通过广播信道进行双工无线音频链接的系统和方法
对相关申请的交叉参考
本申请与下列美国非临时性专利申请相关:2008年6月11日提出的、名称为“调频(FM)未占用信道扫描系统及其方法”的第12/137,535号美国非临时性专利申请;2008年7月11日提出的、名称为“无线耳机和发射机之间的信道协调”的第12/172,147号美国非临时性专利申请;2009年5月28日提出的、名称为“带有信道条件评价的射频发射机和射频接收机”的第12//473,281号美国非临时性专利申请;2009年6月30日提出的、名称为“通过广播波段进行音频和数据传输的信道协调系统”的第12/495,796号美国非临时性专利申请。上述美国专利申请在此整体纳入参考。
技术领域
本发明涉及无线音频通讯系统,尤其涉及双工无线音频通讯系统,该系统通过一个辅助信道自动调谐到无线电波段内的一个可用信道。
背景技术
许多国家允许调频(FM)广播信道中的低功率调频传输供个人使用,只要传输功率符合当地监管标准的规定。另一方面,手机已经广泛应用于世界上的几乎所有区域。在第12/137,535号的美国专利申请中,披露了一种允许发射机自动选择一个没有被其他人占用、能够实现最佳可能发射效果的未占用无线电信道的系统和方法。在第12/495,796号的美国专利申请中,披露了一种在音频发射机和音频接收机之间自动建立音频链接的系统和方法。上述第12/495,796号的美国专利申请披露的系统和方法需要以上述第12/137,535号的美国专利申请披露的未占用信道技术以及握手技术为基础来自动建立音频链接。无线耳机是基于第12/495,796号美国专利申请的发明的一种具体应用,其中发射机可以被耦合至手机或便携式媒体播放器,以使音频可以在一个相匹配的无线耳机中听到。
无线耳机的应用可以进一步拓展至允许两个设备之间的双路音频通讯。换言之,耳机成为了不仅能够接收音频还能通过麦克风提供音频的扬声器电话(speakerphone)或免提耳机。该扬声器电话包括扬声器,可以将诸如手机或多媒体播放机的便携设备发射的音频放大后释放;扬声器还包括麦克风,可以捡拾远端的声音并将该声音传送至便携设备。上述扬声器电话可用于群组电话会议(group conference call)。对于较大规模群组电话会议的应用,远程扬声器电话可以使用多路麦克风,以便捡拾来自多个会议参加者的声音。无线扬声器还是驾车时手机免提的理想应用,其中可将无线扬声器电话安装于遮阳板或其他接近驾车者嘴部的位置,则无线扬声器电话通过无线音频链接与手机进行通讯。因此,驾车者进行手机通话时不需要手持手机贴近其耳部、嘴部。无线扬声器可以基于世界上较成熟和便利的低功率FM技术实现。上述双工音频链接技术对于各种无线音频应用将是非常适用和有期待的。可是,有些广播者使用的是指定的信道,而这些信道并不适于进行低功率传输供个人用。而且,也存在若选用了附近其他人所使用的频道,则会引起相互干扰的情况。所以,迫切需要一种能够自动协调信道的选择和调谐的扬声器电话系统。
发明内容
本发明披露了一种通过广播信道进行双工音频通讯的方法和设备。在本发明的一个实施例中,披露了一种协调在第一收发机和第二收发机之间的调谐以便双工音频通讯的方法。该方法包括:确定在无线电波段内的第一无线电信道;使用第一收发机在第一无线电信道发射第一控制消息;确定在无线电波段内的第二无线电信道;使用第二收发机在第二无线电信道发射第二控制消息;使用第一收发机在无线电波段内的各信道搜索第二控制消息中的第二ID,以识别第二无线电信道;以及,使用第二收发机在无线电波段内的各信道搜索第一控制消息中的第一ID,以识别第一无线电信道。在第一无线电信道和第二无线电信道建立后,本方法还包括使用第一收发机在第二无线电信道接收来自第二收发机的第二音频,并且,使用第二收发机在第一无线电信道接收来自第一收发机的第一音频。
