专利名称：分布式接收无线麦克风系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及扩音，且更具体地涉及无线麦克风系统。
背景技术：
本申请是通过引用并入本文的于2010年6月8日递交的(未决的)美国临时专利申请号61/352，507的部分继续案。用于公共演讲活动的扩音系统是公知的。一般地，讲台上的人通过扩音系统的麦克风向人群演说。人的话音被麦克风探测到、被放大器放大，且放大的声音通过一个或多个扬声器被指引到人群。在更加复杂的系统中，麦克风可以是无线设备。在这种情况中，无线发射机可合并到麦克风中。相应的无线接收机可从所述发射机接收音频信号，并通过放大器将音频信号耦合到扬声器。无线麦克风由于所提供的移动性而具有优于有线麦克风的明显的优点。然而，无线麦克风一般在免授权频带上进行操作，所述频带限制了这样的设备的可用功率和范围。由于灵活性，无线麦克风在涉及很多不同演说者的很多公共活动中成为必要的组件。在这种情况中，每个无线麦克风都设置有其自己的发射机和接收机，且每个都在称为频分多址(FDMA)的格式下在其自己的频率上进行操作。虽然无线麦克风工作得好，但它们具有使它们在很多应用中难以使用的许多特征。例如，由于有限的输出功率，无线麦克风一般以少于100米的范围操作。当演说者将自己的身体置于无线麦克风发射机和接收机之间时，这个有限的范围减小。另外，有限数量的频率要求邻近的无线麦克风一般在相同的或非常接近的频率范围内进行操作，常常导致无线设备中的相互干扰。由于无线麦克风的重要性，存在对使用极接近的多个无线麦克风的更好的方式的需要。附图的简要说明
图1是依照本发明的所示实施方式的无线麦克风系统的平面图；图2是依照所示实施方式的可选实施方式的无线麦克风系统的平面图；图3是可由图1的系统使用的同步脉冲序列的时序图；图4A-D是可由图1的系统使用的同步脉冲序列的可选的时序图；以及图5是可与图1的系统一起使用的麦克风发射机单元的同步状态图。所示实施方式的详细描述图1描述了一般依照本发明的所示实施方式示出的分布式接收无线系统10。无线系统10可用于在很多不同的应用(例如，数字地基于GPS系统的无线麦克风)的任一个中将信息从便携无线收发机按规定路线发送到预定目的地。在一个特定的实施方式下，无线麦克风系统10可用于通过一个或多个无线麦克风发射机单元(MTU) 14、16来探测区域12内的音频信息、在扩音(PA)系统18内放大该音频信息，并且通过本地的一组扩音器将放大的音频信息传送回区域12。可选地，放大的音频信息可被分配给很多远程收听者。例如，系统10可用于监控公共活动并通过公共通信通道(例如，收音机、电视机、线缆等)19来传送放大的音频。因此，在如预期用于娱乐、通信或通告音频的一些实施方式中，系统10可被更加适当地描述。区域12内可包括多个数字接收机模块(DRM) 20、22。数字接收机模块20、22可通过接收机控制单元M和一个或多个音频控制接口(ACI) 26J8耦合到PA系统18。系统10的麦克风发射机单元14、16和数字接收机模块20、22可通过无线接口在时分多址(TDMA)格式下交换信息。在TDMA格式下重复数据帧可由跟随有多个(例如，14 个)时隙的同步脉冲来限定，麦克风发射机单元14、16可在这些时隙中发送音频信息。为了保持系统10内的同步，数字接收机模块20、22每个可以为了麦克风发射机单元14、16而以某个适当的时间间隔来发射同步脉冲23 (例如，每一毫秒发射一次)。在响应中，麦克风发射机单元14、16的每个可在各自被分配的时隙内发射音频信息脉冲17。麦克风发射机单元14、16的收发机和数字接收机模块20、22可在超宽频带(UWB) 格式下进行操作。同步脉冲23和音频信息脉冲17可具有相似的结构，其包括适当的中心频率(例如，6. 350GHz)、频率范围(例如，6. IOOGHz到6. 600GHz)以及脉冲宽度(例如，3 毫微秒)。麦克风发射机单元14、16每个可包括发射机、接收机、麦克风和具有非易失性存储器的中央处理单元(CPU)。CPU可包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器包括监控和探测来自数字接收机模块20、22的同步脉冲的同步处理器。麦克风发射机单元14、16内的同步时钟处理器可与以有规律的间隔接收到的同步脉冲同步。