JP3650800B2 - 異なるネットワークのターミナル間のスピーチ送信 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一方が移動電話ネットワークのターミナル装置でありそして他方がインターネットへアクセスするターミナル装置である２つのターミナル装置間のスピーチ送信に係る。
先行技術の説明
デジタル電話システムでは、デジタルスピーチ信号がスピーチコード化において種々の方法を用いて例えば約20msのフレームにより処理され、各フレームごとに１組のスピーチ描写パラメータが得られる。この情報即ち１組のパラメータは、チャンネルコード化されて送信経路へ送られる。
図１は、GSMネットワークを送信の観点から簡単に示した図である。ネットワークサブシステムNSSは、移動交換センター15MSCを備え、そのシステムインターフェイスを通して移動電話ネットワークが公衆交換電話ネットワークPSTNのような他のネットワークに接続される。ネットワークインターワーキングファンクション16IWFは、GSMネットワークをこれらの他のネットワークに適応させるように設計される。ネットワークサブシステムNSSは、Ａインターフェイスを経てベースステーションサブシステムBSSに接続され、このサブシステムはベースステーションコントローラBSC14を備え、その各々は、それに接続されたベーストランシーバステーションBTS13を制御する。ベースステーションコントローラと、それに接続されたベーストランシーバステーションとの間のインターフェイスは、Abisインターフェイスである。又、ベーストランシーバステーションは、無線インターフェイスを経て移動ステーションとも無線通信する。
スピーチコード化は、無線インターフェイスの両側で行なわれ、即ち移動ステーション及びネットワークにおいて行なわれる。ネットワーク側に配置されたスピーチエンコーダは、トランスコーダと称され、トランスコーダ・レートアダプタユニットTRAUの一部分である。このユニットは、ベースステーションサブシステムBSSの一部分であり、そして図１のようにベースステーションコントローラ14に関連して配置されてもよいし、又は移動サービス交換センターに関連して配置されてもよい。トランスコーダは、スピーチをデジタル形態から他の何らかの形態に変換し、例えば、センターからＡインターフェイスを経て到来する64kビット/sのＡ法則PCMを、ベースステーションラインへ搬送するための13kビット/sの全レートFRコードスピーチへと変換し、そしてその逆にも変換する。送信がデータ送信である場合には、レート適応も実行する。
ネットワーク側では、トランスコーダユニットは、効率的なデコードを行うために無線インターフェイスから情報を得なければならない。このため、ベーストランシーバステーションとトランスコーダユニットとの間でスピーチ又はデータが送信される同じチャンネルに特殊なインバンド信号が使用される。
FRスピーチコーダ入力は、ネットワーク側から到着する13ビットのPCM信号であるか、又は移動ステーションの音声側から到着するA/D変換された13ビットのPCM信号である。コーダ出力から得られるスピーチフレーム、いわゆるTRAUフレームは、20msの巾を有し、そして160個のPCMコードスピーチサンプルをコード化することにより形成された260ビットを含む。更に、TRAUフレームは、フレーム同期、スピーチ及びデータの指示、タイミング及び他の情報に使用できる60ビットを有し、従って、TRAUフレームの全長は320ビットとなる。半レートHFスピーチコーダにより形成されるフレームは112ビットを含み、これは5.6kビット/sのビット流に等しい。改善型全レートEFRにより形成されるフレームは244ビットを含み、これは12.2kビット/sのビット流に等しい。
図１は、GSMに使用されるチャンネル当たりの送信レートを示す。移動ステーションは、無線チャンネル上の無線インターフェイスを経てスピーチ又はデータ情報をトラフィックフレームとして送信する。ベーストランシーバステーション13は、情報を受信し、そしてそれをPCMラインのサブタイムスロットへのTRAUフレームに送信する。全レート接続は16kビット/sのTRAUフレームを使用し、一方、半レート接続は8kビット/sのTRAUフレームを使用する。PCMラインの同じ64kビット/sのタイムスロットでは、４又は８個のトラフィックチャンネルがこのように得られる。ベースステーションコントローラ14では、トランスコーダ／レート適応ユニットTRAUが、TRAUフレームに含まれたデジタル情報を64kビット/sのレートに変換し、そしてデータはこのレートで移動サービス交換センターに送信され、ここで、変調及びレート変更がもし必要とされる場合にはそれが行われた後に、情報が他のネットワークに送信される。
