DE102018005757A1

DE102018005757A1 - Schaltungsanordnung zur Optimierung einer Mehr-Personen-Duplex-Sprecheinrichtung

Info

Publication number: DE102018005757A1
Application number: DE102018005757.8A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: MKE GMBH, DE
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Verfahren zur Duplex-Signalübertragung zwischen mehreren Kommunikationsgeräten, wobei jedes der Geräte mit mehreren Duplex-Übertragungskanälen ausgestattet ist, zur Verwendung insbesondere für sicherheitsrelevante Kommunikationsanwendungen in Industrie, Bau und Forst - bei denen einer von mehreren Teilnehmern unter anderem die Aufgabe hat, die anderen Teilnehmer zu beobachten und diese (häufig bei lauter Umgebung), bei drohender Gefahr über die Kommunikationseinrichtung zu warnen, dadurch gekennzeichnet,a) dass jede Duplex-Übertragungsstrecke eines dem Verfahren entsprechenden Kommunikationsgerätes mit einem Ausgangssignal gespeist wird, welches sich über eine Summier-Schaltung, sowohl aus dem lokalen Eingangssignal, als auch aus den, von den jeweils anderen Duplex-Übertragungsstrecken kommenden Eingangssignalen zusammensetzt undb) dass alle von den Duplex-Übertragungsstrecken kommenden Eingangssignale über eine weitere Summier-Schaltung zum lokalen Ausgangssignal dieses Kommunikationsgerätes durchverbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehr Personen Duplex-Sprecheinrichtung, insbesondere für Headset oder Gehörschutzbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lautstärkeabsenkung oder eine andere Maßnahme zur Rückkopplungs- bzw. Echounterdrückung nicht erforderlich ist.
Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass in sicherheitsrelevanten Situationen auch in geräuscherfüllter Umgebung jeder Gesprächsteilnehmer jeden anderen verzögerungsfrei warnen kann, und zwar zeitgleich, und ohne Lautstärkeabsenkung also auch wenn gerade gesprochen wird.
Zurzeit sind diverse Kabelgebundene und Kabellose Sprach-Übertragungssysteme bekannt, Dazu gehören sowohl Simplex- Funk-Übertragungssysteme mit und ohne VOX-Steuerung, als auch Duplex-Übertragungssysteme, wie Funkgeräte mit unterschiedlicher Sende- und Empfangsfrequenz, sowie digitale Systeme, z.B. auf GSM, DECT- oder Bluetooth-Basis. Duplex-Übertragungssysteme können mit einem oder mehreren Duplex-Übertragungskanälen ausgestattet sein.
Für eine Duplex-Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern werden die Kommunikationsgeräte in einer bestimmten Anordnung, bzw. Struktur miteinander verbunden. Je mehr Duplex-Übertragungskanäle die Geräte haben, umso vielseitiger können sie eingesetzt werden:

• Geräte mit einem Duplex-Kanal können nur bei einer 2-Geräte-Verbindung (1) oder als Endgerät eingesetzt werden.
• Geräte mit zwei Duplex-Kanälen können auch in Kettenstrukturen (2) eingesetzt werden.
• Geräte mit drei und mehr Duplex-Kanälen können darüber hinaus sowohl in Sternstrukturen (3), als auch in Baumstrukturen (4) eingesetzt werden.

