(57)【要約】【課題】音声会話を支持する能力を同時に維持しつつ、無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデジタルデータを通信するために帯域内信号方式モデムを使用するためのシステム及び方法が開示される。【解決手段】帯域内信号方式モデムはデジタルデータを受信する。音声活動検出器はコーデックからデジタル化音声信号を受信する。音声活動検出器は音声がデジタル化音声信号内に存在するという信頼度の指標を出力する。もし、その指標が音声は存在しないことを示すならば、帯域内信号方式モデムはデジタルデータを可聴トーンへ変換する。合成可聴トーンは無線電気通信ネットワークの音声チャネルへ送られる。もし、音声活動検出器が、音声は存在することを示すならば、デジタル化音声信号は無線電気通信ネットワークの音声チャネルへ送られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデジタルデータを通信するための同時帯域内信号方式モデムシステムであって、
無線ネットワークアクセス装置と、
第１の周波数を有する第１の可聴トーンと第２の周波数を有する第２の可聴トーンとを使用してデータを送信する第１の帯域内信号方式モデムと、
第１の周波数を有する第１の可聴トーンと第２の周波数を有する第２の可聴トーンとを使用してデータを受信する第２の帯域内信号方式モデムと、
アナログ音声信号をデジタル音声データへ変換するための第１のコーデックと、
デジタル音声データをアナログ音声信号へ変換するための第２のコーデックと、
音声活動指示を提供する音声活動検出器と、
いつ、前記送信帯域内信号方式モデムが、前記音声活動指示に基づいて、データを送信するかを制御する制御装置とを含む、同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項２】
前記無線ネットワークアクセス装置は移動可能である、請求項１に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項３】
前記第１の帯域内信号方式モデムによって送信されるべきデータを供給するための複数の航法センサーを含む、請求項２に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項４】
前記データは時間、位置、速度、速さ、加速、方向及び軌道角度を含む、請求項３に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項５】
前記航法センサーは衛星航法受信機及び慣性参照装置を含む、請求項３に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項６】
前記第２の帯域内信号方式モデムによって受信されるデータを濾波しかつ認証するために位置処理エンジンを含む、請求項３に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項７】
モデム活動指示を提供するモデム活動検出器と、
いつ、前記第２のコーデックへの前記音声が、前記モデム活動指示に基づいて、消音されるかを制御する第２の制御装置とを含む、請求項１に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項８】
音声を前記第２のコーデックへ供給する快適ノイズ発生器を含む、請求項７に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項９】
送信開始を示すための、第３の周波数を有する第３の可聴トーンと送信終了を示すための、第４の周波数を有する第４の可聴トーンとを使用する第１の帯域内信号方式モデムと、
モデム活動開始の検出を支援するための、第３の周波数を有する第３の可聴トーンとモデム活動終了の検出を支援するための、第４の周波数を有する第４の可聴トーンとを使用するモデム活動検出器と含む、請求項７に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項１０】
前記第１の帯域内信号方式モデムは、データを送信するために未確認の単一プロトコルを使用する、請求項１に記載の同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項１１】
無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介して双方向デジタルデータ通信を行うための同時帯域内信号方式モデムシステムであって、
無線ネットワークアクセス装置と、
第１の多チャネル帯域内信号方式モデムと、
第２の多チャネル帯域内信号方式モデムと、
アナログ音声信号及びデジタル音声信号間で変換を行うための第１のコーデックと、
アナログ音声信号及びデジタル音声信号間で変換を行うための第２のコーデックと、
第１の音声活動指示を提供する第１の音声活動検出器と、
