JP5980713B2 - デジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば地域防災無線システムなどに用いるデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムに関する。

地震、津波などの地域防災のために、市町村庁舎内に設けられる統制局と、小高い丘や山などに設けられる複数の中継局と、各戸に設けられる複数の戸別局とから構成される地域防災無線システムが実用化されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

上記地域防災無線システムにおいては、一斉、グループ、個別など聴者選択呼出方式により通達を行う同報設備における放送は、音声音源（放送者の肉声や音声ガイダンスなどの疑似音声）と非音声音源（放送開始通知用チャイム音、放送終了通知用チャイム音、緊急通知用サイレン音、設備点検用音楽音源など）を組み合わせた内容で構成されており、非音声音源は放送開始、放送終了、緊急性など内容を確実に聴者へ伝えることを目的にチャイムの音階やサイレンパターンに意味付けがされている。

上記地域防災無線システムでは、統制局から中継局へは１６値ＱＡＭ方式を用いて音声及び非音声をデジタル変調して無線送信し、中継局から戸別局へはＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて音声及び非音声を狭帯域デジタル変調して無線送信している（例えば、非特許文献１及び２参照。）。

特開２０００−２２４０５８号公報 特開２００２−１３５８４９号公報

一般社団法人電波産業会、「デジタル簡易無線局の無線設備−標準規格」，ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ９８，１．３版，［平成２５年４月５日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/1-STD-T98v1_3.pdf＞ ＤＶＳＩ社、「ＡＭＢＥ方式ボコーダ・チップ」，ＩＮＴＥＲＮＩＸ ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲ，Ｎｏ．９３，ｐ．２６，［平成２５年４月５日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.internix.co.jp/products/dvsi/pdf/nl93_dvsi.pdf＞

しかしながら、上記地域防災無線システムでは、中継局から戸別局へはＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて音声及び非音声を狭帯域デジタル変調して無線送信しているために、音声については戸別局において正しく復調できるが、非音声については正しく復調できず異音として出力されて戸別局の住民は放送内容を理解することができないという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、上記地域防災無線システムなどのデジタル無線通信システムにおいて、戸別局で非音声についても正しく出力できるデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムを提供することにある。

第１の発明に係るデジタル無線送信装置は、音声信号及び複数の種類の非音声信号を含む低周波信号を所定の音声圧縮方式を用いてデジタル変調して無線送信するデジタル無線送信装置において、
上記複数の種類の非音声コード信号の時系列信号解析パターンを格納する記憶手段と、
入力される低周波信号をデジタルデータにＡＤ変換し、デジタルデータを所定の信号解析処理の演算を行うことにより時系列信号解析パターンを演算し、上記演算したスペクトルパターンと上記格納した複数の種類の非音声コード信号の時系列信号解析パターンとを比較することにより、非音声信号の種類を判別して判別した非音声信号の種類を示す非音声コード信号を発生する音源解析手段と、
上記発生された非音声コードに応答して非音声コードのデジタルデータを発生する非音声コード発生手段と、
上記入力される低周波信号を所定の遅延時間だけ遅延させた後、デジタルデータにＡＤ変換して上記音声圧縮方式を用いて符号化して音声信号のデジタルデータを出力する第１の信号処理手段と、
上記非音声コード信号が発生されていないとき上記音声信号のデジタルデータを選択して出力する一方、上記非音声コード信号が発生されているとき上記発生された非音声コードのデジタルデータを選択して出力する第１のスイッチ手段と、
上記第１のスイッチ手段から出力されるデジタルデータに従ってデジタル変調して無線送信する変調手段とを備えたことを特徴とする。

上記デジタル無線送信装置において、上記信号解析処理は、高速フーリエ変換であることを特徴とする。

また、上記デジタル無線送信装置において、上記遅延時間は、上記音源解析手段の処理時間から上記信号処理手段のＡＤ変換及び符号化の処理時間を減算した時間であることを特徴とする。

