CN105519016A - 使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于使用基于时变频率的符号来发送声波的方法包括以下步骤：以数字形式存储波形数据；将数字形式的波形数据转换为模拟信号；通过扬声器将所述模拟信号输出为声波。这里，数字形式的波形数据包括频率在声波频带内随时间改变的符号。

Description

使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备

技术领域

本公开涉及一种使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备。

背景技术

近年来，正在研究使用声波来提供信息的技术。

例如，公开号为2013-0064014的韩国专利申请(2013年6月17日)(标题为“用于使用声波通信来提供基于位置的服务的系统、服务器、方法和记录介质”)公开了一种用于使用声波通信来提供基于位置的服务的系统。

在另一示例中，公开号为2012-0045613的韩国专利申请(2012年5月9日)(标题为“用于使用声波通信在可听频带中收发数据的系统和方法以及应用所述方法的设备”)公开了一种用于在可听频带中收发数据的方法和设备。

发明内容

技术问题

示例性实施例的一个或更多个方面提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备和应用，其中，所述方法具有优异的自相关性和互相关性，因此在传输距离/同步方面有益。

示例性实施例的一个或更多个方面还提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备和应用，其中，通过所述方法，发送设备和接收设备能够被容易地实现。

示例性实施例的一个或更多个方面还提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备和应用，其中，所述方法甚至能够在扬声器和麦克风的频率特性随着频率增加而恶化的环境中执行声波通信。

示例性实施例的一个或更多个方面还提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备和应用，其中，所述方法甚至能够在扬声器、麦克风和放大器的频率响应不规则的时候有效执行声波通信，这是因为用于发送和接收声波的所述方法不依赖于具体频率。

示例性实施例的一个或更多个方面还提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送和接收声波的方法以及使用所述方法的设备和应用，其中，所述方法能够执行声波通信并且还能够容易地测量距离。

示例性实施例的一个或更多个方面还提供了一种使用声波的应用，其中，所述应用能够独立于操作系统(OS)控制扬声器和麦克风。

技术方案

根据示例性实施例的一方面，提供了一种用于使用基于时变频率的符号来发送声波的方法，所述方法包括：将数字波形数据转换为模拟信号；通过放大器对所述模拟信号进行放大；通过扬声器将放大器放大的所述模拟信号输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，其中，数字波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种使用基于时变频率的符号来发送声波的设备，所述设备包括：D/A转换器，被配置为将数字波形数据转换为模拟信号；输出器，包括放器和扬声器，其中，放大器被配置为对所述模拟信号进行放大，扬声器被配置为将放大器放大的所述模拟信号输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，其中，数字波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于从由“1”和“0”形成的数字比特数据产生数字波形数据的方法，所述方法包括：将由“1”和“0”形成的数字比特数据调制为具有下述特性的符号：所述符号的频率在声波频带内随时间改变；将训练序列添加到经过调制的数据，其中，通过调制并添加训练序列而产生的数字波形数据被转换为模拟信号，被放大器放大，并随后通过扬声器被输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，其中，所述符号包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种接收声波的方法，所述方法包括：由麦克风接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波，并将所述声波输出为模拟信号；将麦克风输出的所述模拟信号转换为数字波形数据，其中，数字波形数据包括至少一个上时变信号和至少一个下时变信号，其中，所述至少一个上时变信号的频率随时间线性增加或非线性增加，所述至少一个下时变信号的频率随时间线性降低或非线性降低，其中，上时变信号被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及麦克风的频率响应特性的情况下，频率随时间线性增加或非线性增加，其中，下时变信号被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与上时变信号的互相关性的情况下，频率随时间线性降低或非线性降低。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种记录用于执行以下操作的应用的计算机可读介质：在计算机中包括麦克风和A/D转换器，其中，麦克风用于接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波并将所述声波转换为电信号，A/D转换器用于将麦克风所转换的所述电信号转换为数字波形数据；从数字波形数据检测信息部分(在下文中，包数据)；将检测到的包数据解调为数字比特数据，其中，数据波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，第一数字码被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，并且其中，第二数字码被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下，第二数字码的频率随时间线性降低或非线性降低，其中，当进行解调时，所述应用使用频率随时间改变的时变符号，其中，解调操作中的时变符号是上时变信号和下时变信号，其中，上时变信号的频率随时间线性增加或非线性增加，下时变信号的频率随时间线性降低或非线性降低，其中，当检测包数据时，所述应用使用时变符号。

根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种用于使用基于时变频率的符号来接收声波的设备，所述设备包括：麦克风，被配置为接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波，并将所述声波转换为电信号；A/D转换器，被配置为将麦克风所转换的所述电信号转换为数字波形数据；包检测器，被配置为从由A/D转换器转换得到数字波形数据检测信息部分(在下文中，数据包)；数据解调器，被配置为将包检测器检测到的数据包解调为数字比特数据，其中，数字波形数据的频率随时间改变，其中，数据波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，第一数字码被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，并且其中，第二数字码被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下，第二数字码的频率线性降低或非线性降低。

有益效果

根据一个或更多个示例性实施例，自相关性和互相关性优异，因此可容易地执行对传输距离的测量/同步。

根据一个或更多个示例性实施例，发送设备和接收设备能够被容易地实现。具体地讲，与相移键控(PSK)相比，由于不需要精确且连续的相位同步，因此所述设备和方法不需要锁相环(PLL)。

根据一个或更多个示例性实施例，所述方法和设备甚至能够在扬声器和麦克风的频率特性随着频率增加而恶化的环境中执行声波通信。

根据一个或更多个示例性实施例，当频移键控(FSK)使用高频时，能够在多个频带之间根据扬声器和麦克风的特性在不降低由接收信号的失真引起的性能恶化的情况下发送和接收信号。

