CN1819477A

CN1819477A - 车辆通信

Info

Publication number: CN1819477A
Application number: CN200610007138.XA
Authority: CN
Inventors: 小查尔斯·E·邓恩; 杰弗里·J·法纳夫
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2006-08-16
Also published as: EP1691534A1; US7299076B2; US20060178169A1; JP2006222969A

Abstract

描述了一种车辆的通信系统。该通信系统包括装在车辆中的具有多个麦克风的麦克风阵列，用于接收声音信号并将声音信号转换成电信号。天线装在麦克风阵列附近。天线向无线设备发送射频信号。通信系统还包括控制器，其第一输入端电连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风，其第二输入端电连接到天线。控制器处理电信号并将处理过的电信号发送给天线。

Description

车辆通信

技术领域

本发明涉及车辆通信。

背景技术

汽车包括免提蜂窝系统，其具有：位于汽车中的远程麦克风(remotemicrophone)，用来接收声音信号；和作为无线RF链路的一部分的天线，用来将硬件组件与用户的蜂窝电话连接在一起。汽车音响系统再现蜂窝电话所接收的音频信号。

发明内容

本发明涉及通信系统。本发明涉及用于封装永久安装在车辆中的麦克风阵列(该阵列可以包括单一麦克风单元或多个麦克风单元；麦克风单元又可以称为麦克风或麦克风炭精盒)和天线的方法和装置，用以使得能减少麦克风和天线组装的安装人力和/或材料成本。以多单元阵列工作的麦克风每个接收声音信号。可以对信号进行处理以使得加强来自特定位置的声音信号。

本发明的一个方面包括将麦克风和天线单元放置在一起以使得将多条导线合并成一条电缆布线或车辆布线配线来与中央控制器连接。其他替代实施例包括将天线和麦克风相互邻近地安装或安装在同一封装中，或者将来自多个麦克风单元的电信号调制到相同的导线上，或者将来自多个麦克风单元的电信号和天线信号(发送和接收到的)调制到相同的导线上。

根据一个实施例，用于车辆的通信系统具有麦克风阵列，其包括装在车辆中的多个麦克风单元，用于接收声音信号并将声音信号转换成电信号。通信系统还包括装在麦克风阵列附近的天线。天线向无线设备传送射频信号。通信系统还包括控制器，其第一输入端电连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风单元，而其第二输入端电连接到天线。控制器处理电信号并将处理过的电信号发送给天线。

在一个实施例中，麦克风阵列和天线永久安装在车辆中。

在另一实施例中，通信系统还包括容纳麦克风阵列和天线的封装。

在另一实施例中，控制器远离麦克风阵列和天线。

在一个实施例中，通信系统具有用于将麦克风连接到控制器的第一电缆和用于将天线连接到控制器的第二电缆。

在一个实施例中，第一和第二电缆在至少第一和第二电缆之一的长度的一部分上彼此邻近。

在另一实施例中，所述第一和第二电缆的至少之一的至少一部分是同轴电缆。

在一个实施例中，通信系统还包括单一电缆，用于将控制器连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风和天线。

在一个实施例中，用于接收声音信号的麦克风阵列包括配置为麦克风阵列的多个麦克风单元。

在另一实施例中，麦克风阵列包括压感型麦克风单元。

在另一实施例中，麦克风阵列放置在车辆中的内顶板附近。

在另一实施例中，麦克风阵列的麦克风单元位于离内顶板形成的反射面四分之一波长之内。

在另一实施例中，天线使用蓝牙^通信协议与无线设备通信。

在一个实施例中，天线位于车辆中的内顶板附近，离接地金属面的距离在射频信号的波长的五分之一内。

在一个实施例中，射频信号是蓝牙^射频信号。

在一个实施例中，天线位于车辆的驾驶员头顶前面。

在一个实施例中，天线位于车辆中央顶部、驾驶员的前面。

在一个实施例中，天线装在地图灯封装中。

在一个实施例中，天线位于从包括后视镜、仪表板、仪表盘、方向盘、遮阳板和安全气囊套的一组中选出的位置。

在一个实施例中，通信系统还包括位于车辆中的第二天线。

在一个实施例中，第二天线位于车辆的行李盒子中。

在一个实施例中，麦克风阵列装在天线附近。

在一个实施例中，麦克风阵列和天线装在一个封装中。

在一个实施例中，通信系统还包括连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风的低通滤波器。低通滤波器滤掉射频干扰。

在一个实施例中，通信系统还包括连接到麦克风阵列的至少一个麦克风单元的放大器。该放大器放大来自至少一个麦克风单元的音频信号。

在一个实施例中，将电信号作为低电压差分信号发送，以便增加对外部干扰的抵抗力。每根导线参考接地电路。

在一个实施例中，通信系统包括复用器，该复用器复用在单一电缆上传输电力信号、电信号和射频信号中的至少两个。

在一个实施例中，通信系统包括至少一个连接到麦克风阵列的前置放大器。

在一个实施例中，通信系统包括连接到麦克风阵列的模数转换器。

在另一实施例中，第一导线传输非极性反转的麦克风输出信号。第二导线传送极性反转的麦克风输出信号。第三导线，用于提供相对于来自第一和第二导线的非反转的和反转的麦克风输出信号的参考信号。差分放大器将来自第一和第二导线的信号转换成单向信号。

