(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々のグループで伝送されてきた信号を復号信号にする無線電話用復号器であって、
受信された各伝送信号グループの品質を推定するための第一および第二品質尺度であって、それぞれが前記信号に関する別個の誤り情報を示す第一および第二品質尺度を提供するための手段と、
前記第一および第二品質尺度の関数関係に応じて、所定の品質しきい値に合わない信号グループを無視するための手段と、を備え、ここに前記第一品質尺度と第二品質尺度はそれぞれ、推定信号対雑音比と疑似ビットエラーレートであることを特徴とする無線電話用復号器。
【請求項２】
前記推定信号対雑音比は１つの信号グループの信号対雑音比を示すベクトルであることを特徴とする、請求項１に記載の復号器。
【請求項３】
前記無視するための手段は、前記第一および第二品質尺度の一次結合をしきい値に比較する手段を具備することを特徴とする、請求項１又は２に記載の復号器。
【請求項４】
前記無視するための手段は、前記の品質尺度のいずれか一方もしくは両方に基づいてしきい値を決定するための手段と、該品質尺度の他方もしくは両方の関数を該しきい値と比較する手段と、を具備することを特徴とする、請求項１又は２に記載の復号器。
【請求項５】
前記しきい値は前記信号対雑音比の分散の関数であり、前記疑似ビットエラーレートは該しきい値に比較されることを特徴とする、請求項４に記載の復号器。
【請求項６】
ディジタル無線電話システムで伝送された不良信号グループを識別するための方法であって、
前記信号に関する誤り情報を示す第一品質尺度を判定するステップと、
前記信号に関する誤り情報を示す、別の、第二品質尺度を判定するステップと、
前記第一および第二品質尺度の関数関係に応じて所定の品質しきい値に合わない信号グループを無視するステップと、を有し、ここに前記第一品質尺度と第二品質尺度はそれぞれ、推定信号対雑音比と疑似ビットエラーレートであることを特徴とする方法。
【請求項７】
ディジタル移動電話システムにて不良ＧＳＭ音声フレームを識別するための方法であって、
受信信号の品質の推定は、
各受信バーストの推定信号対雑音比のベクトルであるように推定信号対雑音比ＥＳＮＲを使用し、また
受信され記録された音声フレームの疑似ビットエラーレートＰＢＥＲを使用して実行され、
前記ＥＳＮＲとＰＢＥＲは所定のしきい値と関数関係があり、このしきい値に合わない場合には音声フレームが除去されることを特徴とする方法。
【請求項８】
ｆ（ＥＳＮＲ，ＰＢＥＲ）＞Ｔ
（但し、ｆは変数ＥＳＮＲ及びＰＢＥＲの関数であり、Ｔは所定のしきい値）
が成立する場合に前記音声フレームを除去することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記関数は、音声フレームを除去するための不良決定数が最小となるように形成されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
（Ｃ１＊ＥＳＮＲ）＋（Ｃ２＊ＰＢＥＲ）＞Ｔ、但し、Ｃ１とＣ２は定数であり、この関数は変数ＥＳＮＲとＰＢＥＲの一次結合、である場合に、前記音声フレームが除去されるように、関数として
ｆ（ａ，ｂ）＝（Ｃ１＊ａ）＋（Ｃ２＊ｂ）
を指定することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
関数ｆとしきい値Ｔが適応するように構成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
次式で前記しきい値が計算され、
ＢＦＩ＿ＬＩＭ＝（ＳＮＲ＿ＶＡＲ−Ｃ１）＊Ｃ２＋Ｃ３
（但し、ＳＮＲ＿ＶＡＲは、ＥＳＮＲベクトルの値の分散）
計算の結果得られたＢＦＩ＿ＬＩＭは、Ｃ４≦ＢＦＩ＿ＬＩＭ≦Ｃ５
のように限定されるので、ＰＢＥＲ＞ＢＦＩ＿ＬＩＭ
