用于双工音频的动态无线网络的制作方法

1.本发明涉及无线传输领域，例如音频(例如双工音频)的无线传输。具体而言，本发明提出了一种适用于双工音频通信的动态无线网络，例如，使用诸如dect的tdma。


背景技术：

2.传统的无线tdma(包括dect)技术基于星形网络拓扑。中央无线主设备参与其中并控制与从设备的所有通信。在tdma系统中，主设备通常向所有从设备提供时隙和帧定时信息。从设备与主设备定时精确同步。双工通信通常在主设备和每个从设备之间布置有上行链路和下行链路通信路径。主设备可以将通信从一个从设备中继到另一个从设备。


技术实现要素：

3.因此，根据以上描述，本发明的目的是以可靠的方式提供一种用于灵活双工音频通信的无线rf通信协议。
4.在第一方面，本发明提供了一种用于音频数据分组中的数字音频信号的无线rf通信的方法，其中，该无线rf通信包括：
5.‑
提供多个无线rf设备，每个无线rf设备被配置为根据协商协议作为同步主设备或同步从设备运行，并且每个无线rf设备被配置为传送和接收以帧表示的音频数据分组，每个帧包含在多个支持的rf频率或信道处的无线rf信号中的多个时隙，
6.‑
通过多个无线rf设备扫描全部所述多个支持的rf频率或信道，
7.‑
作为多个无线rf设备进行的所述扫描的结果，检测存在于无线范围内的其他无线rf设备，
8.‑
由作为同步从设备运行的无线rf设备直接从作为同步从设备运行的另一个无线rf设备接收音频数据分组，
9.‑
根据协商协议，在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间进行协商，以确定多个无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行，其中，存在于无线范围内的剩余无线rf设备然后确定作为同步从设备运行，
10.‑
如果作为同步主设备运行的无线rf设备超出无线范围，则根据协商协议，在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间进行协商，以便确定无线范围内的剩余无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行，以及
11.‑
如果无线rf设备中的两个作为同步主设备运行，则根据协商协议，在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间根据所述协商协议进行协商，以便确定所述两个无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行。
12.这种方法提供了灵活的无线rf系统，例如使用dect协议，例如用于双工音频通信(例如双向语音通信)。全部无线rf设备都可以作为主设备和从设备运行，并且由确保无线范围内的无线rf设备之间的协商的协商协议来确定进行哪种操作。
13.该方法是灵活的，因为它允许将一组无线rf设备划分为子组，或者可以加入子组
以形成一个更大的无线rf设备组。协商主设备角色以确保只有一个主设备用于定时同步，并且冗余主设备将更改为从设备操作。此外，该方法允许两个从设备直接通信而不需要主设备的通信中继。
14.此外，该方法支持多组无线rf设备，其都可以从一个无线rf设备接收音频数据分组。因此，该方法对于例如多用户对讲系统是有利的。然而，如果优选，可以实现专用线路(两个无线rf设备之间)或会议通信(一组选定的无线rf设备之间)。
15.将使用以下短语，并对其进行解释：
16.‑
时分多址(tdma)。
17.‑
接收信号强度指示器(rssi)。
18.‑
循环冗余校验(crc)，用于数据的错误检查和可能的纠正。
19.‑
单个无线电事件(例如传送或接收)被表示为时隙。
20.‑
下行链路和上行链路时隙(包括用于干扰扫描(tdma帧)的一个或多个时隙)的重复序列被表示为帧。
21.在下文中将描述优选实施例和特征。
22.rf通信优选地根据时分多址或频分多址帧结构来执行。特别地，根据数字增强无绳电信协议执行rf通信。
23.在一些实施例中，该方法在多个无线rf设备的第一无线rf设备和第二无线rf设备之间，或者在三个或更多个无线rf设备的组之间提供双工音频通信。在一种特殊的实施方式中，以第一支持的rf频率执行音频数据分组从第一无线rf设备向第二无线rf设备的传送，并且其中，以与第一支持的rf频率不同的第二支持的rf频率执行音频数据分组从第二无线rf设备向第一无线rf设备的传送。
