JP5439910B2 - 音声通信装置、音声通信システム、音声通信方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、音声通信装置、音声通信システム、音声通信方法、及びプログラムに関し、特に、音声通信における異音の発生を防ぐ音声通信装置、音声通信システム、音声通信方法、及びプログラムに関する。

従来の音声通信システムにおいては、移動局が高速で移動中である場合、電波状態が悪い環境下にある場合、又は、多セル環境若しくはオーバーリーチ環境にある場合には、移動局と基地局との間の音声信号の送受信が一時的に途絶えることによって、異音が発生してしまう。

一例として、特許文献１において、音声データのセキュリティを確保しつつ、通話音質の劣化を防ぐ音声通信制御方法が記載されている。

特開２００７−３１８４５１号公報

以下の分析は、本発明者によってなされたものである。

ここでは、一例として、ＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式の携帯電話機を使用した音声通信における音声データの処理方法について、図面を参照して説明する。以下では、図５〜図７を参照して、一般的なチャネル切り替え動作について説明する。

図５は、従来の音声通信システムの構成を示すブロック図である。移動局８０は、基地局Ａ３１と通信を開始している。移動局８０は、この状態において、基地局制御装置４０からの周辺セル情報に基づいて、自身の周辺のセル（基地局）に対する無線状態（受信感度）を測定し、基地局Ａ３１を介して基地局制御装置４０へ報告する。

基地局制御装置４０は、移動局８０から報告された無線状態の品質を監視し、移動局８０の基地局Ｂ３２に対する無線状態の方が基地局Ａ３１に対するものよりも良好となったと判定した場合には、基地局Ａ３１を介して移動局８０へチャネル切替要求信号を送信する。

図６は、従来の移動局８０の構成を示すブロック図である。受信回路８２は、アンテナ８１を介して、基地局Ａ３１からのチャネル切替要求信号を受信する。復調回路８３及び復号回路８４は、アナログ信号をデジタル信号へ変換する。ＣＰＵ８６は、デジタル信号を受信して、受信回路８２及び送信回路８９に対して、指定されたチャネルへの変更を指示する。

符号回路８７及び変調回路８８は、チャネル切り替えの完了後、デジタル信号をアナログ信号へ変換する。送信回路８９は、アンテナ８１を介して基地局へ無線信号を送信する。ＣＰＵ８６は、デジタル信号に含まれる音声データを分離し、音声コーデック９０へ音声データを送信する。音声コーデック９０は、音声データをアナログ変換し、レシーバ９１を介して、移動局８０の利用者が聞き取ることができる音として出力する。

音声コーデック９０は、マイク９２から入力された移動局８０の利用者の声をデジタル変換してＣＰＵ８６へ送信し、信号と同様に基地局（基地局Ａ３１又は基地局Ｂ３２）へ送信する。以上により、基地局制御装置４０は、移動局８０が移動している場合であっても、移動局８０と基地局との間の通信を継続させる。

図７は、従来の音声通信システムにおいて正常な音声通信が行われる場合のシーケンス図である。図７における制御信号及び音声データ処理部による処理は、それぞれ、ＣＰＵ８６において処理される信号及び処理を示す。ＣＰＵ８６は、基地局Ａ３１から送信されたチャネル切替要求信号を受信し、新しいチャネルへの切り替えを行い、音声データ処理部は、チャネル切り替えの動作中、所定のパターン（「固定パターン」という。）を用いて音声データを暗号化する。

移動局８０は、固定パターンによる暗号化を終了する時刻（「暗号変更時刻」という。）を算出し、チャネル切替完了信号において、基地局又は基地局制御装置４０へ送信する。移動局８０及び基地局は、移動局８０によって指定された暗号変更時刻が到来したときに、暗号化のパターンを同時に更新することにより、音声データの秘匿性を確保する。

図８は、従来の音声通信システムにおいて異音が発生する場合のシーケンス図である。移動局８０から基地局へのチャネル切替完了信号が何らかの理由（例えば、建物又はトンネルによる遮蔽）によって一時的に途絶えた場合には、移動局８０から送信されたチャネル切替完了信号は、暗号変更時刻よりも送れて基地局へ到達しうる。このとき、移動局８０と基地局との間で暗号化パターンを更新するタイミングがずれてしまう。