根据一个或更多个示例性实施例，由于根据实施例的方法不依赖于具体频率，因此甚至能够在扬声器、麦克风和放大器的频率响应不规则的时候有效地执行声波通信。

根据一个或更多个示例性实施例，能够容易地执行距离测量以及声波通信。

根据一个或更多个示例性实施例，由于所述方法能够被实现为可独立于操作系统(OS)来控制扬声器和麦克风的应用，因此所述方法能够在对操作系统没有限制的情况下被应用。

附图说明

图1是用于解释根据本公开的示例性实施例的使用基于时变频率的符号来发送声波的方法的示图；

图2(a)和图2(b)是用于解释根据本公开的示例性实施例的数字形式的波形数据的示图；

图3是用于解释包括训练序列的数字形式的波形数据的示图；

图4是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于产生数字形式的波形数据的方法的示图；

图5是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于接收声波的方法的示图；

图6是用于解释在根据本公开的示例性实施例中使用的零填充的示图；

图7是用于解释根据本公开的示例性实施例的应用的示图；

图8是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于使用基于时变频率的符号来发送声波的设备的示图；

图9至图11是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于接收声波的设备的示图；

图12是用于解释根据本公开的示例性实施例的时变信号的相关性特性的示图；

图13至图16是用于解释根据本公开的示例性实施例的符号的示图；

图17是用于解释根据本公开的示例性实施例的重复发送和接收的示图；

图18是用于解释根据本公开的示例性实施例的接收两个或更多个复制声波的声波接收设备的示图；

图19是用于解释当符号被放置为在时间轴上彼此重叠或者被放置为在时间轴上彼此不重叠时进行的接收的示图；

图20是用于解释利用模拟装置(诸如扬声器、麦克风和放大器)的频率响应的倒数进行了归一化的时变信号的示图；

图21是用于解释根据本公开的示例性实施例的由两个或更多个时变信号形成的训练序列的示图。

[符号说明]

1:100:麦克风2：存储器

3：应用4：计算机处理器

5：硬件和软件资源12：存储器

14：波形数据产生器16：D/A转换器

18：输出器200：A/D转换器

300：包检测器400：数据解调器

具体实施方式

现在参照附图更充分地描述示例性实施例，以使本发明构思的多个方面、特征和优点清楚。然而，示例性实施例可以以多种不同的形式来实现，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。而是，示例性实施例被提供以使本公开将是彻底和完整的，并且将本申请的范围充分传达给本领域普通技术人员。

将理解，当元件被称为在另一元件“上”时，所述元件可直接在另一元件上或在中间元件上。

如果诸如“第一”和“第二”的术语被用于描述元件，则这些元件不应被这样的术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开的目的。示例性实施例包括它们的互补实施例。

图1是用于解释根据本公开的示例性实施例的使用基于时变频率的符号来发送声波的方法的示图。

参照图1，根据本公开的示例性实施例的使用基于时变频率的符号来发送声波的方法(在下文中，被称为“声波发送方法”)可包括以下步骤：以数字形式存储波形数据(S101)；将数字形式的波形数据转换为模拟形式的电信号(在下文中，被称为电信号或模拟信号)(S103)；通过扬声器将电信号输出为声波(105)。这里。在步骤S103中转换得到的电信号(或模拟信号)可具有将在下面参照图2描述的波形数据形式。

在步骤S101中存储的数字形式的波形数据包括由频率在声波频带内随时间而改变的信号形成的至少一个符号(即，基于时变频率的符号)。

在步骤S103，在步骤S101中存储的数字形式的波形数据被转换为电信号(即，模拟形式的波形数据)。

在步骤S105，在步骤S103中转换得到的电信号被输出为声波。

图2(a)和图2(b)是用于解释根据本公开的示例性实施例的波形数据的示图。

在本说明书中，波形数据是指被配置为具有如图2(a)中所示的频率随时间而改变(例如，增加或降低)的频率特性的数据。

为了解释本公开的目的，将使用如图2(a)中所示的数字形式的波形数据或模拟形式的波形数据。

此外，在本说明书中，数字形式的波形数据是指被配置为具有频率随时间改变(例如，增加或降低)的频率特性的数字数据，并且模拟形式的波形数据是指被配置为具有频率随时间改变(例如，增加或降低)的频率特性的模拟数据。

此外，在本说明书中，波形数据被用作指示数字形式的波形数据和模拟形式的波形数据中的任意一个波形数据或它们两者的术语。

当根据本公开的示例性实施例的数字形式的波形数据以44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意采样率以及8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意量化水平被转换为模拟信号时，根据本公开的示例性实施例的模拟形式的波形被产生。相反，当根据本公开的示例性实施例的模拟形式的波形数据以44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意采样率以及8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意量化水平被转换为数字数据时，根据本公开的示例性实施例的数字形式的波形被产生。

根据本公开的示例性实施例的波形数据包括基于时变信号的符号(在下文中，被称为时变符号)。

根据本公开的示例性实施例的基于时变信号的符号可以是具有频率随时间增加的特征的数据(如上时变信号(time-varyingupsignal))以及具有频率随时间降低的特征的数据(如下时变信号(time-varyingdownsignal))。

根据本公开的示例性实施例的包括在数字波形数据中的基于时变信号的符号可以是以下数字码中的任意一个：具有频率随时间增加的特征的数字码(在下文中，被称为第一数字码)以及具有频率随时间降低的特征的数字码(在下文中，被称为第二数字码)。

根据本公开的示例性实施例的包括在模拟波形数据中的基于时变信号的符号可以是以下模拟信号中的任意一个：具有频率随时间增加的特征的模拟信号(如上时变信号)以及具有频率随时间降低的特征的模拟信号(如下时变信号)。

例如，上时变信号可具有频率随时间线性增加或非线性增加的特征，并且下时变信号可具有频率随时间线性降低或非线性降低的特征。

在另一示例中，上时变信号可具有频率随时间指数增加的特征，下时变信号可具有频率随时间指数降低的特征。

在另一示例中，可用用于发送和接收声波的模拟装置(诸如扬声器、麦克风和放大器)的频率响应的倒数来对时变信号进行归一化。

图13至图16是用于解释根据本公开的示例性实施例的时变符号的示图。在该附图中，时变符号通过示例的方式被示出。

图13示出具有优异的自相关性特性和互相关性特性的四个时变符号，图14示出具有优异的自相关性特性和互相关性特性的八个时变信号，图15示出通过增加或减少时变符号的组合而配置的新时变符号。另外，图16示出随时间指数改变的符号。图20示出用用于发送和接收声波的模拟装置(诸如扬声器、麦克风和放大器)的频率响应的倒数而被归一化的符号。将在下面参照图12解释优异的相关性特性。数字形式的波形数据可被构造为包括指“1”(或“0”)的至少一个第一数字码，并包括指“0”(或“1”)至少一个第二数字码。

可选择地，第一数字码和第二数字码不指示“1”或“0”，而是可根据相邻数字码之间的距离(对应于频率响应的相位)而指示“1”或“0”。

根据本公开的另一示例性实施例的波形数据还可包括训练序列。

图3是用于解释包括训练序列的波形数据的示图。

参照图3，包括在波形数据中的训练序列包括频率随时间改变的符号(在下文中，训练序列符号)。

根据本公开的示例性实施例的包括在数字形式的波形数据中的训练序列包括具有频率随时间改变的特征的数字数据(或训练序列数字码)。

根据本公开的示例性实施例的包括在模拟形式的波形数据中的训练序列包括具有频率随时间改变的特征的模拟信号。

在本说明书中引用的训练序列是指包括在数字形式的波形数据中的训练序列以及包括在模拟形式的波形数据中的训练序列中的任意一个训练序列或它们两者。

训练序列的长度可以比指1或0的基于时变信号的符号的长度长。因为自相关性特性和互相关性特性与时变符号的长度成比例地提高，因此这是为了在接收侧更精确地检测声波的起始点。在下面将参照图12解释优异的相关性特性。

