無線通信ターミナルにおける音声エンコーディングスキームの選択

专利摘要:
通信のための方法は、エンコードされた音声を搬送している変調された信号を受信するステップを含んでいる。受信信号に関連付けられる情報エントロピーの測度は、評価される。音声エンコーディングスキームは、情報エントロピーの評価された測度に反応して選択される。５つの選択された音声エンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするよう求める要求が、送信機（２８）に送られる。
公开号:JP2011514020A
申请号:JP2010540217
申请日:2008-12-21
公开日:2011-04-28
发明作者:エス． スペンス、ポール；ベン−エリ、デーヴィッド；マルガリート、マオール
申请人:マーベル ワールド トレード リミテッド；
IPC主号:H04M1-00

专利说明:

[0001] 本発明は、概略的には、通信システムに関し、厳密には、無線通信システムにおいて音声をエンコーディングするための方法及びシステムに関する。]
背景技術

[0002] 多くの通信システムは、音声通信サービスを提供しており、即ち音声を使用者の間で搬送している。搬送される音声は、多くの場合、送信される前に適切な音声エンコーディングスキームを使用して圧縮される。幾つかの通信プロトコルは、複数の異なる音声エンコーディングスキームを配備している。例えば移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）規格、ユニバーサル移動体通信サービス（ＵＭＴＳ）規格及びＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）規格は、適応マルチレート（ＡＭＲ）と呼ばれる音声エンコーディングスキームのセットを使用している。ＡＭＲは、例えば、参考文献としてここに援用する、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）技術仕様書２６．０７１「技術仕様書グループサービス及びシステムアスペクト、強制的な音声ＣＯＤＥＣ音声処理関数、ＡＭＲ音声ＣＯＤＥＣ、概要（リリース６）」（３ＧＰＰ ＴＳ ２６．０７１）、バージョン６．０．０、２００４年１２月及び３ＧＰＰ技術仕様書４５．００９「技術仕様書グループＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク、リンク適応（リリース６）」（３ＧＰＰ ＴＳ ４５．００９）、バージョン６．２．０、２００５年６月で定義されている。]
[0003] 幾つかの通信プロトコルでは、適切な音声エンコーディングスキームは、送信機と受信機との間のチャネル状態に基づいて選択される。例えば前掲の３ＧＰＰ ＴＳ ４５．００９の３．３．１項は、適切なＡＭＲエンコーディングスキームを選択するための判定基準として搬送波対干渉波比（ＣＩＲ）の使用を提案している。]
課題を解決するための手段

[0004] 本発明の実施形態は、通信のための方法を提供しており、この方法は、
エンコードされた音声を搬送している変調された信号を受信するステップと、
受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価するステップと,
情報エントロピーの評価された測度に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップと、
選択された音声エンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように送信機に要求を送るステップと、を含んでいる。]
[0005] 或る実施形態では、情報エントロピーの測度を評価するステップは、受信信号の相互情報量（ＭＩ）を評価するステップを含んでいる。或いは、情報エントロピーの測度を評価するステップは、受信信号に計算された指数関数的な有効信号対干渉及びノイズ比マッピング（ＥＥＳＭ）関数を評価するステップを含んでいる。]
[0006] 幾つかの実施形態では、変調された信号を受信するステップは、複数のグループに分けられた一連の変調されたシンボルを受信するステップを含んでおり、情報エントロピーの測度を評価するステップは、個別のグループに亘って情報エントロピーの複数の測度を評価するステップを含んでいる。シーケンスを受信するステップは、それぞれの異なるタイムスロットに亘って複数のグループのシンボルを受信するステップを含んでいてもよい。開示されている実施形態では、情報エントロピーの測度を評価するステップは、それぞれのグループのシンボルの信号対ノイズ比（ＳＮＲｓ）を計算するステップと、それぞれのＳＮＲに応答して情報エントロピーの測度を算出するステップを含んでいる。]
[0007] 音声エンコーディングスキームを選択するステップは、情報エントロピーの測度を平均化するステップと、情報エントロピーの平均測度に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップを含んでいてもよい。或る実施形態では、音声エンコーディングスキームを選択するステップは、情報エントロピーの平均測度に応答して等価搬送波対干渉波（Ｃ／Ｉ）比を算出するステップと、等価Ｃ／Ｉ比に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップを含んでいる。別の実施形態では、音声エンコーディングスキームを選択するステップは、情報エントロピーの平均測度に応答して評価されたフレーム誤り率（ＦＥＲ）を算出するステップと、評価されたＦＥＲに応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップを含んでいる。]
[0008] 幾つかの実施形態では、情報エントロピーの測度を評価するステップは、情報エントロピーの測度に応答して受信信号のフレーム誤り率（ＦＥＲ）を評価するステップを含んでおり、音声エンコーディングスキームを選択するステップは、目標ＦＥＲ値を事前に定義するステップと、受信信号の評価されたＦＥＲが、目標ＦＥＲ値に適合するように音声エンコーディングスキームを選択するステップを含んでいる。]
[0009] 本発明の或る実施形態によれば、通信機器が更に提供されており、この通信機器は、
エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信するように構成されている送受信機と、
受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価し、情報エントロピーの評価された測度に応答して音声エンコーディングスキームを選択し、選択されたエンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように送受信機を経由して送信機に要求を送るように構成されているプロセッサと、を含んでいる。]
[0010] 本発明の或る実施形態によれば、通信のための方法が更に提供されており、この方法は、
エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信するステップと、
受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価するステップと、
情報エントロピーの評価された測度に応答して受信信号のブロック誤り率を評価するステップと、
評価されたブロック誤り率に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップと、を備えている。]
[0011] 本発明は、添付図面と併せて以下に示すその実施形態の詳細説明からより十分に理解されるであろう。]
図面の簡単な説明