单独的计数器可用于使用窗口函数来对遗漏的同步脉冲的数量计数，并在预定数量(序列)的遗漏同步脉冲后使发射机失效。每个麦克风发射机单元14、16内可包括使音频信息脉冲的发射与所接收到的同步脉冲同步的发射处理器。在这种情况中，保存在麦克风发射机单元14、16的存储器内或编程到麦克风发射机单元14、16内的预定的时隙标识符识别用于音频信息脉冲的发射的时隙位置。麦克风发射机单元14、16的每个内的音频信息处理器可从麦克风接收音频信息， 从存储器取得麦克风发射机单元14、16的标识符，并将音频信息和标识符合并到音频信息包中。发射处理器接收音频包，并发送该包作为在所识别的时隙内调准的音频信息脉冲。麦克风发射机单元14、16还可包含(例如，在里德-所罗门格式下)前向纠错。在这种情况中，前向纠错处理器还可将前向纠错数据合并到每个被发送的音频包中。由数字接收机模块20、22的每个发射的同步脉冲可由接收机控制单元M内的处理器控制。每当脉冲待被发射或多个脉冲可在接收机控制单元M的控制下由每个数字接收机模块20、22内的脉冲处理器自动产生时，接收机控制单元M内的脉冲控制处理器可将指令发送到数字接收机模块20、22。在任一情况中，接收机控制单元M的脉冲控制处理器可从位于接收机控制单元M的非易失性存储器内的一组脉冲序列文件取得预定的脉冲序列。可基于在系统10内操作的数字接收机模块20的数量来选择脉冲序列文件和脉冲序列。在本发明的一个所示实施方式下，数字接收机模块20、22和接收机控制单元M在初始化期间执行同步例程以计算和补偿与线缆长度相关联的延迟。该延迟与每个数字接收机模块20、22和接收机控制单元M之间的线缆长度的差异相关联。通过确定该延迟，对由每个数字接收机模块20、22发射的同步脉冲计算线缆补偿调整量。
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在这方面，接收机控制单元M可将信号发射到数字接收机模块20、22的每个，该信号立即返回，仅有每个数字接收机模块20、22内的最小预定的处理时间延迟。接收机控制单元M将往返行程延迟分成两半以计算数字接收机模块20、22的时间延迟。然后接收机控制单元对基于所计算出的时间延迟使任何定时信号前进到数字接收机模块20、22。接收机控制单元M执行这个计算以确保被数字接收机模块20、22发射到麦克风发射机单元 14、16的同步信号是同步的(即，相位对齐)，即使被数字接收机模块20、22返回到接收机控制单元M的数据可能不同步(同步，即，相位对齐)。由于在信号的定时中所需要的精确度，所以线缆补偿是必要的。系统的所有元件都必须在非常特定的窗口中操作，以便使通信免于出错。在多个DRM的使用中，每一个DRM 都共有以循环方式产生处理和确保所有组件的正确定时所需的同步信号的责任。线缆补偿是需要的，以使得在所需要的非常窄的定时窗口内，每个DRM将产生定时信号。同时，所有的DRM都从MTU单元接收数据并将继续传送它们。在没有线缆补偿的情况下，由DRM发送的数据包可能以错误的帧结束，再次导致错误和链路的丢失。如在图3A中示出的，在接收机控制单元M的控制下，由数字接收机模块20、22的每个发射的同步脉冲可被组合且合并到同步脉冲的多帧序列(即，超帧)中。如图3中所示出的，没有两个数字接收机模块20、22同时发射同步脉冲。在一个实施方式下，如图3A中所示的，系统10可以在8帧长的超帧下进行操作。 如所示出的，第一数字接收机模块20可以在4毫秒内每毫秒分开地发射4个同步脉冲，随后第二数字接收机模块22在4毫秒内每毫秒发射另4个同步脉冲，在这之后，该过程重复。 每个同步脉冲限定8帧超帧的一部分(即，一帧)。在同步脉冲之后，麦克风发射单元14、16可在由同步脉冲限定的帧的预先确定的时隙内发送音频信息。例如，如果第一麦克风发射单元14被分配到第一时隙，那么第一麦克风发射单元14将总是在每个同步脉冲之后的第一时隙中发射。类似地，如果第二麦克风发射单元16被分配到第八时隙，那么第二麦克风发射单元16将总是在第八时隙内发射。应注意到，在每个同步脉冲之后，每个数字接收模块20、22内的帧处理器监控相应时隙的每个内的音频数据。来自数字接收模块20、22的每个的信息可以在TDM格式下被转发到协调模块对，信息在该协调模块M被进一步处理。在这种情况中，处理可意指内容处理器可取得从每个麦克风发射机单元14、16接收的、通过每个数字接收模块接收的时隙内容，并将所述时隙内容与从其他的数字接收模块接收的相应时隙内容进行比较。