上記の構成において、２つの移動ステーション間のコールの二重スピーチコード化がネットワークにおいて実行され、即ち第１の移動ステーションから送られるスピーチであってTRAUフレームで送信されそして移動ステーションのスピーチコーダでコード化されたスピーチは、TRAUユニットにおいてデコードされ、その際に、スピーチはPCMスピーチとして移動サービス交換センターへ贈られ、そしてそこから、例えば、同じセンターエリアの別の位置エリアに配置されたTRAUへ更に送られ、該ユニットはスピーチをTRAUフレームにコード化する。この二重コード化は、タンデムコード化と称する。移動ステーションが同じスピーチコーデックを使用する場合には、それらの間のタンデムコード化が不要となり、スピーチの質低下のみを生じる。それ故、タンデムコード化を防止する種々の方法が提案されている。そのほとんどの方法に共通した特徴は、１つ又は多数の下位ビットで形成されたサブチャンネル上でPCMタイムスロットにおいてコード化スピーチパラメータを送信する一方、残りのビットを使用して、PCMサンプルの最上位ビットを送信することにより、タンデムコード化を防止するというものである。他端にあるTRAUユニットが、サブチャンネルにTRAUフレームがあることに気付いた場合には、それらのコード化を行なわず、それらを更に送信し、従って、パラメータは、移動ステーションのみにおいてスピーチにデコードされる。トランスコーダがサブチャンネルを識別できない場合には、PCMサンプルを通常の仕方でスピーチパラメータにコード化する。これらの方法は、主として、サブチャンネルに送信されたサンプルをエンコードしないことをトランスコーダがいかに知るかについて互いに相違する。情報は、トランスコーダ間でハンドシェークを行うか、サブチャンネルの信号パターンを監視するか、又は移動サービス交換センターがそのことをトランスコーダに通知するようにさせることにより、中継することができる。
現在の移動電話ネットワークは、コールが同じ移動電話ネットワーク内を移動するか、又は回路交換PSTN/ISDNネットワークによりある移動電話ネットワークから別の移動電話ネットワークへ移動するときに、各々移動電話ネットワークの加入者である２人の当事者間でスピーチ送信を行うことができる。又、他の加入者は、回路交換PSTN/ISDNネットワークの加入者であってもよい。全ての場合に、接続は常に回路交換され、そして全情報送信中にこれら２人の当事者により使用するように指定される。
当初、移動電話ネットワークは、効率的なスピーチ送信のために設計されたが、今日では、ネットワークデータ送信レートが実際上むしろ低いものである。この状態は、仮想回路を使用し、パケットデータの送信に意図され、そしてETSI（ヨーロピアン・テレコミュニケーションズ・スタンダード・インスティテュート）により規定された汎用パケット無線サービスGPRSシステムによって改善される。GPRSサービスの目的は、現在の回路交換サービスとは独立して動作し、そして回路変換トラフィックの未使用のリソースを特に使用するものである。
以上の説明から明らかなように、現在の移動電話ネットワークの特徴は、移動サービス交換センターから到来するスピーチコールが常に公衆交換電話ネットワークPSTNへ進行することである。
最近では、スピーチ送信にインターネットを使用することが益々一般的になってきている。データネットワークを経てパケット形態でスピーチを送信する電話トラフィックにおいて、使用するターミナル装置は、例えば、テレコミュニケーションネットワークに接続されたマルチメディア特性のコンピュータである。別の当事者との接続は、インターネットネットワークによって設定される。コール設定及び解除のようなコールマネージメントオペレーションは、コンピュータにおいてソフトウェアの助けで実行される。コールは、CTIプログラム（CTI＝コンピュータ電話統合）によって制御され、これは、音声カードから出力されるスピーチを読み取り、そしてそれをテレコミュニケーションネットワーク内に搬送するのに適した形態に変換する。プログラムは、テレコミュニケーションネットワークから受け取った信号から到来スピーチを読み取り、そしてスピーカからスピーチを再現するように音声カードを制御する。又、プログラムは、ターミナル装置が受動的（オンフック）コール状態であるか能動的（オフフック）コール状態であるか、コールが進行中であるか、コールが入ってくるか、ダイヤル操作が行なわれているか等々のコールの状態に関する情報を維持し、そしてテレコミュニケーションネットワークを経て、他の参加者との接続を形成するか、又はコールに参加する。このコールの利点は、コストが安いことであるが、特に送信遅延によりコールの質が悪いことが問題となっている。