在另一实施例中，一种封装包括用于接收声音信号的麦克风阵列。麦克风阵列将声音信号转换成发送给控制器的电信号。天线位于麦克风阵列附近。天线发送来自控制器的与电信号相关的射频信号。装在车辆中的盒子包裹着至少一部分麦克风阵列和至少一部分天线。该盒子被配置为允许麦克风阵列接收声音信号。

在一个实施例中，麦克风阵列包括多个麦克风。在另一实施例中，多个麦克风被配置来接收声音信号。

在一个实施例中，盒子包括至少一个端口。该端口允许麦克风阵列中的至少一个麦克风接收声音信号。

在一个实施例中，天线与无线设备通信。

在一个实施例中，所述盒子包括用来降低封装中的电磁干扰的EMI屏蔽。

在一个实施例中，所述盒子包括用来降低封装中的噪声的声音减震材料。

在一个实施例中，一种用于车辆的通信系统包括装在车辆内的麦克风阵列。麦克风阵列接收声音信号并将声音信号转换成电信号。通信系统还包括将麦克风阵列中的至少一个麦克风连接到控制器的第一电缆。第一电缆将电信号发送给控制器。通信系统还包括内顶板和用于将天线连接到控制器的第二电缆。装在麦克风阵列附近的天线接收从控制器发送给无线设备的射频信号。天线接收来自无线设备的射频信号。第二电缆将射频信号从天线发送给控制器，并且将有关电信号的信号从控制器发送给天线。

在另一实施例中，麦克风阵列中的至少一个麦克风包括压感型麦克风单元。

在另一实施例中，麦克风阵列放置在车辆中的内顶板附近。

在另一实施例中，麦克风阵列的麦克风单元位于离车辆中的内顶板形成的反射面四分之一波长之内。

在另一实施例中，天线位于车辆中的内顶板附近，离接地金属面的距离在射频信号中的最高频率处的射频信号的波长的五分之一内。

在一个实施例中，麦克风阵列和天线装在一个封装中。

在一个实施例中，低通滤波器连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风。低通滤波器滤掉射频干扰。

在一个实施例中，通信系统包括连接到麦克风阵列的至少一个麦克风的放大器。该放大器放大来自至少一个麦克风的电信号。

在另一实施例中，所述第一和第二电缆的至少之一的至少一部分包括同轴电缆。

在一个实施例中，将电信号作为低电压差分信号发送。

在一个实施例中，音频设备还包括用于复用来自麦克风阵列的信号的复用器。

在一个实施例中，通信系统包括至少一个连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风的前置放大器。

在另一实施例中，麦克风阵列中的至少一个麦克风包括压感型炭精盒单元麦克风。

在另一实施例中，麦克风阵列放置在车辆中的内顶板附近。

在另一实施例中，麦克风阵列的至少一个麦克风的麦克风炭精盒位于离车辆中的内顶板形成的反射面四分之一波长之内。

在一个实施例中，麦克风阵列和天线装在一个封装中。

在一个实施例中，通信系统还包括连接到麦克风阵列的低通滤波器，该低通滤波器滤掉射频干扰。

在一个实施例中，通信系统包括连接到麦克风阵列的至少一个麦克风的放大器，该放大器放大来自至少一个麦克风的电信号。

在另一实施例中，电信号作为两根导线差分信号传输。每根导线参考接地电路以便增加对外部干扰的抵抗力。

在另一实施例中，电缆的至少一部分包括同轴电缆。

在另一实施例中，通信系统包括连接到电缆的复用器。复用器复用在电缆上传输的电力信号、电信号和射频信号中的至少两个。通信系统还包括连接到电缆的分用器。分用器分用调制的在电缆上传输的电力信号、电信号和射频信号中的至少两个。

附图说明

通过下面结合附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将变得清楚，其中在不同的附图中相同的附图标记指的是相同部分。附图不是必须缩放或强调，而是旨在说明发明的原理。

图1示出根据本发明一个实施例的、具有装在封装中的天线和麦克风阵列组合的通信系统。

图2是根据本发明一个实施例的、具有单独连线的麦克风的通信系统的方框图。

图3是根据本发明一个实施例的、复用麦克风阵列和控制器之间发送的信号的通信系统的方框图。

图4图解根据本发明一个实施例的、包括麦克风和天线的封装的分解图。

图5图解根据本发明一个实施例的、绘出天线和和麦克风组合组装的各种位置的车辆的内部。

具体实施方式

在车辆中的免提(hand free)蜂窝电话系统中，用户的个人蜂窝电话被检测并用作免提系统的一部分。来自用户的声音输出被集成在车辆中的麦克风或麦克风单元(而不是用户的蜂窝电话)捕获。这使得用户不必拿着他的蜂窝电话靠近他的嘴(从而免提)。通过车辆的音频系统将来自电话系统的远端(电话连接的另一端的人)的声音信号播放给用户。通过蜂窝网络发送和接收到的信号的调制和解调由用户的蜂窝电话完成，从而在车辆中不需要重复提供该能力的组件。为了完成这一点，必须在车辆组件和蜂窝电话之间建立双向的通信链路。

