(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全地球移動通信システム（ＧＳＭ）プロトコルを用いてセルラ電話機に位置データを自動的に供給する方法であって、
ＧＳＭセルラ電話機に一体化された全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を用いて位置データを得るステップと、
前記位置データを編集しフォーマットして、各秒毎に固定数のデータ・ビットを収容するステップであって、前記固定数のビットが、３つの直交方向に対する位置データと、同一の３方向に対する速度データと、前記データの信頼性を表す性能指数とを表す、ステップと、
前記位置データをバッファ内に格納するステップと、
ＧＳＭセルラ電話機からの送信のためにボイス・データのサンプルを処理するステップと、
ボイス・データのクラス１ｂおよびクラスＩＩの少なくとも一部分を選択的に上書きすることによって、ボイス・データの連続サンプル内に位置データを埋め込み、前記一部分は再生されたスピーチの実質上聴取可能な劣化となる部分よりも少ない、ステップと、
前記埋め込まれた位置データを含む前記ボイス・データの連続サンプルを送信するステップと、
ボイス・データの連続サンプルおよび埋め込まれた位置データをセルラ電話機の受信機において受信するステップと、
受信したボイス・データの連続サンプルから、前記埋め込まれた位置データを復元するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記毎秒毎の固定数のビットは、９ワードの位置データと、９ワードの速度データと、前記性能指数を収容する１ワードとを含む、１９個の１６ビット・ワードとしてフォーマットされる、方法。
【請求項３】
全地球移動通信システム（ＧＳＭ）プロトコルを用いたセルラ電話機であって、
ボイス・サンプリング・モジュールと、
レギュラ・パルス励振／長期予測器（ＲＰＥ／ＬＴＰ）を利用したＧＳＭボイス圧縮モジュールと、
前記電話機に一体化され、ＧＰＳ位置データを発生する全地球測位システム（ＧＰＳ）と、
前記ＧＰＳ位置データを再フォーマットするＧＰＳデータ・エディタであって、前記位置データが各秒毎に固定数のデータ・ビットを収容し、該固定数ビットが、３つの直交方向に対する位置データと、同一の３方向に対する速度データと、前記データの信頼性を表す性能指数とを表す、ＧＰＳデータ・エディタと、
ボイス・サンプルが使用可能となるまで、ＧＰＳデータを一時的に格納するＧＰＳデータ・バッファと、
ボイス・データのクラス１ｂおよびクラスＩＩの少なくとも一部分をＧＰＳデータで選択的に上書きすることによって、ＧＰＳデータをボイス・データの連続サンプルにエンコードし、前記一部分は再生されたスピーチの実質上聴取可能な劣化となる部分よりも少ない、ＧＰＳデータ注入モジュールと、
前記ボイス・データの連続サンプルを送信する送信機と、
別のセルラ電話機から送信されたボイス・データを受信する受信機と、
受信した連続ボイス・サンプルから、埋め込まれた位置および速度データを復元するＧＰＳデータ復元モジュールと、
を備えたセルラ電話機。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記位置データは、前記ボイス・データが処理されるのと同一のレートで得られる方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記ボイス・データに上書きするステップは、ボイス・データの０と３５％との間で上書きすることを含む方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記ボイス・データに上書きするステップは、ボイス・データの約６％を上書きすることを含む方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記位置データを格納するステップは、ボイス・データ・サンプルが使用可能になるまで位置データを格納することを含む方法。
【請求項８】
請求項３記載のセルラ電話機において、前記ＧＰＳデータ注入モジュールは、ボイス・データを０と３５％との間で位置データと置換するセルラ電話機。
【請求項９】
請求項３記載のセルラ電話機において、前記ＧＰＳデータ注入モジュールは、ボイス・データの約６％を位置データと置換するセルラ電話機。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、前記位置データが周期的に得られ、位置データが得られるときのみ、位置データの編集、フォーマット化、および埋め込みが行われる、方法。
【請求項１１】
全地球移動通信システム（ＧＳＭ）プロトコルを用いてセルラ電話機に位置データを自動的に供給する方法であって、
ＧＳＭセルラ電話機に一体化された全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を用いて位置データを得るステップと、
前記位置データを編集しフォーマットして、各秒毎に固定数のデータ・ビットを収容するステップであって、前記固定数のビットが、３つの直交方向に対する位置データを表す、ステップと、
前記位置データをバッファ内に格納するステップと、
ＧＳＭセルラ電話機からの送信のためにボイス・データのサンプルを処理するステップと、