ネットワークの分離性は、インターネットと移動電話ネットワークとのコールについて問題である。移動ステーションネットワークのスピーチサービスを使用することにより、移動ステーション加入者は、インターネットパケットネットワークに接続されたターミナル装置部分とのスピーチ接続を得ることができず、又、ターミナル装置は、移動ステーションと接続することができない。
発明の要旨
本発明は、特にインターネットに接続された電話と移動ステーションとの間でデータネットワークへの上記スピーチコールを許すシステムに向けられる。
ここに提案するシステムは、独立請求項に記載したことを特徴とする。
本発明の構成では、データネットワークに接続された電話は、移動ステーションの場合と同様のスピーチコーデックを有する。データネットワークはインターネットネットワークであり、従って、電話は、電話の特性をもつ汎用コンピュータである。ターミナル装置においてスピーチのコード化が行なわれるのに加えて、電話間で付加的なコード化が行なわれることはなく、従って、スピーチパラメータは、１つのターミナル装置から他のターミナル装置への接続を経て送信される。従って、スピーチコード化の観点からオペレーションはタンデムフリーである。
２つの移動電話間のコールに比較して、インターネットコールではスピーチの質が効果的である。というのは、次々にスピーチコード化が行なわれないからである。あるインターネット電話では、GSM全レートスピーチコーデックが現在でも事実上の標準として使用されている。これらは、インターネットネットワークにおいて行なわれるパケット形態のデータ送信に良く適した20msのスピーチパケットを形成する。又、移動電話システムのスピーチコーデックは、送信エラー裕度を改善する機能も含む。送信エラー、特に送信遅延は、現在のインターネット電話のスピーチの質に悪影響を及ぼす。
本発明においては、移動電話ネットワークとデータネットワークとの間に直接コールを接続するための２つの実施形態について説明する。第１の実施形態は、到来するパケットデータに対するGPRS（汎用パケット無線サービス）送信規格に基づくものであり、スピーチフレームは、データネットワークのパケット、例えば、IPフレームに直接配置される。第２の実施形態では、移動サービス交換センターに接続されたゲートウェイを経てデータネットワークにタンデムフリーコールが接続され、ゲートウェイがスピーチパケットをフレーム、例えばIPフレームに配置する。これら両方の方法は、移動電話のオペレータが、公衆交換電話ネットワークを使用せずに、データネットワークの電話と移動ステーションとの間にコールを供給できるようにする。
【図面の簡単な説明】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、移動電話システムにおけるスピーチ送信を示す図である。
図２は、パケットデータを送信するための提案された移動電話システムを示す図である。
図３は、本発明の第１の実施形態を示す図である。
図４は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明の第１の実施形態は、既知のGPRS（汎用パケット無線サービス）システムの使用に基づくものである。このシステムは、インターネットの接続規定を一部使用し、そしてGPRSネットワークは、実際に、インターネットに直接接続することができる。ユーザは、必要とする最小の送信帯域を定めることができ、そしてコード化スピーチの送信には、ある帯域が必要とされるので、本発明を適用するのにGPRSが適している。