训练序列可以以在如图3中所示的前导码形式被包括波形数据的第一部分或最后部分中，或者可以以导频形式被划分为子训练序列并被包括在波形数据中。此外，考虑到无线电信道的效应，可在训练序列和指示数字信息的时变信号之间插入空白，或者训练序列的一部分可以以循环前缀的形式被重复插入到波形数据中。

参照图21，根据本公开的示例性实施例的训练序列包括两个或更多个时变信号。包括所述两个或更多个时变信号的训练序列可提供关于训练序列以及训练序列后面的时变信号的结构的信息。

例如，如图21中所示，当训练序列包括两个或更多个时变信号时跟随在训练序列后面的时变信号之间的间隙比当训练序列包括一个时变信号时跟随在训练序列后面的时变信号(未示出)之间的间隙短。

此外，当训练序列包括两个时变信号时，所述两个时变信号可彼此相距预定时间。这里，时间间隔(例如，图21的示图(b)的t2)可指示跟随在训练序列后面的时变信号之间的间隙。上时变信号和下时变信号中的每一个时变信号的频率随时间改变。例如，上时变信号的频率可线性增加，下时变信号的频率可线性降低。在另一示例中，上时变信号的频率可非线性改变，并且下时变信号的频率可非线性改变，但这两个信号示出了优异的自相关性和互相关性特性。在下面将参照图12解释优异的相关性特性。

此外，上述上时变信号和下时变信号可在声波频带(例如，20Hz和24kHz)内随时间改变。

在步骤S103，步骤S101中存储的数字形式的波形数据被转换为模拟信号。

在步骤S103，数字形式的波形数据以预定采用率和预定量化水平被转换为模拟信号。

例如，所述预定采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，所述预定量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。这些数值仅是示例，因此本领域普通技术人员将理解，本公开不限于这些数值。

在步骤S105，在步骤S103中转换得到的模拟信号被输出为声波。例如，步骤S105可包括对在步骤S103中转换得到的模拟信号进行放大的步骤以及通过扬声器输出经过放大的模拟信号的步骤。

根据本公开的示例性实施例的声波发送方法可持续重复以下操作：对从数字形式的波形数据转换得到的模拟信号进行放大的操作以及通过扬声器将所述信号输出为声波的操作(例如，在步骤S101、S103和S105被执行之后，步骤S103和S105被再次执行，并且随后步骤S103和S105被再次执行，等等)。在这种情况下，期望接收相应声波的接收侧可在预定时间接收声波，而不需要单独请求发送。此外，接收侧接收重复输出的声波，随后通过对声波进行组合来进行解调，使得接收性能可被提高。

以上参照图1至图3描述的根据示例性实施例的声波发送方法可被应用于例如再现包括数字比特数据的特定数据并通过扬声器输出所述数据的声波系统。

图4是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于产生数字形式的波形数据的方法的示图。

参照图4，根据本公开的示例性实施例的用于产生数字形式的波形数据的方法可包括以下步骤：把将被发送的数字比特数据存储为由“1”和“0”形成的声波(S201)；将步骤S201中存储的数字比特数据调制为基于以下信号的符号，其中，所述信号的频率在声波频带内随时间改变(S203)；将训练序列添加到在调制步骤中调制的数据(S205)。

在步骤S201，数字比特数据被存储。

在步骤S201，计算机可读介质(RAM、硬盘、ROM、CD、磁带等)可存储数字比特数据。例如，数字比特数据可以是如10101100的数字码。

数字比特数据还可包括用于检测或校正误差的误差检测码或校正误差码。

在步骤S203，数字比特数据被调制为基于频率随时间改变的符号的信号。

例如，在步骤S203，数字比特数据可被调制为第一数字码和第二数字码。这里，第一数字码和第二数字码可以是具有频率随时间改变的特征的数字数据。

例如，第一数字码是具有频率随时间增加的特征的码，第二数字码是具有频率随时间降低的特征的码。

例如，第一数字码和第二数字码的采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，第一数字码和第二数字码的量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。这些数值仅是示例，因此本领域普通技术人员将理解，本公开不限于这些数值。

例如，当为了易于理解假设第一数字码为“01010011”并且第二数字码是“10001001”时，在步骤S201中存储的数字码10101100可被如下调制(为了易于理解，被调制为第一数字码的部分以粗体被显示)：

10001001100010011000100110001001

这些数值仅是示例，因此本领域普通技术人员将理解，本公开不限于这些数值。

在步骤S205，训练序列被添加到执行步骤S203的结果。训练序列比如图4中所示的将被发送的原始比特数据的符号(例如，第一数字码或第二数字码)长。

此外，训练序列还可包括具有频率随时间改变的特征的数字码(训练序列数字码)。

当假设执行步骤S203的结果为10001001100010011000100110001001并且训练序列数字码为时，执行步骤S205的结果如下：

0101001110001001010100111000100101010011010100111000100110001001

这里，数字码在时间轴上未被添加为彼此重叠。然而，使用在上述方法中使用的时变符号的自相关性和互相关性，只要数字码可在接收侧被充分解调，数字码就可被添加为彼此重叠。在这种情况下，整个数字码的总长度被减少。此外，可使用空白或一些时变符号被重复的循环前缀来增加时变符号之间的间隙。在这种情况下，整个数字码的总长度增加，但是由多径引起的干扰效应可被降低。在下面将参照图12解释优异的相关性特性。如以上参照图5所描述的根据本公开的示例性实施例的声波发送方法还可包括将误差校正码或误差检测码添加到将被发送的数字比特数据的误差校正编码步骤或误差检测编码步骤(未示出)。这里，可在步骤S201之前或在步骤S201和S203之间执行所述误差校正编码步骤或误差检测编码步骤。在上述方法中产生的数字形式的波形数据可在本说明书中解释的声波发送方法和设备中使用。

例如，在以上参照图1至图3描述的声波发送方法中，在步骤S101中存储的数字形式的波形数据可以是执行步骤S205的结果。

图5是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于接收声波的方法的示图。

参照图5，根据本公开的示例性实施例的用于接收声波的方法(在下文中，被称为“声波接收方法”)可包括：通过麦克风接收声波并将声波转换为模拟信号的步骤(S301)；将模拟信号转换为数字形式的波形数据的A/D转换步骤(S303)；从作为执行A/D转换步骤的结果的数字形式的波形数据检测数据包的步骤(S305)；以及将所述数据包解调为数字比特数据的步骤(S305)。