图1示出采用在同一地点装在永久地安装在车辆11中、远离控制器80的封装60中的天线30和麦克风阵列70的组合体的通信系统100。麦克风阵列70可以包括任何数量的麦克风单元。天线30、麦克风阵列70和封装60可以装在车辆11中的各个位置。封装60包括天线30，其被配置来发送和接收无线射频(RF)信号22。典型地，根据诸如蓝牙^、802.11、UWB或其他协议之类的预定协议用数字信息调制RF信号22。在下面的讨论中，我们将从设备发送到天线30的信号或者从天线30发送到设备的信号称为RF信号22。

麦克风阵列70连接到控制器80。一种连接的方法是通过电缆71。电缆71中装有的导线数量取决于麦克风阵列70中包含的麦克风单元的数量和电信号从麦克风单元到控制器80的通信方法。例如，单向通信要求使用两根导线，一根用于信号而另一根用于参考(reference)，而对称通信要求使用三根导线，一根用于极性未反转的信号，一根用于极性反转的信号，而另一根用于参考。每个麦克风单元可以使用它自己的参考连接，或者可以对多个麦克风单元使用单一参考连接。或者，可以将来自多个麦克风单元的电输出信号复用到同一组导线上。下面将详细描述复用多个电信号。

天线30通过电缆72连接到控制器80。由天线30从蜂窝电话40接收到的信号被发送给控制器80。控制器80以预定的方式(如根据蓝牙^协议)解调从天线30接收到的信号。控制器80还提供经调制的RF信号给天线30来发送给蜂窝电话40。以预定的方式(如根据蓝牙^协议)调制这些信号。因此，控制器80和蜂窝电话40在双向无线链路上通信。要注意蜂窝电话40装有用于从控制器80接收无线信息的天线(未示出)。该天线可能与用于与蜂窝网络通信的蜂窝电话天线51不同。蜂窝电话40中的电路(未示出)被配置成接收RF信号，其中根据预定的方式(如蓝牙^协议)调制RF信号。

控制器80具有输出端24，用于将音频信息输出到车舱中(典型地，通过车辆娱乐系统输出，但也可以通过单独的音频还原设备输出)。这些信号典型地源自通信系统100通过蜂窝电话40和蜂窝电话网络连接到的远方的电话。系统100包括在蜂窝网络上发送蜂窝电话协议信号50的蜂窝电话40(即，在车辆11中)。

麦克风阵列70和天线30装在封装60中。作为选择，麦克风阵列和天线30可以装在单独的封装中(未示出)，其中单独的封装位置相互接近。封装60装到车辆11的内顶板(headliner)12以有效地接收声音信号。

根据替代实施例，信号处理能力可以位于麦克风阵列框60中。例如，除了麦克风阵列70和天线30之外，模数(A/D)转换器(未示出)和/或微处理器(未示出)也可以位于封装60中。A/D转换器对从麦克风(或麦克风前置放大器)输出的电信号执行A/D转换。微处理器对从A/D转换器输出的数字信号执行数字信号处理。微处理器可以是通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)或其他能够执行与数字信号处理操作有关计算的设备。一个要执行的有用操作是波束形成，其中处理从麦克风阵列中的多个单元接收的多个信号来增强对从特定方向到达阵列位置的信号的检测。波束形成操作的输出(可以是固定的或自适应的)是单一输出信号，其被处理来优先拾取来自声音源的位置的声音。然后将单一信号通过电缆(例如线缆74)向下发送，而不发送多个麦克风信号。这减少了配线的成本和复杂度。

车辆配线74的分支可以具有将麦克风阵列70连接到控制器80的电缆71和将天线30连接到控制器80的电缆72。除了麦克风阵列电缆71和天线电缆72之外，配线分支74还可以包括沿着其一部分长度的其他电缆。用于在麦克风阵列70、天线30和控制器80之间通信的配线74中所包括的导线数量取决于使用的通信方法(这在前面已经描述过)，并且将在下面更详细地描述。

例如，麦克风阵列70接收由车辆驾驶员或车辆11中其他声源生成的诸如谈话、语音命令或语音消息之类的声音信号。麦克风阵列70将声音信号转换成一个或多个电信号(取决于麦克风阵列70中包括的麦克风单元的数量)。通过电缆71将电信号发送给控制器80。也可以由配线74将信号传送到控制器80。取决于配置，图2所示的控制器80可以包括模数(A/D)转换器85、微处理器83和/或蓝牙^转换模块86。根据本发明的其他实施例，这些组件可以位于封装60中。

模数(A/D)转换器85(图2)将从麦克风单元70a-n(或从麦克风前置放大器82a-n)输出的电信号转换成数字信号。然后，微处理器83处理数字信号，并且将处理后的信号输出到蓝牙^模块86。蓝牙^模块86用麦克风阵列70所示出的声音信号(经过A/D转换器85和微处理器83处理)的数字表示来调制RF信号。接着，通过电缆72将调制的RF发送给天线30。

天线30广播经调制的RF信号22。接着，蜂窝电话40接收到调制的RF信号。蜂窝电话40将原始声音信号的数字表示重新调制成与蜂窝电话协议信号50兼容的格式，并且在蜂窝网络上发送重新调制的信号。远程电话(未示出)接收蜂窝电话协议信号50，对其解调和进行必要的处理来形成可以被在电话连接的远端处的人听到的声音信号。

通信系统100还被配置成将在远程电话位置处生成的声音信号发送给车舱。因此，蜂窝电话40接收由远程电话(未示出)发起的蜂窝电话协议信号。例如，蜂窝电话40可以接收表示在电话连接的远端处的人发起的电语音频传输。蜂窝电话40将从远程电话接收到的信号重新调制成蓝牙^兼容的RF信号22，然后将该信号从蜂窝电话40发送给天线30。通过电缆72将天线30接收到的信号发送给控制器80。