24.优选地，该方法包括由全部rf设备确定由多个rf设备在多个支持的rf频率和时隙上的干扰电平，例如测量相应支持的rf频率中的rf活动电平，例如，所述干扰电平的确定包括测量rssi电平。这可用于确定要使用的rf频率或时隙。可替选地，或附加地，这可以用于无线rf设备之间协商哪一个作为主设备运行，因为优选主设备是向无线范围内的剩余的rf设备提供最稳定的rf通信的一个设备。
25.该方法可以包括由每个无线rf设备确定多个支持的rf频率和时隙的数据分组错误率，并相应地选择在哪个rf频率和哪个时隙中传送音频数据分组。同样，这可以用于确定要使用的rf频率或时隙。可替选地，或附加地，这可以用于无线rf设备之间协商哪一个作为主设备运行。
26.该方法可以包括多个无线rf设备中的每个被布置为在两个不同的支持rf频率或两个不同的时隙上传送一个音频数据分组。这有助于提高成功传输的机会而不需要重新传送数据分组，从而提高音频通信中的可靠性。
27.该方法可以包括，多个无线rf设备中的每个被布置为响应于以下两个或更多个的组合来选择用于传输音频数据分组的一个或多个支持的rf频率和时隙：
28.1)在相应支持的rf频率或信道和时隙处的rf活动电平，
29.2)来自一个或多个其他无线rf设备的报告的测量数据，其指示针对多个支持的rf频率和时隙测量的信道质量指示符值，
30.3)当前使用的rf频率或信道和时隙以及另外的一个或多个支持的rf频率或信道
和时隙之间的频率距离，以及
31.4)为多个支持的rf频率或信道和时隙收集的数据分组错误率。
32.可替选地，或附加地，刚刚提到的1)
‑
4)中的两个或更多个的组合可以用于无线rf设备之间协商哪一个作为主设备运行。
33.音频数据分组的扫描和传送的步骤可以在选定的时隙处执行。
34.该方法可以包括，存在于无线范围内的至少两个无线rf设备被布置为协商在不同的时隙中执行音频数据分组的传送。
35.所支持的rf频率或信道可以具有位于小于100mhz的频率范围(例如小于20mhz)内的rf承载。
36.rf设备具有两个或更多个不同的rf天线，以用于rf信号的传送，例如允许天线多样性。
37.优选地，每个时隙包括循环冗余校验错误校验字段。可选地，crc的种子被用作隐藏的系统标识，从而允许区分源自不同系统的音频数据分组。
38.该方法优选地包括形成分别包括作为同步主设备运行的无线rf设备和作为同步从设备运行的一个或多个无线rf设备的多个组。
39.该方法优选地包括由作为同步从设备运行的无线rf设备直接从作为同步主设备运行的另一个无线rf设备接收音频数据分组。因此，优选的是，音频数据分组可以在两个(或更多个)从设备之间以及在主设备和从设备(多个)之间被传达。
40.优选地，多个无线rf设备被布置为检测输入信号的帧定时，并且其中，多个rf设备被布置为根据检测到的帧定时来对齐帧定时。
41.第一rf承载和第二rf承载上的rf传送优选地涉及fp和pp之间的双工传输。
42.该组支持的rf频率或信道优选地具有位于小于100mhz的频率范围内(例如在20mhz内)的rf承载。
43.为了进一步增加通信范围和传输可靠性，可以使用天线多样性，即在无线rf设备上使用两个或更多个天线进行发射和接收，这额外增加了空间多样性。在优选实施例中，每个时隙优选地具有天线探测场，其中发射机发射调制或未调制的功率。接收机在该场期间以顺序方式在一个或多个支持的接收天线上执行rssi测量。在随后帧的天线探测场中，在其他天线上执行rssi测量。在n帧之后，在全部支持的接收天线上进行了rssi测量，并且可以决定哪个天线提供最强的接收信号。该天线将用于接收数据分组信令和应用有效载荷。当在选定天线上正确接收到数据分组时，相同的天线将用于随后帧中的传输。用于传输的天线的改变可以被延迟(同步)，使得其不干扰对端中接收机的天线决策过程。
44.特别地，音频数据分组可以表示以20khz或更高的采样频率采样的数字音频信号。数字音频信号可以是经编码的数字音频信号，例如根据adpcm算法等进行编码的。
45.在第二方面，本发明提供了一种无线rf设备，其包括连接到至少一个rf天线的至少一个rf发射机和rf接收机电路，该无线rf设备被布置为根据根据第一方面的方法运行。
46.应当理解，基于本发明方法的当前描述，技术人员将知道实现根据第一方面的方法所需的rf发射机和rf接收机电路、天线和编程。
47.该设备尤其可以是以下设备之一：无线耳机、无线麦克风、无线扬声器、无线对讲系统、视频系统和虚拟现实设备。
48.例如，无线rf设备可以是至少部分内置于适合人佩戴的头盔中的无线对讲系统，例如至少部分内置于消防员头盔中的对讲系统。因此，优选地，这种对讲系统包括麦克风和耳机，以分别捕获音频信号和再现音频信号。
49.在第三方面，本发明提供了一种包括根据第二方面的多个无线rf设备的系统。该系统可以由2
‑
100个(例如4
‑