暗号化パターンを更新するタイミングがずれた場合には、音声データは不正な音声データとして、音声コーデック９０へ送信される。音声コーデック９０が受信した不正な音声データを音声にアナログ変換した場合には、正常な音声が得られず、移動局８０の利用者へ異音が出力されるという問題が生じる。

現状のＷＣＤＭＡ方式における音声データ処理部は、無線区間のデータを正常に受信することができたか否かに基づいて、データを音声コーデック９０へ送信するか否かを判定しているにすぎない。したがって、音声データ処理部は、暗号化のパターンのずれを検出することができない。

図９は、従来の音声通信システムにおける音声データフォーマットを示す図である。図９は、一例として、ＷＣＤＭＡにおけるＡＭＲフレームの構成を示す。通信が開始された後には、ＡＭＲコアフレーム（ＡＭＲ Ｃｏｒｅ Ｆｒａｍｅ）という音声データ部分のみが送受信される。したがって、ＡＭＲフレームはエラー検出を行うためのフィールドを有するものの、かかるフィールドは送受信されず、暗号化のパターンのずれを検出することができない。ゆえに、暗号化パターンのずれが生じた場合には、不正な音声データ（不正なＡＭＲコアフレーム）がアナログ変換されて異音を発生させることとなる。

そこで、音声データを暗号化して相手方の音声通信装置（例えば、基地局）へ送信するとともに、音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する音声通信システムにおいて、所定の時刻以後における音声データの暗号化及び復号化の方法を変更した場合に、相手方の音声通信装置との間における通信品質が低下したことを自動的に検出することが課題となる。本発明の目的は、かかる課題を解決する音声通信装置、音声通信システム、音声通信方法、及びプログラムを提供することにある。

本発明の第１の視点に係る音声通信システムは、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、当該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する第１の音声通信装置と第２の音声通信装置とを有し、第１の音声通信装置は、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を第２の音声通信装置へ通知するとともに、当該時刻以後に第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、当該所定のビット列が再現されないときには、第１の音声通信装置と第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する。

本発明の第２の視点に係る音声通信装置は、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信する送信部と、当該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する受信部と、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を相手方の音声通信装置へ通知する通知部と、当該時刻以後に相手方の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、当該所定のビット列が再現されないときには、相手方の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する判定部と、を備えている。

本発明の第３の視点に係る音声通信方法は、第１の音声通信装置及び第２の音声通信装置が、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、当該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する工程と、第１の音声通信装置が、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を第２の音声通信装置へ通知する工程と、第１の音声通信装置が、当該時刻以後に第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、当該所定のビット列が再現されないときには、第１の音声通信装置と第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する工程と、を含む。

本発明の第４の視点に係るプログラムは、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信する処理と、当該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する処理と、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を相手方の音声通信装置へ通知する処理と、当該時刻以後に相手方の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、当該所定のビット列が再現されないときには、相手方の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する処理と、をコンピュータに実行させる。

本発明に係る音声通信装置、音声通信システム、音声通信方法、及びプログラムによると、音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する音声通信システムにおいて、所定の時刻以後における音声データの暗号化及び復号化の方法を変更した場合に、相手方の音声通信装置との間における通信品質が低下したことを自動的に検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る音声通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る移動局の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る音声通信システムにおける音声データフォーマットの一例を示す図である。 従来の音声通信システムの構成を示すブロック図である。 従来の移動局の構成を示すブロック図である。 従来の音声通信システムにおいて正常な音声通信が行われる場合のシーケンス図である。 従来の音声通信システムにおいて異音が発生する場合のシーケンス図である。 従来の音声通信システムにおける音声データフォーマットの一例を示す図である。

第１の展開形態の音声通信システムは、上記第１の視点に係る音声通信システムであることが好ましい。

第２の展開形態の音声通信システムは、第１の音声通信装置が、上記時刻以後に第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、上記所定のビット列が再現されない回数が所定の回数に達したときには、第１の音声通信装置と第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定するようにしてもよい。

