通信を提供することができる。
【００９２】
ＭＩＢＳモデム３９０は、同じＩＢＳパケットの異なる部分を前記２つのＩＢＳチャンネル上に送信するか、あるいは異なるＩＢＳパケットを前記２つのＩＢＳチャンネル上で交互に送信することができる。他の構成では、１つのＩＢＳチャンネルをＩＢＳパケットの送信用に用いて、第２ＩＢＳチャンネルを専ら、２つのＭＩＢＳモデム間の信号及びプロトコルの通信用に用いることができる。他の代案の構成では、同じＩＢＳパケットからの複数のビット部分を、前記２つのＩＢＳチャンネル内でインターリーブ（順序入れ替え）するか、あるいは冗長性のために、同じＩＢＳパケットを両ＩＢＳチャンネル上で送信する。前記２つのＩＢＳチャンネル内の情報は、ＩＢＳパケットデータに関連するアプリケーションに応じて再構成することができる。
【００９３】
ＩＢＳチャンネルを再構成する要求は、ＩＢＳパケットのヘッダ内に符号化することができる。例えば、ＭＩＢＳモデム３９０内のＩＢＳチャンネル・コントローラ３５４（図２４）は、ＩＢＳパケットのプリアンブル７３（図５）内に再構成要求を含むＩＢＳパケットを、ＭＩＢＳモデム３９６に送信することができる。モデム３９０からの再構成要求は、第１ＩＢＳチャンネル３９８及び第２ＩＢＳチャンネル４００を共に要求することができ、そしてより低いボーレートを有する第３ＩＢＳチャンネル４０１を、モデム３９０への確認応答メッセージの返送用に、ＭＩＢＳモデム３９６に割り当てることができる。そしてＭＩＢＳモデム３９０は、モデム３９６からの構成要求の確認応答を待機する。
【００９４】
ＭＩＢＳモデム３９６内のＩＢＳチャンネル・コントローラ３８４（図２５）は、ＩＢＳパケットのプリアンブル中の再構成要求を読み込む。そしてコントローラ３８４は、ＭＩＢＳモデム３９６のエンコーダを通して確認応答を返送出力する。このエンコーダは、前記確認応答をフォーマット化して、応答ＩＢＳパケットのプリアンブルにし、そしてこれを変調して、現在割り当てられているＩＢＳチャンネルのうちの１つ以上によってＭＩＢＳモデム３９０に返送する。そしてモデム３９６内のコントローラは、エンコーダを再構成して、第１チャンネル３９８及び第２チャンネル４００上でＩＢＳパケットを受信して、低いボーレートの第３チャンネル４０１上でパケットを送信する。
【００９５】
モデム３９６からの確認応答をモデム３９０が受信すると、前記コントローラはモデム３９０内のエンコーダ及びデコーダに、前記第１及び第２チャンネル上への送信、及び前記低いボーレートの第３チャンネルからの受信を指示する。そして２つのモデム３９０及び３９６は、新たなチャンネル構成に応じて、ＩＢＳパケットを送信及び受信する。
【００９６】
（マルチキャリア可聴音信号化モデム）
図２８に、本発明の他の要点によるマルチキャリア帯域内信号化モデムを示す。図２４〜図２７を参照して説明したマルチチャンネルのＩＢＳモデムは２つのオーディオトーン信号を発生し、１つのトーン信号が２進ビット値"１"を表現し、第２のトーン信号が２進ビット値"０"を表現する。これら２つのトーン信号は、時間的に連続したトーン信号流の形で発生して、２進ビット流を表現する。
【００９７】
図２８のマルチキャリアＩＢＳモデムは多数のオーディオトーン信号を同時に発生し、これらの各トーン信号は、ＩＢＳパケットの４つのビット部分における異なるビット位置を表現する。これら４つのビット位置のうちの１つに関連する特定のオーディオトーン信号は、２進ビット値"１"（あるいは２進ビット値"０"）を表現する。特定のビット時間（ボー）に対するオーディオトーン信号を発生しない場合には、ＩＢＳデコーダは、このビット位置に関連する２進ビット値が"０"であるものと仮定する。
【００９８】