再次参照图2，在控制器80内，蓝牙^模块86将接收到的蓝牙^兼容的RF信号22(即，表示在蜂窝电话谈话的远端处发起的音频信号)转换成表示远程电话声音信号的电信号(模拟或数字形式，取决于数模(D/A)转换器是集成为蓝牙^模块的一部分还是在位于信号链中其他地方的随后组件中)。电信号由控制器80发送给音频再现系统87(集成在位于车舱内的车辆音频系统“耳机单元”(head unit)81和扬声器24中)，其将电信号再现成车辆中的乘客可以听到的声音信号。

装在封装中的蜂窝电话40和天线30之间可以有各种无线传输的方法。一种方法是基于蓝牙^协议，其提供进行多个制造商的设备之间的兼容通信的方法。蓝牙^协议是低功率(1毫瓦)、面向分组的传输协议，传输距离是大约30英尺。蓝牙^采用在大约2.4和2.5GHz之间的频率范围内包含的79个不同的信道之间每秒1600次的跳频扩频，减少了与位于蜂窝电话40附近的其他电子设备的干扰的可能性。蓝牙^协议还提供与诸如个人数字助理(PDA)、电话等数字设备有效通信的机制。也可以采用其他设备间无线通信信息的协议。例如，可以采用IEEE 802.11家族的各种版本中的任一个，或者其他任何已知的方法。

当工作在免提模式下时，蜂窝电话40中包括的扬声器和麦克风被禁用。蜂窝电话40使用接收到的蓝牙^兼容的RF信号22(由表示车舱内存在的声音信号的数字数据调制)作为蜂窝电话的输入源。蜂窝电话40然后将调制的蓝牙^兼容的RF信号22转换成蜂窝电话网络信号50以在蜂窝电话网络上传输。类似地，蜂窝电话40输出蓝牙^兼容的RF信号(由从蜂窝电话网络接收的、表示输入到远端电话的声音信号的数据调制)，而不是输出用于由蜂窝电话40的内部扬声器再现的电信号。位于车辆11中的蜂窝电话40“免提”工作。

车辆11内的特定位置是麦克风接收声音信号的好位置。特定的相同位置也是天线发射和接收蓝牙^兼容的RF信号22的好位置。在这种情况下，将麦克风阵列70和天线30放在一起提供了对声音信号和RF信号22的良好接收。这些位置的例子包括驾驶员的头顶前面、驾驶员前面的仪表盘上等。这里详述几种组合麦克风和天线封装60的最佳位置。

在一个示例位置中，麦克风阵列70和天线30装在驾驶员前面的内顶板12上的同一封装60中。或者，麦克风阵列70和天线30不装在同一封装60中，而是相互邻近。这种安放提供了减少与制造单元相关的材料和人力成本以及在车辆11中安装单元的材料和人力成本的机会。麦克风阵列70和天线30的这种相互位置减少了车辆11中需要布线的地方。如果将多个信号调制成一根导线或较少数量的导线，则还可以进一步减少成本。

图2是具有单独连线的、用于接收用户63的声音信号14的麦克风单元70a-n(即，在麦克风阵列70中)的通信系统200的方框图。各个麦克风单元70a-n中每个的输出被前置放大器82a-n放大。各个麦克风输出的前置放大导致通过电缆71在麦克风阵列70和控制器80之间传输的信号的信噪比更好，从而降低了系统200的外来噪声可能的影响。在这个例子中，各个麦克风单元70a-n的每个连接到具有两根导线73a、73b的相应电缆71a-n。

配线74可以包括电缆71a-n，传送来自麦克风阵列70的各个麦克风单元70a-n中每个的信号。这种电缆可以是例如由导电屏蔽包裹的多个双绞线73a、73b。控制器80和蓝牙^天线30之间的电缆72可以被绑在一起成为配线74的一部分，或者与配线74分离地捆绑。可以使用同轴电缆作为控制器80和蓝牙^天线30之间的电缆72。

各个电缆71a-n中的每个连接到控制器80内的A/D转换器85。A/D转换器85将来自麦克风阵列70(或者从前置放大器82a-n输出)的电信号转换成数字信号。要注意的是，可以使用单一A/D转换器，在不同的前置放大器输出之间复用该转换器，或者可以为每个前置放大器输出使用单独的A/D转换器。A/D转换器将数字信号提供给微处理器83。接着，微处理器83处理数字信号。施加的处理可以采用多种形式。在一个例子中，可以首先施加定位车辆内声源位置的数字信号处理。然后该处理的输出用作波束形成算法的输入(可以是固定的或自适应的)，以提高波束形成的阵列优先拾取源自声源位置的声音的能力。或者，可以使用自动识别声源位置并驱动阵列来优先检测从这些声源输出的声音的波束形成算法，或者可以预先识别特定的预定位置(如驾驶员和乘客座位)，并且施加优先检测来自这些预定位置的声音的波束形成算法。

微处理器83的数字输出被提供给蓝牙^处理器86，后者将该输出转换成根据蓝牙^协议格式化的信号。接着，蓝牙^处理器86通过电缆72将蓝牙^兼容的信号输出到天线30。如前面所述，天线30位于封装60内或者封装60附近。天线30然后将信号发送给蜂窝电话40，蜂窝电话40接收并将其重新调制成在蜂窝网络上传输的形式。