第２の音声活動指示を提供する第２の音声活動検出器と、
いつ、前記第１の多チャネル帯域内信号方式モデムが、前記第１の音声活動指示に基づいて、データを送信するかを制御する第１の制御装置と、
いつ、前記第２の多チャネル帯域内信号方式モデムが、前記第２の音声活動指示に基づいて、データを送信するかを制御する第２の制御装置と、
第１のモデム活動指示を提供する第１のモデム活動検出器と、
第２のモデム活動指示を提供する第２のモデム活動検出器と、
いつ、前記第１のコーデックへの前記音声が、前記第１のモデム活動指示に基づいて、消音されるかを制御する第３の制御装置と、
いつ、前記第２のコーデックへの前記音声が、前記第２のモデム活動指示に基づいて、消音されるかを制御する第４の制御装置とを含む、同時帯域内信号方式モデムシステム。
【請求項１２】
デジタル無線ネットワークの音声チャネルを通して、音声会話を中断することなく、前記音声会話に付随するデジタルデータを転送する方法であって、
デジタル符号化音声データを受信するステップと、
呼の前記音声チャネルにおいて送信用デジタルデータを受信するステップと、
音声活動が前記デジタル符号化音声データに現在、存在するか否かを検出するステップと、
音声活動が前記デジタル符号化音声データに現在、検出されなければ、前記呼の前記音声チャネルにおいて前記デジタルデータを送信するステップとを含む、デジタルデータ転送方法。
【請求項１３】
音声活動が前記デジタル符号化音声データに現在、存在するか否かを検出するために前記受信されたデジタル符号化音声データを監視することを続行するステップと、
もし、音声活動が現在、前記デジタル符号化音声データに存在するならば、前記呼の前記音声チャネルにおいて前記デジタルデータの前記送信ステップを停止するステップとを含む、請求項１２に記載のデジタルデータ転送方法。
【請求項１４】
前記デジタルデータは位置データを含む、請求項１３に記載のデジタルデータ転送方法。
【請求項１５】
前記デジタルデータは、前記データは時間、位置、速度、速さ、加速、方向、及び軌道角度のうちの少なくとも１つの指示を含む、請求項１３に記載のデジタルデータ転送方法。
【請求項１６】
前記デジタルデータは自動車のエアーバッグ配置の指示を含む、請求項１３に記載のデジタルデータ転送方法。
【請求項１７】
前記デジタルデータは自動車のアラーム状態の指示を含む、請求項１３に記載のデジタルデータ転送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電気通信に関し、詳細には、音声会話が進行中に、無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデジタルデータの送信を支持するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介してデジタルデータを送信するためのシステム及び方法が過去に開示されている。音声サービスは、低価格、高信頼性及び種々の無線ネットワーク及び無線技術にわたって広域に利用可能であるという利点を持つ。対比すると、デジタル無線データサービスは時々、信頼性がなく、異なるネットワーク及び技術にわたって帯域幅、遅延及び他のパラメータにおいて変動し得る。
【０００３】
また、音声チャネルでデータを送信することは音声呼接続が設定されねばならないという特性を有する。これにより、実質的に同時に音声及びデータを通信できる。従って、例えば、緊急通話を受けた者又は管理オペレータは助けを求める人と会話ができ、同時に、データ、例えば人の配置や生理的又は医学的データを受信することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行技術は、データに専ら使用されるべき、周波数帯を分割し、ノッチフィルタを使用することによって、無線チャネルを介して音声及びデータの同時送信を示唆する。他の先行技術は、デジタルデータをデジタルネットワークを通過する可聴周波数トーンに符号化することによって音声及びデータの同時送信を行うことを教示する。別の技術としては、「ブランク及びバースト」（blank and burst）と呼ばれるものがある。それは、「ブランキング」（blanking）すなわち短期間に音声チャネルを消音することを要求し、その後、その期間にそのチャネルを介して（可聴トーンの形態で）デジタルデータを送信することを要求する。望ましくは、データ期間は音声会話に干渉しないように十分短いほうがよい。デジタル無線ネットワークの音声チャネルを通して、音声会話と同時にデジタルデータ転送をその音声会話を中断することなく、可能にするために、この分野において改良に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施例において、入力部は無線音声チャネルを通して送信用デジタルデータを受信する。音声活動検出器は音声が音声チャネルのローカル端局から発生されていることを判断する。帯域内信号方式モデムはデジタルデータを合成トーンへ変調する。制御装置はデジタル無線電気通信ネットワークの音声チャネルを介して送信用モデムトーンによって音声へ優先権を提供する。モデム活動検出器は、合成トーンが音声チャネルの遠端局の入力音声に存在することを判断する。第２の制御装置はモデムトーンが音声会話において聞こえないように音声を消音する。第２の帯域内信号方式モデムは合成トーンをデジタルデータへ復調する。出力部はネットワークを介して受信されたデジタルデータを送信する。
