FI88570B - Telefonkrets som laemnar haenderna fria - Google Patents

Description

1 88570 Kädet vapaaksi jättävä puhelinpiiri

Samaan asiaan liittyviä patenttihakemuksia 5 Esillä oleva hakemus liittyy US-patenttiin 4 378 603 "Radio Telephone with Hands-free Operation", Bruce C. Eastmond, 29. maaliskuuta 1983 ja US-patenttiin 4 400 584" Speakerphone for Radio and Landline Telephones, Richard J. Vilmur, 23. elokuuta 1983. Nämä patentit on myönnetty esillä olevan keksin-10 nön esittäjälle ja sen vuoksi edellä mainitut asiaan liittyvät patentit on kokonaisuudessaan liitetty esillä olevaan hakemukseen.

Keksinnön taustaa

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti kaiutinpuheli-15 miin ja erityisemmin parannettuun kaksisuuntaiseen kaiutinpuhelimeen, jota voidaan käyttää hyödyllisesti sekä radio- ja kaapelipuhelinjärjstelmissä.

Sekä radio- että kaapelipuhelinjärjestelmissä käyttäjä kommunikoi tyypillisesti käyttämällä kuuloketta, jossa on 20 kaiutin toisessa päässä jota pidetään käyttäjän korvan lähellä, ja mikrofoni toisessa päässä jota pidetään lähellä käyttäjän suuta. Toiminnan aikana käyttäjän täytyy käyttää yhtä kättä pitämään kuuloketta oikeassa asennossa, jolloin jää vain käyttäjän toinen käsi vapaaksi tehtävien, kuten ajoneu-'25 von ajaminen, suorittamiseen. Käyttäjän vapauden lisäämisek-: *: si on kehitetty kaiutinpuhelimia maakaapelipuhelinjärjestel miin.

Tavanomainen kaiutinpuhelin on tyypillisesti kytketty puhelinlinjaan ja käytettäessä sallii käyttäjän liikuskella 30 vapaasti kommunikoitaessa toisen puhelimen käyttäjän kanssa. Tällaiset kaiutinpuhelimet yleensä joko vastaanottavat tai lähettävät annetulla hetkellä eli ovat yksisuuntaisia, ja tällöin vertaillaan kahden osapuolen äänen voimakkuutta.

·:**: Tämä vertailu valitsee kovimmalla äänellä puhuvan osapuolen : -35 ja määrittää vastaanotto- tai lähetystoimintatavan. Mikäli 2 88570 tätä valintaa ei tapahtuisi, takaisinkytkentä eli kaiku voisi pilata yhteyden ja ollessaan tarpeeksi voimakasta aiheuttaa "vihellykseksi" kutsuttua värähtelyä puhelinpiirissä.

Eräs tavallisesti puhelimissa tavattava kaiku aiheu-5 tuu sähköisen signaalin heijastuksesta, joka johtuu huonosta impedanssisovituksesta nelijohtamisesta kaksijohtamiseen muunnospisteissä, joita yleensä kutsutaan hybrideiksi. Näin ollen osa lähikäyttäjän puhesignaalista kytkeytyy kaiutinpuhelimen mikrofonipiiristä kaiutinpiiriin. Tälle kytkey-10 tyneelle puheenosalle aiheutunut pitkä viive saattaa aiheut taa hämäännystä puhujalle ja kommunikaation katkeamisen. Toinen kaiun muoto, ainutlaatuinen kaiutinpuhelimille, on akustinen kytkentä kaiuttimen ja mikrofonin välillä. Kaiut-timen tuottama akustinen energia voi heijastua lähellä ole-15 vista esineistä ja kytkeytyä suoraan mikrofoniin. Tämä ta kaisinkytkentä tuottaa vaiheviiveen kytkeytyneeseen audiosignaaliin ja aiheuttaa onton kuuloisen kaiun ja, audiosignaalin vahvistuksen ollessa riittävä, vihellystä puhelinppi-rissä.

20 Tavanomainen ratkaisu kaiku- ja vihellysongelmiin kaiutinpuhelimissa on audiosignaalin vaimentaminen heikoimman audiosignaalin kulkutiellä vahvimman audiosignaalin kulkutiehen nähden. Monia tekniikoita on kehitetty jommankumman kulkutien katkaisemiseksi tai vaihtelevaksi vaimenta-25 miseksi. Näillä tekniikoilla on kuitenkin joukko ongelmia kuten kykenemättömyys toimia kovameluisessa ympäristössä, puhetavujen leikkaantuminen siltä osapuolelta, joka yrittää aloittaa keskustelun vaimennetulla kulkutiellä, ja kulkutien vaimennuksen epävarmuus, joka johtuu kaiuttimen ja 30 mikrofonin välisestä takaisinkytkennästä kaiuttimen vahvistuksen ollessa käännettynä täysille. Näitä ongelmia on vähennetty keksinnöillä (US-patentti 4 378 603, Eastmond ja US-patentti 4 400 584, Vilmur) joissa on ainutlaatuiset puheentunnistinpiirit ja erityiset ohjausprosessit.

3 88570

Todellisissa kaksisuuntaisissa järjestelmissä on viimeaikoina käytetty itseohjautuvia kaiun valmentajia, jotka lieventävät kaikuja synnyttämällä arvion kaiusta ja vähentämällä arvion kaiun turmelemasta signaalista. Tällä 5 tavoin puhelimen etäiskäyttäjän akustinen kytkentä voidaan poistaa lähipään kaiutinpuhelimen mikrofonista vähentämättä tai katkaisematta kaiutinpuhelimenlähikäyttäjän käytettävissä olevaa vahvistusta. Samalla tavoin voidaan lähipään kaiutinpuhelimessa vaimentaa hybridistä tapahtuvat sähköiset heijasit) tukset.

Kaikuarvion määritystä ei kuitenkaan voida aina laskea kunnolla. Olosuhteissa, joissa ympäristön melu on kova, epälineaarinen vääristymä tai molempien osapuolien yhtäaikainen puhe, kaikunäyte ei saata täysin edustaa kaikusignaalia. Tä-15 män vuoksi on tarpeen täysin kaksisuuntainen kaiutinpuhelin, joka antaa parhaimman toiston ei-ihanteellisissa olosuhteis sa, kaikusignaalin vääristymässä ja käyttäjien samanaikaisesti puhuessa.