如前面提到的，天线30和蜂窝电话40之间的RF链路是双向的。天线30可以从蜂窝电话40接收信号，以及向蜂窝电话40发送信号。连接蓝牙^处理器86和天线30的电缆72也可以双向传输信号。电话连接的远端处的话筒位置存在的声音信号(话筒可以是基于蜂窝或地面的)被远端电话拾取，并且(直接由远程蜂窝电话或者在电话交换设备中)调制到蜂窝电话网络。蜂窝电话40接收来自蜂窝网络的该信号，并且将其重新调制成与天线30通信兼容的格式(采用诸如蓝牙^协议的RF信号)。天线30接收RF信号，并且将其发送给控制器80中的蓝牙^转换器86。蓝牙^转换器86然后解调接收到的信号(即，源自远程电话的信号)。控制器80将电信号发送给音频再现系统87(集成在位于车舱内的车辆音频系统“耳机单元”81和扬声器24中)，其将电信号再现成用户63可以听到的声音信号。或者，控制器可以继承在单独的音频再现系统中。在一个例子中，车辆音频系统或其一部分可以用作娱乐输出和远程电话信号的输出。

图3是复用麦克风阵列70和控制器80之间传输的信号的通信系统300的方框图。封装60包括用于从用户63接收声音信号14的麦克风阵列70(例如，四个麦克风单元)。麦克风阵列70中的每个麦克风连接到前置放大器82a-n。前置放大器82a-n进而连接到模数(A/D)转换器85，例如Cirrus Logic5180A/D转换器/复用器。

A/D转换器/复用器85将来自麦克风71a-n的电信号转换成数字信号。A/D转换器/复用器85的复用器部分还将得到的数字信号合并成时分复用(TDM)信号。将音频信号转换成数字信号并将多个数字信号组合成一个复用信号的这两个步骤可以由单独的组件交替执行，每个组件配置来执行步骤之一，或者由能够执行两个步骤的一个组件来执行。

在一个例子中，A/D转换器输出端由四根单独的通信线组成，包括帧同步线76、比特率线77、数据线78和地线79。这四根线一起连续地传送由麦克风阵列70的每个麦克风单元70a-n的输出形成的复用数据流。四根线76、77、78、79一起位于配线74中。根据替代的配置，帧同步线76、比特率线77、数据线78以低电压差分信号(LVDS)的形式提供信号给控制器80。

低电压差分信号(LVDS)是TIA/EIA-644和IEEE 1596.3标准中定义的用于在铜线上高速(每秒千兆比特)数据传输的低噪声、低功率、低幅度的方法。为了实现LVDS信号传输，LVDS驱动器将TTL/CMOS信号转换成由两个参照地电压的相等和相反轨迹(trace)构成的低电压差分信号。由于每个信号完全相等或相反，因此差分电路中的任何返回(例如引入的噪声)完全消去(它们没有出现在零电压或接地电路上的部分)。

每个LVDS信号都在双绞线电缆上(即，每个信号两根导线)传送。LVDS信号辐射较少的电磁干扰(EMI)，从而较少引起与其他系统的干扰。

表示来自每个麦克风(或麦克风前置放大器)的数字信号以连续帧的形式通过数据信号线78传输。在一个例子中，一帧中的数据与来自麦克风的信号相关联。连续帧包含来自不同麦克风单元70a-n(即，第一麦克风70a、然后第二麦克风70b，然后第三麦克风70c等)的数据。单一帧中包含的数据量(即，帧大小)不是非常关键的，但应当选择帧大小来最小化传输延迟。通过帧同步线76传输的帧同步信号用于识别通过数据线78传输的来自不同麦克风的数字信号的帧变换。控制器80和天线30之间的2.4GHz信号通过同轴电缆72单独传输。

微处理器83可以对接收到的信号执行各种数字信号处理算法。例如，可以执行接收信号的噪声降低、回波消除(回波消除防止输出到汽车中的信号的反馈被重新馈送进麦克风中)、波束形成、语音识别处理，或者其他信号处理。然后处理后的信号由微处理器83输出到蓝牙^处理器86，来将信号处理为蓝牙^信号。作为蓝牙^处理器的一种有用示例设备是RF Micro Devices^SiW3500^TM。接着，通过天线30将蓝牙^信号发送给蜂窝电话40，以便通过蜂窝网络(例如GSM、CDMA等网络)进行信号传输。

如前面所述，蜂窝网络(即，通过蜂窝电话40连接的)和控制器80之间存在双向通信链路。因此，蜂窝电话40可以在蜂窝网络上接收通信。例如，由电话公司维护的蜂窝塔中继900MHz或1.6、1.8GHz(即，GSM、CDMA等)的蜂窝信号，信号由蜂窝电话40接收。接着，蜂窝电话40将接收的蜂窝信号转换成蓝牙^信号以发送给天线30。通过将蓝牙^天线30连接到控制器80的电缆72发送蓝牙^信号。控制器连接到音频再现系统87，其输出被送到车辆中的换能器24。