[0012] 本発明の或る実施形態による、無線通信システムを概略的に図示しているブロック図である。
本発明の或る実施形態による、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の関数として相互情報量（ＭＩ）を示しているグラフである。
本発明の或る実施形態による、音声エンコーディングスキームを選択するための方法を概略的に図示している流れ図である。]
実施例

[0013] 幾つかの音声通信システムは、複数の音声エンコーディングスキームのセットを採用しており、チャネル状態に基づいて送信機と受信機の間で使用されるのに適切なスキームを選択している。それぞれの音声エンコーディングスキームは、或る種の出力データレートによって特徴付けられており、音質と通信ロバスト性の間に或る種のトレードオフをもたらしている。より低いデータレートの音声エンコーディングスキームを選択すると、改善されたチャネルコーディングが可能になり、その結果、音質を犠牲にして通信ロバスト性を改善することになるが、その逆もまた然りである。例えばＧＥＲＡＮのフルレートＡＭＲスキームは、良好なチャネル状態用の１２．２Ｋｂｐｓから不良なチャネル状態用の４．７５Ｋｂｐｓまでに及ぶ出力データレートを有している。]
[0014] 従来式では、望ましい音声エンコーディングスキームは、受信機により測定された信号対ノイズ比（ＳＮＲ）又は搬送波対干渉波比（ＣＩＲ）に基づいて選択される場合がある。しかしながら、それらの判定基準は、使用者により体験される実際の音質を必ずしも反映しているわけではない。例えば所与のＳＮＲ又はＣＩＲでの音質は、多重経路レベル又は遅延拡散などの通信チャネルの様々な伝搬特性に大幅に依存して変化する場合がある。]
[0015] 音声符号化処理は、標準的には、一連の音声フレームを作り出している。大抵の場合には音質のより良好な表現を提供する音声エンコーディングスキームを選択するための別の可能性の見込まれる判定基準は、受信機により受信された音声フレームのフレーム誤り率（ＦＥＲ）である。しかしながら、従来式では、信頼性のあるＦＥＲ測定は、標準的には、多数の音声フレームに亘る音声フレームの誤り率の測定を含んでいる。多くの適用において、チャネル状態は、時間と共に急激に変化するので、非常に多くのフレームに対するＦＥＲの測定は遅すぎて、チャネル状態の変動に順応できない場合が多い。更に、直接的なＦＥＲの測定は、大抵の場合では、送信された音声フレームの特定のフォーマットに依存しており、適切ではない場合がある。]
[0016] 下文で説明される本発明の実施形態は、音声を送信機から受信機まで搬送するために使用するのに適した音声エンコーディングスキームを選択するための改良された方法及びシステムを提供している。本明細書で説明している方法及びシステムは、ＦＥＲを直接的に測定するものではなく、これらが短時間の間隔で測定及び平均化される時であっても、ＦＥＲを十分に代表している情報エントロピーの測度を算出するものである。情報エントロピーの算出された測度は、ＣＩＲ値を生成するために容易に適用することができる。幾つかのセルラー方式通信規格によれば、音声エンコーディングスキームは、ＣＩＲに基づいて選択されることに留意されたい。情報エントロピー測度の幾つかの例は、相互情報量（ＭＩ）及び指数関数的な有効信号対干渉及びノイズ比マッピング（ＥＥＳＭ）などがここでは説明されている。]
[0017] 或る実施形態によると、送受信機は、エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信している。送受信機は、受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価し、評価された情報エントロピーの測度に基づいて適切な音声エンコーディングスキームを選択している。或る実施形態では、ＣＩＲ値は、評価された情報エントロピー測度に基づいて計算されている。追加的に又は別の方法として、信号のブロック誤り率（ＢＬＥＲ）又はＦＥＲは、評価された情報エントロピー測度に基づいて評価される。幾つかの実施形態では、送受信機は、選択された音声エンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように送信機に要求を送る。]
[0018] 本明細書で説明している方法によって、送受信機は、チャネルの伝搬特性には関係なく、実際のＦＥＲに非常に近い値で追従している判定基準に基づいて適切な音声エンコーディングスキームを選択することができる。これらの方法を使用する通信システムは、望ましい音質及び使用者の体験を維持しながら、それらの音声コーディング及びチャネルコーディング構成を急激に変化するチャネル状態に適応させることができる。]
[0019] 図１は、本発明の或る実施形態による無線通信システム２０を概略的に図示しているブロック図である。システム２０では、無線通信ターミナル２４（ユーザー装置、ＵＥとも呼ばれる）は、無線チャネルを通って基地局（ＢＳ）２８と通信している。システム２０は、何らかの適切な通信規格又はプロトコルに適合している場合がある。例えばこのシステムは、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）、ユニバーサル移動体通信サービス（ＵＭＴＳ）、又はＧＳＭ／ＥＤＧＥ無線アクセスネットワーク（ＧＥＲＡＮ）システムのようなセルラー方式通信システムを備えていてもよい。後に続く説明は、明瞭化のために単一のＢＳ及び単一のＵＥについて言及しているが、システム２０は、標準的には複数のＢＳ及び複数のＵＥを備えている。] 図１
[0020] ＢＳ２８からＵＥ２４へ送信される音声は、可能性の見込まれるエンコーディングスキームのセットから選択される或る種の音声エンコーディングスキームを使用して音声をエンコードするＢＳ音声エンコーダ／デコーダ（コーデック）３２に提供される。セットの中のそれぞれのエンコーディングスキームは、或る種の出力データレートにより特徴付けられる。例えばコーデック３２は、データレートが、４．７５Ｋｂｐｓから１２．２Ｋｂｐｓまで及んでいる前掲のフルレートＡＭＲ方式の１つを適用してもよい。標準的には、コーデック３２は、エンコードされた音声を備えている一連の音声フレームを作り出している。]