Keksinnön yhteenveto 20 Esillä olevan keksinnön yleinen päämäärä on kaiutinpu helin, joka sallii kaksisuuntaisen, kädet vapaaksi jättävän, kommunikaation ympäristöissä, joissa on voimakas ympäröivä melutaso.

Esillä olevan keksinnön toinen päämäärä on kaksisuun-25 täinen kaiutinpuhelin, jossa on epälineaarisen vääristymän alaisten kaikusignaalien kaiun vaimentaminen.

Edelleen on esillä olevan keksinnön päämääränä mahdollistaa kaiutinpuhelintoiminta ilman vihellystä käyttäjien puhuessa samanaikaisesti.

30 Nämä ja muut päämäärät saavutetaan esillä olevassa keksinnössä, joka sisältää kaksisuuntaisen kaiutinpuhelinpii-rin vastaanotetun signaalin ja tuotetun lähetyssignaalin välillä esiintyvän ei-toivotun kaiun vaimentamiseksi. Osa vastaanotetusta signaalista vähennetään tuotetusta signaalis-35 ta, joka sisältää vastaanotetun signaalin kaiun, jolloin ta- 4 38570 pahtuu vastaanotetun signaalin kaiun vaimentuminen. Samalla tavoin osa länetyssignaalista vähennetään vastaanotetusta signaalista, joka sisältää lähetetyn signaalin kaiun, jolloin lähetyssignaalin kaiku vaimenee. Vastaanotetun sig-5 naalin osa saadaan vastaanotetun signaalin tunnistamisen ja lähetyssignaalin kaiun vaimentamisen jälkeen. Myös lähetys-signaalin osa saadaan lähetyssignaalin tunnistamisen ja vastaanotetun signaalikaiun vaimentamisen jälkeen.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle puhelin-10 piirille on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Piirrosten lyhyt kuvaus

Kuvio 1 on aikaisemman toteutuksen mukainen lohkokaa-15 vio liikkuvasta radiokaiutinpuhelimesta ja -järjestelmästä.

Kuvio 2 on lohkokaavio, joka esittää kädet vapaaksi jättävää, vahvistuksen katkaisulla varustettua kaiutinpuhelinta, jossa on signaalin tunnistimet aktiivisen signaalitien määrittämiseksi.

20 Kuvio 3 on lohkokaavio, joka esittää tunnettua kaiu tinpuhelinta, jossa on mukautuvat suodattimet akustisesta kytkennästä ja hybridiepäsovituksesta johtuvien kaikujen poistamiseksi.

Kuvio 4 on lohkokaavio kaiutinpuhelimesta, jossa mu-25 kautuvan suodattimen kertoimet määrittää toinen mikrofoni, joka on sijoitettu siten, että toinen mikrofoni muuttaa kaiut-timen akustisen lähdön ja siihen liittyvän vääristymän sähköiseksi signaaliksi.

Kuvio 5 on lohkokaavio kaiutinpuhelimesta, jossa on 30 epälineaarinen sovituspiiri mukautuvaan suodattimeen menevän signaalin muokkaamiseksi niin, että sieltä kehitetyt kertoimet sisältävät ennalta määrätyn kaiuttimesta tulevan vääristymän. Epälineaarinen sovituspiiri voi myös muokata mukautuvan suodattimen tuloa ottamaan huomioon kaiutinpuhelimen ja 35 sovittavan hybridin välisessä kanavassa tapahtuvan vääristymän.

Kuvio 6 on lohkokaavio esilläolevasta keksinnöstä, jossa paikallaan olevan osapuolen signaalin tunnistin mahdollistaa mukautuvan suodattimen kertoimien laskemisen 5 88570 kaiuttimen ja mikrofonin välissä esiintyvän kaiun vaimentamiseksi ja liikkuvan osapuolen signaalin tunnistin mahdollistaa vastaanotetun signaalin mukautuvan suodattimen kertoimien laskemisen hybridikaiun vaimentamiseksi.

5 Epälineaarinen sovituspiiri voi muokata kerrointulo- signaalin mukautuville suodattimille.

Kuvio 7 on lohkokaavio mukautuvasta suodattimesta, jota voidaan käyttää esillä olevassa keksinnössä.

Ensisijaisen toteutuksen yksityiskohtainen kuvaus 10 Kuviossa 1 on esitetty perusmalli liikkuvasta radio- puhelinjärjestelmästä, joka voi käyttää hyödyllisesti esillä olevan keksinnön kädet vapaaksi jättävää kaiutinpuhelinta. Tavanomaisissa ja kennomaisissa radiopuhelinjärjestelmis-sä ajoneuvossa 101 oleva osapuoli kommunikoi siirrettävän ra-15 dio 103 välityksellä radiokanta-aseman 105 kanssa, joka voidaan kytkeä paikallaan olevalle osapuolelle radiojärjestelmän ohjauspäätteen 107 ja yleisen puhelinverkon välityksellä. Radiojärjestelmän ohjauspääte 107 sisältää muun muassa ohjauspiirin 109, joka antaa kommunikeatiotien radiokanta-20 asemalta 105 neli-johtimisesta kaksijohtimiseksi muuntimel-le, eli hybridille 111, siirtymiseksi maapuhelimien käyttä-;'· mään tavanomaiseen kaksi johtaoiseen pariin.