尽管图3描述了使用数字时分复用方案(TDM)将多个信号复用到四根导线上的方法，但也可以采用许多其他已知的将多个信号复用到少量信号通路上的方法。例如，已知仅采用两根导线的串行数字通信系统，并且它可以取代图3所述的四根导线方案。此外，要注意的是，图3的系统可以将比四个多得多的麦克风信号复用到相同的四根导线数字传输通路上(或两根导线串行传输通路)。也可以采用其他使用基于分组传输的方案。此外，可以采用诸如频分复用种类的本领域公知的模拟复用方法。

本发明的一个实施例使用调制技术来将来自麦克风阵列70中的多个单元70a-70n的模拟信号调制到一根电缆上。例如，可以使用频分复用将从麦克风输出的多个电信号调制到同一电缆上。FM调制是公知的，这里将不再详细描述。类似地，为要调制的每个麦克风信号选择载波频率。载波在频率上足够远地隔开，从而经调制的载波不相互干扰。对每个调制的信号可以使用例如200kHz的带宽。

对于具有四个要调制的麦克风信号的系统，可以在基带使用第一信号(即，不经调制)，并且可以在200kHz、400kHz和600kHz的载波上分别调制其他三个麦克风信号中的每一个。执行调制的三个调制器(未示出)位于麦克风阵列70附近。将每个麦克风信号(除了在基带上发送的麦克风信号外)调制到其各自的载波上。调制器的输出加到一起，并且通过一对导线(对于单向传输，对于对称通信需要使用三根导线)发送合并的信号。在接收端(控制器80)，低通滤波器可以提取基带信号。要求三个解调器(未示出)来提取三个经调制的信号。解调器的输出对应于三个麦克风单元70a-n的原始模拟电信号输出。

可以使用电缆71来向/从天线30发送/接收RF信号。在通过电缆71传输模拟音频信号的实施例中，音频信号包括从RF信号22的频率范围中良好分离出的低音频范围中的能量。音频信号通常在20Hz-20kHz之间，而RF信号(例如蓝牙^)在2.4-2.5GHz的范围内。可以在电缆71的任一端应用简单滤波来将与感兴趣的设备通信的感兴趣的信号分离出来。

除了传送来自麦克风阵列70的信号外，配线74还可以连接到电源来传输DC电力(例如，设计来供电地图灯、或者供电封装60中包含的诸如前置放大器、A/D转换器等的电路的电力)。因此，除了传送来自麦克风阵列70的电信号和/或数字信号外，配线74还可以传导DC电力。

图4图解包括具有多个麦克风70a-n的麦克风阵列70以及天线30的封装60的分解图。根据本发明的一个实施例，封装60包括顶部60a和底部60b。封装60被配置成包括麦克风阵列70的多个麦克风70a-n(作为例子，绘出了四个麦克风单元70a-n)和一个或多个天线30。封装至少包围着麦克风阵列70的一部分。在封装60内，各个麦克风单元70a-n和天线30可以面向任何方向。此外，封装60可以构建有一个或多个端口，以允许麦克风阵列70的至少一个麦克风单元70a-n接收声音信号。封装60还可以包括可减低封装60中的噪声的声音减震材料。封装60还可以包括可减少封装60中的电磁干扰的EMI屏蔽。封装60可以以多种形状和材料中的任一种构成，并且放置于车辆中的各个位置。

图5图解车辆11的内部500，其中绘出了封装60的各种可选位置。如前面参照图1所述的第一位置130显示封装60放置在车辆11的内顶板12中、驾驶员座位13的前面。考虑车辆11内的蜂窝电话40(图1)的可能位置，放置封装60使得能提供可接受的蓝牙^兼容的RF信号的接收和发射。

第一位置130还提供了对诸如驾驶员语音之类的声音信号14(见图2)的良好接收。第一位置130最小化来自不期望的声音信号(如从开着的车窗发起的风的噪声或者从空调发起的噪声)的噪声和干扰。第一位置130接近声音信号14并且还离噪声源(如引擎、道路和风)远。这增加了信噪比(S/N)并且提高了声音信号14的音频质量。此外，第一位置130最小化了从诸如控制器80、显示屏或从车辆11其他地方安装的其他电子设备所发起的信号对麦克风阵列70和/或天线30的电子干扰。

麦克风阵列可以使用任何类型的麦克风单元或者麦克风单元类型的组合。典型的是压感型和梯度压感型(又称为差分、双向、耦极或8字型麦克风)。然而，某些类型的单元在使用中更容易产生风噪声。在车辆中，当车窗摇下或使用车辆环境控制(加热、空调、风扇等)时，风可能与麦克风交互。压感型麦克风单元天生比梯度压感型麦克风更不容易产生风噪声，并且可以用在麦克风单元暴露在较大气流中的实施例中。也可以采用额外的技术来减少对风噪声的敏感度，例如应用开放式蜂窝泡沫(open cell foam)或金属丝筛网来减少麦克风单元附近的空气湍流。

一种降低麦克风单元输出信号的干扰的技术是放大在麦克风单元附近位置输出的麦克风单元电信号。在任何传输期间的外部干扰之前放大信号。然后通过电缆71将放大的信号发送给控制器80，从而提高在控制器80接收的来自麦克风阵列70的信号的信噪比。