[0021] 図１の実施例では、ＢＳ２８は、複数のＣＯＤＥＣ３２を有しているように示されており、その中の１つは、所与の音声をエンコードするべく選択されている。しかしながら、多くの実際的な事例では、ＢＳは、選択されたスキームを適用するように構成することが可能な単一の音声ＣＯＤＥＣを備えている。幾つかの実施形態では、ＣＯＤＥＣは、異なるエンコーディングスキームで同じエンコーディングを適用してもよく、スキームは、音声をエンコードした後で異なる情報を量子化するという様に互いに異なっていてもよい。例えば主要パラメータは、一方の音声エンコーディングスキームでは６ビット量子化を使用して、別のスキームでは３ビット量子化で送られてもよい。] 図１
[0022] 音声フレームは、一連の変調されたシンボルを作り出すためにエンコードされた音声を変調するＢＳ変調器／復調器（モデム）３６に提供されている。幾つかの実施形態では、モデム３６は、チャネルコーディングをエンコードされた音声に適用する誤り訂正コード（ＥＣＣ）エンコーダ（図示せず）を備えている。モデム３６の出力は、システム２０の通信プロトコルで定義されるフォーマットに適合している。例えばＧＳＭ又はＧＥＲＡＮシステムでは、各チャネルは、フレームに分かれていて、フレームは更にタイムスロットに分かれており、所与のＵＥ宛ての変調されたシンボルは、各フレームの特定のタイムスロットを占めている。]
[0023] モデム３６の出力は、標準的には、適切なデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を使用してデジタルモデム出力をアナログ信号に変換し、アナログ信号をＲＦにアップコンバートし、ＲＦ信号を適切な送信電力に増幅するＢＳ無線周波数フロントエンド４０（ＲＦ ＦＥ４０）に提供されている。ＲＦ ＦＥは、当該技術で周知のように、フィルタリング及び電源制御のような機能も実行する場合がある。ＲＦ ＦＥ４０の出力でのＲＦ信号は、ＢＳアンテナ４４を通じてＵＥ２４に向けて送信されている。]
[0024] ＢＳ２８は、ＢＳの異なる素子を構成及び制御しているＢＳプロセッサを更に備えている。具体的には、プロセッサ４８は、下でより詳細に説明してゆくように、所与の音声エンコーディングスキームを選択するように音声コーデック３２に命令している。]
[0025] ＢＳから送信されたＲＦ信号は、ＵＥアンテナ５２によりＵＥで受信され、ＵＥ ＲＦ ＦＥ５６に提供される。ＲＦ ＦＥ５６は、受信したＲＦ信号を適切な低周波（例えばベースバンド）にダウンコンバートし、適切なアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して信号をデジタル化している。デジタル化された信号は、ＵＥモデム６０に提供され、このモデムは、信号を復調し、ＢＳでＢＳモデム３６に提供された音声フレームを再構築するよう試みる。幾つかの実施形態では、ＵＥモデムは、ＢＳにより適用されるチャネルコードをデコードするＥＣＣデコーダ（図示せず）を備えている。再構築された音声フレームは、ＵＥ音声コーデック６４に提供され、このコーデックは、各フレームに搬送されたエンコードされた音声をデコードする。次に、デコードされた音声は、音声信号に変換されて使用者に出力される。]
[0026] ＵＥ２４は、ＵＥの異なる素子を構成及び制御するＵＥ制御器６８を更に備える。具体的には、制御器６８は、下文で説明される方法を使用して、後に続く音声をＵＥに送信するためにＢＳ２８が使用する適切な音声エンコーディングスキームを選択する。]
[0027] 下記で詳細に説明してゆくように、ＵＥは、後に続く音声をエンコードするためにＢＳが適用する適切な音声エンコーディングスキームを選択する。ＵＥは、ＢＳから受信した信号と関連付けられる情報エントロピー（ＩＥ）の測度を算出することで、適切な音声エンコーディングスキームを選択する。ＵＥは、ＢＳに要求を送り、ＢＳが、選択されたスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように求める。幾つかの実施形態では、ＵＥ制御器６８は、ＩＥ測度を算出し、望ましい音声エンコーディングスキームを選択するＵＥＣＯＤＥＣセレクタ６６を備えている。ＢＳプロセッサ４８は、ＵＥにより求められるエンコーディングスキームを適用するべく音声ＣＯＤＥＣ３２を制御するＢＳ ＣＯＤＥＣセレクタ６７を備えている。]
[0028] 上の説明は、ダウンリンク送信、即ちＢＳからＵＥに向けた送信について述べている。アップリンク送信時には、ＵＥ及びＢＳの異なる素子が、標準的には、反対の機能を実行している。言い換えれば、ＵＥコーデック６４は、アップリンク音声フレームを作り出すためにアップリンク音声をエンコードしており、ＵＥモデム６０は、アップリンク信号を変調及びフォーマットし、チャネルコーディングを適用している。ＵＥ ＲＦ ＦＥは、信号をＲＦにアップコンバートし、信号をＵＥアンテナ５２経由でＢＳに向けて送信している。アップリンクＲＦ信号は、ＢＳアンテナ４４により受信され、ＢＳ ＲＦ ＦＥ４０によりダウンコンバートされ、ＥＣＣもまたデコードするＢＳモデム３６により復調されている。ＢＳコーデック３２は、ＵＥでコーデック６４に提供された音声を再構築するためにアップリンク音声フレームをデコードする。]
[0029] ここに記載する実施形態は、主に、ダウンリンクにおける音声エンコーディングスキーム選択に関して取り組んだものである。それらの実施形態では、ＵＥ制御器６８は、受信されたダウンリンク信号に関してＵＥモデム６０が実行した測定に基づいて、ダウンリンクで採用される適切な音声エンコーディングスキームを選択している。次に、ＵＥ制御器は、ＢＳに要求を送り（アップリンクを通じて）、ＢＳに選択されたスキームを使用して後に続くダウンリンク音声をエンコードするように求めている。しかしながら、代替的な実施形態では、本明細書で説明している方法及びシステムは、アップリンクで使用される場合もある。その様な代替的な実施形態では、ＢＳプロセッサは、受信されたアップリンク信号に関してＢＳモデム３６が実行した測定に基づいて、アップリンクに対する適切な音声エンコーディングスキームを選択している。次に、ＢＳプロセッサは、後に続くアップリンク音声を送信する時には選択されたスキームを適用するようにＵＥ制御器に命令する。]