. .·. Jotta liikkuva osapuoli saisi samanlaatuisen puhelin palvelun kuin paikallaan oleva, on välttämätöntä, että ra-25 diopuhelinjärjestelmän kukin radiokanava on kaksisuuntainen radiokanava erillisine vastaanotto- ja lähetystaajuuksineen. Näin ollen siirrettävä radio 103 voi samanaikaisesti lähettää yhdellä taajuudella ja vastaan ottaa toisella niin että liikkuva ja paikallaanoleva osapuoli voivat samanaikaisesti pu-.30 hua ja kuunnella. Tyypillisesti on kuuloke, samanlainen ·’’’· kuin maakaapelipuhelinlaitteissa oleva, kytketty siirrettä- . . vään radioon 103. On välttämätöntä, että liikkuva osapuoli ; pitää kuuloketta korvaansa vasten aivan kuin paikallaan ole va osapuolikin tekee. Liikkuvalle osapuolelle olisi kuiten-35 kin paljon turvallisempaa ja mukavampaa mikäli puhelinkes- 6 88570 kustelu voitaisiin käydä ilman liikkuvan osapuolen välttämättömiä, jatkuvia fyysisiä toimenpiteitä. Käyttämällä hyväksi kaiutinpuhelinta liikkuva osapuoli voi keskustella paikallaan olevan osapuolen kanssa puhelinsoiton ajan 5 ilman fyysisiä toimenpiteitä näin vapauttaen liikkuvan osapuolen tehtävistä, jotka voisivat vaikuttaa ajoneuvon turvalliseen käyttöön. Tämän lisäksi on valtioita, joissa moottoriajoneuvoasetus edellyttää, että liikkuvan osapuolen on pysäytettävä ajoneuvonsa valitessaan toisen 10 osapuolen numeron. Tämän vuoksi monet radiopuhelin ohjaus- ja valintayksiköt sisältävät puhelinnumerojen automaattisen valinnan kuulokkeen ollessa paikallaan. Liikkuvan osapuolen on kuitenkin nostettava kuuloke keskustelua varten. Käyttämällä hyväksi esillä olevaa keksintöä 15 ajoneuvoturvallisuus lisääntyy edelleen, koska kaiutinpuhelimen ansiosta liikkuva osapuoli voi keskustella irroittamatta toista kättään ohjauspyörästä.

Maakaapelisovelluksissa esillä olevan keksinnön kaiutinpuhelinta voidaan käyttää sallimaan vapaus liik-20 kumiseen keskustelun aikana ja monta osapuolta käsittäviin konferenssipuheluihin. Kaiutinpuhelin voidaan kytkeä puhelinlinjaan hybridiliitännällä, jonka voi kytkeä lähimpään lähetyssignaalin puhelinlinjaan ja kytkeä etäispään signaalin puhelinlinjasta kaiutinpuhelimeen.

25 Kädet vapaaksi jättävän toiminnan mahdollistamiseksi ajoneuvosovelluksissa äänikommunikaatiota varten voi olla erillinen mikrofoni 113 ja erillinen kaiutin 115. Ajoneuvossa on hyödyllistä käyttää erillistä mikrofonia 113, jotta voitaisiin sijoittaa mikrofoni 113 optimaalisesti 30 vastaanottamaan kädet vapaana olevan osapuolen puhe vaihtuvassa ja meluisassa ympäristössä.

Kaiutinpuhelimessa toimii ainakin kaksi takaisinkytkennän lähdettä. Ensimmäisen tyypin takaisinkytkentä on kädet vapaana olevan osapuolen signaalin heijastuminen 35 neli-johtimesta kaksijohtimiseen muunnoshybridistä 11. Tätä esittää sivuhäiriökulkutie 117, joka heijastuu oh- V 88570 jauspäätteen 107 hybridin 111 ja valintaisen puhelinverkon välisestä impedanssin epäsovituksesta. Toinen heijastus voi tapahtua etäispäässä olevan paikallaan olevan osapuolen hybridistä (ei kuvassa) ja olla viivästynyt ajanjak-5 solia joka on verrannollinen paikallaan olevan osapuolen ja ohjauspäätteen 107 väliseen sähköiseen välimatkaan.

Toisen tyypin takaisinkytkentä on akustinen kytkentä kaiutinpuhelimen kaiuttimen 115 ja kaiutinpuhelimen mikrofonin 113 välillä. Tämä akustinen kytkentä voi joh-10 tua kaiuttimen 115 lähettämän akustisen energian heijastuksista mikrofoniin 113 kaiuttimen lähialueen pinnoista. Akustinen kytkentä voi olla myös suora akustisen energian kytkentä kaiuttimesta 115 mikrofoniin 113. Akustinen kytkentä ilmenee paikallaan olevalle osapuolelle onttona 15 kaikuna, ja mikäli silmukan (hybridistä 111 vahvistimeen 118, siirrettävään radioon 103, kaiuttimeen 115, mikrofoniin 113, siirrettävään radioon 103, vastaanottimeen 119 ja hybridiin 111) on tarpeeksi suuri, aiheutuu värähtelyä (vihellystä), joka tekee keskustelun mahdottomaksi.

20 Kuvassa 2 on esitetty lohkokaaviona kädet vapaaksi jättävän kaiutinpuhelimen ohjauspiiri, jota on käytetty liikkuvissa radiopuhelinjärjestelmissä. Tällainen kaiutin-puhelin on kuvattu US-patentissa 4 378 603 "Radiotelephone With Hands-Free Operation", Bruce C. Eastmond, 29 maalis-! 25 kuuta 1983 ja US-patentissa 4 400 584 "Speakerphone For ·'·; Radio and Landline Telephones", Richard J. Vilmur 23 elo- . kuuta 1983. Molemmat patentit on myönnetty esillä olevan keksinnön esittäjille. Kuvan 2 ohjauspiiri voi sijaita joko siirrettävässä radiolaitteessa 103 tai erillisessä 30 laitelaatikossa, jota tavanomaiset radiopuhelimet käyttä-_ · vät ohjaus- ja muiden toimintojen liittämiseen siirret tävään radioon 103.

Kädet vapaaksi jättävä ohjauspiiri liittää mikrofo-·.: nin 113 ja kaiuttimen 115 (jotka toimivat radiolinkin 35 matalalla tai kantataajuudella) siirrettävän radion lähet-• ·' timeen 201 ja siirrettävän radion vastaanottimeen 203 .