步骤S301中通过麦克风接收到的声波可包括频率随时间增加的上时变信号以及频率随时间降低的下时变信号，并且上时变信号和下时变信号可在声波频带内随时间改变。

例如，在步骤S301中接收到的信号可以是执行图1的步骤S105的结果。

在步骤S303，通过麦克风输出的模拟信号以预定采样率和预定量化水平被转换为数字形式的波形数据。

例如，所述预定采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，所述预定量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。

在步骤S305，可从在步骤S303中转换得到的数字形式的波形数据检测包括将被接收到的原始信息的一部分(被称为“包”或“数据包”)。

例如，在步骤S305，在步骤S303中转换得到的数字形式的波形数据经过快速傅里叶变换(FFT)被首先转换到频域，并且从通过FFT转换得到的信号检测出包络，随后使用所述包络来找出训练序列的起始点。从找出的训练序列的起始点开始的包可被检测出。在本说明书中，在下面将参照图10解释步骤S305被实现为设备的示例性实施例。参照图10，通过训练序列修剪器205分离的训练序列被示出。

步骤S305还可包括无线电信道估计操作以及信道均衡操作。也就是说，可使用通过训练序列修剪器分离的训练序列来估计信道效应，并且可使用估计的信道效应从数字形式的波形数据去除信道效应。

在步骤S305，反时训练序列(time-inversedtrainingsequence)的FFT可被预先存储并用于检测包络。

也就是说，通过针对在步骤S303中转换得到的数字数据执行FFT而获得的信号与通过针对反时训练序列执行FFT而获得的信号相乘，然后本公开所属领域中被称为“零填充”的操作以及傅里叶反变换(IFFT)操作被连续执行。

图6是用于解释在根据本公开的示例性实施例中使用的零填充的示图。

参照图6，零填充操作是使FFT的结果信号的第一半变为零的操作，并且与用零填充负频率部分的操作相同。

通过执行零填充，仅包络部分可从相关性结果被分离，并且在步骤S307可更精确地找出最大值部分。

在步骤S307，在步骤S305检测出的包被解调为数字比特数据。

在步骤S305中检测出的包可以是通过信道估计和信道均衡去除了无线电信道效应的包。

在步骤S307，可如下针对在步骤S305中检测出的包执行两次检测包络的操作：

检测包络的第一操作(在下文中，被称为“第一包络检测操作”)是通过将在步骤S305中检测到的包与上反时信号的FFT信号相乘来检测包络的操作。

检测包络的第二操作是通过将在步骤S305中检测到的包与下反时信号的FFT信号相乘来检测包络的操作(在下文中，被称为“第二包络检测操作”)。

所述两个包络检测操作中的任意一个操作可被首先执行，或者所述两个操作可被同时执行。

在操作S307，针对执行第一包络检测操作的结果以及执行第二包络检测操作的结果执行比特检测操作。

可参照对于接收装置已知的时变信号符号之间的距离值以及给定包络、通过包检测已知的数字波形数据中的训练序列的起始点、以及训练序列的长度，通过采样器和比较器来执行比特检测操作。这里，采样器估计时变信号符号中的每个符号的起始点，比较器对处于时变信号符号的起始点的值(相关值)进行比较，以确定具有较高值的时变信号的数字含义。

基于执行第一包络检测操作和第二包络检测操作的结果，在接收端通过采样器和比较器的操作来计算从发送端发送的数字比特数据。在本说明书中，将参照图11解释步骤S307被实现为设备的示例性实施例。

如以上参照图5描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收方法可以以预定时间间隔(或随机地)按顺序发送包括相同信息的声波(为了易于理解，包括相同信息的声波可被称为复制声波)至少两次。例如，声波接收方法可接收第一复制声波，在经过预定时间之后，接收第二复制声波。在经过预定时间之后，声波接收方法可接收第三复制声波。在该示例中，复制声波被接收三次。然而，这仅是示例，可接收四次或更多次复制声波。

这些复制声波可包括相同的信息，但是包括在复制声波中的噪声以及影响复制声波的信道的失真现象会不同。因此，所有的复制声波被解调以便提高解调的准确度，但是所有的复制声波被用于检测操作，使得接收概率可被提高。

当复制声波被连续且重复地发送时，具有相同内容但包括不同噪声的各种复制包被接收并被应用于所述复制物，直到比特检测步骤为止。在这种情况下，通过将从比特检测操作之前的每个复制物获得的信号与关于所述信号的信息进行组合来执行比特检测操作，使得接收概率可被提高。

复制声波可包括相同的信息，但是包括在复制声波中的噪声以及影响复制声波的信道的失声现象会不同。因此，所有的复制声波被解调以便提高解调的准确度，但是所有的复制声波被用于检测操作，使得检测的准确度可被提高。在下面将参照图11对此进行详细解释。

当在步骤S307解调出的数字比特数据包括误差校正码或误差检测码时，如以上参照图5所描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收方法还可包括使用误差校正编码或误差检测编码来检测和校正误差的误差校正步骤或误差检测步骤(未示出)。

这里，误差校正步骤可使用在步骤S307中解调出的数字比特数据中所包括的误差校正码来对在步骤S307中解调出的数字比特数据的误差进行校正。

这里，误差检测步骤可使用在步骤S307中解调出的数字比特数据中所包括的误差检测码来检查在步骤S307中解调出的数字比特数据中是否包括误差。

在以上参照图5描述的示例性实施例中，所述预定采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，所述预定量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。本领域普通技术人员将理解，这些数值仅是示例。

图7是用于解释根据本公开的示例性实施例的应用的示图。

参照图7，运行根据本公开的示例性实施例的应用的计算机的配置通过示例的方式被示出。这里，“计算机”可以是诸如智能电话、平板PC、可穿戴计算机或台式PC的装置。

参照图7，计算机可包括：麦克风1，用于接收声波；存储器2，其中，应用3在存储器2中被存储并被执行；计算机处理器4，用于将所述应用加载到存储器并执行所述应用；A/D转换器5；以及操作所述计算机所需的其它硬件和软件资源7。