接收机控制单元M将比较来自每个麦克风发射机单元14、16的时隙内容，且它必须选择在聚集的音频流上传送哪个内容。它可通过检查时隙内容中的错误并通过将所述内容与麦克风发射机单元14、16的另一个的内容进行比较来完成此。在这方面，接收机控制单元M可动态地选择数字接收机模块20、22，为每个MTU 14、16提供具有最小数量的错误的音频包，作为该 MTU14U6的信号源。在这个例子中，接收机控制单元M的内容处理器可将单个音频数据流从麦克风发射机单元14、16转发到音频控制接口沈、28。音频控制接口沈、28内的解复用处理器又识别并取得通过所选择的数字接收机模块20、22从每个麦克风发射机单元14、16接收的贡献(即，音频信号)。音频控制接口 26、观又将来自每个麦克风发射机单元14、16的音频信号按规定路线发送到PA系统18的相应输入。
可选地，在相应时隙内探测到的数据可在相应的数字接收模块20、22内被打包并被转发到接收控制单元M。在接收机控制单元M内，音频处理器可比较来自每个数字接收机的出错率并选择具有最少错误的接收机20、22(和包)。图2描述了可选实施方式内的系统10。如图2中所示，系统10在两个区域50、52 中操作。第一组麦克风发射机单元讨、56、58、60、62被分配到第一区域50，且第二组麦克风发射机单元64、66、68、70、72被分配到第二区域52。在一个实施方式下，系统10经由单元 14、16在其中进行发射的时隙来识别麦克风发射机单元14、16。在这个实施方式下，麦克风发射机单元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72中的每个可设置为具有选择器开关，一组时隙可通过该选择器开关被识别。在这方面，第一组麦克风发射机单元56、58、60、62每个可分别地被分配到时隙1-4，且第二组麦克风发射机单元64、66、68、70、72每个可分别地被分配到时隙5-9。可选地，麦克风发射单元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72中的每个可以或可以
不设置为具有唯一的地址，该地址根据麦克风发射单元的注册区域50、52识别该麦克风发射单元。另外，这组麦克风发射机单元M中的每个麦克风发射机单元可包括组标识符，该组标识符合并到每个麦克风发射机单元的唯一标识符内。如图2所示，第一区域50包括第一数字接收单元74和第二数字接收单元76。类似地，第二区域52包括第一数字接收单元78和第二数字接收单元80。在图2的实施方式中，协调模块M还可为数字接收模块74、76、78、80的每个定义同步脉冲序列。在这4个数字接收模块74、76、78、80中的一个可能的发射序列在图3C中被示出。如图3C中所示出的，第一数字接收模块74可发射四个同步脉冲的第一脉冲序列， 第二数字接收模块76可紧接着在第一脉冲序列之后发射四个同步脉冲的第二脉冲序列， 且在那之后，第三数字接收模块78和第四数字接收模块80可随后发射包括相应的一组前四个同步脉冲的第三序列和第四序列。在图3C的每个同步脉冲之后，数字接收模块74、76、78、80的每个可监控来自麦克风发射单元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72的每个的发射。从麦克风发射单元接收到的任何音频包通过相应的数字接收模块74、76、78、80连同其(由发射时隙确定的或从音频包恢复的)唯一标识符一起被打包，并被转发到协调模块对。在接收机控制单元内，包被比较以(例如，基于发射错误)识别来自每个麦克风发射单元的最好可能的音频信号。协调模块M还可基于被分配给每个麦克风发射单元M、 56、58、60、62、64、66、68、70、72的唯一标识符(或时隙)来识别和转发包。在这种情况中，来自被分配给第一区域50的麦克风发射单元的音频包被转发到第一 PA系统84，而来自被分配给第二区域52的麦克风发射单元的音频包被转发到第二 PA 系统86。在每种情况中，协调模块M将音频包转发到音频控制接口沈、28，其中每个包的源地址(或时隙)被取得并与被分配给每个区域50、52的麦克风发射单元列表进行比较。系统10提供了优于传统的音频系统的明显优势。例如，来自多个不同源的同步脉冲的发射减小或消除了麦克风发射单元可能处在该单元不能从任何数字接收模块接收同步脉冲的位置的可能性。