8 88570

Mukana on kaksi audiokytkintä 205 ja 207, jotka avaavat tai sulkevat audiosignaalien kulun mikrofonista 113 tai kaiuttimeen 115 ohjauslogiikasta 209 tulevan ohjaussignaalin mukaan. Näin ollen tavanomaisessa kaiutinpuheli-5 messa vain yksi kulkutie on kytketty kytkimillä 205 ja 207 ja vain toinen puoli keskustelusta tulee kaiutinpuhelimen kautta. Kumpikin audiotie sisältää myös vahvistin-asteet 211 ja 213 mikrofonin audiotiellä ja vahvistus-asteet 215 ja 217 kaiuttimen audiotiellä. Vahvistimella 217 kaiuttimen audiotiellä saattaa olla vaihteleva vahvistus kaiuttimen 115 äänen voimakkuuden säätämiseksi. Tämän lisäksi voidaan sijoittaa ylipäästösuodin 218 mikrofonin 113 ja kytkimen 205 väliin matalataajuisen taus-tamelun poistamiseksi. Ensisijaisessa toteutuksessa yli-15 päästösuodatin, jonka rajataajuus on noin 300 Hz, poistaa tehokkaasti matalataajuisen taustamelun.

Mikrofonin audiotiellä olevat audiosignaalit kytketään vahvistimesta 213 radiolähettimeen 201, joka vuorostaan antaa radiosignaalin lähetettäväksi kanta-asemalle 10 kahdentajan 219 kautta. Kanta-asemalta 105 vastaanotetut signaalit kahdentaja 219 kytkee valikoivasti radiovastaanottimeen 203, joka demoduloi audiosignaalit radiosignaalista vietäviksi vahvistimeen 217 ja summaimeen 221 .

25 Kuvan 2 kädet vapaaksi jättävä ohjauspiiri sisältää myös liikkuvan osapuolen signaalin tunnistimen 223 ja paikallaan olevan osapuolen signaalin tunnistimen 225 liikkuvan osapuolen äänisignaalien ja paikallaan olevan osapuolen äänisignaalien tunnistamiseksi. Liikkuvan 30 ja paikallaan olevan osapuolen signaalin tunnistimet 223 ja 225 sisältävät oleellisesti samanlaiset piiriloh-kot. Molemmat tunnistimet 223 ja 225 muodostuvat tavanomaisista piireistä kuten logaritiminen vahvistin 227 (jota yleensä kutsutaan "pehmeäksi rajoittimeksi"), ver-35 hokäyrän tunnistin 229, tasoittava suodatin 230, "laak- i 9 88570 son" tunnistin 231, sununain 233 ja kompraattori 235. Lo-garitiminen vahvistin 227 laajentaa vahvistusominaisuuk-siensa ansiosta verhokäyräntunnistimen 229 dynaamista aluetta. Verhokäyrän tunnistin 229 antaa lähdön, joka 5 seuraa audiosignaalien maksimeja ja minimejä, eli verho-käyrää. Tasoittava suodatin 230 antaa vaihteleva kaistan-leveyksisen alipäästösuodatuksen, joka riippuu ohjauslo-giikan 209 lähdön binääritilasta. Laakson tunnistin 231 toimii tasasuuntaajana, joka seuraa verhokäyrän tunnis-10 timen 229 lähdön minimejä. Laakson tunnistimen 231 lähtö vastaa oleellisesti tunnistimen 223 tapauksessa mikrofoniin 113 tulevaa tasaista taustamelua ja tunnistimen 225 tapauksessa vastaanottimessa 203 olevaa taustamelua. Summain 233 lisää vertailujännitteen (VR) laakson tunnis-15 timen 231 lähtöön. Siirtojännite VD valitaan yhdessä ver-hokäyrän tunnistimen 229 ja tasoittavan suodattimen 230 vasteominaisuuksien perusteella niin, että ajoneuvoissa tavattavasta taustamelusta johtuvat komparaattorin lähdön häiriösignaalit vältetään.

20 Näin ollen komparaattori 235 antaa lähtösignaalin vain, jos tasoittavan suodattimen 230 lähtö ylittää tasaisen taustamelun vertailujännitteen VR määrällä. Komparaattorin 235 lähtösignaali on binäärinen ykkönen kun verhokäyrän tunnistimen 229 lähtö ylittää laakson tunnis-

25 timen 231 lähdön vertailujännitteen V määrällä ja muis-.. . K

sa tapauksissa se antaa binäärisen nollan ohjauslogiik-; ’· kaan 209. Tämä yksi komparaattorin 235 tila ilmoittaa :tunnistimen 223 tapauksessa, että mikrofonista 113 tulevat audiosignaalit on tunnistettu, ja tunnistimen 225 .·. : 30 tapauksessa, että vastaanottimesta 203 tulevat audiosig- naalit on tunnistettu.

Summain 221 vie signaalin, joka on liikkuvasta ra-·. ·· diovastaanottimesta 203 tulevien audiosignaalien ja au- diokytkimestä 207 tulevien vaihtelevien audiosignaalien 35 summa, paikallaan olevan osapuolen signaalin tunnisti-____: meen 225. Näin ollen summainen 221 tunnistimeen 225 vie- 10 88570 mä signaali vaihtelee kaiuttimen 115 äänenvoimakkuutta muutettaessa.

Kuvan 2 ohjauslogiikka 209 toimii liikkuvan ja paikallaan olevan osapuolen signaalitunnistimien 223 ja 5 225 lähtösignaalien mukaan. Ohjauslogiikka 209 antaa oh jaussignaalin invertoivan portin 237 kautta audiokytkin-ten 207 ja 205 avaamiseksi ja sulkemiseksi. Audiokytki-men 207 ollessa avattuna on audiokytkin 205 suljettu ja päin vastoin.