【０００６】
追加の特徴及び利点は添付図面に関連して記載する、好ましい実施例の詳細な説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
好ましい実施例の詳細な説明
事前に、図面の図形は厳格なハードウェア又はソフトウェアの図ではないことに留意されたい。むしろ、図に示されるほとんどの構成は実際の実施においてハードウェア及びソフトウェアの組み合わせを含む。本発明は、多数の詳細な設計事項に従って、ハードウェア及びソフトウェアの種々の組み合わせを実現でき、それらの全ては本発明の範囲内にあるとみなされるべきである。
【０００８】
図１は、本発明に従って、モデムバンクへ送信を行う同時帯域内信号方式（ＣＩＢＳ）モデムを備える無線電気通信ネットワークを示す。アナログ音声信号は、パルス符号変調（ＰＣＭ）により、コーダーデコーダ（コーデック）によってデジタル化され、音声活動検出器（ＶＡＤ）へ送信される。ＶＡＤのアルゴリズムは、音声信号内の音声の存在を検出し、音声活動状態をＩＢＳモデムへ送信する。複数の全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星、全地球航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）衛星、及びガリレオ衛星からの放送は全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機によって受信され、航法データが作成される。周期的に、航法データは衛星航法受信機からＩＢＳモデムへ送信される。ＶＡＤは、無音又はノイズが音声信号に存在しかつ送信されるべきデジタルデータが存在すると判断すると、ＩＢＳモデムはネットワークアクセス装置（ＮＡＤ）へ送られるべき合成可聴トーンへ航法データを符号化する。もし、音声が存在すれば、ＩＢＳモデムはＮＡＤへ変更されていない音声信号を送る。
【０００９】
ＮＡＤは、回線交換呼として無線電気通信ネットワークへ通信するか、又はインターネットプロトコル（ＩＰ）パケット交換無線ＬＡＮ呼（ＶｏＷＬＡＮ）として無線インターネットアクセスポイントへ通信する。デジタル無線電気通信ネットワーク及び無線インターネットアクセスポイントは、音声ＰＣＭ信号が、送信用に要求される帯域幅を軽減するために音声符号器（ボコーダ）によって処理されることを要求する。ボコーダは予測符号化技術を使用することによって人間の音声に関連付けられる情報を圧縮する。呼は公衆交換電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）からＩＰネットワークへ、又はその逆へ方向付けることができる。
【００１０】
呼は、モデム活動検出器（ＭＡＤ）によってモデムバンクにて受信される。ＭＡＤは入力ＰＣＭ音声を処理し、アルゴリズム分析信号エネルギー及び周波数成分により、合成可聴トーンの存在を検出する。ＭＡＤは合成トーンが存在しないということを判断すると、モデム活動状態は、アナログ音声信号へ変換するためのコーデックへ音声を方向付けるために電話交換機を制御するのに使用される。ＭＡＤが合成可聴トーンを検出すると、モデム活動状態は音声を、電話交換機を通してＩＢＳモデムへ方向付けるのに使用される。同時に、快適音声ノイズ発生器（ＣＮＧ）からの音声ノイズは電話交換機によってコーデックへ方向付けられる。
【００１１】
ＩＢＳモデムは合成可聴トーンをデジタル航法データへ復号する。航法データは、タイムスタンプ、位置、対地速度、及び対地軌道角度を含む、多数の航法情報タイプの過去のサンプルに基づいて、入力データを濾波しかつ認証する位置処理アルゴリズムへ送られる。その後、航法データは、逆ジオコーディング（reverse geocoding）及びディスプレイ用の地理的情報システム（ＧＩＳ）アプリケーションへ出力される。
【００１２】
図２は、本発明に従って、無線ノードへ送信するモデムバンク内にＣＩＢＳモデムの一例を示す。図１に類似の態様において、アナログ音声信号はコーデックによってデジタル化され、ＰＣＭを使用してＶＡＤへ送られる。ＶＡＤ音声検出アルゴリズムは音声の存在をＩＢＳシステムへ指示し、音声が存在するならば、変更されていない音声信号が、回線交換呼又はボイス・オーバー・アイピーの呼における一連のＩＰパケットとして電気通信ネットワークへ送られる。ＶＡＤが、音声は存在せず、別のアプリケーション、例えば運行管理アプリケーションからのデジタルデータが送信されるべきであると判断すると、ＩＢＳモデムは電気通信ネットワークを介してデジタルデータを送信するために合成可聴トーンへ符号化する。
