专利名称：接收数字音频数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用具有至少两个天线和至少一个可从一个天线转换到另一个天线的接收信道的分集接收机来接收数字音频数据的方法；本发明还包括具有至少两个接收无线电信号的天线和至少一个接收信道的分集接收装置，其中提供了转换单元，利用该转换单元可将接收信道从一个天线转换到另一个天线，所述方法和装置每一个都如权利要求1和6的前序部分所述的那样。
背景技术：
本发明因而包括一种天线分集接收机，其可被用于，尤其专业地用于数字无线麦克风系统中。这样的系统被用于旅行声音(tour sound)、装机声音(installed sound)和广播的区域中的舞台麦克风，并且必须确保接收稳健性较高、等待时间非常有限、音频质量较高且音频传输尽量不受干扰。为了保证满足这些要求的无线链路，在这样的系统中通常使用两个或更多的接收天线，并且使用误差容限法(error tolerances method)对发送的音频数据进行编码。于是可将编码设想成，使得各个比特误差在前台中是听不见的，或者通过纠错方法而使各个比特误差不可听见。在每种情况下，在这样的系统中必需有可靠的比特误差识别，该系统在每次传输时监视音频质量。在接收机处的RF接收质量也被连续地确定，并且依据接收质量选出用于接收信道的最优选的天线。为了能够连续地在每个时刻确定在当前的接收频率上哪个天线的接收质量更优，需要对每个天线所接收的信号进行解调，这将需要每个天线和接收频率具有单独的接收单元。US5, 697，075A揭示了一种用于全球定位系统的分集设备，其具有两个带相应的信号路径的天线。每个信号路径的天线被直接耦接到由电压源供电的低噪声放大器(LNA)的输入端。在信号路径下游提供Pin 二极管(pin-diode)形式的可变信号电平衰减器，该信号路径随后被并入一条公共的数据线。在LNA电压源到信号路径的连接与可变信号电平衰减器之间连接有电容器。各个LNA的输出信号被传递到连接到选择器的耦接线，该选择器根据各信号路径的信号电平向Pin 二极管提供适当的电流，以便将具有低电平的信号路径从公共数据线上断开。在公共数据线内提供包括滤波器、基频发生器、放大器和解调器的实际接收机部分，用于对从两个天线中的一个传递来的信号进行解码。这样的系统的缺点包括接收系统分集部分具有高功率消耗。各个信号路径的电路设计使其需要提供两个电源，一个用于LNA 的固定电源和一个用于Pin 二极管的可变电源。所需要的电子部件数量和高功率消耗使得该分集接收机成为成本很高的产品。在其它现有技术中，用于专业无线系统的天线分集接收机中，取决于RF电平和/ 或实际天线信号强度的梯度，来自两个天线的RF信号被直接切换(未经放大)。但是，这使得由于天线转换的衰减引起的接收机的噪声指数(noise figure)增加(尤其成为模拟发送系统中的问题)。在无线无线电传输中，所发送的低频信号的质量必须保持成尽可能的好，这意味着信噪比(SNR)必须尽量高。这在可使用分集系统的情况下对于专业无线系统具有很大的好处。使用分集系统，在操作者移动期间由RF信号衰落影响(失落)引起的对所发送的音频质量的负面影响可被降低或甚至避免。这就是为什么专业无线系统在其安装的接收机内具有分集系统的原因。通常现有技术 中公知的有两种分集系统首先，通常被表示为“真实分集”的系统从技术的观点出发，最佳分集系统是“真实分集”，在其中实现了两个相同的信号路径，其中的每一个信号路径具有完整的分集部分和完整的接收机部分。取决于RF电平(由解调器的接收机信号强度指示符(RSSI)指示)， 使用了具有较高RF电平的经解调的音频信号，这种系统的缺点是-增加了材料的支出；-增加了所需部件的数量，以及所需部件的-功率消耗(这些缺陷与移动接收机的要求相矛盾，因为移动接收机应该尽量小并且其电池寿命应该尽量长。)第二，所谓的“天线分集”被公知为利用天线的两个信号路径被合并到具有一个 RF接收机的公共路径。取决于改变的RSSI信号(或如果RF/RSSI电平落到限定的阈值以下)，在使用半导体转换器(Pin 二极管)时将改变有效的天线。