（但し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５はシミュレーションによって規定される定数）が成立すれば、音声フレームが除去されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディジタルデータ伝送技術、および、ディジタル移動電話システムにおけるその適用に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルデータ伝送時に音声ブロックにビットエラーが発生するため、音声ブロック受信端にて全部のブロックを正しく復号するのは不可能である。従って、不良音声フレームに起因する受話器もしくは送話器の妨害音をなくすためには、何らかの方法を利用して不良音声フレームを除去しなくてはならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＧＳＭ（移動電話特別部会）通話チャネルでは、データ伝送時のエラーを検出するために、各音声フレームに対して三種類のパリティ検査を実施している。しかしながら、これだけでは不十分である。パリティ検査の他に、受信信号の品質を予測するための別の方法も利用すべきである。推定信号品質が良くなければパリティに問題がなくてもその音声フレームは除去されてしまう。受信された唯一のエアーインタフェース信号が雑音の場合でさえパリティ問題なしとなる場合があり得ることを留意されたい。
【０００４】
品質尺度は２種類あり、それらは受信信号の品質を推定するためのそれぞれ方法、即ち信号対雑音比の推定と復号されたチャネルのビットエラーレートの推定で使用される。
これらの方法に対するそれぞれの品質尺度は推定信号対雑音比（ＥＳＮＲ）と疑似ビットエラーレート（ＰＢＥＲ）である。
【０００５】
信号対雑音比を利用する方法を用いる場合、ＥＳＮＲに所定のしきい値を与えることによって品質の悪い音声フレームを検出する。この場合、ＥＳＮＲがしきい値より低いフレームを全て除去する。
【０００６】
一方、ビットエラーレートによる方法を用いる場合は、復号化された音声フレームが記録され、符号化された送信ビットと受信側で受けたビットが比較される。こうして真のビットエラーレートの予測であるＰＢＥＲが求められる。また、ビットエラー数について所定のしきい値を定めることもでき、それにより、ビットエラー数がしきい値よりも高いフレームは全て除去する。
【０００７】
しかしながら、前述の周知の方法はいずれも完全に信頼するに足りるものではない。しきい値を利用する場合、いずれの方法においても、問題のないフレームであるのに除去されるものや、悪いフレームであるのにそのまま残ってしまうものがあった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様によれば、個々のグループで伝送されてきた信号を復号信号にする無線電話用復号器であって、受信された各伝送信号グループの品質を推定するための第一および第二品質尺度であって、それぞれが前記信号に関する別個の誤り情報を示す該第一および第二品質尺度を提供するための手段と、第一および第二品質尺度の関数関係に応じて、所定の品質しきい値に合わない信号グループを無視するための手段と、を備える上記復号器が提供される。
【０００９】
本発明の第二の態様によれば、ディジタル無線電話システムで伝送されて来た不良信号グループを識別するための方法であって、信号に関する誤り情報を示す第一品質尺度を判定するステップと、信号に関する誤り情報を示す、別の、第二品質尺度を判定するステップと、第一および第二品質尺度の関数関係に応じて所定の品質しきい値に合わない信号グループを無視するステップと、を有する上記方法が提供される。
【００１０】
本発明の第三の態様によれば、ディジタル移動電話システムにて不良ＧＳＭ音声フレームを識別するための方法であって、受信信号の品質の推定は、各受信バーストの推定信号対雑音比のベクトルまたはその近似信号対雑音比を表すスカラーであるように推定信号対雑音比ＥＳＮＲを使用し、また受信され記録された音声フレームの疑似ビットエラーレートＰＢＥＲを使用して実行され、前記ＥＳＮＲとＰＢＥＲは所定のしきい値と関数関係があり、このしきい値に合わない場合には音声フレームが除去されることを特徴とする方法が提供される。