ボイス・データのクラス１ｂおよびクラスＩＩの少なくとも一部分の選択されたビットをＧＰＳデータで上書きすることによって、ボイス・データの連続サンプル内に位置データを埋め込み、前記一部分は再生されたスピーチの実質上聴取可能な劣化となる部分よりも少ない、ステップと、
前記埋め込まれた位置データを含むボイス・データの連続サンプルを送信するステップと、
ボイス・データの連続サンプルおよび埋め込まれた位置データをセルラ電話機の受信機において受信するステップと、
受信したボイス・データの連続サンプルから、前記埋め込まれた位置データを復元するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記固定数のビットが、更に、前記３方向と同一の方向に対する速度データと、前記データの信頼性を表す性能指数とを表す、方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の方法において、前記毎秒毎の固定数のビットは、９ワードの位置データと、９ワードの速度データと、前記性能指数を収容する１ワードとを含む、１９個の１６ビット・ワードとしてフォーマットされる、方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、前記位置データは、前記ボイス・データが処理されるのと同一のレートで得られる方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の方法において、前記ボイス・データに上書きするステップは、ボイス・データの０と３５％との間で上書きすることを含む方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記ボイス・データに上書きするステップは、ボイス・データの約６％を上書きすることを含む方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の方法において、前記位置データを格納するステップは、ボイス・データ・サンプルが使用可能になるまで位置データを格納することを含む方法。
【請求項１８】
請求項１１記載の方法において、前記位置データが周期的に得られ、位置データが得られるときのみ、位置データの編集、フォーマット化、および埋め込みが行われる、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、移動電話システムまたはセルラ電話システムに関し、更に特定すれば、全地球移動通信システム（ＧＳＭ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）として知られている基準の下で動作する移動電話機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
警察、医療援助、火事および救出のような場合に緊急サービスを提供するため、更にシステムのオペレータに改良されたセルラ通信を提供するのに役立てるためにも、セルラ電話機のユーザ位置を特定する必要性があることは、良く認識されている。全地球測位システム（ＧＰＳ）は、ＧＰＳ受信機のユーザが彼らの各位置を高精度で判定可能とするものである。ＧＰＳ受信機は、地上または地球近傍のあらゆる場所でのナビゲーションや、精測探査業務を含む種々の用途に用いられている。ＧＰＳデータは、従来からの緯度および経度で、または道路の番地によって与えることができる。移動電話機のユーザに関するＧＰＳ位置データを、システム・オペレータに、また発信側ユーザの電話機からボイス・データを受信することを指定されているユーザにも、入手可能にすれば望ましいと思われる状況が多数あることが、前述のことから認められよう。本発明は、この要望に対処するものであり、以下の概要および詳細な説明から明らかとなろう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＧＳＭセルラ電話機が送信するボイス・データの連続サンプル内に、ＧＳＭセルラ電話機に関するＧＰＳ位置データを埋め込むための新規な方法、およびその使用のための対応する装置を提供する。ＧＰＳデータは、ＧＳＭセルラ電話機に一体化されたＧＰＳ受信機から得られ、電話機位置データをボイス・データの受信機に提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
端的に、そして一般的に言えば、本発明の方法は、ＧＳＭセルラ電話機に一体化されている全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を用いて位置データを得るステップと、位置データをバッファ内に格納するステップと、ＧＳＭセルラ電話機からの送信のためにボイス・データのサンプルを処理するステップと、ボイス・データの連続サンプル内に位置データを埋め込むステップと、埋め込んだ（エンベッド）位置データを含む、前記ボイス・データの連続サンプルを送信するステップと、ボイス・データの連続サンプルおよび埋め込んだ位置データをセルラ電話機の受信機において受信するステップと、前記ボイス・データの連続サンプルから、前記埋め込んだ位置データを復元するステップとを含む。
【０００５】
