CN101529732B - 通信系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信系统，其包括：佩戴在用户(100，101)身上或者用户颈下的用于通过感应链路(109)传输音频信号(120)的传输单元(106)；以及至少部分地佩戴在用户的耳道内的耳机(110)，所述耳机包括用于通过所述感应链路(109)从所述传输单元(106)接收音频信号的接收单元(161，162，163)、用于处理由所述接收单元(161，162，163)接收到的音频信号的音频信号处理单元(164，165，166)、以及根据经处理的音频信号刺激用户的听觉的扩音器(166)；其中，所述感应链路(109)是具有从100KHz到30MHz的载频的幅度调制感应链路。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信系统，其包括传输单元、耳机、音频信号处理单元和扩音器，所述传输单元佩戴在用户身上或者用户的颈下，用于通过感应链路传输音频信号，所述耳机至少部分佩戴在用户的耳道内，其包括用于通过感应链路从所述传输单元接收音频信号的接收单元，所述音频信号处理单元用于处理来自所述接收单元的音频信号，所述扩音器根据经处理的音频信号刺激用户的听觉。
背景技术
通常将这样的系统用于隐蔽的安全应用，其中，所述感应接收单元通常小到能够将其完全放到用户的耳道内，因而能够起到针对射频系统的隐藏式的无线扩音器的作用，其中，通过用户佩戴的诸如步话机或移动电话之类的射频(RF)接收装置提供所述传输单元传输的音频信号，可以通过电缆将所述传输单元连接至所述装置。所述传输单元通常包括围绕用户的颈部、围绕用户的手臂或者跨越用户的肩部佩戴的感应环，其起着天线的作用。所述感应环生成将由放置在用户耳道内的接收单元接收的磁场。典型地，通过在所述感应链路上传输的音频信号直接调制感应场的幅度(基带调制)。对于这样的基带调制而言，所传输的频率自然处于所述音频信号的范围内。
但是当前，现代的电子设备在所述音频带内产生了很多磁扰动。这样的音频带内的磁扰动的典型来源为汽车、电车、火车、防盗系统、机场扫描系统、霓虹灯、50/60Hz的AC电源线、PC屏幕和TV装置。这样的磁扰动源往往存在于那些呈现出并且需要隐秘的安全性的区域。干扰水平往往高到不再可能将感应接收器用于隐蔽应用的程度。在当今的汽车、电车、飞机和具有防盗系统的超级市场内尤其是这样。基带感应系统的另一缺点是，由于缺乏编码或调制，因而能够被恰好处于所述传输单元附近的第三者相对容易地捕获到(与射频链路相比，感应链路具有相对较小的范围)。
US 5774791涉及一种无线通信系统，其包括围绕用户的颈部佩戴的包括感应环的传输单元、用于通过RF传输系统接收来自远程麦克风的音频信号的RF接收器、以及所具有的脉冲重复频率至少是最高音频信号频率分量的频率的2.6倍的时变调制(TVM)脉冲发生器。所述系统还包括接收单元，所述接收单元包括TVM解调器，可以将所述接收单元配置为耳后(BTE)助听器或者耳内(ITE)助听器。
EP 1250026A1涉及一种双耳助听系统，其包括处于两个助听器之间的或者处于所述助听器和远程编程装置之间的感应链路。可以通过(例如)交替传号反转(AMI)、TVM、NRZ和RZ对所述感应链路进行调制。
EP 1619926A1涉及一种通往耳机接收器的基带感应链路，其中，通过接收器内的数字信号处理解决了与磁扰动器之间的干扰。
DE 10305833B3涉及一种用于助听器的数据传输单元，其建立了可以进行幅度调制或者FSK(频移键控)调制的感应链路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有从身体佩戴的音频信号传输单元到包括扩音器的耳机的感应链路的通信系统，可以在存在磁扰动源的情况下使用所述通信系统，并且所述通信系统相对易于实现。本发明的另一目的在于提供所述通信系统的操作方法。
这些目的分别是通过根据权利要求1所述的通信系统和根据权利要求23所述的方法实现的。
本发明的益处在于，通过提供具有从100kHz到30MHz的载频的幅度调制(AM)感应链路，使得所述链路对磁扰动的敏感度将降低，所述磁扰动主要存在于很多日常环境中的音频范围内，例如，所述日常环境可以是汽车、电车、火车、飞机、超级市场、商店等。因而，可以将根据本发明的系统成功地应用于很多区域当中，尤其是大多数需要隐蔽安全的区域。另一方面，与(例如)TVM感应链路相比，AM感应链路相对易于实现，而且不需要专用集成电路(IC)。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。
附图说明