【００１１】
音声フレームを復号化すべきか否かを判定するのに二種類の品質尺度を利用することによって、復号化された信号の品質が改善される。品質尺度により、信号に関して、別のエラー情報が得られる。品質尺度の適例は、推定信号対雑音比（ＥＳＮＲ）と疑似ビットエラーレート（ＰＢＥＲ）である。ＥＮＳＲは、各受信バーストの推定信号対雑音比から成るスカラーまたはベクトルにすることができる。
【００１２】
これら二種類の品質尺度は、各々、音声フレームを復号化するか否かを判定するため、測定された変数をしきい値に比べるように関数で関係付けられている。二種類の品質尺度同士は関係がないので、信号の品質について各々別々の推定が得られる。
【００１３】
品質尺度は固定しきい値を一次結合して、これと比較することもできる。一方の品質尺度は各々の受信バーストの推定信号対雑音比から成るベクトルあるいはその近似信号対雑音比を表すスカラーにすることができる。他方の品質尺度は疑似ビットエラーレートにすることができ、受信され記録された音声フレームは、変数ＥＳＮＲと疑似ビットエラーレートＰＢＥＲの関数が所与のしきい値Ｔよりも大きい場合に音声フレームが除去されるようにも利用される。
【００１４】
しかしながら別の選択として、品質尺度の一方もしくは両方により決定された適応しきい値を、他方もしくは両方の品質尺度と比較する。一方の品質尺度をＥＳＮＲから求められる信号対雑音比の分散とし、他方の品質尺度をＰＢＥＲとすることもできるし、あるいは、その逆にすることもできる。
【００１５】
このように、本発明による方法は、受信信号の信号対雑音比の推定ならびに復号化される音声信号の推定ビットエラーレートＢＥＲによって実施される。
【００１６】
本発明の実施例において、受信され復号された音声フレームの、推定信号対雑音比ＥＳＮＲおよびビットエラーレートＰＢＥＲは、受信信号品質を予測する際の基礎として利用されているが、前述のものとは別のやり方の既知の方法もある。
【００１７】
【実施例】
本発明による音声復号器の概略図である添付図面の図１を参照して、以下に本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ＧＳＭプロトコルに基づいて作動する無線電話１のための音声復調器である。信号はアンテナ２を通って復調器３に伝送される。復調器は、無線用高周波部品および、復調器からのベースバンドまたは中間周波信号のためのＡ／Ｄコンバータを具備する。復調器からのディジタル信号出力は、ビット検出器４に供給される。ビット検出器４は等化器を具備し、フレーム復号器５で使用するためにインタリーブされて格納されたバーストデータを検出する。ビット検出器４は、各バーストの信号対雑音比（ＥＳＮＲ）を推定する信号対雑音比推定器６も備えており、この情報を「不良フレーム指示計算」モジュール７に送る。
【００１９】
受信側は最大尤度検出器（ＭＬＳＥ）を利用する。ＳＮＲは、最大尤度パスの累積距離と全入力信号電力から計算される。最適なＭＬＳＥ検出器については、ジョンＧ.プローキス著の「デジタル通信  第二版（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ）」（マグローヒル社）に更に詳しく説明されており、同書は参照により本明細書に組み込まれる。全信号電力はＳ＋Ｎに等しく、（プローキスの公式６．３．５による直接実現形式を想定した場合の）累積距離は雑音電力Ｎに等しい。これにより、信号対雑音比は、（全電力−雑音）／雑音電力  で求められる。しかしながら、推定信号対雑音比を求めるのに別の方法を利用することも可能である。
【００２０】