这种系统的优点明显在于价格低，因为仅需要一个RF模块。其缺点是不能避免所有失落(这高度独立于对第二天线的估计RF电平状况进行预测所用的算法)；普遍使用的PIN 二极管转换器需要额外的电流消耗(对于移动接收机的电池寿命不利)并且这种PIN 二极管转换器引起了额外的衰减，增加了接收机的噪声指数(灵敏度和作用范围降低)。各种分集系统的示例在以下现有技术的文件中给出US6，871，054B2揭示了一种对Pin 二极管偏置电压进行控制的两个天线的分集系统。通过增加施加到pin 二极管的反向偏压，外加到二极管的RF信号被逐渐削弱。在pin 二极管之后，两个信号路径被合并成朝向接收机的公共线路。从 JP2 305 234、JP2001 326593、JP61 073 437 和 JPlO 163 941 的框图可以获知基于相同原理的类似系统。从JP8107306的图中，在车辆玻璃中包括的分集天线图是已知的，该系统使用pin 二极管作为转换元件。类似的车辆天线在JP2 062 131的图中说明，也使用了 pin 二极管作为转换元件。DE2 318 260揭示了具有两个天线和相应的信号路径的分集系统，该信号路径具有可控放大器，并且通过使用Pin 二极管被合并到公共线路。DE 3536826A1揭示了用于移动无线电装置的分集天线，其具有两个天线，以及能够在这两个天线的信号之间进行选择的转换器。US 7，116，952 B2揭示了具有将连接到天线的信号路径的若干带通滤波器的输出信号合并起来的转换器的分集系统。为每个转换器都提供有LNA，因此使成本和能量消耗最大化。DE 601 11 765 T2揭示了具有多种传输模式的无线通信系统，以便接收来自期望的发送器的无线电信号，而将来自噪声源的信号排除在外，因此使用了多个天线。然而，该文档没有包含任何关于天线电路的内容。DE 20 2006 007 918 Ul揭示了包括多个天线和一个加权器件的接收机系统，该加权器件对各个天线信号进行加权和合并，以便实现发送信号的优化性能。由于其部件的原因，这种系统非常复杂，其需要高容量的加权处理器以及大型代码存储器。W02008/074343揭示了在天线分集接收机中相应的天线之后连接着的信号电平衰减器的一种特殊类型的电源。US 2006/0067442A1揭示了具有两个天线和一个接收信道的天线分集系统，其中接收信道可通过转换器从一个天线转换到其它天线。当达到涉及信号质量的规定标准或阈值时发生向另一个天线的转换。根据信号强度(对RSSI电平的确定)和比特误差率(BER) 的函数，分集判定单元判断是否转换到另一个天线更为有利。如果满足了相应的转换标准， 分集判定单元控制所述转换器，经由所述转换器，接收信道可被交替地连接到两个天线中的一个上。在接收信道中经解调的信号在数字音频传输过程中表现为被组织在周期传输帧中的数据流。传输帧，即所定义的数据流片段，则由前序、有用数据(载荷)和所谓的保护间隔组成。在前序中包括的信息用于将发送信号与接收机同步，有用数据包括实际音频数据，以及数字无线电链路的控制和信息数据，并且还可能具有冗余，以在传输期间识别和校正比特错误。保护间隔，在其中没有音频信息被发送，用作空白间隔，以便能够实时确定其它天线的临时的接收强度而没有音频中断。没有该保护间隔，则不可能在天线分集系统中转换到其它接收天线而在音频流中没有非期望或可听见的中断。即使使用纠错法(前向纠错)，也无法在如无线舞台工程的对等待时间要求严格的无线应用中弥补这种缺陷。天线转换处理、对其它天线上的接收场强的测量和转换回原天线的过程，无法由比特纠错法在不保持较短的音频传输等待时间并将其保持在可容许的程度的情况下执行。而且，在传输质量很差，并且纠正传输信道中的比特错误已经成为系统纠错的负担并为天线转换提供的时间净空高度(head room)降低的情况下，这是不可能进行的。不进行额外的测量而向其它天线转换，因此在音频信号中成为干扰而变得能被察觉到，比如破裂音。DE 3 926 336 Al揭示了使用若干个天线输入、使用分集处理器、还使用若干输入以及使用沿线的电视接收机来移动接收电视信号的天线分集接收系统。