10 Kuvan 2 kädet vapaaksi jättävä kaiutinpuhelin sen vuoksi ratkaisee kaikuongelman kulkutien kytkennällä; eli määrittämällä pitääkö kaiutinpuhelimen lähettää mikrofonin 113 poimimia audiosignaaleja vai vastaanottaa signaalia siirrettävältä radiovastaanottimelta 203, an-15 tamalla vahvistuksen yhteen suuntaan ja vaimennuksen toiseen. Vaihtelevan vahvistuksen eli kulkutien kytkennän periaatteen, kuten kuvassa 2 on käytetty, tulee täyttää ehto, että ensimmäinen puhetavu kulkutieltä, jota ei kytketä tulee leikata ennen kuin signaalin tunnistin tun-20 nistaa sen ja aktivoi kytkimen. Tämän lisäksi jommassa kummassa suunnassa esiintyvä riittävän suuruisen amplitudin omaava taustamelu voi tukkia halutun signaalin tukkeutumisen ja aiheuttaa sekaannusta puhelinkeskustelussa .

25 Kuvassa 3 on esitetty täysin kaksisuuntaisen kaiutin puhelimen lohkokaavio. Vastaanotettu signaali muutetaan tavanomaisesti akustiseksi energiaksi kaiuttimessa 113 ja akustinen energia muutetaan lähetyssignaaliksi mikrofonissa 115. Sekä vastaanotettava että lähetyssignaali 30 voivat esiintyä samanaikaisesti ja akustiset kaiut, suorat että heijastuneet, vaimennetaan lähetyssignaalista mukautuvalla suodattimena 301 ja siihen liittyvällä vä-hennyspiirillä 303. Hybridikaiku vaimennetaan samalla tavoin vastaanotetusta signaalista mukautuvalla suodatti-35 mella 305 ja siihen liittyvällä vähennyspiirillä 307.

11 38570

Mukautuva suodatin 301 syntesoi vastaanotetun signaalin akustisen kaiun kulkutien lineaarisen siirtofunktion. Tulosignaali otetaan kaiuttimen 113 vastaanotetun signaalin tulosta. Mukautuvan suodattimen 301 lähtö on 5 akustisen kaiun kulkutien kautta tukevan vastaanotetun signaalin esitys ja se kytketään vähennyspiiriin 303 todellisen vastaanotetun signaalin kaiun vaimentamiseksi. Vähennyspiirin 303 lähdöstä saatava virhesignaali kytketään takaisin mukautuvaan suodattimeen 301 tuottamaan 1Q suppeneminen paino- ja suodatinkertoimiin, joita mukau tuva suodatin 301 käyttää tuottamaan optimiesitys. Mukautuva suodatin 301 on tavanomainen ei-stationäärinen lineaarinen mukautuva suodatin, joka kuvataan myöhemmin.

Mukautuva suodatin 305 syntesoi sähköisen kaiun kul-15 kutien siirtofunktion. Sen tulo on kytketty vähennys- piirin 303 jälkeen lähetyssignaaliin. Lähetyssignaa-lituloon perustuen mukautuva suodatin 305 antaa signaalin, joka edustaa kaikunutta lähetyssignaalia, vähennys-piiriin 307. Vähennyspiiri 307 vaimentaa oleellisesti 20 kaiken lähetyssignaalin, joka on kytkeytynyt vastaan otettuun signaaliin hybridiepäsovituksen vuoksi. Vähennyspiirin 307 lähdöstä on kytketty virhesignaali mukau-*·' tuvaan suodattimeen 305 tuottamaan mukautuvan suodatti men 305 käyttämien paino- ja suodatinkertoimien suppe-''*· 25 neminen.

Mukautuva suodatin 301 siis lineaarisesti syntesoi akustisen kaikusignaalin, joka korreloidaan vastaanotet-.tunn signaaliin ja mukautuva suodatin 305 lineaarisesti syntesoi sähköisen kaikusignaalin, joka korreloidaan ·.· 30 lähetyssignaaliin. Ongelma syntyy mikäli kaikusignaali -/ siirtofunktio on muu kuin lineaarinen funktio. Esim.

sähkö-akustisten transduktoreiden kuten kaiutin 113, '' siirtofunktiot ovat tyypillisesti epälineaarisia. Kai- "'· uttimen tuottamassa äänessä on vääristymää. Mikäli tä- 35 tä vääristymää ei otetan huomioon mukautuvan suodatti- men 301 kertoimissa, ei lähetyssignaalissa oleva kaiku 12 88570 kumoudu ja vääristymän sisältävä kaiku palaa etäispään osapuolelle.

Sähkö-akustisissa transduktoreissa syntyvien epälineaarisuuksien vaimentumisen auttamiseksi on kehitetty ku-5 van 4 kytkentä. Tässä kaiutinpuhelimen parannuksessa on lisätty toinen mikrofoni 401 ottamaan näytteitä kaiutti-men 113 synnyttämästä akustisesta energiasta. Mikrofonin 401 optimaalinen paikka on 1/8 *'—6'* kaiuttimesta. Mikrofonin 401 ottama näyte sisältää muuntoepälineaarisuudet 10 ja se on tulona mukautuvalle suodattimelle 301. Koska suodattimen 301 signaalitulo kuvaa tarkemmin mikrofonin 115 kaikusignaalituloa, saadaan parempi kaiun kumoutuminen vähennyspiirissä 303.

Eräät epälineaarisuudet voidaan ennustaa ja voidaan 15 luoda ennustetun epälineaarisuuden fyysinen toteutus.

Epälineaarista sovituspiiriä, joka vastaa kaiuttimen 113 siirtofunktion epälineaarisuutta, voidaan käyttää ottamaan näytteitä tulevasta vastaanotetusta signaalista kuten kuvassa 5 on esitetty. Epälineaarisen sovituspiirin 20 fysikaalinen toteutus voi vaihdella tavattavan vääristymän mukaan. Yksinkertaisin ensisijaisessa toteutuksessa käytetty toteutus on sarjaimpedanssi, jota seuraa jänni-tesäätövastus eli varistori. Koska suunnittelija valitsee todellisen toteutuksen, ei keksintöä pidä rajata 25 tiettyyn komponenttivalintaan. Epälineaarinen sovitus- piiri 501 on kytketty mukautuvaan suodattimeen 301 niin, että signaalia, joka luo mukautuvan suodattimen kertoimet, prosessoidaan huomioimaan ennustetun kaiuttimen 113 epälineaarisuudet. Näin ollen, mikäli epälineaarisuudet 30 voidaan ennustaa ja toteutus aikaansaada, näytteenotto-mikrofoni 401 voidaan korvata piirillä 501.