另一种最小化不期望的干扰的技术是在麦克风阵列70和控制器80之间采用对称信号传输。如前面所述，根据这种布置，每个麦克风单元的输出被从单向转换成差分形式，以便传输到控制器80。这包括传输麦克风输出信号的非反转和反转复制(replica)，以及提供参考连接。在控制器80处使用差分放大器来将对称信号转换成单向信号。在电缆上引入的干扰在每根导线上大致相等，从而被差分放大器除去。要注意的是，还可以采用该方法来传输复用的麦克风信号(例如，经FM调制的)，或者从麦克风位置到远处位置传输的任何音频信号。

将麦克风单元放在大的反射面附近可以增加麦克风阵列70的性能。内顶板12用作麦克风阵列70附近的反射面。将麦克风单元放在反射面附近使得麦克风单元的方向性变窄(例如对于多向的麦克风单元，方向图从球形变为半球形)，并且通过将麦克风单元放在反射面的“压力区”内获得一些声音增益。为了从该声音增益中受益，应当将麦克风单元放置得离反射面(感兴趣的最高频率的)四分之一波长内的位置上。

对于RF信号的接收和发射，天线30的方向性也可以由它的位置改变。例如，将天线放置在接地的金属面(例如位于上面靠近内顶板12的车辆11的车顶)附近增加了向/从天线30发送/接收的方向性。最好，将天线30装在离接地金属面有感兴趣的最高频率的波长的一小部分(例如小于1/10)的距离。对于蓝牙^传输，该距离大约是1.2cm。然而，仍然可以通过将天线30装在接地面上面大约2.5cm处来提高天线30的方向性。根据替代实施例，通信系统被配置成具有位于车辆中的第二天线(如位于车辆的行李盒子(trunk)的位置)，从而提高射频信号的接收。

封装60的可选位置包括车辆11的中心的头顶位置132和驾驶员座位13的前面、地图灯封装内或内顶板12上的其他位置、后视镜134中、仪表板138中、驾驶员座位13前面的仪表盘136顶部、方向盘16、遮阳板18上、气囊套140上、或者在控制器80上。封装60还可以位于车辆11的其他位置。

此外，封装60可以位于连接有其他用途的布线的任何位置(例如地图灯封装、其他电子设备等)。这可以简化车辆布线配线的制造。此外，如果封装60位于车辆中其他DC功耗设备所在的区域，则可以不必布置到组装位置的单独的DC电力电缆，进而减少了车辆布线配线的复杂度和成本。

因此，如上面所述，本发明的实施例提供一种在车辆内布线麦克风(或者麦克风阵列)和天线(如蓝牙^天线)的机制，使得减少麦克风和天线电缆的设计、安装和材料成本。尽管参照其优选实施例具体显示和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可以在不背离所附权利要求书定义的本发明宗旨和范围的前提下对其形式和细节进行各种修改。

Claims

1.一种用于车辆的通信系统，该通信系统包括：

麦克风阵列，包括被构造并布置永久装在车辆中的多个麦克风单元，用于接收声音信号并将声音信号转换成电信号；

永久装在麦克风阵列附近的天线，该天线向无线设备发送射频信号；和

被构造并布置在远离麦克风和天线处的控制器，其第一输入端电连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风单元，其第二输入端电连接到天线，该控制器处理电信号并将处理过的电信号发送给天线。

2.如权利要求1所述的通信系统，其中，麦克风阵列和天线永久安装在车辆中。

3.如权利要求1所述的通信系统，还包括容纳麦克风阵列和天线的封装。

4.如权利要求1所述的通信系统，其中，控制器远离麦克风阵列和天线。

5.如权利要求1所述的通信系统，还包括第一电缆，用于将麦克风阵列中的至少一个麦克风连接到控制器。

6.如权利要求5所述的通信系统，还包括第二电缆，用于将天线连接到控制器。

7.如权利要求6所述的通信系统，其中，第一和第二电缆在至少第一和第二电缆之一的长度的一部分上彼此邻近。

8.如权利要求6所述的通信系统，其中，所述第一和第二电缆的至少之一的至少一部分是同轴电缆。

9.如权利要求1所述的通信系统，还包括单一电缆，用于将控制器连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风和天线。

10.如权利要求1所述的通信系统，其中，用于接收声音信号的麦克风阵列包括配置为麦克风阵列的多个麦克风单元。

11.如权利要求1所述的通信系统，其中，麦克风阵列包括压感型麦克风单元。

12.如权利要求1所述的通信系统，其中，麦克风阵列放置在车辆中的内顶板附近。

13.如权利要求12所述的通信系统，其中，麦克风阵列的麦克风单元位于离内顶板形成的反射面四分之一波长之内。

14.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线使用蓝牙^通信协议与无线设备通信。

15.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线位于车辆中的内顶板附近，离接地金属面的距离在射频信号的波长的五分之一内。

16.如权利要求15所述的通信系统，其中，射频信号是蓝牙^射频信号。

17.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线位于车辆的驾驶员的头顶前面。

18.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线位于车辆中央顶部、驾驶员的前面。

19.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线装在地图灯封装中。

20.如权利要求1所述的通信系统，其中，天线位于从包括后视镜、仪表板、仪表盘、方向盘、遮阳板和安全气囊套的一组中选出的位置。

21.如权利要求1所述的通信系统，还包括位于车辆中的第二天线。

22.如权利要求21所述的通信系统，其中，第二天线位于车辆的行李盒子中。

23.如权利要求1所述的通信系统，其中，麦克风阵列装在天线附近。

24.如权利要求1所述的通信系统，其中，麦克风阵列和天线装在一个封装中。

25.如权利要求1所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的低通滤波器，该低通滤波器滤掉射频干扰。

