CN103262580B - 听力设备和补偿发送器与接收器之间的频率差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种听力设备，所述听力设备包括：处理单元；滤波器；无线接收器；其中，所述处理单元被适配成确定所述无线接收器的开始与来自发送器的对应数据分组的接收之间的时间差；并且其中，所述滤波器被适配成作为多个所测量的时间差的函数来确定时间段；以及其中，所述处理单元被进一步适配成控制所述无线接收器，使得所述无线接收器在来自发送器的后续数据分组的接收之前的所述时间段被开始。从而实现的是，本发明能够在无线网络中提供发送参与者中的振荡器晶体与接收参与者中的振荡器晶体之间的差的补偿。

Description

听力设备和补偿发送器与接收器之间的频率差的方法
技术领域
本说明书涉及一种被适配成补偿发送器与接收器之间的频率差的听力设备。本说明书还涉及一种被适配成在发送器与接收器之间的通信链路被干扰一时间段的情况下补偿发送器与接收器之间的频率差的听力设备。此外，本说明书涉及一种对应的方法。
背景技术
在听力设备系统中，数据可以在发送参与者与接收参与者之间被发送。例如，数据可以经由双耳听力设备系统中的两个听力设备之间，或相对于听力设备放置在外部的麦克风与该听力设备之间的无线链路来发送。在发送和接收参与者两方中，可以包含晶体振荡器。该晶体振荡器可以提供基于其进行发送和接收的、参与者中的时钟信号。为了节约能量，补偿振荡器晶体频率之间的差可能是有利的。
因此，本发明的目的是在无线网络中提供发送参与者中的振荡器晶体与接收参与者中的振荡器晶体之间的差的补偿。
本发明的另一目的是优化恢复发送参与者与接收参与者之间的丢失链路的可能性，即通信干扰的周期什么时候结束。
发明内容
上述和其它目的通过包括处理单元、滤波器以及无线接收器的听力设备来实现，其中，所述处理单元被适配成确定无线接收器的开始与来自发送器的对应数据分组的接收之间的时间差，并且其中，所述滤波器被适配成作为多个所测量的时间差的函数来确定时间段。所述处理单元被可选地进一步适配成控制无线接收器，使得该无线接收器在来自发送器的后续数据分组的接收之前的所述时间段被开始。
所述听力设备的优点是接收器在数据的接收之前被开始的时间段可以被降低和/或最小化，因为所述时间段是基于接收器的开始与来自发送器的数据接收的开始之间的实际时间差。因此，接收器的能量消耗可以被减少。
所述听力设备的滤波器可以包括被适配成从处理单元接收多个时间差的多个抽头。所述滤波器是FIR滤波器。所述滤波器和/或其系数可以被包含在处理单元中和/或在存储器设备中。所述滤波器的抽头可以被循环地使用。
在一个或多个实施例中，所述函数可以包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差和丢失数据分组的数目。从而，所述听力设备可以有利地补偿来自发送器的丢失数据分组的数目，因为丢失数据分组的数目被包括在用于计算时间段的函数中。同样地，时间差可以被包括在所述函数中。
所述函数包括在多个所测量的时间差上的平均数。从而，所述听力设备可以有利地将时间差计算为在接收器的开始与来自发送器的数据的接收的开始之间的多个所测量的时间差上的平均数。从而，波动可以被平均掉。
其中所述函数包括在多个所测量的时间差上的平均数的助听器的进一步优点是该听力设备可以针对第一数目的接收利用第一时间段并且针对第二数目的接收利用第二时间段。例如，当滤波器尚未接收到足够的时间差来计算足够精确的或适当的平均数时，则该听力设备可以利用可以被预设的第一时间段。当滤波器已达到足够精度时，则该助听器可以利用由滤波器所计算的平均值。在一个或多个实施例中，所述听力设备可以使用作为第一和第二时间段的例如和的函数所计算的时间段。
所述平均数可以选自包括算术平均值和几何平均值和调和平均值及均方值的组。
所述滤波器可以被适配成针对第一数目的接收提供第一时间段并且针对第二数目的接收提供第二时间段。