Bekannter maßen ist bei Simplex-Funkgeräten der Sprechkanal belegt, sobald ein Teilnehmer spricht. So kann dieser, im Notfall nicht von seinem Gesprächspartner gewarnt werden, was z.B. bei gefährlichen Arbeiten lebensbedrohend sein kann. Bei Geräten mit VOX-Steuerung ist außerdem bei lauten und schwankenden Umgebungsgeräuschen das sichere Erkennen der Sprache problematisch.
Duplex-Übertragungssysteme sind besser geeignet, neigen aber zu Rückkopplungs- und Echoanfälligkeit, zudem steigt diese Anfälligkeit bei der geforderten Mehr-Benutzer-Duplex-Verbindung mit zunehmender Anzahl der verbundenen Geräte. Häufig wird bei Duplex Systemen zur Echoreduzierung während des Sprechens das ankommende Signal in der Lautstärke abgesenkt. Dabei wird allerdings in Kauf genommen, dass dann der Gesprächspartner in dieser Zeit - besonders bei lautstarken Umgebungsgeräuschen - praktisch nicht zu hören ist.
Die auch bekannten Echofallen sind technisch aufwendig und bei drei und mehr im Duplex-Betrieb verbundenen Geräten nur bedingt einsetzbar, da die Signallaufzeiten zu den einzelnen Geräten meist unterschiedlich sind, und so mit einem komplexen Echo zu rechnen ist.
Es wird eine Lösung gesucht, bei der drei oder mehr Teilnehmer zeitgleich und mit gleicher Sprech-Priorität auch bei lautstarken Umgebungsgeräuschen miteinander kommunizieren können, damit z.B. in sicherheitsrelevanten Situationen jeder Gesprächsteilnehmer jeden anderen verzögerungsfrei warnen kann, und zwar auch, wenn bei einem oder mehreren der anderen Teilnehmer gerade gesprochen wird. Die Lösung soll zu den gängigen Netzstrukturen kompatibel sein und die Anzahl der möglichen Verbindungen nicht einschränken.
Wenn lediglich zwei Kommunikationsgeräte mit Duplexübertragung betrieben werden, genügt eine 1: 1 -Duplex-Verbindung, um die Geräte Rückkopplungsfrei miteinander zu verbinden, 5). Für eine Duplex-Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern ist eine andere Lösung erforderlich. Ein Lösungsansatz besteht darin, die Ein- und Ausgänge direkt miteinander zu verbinden, (6), dabei ist das Risiko einer Rückkopplung allerdings hoch.
In diesem Verfahren wird eine Mehr-Personen- Duplex-Sprecheinrichtung vorgestellt. die alle genannten Nachteile vermeidet.
Das Verfahren lässt sich bei Point to Multipoint Verbindungen, in Ketten-, Stern- und Baum-Strukturen ebenso einsetzen, wie bei Point to Point Verbindungen. Es ist daher auch für Geräte geeignet, die ohne Anpassungen in allen genannten Netzstrukturen funktionsfähig sein sollen.
Die in diesem Verfahren zulässige Anzahl der im Duplex-Betrieb verbundenen Geräte wird nur durch die Übertragungsqualität begrenzt. Die maximale Anzahl der Duplex-Kanäle je Gerät wird nur durch die verwendete Funk-Technologie (Modulationsverfahren, Bandbreite, Speichermanagement, etc.), nicht aber durch das hier vorgestellte Verfahren begrenzt. Alle Teilnehmer können zeitgleich miteinander kommunizieren. Alle Kommunikationsgeräte können identisch aufgebaut sein und das Verfahren ist unabhängig von dem verwendeten Übertragungsmedium.
Mit einem Gerät, dass ein Mittel zum Einspeisen der Signale in der in diesem Verfahren genannten Form aufweist, wird eine Trennung aller Eingangs- und Ausgangssignale auch bei beliebig vielen Sprecheinrichtungen sichergestellt, so dass eine Lautstärkeabsenkung oder eine andere Maßnahme zur Rückkopplungs- bzw. Echounterdrückung nicht erforderlich ist. Insofern die Geräte keine allzu hohe akustische Kopplung zwischen Mikrofon und Lautsprecher aufweisen, kann der akustische Echo-Anteil vernachlässigt werden.
Figurenbeschreibung:
Die Erfindung geht aus von einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Aufgabe ist auch gelöst durch ein Kommunikationsgerät, das ein Mittel zum Einspeisen der Signale in der genannten Form aufweist und sowohl durch Hardware als auch durch Software ausgeführt werden kann.
Eine Ausführungsart der Erfindung ist eine Lösung für ein Kommunikationsgerät mit zwei Duplex-Übertragungsstrecken 7. Der lokale Signaleingang (4) und der lokale Signalausgang (3), sowie die Duplex-Übertragungsstrecken (28) und (29) des Kommunikationsgerätes, sind wie folgt miteinander zu verbinden:

Die Duplex-Übertragungsstrecke (28) wird über den Duplex-Wandler (43) und die abgehende Signalverarbeitung (34) mit dem Ausgangssignal (14) des Summierers (9) gespeist.