这里，应用3可以是被计算机处理器4加载到存储器2并被执行的程序。这里，所述程序可由通过计算机处理器4执行的代码来形成。

当应用3被计算机处理器4加载到存储器2时，应用3可确定麦克风1是否被打开。

当麦克风1未被打开时，应用3可打开麦克风1。

麦克风1将接收到的声波转换为模拟形式的电信号。这里，模拟形式的电信号可具有以上参照图2所解释的波形。

A/D转换器5将由麦克风1接收到并从麦克风1输出的电信号转换为数字形式的波形数据。

也就是说，A/D转换器5可以以预定采样率和预定量化水平将从麦克风5输出的电信号转换为数字形式的波形数据。

例如，所述预定采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，所述预定量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。

应用3可通过检测包并进行解调来将通过A/D转换器5转换得到的数字数据转换为数字比特数据。

将被应用3转换的声波可包括频率随时间增加的上时变信号以及频率随时间降低的下时变信号。例如，将被应用3转换的声波可以是在上述步骤S105中输出的信号。

此外，将被应用3转换的声波可以是如以上参照图1至图3所描述的被连续且重复发送的声波。

这里，包检测操作与图9的包检测器300的操作相同，解调操作与图9的解调器400的操作相同。

例如，应用3可在执行包检测操作时使用训练序列，并且在示例性实施例中使用的训练序列可包括上时变信号或下时变信号。

具体地讲，应用3使用上时变信号或下时变信号的FFT值来检测包。例如，应用3通过FFT对由A/D转换器5转换得到的数字数据进行转换，并检测经过FFT转换的信号的包络。在这种情况下，应用3可使用反时训练序列的FFT值。

此外，应用3可执行信道估计和信道均衡，并可在执行信道估计时使用训练序列的FFT值。

在下面将参照图9和图10的包检测器300的操作来详细解释应用3的包检测操作。

应用3可将检测到的包解调为数字比特数据。在这种情况下，应用3可使用根据本公开的示例性实施例的符号。例如，用于应用3的解调操作的符号可以是上时变信号和下时变信号。

具体地讲，应用3可使用上时变信号或下时变信号的FFT值来检测包。例如，当检测到包络时，在时间轴上颠倒的上时变信号的FFT值以及在时间轴上颠倒的下时变信号的FFT值被使用。

在下面将参照图9和图11的解调器900的操作来详细解释应用3的解调操作。

如上所述，应用3的将声波转换为数字比特数据的操作可包括以上参照图5所描述的步骤S305和S307。

此外，当如在图1至图3中所描述的本公开的示例性实施例中那样，复制声波以预定时间间隔(或随机地)按顺序被发送至少两次时，应用3的将声波转换为数字比特数据的操作通过参照图5描述的步骤进行解调。

这些复制声波可包括相同的信息，但是包括在复制声波中的噪声会不同。因此，所有的复制声波被解调以便提高解调的准确度，但是所有的复制声波被用于检测操作，使得检测的准确度可被提高。在下面将参照示出根据本公开的声波接收设备的图11和图18对此进行详细解释。

以上参照图7描述的计算机中的应用可打开麦克风。然而，所述应用可被不同地实现。

例如，图7的计算机还可包括低功率语音检测芯片。在该配置中，即使当计算机处于待机状态时，所述低功率语音检测芯片可检测声波模式(即，指示存在有意义的声波的模式；该模式可被包括在数字形式的波形数据中)。在这种情况下，计算机打开麦克风1，将处于待机模式的计算机处理器转换为激活状态，并执行至少一个预定应用。这里，所述至少一个应用可以是上述应用3，或者可以是用于执行应用3或允许应用3被执行所需的应用。

A/D转换器5可将从麦克风1输出的电信号转换为数字数据，并输出所述数字数据，并且应用3可通过检测包并进行解调来将从A/D转换器5输出的数字数据转换为数字比特数据。

图8是用于解释根据本公开的示例性实施例的用于使用基于时变频率的符号来发送声波的设备的示图。

如图8中所示的根据示例性实施例的使用基于时变频率的符号来发送声波的设备(在下文中，被称为“声波发送设备”)是基于以上参照图1至图4描述的声波发送方法实现的设备的示例。

参照图8，所述声波发送设备包括存储器12、数字波形数据产生器14、用于将数字形式的波形数据转换为模拟信号的D/A转换器16、以及用于放大并输出模拟信号作为声波的输出器18。

根据示例性实施例，存储器12把将被发送的数字比特数据存储为声波。

存储器12可另外存储通过波形数据产生器14产生的数字波形数据。

存储器12可如RAM暂时存储数据，或者可以是诸如闪存RAM、CD、ROM或HDD的存储装置。

在本示例性实施例中，为了解释的目的示出了单个存储器12。然而，可提供包括用于存储数字比特数据和第一存储器以及用于存储数字波形数据的第二存储器的多个存储器12。

数字波形数据产生器14将数字比特数据产生为数字形式的波形数据。

例如，数字波形数据产生器14可执行以上参照图4所描述的数字波形数据产生操作(参照图4的解释)。

因此，数字波形数据产生器14的操作的结果可以是包括基于上时变信号和下时变信号的符号的数字数据，其中，所述上时变信号和下时变信号的频率随时间改变。

D/A转换器16将波形数据产生器14产生的数据转换为模拟数据。

例如，D/A转换器16可执行以上参照图1描述的步骤S103。

用于放大并输出模拟信号作为声波的输出器18可对由D/A转换器16产生的模拟信号进行放大，并输出模拟信号。

例如，输出器18可包括：用于放大模拟信号的放大器(未示出)以及用于以声波的形式输出由放大器放大的信号的扬声器(未示出)。

如以上参照图8所描述的根据本公开的示例性实施例的声波发送设备还可包括用于将误差校正码或误差检测码添加到将被发送的数字比特数据的误差校正编码器或误差检测编码器(未示出)。

这里，误差校正编码器或误差检测编码器(未示出)针对存储在存储器12中的数字比特数据执行误差校正编码操作或误差检测编码操作，并将误差校正码或误差检测码添加到将被输入到波形数据产生器14的数字比特数据。

此外，如以上参照图8所描述的根据本公开的示例性实施例的声波发送设备可持续重复以下操作：对从数字波形数据转换得到的模拟信号进行放大并通过扬声器将所述信号输出为声波。在这种情况下，期望接收相应声波的接收侧可在预定时间接收声波，而不单独地请求发送。此外，接收侧接收重复输出的声波，然后通过对声波进行组合来进行解调，使得接收性能可被提高。

图9至图11是用于解释根据本公开的示例性实施例的声波接收设备的示图。

参照附图，根据本公开的示例性实施例的声波接收设备可包括麦克风100、A/D转换器200、包检测器300和数据解调器400。这里，声波接收设备可以是诸如智能电话、平板PC、可穿戴计算机、台式PC、服务器或PDA的装置。