每当所述多个抽头已接收到时间差就可以计算所述平均数。
进一步公开了补偿无线接收器与发送器之间的频率差的方法。所述方法包括：确定无线接收器的开始与来自发送器的对应数据分组的接收之间的时间差；作为多个所测量的时间差的函数来确定时间段；以及在来自发送器的后续数据分组的接收之前的时间段开始无线接收器。
在所述方法中，函数可以包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差和丢失数据分组的数目。
在所述方法中，函数可以包括在多个所测量的时间差上的平均数。
所述方法可以包括针对第一数目的接收提供第一时间段并且针对第二数目的接收提供第二时间段。
所述方法可以包括当滤波器的每个抽头已经接收到时间差时计算平均数。
所述方法及其实施例具有与所述听力设备相同的优点。
本发明的另外的优点和另外的实施例在下面被公开。
附图说明
图1示出包括第一听力设备和第二设备的听力设备系统的实施例。
图2示出其中发送参与者Tx与接收参与者Rx不同步地发送数据的实施例。
图3示出其中接收参与者与发送参与者之间的频率差被补偿的实施例。
图4示出其中来自发送参与者的多个分组未被接收参与者接收到的实施例。
图5示出其中接收参与者被适配成在发送参与者发送数据之前的固定时间段δ开始其接收器的实施例。
图6示出用于确定Δavg的单元的实施例。
具体实施方式
在上文和下文中，听力设备可以选自包括助听器、听力假体等等的组。听力设备的示例可以包括耳后(BTE)助听器、耳内(ITE)助听器、相对于听力设备放置在外部的麦克风、将数据流式传输到听力设备的设备等。
图1示出了包括第一听力设备110和第二设备120的听力设备系统100的实施例。
在一个或多个实施例中，第二设备120可以选自包括第二听力设备、移动电话、无绳电话、电视、将第一听力设备110安装到用户的听力障碍的安装仪器、遥控器以及中间设备的组。
在一个或多个实施例中，中间设备可以为使用第一通信协议与第一听力设备110并且使用另一通信协议与第三设备(未示出)进行通信的设备。例如，中间设备可以在该中间设备与第三设备之间使用ISM频带中的频带和具有低功率要求的类似蓝牙的协议(诸如通过引用结合在此的US 7,778,432中所公开的)以及没有低功率要求的标准蓝牙协议来与第一听力设备110进行通信。例如，第一听力设备110可以为助听器，而第三设备可以为具有蓝牙功能的移动电话，并且中间设备可以使用低功率通信协议与助听器进行通信并且使用蓝牙协议与移动电话进行通信来提供助听器与移动电话之间的通信。
在一个或多个实施例中，中间设备可以包括麦克风。
第一听力设备110和第二设备120可以经由如下文公开的无线网络130而被通信地耦合。
第一听力设备110可以包括一个或多个麦克风111和至少一个换能器112，诸如接收器112。此外，第一听力设备110可以包括诸如数字信号处理器(DSP)的处理单元113。DSP113可以被通信地耦合到麦克风111和接收器112。通信耦合可以经由线缆、印刷电路板(PCB)或类似物来实现。
麦克风111可以接收被模拟至数字转换器(ADC，未示出)转换成数字信号的音频信号。数字信号可以被从ADC传送到DSP 113，从而使得DSP能够修改该数字信号以适应听力设备110的用户的听力缺陷。
经修改的数字信号可以被从DSP 113传送到接收器112，所述接收器112可以将经修改的数字信号转换成修改的音频信号。经修改的音频信号可以经由接收器112朝用户的鼓膜发送。
听力设备110可以包括诸如易失性或非易失性存储器设备的存储器设备115。
听力设备110和/或第二设备120可以包括相应的通信单元114、124，诸如收发器即组合的发送器和接收器。在一个或多个实施例中，听力设备110可以包括发送器114而第二设备120包括接收器124或者反之亦然。在一个或多个实施例中，听力设备110可以包括收发器114而第二设备120可以包括接收器124或者反之亦然。