図２は、GPRSシステムの論理構造を示す。このシステムは、GSMシステムの上部に２つの新たなネットワーク要素を追加することにより論理的に実施される。それらの要素は、サーバーGPRSノード（SGSN、サーバーGPRSサポートノード）と、GPRSゲートウェイノード（GGSN、ゲートウェイGPRSサポートノード）である。移動ステーションは、二重目的のステーションであり、通常のGSM電話として働くと共に、パケットデータを中継するGPRS電話としても働く。ベーストランシーバステーションシステムBSSは、移動電話システムから動作され、そしてベースステーションコントローラBSC及び多数のベーストランシーバステーションBTS1、…BTSnを備えている。ネットワークにおけるノードは、パケットネットワーク、例えば、IPネットワーク（IP＝インターネットプロトコル）によって互いに接続される。ネットワークは、他のPLMN（公衆地上移動ネットワーク）ネットワークに接続され、従って、サーバーGPRSノードは、別のネットワークに位置するGPRSゲートウェイノード（GGSN）に接続される。GPRSネットワークは、パケットデータをあるPDN（パケットデータネットワーク）に送信し、そしてそこからGPRSゲートウェイノード（GGSN1）を経てパケットデータを受け取る。ゲートウェイノードにおいては、パケットネットワークに使用されるアドレスと、GPRSネットワークに使用されるアドレス（IPアドレス）との間でアドレス変換が実行され、これは、パケットネットワークのターミナル装置TEからサーバーGPRNノード（その管理のもとにMSが位置される）への接続を行うのに使用されるGPRSユーザのルート情報を含む。サーバーノードは、移動ステーションの移動を管理する機能と、安全機能とを含む。ゲートウェイ及びサーバーノードは、両方とも、IPルート指定機能を含む。
GPRSネットワークは、PLMNネットワークの移動サービス交換センターMSCのサービスと、ホーム位置レジスタHLR及びビジター位置レジスタVLRの加入者データベースのサービスを使用することができる。
図３は、第１の実施形態に基づく構成を示す。図２との相違点は、インターネットに接続されたコンピュータに電話が設けられたことだけである。通常、移動電話により送られるスピーチは、移動サービス交換センターMSC/VLRへルート指定され、TRAUユニットにおいてPCMスピーチにコード化されるか、又はタンデムフリーオペレーションの場合には、スピーチパラメータとしてコード化される。スピーチフレームをGPRSネットワークへルート指定するためには、スピーチフレームをパケット交換GPRSネットワークにルート指定しそして回路交換GSMネットワークにはルート指定しないよう確保する特性を現状の移動ステーションに追加しなければならない。
移動ステーションから開始されるコールは、例えば、移動ステーションの加入者が、インターネットネットワークに接続されたターミナル装置TEのインターネットアドレスに自分の電話のキーで入り、これにより、コールがゲートウェイノードGGSN1へ到達して、ターミナル装置をコールするように行なわれる。ターミナル装置がそのコールに応答するときには、ターミナルの部分がスピーチコーデック及び他のコールパラメータに合意し、その際に、ユーザが話し始めることができる。GSM電話である移動ステーションMSは、スピーチフレームをパラメータへとコード化する。パラメータは、GPRSシステムに基づくPDU（プロトコルデータユニット）パケットに配置され、このパケットは、通常のデータ送信のデータパケットと同様に、ベーストランシーバステーションBTS1及びベースステーションコントローラBSCを経てサーバーSGSNノードへと送信される。受け取ったパケットはバッファに配置され、そこからPDUパケットは次々に取り出され、パケット内のスピーチパラメータがデコードされる。スピーチパラメータは、次いで、UDP（ユーザデータグラムプロトコル）/IPパケットに配置される。数十のスピーチフレームのパラメータが１つのUDP/IPパケットに配置されるが、送信遅延をできるだけ短く維持するためには、各パケットに数個のフレーム、例えば、３ないし５個のフレームのパラメータしか配置しないのが最も有効である。
フレームが正しい順序でターミナル装置に到達するよう確保するために、フレームは、連続番号でナンバリングされる。これは、例えば、インターネットのRTP（リアルタイムプロトコル）制御を用いることにより行うことができる。