Samalla tavoin lähetyssignaalin sähköiseen kaikuun päässeitä epälineaarisuuksia voidaan simuloida epälineaarisella sovituspiirillä 503. Näin epälineaarisuudet, 35 joita aiheutuu radiojärjestelmään esim. signaalin tiivistämisestä, amplitudin rajoituksesta ja laajennukses- h ,3 88570 ta, voidaan poistaa vastaanotetusta signaalista mukautuvalla suodattimena 305 ja vähennyspiirillä 307.

Muut ovat osoittaneet, että mikäli mukautuvan suodattimen annetaan päivittää kaikukertoimia välien aikana, 5 jolloin haluttu signaali on melun turmelema tai kun signaalin energia on keskittynyt yhdelle taajuudelle tai vinoutunut, mukautuva suodatin omaksuu siirtofunktion, joka edustaa energialtaan vinoutunutta signaalia. Nämä kertoimet eivät mahdollisesti ole optimaalisia muille 10 vaimennettavan signaalin taajuuskomponenteille. Niinpä taajuuksilla, joita mukautuva suodatin ei vaimenna, voi olla heikko kaikuvaimennus. Heikko kaikuvaimennus voi johtaa ei-toivottuihin värähtelyihin piirissä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi kuvan 2 yhteydessä ku-15 vatut signaalin tunnistimet voidaan saattaa avaintamaan mukautuvan suodattimen kertoimien määritystä. Eräs tällainen järjestely on esitetty kuvassa 6. Tässä toteutuksessa analogiasignaali muutetaan analogiasignaalin digitaaliseksi esitykseksi, niin että kaikujen prosessointi ja 20 vaimennus yksinkertaistuvat. Vastaanotettu signaali siirrettävästä vastaanottimesta tai nelijohtimisesta kaksi-johtimiseen hybridin vastaanotto liitännöistä digitoidaan tavanomaisella analogiadigitaalimuuntimella 601. Digitoitu vastaanotettu signaali kytketään sitten vähen-25 nyspiiriin 307, joka poistaa lähiosapuolen kaiun vastaanotetusta signaalista. Sitten se kytketään tavanomaiseen ' : digitaali-analogiamuuntimeen 603 ja viedään kaiuttimeen : 113 vaimentimen 604 ja mahdollisen tehonvahvistuksen (ei kuvassa) kautta. Analogia-digitaalimuunnin 601 ja digi-. : 30 taali-analogiamuunnin 603 voidaan toteuttaa integroidul la piirillä MC 14402 Motorola Inc., joka sisältää molemmat toiminnot. Paikallaan olevan osapuolen signaalitun-: nistin 225 määrittää, että vastaanotettu signaali on sig naali, jota voidaan käyttää kehittämään sopivat kertoi-35 met mukautuvalle suodattimelle 301 . Signaalitunnisti- 14 88570 men 225 lähtö on binäärinen tunnistussignaali, joka on kehitetty vertaamalla hetkellistä energiatasoa taustan energiatason ja kynnysarvon summaan. Taustan energiataso saadaan suodattamalla hetkellistä energiatasoa. Ensi-5 sijaisessa signaalitunnistimen toteutuksessa suodatin on "laakson" tunnistin, joka muodostuu epäsymmetrisestä FIR-suodattimesta, jolla on lyhyt nousuaika, luokkaa 2s, ja nopea laskuaika, suunnilleen 50 msec. Laakson tunnistin jäljittää taustaenergiaa nousemalla hitaasti pu-10 heen tai muun informaation aikana ja putoamalla nopeasti takaisin taustamelun tasolle informaation päättyessä. Vertaamalla laaksontunnistimen lähtöä hetkelliseen energiaan, saadaan osoitus mukautuvalle suodattimelle 301, jonka mukaan suodatin joko kytkee tai katkaisee mukautu-15 van suodattimien kertoimien päivityksen ja modifikaation. Vaikka paikallaan olevan osapuolen signaalitunnistin 225 on esitetty ja kuvattu analogiatunnistimena, voidaan tunnistin toteuttaa digitaalisesti, jolloin se ottaa näytteitä vastaanotetusta signaalista ennen digitaali-20 analogiamuunninta 603.

Digitoitu vastaanotettu signaali on mukautuvan suodattimen 301 tulo valinnaisen epälineaarisen sovituspii-rin 501 kautta. Tätä vastaanotetun signaalin osaa käyttää mukautuva suodatin 301 laskemaan vastaanotettua sig-25 naalia edustavat suodatinkertoimet niin että vastaanotettu signaalikaiku voidaan vähentää lähetyssignaalista. Mukautuvan suodattimen 301 käyttämä prosessi kuvataan myöhemmin.

Lähetyssignaali voidaan tuottaa ääni- tai muilla 30 signaalintuottovälineillä, ja kaiutinpuhelimessa se sisältää vastaanotetun signaalin osia, jotka ovat akustisesti kytkeytyneet kaiuttimesta 113 mikrofoniin 115. Tämä yhdistetty lähetyssignaali muutetaan digitaaliseksi lähe-tyssignaaliksi tavanomaisessa analogia-digitaalimuuntimessa 35 (joka voi olla MC 14402) ennen kuin se viedään vähennys- i 15 88570 piiriin 303. Vastaanotetulle signaalille lasketut kertoimet määräävät mikä osa yhdistetystä lähetyssignaalista vaimennetaan. Näin ollen vähennyspiirin 303 lähtö muodostuu lähipäässä tuotetusta signaalista ja niistä vastaanote- 5 tun signaalin kaiun osista, joita vähennyspiiri 303 ei ole poistanut. Osa tästä lähetyssignaalista syötetään takaisin mukautuvaan suodattimeen 301 modifioimaan vastaanotetun signaalin kertoimiin sovellettavia painotus-tekijöitä niin, että vastaanotetun kaikusignaalin pois-10 to on paras mahdollinen. Takaisinkytkentäsignaali antaa siis dynaamisen korjauksen lähetyssignaalista vähennettävän signaalin määrään ja taajuuteen.