麦克风100接收声波并将声波转换为模拟形式的电信号。这里，模拟形式的电信号可包括具有图2中示出的频率特性的波形。

例如，麦克风100可执行图5的步骤S301。

麦克风100输出的电信号包括频率随时间改变的上时变信号和下时变信号。

A/D转换器200将麦克风100输出的电信号转换为数字形式的波形数据，并输出数字波形数据。例如，A/D转换器200可以以预定采样率和预定量化水平来将麦克风100输出的电信号转换为数字波形数据。

例如，所述预定采样率可以是44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz和192kHz中的任意一个，所述预定量化水平可以是8比特、16比特、20比特、24比特和32比特中的任意一个。

包检测器300可以从自A/D转换器200输出的数字数据检测出包括用于接收的原始信息的一部分(即，包或包数据)。

例如，包检测器300可执行图5的步骤S305。

数据解调器400将包检测器300检测到的包解调为数字比特数据。

例如，数据解调器400可执行图5的步骤S307。

参照图10，将详细解释包检测器300的配置和操作。

例如，包检测器300可包括：FFT单元201，用于执行FFT以将A/D转换器200输出的数字数据转换到频域；包络检测器203，用于检测关于由FFT单元201转换得到的信号的包络；峰值寻找器207，用于寻找训练序列的位置；以及训练序列修剪器、信道估计器211和信道均衡器213，用于将训练序列与由FFT单元201转换得到的信号分离。

包络检测器203可包括：乘法器，接收由FFT单元210转换得到的信号以及反时训练序列的FFT值，并对两者的值相乘(即，相关度)；零填充单元，针对乘法器的结果执行零填充；IFFT单元，针对零填充的结果执行IFFT。

由于在上面已参照图6描述了零填充操作及其结果，因此这里省略其解释。

从包络检测器203输出的数据是被IFFT单元转换到时域的值，峰值寻找器207使用该值来确定训练序列的位置。图10中的偏移表示整个接收信号的包起始的时间。

峰值寻找器207用于从给定信号找出最大值，并可通过使用用于简单寻找最大值的方法或用于使用信号的特性找出包的偏移的各种启发式方法来实现。例如，由于当不存在噪声和信道失真时作为相关性的结果的最大值示出了双边对称的特性，因此在最大值被找出之后和之前，峰值寻找器207可参照双边对称的程度计算出比基于简单的最大值而计算出的偏移更精确的偏移。

训练序列修剪器205接收被包络检测器的IFFT单元转换到时域的信号，并使用峰值寻找器207找出的训练序列的位置以及训练序列的已知长度值将训练序列与所述信号分离。此外，分离的训练序列被提供给信道估计器211。

信道估计器211从自训练序列修剪器205提供的训练序列估计信道效应。为了实现这一点，信道估计器211可包括例如除法器。

信道均衡器213接收由FFT单元201转换得到的数据，从相应的信号去除从信道估计器211提供的信道效应(即，校正信道的失真)，并将所述数据输出到数据解调器400。

以上参照图10描述的包检测器300可使用训练序列，具体地讲，在本示例性实施例中使用的训练序列包括上时变信号或下时变信号。

具体地讲，包检测器300使用上时变信号或下时变信号的FFT值来检测包。例如，反时训练序列的FFT值可在包络被检测出时使用，并且训练序列的FFT值可在信道被估计出时使用。

参照图11，将详细解释数据解调器400的配置和操作。

数据解调器400可包括第一包络检测器302、第二包络检测器304以及比特检测器306。

第一包络检测器302和第二包络检测器304可接收信道均衡器213的输出。

第一包络检测器302包括：乘法器，将上反时信号的FFT值与由信道均衡器213输入的值相乘；零填充单元，用于针对乘法器的结果执行零填充；IFFT单元，用于针对零填充单元的结果执行IFFT。

第二包络检测器304包括：乘法器，将上反时信号的FFT值与由信道均衡器213输入的值相乘；零填充单元，用于针对乘法器的结果执行零填充；IFFT单元，用于针对零填充单元的结果执行IFFT。

比特检测器306接收第一包络检测器302和第二包络检测器304的输出值，并通过对所述值进行采样和比较来计算数字比特数据。

例如，比特检测器306可包括：采样器(未示出)，用于使用对于接收端已知的训练序列的长度以及时变信号符号之间的距离值、由峰值寻找器207给出的偏移、以及由检测器302、304检测出的包络来估计每个时变信号符号的起始点；比较器(未示出)，通过比较时变信号符号的起始点处的值(相关值)来确定具有较高值的时变信号的数字含义。

以上参照图11描述的数据解调器400可使用根据本公开的示例性实施例的符号。例如，在数据解调器400中使用的符号可以是上时变信号和下时变信号。

具体地讲，数据解调器400可使用上时变信号或下时变信号的FFT值来检测包。例如，当检测出包络时，在时间轴上颠倒的上时变信号的FFT值以及在时间轴上颠倒的下时变信号的FFT值被使用。

当误差校正码或误差检测码被包括在通过数据解调器400解调出的数字比特数据中时，如以上参照图8至图11所描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收设备还可包括：用于使用误差校正编码或误差检测码来校正误差的误差校正单元(未示出)或用于检测误差的误差检测器(未示出)。这里，误差校正单元(未示出)可使用由数据解调器400解调出的数字比特数据中所包括的误差校正码来对由数据解调器400解调出的数字比特数据中的误差进行校正。此外，误差检测器(未示出)可使用由数据解调器400解调出的数字比特数据中所包括的误差检测码来检查在由数据解调器400解调出的数字比特数据中是否存在误差。

如以上参照图8至图11所描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收设备还可包括低功率语音检测芯片。在该配置中，即使当声波接收设备处于待机状态时，所述低功率语音检测芯片也可检测声波模式(即，指示存在有意义的声波的模式；该模式可被包括在数字形式的波形数据中)。在这种情况下，声波接收设备打开麦克风100，并将处于待机模式的计算机处理器转换为激活状态以操作A/D转换器200、包检测器300和数据解调器400。

如以上参照图8至图11所描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收设备可包括用于控制上述元件的总体操作的计算机处理器。此外，A/D转换器200、包检测器300和/或数据解调器400可被实现为软件和/或硬件，并可由计算机处理器来控制以进行操作。

此外，如以上参照图8至图11所描述的根据本公开的示例性实施例的声波接收设备可接收两个或更多个复制声波。这里，所述两个或更多个复制声波可以以预定时间间隔(或随机地)被接收。在这种情况下，如图5中所示，所述声波接收设备在一接收到的声波时就针对复制声波执行麦克风100、A/D转换器200和包检测器300的操作。