第３の展開形態の音声通信システムは、第１の音声通信装置が、上記電波状態が悪化したものと判定した場合には、第２の音声通信装置にその旨を通知することが好ましい。

第４の展開形態の音声通信システムは、第１の音声通信装置が移動局であって、第２の音声通信装置が基地局であってもよい。

第５の展開形態の音声通信システムは、第１の音声通信装置が基地局であって、第２の音声通信装置が移動局であってもよい。

第６の展開形態の音声通信装置は、上記第２の視点に係る音声通信装置であることが好ましい。

第７の展開形態の音声通信装置は移動局であって、相手方の音声通信装置は基地局であってもよい。

第８の展開形態の音声通信装置は基地局であって、相手方の音声通信装置は移動局であってもよい。

第９の展開形態の音声通信方法は、上記第３の視点に係る音声通信方法であることが好ましい。

第１０の展開形態のプログラムは、上記第４の視点に係るプログラムであることが好ましい。

（実施形態１）
本発明の第１の実施形態に係る音声通信システムについて図面を参照して説明する。図は、本実施形態に係る音声通信システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、音声通信システム２０は、音声通信装置２１及び音声通信装置２２を有する。

音声通信装置２１と音声通信装置２２は、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、当該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する。

音声通信装置２１は、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を音声通信装置２２へ通知するとともに、当該時刻以後に音声通信装置２２から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、当該所定のビット列が再現されないときには、音声通信装置２１と音声通信装置２２との間における通信品質が低下したものと判定する。

（実施形態２）
本発明の第２の実施形態に係る音声通信装置について図面を参照して説明する。図は、本実施形態に係る音声通信装置の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、音声通信装置１０は、送信部１１、受信部１２、通知部１３、及び判定部１４を有する。

送信部１１は、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信する。

受信部１２は、上記所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する。

通知部１３は、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を相手方の音声通信装置へ通知する。

判定部１４は、上記時刻以後に相手方の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、上記所定のビット列が再現されないときには、相手方の音声通信装置との間における通信品質が低下したものと判定する。

（実施形態３）
本発明の第３の実施形態に係る音声通信システムについて図面を参照して説明する。本実施形態においては、基地局（又は基地局制御装置）から通信チャネルを切り替える制御を行った際に、無線区間の送受信感度が一時的に低下することによって信号の送受信が遅れた場合に、基地局と移動局との間の実行開始タイミングがずれたことを自動的に検出する。タイミングがずれたことが検出された場合には、基地局と移動局との間で、再度、タイミングを合わせるように調整する。

本実施形態に係る音声通信装置について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る音声通信システムにおける音声データフォーマットの一例を示す図である。

図４を参照すると、本実施形態においては、音声データを伝送するためのＡＭＲコアフレームに固定データ（所定のビット列）を追加する。本実施形態においては、ＡＭＲコアフレームに対して、固定データをつねに付加する。

図３は、本実施形態に係る移動局の動作を示すフローチャートである。移動局の音声データ処理部は、受信したデータが音声データであるか否かを判定し（ステップＳ１１）、音声データである場合には（ステップＳ１１のＹｅｓ）、暗号パターンを算出するとともに、音声データの暗号化を解除（復号化）する（ステップＳ１２）。

音声データ処理部は、基地局によって暗号化された固定データを自身の暗号パターンに基づいて復号化したものと、固定データとが一致するか否かを判定する（ステップＳ１３）。音声データ処理部は、一致するものと判定した場合には（ステップＳ１３のＹｅｓ）、音声データを音声コーデックへ転送する（ステップＳ１４）。

一方、音声データ処理部は、不一致と判定した場合において（ステップＳ１３のＮｏ）、不一致の回数が所定の回数以上連続したときには（ステップＳ１５のＹｅｓ）、通話しているチャネルを停止するとともに音声データ（この場合は異音）も停止して、基地局へチャネル劣化情報を通知する（ステップＳ１６）。

移動局は、新しい基地局を検索し、最も良好なチャネルに対する通信の確立を要求し、通話を継続する。さらに、移動局と基地局又は基地制御装置との間で、暗号化の方法を更新するタイミングのズレを修正する。

図４は、一例として、固定データ（Ｆｉｘｅｄ Ｄａｔａ）のビット長を４ビットとしているが、もっと少ないビット数としてもよい。なお、ビット数を減らす場合には、上記のステップＳ１５における所定の回数を増やすことによって、誤検出を回避することができる。一例として、ＷＣＤＭＡ方式に基づく音声通信システムにおいて、無線通信データが誤って問題とされるのは、１６ビットのＣＲＣデータのすべてのビットが一致する場合であり、その確率は２^１６分の１である。したがって、上記のステップＳ１５における所定の回数は２回程度で十分である。