将通过参考附图说明本发明的例子，在附图中：
图1是将根据本发明的通信系统用于两个人之间的通信的示意图；
图2是两个人中的一个佩戴的图1所示的通信系统的示意图；
图3示出了根据现有技术的音频信号基带链路的频谱和根据本发明的AM音频信号链路的例子的频谱的比较；
图4是根据本发明的通信系统的传输单元的实施例的方框图；
图5是根据本发明的通信系统的传输单元的另一实施例的方框图；以及
图6是根据本发明的通信系统的接收单元的一个实施例的方框图。
具体实施方式
本发明的优选应用是在需要离散通信(discrete communication)时采用的微型感应传输系统，例如，可以将其用于安全应用。将微型感应接收单元作为耳机放到用户的耳朵内或者耳朵边，使之起到针对RF系统的无线扩音器的作用，其中，将通过RF系统传输的音频信号从佩戴在用户身上或者颈下的传输单元经由感应链路发送至所述感应接收器。所述耳机优选适于完全佩戴在耳道内。但是，在一些应用中，可以将耳机设计成微型BTE(耳后)装置，所述装置包括内部扩音器和从所述内部扩音器延伸到耳道内的声管(sound tube)，或者可以包括设置在耳道内并通过延伸到耳道内的导线连接到BTE部分的外部扩音器。因此，在微型BTE装置的情况下，仅将声管或外部扩音器佩戴到用户的耳道内。
图1和图2示出了采用这样的微型感应通信系统的典型应用。
第一用户100采用第一通信系统，其包括诸如步话机之类的RF通信装置102、传输单元106和耳机110，其中，所述RF通信装置102用于通过诸如频率调制(FM)链路之类的双向RF链路108与第二用户101采用的RF通信装置102交换音频信号。例如，可以将所述RF通信装置102佩戴到用户腰部的皮带上。
将传输单元106通过电缆103电连接至RF通信装置102，所述电缆103将接收自RF通信装置102的音频信号供应给传输单元106，并且所述电缆起着向传输单元106供电的作用。此外，电缆103起着将传输单元106的麦克风105俘获的音频信号供应给所述RF通信装置102的作用，所述RF通信装置102通过双向RF链路108将所述音频信号传输至第二用户101采用的另一RF通信装置102。
将传输单元106佩戴在围绕用户颈部的环107上，所述环还起着感应环天线的作用，从而将所述RF通信装置102供应的音频信号通过感应链路109传输至耳机110。麦克风105起着俘获用户100的语音104的作用。耳机110至少部分地，优选完全地佩戴在用户的耳道内。如果如前所述将耳机设计成微型BTE装置，那么仅将声管或外部扩音器佩戴到用户的耳道内。
第二用户101采用的第二通信系统与用户100采用的通信系统完全对称。使用图1所述的通信系统，用户100可以与用户101通信，其中，麦克风105俘获用户100的语音104，通过RF链路108将对应的音频信号从用户100的RF通信装置102传输至用户101的RF通信装置102，通过电缆103将在该处接收的音频信号供应给用户101的传输单元106，并从传输单元106通过感应链路109传输至用户101的耳机110，耳机110通过内置的微型扩音器呈现用户101可以听到的音频信号。
在很多环境下，例如，在汽车、电车、火车、飞机、超级市场等内部，可能出现主要处于音频信号带宽内的磁扰动111。为了避免这样的磁扰动111与感应链路109发生干扰，将所述感应链路109设计成具有从100kHz到30MHz的载频的AM链路，所述载频范围远远高于所述磁扰动主要存在的音频信号频率范围。
在一些应用中，RF通信装置102和传输单元106可以形成集成装置，而不是通过电缆103连接。或者，可以采用诸如蓝牙链路之类的双向无线链路替代电缆103。在这种情况下，必须将电源集成到传输单元106内。
在图3中，将现有技术的感应基带音频链路140的典型频谱与根据本发明的以375kHz的载频为例的AM感应音频链路141的频谱进行比较。基带链路140具有从(例如)200Hz到3.2kHz的典型频谱范围(是步话机的典型音频范围)，而AM链路141的频谱则在载频处具有峰值，且两侧具有代表载频加减相应的音频信号频率的边带。
图4示出了传输单元106的结构的第一个例子。如前所述，传输单元106包括用于俘获用户的语音的麦克风105，其中，通过电缆103将麦克风105俘获的音频信号128供应给RF通信装置102。