在该分集处理器中包括时间门电路，其在横向的空白时间期间由横向同步脉冲打开，并将视频信号转换到信号质量评估电路上，在那里生成与该视频信号的信号质量相对应的输出信号，其被馈给控制电路，该控制电路经由天线合并器将新的天线信号或由天线信号推导出的线性合并供给电视接收机。这种接收系统在纯模拟技术基础上起作用。而另一方面，在数字转换中出现的问题是完全不同的。EPO 521 123 B2揭示了一种天线分集接收系统，其中可经由天线分配器将若干天线与若干信道(视频信号、右音频信号、左音频信号、UKW)连接起来。各信道可独立于各天线上的其它信道被筛选。这再一次是用于避免接收干扰的对于模拟信号的专有的处理。在US 2007/0019764A1中或者在US 2007/0168819A1中，还揭示了一种天线分集接收机，其对象是一种数字的麦克风。现有技术的缺陷是由以下事实导致的，即在保护间隔的时间间隔和由其定义的天线转换点中，其中可执行转换而不中断音频，当前天线上的接收质量可能已经从在前的转换点被强烈降低。这可能因为在通常为较差的接收状况(例如在接收范围的边界处的发射机)出现，或者出现失落。因此，对于收听者可出现非期望的或令人厌恶的噪声或音频信号的短暂但可记录的中断。这种缺陷不能消除，原则上，唯一可能的尝试是尽量限制其影响。 可以通过将帧长度限制得尽量小并因此增加转换点的频率，一个权宜之计是使有用数据的通过速率最大化，然而，这违反了上面的原则。在数字的、专业的无线颤噪声中，数据传输速率实际代表了最大的技术挑战之一。用户要求的音频质量可能超过模拟系统，在这种情况下，规定允许的发送带宽几乎不会超过模拟系统的发送带宽。传输信道因此遭遇到数字传输方法频谱效率的限制，这迫使制造者将有用的数据速率设计得尽量高，而接收灵敏度不受劣化，即，使用相同的发送端到接收端范围。本发明改进了现有技术，达到有用数据帧长度不必缩短以便保证音频传输尽量不中断，并且因此产生有用数据速率接近真实分集系统的最大有用数据速率的程度。因此对于专业的数字音频无线系统，以上描述的已知的系统几乎不适用。
发明内容
本发明将其本身的目标设定为克服现有技术中出现的问题，并提供一种分集接收单元，其中到另一个天线的转换在音频信号本身中是听不见的，并且在转换处理之前的传输误差对于收听者是不可记录的。通过使用刚提及的方法可达到这些目标，因为当出现接收异常时，在接收信道中执行失落隐藏，在这种情况下失落隐藏使用在干扰之前和/或之后的音频信号部分来合成隐藏信号，并且接收信道依据权利要求1和6的特征部分，根据失落隐藏是否被激活的函数被转换到另一个天线上。转换天线的新准则是对失落隐藏的激活，如果激活了失落隐藏，则取代所发送的原信号，将隐藏信号转换到接收信道的输出端。由于对隐藏信号的合成开始于未受干扰的音频信号，其中在干扰之前的信号部分和在干扰之后的信号部分都可被合并，在对隐藏信号进行转换的转变和时间段中，该转变和时间段不可记录成干扰。干扰之后的信号部分也可使用的事实由于在整个系统中加入了额外的等待时间而成为可能。在隐藏信号被激活的这段时间内可执行到另一个天线的转换，并且然后在该接收信道上释放的原信号在另一个天线上具有足够好的接收质量，而没有中断。纠错和错误隐藏的差异在于，在错误隐藏过程中，发送前在发射机中源编码期间不需要在原音频信号中加入额外的冗余。因此有用数据的速率处于最大值。从对接收失落之前和之后的音频素材统计相关性中获得了恢复的音频信号，正如以下进一步描述的。对天线转换的隐藏过程中，原数据和隐藏数据的过度混合与反转也是可以想象的。在本发明的变形中，在隐藏处理过程中发生到另一个天线的转换，因此在某一时刻，被发送信号(有缺陷)在接收信道的输出处不再出现，而是出现已经合成的隐藏信号。 这种转换对于该输出信号没有影响，因为在转换之后，人为产生的隐藏信号只是被从目前新天线来的信号替换。在尤其切实可行的变形中，数字数据流包括所谓的保护间隔。这些间隔中不发送音频信号。转换到其它天线是发生在保护间隔以内的，使得对于用户来说干扰在这里也是不可听到的。