26.如权利要求1所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的至少一个麦克风单元的放大器，该放大器放大来自至少一个麦克风单元的音频信号。

27.如权利要求1所述的通信系统，其中，将电信号作为低电压差分信号发送。

28.一种用于车辆的通信系统，该通信系统包括：

麦克风阵列，包括装在车辆中的多个麦克风单元，用于接收声音信号并将声音信号转换成电信号；

装在麦克风阵列附近的天线，该天线向无线设备发送射频信号；和

位于远离麦克风和天线处的控制器，其第一输入端电连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风单元，而其第二输入端电连接到天线，该控制器处理电信号并将处理过的电信号发送给天线，

单一电缆，用于将控制器连接到麦克风阵列和天线；

连接到单一电缆的复用器，该复用器复用电力信号、电信号和射频信号中的至少两个以在单一电缆上传输；和

连接到单一电缆的分用器，分用器分用在单一电缆上传输电力信号、电信号和射频信号中的至少两个。

29.如权利要求28所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的低通滤波器。

30.如权利要求28所述的通信系统，还包括连接到天线的高通滤波器。

31.如权利要求1所述的通信系统，还包括调制器，用于调制电信号和射频信号中的至少一个。

32.如权利要求1所述的通信系统，还包括至少一个连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风单元的前置放大器。

33.如权利要求1所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的模数转换器。

34.一种用于车辆的通信系统，该通信系统包括：

所述通信系统被配置成提供对称通信，其中电连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风单元的第一输入端还包括：

第一导线，用于传输非极性反转的麦克风输出信号；

第二导线，用于传送极性反转的麦克风输出信号；

第三导线，用于提供相对于来自第一和第二导线的非反转的和反转的麦克风输出信号的参考信号；和

差分放大器，用于将来自第一和第二导线的非反转的和反转的麦克风输出信号转换成单向信号。

35.一种封装，包括：

用于接收声音信号的麦克风阵列，麦克风阵列将声音信号转换成发送给控制器的电信号；

位于麦克风阵列附近的天线，天线发送来自控制器的射频信号，射频信号与电信号相关；和

永久装在车辆中的盒子，其永久包裹着至少一部分麦克风阵列和至少一部分天线，该盒子被配置为允许麦克风阵列接收声音信号，

控制器位于远离麦克风阵列和天线处。

36.如权利要求35所述的封装，其中，麦克风阵列包括多个被配置来接收声音信号的麦克风。

37.如权利要求35所述的封装，其中，盒子包括至少一个端口，用来允许麦克风阵列接收声音信号。

38.如权利要求35所述的封装，其中，天线与无线设备通信。

39.如权利要求35所述的封装，其中，盒子包括用来降低封装中的电磁干扰的EMI屏蔽。

40.如权利要求35所述的封装，其中，盒子包括用来降低封装中的噪声的声音减震材料。

41.一种用于车辆的通信系统，该通信系统包括：

永久装在车辆内的麦克风阵列，用于接收声音信号并将声音信号转换成电信号，麦克风将电信号发送给控制器；

第一电缆，用于将麦克风阵列中的至少一个麦克风连接到控制器，第一电缆将电信号发送给控制器；

永久装在麦克风阵列附近的天线，天线接收从控制器发送给无线设备的射频信号；和

用于将天线连接到控制器的第二电缆，第二电缆将射频信号从天线发送给控制器，并且将有关电信号的信号从控制器发送给天线，

控制器位于远离麦克风阵列和天线处。

42.如权利要求41所述的通信系统，其中，麦克风阵列中的至少一个麦克风包括压感型麦克风单元。

43.如权利要求41所述的通信系统，其中，麦克风阵列放置在车辆中的内顶板附近。

44.如权利要求41所述的通信系统，其中，麦克风阵列的麦克风单元位于离车辆中的内顶板形成的反射面四分之一波长之内。

45.如权利要求41所述的通信系统，其中，天线使用蓝牙^通信协议与无线设备通信。

46.如权利要求41所述的通信系统，其中，天线位于车辆中的内顶板附近，离接地金属面的距离在射频信号中的最高频率处的射频信号的波长的五分之一内。

47.如权利要求41所述的通信系统，其中，天线位于从包括后视镜、仪表板、仪表盘、方向盘、遮阳板和安全气囊套的一组中选出的位置。

48.如权利要求41所述的通信系统，其中，麦克风阵列和天线装在一个封装中。

49.如权利要求41所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风的低通滤波器，该低通滤波器滤掉射频干扰。

50.如权利要求41所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的至少一个麦克风的放大器，该放大器放大来自至少一个麦克风的电信号。

51.如权利要求41所述的通信系统，其中，所述第一和第二电缆的至少之一的至少一部分包括同轴电缆。

52.如权利要求41所述的通信系统，其中，第一和第二电缆在至少第一和第二电缆之一的长度的一部分上彼此邻近。

53.如权利要求41所述的通信系统，其中，将电信号作为低电压差分信号发送。

54.如权利要求41所述的通信系统，还包括用于复用来自麦克风阵列的信号的复用器。

55.如权利要求41所述的通信系统，还包括至少一个连接到麦克风阵列中的至少一个麦克风的前置放大器。

56.如权利要求41所述的通信系统，还包括连接到麦克风阵列的模数转换器。