类似地，通过电缆103将RF通信装置102接收的音频信号供应给传输单元106。将这些音频信号120供应给自动增益控制(AGC)放大器121，所述放大器将确保所述发射器环107建立的感应链路109的感应场不会受到过调制。在AGC放大器121之后，通过低通滤波器122对所述音频信号滤波，以降低AM调制音频信号带宽。典型地，滤波器122具有大约4kHz的截止频率，从而得到大约8kHz的调制音频信号带宽。这就足够了，因为如前所述，诸如步话机之类的RF通信装置102具有(例如)从200Hz到3.2kHz的音频信号带宽。之后，通过采用振荡器124的AM调制器123调制所述经滤波的音频信号，从而在所述振荡器124确定的载频上生成AM调制信号。之后，通过调谐功率放大器125对所述AM调制信号放大、滤波，并将其传输至发射器环107。这将确保具有最少的谐波的最大发射感应场109。
如前所述，电缆103还起着传输单元106的电源126的作用。
图5示出了传输单元106的备选实施例，其中，只有在从RF通信装置102实际接收到音频信号120时才激活所述调谐功率放大器125。出于这一目的，不仅将音频信号120供应给AGC放大器121，还供应给信号检测器127，该检测器检测在电缆103处是否存在音频信号120。通过非常快的方式检测音频信号120的存在，其实现时间(attack time)优选不到10微秒。信号检测器127一旦检测到音频信号120的存在，信号检测器127就激活，即开启调谐功率放大器125。一旦信号检测器127检测到不存在音频信号120，那么其将使功率放大器125去活，即关断，从而使传输单元106停用。以一定的释放时间常数(优选为100微秒的多倍，例如，100到3000微秒)对所述功率放大器125实施所述的去活，以避免功率放大器125在短的谈话间歇期间关断。
图6示出了耳机110，即接收单元的例子。
通过感应天线161拾取感应链路109的感应场以及最终的磁扰动111(如果存在的话)，所述感应天线161是具有高品质(Q)因数(例如70)的带通调谐滤波器162的部分，所述调谐滤波器162的作用在于对处于感应链路109的调谐音频信号的频率范围(即，载频加减音频信号频率的频率范围)之外的扰动进行选择性滤波。优选地，带通滤波器161/162的带宽对应于由传输单元106的低通滤波器122确定的AM调谐音频信号带宽，即，当前例子中的8kHz左右(加减4kHz)。之后，通过AM解调器163对经滤波的信号解调，之后通过强大的数字信号处理器(DSP)164处理解调的音频信号，所述数字信号处理器164的作用在于从有用的音频范围(如前所述，通常为从200Hz到3.2kHz)滤除所有残留的干扰。优选既采用时域信号处理又采用频域信号处理，这样能够实现非常强而且非常有效的带通滤波。还可以应用噪声抑制和抵消技术。此外，在DSP 164中实现增益模型，以控制通过功率音频放大器166提供给微型扩音器167的最大输出功率。将DSP 164采用的各种音频信号处理参数存储到诸如EEPROM 165之类的非易失存储器内。
Claims (23)
1.一种通信系统，包括：
佩戴在用户(100，101)身上或者用户颈下的用于经由感应链路(109)传输音频信号(120)的传输单元(106)；以及
至少部分地佩戴在用户的耳道内的耳机(110)，所述耳机包括用于经由所述感应链路(109)从所述传输单元(106)接收音频信号的接收单元(161，162，163)、用于处理通过所述接收单元(161，162，163)接收到的音频信号的音频信号处理单元(164，165，166)、以及根据经处理的音频信号刺激用户的听觉的扩音器(166)；
其中，所述感应链路(109)是具有从100kHz到30MHz的载频的幅度调制感应链路。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传输单元(106)包括用于在所述音频信号(120)受到幅度调制之前对所述音频信号进行滤波的低通滤波器(122)，所述低通滤波器适于确保经调制的所述音频信号的带宽低于10kHz。
3.根据权利要求1和2之一所述的系统，其中，所述传输单元(106)包括被设计为感应环(107)的天线，将所述感应环围绕用户的颈部、围绕用户的手臂或者跨越用户的肩部来佩戴。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传输单元(106)包括自动增益控制放大器(121)，用于避免对所述感应链路(109)的过调制。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传输单元(106)包括用于检测将经由所述感应链路(109)传输的音频信号(120)的存在情况的信号检测器(127)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述信号检测器(127)适于在检测到不存在将经由所述感应链路(109)传输的音频信号(120)期间使所述传输单元(106)停用。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号检测器(127)适于根据将经由所述感应链路(109)传输的音频信号(120)的存在情况来开启和关断用于对将经由所述感应链路(109)传输的所述音频信号(120)进行放大的功率放大器(125)。