[0030] 標準的には、ＢＳプロセッサ４８及びＵＥ制御器６８は、本明細書に説明している機能を実施するためにソフトウェアにプログラムされている汎用プロセッサを備えている。ソフトウェアは、例えばネットワークを通じて電子的形態でプロセッサにダウンロードされてもよく、又は代替的に又は追加的に、磁気、光学、又は電子メモリなどの有形的表現媒体で提供及び保存されてもよい。]
[0031] ＵＥ２４とＢＳ２８の機器構成は、単に概念的に明瞭にするために選ばれた１つの例示的な構成に過ぎない。代替的な実施形態では、どの様な他の適切なＵＥ及びＢＳ構成でも使用することができる。]
[0032] 本発明の実施形態は、音声をＢＳ２８からＵＥ２４まで搬送するのに使用される、音声エンコーディングスキームを選択するための改良された方法及びシステムを提供している。後に続く説明では、システム２０は、ＡＭＲ音声コーディングを使用しているＧＥＲＡＮシステムを備えている。ＢＳのダウンリンク送信は、それぞれが８つのタイムスロットに分かれている一連のタイムフレームを備えている。タイムスロットは、バーストとも呼ばれている。所与のＵＥ宛ての音声は、それぞれのタイムフレームの中の特定のバーストで、複数のタイムフレームを通じて送信される。標準的には、所与のエンコードされた音声フレームは、４つ又は８つのバーストで送信される。幾つかの実施形態では、ＢＳは、周波数ホッピングを適用しているので、異なるタイムフレームは、異なる周波数を通じて送信されることになる。]
[0033] ほとんどの実際的事例では、ＵＥ２４の使用者により体験される音質は、ＵＥ音声コーデック６４に提供される音声フレームのフレーム誤り率（ＦＥＲ）と相関関係にある。（音声フレームは、本明細書では時折音声ブロックと呼ばれており、用語ＦＥＲとブロック誤り率（ＢＬＥＲ）は、本明細書では同義的に使用されている。）従って、音声フレームのＦＥＲに従っている判定基準を使用して音声エンコーディングスキームを選択するのが望ましい。]
[0034] ＵＥ制御器６８が、それぞれのバーストで受信信号の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）又は搬送波対干渉波比（ＣＩＲ）を測定し、それから幾つかのバーストでＳＮＲを平均化することによりＦＥＲを評価するのは、原理的には可能である。しかしながら、ＦＥＲとＳＮＲの間の関係は、大抵の場合では、線形とは言い難いので、ＳＮＲ平均化に基づくこの種の評価は、不正確になることが多い。標準的には、ＦＥＲは、広範な高いＳＮＲ値に対してゼロ又はほぼゼロである。しかしながら、ＳＮＲが、一定の閾値を超えて悪化すると、ＦＥＲは、狭い範囲のＳＮＲ値に亘り、急に増えていく。（用語ＳＮＲ及びＣＩＲは、本明細書では時折同義的に使用されていることを留意されたい。両方の用語は、広く使用されており、望ましい信号対望ましくないノイズ、歪み、及び／又は干渉の、さまざまな他の比率を指している。）]
[0035] 例えば、１つ又は２つのフレームだけが境界に近いＳＮＲで受信され、大部分は非常に高い値のＳＮＲで受信された一連の音声フレームを考察されたい。この様な状況では、このフレームシーケンスのＦＥＲは、境界に近いＳＮＲを有している小サブセットのフレームに大きく影響を受ける。しかしながら、大多数の高いバーストレベルＳＮＲは、平均的ＳＮＲに大きく影響を及ぼすので、それぞれのバーストのＳＮＲを測定して、それからバーストレベルのＳＮＲを平均化すると、ＦＥＲの非現実的な良好な（低い）評価を作り出すことになる。現実的には、このフレームシーケンスの実際の平均的ＦＥＲは、上述の評価により予想されるものよりかなり高くなっている。]
[0036] 本明細書で説明している方法によれば、ＵＥ制御器６８は、未加工のＳＮＲ又はＣＩＲ測定を平均化しない。その代わりに、ＵＥ制御器は、それぞれの受信されたバーストに対する情報エントロピーの測度を算出し、それから情報エントロピー測度を平均化している。情報エントロピーは、標準的には、ＦＥＲ／ＳＮＲの依存度に類似しているＳＮＲへの非線形的な依存度を示している。その様に、情報エントロピー測度を平均化することで、実際のＦＥＲに近い値で追従していて、かつ過度に高い値のＳＮＲから大きく影響を受けない評価を作り出す。同様の議論は、低い値のＳＮＲに対しても有効であり、即ち、平均化された情報エントロピー測度に基づく評価は、過度に低い値のＳＮＲから大きく影響を受けないであろう。]
[0037] Ｈ（Ｘ）と示されている情報エントロピーは、確率変数Ｘに関連付けられる不確実性の量を定量化する情報理論においては周知の概念である。通信システムでは、受信信号の情報エントロピーは、送信信号の厳密値を先験的に知らないことで見逃している情報内容の量を定量化する。別の表現をすれば、受信信号の情報エントロピーは、最適な受信機が信号からデコードすることができる情報ビットの数を示している。]
[0038] 受信信号に悪影響を及ぼすノイズ又は歪みの量を定量化しているＣＩＲ及びＳＮＲの様な測度とは異なり、情報エントロピーの測度は、受信信号から潜在的に抽出可能な情報の量を定量化している。ＣＩＲ及びＳＮＲの様なノイズ及び歪みの測度は、大抵の場合では、ノイズ又は歪みのレベルに線形に依存している。他方では、情報エントロピー測度は、標準的には、ノイズ又は歪みレベルに線形に依存していない。]
[0039] ＳＮＲ／ＣＩＲ測度と情報エントロピー測度の間の明確な違いは、２つの例示的な状況を用いて示すことができる。例えば所与の受信信号のＳＮＲ／ＣＩＲが、高い値から非常に高い値まで大幅に増えるような状況を考察頂きたい。信号から潜在的に抽出可能なビットの数は最初の位置で既に高い値であったので、ＳＮＲ／ＣＩＲの増加は、信号の何れの情報エントロピーの測度においても小さな増加しか発生しないであろう。他方では、ＳＮＲ／ＣＩＲが、同じ量ではあるが、低い値から高い値まで増えるような状況を考察頂きたい。後者の状況では、信号から潜在的に抽出可能な情報のビット数は、大幅に増える。よって、信号のいかなる情報エントロピーの測度も、大幅に増えるであろう。]
[0040] 相互情報量（ＭＩ）は、受信信号Ｙの送信信号Ｘへの依存度の量を定量化しており、