在本发明的另一实施例中,揭示了一种协调调谐的方法,该方法中一收发机被指定为主收发机并用来确定第一无线电信道和第二无线电信道。第一收发机通过第一无线电信道发射带有识别信息的第一消息,以便从收发机识别第一无线电信道。另外,第一收发机通过第二消息提供关于第二无线电信道的信息,以便第二收发机能够确定第二无线电信道。
本发明还披露了一种协调收发机的调谐的方法。在本发明的一个实施例中,该方法包括:确定在无线电波段内的发射无线电信道;使用收发机在发射无线电信道发射一个发射控制消息;使用收发机在无线电波段内的各信道搜索接收控制消息中的ID,以识别接收无线电信道;以及,使用收发机在接收无线电信道接收来自远程收发机的音频。
本发明还披露了一种无线双工音频设备。根据本发明的一个实施例,该设备包括:发射机,该发射机在无线电波段中的第一无线电信道发射第一音频和第一控制消息,其中第一控制消息包括和该发射机有关的识别信息;接收机,该接收机在无线电波段中的第二无线电信道接收第二音频和第二控制消息;控制器,该控制器包括确定第一无线电信道的未占用信道扫描单元,并且,该控制器还包括确定第二无线电信道的信道搜索单元。
附图说明
图1A示出了带有嵌入式麦克风和扬声器的传统手机示意图;
图1B示出了使用一对FM收发机建立手机和扬声器电话间无线音频链接的应用场景;
图2A示出了根据本发明一实施例的示例性双工空中音频系统的系统方框图;
图2B示出了根据本发明一实施例的替代性双工空中音频系统的系统方框图;
图3A示出了双工空中音频系统的示例性发射机的方框图;
图3B示出了双工空中音频系统的示例性接收机的方框图;
图4A示出了双工空中音频的示例性收发机的方框图;
图4B示出了双工空中音频的替代性收发机的方框图;
图5A示出了协调在一对收发机间的调谐,以建立基于对称协议的双工空中音频的方法的示例性流程图;
图5B示出了协调在一对收发机间的调谐,以建立基于主从协议的双工空中音频的方法的示例性流程图;
图6A示出了协调在一对收发机间的调谐,以建立基于对称协议的双工空中音频并接收音频的方法的示例性流程图;
图6B示出了协调在一对收发机间的调谐,以建立基于对称协议的双工空中音频并接收音频的方法的示例性流程图;以及,
图7示出了协调收发机的调谐以建立双工空中音频并接收音频的方法的示例性流程图。
具体实施方式
如前所述,有可能利用广播波段的低功率传输作个人无线用途。可是,假如随机选择一个信道用于传输,则该信道有可能已被广播站或他人占用。美国第12/137,535号非临时性专利申请公开了一项被称为“未占用信道扫描”(Clear Channel Scan,简写CCS)的技术,该CCS技术能够快速识别一个最佳的未被占用的信道。因此,发射机可以利用CCS技术识别一个未被占用信道并利用该信道发送音频和数据。接收机则可以被调谐至该被识别的信道来接收上述音频和数据,并播放音频。为了使接收机的调谐自动进行,美国第12/172,147号非临时性专利申请披露了一种握手方法,该方法使用子信道并且在该数据信道内发射识别码,使得接收机可以搜索包含该预设的识别码的信道。该项握手技术已经被用于无线耳机的自动配对,以保证正确的信道总是能够自适应地被识别。第12/495,796号美国非临时性专利申请进一步将子信道中的控制消息的应用拓展至对远程接收机的控制,例如信道切换。虽然利用上述CCS技术可以选择一个未占用信道,但该信道的质量会由于各种原因而不时发生改变。当信道的质量降低时,系统就应该能够检测到这一环境并进行相应的反应,例如确定并切换到新的未占用信道。
在本发明中,披露了一项双工空中音频的技术,它利用某些广播波段所允许的低功率传输来实现两个设备之间双路音频通信。一项此类应用是将手机扩展用作群组电话会议或免提操作的无线扬声器电话。
为了克服上述现有技术的局限,以及其他通过阅读理解本说明书将变得明晰的局限,本发明的一个实施例披露了一种无线扬声器电话系统,该系统包括一对收发机,在便携设备和远程扬声器电话之间建立双路音频链接。这种无线音频链接可基于世界各地均能方便获得的现存的FM广播波段。一对收发机可以是FM收发机对,在主信道发射和接收音频,同时在子信道发射和接收数据。子信道可基于北美所认可的无线电数据系统(RDS或称RDBS)。世界其他地区也使用了另外的无线电数据标准,本发明并不局限于子信道中发射的无线电数据标准的任何特定实施。图1A示出了一个内嵌麦克风130和扬声器120的传统手机100。该手机使用天线110向/从基站发射和接收蜂窝信号。