8.根据权利要求6和7之一所述的系统，其中，所述信号检测器(127)适于检测将经由所述感应链路(109)传输的音频信号(120)的存在情况，所述信号检测器(127)的检测的实现时间低于10微秒。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号检测器(127)适于以从100到3000微秒的释放时间常数使所述传输单元(106)停用。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收单元包括天线(161)、幅度调制解调器(163)和带宽基本上等于经调制的音频信号的带宽的带通滤波器(161，162)，所述带通滤波器(161，162)适于在通过所述解调器(163)对通过所述天线(161)接收到的信号进行解调之前，对通过所述天线(161)接收到的信号进行滤波。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述音频信号处理单元包括用于对已通过解调器(163)进行解调的所述音频信号进行处理的数字信号处理器(164)。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述数字信号处理器(164)适于对已通过所述解调器(163)进行解调的音频信号进行带通滤波。
13.根据权利要求11和12之一所述的系统，其中，所述数字信号处理器(164)适于既在时域内又在频域内处理已通过所述解调器(163)进行解调的音频信号。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述数字信号处理器(164)应用增益模型来控制提供给所述扩音器(167)的最大输出功率。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述音频信号处理单元包括用于存储所述数字信号处理器(164)所采用的音频信号处理参数的非易失性存储器(165)。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括用于经由无线链路(108)接收音频信号的接收装置(102)，所述接收装置连接至所述传输单元(106)或者与所述传输单元(106)集成，以将所接收到的音频信号(120)供应给所述传输单元(106)。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述无线链路为射频链路(108)。
18.根据权利要求16和17之一所述的系统，其中，经由电缆(103)将所述传输单元(106)连接至所述接收装置(102)。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述接收装置(102)经由所述电缆(103)为所述传输单元(106)供电。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述传输单元(106)包括用于从用户的语音(104)俘获音频信号(128)的麦克风(105)。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述无线链路(108)是双向的，并且其中，将通过所述传输单元(106)的麦克风(105)俘获的音频信号(128)供应给所述接收装置(102)，以经由所述无线链路(108)传输所述音频信号。
22.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耳机(110)适于完全佩戴在用户的耳道内。
23.一种通信系统的操作方法，所述通信系统包括佩戴在用户(100，101)身上或者用户颈下的传输单元(106)、以及至少部分地佩戴在用户的耳道内的耳机(110)，所述方法包括：
将音频信号(120)供应给所述传输单元(106)；
将所述音频信号(120)经由感应链路(109)从所述传输单元(106)传输至所述耳机(110)，以及
根据通过所述耳机(110)接收到的音频信号经由所述耳机(110)刺激用户的听觉，
其中，所述感应链路(109)是具有从100kHz到30MHz的载频的幅度调制感应链路。
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