【００１３】
ＮＡＤはボコーダが符号化音声信号を音声ＰＣＭ信号へ再構築する呼を受信する。ＰＣＭ音声信号は、モデムバンクからの合成可聴トーンを検出しかつＩＢＳモデムへモデム活動状態を提供するＭＡＤによって処理される。ＭＡＤは、合成可聴トーンが存在しないことを指示すると、ＩＢＳモデムはＰＣＭ音声を話者を介して再生できるアナログ信号へ変換するためにコーデックへ送る。合成可聴トーンが存在すると、ＩＢＳモデムは無音を示すＰＣＭ音声をコーデックへ送信することによって、入力音声を消音する。その後、ＩＢＳモデムはその合成可聴トーンをアプリケーションによって送信されるデジタルデータ、例えば作業命令割当へ復号する。このデータは移動可能計算プラットフォーム、例えばラップトップコンピュータへ送信される。
【００１４】
図３は、多チャネル帯域内信号方式（ＭＩＢＳ）モデムを使用することによってデジタルデータを双方向に送信できるようにするための、図１及び図２に存在する構成を示す。１つのチャネル内で送信されるべきデジタルデータを変調するために、第１の周波数ペアを使用することによって、また別のチャネル内で反対方向に送信されるべきデジタルデータを変調するために、第２の周波数ペアを使用することによって、全二重通信リンクがモデムバンク及び無線ノード間に確立できる。
【００１５】
無線ノードからモデムバンクへ送信されるべきデジタルデータに関して、コーデックはアナログ信号をＰＣＭ信号へデジタル化する。ＶＡＤは音声がＰＣＭ音声内に存在するかどうかを判断し、音声活動状態をＭＩＢＳへ送る。音声が存在すれば、ＭＩＢＳモデムはそれをボコーダへ送る。又は、それは移動可能計算プラットフォームから受信されたデジタルデータを合成可聴トーンへ変調し、それらを、ＮＡＤを経由して電気通信ネットワークを介して送信するためにボコーダへ送る。
【００１６】
モデムバンクは無線ノードから呼を受信し、結合ＭＡＤ／ＭＩＢＳモデムへ音声を方向付ける。ＭＡＤは、モデム活動が存在するかどうかを判断し、その状態を交換機へ送る。モデム活動が存在しなければ、音声ＰＣＭは話者に刺激を与えることができるアナログ信号へ変換するためにコーデックへ方向付けられる。合成可聴トーンが存在すれば、ＭＩＢＳモデムはデジタルデータを復調し、それを目的アプリケーションへ送る。交換機はモデム活動が存在するという状態を受信し、ＰＣＭ音声をＣＮＧから、話者を刺激するアナログ信号へ変換するためのコーデックへ送る。
【００１７】
モデムバンクから無線ノードへ送信されるべきデジタルデータに関して、ＶＡＤはアナログ信号を示す、コーデックからのＰＣＭ音声を分析し、音声活動状態信号を発生する。音声が存在すれば、結合ＭＡＤ／ＭＩＢＳモデムはＰＣＭ音声を変更することなく通信ネットワークへ送る。又は、ＭＩＢＳモデムは、アプリケーションから受信されるデジタルデータを、無線ノードにおいてＭＩＢＳモデムによって発生される合成可聴トーンとは異なる１セットの合成可聴トーンを使用して変調する。これらの合成可聴トーンは複数のネットワーク、例えばＰＳＴＮ、ＶｏＩＰを使用するインターネット、及びＶｏＷＬＡＮを使用するローカルエリアネットワークを介する電気通信ネットワークを介して送信される。
【００１８】
ＮＡＤは電気通信ネットワークからの音声を受信し、それを、信号を音声ＰＣＭへ再構成するボコーダへ送る。音声ＰＣＭは、合成トーンが存在するという状態をＭＩＢＳモデムへ提供するＭＡＤによって分析される。合成トーンが存在しなければ、ＰＣＭ音声は変更されずにコーデックへ送られ、話者を刺激するアナログ信号へ変換される。又は、ＭＩＢＳモデムは無音を示すＰＣＭ音声をコーデックへ送り、話者のところで無音に再生される。ＭＩＢＳモデムは、合成可聴トーン周波数の第２のセットに基づいて、音声を復調し、デジタルデータを移動可能計算プラットフォームへ送る。
【００１９】
多くの変更が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上記実施例の細部に適用できることは当業者に自明である。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に従って、無線ノードからモデムバンクへ同時帯域内信号方式を提供する無線電気通信ネットワークを示す図である。
【図２】本発明の別の実施例に従って、モデムバンクから無線ノードへの同時帯域内信号方式を示す図である。
【図３】本発明の別の実施例に従って、無線ノード及びモデムバンク間の双方向の同時帯域内信号方式を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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