相应的通信单元114、124可以例如经由PCB通信地耦合到相应的天线118、128。
听力设备110和第二设备120可以经由相应的通信单元114、124进行通信以便建立无线网络130。
在一个或多个实施例中，听力设备110和第二设备120可以使用多个频率信道经由无线网络130通信。在一个或多个实施例中，频率信道的数目可以为31个频率信道。在一个或多个实施例中，频率信道的数目可以选自ISM(工业、科学以及医学)无线电频段。
通常，第一听力设备110的DSP 113可以可能经由诸如ADC或DAC的其它组件而被通信地耦合到第一听力设备110中的所有组件，即时钟发生器117、一个或多个麦克风(经由ADC)、至少一个换能器112(经由DAC)、通信单元114以及存储器设备115。耦合可以由PCB等来提供。
在一个或多个实施例中，组件中的一个或多个的功能性可以被包括在DSP 113中。例如，存储器设备115可以被包含在DSP 113中。
在一个或多个实施例中，第一听力设备110和第二设备120可以包括相应的时钟发生器117、127，用于生成相应的时钟信号。
在一个或多个实施例中，第一听力设备110可以例如为经由无线网络130从发送参与者例如第二设备120接收数据的接收参与者。在另一实施例中，第二设备120可以例如为经由无线网络130从发送参与者例如第一听力设备110接收数据的接收参与者。在一个或多个实施例中，第一听力设备110和第二设备120可以例如为从发送参与者例如广播系统等接收数据的接收参与者。在这个实施例中，第二设备120可以为听力设备。
图2示出了其中发送参与者Tx与接收参与者Rx不同步地发送数据的实施例。
在一个或多个实施例中，发送参与者和接收参与者的时钟发生器都可以包括振荡器晶体，诸如石英晶体等。两个时钟发生器可以在(稍微)不同的频率下操作，即使它们的振荡器晶体被假定为相同的。差异可能由振荡器晶体的生产容差内的振荡器晶体变化引起。例如，一个振荡器晶体可以以16MHz振荡而另一个振荡器晶体以16.000025MHz振荡。这样的频率差在发送和接收期间可以产生问题，因为发送和接收参与者可能在事件的定时上不一致，例如接收参与者在从发送参与者的发送的末期开始接收。这样的频率差可以提供如图2中所指示的情形，其中接收参与者的接收器在多个时隙1、2、3、4、5等中与发送参与者的发送器不同步地被开启。
图3示出了其中接收参与者与发送参与者之间的频率差被补偿的实施例。
为了补偿发送参与者的晶体振荡器与接收参与者的晶体振荡器之间的频率差，接收参与者可以被适配成在发送参与者将诸如数据分组的数据发送到接收参与者之前的第二时间段δ(见下文对δ的定义)开始它的接收器112。
在一个或多个实施例中，接收参与者可以利用例如存储在接收参与者的存储器设备115中(并且可能地同样在发送参与者中)的接收协议。接收协议可以定义来自发送参与者的第一数据分组和后续第二数据分组的传输之间的时间段。使用这个时间段，接收参与者的DSP113可以基于关于数据分组被接收到的信息来计算后续数据分组什么时候从发送参与者被发送。
例如，如果两个后续数据分组之间的时间段是1ms并且接收参与者刚接收到数据分组，则接收参与者可以计算下一个数据分组将在1ms中被接收。如果接收参与者的振荡器晶体以16MHz振荡，则在接收和发送参与者的晶体振荡器是相同情况下，下一个数据分组应该在该振荡器晶体的16000次振荡之后被接收。
修剪
在一个或多个实施例中，为了使接收参与者补偿接收参与者、相应地发送参与者中的振荡器晶体之间的可能的差，接收参与者可以被适配成使用Δavg和自数据分组的最后成功接收以来的丢失接收的数目的函数，在发送参与者发送诸如数据分组的数据之前以最小可能的余量来开始它的接收器112。所述函数可以是加法、乘法等。
Δavg可以为如下所述那样计算的滑动平均，参见等式(1)。对于每个发送的数据分组，接收参与者可以通过第一时间段Δavg来补偿接收器的开始。另外，接收参与者可以检测接收器112的开始和来自发送参与者的数据什么时候被接收到之间的实际时间差Δi。因此，Δavg和Δi可以不同。