20个)无线rf设备(可以是相同的设备也可以是不同的设备)构成，前提是这些设备按照第一方面的方法运行。特别地，该系统可以是具有2
‑
100个无线rf设备的对讲系统。
50.在第四方面，本发明提供了根据第一方面的方法或根据第二方面的无线rf设备的用途，用于以下中的一个或多个：双向语音通信，或音乐或演讲的单向流。特别地，该系统可以是无线对讲系统。
51.在第五方面，本发明提供了一种程序代码，其被布置为当在具有处理器的设备上被执行时，使得执行根据第一方面的方法。
52.应当理解，针对第一方面描述的相同优点和实施例也适用于进一步提到的方面。此外，应当理解，所描述的实施例可以在所有提到的方面之间以任何方式混合。
附图说明
53.现在将参照附图更详细地描述本发明，其中
54.图1示出了适用于双向音频通信的两个无线rf通信(例如dect)设备的简单框图，
55.图2示出了方法实施例的步骤，
56.图3示出了主设备和从设备之间的不同同步级别的示例，以及
57.图4示出了无线rf设备的可能扫描模式的示例。
58.附图说明了实现本发明的具体方式，并且不应被解释为对落入所附权利要求书范围内的其他可能实施例的限制。
具体实施方式
59.图1示出了两个无线rf设备的简单图示，其被布置为以音频数据分组d的形式传送音频信号，该音频数据分组d(例如根据dect协议)在tdma帧结构中的rf信号中从rf发射机rf1被传送到接收机rf2，接收机rf2从rf1接收rf信号，并因此可以打开其中表示的音频数据分组d。本发明提供一种协商协议，其允许无线rf设备rf1、rf2协商哪一个是同步主设备和同步从设备(多个)。这允许灵活的无线rf通信方案，其允许无线rf设备加入和离开一组设备，并且仍将指派一个且只有一个同步主设备。所有无线rf设备都可以。
60.用于语音通信的双向对讲机，例如部分内置在头盔(例如消防员头盔)中。
61.图2示出了用于音频数据分组中的数字音频信号的rf通信的无线rf通信方法实施例的步骤。
62.提供了多个无线rf设备(p_rfd)。这些设备中的每个都被配置为根据协商协议作为同步主设备或同步从设备运行。此外，每个设备被配置为优选地根据dect协议，传送和接收以帧表示的音频数据分组，每个帧包含在多个支持的rf频率或信道处的无线rf信号中的多个时隙。无线rf设备被布置为优选地在所有时隙中或仅在选定的时隙中对所有多个支持的rf频率或信道执行扫描(sc)。此外，所有无线rf设备执行检测(dt)，作为所述扫描sc的结
果，其他无线rf设备存在于无线范围内。该方法包括由作为同步从设备运行的无线rf设备直接从作为同步从设备运行的另一个无线rf设备接收(r_s_s)音频数据分组。因此，不需要主设备的中继。
63.用于在无线范围内的无线rf设备之间进行协商的方法和协商协议优选地包括至少三个步骤：
64.‑
在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间协商(n1)，以确定多个无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行，其中，存在于无线范围内的剩余无线rf设备然后确定作为同步从设备运行。
65.‑
如果作为同步主设备运行的无线rf设备超出无线范围，则在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间协商(n2)，以确定无线范围内的剩余无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行。
66.‑
如果无线rf设备中的两个作为同步主设备运行，则根据协商协议在存在于无线范围内的多个无线rf设备之间协商(n3)，以确定所述两个无线rf设备中的哪一个作为同步主设备运行。
67.这允许灵活的通信，其中无线rf设备可以成组加入，以及分为子组并重新加入，例如，当移动时，佩戴移动对讲系统形式的无线rf设备的人在彼此的无线范围之内或之外。
68.图3示出了具有以3个同步级别组织的一个主设备和从设备的同步层级的示例。n0
‑
n9表示节点0
‑
9，m表示主设备，并且s0
‑
s11表示同步参考时隙。
69.上面部分显示级别1，其中所有从设备都可以与主设备同步。在此之下，显示了级别2，其中从设备监听级别1从设备，例如n5与n2同步，n2与主设备m同步。在级别2下面，显示了级别3，其中例如级别2从设备n6不知道n4，从而导致串扰风险。最后，下面部分显示级别4，其中从设备n9与n8同步并屏蔽时隙s10。n6和n7可能无法听到它们的同步参考n5。
70.因此，一般来说，更高级别的从设备可以屏蔽广播信道并导致串扰。