为了易于理解，在假设复制声波按顺序被接收三次的情况下，将参照图18解释根据示例性实施例的声波接收设备。本领域普通技术人员将理解，所述数值仅是示例，复制声波可被接收三次或更多次。

图18是用于示出当复制声波被接收时以上参照图9至图11描述的声波接收设备的示图。

参照图18，当麦克风100在时间t1接收到第一复制声波C1时，麦克风100将第一复制声波C1转换为电信号C1(在下文中，第一电信号)。A/D转换器200将第一电信号C1转换为数字形式的波形数据C1，并且包检测器300从数字波形数据C1检测包数据C1(在下文中，第一包数据)，并将包数据提供给数据解调器400。

当麦克风100在时间t2接收到第二复制声波C2(在下文中，t1和t2之间的间隙可由本领域技术人员适当地确定)时，包数据(第二包数据)C2可由A/D转换器200和包检测器300来检测，并且可被提供给数据解调器400。

此外，当麦克风100在时间t3接收到第三复制声波C3(在下文中，t2和t3之间的间隙可由本领域技术人员适当地确定)时，包数据(第三包数据)C2可由A/D转换器200和包检测器300来检测，并且可被提供给数据解调器400。

数据解调器400参照第一包数据C1、第二包数据C2和第三包数据C3中的全部来对数字比特数据进行解调。例如，数据解调器400的第一包络检测器检测器302和第二包络检测器304可检测包数据的包络，并将所述包络提供给比特检测器306。

参照图18，从自包检测器100输出的第一包数据C1检测出的包络由C1和C1表现，从第二包数据C2检测出的包络由C2和C2表现，从第三包数据C3检测出的包络由C3和C3表现。

比特检测器306可通过考虑所有包数据的包络来更精确地确定数字比特。因此，声波接收设备的性能提高。

参照图18，比特检测器306参照C1、C2和C3找出最大点，并通过使用比较器检测比特。

为了易于理解示出图18中示出了记号和曲线，本领域技术人员将理解，本公开不限于这些记号和曲线。

根据本公开的另一示例性实施例，声波接收设备还可包括加法器(未示出)和缓冲器(未示出)。

根据本示例性实施例，从功能方面来讲加法器(未示出)和缓冲器(未示出)可被布置在A/D转换器200和包检测器300之间，缓冲器(未示出)存储从A/D转换器200输出的数字形式的波形数据，加法器(未示出)加上存储在缓冲器(未示出)中的数字波形数据，并输出添加的数据。由包检测器300和数据解调器400执行后续操作。

图17示出加法器接收数字形式的波形数据并执行加法。通过执行上述加法，包括在复制声波中的噪声会偏移，因此数据解调器400可更精确地进行检测。

此外，根据另一示例性实施例，声波接收设备可被应用于以下情况：两个或更多个复制声波中的一些复制声波以预定时间间隔(或随机地)被接收，并且其它复制声波在时间轴上彼此重叠地被接收。

例如，根据本公开的声波接收设备可被应用于五个复制声波被接收的情况，具体地，第一复制声波在时间t1被接收，第二复制声波在时间t2被接收、第二复制声波和第三复制声波在时间t3被接收、第三复制声波和第四复制声波在时间t4被接收，第五复制声波在时间t5被接收。图12是用于解释根据本公开的示例性实施例的时变信号的相关性特性的示图。

图12的示图(a)示出了示出自相关特性的曲线图，图12的示图(b)示出了示出在本公开中使用的上时变信号和下时变信号的互相关特性的曲线图。这里，自相关性是指上时变信号和上时变信号之间的或者是下时变信号和下时变信号之间的相关性，互相关性是指上时变信号和下时变信号之间的相关性。

从曲线图可直观地看出，本公开中使用的上时变信号和下时变信号示出了优异的相关性特性，并且对于外部噪声或干扰有抵抗力。也就是说，当所述两个信号是相同的时变信号并且在时间轴上彼此精确地一致时，产生非常尖锐且高的信号。因此，基于相关性找出相同信号的起始点并确定信号的存在/不存在是有益的。此外，当所述两个信号是不同的时变信号时，即使它们具有任意时间差，也产生非常低的信号。因此，基于相关性不检测未找到的信号是有益的。此外，这些上时变信号和下时变信号对于测量发送端和接收端之间的距离以及发送和接收信息的操作是有益的。由于相关性特性优异，因此可以以更精确的单位计算出信号接收时间，并且可基于信号接收时间精确地计算出信号发送时间(绝对发送时间或绝对接收时间)。此外，可通过将信号发送时间与声波的前进速度相乘来测量发送信号的路径的距离。

在上述示例性实施例中，信号按照使上时变信号、下时变信号和训练序列在时间轴上彼此不重叠的方式被产生，并被发送和接收。然而，这仅是示例，信号不必按照使上时变信号、下时变信号和训练序列在时间轴上彼此不重叠的方式被产生。在不脱离接收端可基于相关性成功地进行解调的情况下，信号可按照使上时变信号、下时变信号和训练序列在时间轴上彼此重叠的方式被产生。

图19的示图(a)示出了下述接收信号：所述接收信号组合了通过将被产生为未具有重叠的时变符号的波形数据与训练序列、上时变信号和下时变信号相关联而出现高值的结果信号；图19的示图(b)示出了下述接收信号：所述接收信号组合了通过将被产生为具有重叠的时变符号的波形数据与训练序列、上时变信号和下时变信号相关联而出现高值的结果信号。从图19可看出，高相关性结果值之间的间隙在时变信号彼此重叠时降低。该间隙可将时变符号之间的间隙减小至不妨碍成功接收的程度。在这种情况下，每单位时间将被发送的符号的数量增加，此外，通过调整时变符号之间的间隙，可通过使用上一符号和下一符号的种类以及上一符号和下一符号之间的间隙(频率响应方面的相位)来携带更多的信息。

上述示例性实施例可被应用于用于使用声波来估计位置的技术领域。例如，上述示例性实施例可在与用于识别扬声器的系统以及使用所述系统的位置估计系统相关的韩国专利申请No.10-2012-0053286(2012年5月18日提交)、或与用于使用声音系统来估计移动终端的位置的方法和系统及使用所述方法和系统的声音系统的韩国专利申请No.10-2012-0038120(2012年4月14日提交)中被利用。

尽管已参照本发明的特定优选示例性实施例示出并描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可作出形式和细节上的各种改变。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述所限定，而是由权利要求限定，并且所述范围内的所有差异将被解释为包括在本公开中。

Claims (19)

