Suurin osa puhelinliikenteestä on vielä nykyäänkin kapeakaistaista, eli puhelignaalista lähetetään vain 300–3400 Hz:in taajuuskaista. Rajoitettu taajuuskaista huonontaa sekä puheen laatua että ymmärrettävyyttä, koska korkeataajuiset, erityisesti konsonanttiäänteille tärkeät akustiset vihjeet, puuttuvat signaalista. Etenkin meluisissa ympäristöissä matkapuhelimien puhesignaalien heikko ymmärrettävyys väsyttää käyttäjiä sekä aiheuttaa ongelmia puhujan tunnistettavuudessa. Vaikka laajakaistaisen (50–7000 Hz) puheensiirtotekniikan käyttöönotto on aloitettu, kapeakaistaiset puheensiirtomenetelmät ovat käytössä vielä vuosia uusien menetelmien rinnalla. Tässä väitöskirjassa tutkitaan kapeakaistaisen puhesignaalin keinotekoista kaistanlaajennusta. Tällä puheenparannusmenetelmällä pyritään parantamaan puheäänen laatua ja ymmärrettävyyttä lisäämällä puhesignaaliin sisältöä puuttuville taajuuksille, esimerkiksi 4–8 kHz:in taajuuskaistalle. Koska puuttuvan kaistan alkuperäisestä sisällöstä ei lähetetä mitään tietoa, laajennus voidaan toteuttaa puhelinyhteyden vastaanottopäässä, kuten vastaanottajan matkapuhelimessa puhesignaalin dekoodauksen jälkeen. Tässä työssä esitellään keinotekoisia kaistanlaajennusalgoritmeja. Algoritmit on suunniteltu ensisijaisesti monosignaaleille, mutta myös binauraalisen signaalin laajennusta on tutkittu. Algoritmikehityksessä huomioitiin matkapuhelinympäristön asettamat laskenta-, muisti- sekä algoritmiviiverajoitukset. Näitä ja muita menetelmään liittyviä tuotteistusasioita on myös käsitelty tässä tutkimuksessa. Kaistanlaajennusmenetelmien laatua on mitattu useilla subjektiivisiilla testeillä, kuten eri kielillä toteutetuilla kuuntelukokeilla ja keskustelukokeilla. Näissä laadunarvioinneissa on käytetty pääasiassa koodattua puhemateriaalia, jotta tulokset olisivat mahdollisimman todenmukaisia. Laadunarviointitulokset osoittavat, että keinotekoisella kaistanlaajennuksella pystytään parantamaan kapeakaistaisen puheen laatua ja ymmärrettävyyttä matkapuhelinympäristössä. Tätä tulosta tukevat myös algoritmin onnistuneet matkapuhelintoteutukset.