第２の発明に係るデジタル無線受信装置は、上記デジタル無線送信装置から送信された無線送信された無線信号を受信するデジタル無線受信装置において、
上記受信された無線信号を音声信号のデジタルデータ又は非音声コードのデジタルデータにデジタル復調するデジタル復調手段と、
上記復調された非音声コードのデジタルデータに基づいて非音声信号の種類を判別して判別した非音声信号の種類を示す非音声コード信号を発生するコード判別手段と、
上記発生された非音声コードに応答して対応する種類の非音声信号を発生する非音声信号発生手段と、
上記受信された無線信号のうち音声信号のデジタルデータを上記音声圧縮方式に対応する音声伸張方式で音声信号を復号化する第２の信号処理手段と、
上記非音声コード信号が発生されていないとき上記音声信号を選択して出力する一方、上記非音声コード信号が発生されているとき上記発生された非音声信号を選択して出力する第２のスイッチ手段とを備えたことを特徴とする。

第３の発明に係るデジタル無線通信システムは、上記デジタル無線送信装置と、上記デジタル無線受信装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムによれば、送信する低周波信号の音源を解析して非音声信号のときは、非音声コードを無線送信し、受信側では非音声コードに基づいて非音声信号を発生する。従って、上記地域防災無線システムなどのデジタル無線通信システムにおいて、戸別局で非音声についても正しく出力できるデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る地域防災無線システムの構成を示すブロック図である。 図１の中継局２のデジタル無線送信装置２２の構成を示すブロック図である。 図２の音源解析回路４１の構成を示すブロック図である。 図１の戸別局３のデジタル無線受信装置３１の構成を示すブロック図である。 図１の地域防災無線システムの防災放送の内容に対する信号処理を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

図１は本発明の一実施形態に係る地域防災無線システムの構成を示すブロック図である。図１において、地域防災無線システムは、市町村庁舎内に設けられる統制局１と、小高い丘や山などに設けられる複数の中継局２と、各戸に設けられる複数の戸別局３とから構成される。統制局１は、統制操作装置１１と、デジタル無線送信装置１２と、マイクロホン１３と、複数のスイッチ１４とを備えて構成される。ここで、マイクロホン１３から入力される音声はマイクロホン１３により音声信号に変換された後、統制操作装置１１内の音声増幅器１５により増幅されて加算器１６に出力される。１４は例えば上記音声信号を放送する内容の前後において発生させるための非音声信号を選択するための複数のスイッチであり、表１に示すように、例えば９種類の非音声信号のうちのいずれか１つを選択して１つのスイッチ１４を押下することにより非音声信号発生器１７は対応する非音声信号を発生して加算器１６に出力する。

加算器１６は入力される２つの低周波信号を加算してデジタル無線送信装置１２に出力する。デジタル無線送信装置１２は入力される低周波信号を例えば１６値ＱＡＭ方式でデジタル変調しかつ電力増幅して、無線信号をアンテナ１２Ａから中継局２に向けて送信する。

中継局２は、アンテナ２１Ａを有するデジタル無線受信装置２１と、アンテナ２２Ａを有するデジタル無線送信装置２２とを備えて構成される。デジタル無線受信装置２１はアンテナ２１Ａにより統制局１から受信した無線信号を受信してデジタル復調して低周波信号に変換した後、デジタル無線送信装置２２に出力する。デジタル無線送信装置２２は、入力される低周波信号を例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式及び４値ＦＳＫ方式を用いて狭帯域デジタル変調しかつ電力増幅して無線信号をアンテナ２２Ａから戸別局３に送信する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声については、図２及び図３を参照して詳細後述するように対応する非音声コードに変換して送信することを特徴としている。

戸別局３は、アンテナ３１Ａを有するデジタル無線受信装置３１と、スピーカ３２とを備えて構成される。デジタル無線受信装置３１はアンテナ３１Ａにより中継局２から受信した無線信号を受信して復調してスピーカ３２に出力する。ただし、受信した無線信号の低周波信号のうち非音声信号については、図４を参照して詳細後述するように対応する非音声コードを非音声信号に変換して出力することを特徴としている。