と定義され、ここで、ｐ（ｘ，ｙ）は、ＸとＹの同時確率分布を示している。ｐ１（ｘ）とｐ２（ｙ）は、それぞれＸとＹの周辺確率分布を示している。]
[0041] 幾つかの実施形態では、ＵＥ制御器６８は、それぞれのバーストで送信及び受信信号のＭＩを評価しており、評価されたＭＩ値を情報エントロピー測度として使用している。ＵＥ制御器は、複数のバーストでＭＩ値を平均化し、ＦＥＲの評価を作り出している。次に、ＦＥＲの評価は、適切な音声エンコーディングスキームを選択するための判定基準として使用される。或る実施形態によると、ＦＥＲの評価はＣＩＲ値として表現されている。]
[0042] 幾つかの実施形態では、ＵＥプロセッサは、ＭＩ値対ＳＮＲ値の事前に計算したマッピングを保持している。ＵＥプロセッサは、ＵＥモデム６０から異なるバーストに対応しているＳＮＲ測定を許容しており、事前に計算されたマッピングをバーストの測定されたＳＮＲに適用する事によってそれぞれのバーストのＭＩを確定している。マッピングは、ＭＩ値の参照テーブルを使用する方法、関数表現の使用、又は任意の他の適切な表現など、さまざまな方法で表現されてもよい。ＭＩとＳＮＲの間の関係は、信号を送信するために使用されている特定の変調に依存している。而して、制御器６８により使用されているマッピングは、ダウンリンクで使用されている変調に依存している。]
[0043] 図２は、本発明の或る実施形態による、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の関数として相互情報量（ＭＩ）を示しているグラフである。本実施例では、曲線７０は、ＭＩの、ガウス最小偏移変調（ＧＭＳＫ）又は二位相偏移（ＢＰＳＫ）変調及び加法性ホワイトガウスノイズ（ＡＷＧＮ）通信チャネルに関するＳＮＲへの依存度を示している。図に示しているように、ＭＩのＳＮＲへの依存度は線形とは言い難く、ＦＥＲのＳＮＲへの依存度に酷似している。曲線７０は、おおよそＳＮＲ＝７ｄＢで飽和状態に達する。この様な次第で、ＭＩ値を平均化する場合、過度に高い及び／又は過度に低いＳＮＲ値は、平均のＭＩ値に大きな影響を与えることはない。結果的に、それぞれのバーストでＭＩを評価し、それから評価されたＭＩ値を平均化すれば、実際に達成可能な誤り性能、即ちＦＥＲに非常に近い値で追従する評価を作り出すことになり、高い又は低いＳＮＲにより歪曲されることはない。] 図２
[0044] 図３は、本発明の或る実施形態による、音声エンコーディングスキームを選択するための方法を概略的に図示している流れ図である。この方法は、ＧＳＭ規格に準拠しているセルラー方式通信の状況で説明されており、受け入れステップ８０で、エンコードされた音声を搬送している信号を受信するＵＥ２４から始まっている。或る実施形態によると、信号は、一連のバーストとして送信されている。それぞれのバーストは、対象となるＵＥ宛ての特定のＧＥＲＡＮのタイムスロットから発生している。バーストは、ＲＦ ＦＥ５６により受信され、モデム６０により復調されている。バーストのＳＮＲ評価ステップ８４では、モデム６０は、それぞれのバーストのＳＮＲ（又はＣＩＲ）を評価している。モデムは、バーストＳＮＲ値をＵＥ制御器６８に提供している。] 図３
[0045] モデムは、任意の適切な方法でバーストのＳＮＲを評価することができる。例えば、幾つかのシステムでは、それぞれのバーストは、既知のトレーニングシーケンス（例えばプリアンブル）を含んでいる。モデムは、既知のトレーニングシーケンスから所与のバーストで受信したトレーニングシーケンスを減算し、受信したシーケンスと既知のシーケンスの間の差に基づいて（例えばノイズ分散を計算して）ＳＮＲを評価してもよい。]
[0046] 別の方法として、モデムは、所与のバーストでビット誤り率（ＢＥＰ）を測定し、それから、例えば、２つの量の間で事前に定義されたマッピングを使用して、測定したＢＥＰを評価したＳＮＲに変換してもよい。例えば、ＢＰＳＫ変調及びメモリ無しのＡＷＧＮチャネルに関しては、ＢＥＰは、