図２８に示すように、ビット流を、無線通信ネットワークのオーディオチャンネル上で送信するために、データバッファ４０２に入力する。パケット・フォーマッタ（フォーマット化器）４０４は、これらのビットをＩＢＳパケットにフォーマット化する。１つのＩＢＳパケットの第１部分は、ビット"1010"を含む。パケット・フォーマッタ４０４は、これら４ビットの各々を、４つの変調器４０６、４０８、４１０、及び４１２の異なるものに出力する。これら４つのビット列の第１ビット"１"をビットB1と称し、第２ビット"０"をビットB2と称し、第３ビット"１"をビットB3と称し、第４ビット"０"をビットB4と称する。
【００９９】
変調器４０６がビットB1を受信し、変調器４０８がビットB2を受信し、変調器４１０がビットB3を受信し、変調器４１２がビットB4を受信する。ビットB1が２進ビット値"１"であるので、変調器４０６は、第１のボー周期中に周波数f1のトーン信号を発生する。ビットB2が２進ビット値"０"であるので、変調器４０８は、第１のボー周期には周波数f2のトーン信号を発生しない。従って、変調器４１０は第１のボー周期中にf3のトーン信号を発生して、変調器４１２は第１のボー周期中にはf4のトーン信号を発生しない。これらの変調器は、２進ビット値"１"に対して周波数トーン信号を発生して、２進ビット値"０"に対してはトーン信号を発生しないこと以外は、本質的には図４のＩＢＳ変調器６４と同様に動作する。
【０１００】
f1及びf3のトーン信号を、総和加算器４１４によって組み合わせる。ディジタル−アナログ変換器４１６は、ディジタル信号をアナログ信号に変換して、このアナログ信号をセルラ電話送信回路４１８に供給する。送信回路４１８はこのオーディオトーン信号を、セルラ電話ネットワークの音声チャンネル上に送信する。
【０１０１】
図２９に、マルチキャリアＩＢＳモデム用のデコーダを示す。受信回路４２０は、セルラ通信ネットワークの音声チャンネルからのＩＢＳトーン信号を受信する。Ａ／Ｄ変換器４２２は、このオーディオトーン信号をディジタル信号に変換する。４つのバンドパス（帯域通過）フィルタ４２４、４２６、４２８、及び４３０の各々は、それぞれトーン信号f1、f2、f3、及びf4の周波数付近を中心とする。２進ビット値B1を表現するトーン信号はバンドパス・フィルタ４２４を通過するが、f3のような他のトーン信号はフィルタ４２４によってフィルタ除去される。デコーダ４３２は、図１１〜図１３を参照して説明したＩＢＳデコーダと同様の方法で、トーン信号f1を識別する。デコーダ４３２はトーン信号f1を検出したので、前記４つのビット列中のビットB1を表現する２進ビット値"１"を発生する。
【０１０２】
デコーダ４３４はトーン信号f2を検出するので、前記４つのビット列中のビットB2に対する２進ビット値"０"を発生する。デコーダ４３６はトーン信号f3を検出し、従ってビットB3に対する２進ビット値"１"を発生する。マルチキャリア・エンコーダがトーン信号f4を発生しないので、デコーダ４３８はビットB4に対する２進ビット値"０"を発生する。パケット・アセンブラ４４０は前記４つのビットB1〜B4を受信して、これらのビットを、データバッファ４４２内の適切なＩＢＳパケット位置に配置する。
【０１０３】
本発明の好適な実施例において、本発明の原理を説明及び例示してきたが、こうした原理から外れることなく、本発明の構成及び細部を変更することができることは明らかである。こうしたすべての変更及び変形が、請求項に記載の本発明の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による可聴音信号化（ＩＢＳ）を提供する無線通信ネットワークを示す図である。
【図２】  本発明の実施例によるＩＢＳモデムに結合したセルラ電話機の詳細図である。
【図３】  本発明によるＩＢＳモデムの他の実施例である。  
【図４】  ＩＢＳモデムエンコーダの詳細図である。
【図５】  ＩＢＳパケットを図式的に示す図である。
【図６】  ＩＢＳ変調器からのディジタルデータトーン信号出力を図式的に示す図である。
