專利名稱：利用超聲波的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助超聲波并通過空氣接口傳輸數(shù)據(jù)的方法和傳輸系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)如數(shù)字化的語音數(shù)據(jù)等。另外，本發(fā)明還涉及一種采用該超聲波傳輸系統(tǒng)的免提電話。
本發(fā)明通常涉及諸如數(shù)字化語音數(shù)據(jù)的無繩傳輸領(lǐng)域。在此，本發(fā)明的目的尤其是應(yīng)用于所需的作用距離為幾米的情況，就象譬如電話上連有無繩聽筒的情形一樣。典型的空氣接口長度譬如為1～2米。
從現(xiàn)有技術(shù)可得知各種在幾米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這類無線傳輸?shù)姆绞?。所有的已知技術(shù)都有自己的缺點(diǎn)。舉例來說，已知有一種借助紅外輻射的傳輸。這種傳輸可以物廉價(jià)美地實(shí)現(xiàn)，但它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間必須一直存在可視通信，否則通信就會(huì)中斷。
另外也已知有通過無線(電磁波)的傳輸。該傳輸方式在實(shí)現(xiàn)時(shí)的費(fèi)用較高。而且各個(gè)國家的規(guī)定互不相同，這樣，在世界范圍內(nèi)通常不能使用統(tǒng)一的傳輸方法或統(tǒng)一的頻帶。此外，由于許多發(fā)射機(jī)工作在同一頻率上，所以干擾也越來越多。在所謂的ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻帶內(nèi)尤其如此。
從原則上講，還已知有其它一些借助超聲波傳輸?shù)膫鬏斂赡苄?。已知的超聲波傳輸譬如?yīng)用在電視機(jī)的遙控上，其優(yōu)點(diǎn)是可以價(jià)廉物美地進(jìn)行制造。其中，對(duì)于具有較高數(shù)據(jù)速率的傳輸(譬如數(shù)字化語音所需要的)，現(xiàn)有技術(shù)的超聲波傳輸是不能被采用的，因?yàn)樵诳臻g產(chǎn)生的回波對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_很大(多徑效應(yīng))。此外，還有許多諸如開關(guān)電源部件的干擾源，它們產(chǎn)生有頻率處在超聲波范圍內(nèi)的干擾信號(hào)，并由此可能干擾原來所希望的傳輸。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)一種數(shù)據(jù)的無線傳輸方法，它一方面能有效地實(shí)現(xiàn)，另一方面又能實(shí)現(xiàn)譬如在傳輸數(shù)字化語音時(shí)所需要的傳輸速率。
本發(fā)明解決該問題的中心思想在于，傳輸時(shí)使用如下信號(hào)，該信號(hào)通過代碼擴(kuò)展而形成寬帶信號(hào)，而且通過相關(guān)可以遮蔽所產(chǎn)生的回波。
同時(shí)，本發(fā)明也公開了一種借助超聲波傳輸數(shù)據(jù)的方法，其中，需傳輸?shù)男畔?，譬如語音或類似的數(shù)據(jù)被數(shù)字化。然后，該數(shù)字化的信息借助CDMA(碼分多址)技術(shù)被擴(kuò)展到一個(gè)較寬的頻帶上。對(duì)該擴(kuò)展信息進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，然后將其轉(zhuǎn)換為超聲波。繼而通過空氣接口傳輸該超聲波信號(hào)。
尤其為了減小有效比特率，可以在數(shù)字化之前為諸如語音等需傳輸?shù)男畔⒁雺嚎s編碼。壓縮編碼可以把有效比特率譬如從64千比特/秒減小到1～10千比特/秒。
接收到的超聲波信號(hào)在接收側(cè)被轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)CDMA技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)展。對(duì)此，同步地采用發(fā)射側(cè)在擴(kuò)展時(shí)所使用的擴(kuò)展碼。
傳輸可以在一個(gè)200～400千赫茲的中心頻率上進(jìn)行，其中信息譬如被擴(kuò)展到±100千赫茲。
根據(jù)本發(fā)明，另外還給出了一種用于傳輸譬如數(shù)字化語音的超聲波傳輸系統(tǒng)。在此，由一種數(shù)字化裝置對(duì)需傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行數(shù)字化。CDMA擴(kuò)展單元(CDMA調(diào)制器)按照CDMA技術(shù)對(duì)該數(shù)字化的、需傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行擴(kuò)展。D/A轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過該擴(kuò)展信息之后將其送到超聲波轉(zhuǎn)換器中，并由該超聲波轉(zhuǎn)換器把需傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)變成超聲波信號(hào)。然后，該超聲波信號(hào)通過空氣接口進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明另外還給出了一種免提電話，它具有一個(gè)帶有傳聲器及耳機(jī)的頭戴部分和一個(gè)基座部分。在此，為了在頭戴部分和基座部分之間傳輸數(shù)據(jù)，采用了上述類型的超聲波傳輸系統(tǒng)。
下面借助實(shí)施例和附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、特征和性能。圖中