Osa lähetyssignaalista viedään mukautuvaan suodattimeen 305 valinnaisen epälineaarisen sovituspiirin 503 15 kautta niin, että samanlainen kaikuneen lähetyssignaa-lin vaimennusprosessi voidaan tehdä vastaanotetulle signaalille. Liikkuvan osapuolen signaalitunnistinta käytetään tunnistamaan lähetyssignaali melun läsnäollessa ja aktivoimaan mukautuvan suodattimen 305 kertoi-20 mien määritys.Liikkuvan osapuolen signaalitunnistimen 223 tulo voi seurata lähetyssignaalin digitaali-analo-giamuunninta 607 (joka voi olla MC 14401) tai, mikäli liikkuvan osapuolen signaalitunnistin 223 on toteutettu digitaalisessa muodossa, voi edeltää tavanomaista 25 digitaali-analogiamuunninta 607.

Asiaa tuntevat tietävät, että mikäli kaksisuuntainen kaiutinpuhelin toteutetaan digitaalisella signaa-liprosessoinnilla, kaikki kuvan 6 digitaaliset funktiot voidaan toteuttaa osana signaaliprosessointimikrotieto-30 konetta ja sopivia prosessointimenetelmiä. Edelleen on mahdollista yhdistää kuvassa 6 erillisinä funktioina esitetyt funktiot yhdeksi osituskäyttöiseksi funktioksi. Eräs esimerkki osituksesta voisi olla yhden signaalitunnistimen osituskäyttö suorittamaan sekä paikallaan ole-35 van osapuolen signaalitunnistimen 225 ja liikkuvan osapuolen signaalitunnistimen 223 toiminnot. Lisäksi epä- ,6 88570 lineaarinen sovituspiiri 501 voi olla vahvistuksen määräävät arvot taulukossa, jotka on valittu sopimaan kaiut-timen 113 vääristymään. Samalla tavoin epälineaarinen sovituspiiri voi olla arvot, jotka sopivat radiojärjestel-5 män vääristymien.

Vaimennin 609 seuraa digitaali-analogiamuunninta 607. Vaimennin 609 ja vastaanotetun signaalin kulkutien vaimennin 604 ovat pienelle arvolle kytkettyjä vaimentimia ja voivat ensisijaisessa toteutuksessa antaa niinkin vä-10 hän kuin 0 dB vaimennusta vastaavalle signaalille. Ensisijaisessa toteutuksessa nämä vaimentimet ovat säädettäviä vahvistimia, mutta voivat myös olla kerroinvakioita digitaalisessa toteutuksessa, eikä keksinnön tarvitse olla näin rajoitettu. Vaimentimien ensisijainen tarkoitus 15 on pitää järjestelmä ehdottomasti vakaana, koska mukautuvat suodattimet poistavat suurimman osan järjestelmän kaiuista. Tyypillisesti, kun yhdellä kulkutiellä yksinään on signaalia, on tuon kulkutien vaimennin kytketty pois ja vastakkainen vaimennin on kytketty päälle. Tämä 20 vaimentimien valinta pysyy kun puhe lakkaa. Kun kummallakin kulkutiellä on signaali, molemmat vaimentimet ovat kytketty päälle. Nämä matala-arvoiset kytkettävät vaimentimet yhdessä signaalitunnistimien kanssa sallivat samanaikaisten puhesignaalien esiintymisen ilman haitallisia 25 ilmiöitä.

Kuva 7 on lohkokaavio mukautuvasta suodattimesta 301, jota voidaan käyttää vaimentamaan vastaanotetun signaalin kaiku lähetyssignaalista. Käytännöllisesti katsoen samanlaista mukautuvaa suodatinta 305 käytetään vaimen-30 tamaan lähetyssignaalin kaiku vastaanotetusta signaalista. Vastaanotettu signaali voi olla mukautuvan suodattimen 301 tulo epälineaarisen sovituspiirin 501 kautta mikäli sellainen piiri on toivottava. Vastaanotettu signaali viedään viive-elinten sarjaan, jotka on esitetty 35 signaaliviivelohkoina 701, 703 ja 705. Kukin suodatti- li 17 88570 men viivelohko aiheuttaa 125 ms:n viiveen vastaanotettuun signaaliin ensisijaisessa toteutuksessa, niin että alkuperäisen digitoidun vastaanotetun signaalin aikavii-västetyt kopiot ovat kunkin viive-elimen lähdössä. Kun-5 kin viive-elimen lähdössä esiintyvät signaalit säädetään kertomalla viivästettyjä vastaanotettuja signaaleja takaisinkytkentäsignaalilla kertojissa 707, 708 ja 711; skaalataan ennaltamäärätyllä painokertoimella 713:ssa, 715:ssä ja 717:ssä; ja yhdistetään summausverkossa 719.

10 Tämä signaali, joka on vastaanotetun signaalin kaiun al-gebraalinen negatiivi, viedään vähennyspiiriin 303 vaimentamaan lähetyssignaalissa oleva vastaanotetun signaalin kaiku. Koska vastaanotettu signaali voi olla puhetta, jolle on luonteenomaista sekavat signaalitasot ja hiljai-15 set välit, voidaan mukautuvaa suodatinta säätää takaisin-kytkentäsignaalin ja vahvistimen 721 avulla. Vahvistimen 721 vahvistus määrää verrannollisesti korjauksen nopeuden antamalla signaalin kerrottavaksi vastaanotetulla signaalilla ja sen viivästyneillä komponenteilla tuottamaan 20 signaali, jonka polariteetti ja suuruus määräävät sopivan korjauksen kullekin vastaanotetun signaalin viivästetylle komponentille. Niinpä, mikä virhesignaalitakai-sinkytkentä mukautuvaan suodattimeen 301 osoittaa oleellista kaikuosuutta lähtevässä lähetyssignaalissa, kun-25 kin viivästetyn signaalin määrää säädetään erikseen suuremman osan vastaanotetusta signaalista päästämiseksi vähennyspiiriin 303. Kertoimien laskemisen esto saadaan aikaan saattamalla vahvistin 721 lopettamaan vir-hekorjausten vienti painokertoimille.