【図７】  自動利得制御器によってディジタルデータが改変される様子を示す図である。
【図８】  ディジタル無線ネットワークがディジタルデータトーン信号のフィルタ除去を可能にする方法を示す図である。
【図９】  ＩＢＳモデムデコーダに結合した受信回路の詳細図である。
【図１０】  図９に示すＩＢＳデコーダについての状態図である。
【図１１】  ＩＢＳデコーダにおける探索状態を示すブロック図である。
【図１２】  ＩＢＳデコーダにおける作動状態を示すブロック図である。
【図１３】  ＩＢＳデコーダにおける回復状態を示すブロック図である。
【図１４】  着脱可能なバッテリパック内に位置するＩＢＳモデムを有するセルラ電話機の図式的な図である。
【図１５】  ＩＢＳモデムを通してセルラ電話機に結合される異なるデータ源を図式的に示す図である。
【図１６】  サウンドカードを用いたＩＢＳモデムの実現を図式的に示す図である。
【図１７】  図１６のＩＢＳモデムが動作する様子を図式的に示す図である。
【図１８】  図１６のＩＢＳモデムが動作する様子を図式的に示す図である。
【図１９】  ＩＢＳモデム用の同期回路のブロック図である。
【図２０】  図１９の同期回路の詳細図である。
【図２１】  図１９の同期回路が動作する様子を示すタイミング図である。
【図２２】  同期回路が最適な同期開始時刻を識別する様子を示すグラフである。
【図２３】  同期回路の代案の実現である。
【図２４】  マルチチャンネルＩＢＳモデム用のエンコーダの図である。
【図２５】  マルチチャンネルＩＢＳモデム用のデコーダの図である。
【図２６】  図２４及び図２５に示すマルチチャンネルＩＢＳモデム用の異なるチャンネル構成を示す図である。
【図２７】  図２４及び図２５に示すマルチチャンネルＩＢＳモデム用の異なるチャンネル構成を示す図である。
【図２８】  マルチキャリアＩＢＳモデム用のエンコーダの図である。
【図２９】  マルチキャリアＩＢＳモデム用のデコーダの図である。
【図１】
0005414139.tif 000002
【図２】
0005414139.tif 000003
【図３】
0005414139.tif 000004
【図４】
0005414139.tif 000005
【図５】
0005414139.tif 000006
【図６】
0005414139.tif 000007
【図７】
0005414139.tif 000008
【図８】
0005414139.tif 000009
【図９】
0005414139.tif 000010
【図１０】
0005414139.tif 000011
【図１１】
0005414139.tif 000012
【図１２】
0005414139.tif 000013
【図１３】
0005414139.tif 000014
【図１４】
0005414139.tif 000015
【図１５】
0005414139.tif 000016
【図１６】
0005414139.tif 000017
【図１７】
0005414139.tif 000018
【図１８】
0005414139.tif 000019
【図１９】
0005414139.tif 000020
【図２０】
0005414139.tif 000021
【図２１】
0005414139.tif 000022
【図２２】
0005414139.tif 000023
【図２３】
0005414139.tif 000024
【図２４】
0005414139.tif 000025
【図２５】
0005414139.tif 000026
【図２６】
0005414139.tif 000027
【図２７】
0005414139.tif 000028
【図２８】
0005414139.tif 000029
【図２９】
0005414139.tif 000030