図２は図１の中継局２のデジタル無線送信装置２２の構成を示すブロック図であり、図３は図２の音源解析回路４１の構成を示すブロック図である。図２において、デジタル無線送信装置２２は、音源解析回路４１と、遅延回路４２と、ＡＤ変換器４３と、音声エンコーダ４４と、非音声コード発生器４５と、スイッチ４６と、狭帯域デジタル変調器４７と、電力増幅器４８と、アンテナ２２Ａとを備えて構成される。ここで、遅延回路４２と、ＡＤ変換器４３と、音声エンコーダ４４とにより音声信号の信号処理回路を構成する。

図２において、デジタル無線受信装置２１から出力される低周波信号は音源解析回路４１及び遅延回路４２に入力される。音源解析回路４１は入力される低周波信号が音声信号であるか所定の非音声信号であるかを判別して所定の非音声コード信号を出力する。

ここで、音源解析回路４１は、図３に示すように、ＡＤ変換器５１と、ＦＦＴ演算器５２と、非音声比較判別器５３と、非音声コードスペクトルパターンメモリ５４とを備えて構成される。図３において、低周波信号はＡＤ変換器５１によりデジタルデータにＡＤ変換された後、ＦＦＴ演算器５２により高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理が行われて上記デジタルデータはスペクトルパターン（時間経過に対するスペクトルパターン、すなわち時系列スペクトルパターンをいう。）に変換されて非音声比較判別器５３に出力される。非音声コードスペクトルパターンメモリ５４には、例えば表１に示す９種類の非音声コードに係る非音声信号のスペクトルパターンが格納され、非音声比較判別器５３は入力される受信したスペクトルパターンを、上記格納したスペクトルパターンとパターンマッチングにより比較することにより、受信した非音声信号が例えば９種類のうちのどの非音声コードに対応するかを判別し、判別結果の非音声コードを示す非音声コード信号を出力する。なお、受信したデジタルデータが音声信号である場合は、非音声コード信号を出力しない。

図２に戻り説明すると、音源解析回路４１からの非音声コード信号は非音声コード発生器４５及びスイッチ４６に出力される。スイッチ４６は、非音声コード信号が入力されるときは接点ｂ側に切り替わる一方、入力されないときは接点ａ側に切り替える。また、非音声コード発生器４５は入力される非音声コード信号に応答して当該非音声コード信号により示される非音声コードを発生して出力する。

図２において、遅延回路４２は入力される低周波信号を、上記音源解析回路４１の信号処理でかかる時間からＡＤ変換器４３及び音声エンコーダ４４での処理時間を減算した所定の遅延時間（例えば３秒）だけ遅延した後、ＡＤ変換器４３に出力する。ＡＤ変換器４３は入力される遅延された低周波信号を音声のデジタルデータに変換した後、音声エンコーダ４４に出力する。音声エンコーダ４４は入力される音声のデジタルデータを例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式で符号化して符号化後のデジタルデータをスイッチ４６の接点ａ側を介して狭帯域デジタル変調器４７に出力する。従って、スイッチ４６からは、非音声コード信号がスイッチ４６に入力されていないときは、音声エンコーダ４４からの音声のデジタルデータが出力される一方、非音声コード信号がスイッチ４６に入力されているときは、非音声コード発生器４５からの非音声コード（デジタルデータ）が出力される。狭帯域デジタル変調器４７は、入力されるデジタルデータに従って所定の搬送波を、例えば１６値ＱＡＭ方式で狭帯域デジタル変調して、変調後の変調信号を所定の無線信号に高域周波数変換した後、電力増幅器４８で電力増幅し、当該無線信号をアンテナ２２Ａから送信する。

図４は図１の戸別局３のデジタル無線受信装置３１の構成を示すブロック図である。図４において、デジタル無線受信装置３１は、アンテナ３１Ａと、高周波低雑音増幅器６１と、狭帯域デジタル復調器６２と、非音声コード判別器６３と、音声デコーダ６４と、非音声信号発生器６５と、スイッチ６６と、低周波増幅器６７と、スピーカ３２とを備えて構成される。