由于类似的原因，每个数字接收模块74、76、78、80对音频信号的接收明显地增加了至少一个数字接收模块将接收到强音频信号的可能性。每个音频信号的唯一标识符(或时隙)的使用允许任何数字接收模块从任何麦克风发射单元接收音频信号，并将音频信号按规定路线发送到适当的PA系统84、86。这允许在区域50、52内产生的音频信号被放大且放大的音频信号只被传送到音频信号所源自的区域。应理解，词语“只”的使用用来意指放大的信号到预期的区域的传送。例如，音频从麦克风发射单元58到区域52内的收听者的传送将是对那些收听者的扰乱。但是，放大的音频信号从麦克风58到在区域50内希望听到公共活动的听众的传送将是预期的目标， 即使这将涉及音频信号到与该音频信号所源自的区域不同的区域的传送。麦克风发射单元未能检测到一个或多个同步脉冲并不明显降低麦克风发射单元的发射的时隙对齐性。在这种情况中，每个麦克风发射单元14、16的内部时基将同步维持在相对好的程度。但是，在丢失的脉冲(例如，在一行内的21个丢失的同步脉冲)的某个延长时段之后，麦克风发射单元的音频信息发射机部分可被自动停用。在这种情况中，麦克风发射单元内的接收机可继续搜索和检测同步信号。如果接收机检测到一行内的一组4个同步脉冲，则麦克风发射单元可再次开始发送音频信息。在图4中示出的另一个所示实施方式中，来自每个数字接收机模块的序列中的同步脉冲的数目被增加，以提高麦克风发射机单元将接收确保麦克风发射单元被锁定在同步中或以其他方式实现同步所需的最小数目(例如，4毫秒内4个同步脉冲)的同步脉冲的机石。图4B是使用两个数字接收机模块的例子。在这个例子中，每个数字接收机模块发射10个同步脉冲的序列且然后对接下来的10个同步脉冲保持沉默。图4C是三个数字接收机模块的例子。在这种情况中，第一数字接收机模块发射7 个同步脉冲的序列。在第一接收机模块发射7个同步脉冲之后，第二数字接收机模块发射 7个同步脉冲的序列，随后第三数字接收机模块发射7个同步脉冲的序列。在21个同步脉冲之后，该过程重复，再次以第一数字接收机模块开始。图4D是四个数字接收机模块的例子。在这种情况中，第一数字接收机模块发射5 个同步脉冲的序列。在第一数字接收机模块发射5个同步脉冲之后，第二数字接收机模块发射5个同步脉冲的序列，随后第三和第四数字接收机模块发射5个同步脉冲的序列。在这个例子中，在20个同步脉冲之后，该过程重复，再次以第一数字接收机模块开始。图5是麦克风接收机模块的顺序图。如图5中所示，麦克风接收机模块首先呈现初始获取开孔状态，在该状态中麦克风发射机监控同步脉冲。当麦克风发射机单元检测到分开1毫秒的四个同步脉冲的序列时，麦克风发射机模块进入初始获取闭孔状态。最终，当麦克风发射机单元在一行中三次(即，在三个多帧上)检测到分开1毫秒四个同步脉冲的序列时，麦克风发射机单元进入锁定闭孔状态。为了说明本发明被实现和使用的方式而描述了无线麦克风系统的具体实施方式
。 应理解，本发明及其不同方面的其他的变化和修改的实现方式对于本领域技术人员来说是明显的，且本发明不被所描述的具体的实施方式限制。因此，它被设想为涵盖本发明以及落在本文所公开和主张的基本基础原则的真实精神和范围内的任何和所有的修改、变化或等效形式。
权利要求
1.一种装置，包括多个便携无线发射机单元；多个数字接收机模块，其交替地发射无线同步脉冲以及从被同步到所述同步脉冲的所述多个便携无线发射机单元接收信息；接收机控制单元，其与所述接收机模块的每个通信，根据预定的发射序列在所述多个数字接收机模块中协调同步脉冲的发射；以及系统，其通过所述接收机模块从所述发射机单元中的至少一些接收所述信息，并将所述信息专门传送给预期的预定目的地。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述便携发射机还包括无线麦克风。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述信息还包括音频。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述系统还包括娱乐、通信或通告音频系统。
5.如权利要求2所述的装置，其中所述多个麦克风发射机单元和数字接收机模块在超宽频带格式下操作。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述多个数字接收机模块交替地发射同步脉冲的序列。