图1B示出使用了一对FM收发机162在手机160和扬声器电话设备170之间建立无线音频链接190的应用场景。无线扬声器电话采用紧凑、耐磨损的设计,使得可将其放置在耳部或安装在车辆的遮阳板上,方便手机的免提操作。对于群组电话会议的应用,可以采用和参与会谈群组的规模相适应的扬声器,以保证其释放的音量满足群组电话会议的需要,相应地,无线扬声器电话也需要根据预计的应用场景进行设计。应用于群组电话会议的扬声器电话可使用电池或外接电源供电。在手机侧,可与无线扬声器电话匹配的手机160包括:FM收发机162、发射天线164和接收天线166。虽然如图所示的收发机162使用的是FM广播波段,但地区法律规定允许使用的其他低功率传输波段也可用于本发明。出于示意目的,本实施例使用了两个独立的天线164和166。可是,在发射信号和接收信号能够较好隔离的情况下,例如在发射信道和接收信道之间有足够的信道间隔时,本发明也可以使用一根天线完成发射和接收。因为手机的空间有限,故可能不得不使用微型天线或其他形态的天线,例如印刷电路板(PCB)天线。
在无线扬声器电话侧,该设备包括:FM收发机162、发射天线174和接收天线176。出于示意目的,使用了两根独立的天线174和176,如上所述该两根天线可以由一根天线代替。麦克风178用于捡拾靠近设备的远端的声音,对于较大规模的群组电话会议,可以使用多个麦克风。扬声器182用于向群组会议提供足够音量的声音。众所周知,麦克风需要相应的音频输入接口电路,进行匹配阻抗、放大信号到合适的电平、以及进行信号模拟-数字转换,以供后续处理。该接口电路可以外置、嵌入或部分嵌入于收发机162。在每一种情形下本发明均可实施。同样在本领域众所周知的是,扬声器需要相应的音频输出接口电路,进行音频的数字-模拟转换、放大信号至能够驱动扬声器的电平。而且,该音频输出接口电路可以外置、嵌入或部分嵌入收发机162,每种情形下本发明均可以实施。另外,扬声器的输出端到麦克风的输入端会引起一个意料之外的音频反馈回路,将引起回声。无线扬声器电话设备可以包括一个图1B未示出的可选回声消除单元,以去除或降低从扬声器182到麦克风178之间潜在的回声通道。
图2A示出了根据本发明一实施例的示例性双工空中音频系统的系统方框图。在图2A中右手边的子系统200表示手机侧的方框图,其中收发机162的音频输入222对应于从蜂窝网络接收的音频信号。子系统200包括发射机202、接收机204和控制器206。控制器206通过接口212与发射机202接口,并通过接口214与接收机204接口。另外,控制器206还可以通过接口216接口到外部设备,例如外部控制器、按钮和/或开关。收发机162的音频输入222在传统手机100中将被送至扬声器120,而本发明中则通过无线音频链接被送至远程收发机162并被输送至扬声器182。来自收发机162的音频输出224对应于远程子系统250中的麦克风178所捡拾的声音。在传统手机100中,来自收发机的音频输出224则是由麦克风130提供。收发机162通过接口226与发射天线164相耦合,并通过接口228与接收天线166相耦合。
在图2A中左手边的子系统250表示远程设备。子系统250与子系统200实质相同,不同处仅在于来自接收机204的输出音频224与扬声器182相耦合,且发射机202的音频输入222由麦克风178提供。因为远程子系统的外形与手机160可能存在较大差异,故发射天线174和接收天线176与子系统200中的不同。天线甚至可以延伸到无线扬声器电话的外部以供群组会议之用,这并不会象在手机侧那样成为障碍。图2A所示的系统提供了两个设备间的音频和控制数据的无线连接,该项技术在本发明中被称为“空中音频(air audio)”。