以下参考附图，进一步解释了本发明。在附图中图1示出了依据本发明的分集接收单元的示意性框图；图2示出了依据本发明的方法的流程图；图3示出了包括用于两个天线和四个接收信道的转换矩阵的示意性框图；图如示出了失落隐藏的基本原理；图4b示出了具有周期性保护间隔的数据流，在保护间隔中不发送音频信息；图 5 示出了依据出版物Goodman 等人的，“Waveform Substitution Techniques for Recovering Missing Speech Segments in Packet Voice Communicaiotns，，IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, VOL. ASSP-34, No.6,1986 年12月，的失落隐藏的原理；图6示出了依据本发明的传输链的示意性表达；图7示出了本发明针对两个信道系统的失落隐藏的详细框图；图8示出了例如八个信道的多信道布置的框图；图9示出了整个本发明的流程图，包括对频谱滤波器的估计、对信道之间的时间延迟的确定，以及为了生成置换的信号而对所有信道的加权叠加，；以及图10示出了依据本发明用于失落隐藏的装置的布局，该装置被集成到多信道布置的各个信道中。
具体实施例方式图1示出了具有若干个天线100a至IOOe的分集接收装置的框图，这些天线经由转换矩阵200连接到接收信道IlOa至IlOe。每个接收信道包括接收机前端300 (其用于前置放大、滤波和计量)、解调器400 (解调载波频率)、信道解码器600 (分配模拟信号形状比特)和音频解码器700 (在此发生对音频文件的解码和/或解压缩)。如果被发送的信号总是没有干扰，这些部件将足以保证相应的接收质量。由于在实际中出现了干扰(接收数据丢失)，在许多情况下，这是由衰落(破坏性的多径传播、失落)造成的，必须采取措施使传输误差最小化并且使得它们不可听见。正如从图1可见的，确定调制信号的信号强度(例如用RSSI水平衡量)。在比特差错率(BER) 测量单元中根据比特差错率检查信道解码器600发出的信号。也可由信道解码器承担该任务并经由BER供应信息。如果RSSI水平达不到预定阈值并且/或者比特差错率超过预定阈值，则激活失落隐藏，并合成隐藏信号并将其放置到接收信道上。其被馈给音频解码器700， 此时在音频解码器700的输出端，隐藏信号取代了发送信号。转换矩阵200由转换逻辑500控制。使用BER测量单元900的比特差错率信息， 并可选地使用来自解调器400的信号水平(RSSI)，以便将最佳天线转换到接收单元上。依据本发明，取决于隐藏(失落隐藏单元1000)是否被激活，执行到另一个天线的转换。图2示出了相应的流程图。一旦失落隐藏被再次激活，转换逻辑500再次开始搜寻最佳天线。使用这种方法，现在不再依靠要等待的保护间隔(图4b)而仅在保护间隔中执行转换。而是，在利用失落隐藏期间，在任意的时刻都可能作出反应并进行向更好的天线的转变。如果在新选择的天线上的比特差错率从前具有良好的质量，则等待下一个保护间隔直到转换逻辑500再次变得能起作用。由于在失落隐藏被激活时，即在音频数据块(载荷，图4b)期间，可在天线之间执行转换的事实，原则上不再必须将保护间隔引入数据流。因为这一点，在每个单位时间内可以发送更多的音频数据。另一种变形可以提供的是，保护间隔存在，但是比现有技术中的保护间隔要短暂得多。如果在现有技术中需要具有保护间隔，信号在保护间隔期间从一个天线转换到另一个天线，而且如果该天线具有更恶劣的接收，则可以再次转换回去，通过本发明可以使得保护间隔非常短，以致于仅一次到另一个天线的转换处理是足够的[必需的]。 于是在失落隐藏工作期间可出现发生在之前或之后的转换处理。例如，在失落隐藏激活期间可能发生到另一个天线的转换，并在随后的保护间隔内从该天线转换回原天线。使用本发明，不仅可因此改善传输质量，而且可增加每个单位时间内发送的音频数据。图3示出了天线转换矩阵的变形的框图。这种天线转换矩阵针对两个天线布置， 但是也可扩展到三个或更多天线。总之，在每个天线上具有四个接收信道，这四个接收信道中的每个接收信道被功率分配器(power splitter)分成支路。