7.如权利要求1所述的装置，其中所述同步脉冲相隔大约1毫秒。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述同步脉冲限定时分多址帧。
9.如权利要求1所述的装置，还包括多个地理区域，其中所述多个麦克风发射机单元的至少第一组被分配给所述多个地理区域的第一地理区域，而所述多个麦克风发射机单元的第二组被分配给所述多个地理区域的第二地理区域。
10.一种装置，包括多个地理区域；多个便携无线麦克风发射机单元，所述多个麦克风发射机单元的第一组被分配给所述多个地理区域的第一地理区域，而所述多个麦克风发射机单元的第二组被分配给所述多个地理区域的第二地理区域；多个数字接收机模块，所述多个数字接收机模块的第一组被分配给所述多个地理区域的所述第一地理区域，而所述多个数字接收机模块的第二组被分配给所述多个地理区域的所述第二地理区域，且其中所述多个数字接收机模块交替发射无线同步脉冲并从被同步到所述同步脉冲的所述多个麦克风发射机单元接收音频信息；接收机控制单元，其与所述接收机模块的每个通信，根据预定的发射序列在所述多个数字接收机模块中协调同步脉冲的发射；以及多个娱乐、通信或通告音频系统，其通过所述接收机模块从所述麦克风发射机单元中的至少一些接收所述音频信息、放大所述音频信息并将所放大的音频信息专门地传送到预期的区域。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述接收机控制单元基于通过所述数字接收机模块检测到的出错率来从所述多个数字接收机模块中选择用于接收所述多个便携无线发射机的各便携无线发射机的音频信息的数字接收机模块。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述多个数字接收机模块交替地发射同步脉冲的序列。
13.如权利要求10所述的装置，其中所述同步脉冲相隔大约1毫秒。
14.如权利要求10所述的装置，其中所述同步脉冲限定时分多址帧。
15.一种装置，包括多个便携无线麦克风发射机单元，每个便携无线麦克风发射机单元具有组标识符；多个数字接收机模块，其交替发射无线同步脉冲并从被同步到所述同步脉冲的所述多个麦克风发射机单元接收音频信息；接收机控制单元，其与所述接收机模块的每个通信，根据预定的发射序列在所述多个数字接收机模块中协调同步脉冲的发射；以及扩音系统，其通过所述接收机模块从所述麦克风发射机单元中的至少一些接收所述音频信息、放大所述音频信息并将所放大的音频信息专门地传送到由源的组标识符识别的目的地。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述接收机控制单元基于通过所述数字接收机模块检测到的出错率来从所述多个数字接收机模块中选择用于接收所述多个便携无线发射机的各便携无线发射机的音频信息的数字接收机模块。
17.如权利要求15所述的装置，其中所述接收机控制单元基于通过所述数字接收机模块检测到的所述便携无线发射机的出错率来从所述多个数字接收机模块中动态地选择用于接收所述多个便携无线发射机的各便携无线发射机的音频信息的数字接收机模块。
18.如权利要求15所述的装置，其中所述多个数字接收机模块交替地发射同步脉冲的序列。
19.如权利要求15所述的装置，其中所述同步脉冲相隔大约1毫秒。
20.如权利要求15所述的装置，其中所述同步脉冲限定时分多址帧。
21.如权利要求1所述的装置，其中所述多个数字接收机模块还包括线缆补偿延迟器， 该线缆补偿延迟器用于基于将相应的数字接收机模块连接到所述接收机控制单元的线缆长度来对所述同步脉冲的发射进行同步。
全文摘要
本发明涉及分布式接收无线麦克风系统。提供了一种装置，其包括多个便携无线发射机单元；多个数字接收机模块，其交替发射无线同步脉冲以及从被同步到同步脉冲的多个发射机单元接收信息；接收机控制单元，其与每个接收机模块通信，根据预定的发射序列在多个数字接收机模块中协调同步脉冲的发射；以及一系统，其通过接收机模块从麦克风发射机单元中的至少一些接收信息，并将该信息专门地发送到音频信息的源附近的地理区域。
文档编号H04B1/40GK102457298SQ201110281378
公开日2012年5月16日 申请日期2011年9月19日 优先权日2010年10月14日
发明者布雷恩·费尔, 罗伯特·T·格林三世 申请人:声音技术美国公司