と表わせることが示される。]
[0047] 更に別の方法として、モデムは、バーストに亘って平均の対数尤度比（ＬＬＲ）又はＬＬＲ２を計算し、２つの量の間で事前に定義されたマッピングを使用するなどして、この値を評価されたＳＮＲに変換してもよい。例えば、ＢＰＳＫ変調及びメモリ無しのＡＷＧＮチャネルに関しては、ＬＬＲとＳＮＲとの間の関係は、



と表わせことが示され、ここで、Ｅ（ＬＬＲ２）は、ＬＬＲ２の平均値を示している。]
[0048] 変換ステップ８８では、それぞれのバーストに関して、ＵＥ制御器は、バーストＳＮＲをそれぞれのエントロピー測度（例えばＭＩ値）に変換している。ＵＥ制御器は、受信されたバーストのエントロピー測度に基づいてダウンリンク音声フレームのＦＥＲを評価する。幾つかの実施形態では、等価ＣＩＲの計算ステップ９２において、制御器６８は、所与の音声ブロック（音声フレーム）に関連するエントロピー測度のセットを平均化して、音声ブロックの等価ＣＩＲ値を作り出している。等価ＣＩＲは、ＳＮＲの測定ではなくエントロピー測度を平均化することで算出されているので、等価ＣＩＲは、高い又は低いＳＮＲ値を有しているバーストにより大きく影響を受けないことを留意されたい。]
[0049] 幾つかの実施形態では、等価ＣＩＲは、ＡＷＧＮチャネルで望ましいＦＥＲに達するように求められるＣＩＲ値として定義される場合がある。言い換えれば、等価ＣＩＲは、実質的には、チャネルの種類（例えばチャネル伝搬特性）には不可知的である。別の方法として、等価ＣＩＲは、周波数ホッピング及び３Ｋｍ／ｈのＵＥ速度を想定している典型的な都市型チャネルの様な、何らかの他の事前に定義された参照チャネルモデルで望ましいＦＥＲに達するように求められるＣＩＲ値として定義される場合がある。この参照チャネルモデルはＧＳＭの専門用語ではＴＵ３と呼ばれている。]
[0050] ＵＥ制御器は、異なる音声ブロックに対しては、ステップ９２を反復し、その結果１つの値がそれぞれの音声ブロックに相当する複数の等価ＣＩＲ値を作り出している。次に、ＣＩＲ平均化ステップ９６では、ＵＥ制御器は、複数の音声ブロックの等価ＣＩＲ値を平均化している。ステップ９６の出力は、情報エントロピー測度を平均化して導き出された平均のＣＩＲである。]
[0051] 次に、選択ステップ１００では、ＵＥ制御器は、平均ＣＩＲ値に基づいて可能性の見込まれるエンコーディングスキームのセットから或る音声エンコーディングスキームを選択する。標準的には、高い平均ＣＩＲ値は、高いレートの音声エンコーディングスキームに対応しており、その逆もまた然りである。]
[0052] 幾つかの実施形態では、ＵＥ制御器は、平均ＣＩＲ値の全範囲を、異なる可能性の見込まれる音声エンコーディングスキームに対応している複数の区間に分ける。ＵＥ制御器は、上記のステップ１００で計算された平均ＣＩＲに当る区間に対応する音声エンコーディングスキームを選択している。別の方法として、ＵＥ制御器は、関数関係又は平均のＣＩＲ値を音声エンコーディングスキームにマップ化している何らかの他の種類のマッピングを保持してもよい。]
[0053] 望ましい音声エンコーディングスキームを選択し終えると、要求ステップ１０４で、ＵＥは、要求メッセージをアップリンクを通じてＢＳに送る。メッセージは、ＢＳに、後に続く音声をＵＥに送信するのに上記のステップ１００で選択された音声エンコーディングスキームを使用するように求めている。要求は、標準的には、ＢＳ音声コーデック３２を選択されたエンコーディングスキームに適用するように構成しているＢＳプロセッサ４８により処理されている。]
[0054] 或る代替的な実施形態では、ＵＥ制御器は、必ずしも各音声ブロック毎に等価ＣＩＲ値を計算しているわけではない。例えば、ＵＥ制御器は、複数のバーストで情報エントロピー測度を平均化し、それから平均情報エントロピー測度に基づいてＦＥＲの評価を算出してもよい。次に、ＦＥＲ評価は、複数の音声ブロックに亘って平均化され、平均ＣＩＲを作り出すことができる。更に別の方法として、ＵＥ制御器は、平均化された情報エントロピー測度に基づいて適切な音声エンコーディングスキームを選択するのに適した何らかの他の計算を適用してもよい。]
[0055] 幾つかの通信システムでは、所与の音声ブロックに属しているバーストは、対角インターリービングを使用してＢタイムフレーム全体に分配されている。対角インターリービングを使用する場合には、新しい音声ブロックは、Ｃタイムフレーム毎に利用可能である。例えば、フルレートＡＭＲ音声コーディングを使用しているＧＥＲＡＮシステムでは、Ｂ＝８及びＣ＝４である。その様なシステムで開示している方法を実施する場合には、ＵＥ制御器は、最後のＮ個の測定されたバーストＳＮＲ値を以下の構造を有する表で保存してもよい。]
[0056] 本実施例では、ＵＥ制御器は、インターリーブ方式で最後のＮ＝２０個のバーストＳＮＲを保存している。配列では、ＳＮＲｉは、直前に測定されたバーストＳＮＲを示しており、ＳＮＲｉ‐１は、その前のバーストＳＮＲを示している、等々である。配列の各行は、特定の音声ブロックに対応している。標準的には、配列は、サイクリック式で投入されるので、新たに測定されたバーストＳＮＲは、配列の最も古いＳＮＲに上書きされる。]
[0057] このデータ構造を使用する場合には、ＵＥ制御器は、（１）配列の所与の行のＢバーストＳＮＲをそれぞれの情報エントロピー測度に変換し、（２）各行の情報エントロピー測度を平均化し、それから、（３）複数の行に亘って、平均化された情報エントロピー測度を平均化する、ことによって図３の方法のステップ９２と９６を実施する。] 図３
[0058] 相互情報量（ＭＩ）を使用する代わりとして、ＵＥ制御器は、各バーストに関して指数関数的な有効信号対干渉及びノイズ比マッピング（ＥＥＳＭ）関数を評価して、それらの値を情報エントロピー測度として使用してもよい。ＥＥＳＭ関数は、ＭＩの近似値として見なすことができ、