バーストデータは、畳込み符号復号器８とフレームビルダー９を備え、音声復号器１０に音声フレームを供給するフレーム復号器５に送られる。フレーム復号器５は、疑似ＢＥＲ（ＰＢＥＲ）とも呼ばれるビットエラーレート（ＢＥＲ）の推定も計算し、この情報を「不良フレーム指示計算」モジュール７に送る。この例では、チャネル復号器の出力を再符号化し、これを元のチャネル復号器入力データと比較することによって、ＰＢＥＲの判定が行われる。エラーの訂正が完全であり、ビット数に関して平均したときでさえほぼ間違いがなければ、このＰＢＥＲ判定により正確なエラーレートが得られる。もちろん、他のＰＢＥＲ推定方法も可能である。
【００２１】
「不良フレーム指示計算」モジュールは、ビット検出器から送られたＥＳＮＲならびにフレーム復号器から送られたＰＢＥＲに基づいて、特定の音声フレームを無視するか否かを判定するための手段を備えている。特定の音声フレームを無視すべきか否かを示すＢＦＩサポート信号が生成される。これは音声復号器１０に送られ、音声復号器１０では、無視されるべきフレームの復号を行わない。
【００２２】
音声復号器では、フレーム復号器から送られた音声フレームを復号化する。復号器は音声フレームのパリティとＢＦＩサポートを検査して、音声フレームが使用可能かどうかを判定する。この判定を行うことのできる方法は、ＧＳＭ勧告のシリーズ０６に詳細に説明されており、同書は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２３】
音声フレームは、次の数式が成立する場合に除去される。
ｆ（ＥＳＮＲ，ＰＢＥＲ）＞Ｔ
ここで、ｆは変数ＥＳＮＲとＰＢＥＲの関数、Ｔは最適なしきい値である。
【００２４】
本発明による例示解において、関数ｆは次のように指定される。
ｆ（ａ，ｂ）＝（Ｄ１＊ａ）＋（Ｄ２＊ｂ）
【００２５】
従って、次の数式が成立する場合、例示解において音声フレームは除去される。
（Ｄ１＊ＥＳＮＲ）＋（Ｄ２＊ＰＢＥＲ）＞Ｔ
ここで、Ｄ１とＤ２は定数であり、関数は変数ＥＳＮＲとＰＢＥＲを一次結合したものである。
【００２６】
この関数は、品質尺度、即ち、音声データフレームにおける推定ビットエラーの数、および、音声データがインターリーブされる各（８）バーストについて測定された信号対雑音（干渉）比、を一次結合したものである。
【００２７】
信号対雑音比（ＳＮＲ）の数字、即ち、インターリーブの深さを越えるバーストのＳＮＲ値の分散から、別の品質尺度を導き出すことができる。この尺度は、疑似ビットエラーレート測定値（疑似ＢＥＲ）と組み合わせて利用することもできる。
【００２８】
ディジタル信号プロセッサを使用してこの関数を数的に表現することもできる。しかしながら、関数を表形式にすることも可能であり、それによりＥＳＮＲとＰＢＥＲは表の指標となり、関数値は表の指標付き変数となる。本発明は、ディジタル信号プロセッサ、集積回路、集積マイクロプロセッサを利用して実施することもできる。
【００２９】
大量の音声フレームが不必要に除去されて知覚される音声の品質が劣化することのないよう、音声フレーム除去のための疑似決定数が最小限となることが望ましい。
【００３０】
関数ｆとしきい値Ｔは固定することもできる。しかしながら、システムを適応させることによって更にフレキシブルな復号器が得られる。即ち、種々の管理方法において、種々の関数またはしきい値を使用することができる。例えば、ビットエラーが非常に短いバーストで発生し、信号品質がかなり良好である場合、知覚される音声の品質は、大量の不良音声フレームを除去することによって改善される。従って、全体的に比較的高品質な信号の非常に短いバーストでビットエラーが発生する傾向があることが観察された場合には、しきい値Ｔは低くなるであろう。種々の条件下で、しきい値を低くすると、知覚される音声品質がたいして改善されない状態で除去フレーム数ばかりが増える可能性がある。
【００３１】
例示適応解では、ＥＳＮＲに応じる信号から計算されるしきい値を利用して、ＰＢＥＲと比較されるしきい値ＢＦＩ＿ＬＩＭを求める。しきい値ＢＦＩ＿ＬＩＭは次の数式を利用して計算する。
ＢＦＩ＿ＬＩＭ＝（ＳＮＲ＿ＶＡＲ−Ｃ１）＊Ｃ２＋Ｃ３