図４において、アンテナ３１Ａにより受信された無線信号は高周波低雑音増幅器６１により低雑音増幅された後、狭帯域デジタル復調器６２によりデジタルデータに復調され、非音声コード判別器６３と音声デコーダ６４に出力される。非音声コード判別器６３はデジタルデータから非音声コードを抽出して取り出して非音声コードを示す非音声コード信号を発生してスイッチ６６及び非音声信号発生器６５に出力する。音声デコーダ６４は入力される音声のデジタルデータを信号処理する信号処理回路であって、例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式に対応するＡＭＢＥ音声伸張方式で復号化して復号化後の音声の低周波信号、すなわち音声信号をスイッチ６６の接点ａ側を介して低周波増幅器６７に出力する。一方、非音声信号発生器６５は、入力される非音声コード信号に応答して当該非音声コード信号により示される非音声コードに対応する非音声の低周波信号、すなわち非音声信号を発生してスイッチ６６の接点ｂ側を介して低周波増幅器６７に出力する。従って、スイッチ６６からは、非音声コード信号がスイッチ６６に入力されていないときは、音声デコーダ６４からの音声信号が出力される一方、非音声コード信号がスイッチ６６に入力されているときは、非音声信号発生器６５からの非音声コードに対応する非音声信号が出力される。低周波増幅器６７は入力される低周波信号を増幅してスピーカ３２から出力する。

図５は図１の地域防災無線システムの防災放送の内容に対する信号処理を示すタイミングチャートである。以上のように構成された地域防災無線システムの動作について図５を参照して以下に説明する。なお、本実施形態においては、音声信号と非音声信号とは時間的に重ならないように放送されるものとし、音声信号と非音声信号とは順次放送されて送信されかつ受信される。

図５において、まず、防災放送では、チャイム音又はサイレン音などの非音声が放送される。このとき、本システムでは、中継局２から戸別局３に対して非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声の低周波信号に変換してスピーカ３２から出力する。次いで、上記非音声に続いて音声で放送される。この場合は、従来と同様に中継局２から戸別局３に対して音声信号で狭帯域デジタル変調された無線信号を送信し、戸別局３では無線信号を復調して音声の低周波信号に変換してスピーカ３２から出力する。さらに、チャイム音又はサイレン音などの非音声信号が放送される。このとき、中継局２から戸別局３に対して非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声信号に変換してスピーカ３２から出力する。

以上説明したように、本実施形態によれば、中継局２から戸別局３に対して、非音声信号に代えて非音声コードを送信し、戸別局３では非音声コードを対応する非音声信号に変換してスピーカ３２から出力するので、例えばＡＭＢＥ音声圧縮方式を用いた狭帯域デジタル変調方式であっても、異音ではない正しい非音声の音がスピーカ３２から出力され、戸別局３の住民は放送内容を理解することができる。

以上の実施形態においては、地域防災無線システムについて説明しているが、本発明はこれに限らず、種々の無線システムに適用することができる。

以上実施形態においては、音源解析回路４１においてＦＦＴ演算によって非音声信号のスペクトルパターンを求めて非音声コード信号の種類を判別しているが、本発明はこれに限らず、ウェーブレット変換、フォルマント周波数などの特徴周波数検出、時系列パワーパターンの検出などの信号解析処理により時系列信号解析パターンに基づいて非音声コード信号の種類を判別してもよい。この場合、非音声コードスペクトルパターンメモリ５４には例えば表１の非音声コード信号に対応した時系列信号解析パターンが格納される。

以上詳述したように、本発明に係るデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムによれば、送信する低周波信号の音源を解析して非音声信号のときは、非音声コードを無線送信し、受信側では非音声コードに基づいて非音声信号を発生する。従って、上記地域防災無線システムなどのデジタル無線通信システムにおいて、戸別局で非音声についても正しく出力できるデジタル無線送信装置、デジタル無線受信装置及びデジタル無線通信システムを提供できる。