30 Radiopuhelimella on siis toivottavaa kyetä kommuni koimaan ilman että täytyy käyttää kättä pitämään puhelimen kuuloketta. Tämä on perusparannus turvallisuuteen käytettäessä ajoneuvoa ja samanaikaisesti kommunikoitaessa radiolla. On toivottavaa myös kyetä kommunikoimaan 35 täysin kaksisuuntaisesti välttäen näin audiotien kätke- '8 88570 aminen, joka voi aika ajoin aiheuttaa sekaannusta ja tukkeutumista yritettäessä puhua yhtaikaa. Esillä oleva keksintö antaa välineet normaalikeskusteluun radiopuhelin-järjestelmässä käyttämällä mukautuvia suodattimia vai-5 mentamaan sekä kaiuttimesta mikrofoniin kytkentää ajoneuvossa ja mikä tahansa hybridistä tai muualta kommunikaatiojärjestelmästä tuleva kaiku. Sen vuoksi, kun tässä on esitetty keksinnön erityinen toteutus, on ymmärrettävä, ettei keksintö ole rajoittunut tähän toteutukseen, koska 10 asiaa tuntevat voivat tehdä monia modifikaatioita. Se on sen vuoksi ajateltu kattamaan esillä olevalla hakemuksella mitkä tahansa ja kaikki sellaiset modifikaatiot jotka tulevat tässä esitettyjen ja vaadittujen perusperiaatteiden hengen ja päämäärien piiriin.

i-

Claims (7)

19 88570

1. Kädet vapaaksi jättävä ei-toivotun signaalikyt- 5 kennän vaimentava puhelinpiiri, sisältää kaiuttimen (1131, joka muuntaa kommunikaatiokanavasta vastaanotetusta ensimmäisestä signaalista saadun modifioidun ensimmäisen signaalin,ja mikrofonin(115), joka muuntaa toisen signaalin modifikaatiota ja lähetystä vatten modifioituna 10 toisena signaalina kommunikaatiokanavalla samanaikaisesti ensimmäisen signaalin kanssa, tunnettu - Välineistä (225) modifioidun ensimmäisen signaalin tunnistamiseksi; - ensimmäisestä mukautuvasta suodattimesta (301), jossa 15 on kertoimenmääritysvälineet, joita ohjaa modifioidun ensimmäisen signaalin tunnistusvälineet; - välineistä mukaanlukien ensimmäinen mukautuva suodatin 301 ainakin osan modifioidusta ensimmäisestä signaalista vähentämiseksi (303) toisesta signaalista 20 tuottaen tällöin modifioidun toisen signaalin, josta kytkentä modifioidusta ensimmäisestä signaalista on oleellisesti vaimentunut; - välineistä (223) modifioidun toisen signaalin tunnistamiseksi; 25. toisesta mukautuvasta suodattimesta (305) , jossa on kertoimenmääritysvälineet, joita ohjaa modifioidun toisen signaalin tunnistusvälineet; - välineistä mukaanlukien toinen mukautuva suodatin (305) ainakin osan modifioidusta toisesta signaalista vä- 30 hentämiseksi (307) ensimmäisestä signaalista tuottaen tällöin modifioidun ensimmäisen signaalin, josta kytkentä modifioidusta toisesta signaalista on oleellisesti vaimentunut.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi 35 jättävä puhelinpiiri, tunnettu edelleen tason 20 88570 vähennysvälineistä (604) modifioidulle ensimmäiselle signaalille ja tason vähennysvälineistä (609) toiselle modifioidulle signaalille, jotka on vastaavasti kytketty modifioidun ensimmäisen signaalin tunnistimeen (225) ja modi-5 fioidun toisen signaalin tunnistimeen (223) niin, että molemmat tasonvähennysvälineet aktivoituvat kun modifioitu ensimmäinen signaali ja modifioitu toinen signaali tunnistetaan samanaikaisesti.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi 10 jättävä puhelinpiiri on edelleen tunnettu ensimmäisen modifioidun signaalin vähennysvälineisiin (303) kytketyistä välineistä (501), jotka kompensoivat osaa modifioidusta ensimmäisestä signaalista kaiuttimen modifioituun ensimmäiseen signaaliin aiheuttamien epälineaari-15 suuksien osalta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi jättävä puhelinpiiri on edelleen tunnettu modifioidun toisen signaalin vähennysvälineisiin (307) kytketyt välineet (503), jotka kompensoivat osaa modifioidusta toi- 20 sesta signaalista kommunikaatiokanavan toiseen modifioituun signaaliin aiheuttamien epälineaarisuuksien osalta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi jättävä puhelinpiiri, jossa modifioidun ensimmäisen signaalin tunnistusvälineet (225) ja modifioidun toisen sig- 25 naalin tunnistusvälineet (223) on kumpikin edelleen tunnettu : - välineistä modifioidun ensimmäisen signaalin verhokäy-rän tunnistamiseksi (229) ja suodattamiseksi (230) ; - välineistä modifioidun ensimmäisen signaalin minimien 30 dynaamiseksi tunnistamiseksi (231) ja - välineistä tunnistetun ja suodatetun verhokäyrän vertaamiseksi (235) tunnistettuihin minimeihin ja välineet ensimmäisen signaalin tunnistuksen lähtösignaalin tuottamiseksi silloin kun modifioidun ensimmäisen signaalin 35 verhokäyrä ylittää minimit ennaltamäärätyllä määrällä. i 21 38570

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi jättävä puhelinpiiri, tunnettu edelleen välineistä (604) kaiuttimen (113) muuntaman modifioidun ensimmäisen signaalin tason lisäämiseksi, kun modifioitu 5 ensimmäinen signaali tunnistetaan.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kädet vapaaksi jättävä puhelinpiiri, tunnettu edelleen välineistä (609) lähettimen lähettämän modifioidun toisen sig- 10 naalintason lisäämiseksi, kun modifioitu toinen sig naali tunnistetaan. 22 88570