时间差Δi中的每一个都可以被存储在接收参与者的存储器设备115中。接收参与者的DSP 113可以对存储在存储设备115中的时间差Δi计算滑动平均。该滑动平均可以被计算为
(1)
滑动平均Δavg可以被实现为包括若干抽头例如多个抽头的滤波器。例如，该滑动平均可以被实现为包括诸如8个的多个抽头的滑动平均FIR滤波器。
滤波器可以被包含在DSP 113中和/或在存储器设备115中。
在一个或多个实施例中，n可以为表示包含Δi的滤波器中的存储器元件或抽头的数目的计数器，即如果包含Δi的两个存储器元件/抽头被包括在存储器设备115或滤波器中，则n＝2。n可能受到分配用于存储Δi的存储器设备/滤波器中的存储器元件/抽头的数目N限制，所述数目N诸如32，即32个存储器元件/抽头被分配用于存储。
在一个或多个实施例中，存储器设备可以包含固定数目N个存储器元件/抽头，例如32个存储器元件/抽头，其可以被循环地使用，即使得第一个Δi(Δ1)被存储在第一个存储器元件/抽头中，第二个Δi(Δ2)被存储在第二个存储元件/抽头中，第n个Δi(Δn)被存储在第n个存储元件/抽头中，第N+1个Δi(ΔN+1)被存储在第一个存储器元件/抽头中，第N+2个Δi(ΔN+2)被存储在第二个存储器元件/抽头中等等。
在一个或多个实施例中，每当N个存储器元件/抽头已经被存储在存储器设备115或滤波器中，就计算该滑动平均。
在一个或多个实施例中，每当新的Δi被存储在存储器设备115或滤波器的存储器元件/抽头中，就计算该滑动平均。
Δavg因此可以为在由接收参与者和发送参与者中的振荡器晶体之间的频率差所引起的时间差上的平均数。
如在图3中所看到的，所累积的补偿量为其中j表示数据分组数目。
图4示出了其中第一听力设备110与第二设备120之间的连接已经在从发送参与者到接收参与者的许多数据分组中被中断的实施例。在图中，两个数据分组(分组3和分组4)尚未被接收参与者接收到。
在这个实施例中，接收参与者被适配成利用针对其接收到数据分组的最后计算的Δavg来补偿接收的开始。接收参与者可以对其中没有数据分组被接收到的每个时隙利用最后计算的Δavg。发送参与者被假定为以相同的速率发送数据，即在数据分组之间维持相同的间隔。
此外，在这个实施例中，当没有数据分组被接收到时不更新Δavg，以及由此没有Δi被确定。
发明构思是接收参与者与发送参与者之间的定时差维持基本上不变，即使来自发送参与者的一个或多个数据分组丢失了。这可能是由于发送参与者的晶体振荡器与接收参与者的晶体振荡器之间的频率差随着时间的推移例如在数秒内保持基本上不变的事实而导致的。
接收参与者可以继续使用例如一分钟的特定的时间段的Δavg进行补偿。一分钟是在其期间期望待重建的丢失通信链路的恢复的合理的时间段。
图5示出了其中接收参与者被适配成在发送参与者在第一数目F1的传输中，例如在第一个数据分组或前两个数据分组或前N个数据分组的传输中，将数据发送到接收参与者之前的固定的第二时间段δ开始它的接收器112的实施例。在一个或多个实施例中，传输的数目F1对应于直到滑动平均滤波器已经完成为止即直到滑动平均滤波器中的抽头中的每一个都已经接收到数据为止的时间(例如Δi)。
对于第一数目的传输F1中的每一个，接收参与者检测接收参与者的接收器112的开始与通过发送参与者的传输的开始之间的时间差Δi。
如同上述，所述时间差Δi中的每一个都被存储在接收参与者的存储器设备115中。接收参与者的DSP 113对存储在存储器设备115中的时间差Δi计算滑动平均。
在一个或多个实施例中，该滑动平均可以如上述等式1那样即在固定的第二时间段δ未被包括的情况下被计算。
可以根据振荡器晶体的规格来估计δ的最大值。因此，选择δ的最大值确保了接收参与者将总是在发送参与者将数据发送到接收参与者之前开始它的接收器。