圖1示出了本發(fā)明的原理框圖，圖2簡略地示出了CDMA技術(shù)的基礎(chǔ)，以及圖3示出了本發(fā)明在免提電話上的應(yīng)用。
首先參考圖2來詳細(xì)講述CDMA技術(shù)在本發(fā)明中的用途。
根據(jù)CDMA(碼分多址)技術(shù)，所有用戶可以同時(shí)使用共用的系統(tǒng)帶寬。但是，為了不造成沖突，單個(gè)信號(hào)都分別設(shè)有不同的、可實(shí)現(xiàn)信號(hào)單值分配的擴(kuò)展碼。所述的單個(gè)信號(hào)被擴(kuò)展，帶寬由此增倍。
如圖2所示，在發(fā)射機(jī)10的擴(kuò)展單元2內(nèi)，首先用擴(kuò)展碼把需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)Di(t)分布到一個(gè)較大的頻譜范圍上。在高頻載體上調(diào)制之后，該擴(kuò)展信號(hào)便通過天線輻射到接收機(jī)11。接收機(jī)11從其天線上獲得該信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，然后采用與發(fā)射機(jī)10的擴(kuò)展碼同步的擴(kuò)展碼實(shí)行解擴(kuò)展9。
在此，接收機(jī)不但接收所希望的發(fā)射機(jī)的信號(hào)，而且也接收處于相同頻域內(nèi)的其它發(fā)射機(jī)信號(hào)。但是，通過在接收機(jī)11內(nèi)用相應(yīng)擴(kuò)展碼所進(jìn)行的解擴(kuò)展過程，只有具有與接收機(jī)相同和同步的擴(kuò)展碼的信號(hào)才被再次解擴(kuò)展(見圖2)。因此可以有效地抑制干擾作用。
CDMA技術(shù)可以細(xì)分為直接序列(DS-)CDMA技術(shù)和跳頻(FH-)CDMA技術(shù)。在DS-CDMA中，數(shù)據(jù)序列直接與擴(kuò)展序列相乘，然后再調(diào)制。在FH-CDMA中，數(shù)據(jù)信號(hào)的擴(kuò)展通過跳頻來產(chǎn)生。在此，發(fā)射機(jī)10的載頻在時(shí)間上是根據(jù)擴(kuò)展碼進(jìn)行變化的，也就是說，發(fā)射機(jī)和與之同步的接收機(jī)是根據(jù)擴(kuò)展碼(擴(kuò)展序列)來改變其載頻的。
在本發(fā)明中，可以以同種方式使用直接序列(DS-)CDMA技術(shù)和跳頻(FH-)CDMA技術(shù)。
現(xiàn)參考圖1的框圖來詳細(xì)闡述本發(fā)明。語音壓縮編碼器(VOCODER)6譬如把語音信息從64千比特/秒壓縮到1～10千比特/秒的范圍。通過利用本發(fā)明，1～10千比特/秒的數(shù)據(jù)速率能夠很好地借助超聲波通過空氣接口5傳輸。然后按照CDMA技術(shù)，VOCODER 6的數(shù)字信息12被2擴(kuò)展到較大的帶寬上。擴(kuò)展單元2的輸出信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器3被模擬化，然后借助超聲波揚(yáng)聲器4被轉(zhuǎn)變成超聲波信號(hào)。于是，該超聲波信號(hào)便通過空氣接口5傳輸至接收機(jī)11。
原則上講，超聲波信號(hào)的傳輸可以從現(xiàn)有技術(shù)中很好地獲得，所以此處不作說明。
接收機(jī)11譬如借助超聲波傳聲器7來接收該傳輸?shù)某暡ㄐ盘?hào)。超聲波傳聲器7的模擬輸出信號(hào)在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換8后被輸入解擴(kuò)展單元9。正如圖2所示，解擴(kuò)展單元9內(nèi)的解擴(kuò)展利用一個(gè)與發(fā)射機(jī)10同步的擴(kuò)展碼把信號(hào)解擴(kuò)展到一個(gè)較小的帶寬上。然后，解擴(kuò)展單元9的數(shù)字輸出信號(hào)被輸至解碼器18。
圖1所示的結(jié)構(gòu)具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即它可以成本合適地實(shí)現(xiàn)，而且可以較好地集成。此處需指出的是，優(yōu)選使用時(shí)的空氣接口長度只限于幾米，譬如1-2米，所以傳輸不需要較高的功率。
優(yōu)選地，空氣接口5的長度為幾米。傳輸?shù)闹行念l率可以譬如為200～400千赫茲，其中在該情形下，需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)優(yōu)選地被擴(kuò)展到±100千赫茲。利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于400千赫茲的超聲波進(jìn)行傳輸有一個(gè)缺點(diǎn)，就是衰減嚴(yán)重，這樣會(huì)縮短作用距離。此外還需注意的是，超聲波信號(hào)的衰減取決于頻率。
圖3示出了本發(fā)明的一種優(yōu)選應(yīng)用。正如已經(jīng)實(shí)施過的一樣，本發(fā)明尤其適合于長度為幾米的空氣接口，譬如連在電話上的無繩聽筒就是這種情況。圖3示出了本發(fā)明在所謂的免提電話上的應(yīng)用。該免提電話具有一個(gè)頭戴部分12和一個(gè)基座部分11。頭戴部分12又具有頭戴聽筒14、傳聲器13和一個(gè)按照本發(fā)明的發(fā)射機(jī)10?；糠?5可以譬如借助腰帶或夾子而攜帶在胯股處?？諝饨涌诘拈L度約為1米?；糠?5具有一個(gè)如圖1所示類型的接收機(jī)11。此外，基座15還譬如包括所有已知的、譬如GSM標(biāo)準(zhǔn)的無線電話的其余元件和天線16。由此，固有的功率放大在基座15內(nèi)實(shí)現(xiàn)，所以頭戴部分12的元件可以很小，而且也容易固定。而超聲波傳輸被用來把無繩收聽單元(頭戴部分)連接到原來的電話(基座部分)上。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通常在超聲波傳輸中存在的問題可通過如下方法來解決，即傳輸時(shí)使用如下信號(hào)，該信號(hào)通過代碼擴(kuò)展而形成寬帶信號(hào)，而且通過相關(guān)可以遮蔽所產(chǎn)生的回波。于是，通過CDMA技術(shù)，一方面抑制了多徑傳播(多徑效應(yīng))的干擾，而且也抑制了來自其它發(fā)射機(jī)的干擾。