UDP/IPパケットがゲートウェイノードGGSN1において形成されたときには、それがインターネットネットワークに送信され、そこから、アドレスに基づきターミナル装置で終了となる。ターミナル装置は、パケットを放出し、そこからスピーチパラメータを分離し、そしてそれらをスピーチコーダへ案内する。ターミナル装置TEは、同様のスピーチコーデックを移動ステーションとして有し、従って、コーデックは、パラメータ化されたスピーチを元のスピーチにデコードし、これがスピーチ又はイヤホンを経て中継される。
同様に、スピーチコーデックは、ターミナル装置においてスピーチフレームをパラメータ化する。アプリケーションプログラムは、番号付けされたスピーチフレームをUDP/IPパケットに配置し、そして受信側移動ステーションMSのIPアドレスを各パケットに入れる。パケットは、ゲートウェイノードGGSN1に到達し、該ノードはパケットを移動ステーションMSに更にルート指定し、そこで、ステーションのスピーチコーデックがパラメータをスピーチにデコードする。
第１の実施形態による方法は、不連続送信を使用し、従って、平均送信レートは、スピーチコーデックにより形成される標準的なビット流のレートの約半分となる。不連続送信を効率的に使用するために、ターミナル装置部分は、音響エコーの効率的な除去装置を使用するのが適当である。
図４は、第２の実施形態に基づく方法を示す。その考え方は、TFO（タンデムフリーオペレーション）機能を使用して、移動サービス交換センターのPSTNアクセスによりGSM電話によってエンコードされたスピーチビットをIP/PSTNゲートウェイ41へ送信し、そしてそこから更にインターネットネットワークへ送信することである。受信端では、インターネット電話は、スピーチビットをデコードし、そして対応的に、他の送信方向では、エンコードされたスピーチビットをゲートウェイ41に向かって送信し、そこから、移動サービス交換センターMSC/VLRへ送られ、そして更に移動ステーションMSへ送られる。
移動ステーションからターミナル装置TEに向かう方向に、ゲートウェイは、移動サービス交換センターから到着する幾つかのTFOフレーム（TRAUフレーム）のスピーチパラメータを取り出し、そしてそれらをUDP/IPフレームに配置しなければならない。更に、ゲートウェイは、コールのPSTN番号をインターネットアドレスに変換しそして更にUDP/IPパケットをそのアドレスに基づいてルート指定しなければならない。ターミナル装置TEから移動ステーションに向かう方向に、ゲートウェイは、ターミナル装置から到着するUDP/IPパケットからスピーチフレームを取り出し、そしてそれらを、移動サービス交換センターに向かって送信されるべきTFOフレームとしてパケット化しなければならない。加えて、ゲートウェイは、到着するUDP/IPパケットのインターネットアドレスをGSM番号に変換しなければならない。ゲートウェイが行うべき他の動作は、PSTN側に信号を送信し、そしてIPインターフェイスを維持すると共に、TFO機能により必要とされるインバンド信号を送信することを含む。
移動ステーションからインターネット電話へのコールは、移動ステーションMSが最初にPSTN番号を与えることによりIP/PSTNゲートウェイとの接続を得るように実施することができる。ゲートウェイがコールを確認しそしてゲートウェイまでの接続が設定されると、移動ステーションは、ターゲットとする電話のIP番号を与える。インターネットの電話がゲートウェイからのコールを確認すると、電話通信を開始することができる。
対応的に、インターネット電話からコールをスタートするときには、ゲートウェイのPSTN番号にコールが送られる。ゲートウェイが応答すると、移動ステーションのMSISDN番号が与えられ、これにより、ゲートウェイは、移動サービス交換センターにより移動ステーションへコールを送る。移動ステーションが応答すると、電話通信を開始することができる。
第２の実施形態による方法では、コールを設定するときに移動ステーションの加入者により与えられたPSTN番号がインターネット電話にも与えられる。対応的に、移動電話は、MSISDN番号に加えて、コールの設定時にターミナル装置TEにより与えられたインターネットアドレスも有している。従って、ゲートウェイは両方向に番号変換を行うこともできるし、或いはPSTN番号を自動的にインターネットアドレスに変換するソフトウェアがターミナル装置にあってもよい。