作为示例，δ可以使用晶体振荡器的精度来估计。假定±60ppm(百万分之一)的精度，则16MHz的晶体振荡器能够从所规定的频率最大地变化±960Hz。如果发送参与者的晶体振荡器偏离+960Hz即16MHz+960Hz并且接收参与者的晶体振荡器偏离-960Hz即16MHz-60Hz，则两个晶体振荡器之间的频率差是1920Hz。从而，晶体振荡器之间的漂移是在其中每秒发送27个数据分组的传输方案中，则晶体振荡器之间的最大漂移是约4.44μs，即每数据分组低于5μs。因此，在这个示例中，δ可以被设置为5μs。在另一示例中，δ可以被设置为50μs。
图6示出了用于确定Δavg的单元600的实施例。单元600可以包括时钟发生器117、127，其例如可以以16MHz振荡。时钟发生器117、127可以被连接到定时器22，所述定时器22对时钟周期的数目计数。定时器22还被连接到存储器单元24，其最初可以配备有数目Δavg≤δ。
当定时器22已计数了N个时钟周期时，信号26被供应给无线电设备28，所述信号26触发无线电设备28的激活以便该无线电设备开始“侦听”发送设备(图1中的120)。无线电设备28然后将比特流提供给SOF(帧开始)相关器30，其能够识别给定“帧开始”比特消息。在发送设备开始传输之前，这个比特流可能是无意义的。但当SOF单元识别到“帧开始”比特消息时则锁存器触点32被激活(闭合)，以致定时器22能够将值D写入到锁存器34。
值D可以为从在其已经发送了无线电设备28信号的开始的时间起的定时器22计数。
单元600此外可以装配有MCU(微控制单元)36，所述MCU 36配备有软件程序。MCU36能够从锁存器34读取值D。
与SOF相关器30将信号发送到锁存器触点32基本上同时地，另一中断信号38被发送到MCU 36。这个中断信号38告诉MCU 36开始算法。该算法将存储在存储器单元24中的值例如上述D和N值用作为输入，并且软件程序使用这些值来计算更新的Δavg，其被存储在存储器单元24中。
本发明提供了一种听力设备，包括：处理单元(113)；滤波器；无线接收器(114)；其中，所述处理单元(113)被适配成确定所述无线接收器(114)的开始与来自发送器(124)的对应数据分组的接收之间的时间差(Δi)；其中，所述滤波器被适配成作为多个所测量的时间差(Δi)的函数来确定第一时间段(Δavg)；以及其中，所述处理单元(113)被进一步适配成控制所述无线接收器(114)，使得所述无线接收器(114)在来自发送器(124)的后续数据分组的接收之前的所述第一时间段(Δavg)被开始。
在所述听力设备中，所述滤波器包括被适配成从所述处理单元(113)接收所述多个时间差(Δi)的多个抽头(N)。
在所述听力设备中，所述滤波器是FIR滤波器。
在所述听力设备中，所述滤波器被包含在所述处理单元(113)中和/或在存储器设备(115)中。
在所述听力设备中，所述函数包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差(Δi)和丢失数据分组的数目。
在所述听力设备中，所述函数包括在多个所测量的时间差(Δi)上的平均数。
在所述听力设备中，所述平均数选自包括算术平均值和几何平均值和调和平均值及均方值的组。
在所述听力设备中，所述滤波器被适配成针对第一数目的接收提供第一时间段(Δavg)并且针对第二数目的接收提供第二时间段(δ)。
在所述听力设备中，所述滤波器的抽头被循环地使用。
在所述听力设备中，每当所述多个抽头(N)已经接收到时间差(Δi)，就计算所述平均数。
本发明还提供了一种补偿无线接收器和发送器之间的频率差的方法，所述方法包括：确定所述无线接收器(114)的开始与来自所述发送器(124)的对应数据分组的接收之间的时间差(Δi)；作为多个所测量的时间差(Δi)的函数来确定第一时间段(Δavg)；以及在来自发送器(124)的后续数据分组的接收之前的所述第一时间段(Δavg)开始所述无线接收器(114)。
在所述方法中，所述函数包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差(Δi)和丢失数据分组的数目。