１…統制局、
２…中継局、
３…戸別局、
１１…統制操作装置、
１２…デジタル無線送信装置、
１２Ａ…アンテナ、
１３…マイクロホン、
１４…スイッチ、
１５…音声増幅器、
１６…加算器、
１７…非音声信号発生器、
２１…デジタル無線受信装置
２１Ａ…アンテナ、
２２…デジタル無線送信装置、
２２Ａ…アンテナ、
３１…デジタル無線受信装置、
３１Ａ…アンテナ、
３２…スピーカ、
４１…音源解析回路、
４２…遅延回路、
４３…ＡＤ変換器、
４４…音声エンコーダ、
４５…非音声コード発生器、
４６…スイッチ、
４７…狭帯域デジタル変調器、
４８…電力増幅器、
４９…信号処理回路、
５１…ＡＤ変換器、
５２…ＦＦＴ演算器、
５３…非音声比較判別器、
５４…非音声コードスペクトルパターンメモリ、
６１…高周波低雑音増幅器、
６２…狭帯域デジタル復調器、
６３…非音声コード判別器、
６４…音声デコーダ、
６５…非音声信号発生器、
６６…スイッチ、
６７…低周波増幅器。

Claims (5)

1. 音声信号及び複数の種類の非音声信号を含む低周波信号を所定の音声圧縮方式を用いてデジタル変調して無線送信するデジタル無線送信装置において、
   上記複数の種類の非音声コード信号の時系列信号解析パターンを格納する記憶手段と、
   入力される低周波信号をデジタルデータにＡＤ変換し、デジタルデータを所定の信号解析処理の演算を行うことにより時系列信号解析パターンを演算し、上記演算したスペクトルパターンと上記格納した複数の種類の非音声コード信号の時系列信号解析パターンとを比較することにより、非音声信号の種類を判別して判別した非音声信号の種類を示す非音声コード信号を発生する音源解析手段と、
   上記発生された非音声コードに応答して非音声コードのデジタルデータを発生する非音声コード発生手段と、
   上記入力される低周波信号を所定の遅延時間だけ遅延させた後、デジタルデータにＡＤ変換して上記音声圧縮方式を用いて符号化して音声信号のデジタルデータを出力する第１の信号処理手段と、
   上記非音声コード信号が発生されていないとき上記音声信号のデジタルデータを選択して出力する一方、上記非音声コード信号が発生されているとき上記発生された非音声コードのデジタルデータを選択して出力する第１のスイッチ手段と、
   上記第１のスイッチ手段から出力されるデジタルデータに従ってデジタル変調して無線送信する変調手段とを備えたことを特徴とするデジタル無線送信装置。
2. 上記信号解析処理は、高速フーリエ変換であることを特徴とする請求項１記載のデジタル無線送信装置。
3. 上記遅延時間は、上記音源解析手段の処理時間から上記信号処理手段のＡＤ変換及び符号化の処理時間を減算した時間であることを特徴とする請求項１又は２記載のデジタル無線送信装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のデジタル無線送信装置から送信された無線送信された無線信号を受信するデジタル無線受信装置において、
   上記受信された無線信号を音声信号のデジタルデータ又は非音声コードのデジタルデータにデジタル復調するデジタル復調手段と、
   上記復調された非音声コードのデジタルデータに基づいて非音声信号の種類を判別して判別した非音声信号の種類を示す非音声コード信号を発生するコード判別手段と、
   上記発生された非音声コードに応答して対応する種類の非音声信号を発生する非音声信号発生手段と、
   上記受信された無線信号のうち音声信号のデジタルデータを上記音声圧縮方式に対応する音声伸張方式で音声信号を復号化する第２の信号処理手段と、
   上記非音声コード信号が発生されていないとき上記音声信号を選択して出力する一方、上記非音声コード信号が発生されているとき上記発生された非音声信号を選択して出力する第２のスイッチ手段とを備えたことを特徴とするデジタル無線受信装置。
5. 請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のデジタル無線送信装置と、請求項４記載のデジタル無線受信装置とを備えたことを特徴とするデジタル無線通信システム。

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