従来の音声通信システムにおいては、移動局の高速な移動又は高層ビルによって通信品質が低下し、信号の送受信ができないために、暗号化された音声データを正しく復号化できず、異音が生じるという問題がある。しかし、本実施形態の音声通信システムによると、移動局が通信品質の低下を自動的に検出して別のチャネルを検索することによって、異音を発生させることなく、通話を継続することができる。

本実施形態の音声通信システムは、チャネル切り替え動作において移動局と基地局との間で同期をとって音声データを暗号化（秘匿）する音声通信システムに適用される。本実施形態の音声通信システムにおいては、音声データそのものを参照して異音を検出する代わりに、音声データの正当性が検出するために、伝送フレームに対してわずかなビット数の固定データを追加する。これにより、早期（２フレーム程度）に異音の発生を検出し、使用者が気づく前に異音の発生を停止することができる。なお、異音が発生する通信状態から復帰するための方法として、従来の音声通信システムにおける再接続動作を利用することができる。

なお、本実施形態においては、移動局によって異音を検出した。しかしながら、移動局の代わりに、基地局又は基地局制御装置によって、上記と同様の方法に基づいて異音を検出するようにしてもよい。このとき、基地局又は基地局制御装置は、異音が検出された通話先の移動局に対して、別のチャネルを割り当てることによって、使用者に異音を聞かせることなく、通話を継続させることができる。

以上の記載は実施形態に基づいて行ったが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

１０、２１、２２ 音声通信装置
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 通知部
１４ 判定部
２０ 音声通信システム
３１ 基地局Ａ
３２ 基地局Ｂ
４０ 基地局制御装置
５０ 交換機
８０ 移動局
８１ アンテナ
８２ 受信回路
８３ 復調回路
８４ 復号回路
８５ 記憶回路
８６ ＣＰＵ
８７ 符号回路
８８ 変調回路
８９ 送信回路
９０ 音声コーデック
９１ レシーバ
９２ マイク

Claims (10)

1. 所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する第１の音声通信装置と第２の音声通信装置とを備え、
   前記第１の音声通信装置は、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を前記第２の音声通信装置へ通知するとともに、該時刻以後に前記第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、前記所定のビット列が再現されないときには、前記第１の音声通信装置と前記第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する、音声通信システム。
2. 前記第１の音声通信装置は、前記時刻以後に前記第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、前記所定のビット列が再現されない回数が所定の回数に達したときには、前記第１の音声通信装置と前記第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する、請求項１に記載の音声通信システム。
3. 前記第１の音声通信装置は、前記電波状態が悪化したものと判定した場合には、前記第２の音声通信装置にその旨を通知する、請求項１又は２に記載の音声通信システム。
4. 前記第１の音声通信装置は移動局であって、
   前記第２の音声通信装置は基地局である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音声通信システム。
5. 前記第１の音声通信装置は基地局であって、
   前記第２の音声通信装置は移動局である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音声通信システム。
6. 所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信する送信部と、
   前記所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する受信部と、
   音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を相手方の音声通信装置へ通知する通知部と、
   前記時刻以後に相手方の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、前記所定のビット列が再現されないときには、相手方の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する判定部と、を備えている音声通信装置。
7. 相手方の音声通信装置は基地局であって、自身は移動局である、請求項６に記載の音声通信装置。
8. 相手方の音声通信装置は移動局であって、自身は基地局である、請求項６に記載の音声通信装置。
9. 第１の音声通信装置及び第２の音声通信装置が、所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信するとともに、該所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する工程と、
   前記第１の音声通信装置が、音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を前記第２の音声通信装置へ通知する工程と、
   前記第１の音声通信装置が、前記時刻以後に前記第２の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、前記所定のビット列が再現されないときには、前記第１の音声通信装置と前記第２の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する工程と、を含む音声通信方法。
10. 所定のビット列を含む音声データを暗号化して相手方の音声通信装置へ送信する処理と、
    前記所定のビット列を含む音声データを暗号化したものを相手方の音声通信装置から受信して復号化する処理と、
    音声データの暗号化及び復号化の方法を変更すべき時刻を相手方の音声通信装置へ通知する処理と、
    前記時刻以後に相手方の音声通信装置から受信した音声データを、変更後の方法に基づいて復号化した場合に、前記所定のビット列が再現されないときには、相手方の音声通信装置との間における電波状態が悪化したものと判定する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。

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