更に具体的には、位置データを得る前記ステップは、前記位置データを編集しフォーマットして、各秒毎に固定数のデータ・ビットを収容するステップを含む。更に、前記固定数のビットは、３つの直交方向に対する位置データと、同一の３方向に対する速度データと、前記データの信頼性を表す性能指数とを表す。本発明の例示的な実施形態では、前記毎秒毎の固定数のビットは、９ワードの位置データと、９ワードの速度データと、前記性能指数を含む１ワードとを含む、１９個の１６ビット・ワードとしてフォーマットされる。
【０００６】
また、本発明は、全地球移動通信システム（ＧＳＭ）プロトコルを用いたセルラ電話機として定義することもできる。この電話機は、ボイス・サンプリング・モジュールと、レギュラ・パルス励振／長期予測器（ＲＰＥ／ＬＴＰ）を利用したＧＳＭボイス圧縮モジュールと、前記電話機に一体化され、ＧＰＳ位置データを発生する全地球測位システム（ＧＰＳ）と、前記ＧＰＳ位置データを再フォーマットするＧＰＳデータ・エディタと、ボイス・サンプルが使用可能となるまで、ＧＰＳデータを一時的に格納するＧＰＳデータ・バッファと、ボイス・データから選択したビットをＧＰＳデータと交換することにより、ＧＰＳデータをボイス・データの連続サンプルにエンコードする、ＧＰＳデータ注入モジュールと、前記ボイス・データの連続サンプルを送信する送信機と、別のセルラ電話機から送信されたボイス・データを受信する受信機と、受信した連続ボイス・サンプルから、埋め込まれた位置および速度データを復元するＧＰＳデータ復元モジュールとを備える。
【０００７】
前述のことから、本発明は、ＧＳＭフォーマットでＧＰＳ位置データをボイス信号と組み合わせる際に有用な技術を提供することが認められよう。本発明のその他の態様および利点は、図面を参照する以下の詳細な説明から明白となろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
例示の目的で図面に示すように、本発明は、全地球移動通信システムとして知られている１組のプロトコルの下で動作するセルラ即ち移動電話機に関する。本明細書では、全地球移動通信システムのことを省略してＧＳＭと呼ぶことにする。本発明によれば、ＧＳＭ電話機内に一体化されている全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機から得た位置データを、ＧＳＭ電話機から送信されるボイス・データの連続サンプル内に埋め込み、ＧＳＭ受信機において受信し復元する。
【０００９】
図１は、ＧＰＳデータをボイス・データのサンプル内に埋め込む際に用いられる主要構成要素を示すブロック図である。参照番号１０で示すＧＰＳ受信機は、出力ライン１２上に、ＧＰＳ位置データのストリームを与える。ＧＰＳデータ・プロセッサ１４において、ライン１２上のデータ・ストリームを編集（エディット）し、ボイス・データ信号を処理するレートに一致した固定レートでＧＰＳデータを与える。この例では、ＧＰＳデータ・プロセッサ１４は、入来するＧＰＳ位置データを編集して、毎秒３０４ビットのレートで、出力ライン１６上に編集ＧＰＳデータ・ストリームを与える。ライン１６上の編集ＧＰＳデータ信号は、バッファ・メモリ１８内に格納され、２０ミリ秒（ｍｓ）サンプル単位でライン２０を通じて供給されるボイス・サンプルに埋め込まれる前に、ここに保持される。ブロック２２に示すエンベッド（埋め込み）プロセスでは、バッファ１８からライン２４を通じて供給されるＧＰＳデータ・ビットは、１９個の連続するボイス・サンプルに埋め込まれる。ボイス・サンプルの各々は２６０ビットを収容する。したがって、毎秒３０４ビットのＧＰＳデータ・ブロックが、１９個の連続するスピーチ・サンプル内に、１９個の１６ビット・ワードとして埋め込まれる。各スピーチ・サンプルが２６０ビットを収容するので、ＧＰＳデータによって転化される各ボイス・サンプルは、１６／２６０、即ち、約６％に過ぎない。
【００１０】
図２は、本発明によるＧＳＭ／ＧＰＳシステムのデータ・プロセス・フローを示す。ＧＳＭハンドセット３０において受信したボイス信号は、ブロック３２に示すように、サンプリングされ、次いでブロック３４に示すように、レギュラ・パルス励振／長期予測器（ＲＰＥ／ＬＴＰ：Ｒｅｇｕｌａｒ  Ｐｕｌｓｅ  Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ／Ｌｏｎｇ−Ｔｅｒｍ  Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）と呼ばれるコーダ（符号器）を利用したＧＴＳＭボイス圧縮を用いて、エンコード（符号化）および圧縮が行われる。次いで、ＧＰＳデータ信号は、３６に示すように、エンコード・ボイス・サンプルに注入される。得られた信号には、ブロック３８に示すように従来のＧＳＭチャネル・エンコードが行われ、ブロック４０に示すようにバースト・ネットワーク送信が行われる。模式的に４２で示すようにセルラ・ネットワークを通じた送信の後、信号は、別のＧＳＭ電話機４４によって受信され、従来通りのＧＳＭ処理ステップで処理される。これらのステップには、フレーム・サンプルの受信４６およびチャネル・デコード４８が含まれる。この時点で、本発明によれば、５０で示すように、ＧＰＳデータ信号を抽出し、その後、スピーチ・ブロック・デコードの最終ＧＳＭステップ５２が行われる。この図からは明白ではないが、ＧＰＳデータは、ネットワーク４２における基地局受信機（図示せず）においても抽出することができる。抽出されたＧＰＳ位置データは、ＧＰＳ表示装置５４において表示することができる。ＧＰＳ表示装置５４は、受信ハンドセット４４内に一体化することができ、あるいはセルラ・ネットワーク４２内のいずれかにあるネットワーク受信機に配置することもできる。