ここで、ＳＮＲ＿ＶＡＲは、ＥＳＮＲベクトルの値の分散である。ＢＦＩ＿ＬＩＭは、基本的には前述のＳＮＲ分散に基づいて調整される定数（Ｃ３）である。ＥＳＮＲベクトルの値の分散は、ＰＢＥＲと比較される限界値が、遭遇する特殊環境に適合するように、各ベクトルが８個の要素を持っている状態でバースト単位で決定される。
【００３２】
次いでＢＦＩ＿ＬＩＭ値は、定数Ｃ４とＣ５を利用して、いずれか固定範囲に限定できる。こうして得られたＢＦＩ＿ＬＩＭ値は、高い方の許容限界に対応する値と低い方の許容限界に対応する値による範囲内に保たれる。しきい値が高すぎる場合は、除去されるべきフレームが除去されず、低すぎる場合は除去されたはずのフレームが除去されていない可能性が高い。ＢＦＩ＿ＬＩＭ値の範囲は、次のように決定される。
Ｃ４≦ＢＦＩ＿ＬＩＭ値≦Ｃ５
【００３３】
次式が成立すれば、適応例示解にて音声フレームが除去される。
ＰＢＥＲ＞ＢＦＩ＿ＬＩＭ
【００３４】
ここで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５はシミュレーションを実行することによって好ましく決定される定数である。
【００３５】
ＢＦＩ＿ＬＩＭパラメータは、フレーム削除決定がなされる時にＰＢＥＲに比較されるしきい値として利用される。ＰＢＥＲが計算されたしきい値ＢＦＩ＿ＬＩＭ値を上回る場合、音声フレームは削除される。
【００３６】
定数Ｃ１〜Ｃ５は、起りうる最高の音声品質が得られるように選択される。利用できる最適化方法はいくつかある。固定関数と前述の適応関数の両方を最適化する可能な方法の一つは、受信側全体連鎖モデルを含むシミュレーションを実行し、いくつかの異なる伝播条件および信号対干渉比を規定するというものである。最適な音声品質が達成されるようにパラメータ値を変更できる。客観的聴取試験または客観的フレームエラーレート測定を利用することができる。試験を正確に再生できるだけでなく、音声品質を測定しながら「実生活」試験も利用できるので、シミュレートされたモデルが好ましい。客観的測定により、最少削除フレーム数−ビットエラーがあるのに削除されないフレーム数の比率が分かる。即ち、エラーが含まれているフレームの数を最小限にしながら、最少数のフレームを削除すべきである。
【００３７】
上記で使用される定数は、音声品質が最適になるように選択される。一般的には、ＢＦＩ処理により、最も重要なビットが誤っていそうな全部の音声フレームを除去すべきである。一方では、削除によって音声情報が失われるので、削除する音声フレームはできるだけ少なくすべきである。従って、聞き取れる雑音を生じるエラーが含まれている音声フレームと、削除されて音声を失ってしまう音声フレームとの間の最善の折衷案を求める必要がある。
【００３８】
ＢＦＩ要件を達成するための第一段階は、ＰＢＥＲ測定値を利用して、（ＰＢＥＲ測定で予測された）エラーが多すぎる全部の音声フレームを削除する、即ち、疑似ＢＥＲが所与のしきい値を越えるフレームを削除する。この基本作業には、疑似ＢＥＲ測定を利用して求めたエラー数が、音声復号器によって利用されるビット中のエラー数を正確に反映しないという欠点がある。これは、疑似ＢＥＲはチャネルコーディックの入力側のエラー数を予測するのに対し、チャネルコーディック出力側（即ち、音声復号器の入力側）のエラー数は信号の条件によって著しく変化するからである。例えば伝播条件が静的であれば、チャネルコーディックが受け取る入力信号中のエラーは、フェージングチャネルと比較して著しく少ない。チャネルの条件に基づいてＰＢＥＲしきい値（ＢＦＩ＿ＬＩＭ）を適応的に変更することによって、ＢＦＩの計算の際、この性状を考慮に入れることができる。
【００３９】
これは、伝送チャネルがいずれかの速度にて静的であるか、フェージングであるかを示すＳＮＲ＿ＶＡＲを測定することによって行われるのが好ましい。ＰＢＥＲの限界は、前述の方法、即ち（ＳＮＲ＿ＶＡＲ−Ｃ１）＊Ｃ２においてパラメータＣ１とＣ２を用いて測定されたＳＮＲ＿ＶＡＲを変更することによって決定される。ここで、パラメータＣ１は静的チャネル条件と動的チャネル条件のあいだのしきい値を表すＳＮＲ＿ＶＡＲに相当し、Ｃ２はＢＦＩ＿ＬＩＭ値の変更対チャネルフェージング強度の感度に影響を及ぼす。