Das Ausgangssignal (14), setzt sich über die Summier-Schaltung (9), sowohl aus dem lokalen Eingangssignal (23), als auch aus dem, von der anderen Duplex- Übertragungsstrecke (29) kommenden Eingangssignal (25) zusammen.
Die Duplex-Übertragungsstrecke (29) wird über den Duplex-Wandler (44) und die abgehende Signalverarbeitung (35) mit dem Ausgangssignal (15) des Summierers (10) gespeist.
Das Ausgangssignal (15) setzt sich über die Summier-Schaltung (10), sowohl aus dem lokalen Eingangssignal (23), als auch aus dem, von der anderen Duplex- Übertragungsstrecke (28) kommenden Eingangssignal (24) zusammen.
Das lokale Eingangssignal (23) ist über eine Signalverarbeitung für ankommende Signale (38) mit dem Mikrofonsignal (4) verbunden.
Das von der Duplex-Übertragungsstrecke (28) über den Duplex-Wandler (43) und die Signalverarbeitung (39) kommende Eingangssignal (24) und das von der Duplex-Übertragungsstrecke (29) über den Duplex-Wandler (44) und die Signalverarbeitung (40) kommende Eingangssignal (25) wird über eine Summier-Schaltung (8) zusammengeführt und dann zum lokalen Ausgangssignal (13) des Summierers durchverbunden und gelangt über eine Signalverarbeitung (33) zum Kopfhörer (3).
8 zeigt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Lösung für ein Kommunikationsgerät mit einer theoretisch unbegrenzten Anzahl von Duplex- Übertragungsstrecken, in 8 symbolisch dargestellt durch eine Reihe vertikal angeordneter Punkte (32), bzw. im Text dargestellt durch die Bezeichnung (A, B ... N fortlaufend).
Der lokale Signaleingang, der sowohl über ein Mikrofon (4), als auch über eine andere Quelle gespeist werden kann und der lokale Signalausgang, der sowohl einen Kopfhörer (3), als auch andere Medien speisen kann, sowie die Duplex-Übertragungsstrecken A (28), B (29) ... N (31) des Kommunikationsgerätes, sind wie folgt miteinander zu verbinden:

Die Duplex-Übertragungsstrecke A (28) wird über den Duplex-Wandler (43) und die abgehende Signalverarbeitung (34) mit dem Ausgangssignal (14) des Summierers (9) gespeist.

Das Ausgangssignal (14), setzt sich über eine Summier-Schaltung (9), sowohl aus dem lokalen Eingangssignal (23), als auch aus den, von den anderen Duplex- Übertragungsstrecken B (29) ... N (31) außer A (28) kommenden Eingangssignalen, (25) ... (27) außer (24) zusammen. Das von der jeweils gleichen Duplex- Übertragungsstrecke A (28) kommende Eingangssignal wird dabei nicht verbunden, hier dargestellt durch die Unterbrechung (20).
Die Duplex-Übertragungsstrecke B (29) wird über den Duplex-Wandler (44) und die abgehende Signalverarbeitung (35) mit dem Ausgangssignal (15) des Summierers (10) gespeist.
Das Ausgangssignal (15) setzt sich über eine Summier-Schaltung (10), sowohl aus dem lokalen Eingangssignal (23), als auch aus den, von den anderen Duplex- Übertragungsstrecken A (28) ... N (31) außer B (29) kommenden Eingangssignalen, (24) ... (27) außer (25) zusammen. Das von der jeweils gleichen Duplex- Übertragungsstrecke B (29) kommende Eingangssignal wird dabei nicht verbunden, hier dargestellt durch die Unterbrechung (21).
Die Duplex-Übertragungsstrecke N (31) wird über den Duplex-Wandler (46) und die abgehende Signalverarbeitung (37) mit dem Ausgangssignal (17) des Summierers (12) gespeist.
Das Ausgangssignal (17) setzt sich über eine Summier-Schaltung (12), sowohl aus dem lokalen Eingangssignal (23), als auch aus den, von den anderen Duplex- Übertragungsstrecken A (28), B (29) ... außer N (31) kommenden Eingangssignalen, (24), (25) und folgende außer (27) zusammen. Das von der jeweils gleichen Duplex- Übertragungsstrecke N (31) kommende Eingangssignal wird dabei nicht verbunden, hier dargestellt durch die Unterbrechung (22).
Das lokale Eingangssignal (23) ist über eine lokale analoge und/oder digitale Signalverarbeitung, wahlweise auch incl. Störunterdrückung etc., für ankommende Signale (38) mit dem Mikrofonsignal (4) verbunden.
Alle von den Duplex-Übertragungsstrecken A (28), B (29) ... N (31) über die Duplex-Wandler (43), (44) ... (46) und die Signalverarbeitung (39), (40) ... (42) kommenden Eingangssignale (24), (25) ... (27), werden über eine Summier-Schaltung (8) zusammengeführt und dann zum lokalen Ausgangssignal (13) des Summierers durchverbunden. Das lokale Eingangssignal (23) wird dabei nicht verbunden, hier dargestellt durch die Unterbrechung (19).
Das lokale Ausgangssignal (13) des Summierers (8) gelangt über eine Signalverarbeitung (33) zum Kopfhörer, Lautsprecher oder zu einer andere Signalsenke (3). Die Signalverarbeitung (33) stellt eine lokale analoge und/oder digitale Signalverarbeitung, auch incl. Störunterdrückung, etc., für abgehende Signale dar.
(47) Eine vom Eingangssignal abhängige Verarbeitung des Ausgangssignals, im Besonderen zur Unterdrückung unerwünschter Geräusche und zur Seitentonübertragung, kann zwischen die Ein- und Ausgänge, in einer Ausgestaltung nach 8 z.B. zwischen (33) und (38) geschaltet werden.
Zur Realisierung und zum Test eines Kommunikationsnetzes aus, nach diesem Verfahren arbeitenden Geräten, wurden vier Bluetooth-Geräte entsprechend modifiziert und auf je drei Duplex-Kanäle erweitert. Das System arbeitet einwandfrei und ist, wie erwartet, unempfindlich auf Rückkopplungen. Die erforderlichen Maßnahmen zur Modifikation des Bluetooth-Systems werden vom Anmelder in einem separaten Verfahren beschrieben.
Figurenliste