71.图4示出了优选地由无线rf设备执行的背景扫描的示例。灰色时隙表示扫描，而白色时隙表示音频数据分组的空闲或传输。可以调度rssi扫描，以便可以检测到非同步的干扰和子组。
72.以下特征最好单独使用，或两个或多个特征组合使用：
73.‑
具有多个时隙和多个频率的无线tdma/fdma帧结构，尤其是dect。
74.‑
无线rf设备没有预定义的主角色或从角色，它可以动态地承担任一角色。
75.‑
协商网络定时主角色，因此无线rf设备的网络是自组织的。在彼此范围内的设备网络中有一个定时主设备。
76.‑
所有设备都在扫描未用于传输或接收的时隙中的所有频率。
77.‑
帧定时跟踪(同步)基于接收信息。
78.‑
双时隙多样性以提高接收概率(改善音频质量)。相同的应用程序数据在两个不同的时隙上，并且可能在两个不同的rf频率上被传送(冗余传输)。接收设备通常会监听两种传输以获得冗余。
79.‑
两个双时隙接收中的一个偶尔会被其他频率上的扫描操作所取代。由于冗余，接收到的应用程序数据(音频)。因此音频不受影响。
80.‑
分配传送时隙以最小化与来自其他无线rf设备的传输的冲突。传送时隙分配基
于rssi扫描信息和从其他设备分发的使用信息。
81.‑
所有无线rf设备都以无连接方式传送音频数据分组。无线电覆盖范围内的其他设备(主设备或从设备)可以接收应用音频数据分组。
82.‑
每个无线音频设备都能够从网络中的多个其他设备接收。接收机端正在选择音频(或媒体)源。多个音频源可以被路由到用户(会议)。
83.‑
网络可以分成更小的组。在每个组中指派定时主设备。组可以重新连接到更大的网络，并且只有一个定时主角色将继续。当设备的子组重新加入时，tdma帧定时将被对齐，因此可以在大型网络中继续通信。
84.‑
除音频之外，可以考虑在rf通信中实现其他媒体数据。通常使用双工通信。
85.‑
动态信道分配(动态选择干扰最小的时隙和rf频率)。不需要进行频率规划，并且对于超出具有非重叠覆盖区域的范围的设备，频率复用是可能的。
86.‑
从设备可以按照层级顺序与其他从设备同步。主设备在这种层级的顶部提供定时同步。管理信息可以从主设备被中继到从设备，并从从设备被中继到其他从设备。其中，管理信息可用于避免不稳定的同步循环，并中继关于时隙使用的信息，以最小化干扰。
87.‑
通过监测传输质量提供应用和音频qos。在操作期间优选地使用通过选择具有最小干扰电平的时隙和频率的承载切换。
88.‑
一些无线设备可能(暂时)在只听模式(一键通应用)下运行。这允许使用比可用tdma时隙数量更多的设备。
89.‑
通信的加密可以通过在主设备和从设备之间以及从设备之间分发加密密钥来实现。
90.‑
对所有tdma时隙进行背景频率扫描，以用于检测无线范围内的其他设备。有时，用于传输和接收的时隙被频率扫描操作取代。扫描甚至可以检测到帧和时隙未对齐的其他设备。背景频率扫描有多种用途：
91.(a)检测干扰最小的时隙和频率位置。
92.(b)检测主同步信号的时隙和频率位置。
93.(c)发现来自网络组中的其他设备的通信。
94.(d)发现可能重新加入的其他网络子组的存在。
95.‑
从设备可以直接通信，即使在没有主设备的情况下也可以短时间通信。
96.‑
双工对讲机的高质量和宽带音频是可能的。
97.综上所述，本发明提供了一种用于在灵活的自组织网络中进行双工音频的无线rf通信的无线rf通信方法和协议，尤其是可以根据dect协议来传达音频数据分组。每个无线rf设备被布置成作为同步主设备或同步从设备运行，并且其中协商算法用于与存在于无线范围内的其他无线rf设备协商，以确定主设备和从设备(多个)的角色。这允许无线rf设备离开或加入彼此的无线范围内的无线rf设备组，并且仍然协商同步主设备角色，并且仅选择一个同步主设备，而剩余的无线rf设备将作为同步从设备运行。每个无线rf设备执行支持的rf频率或信道的扫描，以检测无线范围内的其他无线rf设备。
98.尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但不应将其解释为以任何方式局限于所呈现的示例。本发明的范围将根据所附权利要求书来解释。在权利要求的上下文中，术语“包括(including)”或“包括(includes)”不排除其他可能的元件或步骤。此外，提及诸如
“
a”或“an”等的参考不应解释为排除复数。权利要求中关于附图中所指示的元件的参考符号的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提及的各个特征可以被有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能且有利的。