【００４０】
異なるチャネル条件におけるＳＮＲ＿ＶＡＲパラメータの測定性状を利用して適応部分を考案できる。次表は、シミュレーションモデルを利用して導き出された一例である。ＳＮＲ＿ＶＡＲ値は、種々の信号対干渉比ならびに種々の伝播条件（伝播条件の諸例は、ＧＳＭ規格書に定義されているもの）において測定された値である。
【００４１】
Ｅｂ／ＮｏまたはＣ／Ｉ（信号対干渉比）
チャネル特性    ０ ｄＢ      ６ ｄＢ      １０ ｄＢ    ２０ ｄＢ
静止            ２.２０      ０.１３      ０.１１      ０.１１
ＴＵ３ Ｃ/ Ｉ   ０.３４      ０.２４      ０.２１      ０.１６
ＴＵ５０        ０.７４      ０.７６      ０.７２      ０.５４
ＴＵ５０Ｃ/ Ｉ  １.６１      １.６        １.４５      ０.７７
ＨＴ１００      ０.７９      ０.７７      ０.７７      １.０２
ＲＡ２５０      ０.８４      ０.８４      ０.８４      ０.６
ＲＡ250 C/I     １.９９      １.９        １.６９      ０.８１
表中の略号は、ＧＳＭ仕様書０５．０５にチャネルプロファイルとして定義されるもので、当業者には良く知られたものである。
因みに、「静止」は、STATIC = AWGN( Additive White Gaussian Noise Channel) を示し、ＴＵは、典型的な市街地（Typical Urban)を示し、これに付属する数値は、速度（Km/h) を表す。
C/I は搬送波（Carrier)の干渉波(Interference)に対する比を、又ＨＴは丘陵地帯（Hilly Terrain)を示す。
【００４２】
表中の数字より、静止もしくはゆっくりしたフェージングである場合にはＳＮＲ＿ＶＡＲは低く、速いフェージングの場合にはＳＮＲ＿ＶＡＲは高いことが分かる。この性能向上した疑似ＢＥＲに基づいた不良フレーム指示方法は、ＢＦＩの性能を更に高めるために、本発明報告の冒頭に記載の信号対雑音比測定と組み合わせることもできる。
【００４３】
ＧＳＭにおける一特定例として、音声フレームは、ＢＦＩ作業の比較箇所であるフレーム復号器の畳込み符号復号器の出力側にて３７８ビットである。適応ＰＢＥＲの測定（即ち、ＢＦＩ＿ＬＩＭ）は、代表的には、一個の音声フレームのエラー数が５０〜６０個という範囲、即ち、Ｃ４＝５０，Ｃ５＝６５、に限定される。一例をあげると、代表的には、Ｃ１は０.３、Ｃ２は２０、Ｃ３は５０である。
【００４４】
品質尺度を結合するいずれかの数式には、同様の最適化方法を適用することができる。
【００４５】
本発明による方法は、従来の方法よりもはるかに信頼性が高い。本発明による方法ならびに装置を利用することによって、音声の品質を著しく改善することができる。
【００４６】
本発明は、いずれか新規な特徴または本明細書中に明示的または暗示的に開示された特徴の組み合わせを含むものであり、あるいは、クレームされた発明と関係が有るか否か、または、記載の問題のいずれかまたは全部を軽減するか否かに関わらず、その概念を含むものである。
【００４７】
前記説明に基づいて、当業者が本発明の範囲内で種々の変更を実施できるであろうことは明らかである。特に本発明はＧＳＭ以外のプロトコルでの使用にも適応可能である点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による音声復号器の概略図である。
【符号の説明】
１…無線電話
２…アンテナ
３…復調器
４…ビット検出器
５…フレーム復号器
６…信号対雑音比推定器
７…不良フレーム指示計算モジュール
８…畳込み符号復号器
９…フレームビルダー
１０…音声復号器
【図１】
0004125386.tif 000002