图2B示出了根据本发明一实施例的替代性双工空中音频系统的系统方框图。对于有更多参加者的群组会议,一个麦克风可能不足以恰当地捡拾所有参加者的声音。因此,可能需要多个麦克风以适应较多参加者的情形。图2B示出了带有多个麦克风的子系统260。来自多个麦克风的输入可以通过合并器232合并,然后如图2B所示输送至发射机202。一种关于扬声器电话设备的多个麦克风的组态是将合并器232置于收发机壳内,在其外壳上提供连接器,则各麦克风可以通过线路与扬声器外壳上的连接器相连接。
图3A示出了双工空中音频系统的示例性发射机202的方框图。发射机202包括发射调谐器302、音频输入接口306和数据输入接口304,其中,音频输入接口306提供在主信道发射的音频信号,数据输入接口304提供在由发射调谐器302所选择的信道的子信道发射的数字数据。在输入音频为立体声信号时,发射调谐器302负责输入音频的复用,调制被复用的音频和数据,将所调制信号上变频到与所选择信道对应的频率,并且放大上变频后的发射信号。放大信号通过接口226耦合到天线。在发射通道,不同阶段的信号进行滤波以避免干扰,并将所发射信号限制在分配的波谱内。发射调谐器302通过接口212b与控制器206接口,该接口212b是接口212的组成部分。控制器206控制发射调谐器的各种操作,例如发射信道的选择和滤波参数的确定。数据输入接口304通过接口212a接收在子信道中发射的数字数据,该接口212a也是接口212的组成部分。
图3B示出了双工空中音频系统的示例性接收机204的方框图。接收机204包括接收调谐器312、音频输出接口316和数据输出接口314,其中,音频输出接口316提供在接收信道的主信道所接收到的音频信号,作为通过接口224的音频输出,而在接收信道的子信道所接收的数字数据作为通过接口214a的数据输出,接口214a是接口214的组成部分。接收调谐器312使用低噪放大器(LNA)放大所接收的无线电频率信号,下变频该放大的信号,将之解调并多路分离以获得音频和数据输出。在接收通道,各阶段的信号进行滤波以避免干扰。接收调谐器312通过接口214b与控制器206接口,该接口214b是接口214的组成部分。控制器206控制接收调谐器的各种操作,例如接收通道和滤波参数。数字输出接口314提供通过接口214a在子信道所接收的数字数据,该接口214a是接口214的组成部分。
图4A示出了双工空中音频的带有未占用信道扫描单元402的示例性收发机162A的方框图。收发机162A与图2A和图2B中的收发机162实质相同,不同之处仅在于收发机162A增加了未占用信道扫描单元402。正如第12/137,535号美国非临时性专利申请所披露,未占用信道扫描单元402能够快速地识别一个未被占用信道。如图所示,未占用信道扫描单元402与发射天线接口226相耦合,还能够与接收天线接口228相耦合。另外,图示的未占用信道扫描单元402与发射机202、接收机204是相互独立的,但未占用信道扫描单元402也可以部分或全部嵌入发射机202或接收机204,或与其分享资源。如图4A所示,未占用信道扫描单元402与控制器206相接口,以实现对未占用信道扫描单元402的控制,或从该未占用信道扫描单元402接收信息。不过,专用控制器也能够用来实现控制或从未占用信道扫描单元402接收数据。
图4B示出了替代性收发机162B的方框图,该收发机带有为双工空中音频所用的未占用信道扫描单元402和信道质量评估单元404。信道质量评估单元404是基于信道条件评估技术设置,该项技术在美国第12//473,281号非临时性专利申请中揭示,该技术能够根据信道的信噪比(SNR)可靠地评估信道质量,不同于传统方式中单纯地依赖所接收信号的强度。图4B所示的信道质量评估单元404是与接收机204相分离的单元,但是,该单元可以嵌入接收机204内或与其分享资源。如图4B所示,信道质量评估单元404与控制器206接口,以实现对信道质量评估单元404的控制或从该单元接收信息。不过,专用控制器也能够用来实现控制或从信道质量评估单元404接收数据。