ゲートウェイの物理的な位置は、例えば、移動サービス交換センター間の圧縮装置に関連していてもよい。しかしながら、本発明は、ゲートウェイの位置を限定するものではなく、TFOトラフィックが不変のまま通過する限り、ゲートウェイはいかなるPSTNネットワークにあってもよい。この方法には不連続送信が使用され、従って、平均送信レートは、スピーチコーデックにより与えられる標準ビット流のレートのほぼ半分となる。不連続送信を効率的に利用するために、ターミナル装置には音響エコーの効率的な除去装置を使用しなければならない。
既存のシステムに対し本発明により要求される追加は、移動電話ネットワークとインターネットネットワークとの間のIP/PSTNゲートウェイであり、このゲートウェイは、移動サービス交換センターのPSTN接続の「後方」に接続される。更に、インターネット電話は、移動電話システムに使用されたもののような少なくとも１つのスピーチコーデックを使用しなければならない。
GPRSネットワークのようなパケット交換移動ステーションネットワークの電話とPSTNネットワークの電話との間のスピーチ送信に使用するようにゲートウェイの用途を拡張することができる。従って、システムは、ゲートウェイノードGGSNからデータネットワークを経てゲートウェイへ接続がなされ、そしてその他側では、回路交換PSTNが開くように構成される。ゲートウェイは、データネットワークとPSTNネットワークとの間の適応を果たし、更に、この移動ステーションネットワークに使用されるスピーチのデコードを行う。パケット交換移動ステーションネットワークを使用することにより、ゲートウェイを通して移動ステーションから従来のPSTN電話へのコールを設定することができる。

Claims (8)

1. 第１のターミナル装置が無線リンクを経て移動電話ネットワークに接続された移動ステーションであって、そのスピーチコーダがスピーチパラメータを含むスピーチフレームを発生し、そして第２のターミナル装置が固定ネットワークに接続された２つのターミナル装置間でスピーチ送信を行うシステムにおいて、
   上記固定ネットワークは、データパケットを搬送するデータネットワークであり、そして上記第２のターミナル装置は、当該ネットワークのプロトコルに基づいてデータパケットを送信及び受信する装置であり、該第２のターミナル装置には、電話の特性が与えられており、
   上記第２のターミナル装置は、移動ステーションシステムに基づくスピーチコーダを有し、このスピーチコーダは、データネットワークから到着するデータパケットに含まれ及び移動ステーションにより送られるスピーチパラメータから元のスピーチを合成すると共に、それと対応的に、出て行くデータパケットに配置のためのスピーチパラメータを形成し、そして
   上記スピーチパラメータは、該スピーチパラメータに付加的なコード化を行なわずに、２つのターミナル装置間に中継されることを特徴とするシステム。
2. 上記固定ネットワークはインターネットネットワークであり、そしてデータパケットはIPプロトコルに基づくパケットである請求項１に記載のシステム。
3. 移動ステーションネットワークと、データパケットを中継する固定ネットワークとの間には、ゲートウエイがあり、これは、移動ステーションネットワークから到着するスピーチフレームのスピーチパラメータをデータパケットに配置し、そして対応的に、固定ネットワークから到着するデータパケットのスピーチパラメータを移動ステーションネットワークのスピーチフレームに配置する請求項１に記載のシステム。
4. 上記ターミナル装置は、コールの始めに、最初にゲートウエイとの接続を得る請求項３に記載のシステム。
5. 移動サービス交換センターは、公衆交換電話ネットワークPSTNによりゲートウエイとPCM接続される請求項４に記載のシステム。
6. 上記ゲートウエイは、移動電話ネットワークに使用された第１ターミナル装置の番号と、固定ネットワークに接続された第２ターミナル装置の番号との間で番号変換を実行する請求項４に記載のシステム。
7. 上記移動ステーションネットワークは、データ送信に意図された既知のパケット交換汎用パケット無線サービス（GPRS）ネットワークであり、そしてスピーチパラメータは、その通常のデータパケットにおいて送信される請求項１に記載のシステム。
8. 汎用パケット無線サービスネットワークと固定ネットワークとの間のスピーチフレームの送信は、汎用パケット無線サービスネットワークに存在するIPネットワークインターフェイスを使用することにより実行される請求項７に記載のシステム。

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