權(quán)利要求
1.借助超聲波傳輸數(shù)據(jù)的方法，具有如下步驟-對(duì)需傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行數(shù)字化(1，6)，-借助CDMA技術(shù)把所述數(shù)字化信息擴(kuò)展(2)到一個(gè)較寬的頻帶上，-對(duì)所述的擴(kuò)展信息進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換(3)，-把所述經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展信息轉(zhuǎn)變(4)成超聲波，以及-通過空氣接口(5)傳輸所述被轉(zhuǎn)變成超聲波的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在需傳輸?shù)男畔⒈粩?shù)字化(1)之前，加入一個(gè)壓縮編碼(6)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述壓縮編碼(6)把有效比特率減小到約為1～10千比特/秒。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于在接收側(cè)-把接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)變(7)成電信號(hào)，-對(duì)所述接收到的、被轉(zhuǎn)變過的超聲波信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換(8)，以及-按照CDMA技術(shù)對(duì)所述被A/D轉(zhuǎn)換過的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)展(9)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于傳輸在頻率為200～400千赫茲上進(jìn)行。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于信息被擴(kuò)展(2)到±100千赫茲。
7.超聲波傳輸系統(tǒng)，具有-CDMA擴(kuò)展單元(2)，它借助CDMA技術(shù)把數(shù)字信息擴(kuò)展到多個(gè)載頻上，-D/A轉(zhuǎn)換器(3)，它對(duì)所述被擴(kuò)展的信息進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，-超聲波轉(zhuǎn)換器(4)，它把所述經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換的擴(kuò)展信息轉(zhuǎn)變成超聲波，以及-用于傳輸所述被轉(zhuǎn)變成超聲波的信息的空氣接口(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波傳輸系統(tǒng)，另外還具有一個(gè)壓縮編碼器(6)，它在需傳輸?shù)男畔?shù)字化(1)之前將其進(jìn)行壓縮編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的超聲波傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述壓縮編碼器(6)把有效比特率減小到約為1～10千比特/秒。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～9之一所述的超聲波傳輸系統(tǒng)，其特征在于具有一種接收機(jī)(11)，該接收機(jī)具有-超聲波逆轉(zhuǎn)換器(7)，它把接收到的超聲波信號(hào)變回到電信號(hào)，-A/D轉(zhuǎn)換器(8)，它對(duì)所述接收到的、被變換過的超聲波信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，以及-CDMA解擴(kuò)展器(9)，它按照CDMA技術(shù)對(duì)所述被A/D轉(zhuǎn)換過的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)展。
11.免提電話，它具有-帶有傳聲器(13)和耳機(jī)(14)的頭戴部分(12)，和-基座部分(15)，其中，在所述頭戴部分(12)和基座(15)之間，借助權(quán)利要求7～11之一所述的超聲波傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲波傳輸系統(tǒng),其中,傳輸時(shí)使用如下信號(hào),該信號(hào)通過代碼擴(kuò)展而形成寬帶信號(hào),而且通過相關(guān)可以遮蔽所產(chǎn)生的回波。該傳輸系統(tǒng)具有一個(gè)發(fā)射機(jī)(10)和一個(gè)接收機(jī)(11)。在此,數(shù)字信息(1)根據(jù)CDMA技術(shù)被擴(kuò)展(2)到較大的帶寬上,然后進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,繼而借助超聲波通過空氣接口(5)進(jìn)行傳輸。本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用的空氣接口的長度為幾米。一種應(yīng)用就是譬如把無繩聽筒或免提電話連接到電話上。
文檔編號(hào)H04B11/00GK1307764SQ99808078
公開日2001年8月8日 申請(qǐng)日期1999年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月29日
發(fā)明者L·霍夫曼 申請(qǐng)人:西門子公司