【００１１】
ボイス・データのＧＳＭエンコードでは、スピーチ（音声）を８ｋＨｚ、サンプル当たり１２ビットのレートでサンプリングし、ＲＰＥ／ＬＴＰコーダ３４によって、各々２０ミリ秒（ｍｓ）レートの２６０ビットのフレームに圧縮する。ＧＳＭボイス・データの各フレーム内のビットは、スピーチ再生におけるその重要性に基づいて、３つの主要なクラスに分類することができる。クラス１ａと指定され、最も重要であると見なされるデータが５０ビットある。加えて、クラス１ｂと指定され、レギュラ・パルス励振（ＲＰＥ）ポインタおよびパルス・データならびに長期予測器（ＬＴＰ）パラメータを規定するデータが１３２ビットある。最後に、クラス‖と指定され、ＲＰＥパルスおよびフィルタ・パラメータを表すデータが７８ビットある。各フレームにおける後者のクラスのビットは、エンコード・スピーチの再生の観点からは、最も重要度が低いと考えられる。
【００１２】
本発明を実施する際、ＧＰＳデータ・ビットは、クラス１ｂまたはクラスＩＩ分類（カテゴリ）から選択されたスピーチ・フレーム・データ・ビットにオーバーライト（上書き）される。経験的に、クラス１ｂおよびクラスＩＩのビットのみを用いると、再生したスピーチにおいて聴取可能な相違が全く検出されることなく、ＧＳＭフレームの３５％は上書き可能であることがわかった。本発明では、各フレーム毎に、約６％のビット（１６ビット）のみを上書きする。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、冗長性のためにＧＰＳデータ信号を各秒毎に２回送信する。ＧＰＳデータの１９ワードの内、いずれのワードでもビット・エラーのために失われる可能性があると想定されるので、１９ワードを２回送信すれば、送信のいずれの１秒においてもＧＰＳデータ損失の潜在的可能性は低下する。用いるフォーマットは、第１ＧＰＳデータ・セット（１９フレーム）、その後ろに０が６フレーム分、次いで第２ＧＰＳデータ・セット（１９フレーム）、その後ろに１が６フレーム分続く。合計で５０フレーム（１９＋６＋１９＋６）となり、勿論、ＧＳＭエンコーダが発生するスピーチ・データのフレーム数に対応する。
【００１４】
各ＧＰＳデータ・セット内におけるＧＰＳデータの順序は、本発明には重要ではないが、好適な実施形態では、１９フレームのデータ・セットは次のように整列されている。（１）９つの１６ビット・ワードの位置データ（例えば、緯度、経度および高度）、（２）９つの１６ビット・ワードの速度データ（例えば、西、北および上昇速度）、および（３）衛星捕捉、時間ロック、ナビゲーション分解能およびエラー近似のプログレス（進展）を示す、１６ビットの性能指数（ＦＯＭ：ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）。ＧＰＳを用いた位置判定は繰り返しプロセスであるので、その精度は種々のファクタによって異なり、位置測定には常に誤差が生ずる可能性がある。各測定値集合に添付するＦＯＭは、位置測定値、またはその精度の尺度として解釈するために用いることができる。
【００１５】
以上の説明から、本発明は移動電話システムにおける重要な進歩を表すことが認められよう。即ち、本発明は、ＧＳＭ電話システムにおいて既存のボイス・データ・フォーマットの範囲内で位置データの自動エンコードを可能にする。また、例示の目的のために本発明の具体的な実施形態について詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることも認められよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲以外によっては、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明がいかにしてボイスおよびＧＰＳ位置データを組み合わせて送信するかを示すブロック図である。
【図２】本発明によるＧＳＭ／ＧＰＳシステムのデータ・プロセス・フローを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    ＧＰＳ受信機
１４    ＧＰＳデータ・プロセッサ
１８    バッファ・メモリ
２２    エンベッド・プロセス
３０    ＧＳＭハンドセット
３２    サンプラ
３４    レギュラ・パルス励振／長期予測器（ＲＰＥ／ＬＴＰ）
３６    ＧＰＳ信号埋め込み回路
３８    ＧＳＭチャネル・エンコーダ
４０    バースト・ネットワーク送信
４２    セルラ・ネットワーク
４４    ＧＳＭハンドセット（受信機）
４６    フレーム・サンプル受信機
４８    チャネル・デコーダ
５０    ＧＳＰデータ信号抽出器
５２    ＧＳＭスピーチ・ブロック・デコーダ
５４    ハンドセットＧＰＳディスプレイ
【図１】
0003850675.tif 000002
【図２】
0003850675.tif 000003