1: Verbindungsstrukturen, Punkt zu Punkt
2: Verbindungsstrukturen, Kette (hier am Beispiel einer Kette aus 4 Kommunikationseinheiten).
3: Verbindungsstrukturen, Stern (hier am Beispiel eines Sterns aus 4 Kommunikationseinheiten).
4: Verbindungsstrukturen, Baum (hier am Beispiel eines Baums aus 8 Kommunikationseinheiten).
5: Stand der Technik, Duplexverbindung zwischen zwei Kommunikationseinheiten
6: Kommunikationseinheit mit zwei Duplex-Übertragungsstrecken, parallele Kopplung aller Übertragungsstrecken.
7: Schematische Darstellung der dem vorgestellten Verfahren entsprechenden Anordnung eines Rückkopplungs- und Echofreien Kommunikationsgerätes für zwei Duplex-Kanäle.
8: Schematische Darstellung der dem vorgestellten Verfahren entsprechenden Anordnung eines Rückkopplungs- und Echofreien Kommunikationsgerätes für eine theoretisch unbegrenzte Anzahl von Duplex-Kanälen.

Bezugszeichenliste

1: Kommunikationsgerät
2: Duplex-Übertragungsstrecke
3: Kopfhörer, Lautsprecher oder eine anderen Signalsenke
4: Mikrofon oder eine andere Signalquelle
5: Empfangseinheit
6: Sendeeinheit
7: Summierer
8: Summierer für den lokalen Signalausgang
9: Summierer für den Signalausgang zur Duplex-Übertragungsstrecke A
10: Summierer für den Signalausgang zur Duplex-Übertragungsstrecke B
11: Summierer für den Signalausgang zur Duplex-Übertragungsstrecke C
12: Summierer für den Signalausgang zur Duplex-Übertragungsstrecke N
13: Ausgangssignal des Summiers (8)
14: Ausgangssignal des Summiers (9)
15: Ausgangssignal des Summiers (10)
16: Ausgangssignal des Summiers (11)
17: Ausgangssignal des Summiers (12)
18: Verteiler (z.B. Kreuzschienenverteiler)
19: Unterbrechung des lokalen Signaleingangs (23)
20: Unterbrechung des Signaleingangs (24)
21: Unterbrechung des Signaleingangs (25)
22: Unterbrechung des Signaleingangs (27)
23: Von der lokalen Signalverarbeitung (38) kommendes Eingangssignal
24: Von der Signalverarbeitung (39) kommendes Eingangssignal
25: Von der Signalverarbeitung (40) kommendes Eingangssignal
26: Von der Signalverarbeitung (41) kommendes Eingangssignal
27: Von der Signalverarbeitung (42) kommendes Eingangssignal
28: Duplex-Übertragungsstrecke A
29: Duplex-Übertragungsstrecke B
30: Duplex-Übertragungsstrecke C
31: Duplex-Übertragungsstrecke N
32: Symbol für fortlaufende Reihe ohne Begrenzung (A, B, ... N)
33: Lokale analoge und/oder digitale Signalverarbeitung, auch incl. Störunterdrückung etc., für abgehende Signale
34: Abgehende Signalverarbeitung für Signal (14)
35: Abgehende Signalverarbeitung für Signal (15)
36: Abgehende Signalverarbeitung für Signal (16)
37: Abgehende Signalverarbeitung für Signal (17)
38: Lokale analoge und/oder digitale Signalverarbeitung, auch incl. Störunterdrückung etc., für ankommende Signale.
39: Signalverarbeitung für das ankommende Signal vom Duplex-Wandler (43)
40: Signalverarbeitung für das ankommende Signal vom Duplex-Wandler (44)
41: Signalverarbeitung für das ankommende Signal vom Duplex-Wandler (45)
42: Signalverarbeitung für das ankommende Signal vom Duplex-Wandler (46)
43: Duplex-Wandler für die Duplex-Übertragungsstrecke A (28)
44: Duplex-Wandler für die Duplex-Übertragungsstrecke B (29)
45: Duplex-Wandler für die Duplex-Übertragungsstrecke C (30)
46: Duplex-Wandler für die Duplex-Übertragungsstrecke N (31)
47: Vom Eingangssignal abhängige Verarbeitung des Ausgangssignals, im Besonderen zur Unterdrückung unerwünschter Geräusche und Seitentonübertragung
48: Ausgangsverstärker für den lokalen Signalausgang
49: Eingangsverstärker für den lokalen Signaleingang
50: Ausgangsverstärker für die Duplex-Übertragungsstrecke A (28)
51: Eingangsverstärker für die Duplex-Übertragungsstrecke A (28)
52: Ausgangsverstärker für die Duplex-Übertragungsstrecke B (29)
53: Eingangsverstärker für die Duplex-Übertragungsstrecke B (29)