1.一种用于使用基于时变频率的符号来发送声波的方法，所述方法包括：

将数字波形数据转换为模拟信号；

通过放大器对所述模拟信号进行放大；

通过扬声器将放大器放大的所述模拟信号输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，

其中，数字波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

2.如权利要求1所述的方法，其中，数字波形数据还包括训练序列，

其中，训练序列包括至少一个数字码，其中，在所述至少一个数字码中，所述至少一个数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，或者所述至少一个数字码的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，当训练序列包括两个或更多个数字码时，训练序列的所述两个或更多个数字码彼此相距预定间隔时间。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述预定间隔时间指示训练序列后面的时变信号之间的间隙。

4.如权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其中，将数字波形数据转换为模拟信号并通过扬声器将所述模拟信号输出为声波的操作被重复至少两次。

5.一种用于使用基于时变频率的符号来发送声波的设备，所述设备包括：

D/A转换器，被配置为将数字波形数据转换为模拟信号；

输出器，包括放大器和扬声器，其中，放大器被配置为对所述模拟信号进行放大，扬声器被配置为将放大器放大的所述模拟信号输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，

其中，数字波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

6.如权利要求5所述的设备，其中，数字波形数据还包括训练序列，

其中，训练序列包括至少一个数字码，其中，在所述至少一个数字码中，所述至少一个数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，或者所述至少一个数字码的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，当训练序列包括两个或更多个数字码时，训练序列的所述两个或更多个数字码彼此相距预定间隔时间。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述预定间隔时间指示训练序列后面的时变信号之间的间隙。

8.如权利要求5至7中的任意一项所述的设备，其中，D/A转换器被配置为以预定时间间隔重复将存储在存储器中的数字波形数据转换为模拟信号的操作至少两次，

其中，输出器被配置为每次所述模拟信号通过D/A转换器被输出时通过扬声器将所述模拟信号输出为声波。

9.一种用于从由“1”和“0”形成的数字比特数据产生数字波形数据的方法，所述方法包括：

将由“1”和“0”形成的数字比特数据调制为具有下述特性的符号：所述符号的频率在声波频带内随时间改变；

将训练序列添加到经过调制的数据，

其中，通过调制并添加训练序列而产生的数字波形数据被转换为模拟信号，被放大器放大，并随后通过扬声器被输出为20Hz至24kHz的声波频带内的声波，

其中，所述符号包括第一数字码和第二数字码，其中，在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收从扬声器输出的声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性或非线性地增加或降低，并且其中，第二数字码是在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下而被构造的。

10.如权利要求9所述的方法，其中，训练序列包括至少一个数字码，其中，在所述至少一个数字码中，所述至少一个数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，或者所述至少一个数字码的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，当训练序列包括两个或更多个数字码时，训练序列的所述两个或更多个数字码彼此相距预定间隔时间。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述预定间隔时间指示训练序列后面的时变信号之间的间隙。

12.一种用于接收声波的方法，所述方法包括：

由麦克风接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波，并将所述声波输出为模拟信号；

将麦克风输出的所述模拟信号转换为数字波形数据，

其中，数字波形数据包括至少一个上时变信号和至少一个下时变信号，其中，所述至少一个上时变信号的频率随时间线性增加或非线性增加，所述至少一个下时变信号的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，上时变信号被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及麦克风的频率响应特性的情况下，频率随时间线性增加或非线性增加，

其中，下时变信号被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与上时变信号的互相关性的情况下，频率随时间线性降低或非线性降低。

13.如权利要求12所述的方法，其中，上时变信号和下时变信号被配置为复数个，并且多个上时变信号和下时变信号中的一个是训练序列。

14.一种记录用于执行以下操作的应用的计算机可读介质：

在计算机中包括麦克风和A/D转换器，其中，麦克风用于接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波并将所述声波转换为电信号，A/D转换器用于将麦克风所转换的所述电信号转换为数字波形数据，从数字波形数据检测信息部分(在下文中，被称为“包数据”)；

将检测到的包数据解调为数字比特数据，

其中，数据波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，第一数字码被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及用于接收声波的麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，并且其中，第二数字码被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下，第二数字码的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，当所述应用执行所述解调操作时，所述应用使用频率随时间改变的时变符号，

其中，解调操作中的时变符号是上时变信号和下时变信号，其中，上时变信号的频率随时间线性增加或非线性增加，下时变信号的频率随时间线性降低或非线性降低，

其中，当所述应用执行检测包数据的操作时，所述应用使用时变符号。

15.一种用于使用基于时变频率的符号来接收声波的设备，所述设备包括：

麦克风，被配置为接收已被放大器放大并被扬声器输出的20Hz至24kHz的声波频带内的声波，并将所述声波转换为电信号；

A/D转换器，被配置为将麦克风所转换的所述电信号转换为数字波形数据；

包检测器，被配置为从由A/D转换器转换得到数字波形数据检测信息部分(在下文中，被称为“数据包”)；

数据解调器，被配置为将包检测器检测到的数据包解调为数字比特数据，

其中，数字波形数据的频率随时间改变，

其中，数据波形数据包括第一数字码和第二数字码，其中，第一数字码被构造为使得在考虑扬声器和放大器的频率响应特性以及麦克风的频率响应特性的情况下，第一数字码的频率随时间线性增加或非线性增加，并且其中，第二数字码被构造为使得在考虑在20Hz至24kHz的声波频带内的自相关性以及与第一数字码的互相关性的情况下，第二数字码的频率线性降低或非线性降低。

16.如权利要求15所述的设备，其中，包检测器被配置为使用频率随时间改变的数字波形数据的反时信号的快速傅里叶变换(FFT)值。

17.如权利要求15所述的设备，其中，数据解调器被配置为使用第一数字码的反时信号的快速傅里叶变换(FFT)值和第二数字码的反时信号的FFT值。

18.如权利要求15至17中的任意一项所述的设备，其中，麦克风被配置为按顺序接收复制声波至少两次，并将每个复制声波转换为电信号，

其中，A/D转换器被配置为将每个电信号转换为数字波形数据，

其中，包检测器被配置为从每个数字波形数据检测每个数据包，

其中，数据解调器被配置为使用每个数据包来解调为数字比特数据。

19.如权利要求15至17中的任意一项所述的设备，还包括：加法器和缓冲器，

其中，麦克风被配置为按顺序接收复制声波至少两次，并将每个复制声波转换为电信号，

其中，A/D转换器被配置为将每个电信号转换为数字波形数据，

其中，缓冲器被配置为存储由A/D转换器所转换的数字波形数据，

其中，加法器针对存储在缓冲器中的数字波形数据执行加法，

其中，包检测器被配置为从自加法器输出的数字波形数据检测数据包，

其中，数据解调器被配置为使用包检测器检测出的数据包来解调为数字比特数据。