在所述方法中，所述函数包括在多个所测量的时间差(Δi)上的平均数。
在所述方法中，进一步包括针对第一数目的接收提供第一时间段(Δavg)并且针对第二数目的接收提供第二时间段(δ)。
在所述方法中，进一步包括当滤波器的每个抽头(N)已经接收到时间差(Δi)时，计算所述平均数。

Claims (13)

1.一种听力设备，包括：
●处理单元(113)；
●滤波器；
●无线接收器(114)；
●其中，所述处理单元(113)被适配成确定所述无线接收器(114)的开始与来自发送器(124)的对应数据分组的接收之间的时间差(Δi)；
●其中，所述滤波器被适配成确定第一时间段(Δavg)，所述第一时间段(Δavg)作为多个所测量的时间差(Δi)的函数；
其中，所述处理单元(113)被进一步适配成控制所述无线接收器(114)，使得所述无线接收器(114)在来自发送器(124)的后续数据分组的接收之前的所述第一时间段(Δavg)被开始；以及
其中，所述滤波器包括多个抽头(N)，所述多个抽头(N)被适配成从所述处理单元(113)接收所述多个时间差(Δi)，
其中，所述函数包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差(Δi)和丢失数据分组的数目。
2.根据权利要求1所述的听力设备，其中，所述滤波器被包含在所述处理单元(113)中和/或在存储器设备(115)中。
3.根据权利要求1所述的听力设备，其中，所述处理单元被适配成利用最后计算的关于接收到的数据分组的第一时间段(Δavg)来补偿接收的开始。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的听力设备，其中，所述函数包括多个所测量的时间差(Δi)的平均数。
5.根据权利要求4所述的听力设备，其中，所述平均数选自包括算术平均值和几何平均值和调和平均值及均方值的组。
6.根据权利要求1至3中的任何一项所述的听力设备，其中，所述滤波器被适配成针对第一数目的接收提供所述第一时间段(Δavg)并且针对第二数目的接收提供第二时间段(δ)。
7.根据权利要求6所述的听力设备，其中，所述处理单元被适配成在所述发送器在第一数目的传输中向所述听力设备发送数据之前的固定的第二时间段(δ)开始所述无线接收器。
8.根据权利要求4所述的听力设备，其中，所述滤波器的抽头被循环地使用。
9.根据权利要求8所述的听力设备，其中，每当所述多个抽头(N)已经接收到N个时间差(Δi)，就计算所述平均数。
10.一种补偿无线接收器和发送器之间的频率差的方法，所述方法包括：
●确定所述无线接收器(114)的开始与来自所述发送器(124)的对应数据分组的接收之间的时间差(Δi)；
●在包括多个抽头(N)的滤波器中接收多个时间差(Δi)，其中每个抽头被适配为接收时间差；
●确定第一时间段(Δavg)，所述第一时间段(Δavg)为多个所测量的时间差(Δi)的函数；以及
●在来自发送器(124)的后续数据分组的接收之前的所述第一时间段(Δavg)开始所述无线接收器(114)，
●其中，所述函数包括自数据分组的最后成功接收以来所测量的时间差(Δi)和丢失数据分组的数目。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述函数包括多个所测量的时间差(Δi)的平均数。
12.根据权利要求10至11中的任何一项所述的方法，进一步包括针对第一数目的接收提供所述第一时间段(Δavg)并且针对第二数目的接收提供第二时间段(δ)。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：每当新的时间差(Δi)被存储在所述滤波器的抽头中时，计算所述平均数。
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