と表わすことができ、ここで、βは、パラメータを示している。異なる作業状態の下では、βの異なる値が、より高い精度でＥＥＳＭ関数をＭＩ関数に近づける。]
[0059] 例えば、ＢＰＳＫ変調を使用する時には、低いデータレートを有しているＡＭＲ音声エンコーディングスキームでは、０．７から０．７５までの範囲のβ値が、標準的には好ましい（すなわち、ＭＩ関数のより良い近似を提供する）。高いデータレートを有しているＡＭＲ音声エンコーディングスキームでは、０．８から０．８５までの範囲のβ値が、標準的には好ましい。０．５のコードレートを有しているエンコーディングスキームでは、０．７５から０．８までの範囲のβ値が、より良好な結果を生み出す可能性がある。別の方法として、何らかの他の適切なβの設定を使用することも可能である。]
[0060] ＥＥＳＭを使用する時には、所与の音声ブロックの等価ＳＮＲは（図３の方法のステップ９２で計算された等価ＣＩＲの代わりに）、



と表わすことができる。] 図３
[0061] 言い換えれば、ＵＥ制御器は、評価されたバーストＳＮＲに基づいて異なるバーストのＥＥＳＭを計算し、ＥＥＳＭを平均化し、それから逆ＥＥＳＭ関数を適用して等価ＳＮＲを作り出す。この作業は、評価されたＳＮＲをＥＥＳＭ面に変換して、ＥＥＳＭ面で平均化して、それからその結果を再びＳＮＲ面に変換すると見なすことができる。]
[0062] ＥＥＳＭの上述の定義を使用すれば、等価ブロックＳＮＲは、



と表わすことができる。]
[0063] 上で説明した実施形態は、情報エントロピー測度としてＭＩ及びＥＥＳＭの使用を示している。しかしながら、代替的な実施形態では、評価された容量に基づいた測度の様な、任意の他の適切な情報エントロピー測度を使用することも可能である。本明細書で説明している実施形態は、主として、バーストの異なるタイムスロットに対応しているエントロピー測度を対処しているものである。しかしながら、別の方法としては、ＵＥ制御器は、対象となるＵＥ宛ての任意の他の適切なビット群に対応しているエントロピー測度を算出してもよい。その様に、本明細書で説明している方法は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を使用している複数のＵＥを識別する通信システムに限定されているわけではなく、異なる周波数を通じて異なる複数のＵＥに送信する周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式、及び異なるコードシーケンスを使用して異なる複数のＵＥに送信する符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式の様な、他の種類のシステムで使用することも可能である。]
[0064] 開示している方法を使用する場合には、音声フレームのＦＥＲと密接な相関関係にある判定基準を使用することで、適切な音声エンコーディングスキームが選択される。例えば、ＵＥ制御器は、チャネル状態及び伝搬特性にかかわらず、ＦＥＲが望ましい目標値（例えば１％）に近い状態を保持するように音声エンコーディングスキームを選択することができる。その様にして、使用者により体験される音質は、実質的には、望ましいレベルで一定に保持される。情報エントロピー測度は、短期間の平均化であっても、ＦＥＲの信頼性のある表示を提供しているので、開示している方法は、伝搬特性が、時間と共に急激に変化する通信チャネルによく適している。]
[0065] 上で説明した実施形態は、例証として挙げられており、本発明は、上文において具体的に示され、かつ説明されたものに限定されないことに留意されたい。それどころか、本発明の範囲は、上文で説明されたさまざまな特徴の組み合わせ及び部分的な組み合わせの両方と、更に、前述の説明を読めば当業者には想起され、先行技術には開示されていないそれらの変形物及び修正を含んでいる。]
[0066] ２０無線通信システム
２４無線通信ターミナル
２８基地局（ＢＳ）
３２ ＢＳ音声エンコーダ／デコーダ（コーデック）
３６ ＢＳ変調器／復調器（モデム）
４０ ＢＳ無線周波数フロントエンド
４４ＢＳアンテナ
４８ ＢＳプロセッサ
５２ ＵＥアンテナ
６０ ＵＥモデム
６４ ＵＥ音声コーデック
６８ＵＥ制御器
７０ 曲線]

权利要求:

請求項1
通信のための方法において、エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信するステップと、受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価するステップと,前記情報エントロピーの前記評価された測度に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップと、前記選択された音声エンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように送信機に要求を送るステップと、から成る方法。
請求項2
前記情報エントロピーの前記測度を評価するステップは、前記受信信号の相互情報量（ＭＩ）を評価するステップを備えている、請求項１に記載の方法。
請求項3
前記情報エントロピーの前記測度を評価するステップは、前記受信信号に亘って計算された指数関数的な有効信号対干渉及びノイズ比マッピング（ＥＥＳＭ）関数を評価するステップを備えている、請求項１に記載の方法。
請求項4
前記変調された信号を受信するステップは、複数のグループに分けられた一連の変調されたシンボルを受信するステップを含んでおり、前記情報エントロピーの前記測度を評価するステップは、前記複数のグループのそれぞれに亘って前記情報エントロピーの複数の測度を評価するステップを備えている、請求項１から請求項３の何れかに記載の方法。
請求項5
シーケンスを受信するステップは、それぞれの異なるタイムスロットに亘って前記複数のグループの前記シンボルを受信するステップを備えている、請求項４に記載の方法。
請求項6
前記情報エントロピーの前記測度を評価するステップは、前記複数のグループのそれぞれの前記シンボルの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を計算するステップと、前記ＳＮＲのそれぞれに応答して前記情報エントロピーの前記測度を算出するステップを備えている、請求項４に記載の方法。
請求項7
前記音声エンコーディングスキームを選択するステップは、前記情報エントロピーの前記測度を平均化するステップと、前記情報エントロピーの平均測度に応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するステップを備えている、請求項４に記載の方法。
請求項8
前記音声エンコーディングスキームを選択するステップは、前記情報エントロピーの前記平均測度に応答して等価搬送波対干渉波比（等価Ｃ／Ｉ比）を算出するステップと、前記等価Ｃ／Ｉ比に応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するステップを備えている、請求項７に記載の方法。
請求項9
前記音声エンコーディングスキームを選択するステップは、前記情報エントロピーの前記平均測度に応答して評価されたフレーム誤り率（ＦＥＲ）を算出するステップと、前記評価されたＦＥＲに応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するステップを備えている、請求項７に記載の方法。
請求項10
前記情報エントロピーの前記測度を評価するステップは、前記情報エントロピーの前記測度に応答して前記受信信号のフレーム誤り率（ＦＥＲ）を評価するステップを備えており、前記音声エンコーディングスキームを選択するステップは、目標ＦＥＲ値を事前に定義するステップと、前記受信信号の前記評価されたＦＥＲが、前記目標ＦＥＲ値に適合するように前記音声エンコーディングスキームを選択するステップと、を備えている、請求項１から請求項３の何れかに記載の方法。
請求項11
通信機器において、エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信するように構成されている送受信機と、受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価し、前記情報エントロピーの前記評価された測度に応答して音声エンコーディングスキームを選択し、前記選択されたエンコーディングスキームを使用して後に続く音声をエンコードするように前記送受信機を経由して送信機に要求を送るように構成されているプロセッサと、を備えている、機器。
請求項12
前記情報エントロピーの前記測度は、前記受信信号の相互情報量（ＭＩ）を備えている、請求項１１に記載の機器。
請求項13
前記情報エントロピーの前記測度は、前記受信信号に亘って計算された指数関数的な有効信号対干渉及びノイズ比マッピング（ＥＥＳＭ）関数を備えている、請求項１１に記載の機器。
請求項14
前記送受信機は、複数のグループに分かれている一連の変調されたシンボルを受信するように構成され、前記プロセッサは、前記複数のグループのそれぞれに亘って前記情報エントロピーの複数の測度を評価するように構成されている、請求項１１から請求項１３の何れかに記載の機器。
請求項15
前記送受信機は、それぞれの異なるタイムスロットに亘って前記複数のグループの前記シンボルを受信するように構成されている、請求項１４に記載の機器。
請求項16
前記プロセッサは、前記複数のグループのそれぞれの前記シンボルの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を計算し、前記ＳＮＲのそれぞれに応答して前記情報エントロピーの前記測度を算出するように構成されている、請求項１４に記載の機器。
請求項17
前記プロセッサは、前記情報エントロピーの前記測度を平均化し、前記情報エントロピーの前記平均化された測度に応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するように構成されている、請求項１４に記載の機器。
請求項18
前記プロセッサは、前記情報エントロピーの前記平均化された測度に応答して等価搬送波対干渉波比（等価Ｃ／Ｉ比）を算出し、前記等価Ｃ／Ｉ比に応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するように構成されている、請求項１７に記載の機器。
請求項19
前記プロセッサは、前記情報エントロピーの前記平均化された測度に応答して評価されたフレーム誤り率（ＦＥＲ）を算出し、前記評価されたＦＥＲに応答して前記音声エンコーディングスキームを選択するように構成されている、請求項１７に記載の機器。
請求項20
前記プロセッサは、前記情報エントロピーの前記測度に応答して前記受信信号のフレーム誤り率（ＦＥＲ）を評価し、前記受信信号の前記評価されたＦＥＲが、事前に定義された目標ＦＥＲ値に適合するように前記音声エンコーディングスキームを選択するように構成されている、請求項１１から請求項１３の何れかに記載の機器。
請求項21
通信のための方法において、エンコードされた音声を搬送する変調された信号を受信するステップと、受信信号と関連付けられる情報エントロピーの測度を評価するステップと、前記情報エントロピーの前記評価された測度に応答して前記受信信号のブロック誤り比を評価するステップと、前記評価されたブロック誤り率に応答して音声エンコーディングスキームを選択するステップと、から成る方法。