在双工无线音频系统中,两边可以使用图4A或图4B所示的相同类型的收发机。此种情形下,每边的收发机均能确定用于发射的未占用信道,此类系统被称为对称系统。图4A中的收发机和图4B中的收发机都包括未占用信道扫描单元402,这对此类系统中的每个收发机均是必要的。假如系统中的所有收发机位置邻近,则收发机面临相同的接收环境。因此,只要其中至少一个收发机装备了未占用信道扫描单元402,则系统就可以依靠该未占用信道扫描单元402识别系统的发射和接收信道。在此情形下,未占用信道扫描单元402的收发机被指定为系统的主收发机,其他收发机被指定为系统的从收发机。在图2A和图2B所示的主-从系统中,手机中的收发机或远端的收发机中的任何一方均可用作主收发机。
图5A示出了协调在一对收发机之间的调谐从而建立基于对称协议的双工空中音频的方法的示例性流程图。该方法包括:使用第一收发机确定在无线电波段内的第一无线电信道510;使用第一收发机在第一无线电信道发射第一控制消息520;使用第二收发机确定在无线电波段内的第二无线电信道530;使用第二收发机在第二无线电信道发射第二控制消息540;使用第一收发机在无线电波段的各信道搜索第二控制消息中的第二ID以识别第二无线电信道550;以及,使用第二收发机在无线电波段的各信道搜索第一控制消息中的第一ID以识别第一无线电信道560。确定在无线电波段内的第一无线电信道的步骤和确定在无线电波段内的第二无线电信道的步骤能够根据未占用信道扫描方法实现。在第一无线电信道和第二无线电信道建立后,如图6A所示,该方法还包括:使用第一收发机在第二无线电信道接收来自第二收发机的第二音频670;使用第二收发机在第一无线电信道接收来自第一收发机的第一音频680。第一收发机和第二收发机可以使用未占用信道扫描方法识别一个未占用信道,也许两个收发机会碰巧同时开始识别未被占用信道。很可能,这两个收发机会找到相同的未占用信道并开始使用该被识别的未占用信道。假如这两个收发机带有信道质量评估单元,将会发现这个信道质量较差,并引导另一收发机选择一个新的信道。还有可能,两个收发机再次找到了相同的新信道。因此,为了避免这个潜在的问题,新的信道搜索应该被延迟一个短暂的随机时间,这样两个收发机就不会总是同时开始搜索新信道。
图5B示出了协调在一对收发机之间的调谐从而建立基于主-从协议的双工空中音频的方法的示例性流程图。本实施例中第一收发机用作主收发机,第二收发机用作从收发机。第一收发机在步骤510确定第一无线电信道,在步骤531确定第二无线电信道。然后,第一收发机在步骤520通过第一无线电信道的第一消息发射识别信息,并且在步骤541通过第一无线电信道发射第二消息以提供关于第二无线电信道的信息。在从收发机侧,第二收发机在步骤560中在通过无线电波段内的各信道所接收的消息中搜索ID,用以识别第一无线电信道。当第一无线电信道被识别,第二收发机在步骤551进一步接收第二消息以识别第二无线电信道。在第一无线电信道和第二无线电信道建立后,如图6B所示,该方法进一步包括:使用第一收发机在第二无线电信道接收来自第二收发机的第二音频670,以及,使用第二收发机在第一无线电信道接收来自第一收发机的第一音频680。
图7示出了协调收发机调谐的方法。在本发明的一个实施例中,该方法包括:确定在无线电波段内的发射无线电信道710;使用收发机在发射无线电信道发射一个发射控制消息720;使用收发机在无线电波段的各信道搜索接收控制消息中的ID以识别接收无线电信道730;以及,使用收发机在接收无线电信道接收来自远程收发机的音频740。确定在无线电波段内的发射无线电信道的步骤可以根据未占用信道扫描方法进行。而且,收发机可以随机延迟后开始新的无线电信道的搜索。
本发明可以采用不偏离本发明的精神或实质特点的其他特定形式实施。上述实例在各方面仅能视为示意性而非限制。因此,本发明的范围仅由所附权利要求非前述描述所限定。任何对权利要求的等同改变均应属于其所涵盖范围。