Claims

Verfahren zur Duplex-Signalübertragung zwischen mehreren Kommunikationsgeräten, wobei jedes der Geräte mit mehreren Duplex-Übertragungskanälen ausgestattet ist, zur Verwendung insbesondere für sicherheitsrelevante Kommunikationsanwendungen in Industrie, Bau und Forst - bei denen einer von mehreren Teilnehmern unter anderem die Aufgabe hat, die anderen Teilnehmer zu beobachten und diese (häufig bei lauter Umgebung), bei drohender Gefahr über die Kommunikationseinrichtung zu warnen, dadurch gekennzeichnet, a) dass jede Duplex-Übertragungsstrecke eines dem Verfahren entsprechenden Kommunikationsgerätes mit einem Ausgangssignal gespeist wird, welches sich über eine Summier-Schaltung, sowohl aus dem lokalen Eingangssignal, als auch aus den, von den jeweils anderen Duplex-Übertragungsstrecken kommenden Eingangssignalen zusammensetzt und b) dass alle von den Duplex-Übertragungsstrecken kommenden Eingangssignale über eine weitere Summier-Schaltung zum lokalen Ausgangssignal dieses Kommunikationsgerätes durchverbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Anzahl der verbundenen Kommunikationsgeräte, von jedem zu jedem Teilnehmer zeitgleich miteinander kommuniziert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprech-Priorität für alle Teilnehmer gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lautstärkeabsenkung oder eine andere Maßnahme zur Rückkopplungs- bzw. Echounterdrückung nicht erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung aller Eingangs- und Ausgangssignale auch bei beliebig vielen Sprecheinrichtungen sichergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei Point to Multipoint Verbindungen, in Ketten-, Stern- und Baum-Strukturen ebenso einsetzen lässt, wie bei Point to Point Verbindungen und dass es ohne Anpassungen in allen genannten Netzstrukturen funktionsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die zulässige Anzahl der verbundenen Geräte nur durch die Übertragungsqualität der verwendeten Übertragungstechnologie, nicht aber durch das hier vorgestellte Verfahren begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der zulässigen Duplex-Kanäle je Gerät nur durch die verwendete Funk-Technologie (Modulationsverfahren, Bandbreite, Speichermanagement, etc.), nicht aber durch das hier vorgestellte Verfahren begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass alle verwendeten Kommunikationsgeräte identisch aufgebaut sein können.
Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Maßnahmen zur Geräuschunterdrückung eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Echofallen eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unabhängig von dem verwendeten Übertragungsmedium ist.
Verfahren nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung des Duplexsignals in Bluetooth-Technologie erfolgt
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bluetooth-Technologie insoweit modifiziert ist, dass gleichzeitig mehrere Duplex-Kanäle aktiv sind.
Gerät, das ein Mittel zum Einspeisen der Signale in der genannten Form aufweist und sowohl durch Hardware als auch durch Software ausgeführt werden kann.