每个天线的信号根据接收信道的数量被分割到信号路径上。这里，最佳天线被转换到相应的具有复用器(例如，在HF技术中常见的pin 二极管转换器)的接收信道上。二极管对D11-D21 ；D12-D22 ；D13-D23 ；D14-DM中仅有一个二极管是总是起作用的。在通常的情况下对于N个天线和M个接收机，每个天线需要M-I个带2个输出端的功率分配器(采用约log 2 (M)串行布置)。并且M个HF复用器具有N个输入端，即MXN个二极管转换器。 这些转换器由M个“N个中的一个”解码器控制，其中Dlx、D2x、D3x，...，DMx个二极管中只有一个是起作用的。失落隐藏可按如下这样发生在例如以下的出版物中描述了标准方法=Goodman 等人的"Waveform Substitution Techniques for Recovering Missing Speech Segments in Packet Voice Communications，，，IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, VOL. ASSP-34, No. 6，1986年12月。该文件的内容在此被全部包含在本说明书中作为参考。在图如和图5中描绘的方法的基础是对一段时期的估计，其中估计音频信号的周期，而然后的音频信号是过去的延续。为了这个目的，就在音频信号失落(指图如中的有效帧)前，从信号断流器 (cutout)取得所谓的模板(template)，并在过去中寻找(周期估计)。在模板等价物之后的信号是从过去的信号复制的并被前向插入以掩盖信号失落。可选地，例如通过以下公式将模板与以前比较
自相关
权利要求
1.一种使用分集接收单元接收数字音频数据的方法，该分集接收单元具有至少两个天线和至少一个接收信道，所述至少一个接收信道可被从一个天线转换到另一个天线，该方法的特征在于，在所述接收信道中，当在接收的音频信号中出现干扰时执行失落隐藏，其中所述失落隐藏使用在干扰之前和/或在干扰之后的未受干扰的音频信号部分来合成隐藏信号，并且，根据失落隐藏是否被激活的函数，所述接收信道被转换到另一个天线。
2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述失落隐藏被激活并且在所述接收信道中存在所述隐藏信号的时间间隔处发生所述接收信道到另一个天线的转换。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，数字数据流有时包含在音频数据之间的保护间隔，在该保护间隔中不发送音频数据，并且所述接收信道到另一个天线的转换发生在所述隐藏之后的保护间隔中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，到另一个天线的转换发生在对所述音频信号部分的传输过程中。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，数字数据流有时包含在音频数据之间的保护间隔，在所述保护间隔中不发送音频数据，到另一个天线的转换发生在对所述音频信号部分的传输过程中，并且在所述另一个天线上的接收比原天线上的接收更差的情况下，在随后的保护间隔内发生回到所述原天线的转换，然后在该保护间隔中还可发生转换，并随后在所述音频信号部分期间立即转换回来。
6.一种具有至少两个接收无线电信号的天线以及至少一个接收信道的分集接收装置， 其中提供有转换单元，通过该转换单元所述接收信道可被从一个天线转换到另一个天线， 该分集接收装置的特征在于，在所述接收信道中提供有隐藏单元以在所述接收信号中发生异常时合成隐藏信号，并且提供了所述隐藏单元与所述转换单元的连接，使得在隐藏的情况下，执行到另一个天线的转换。
7.如权利要求6所述的分集接收装置，其特征在于，到另一个天线的转换发生在隐藏是激活的时间间隔中。
8.如权利要求6或7所述的分集接收装置，其特征在于，数字数据流间或在音频数据之间包含保护间隔，在该保护间隔中不发送音频数据，并且对所述接收信道到另一个天线的所述转换发生在隐藏之后的保护间隔中。
9.如权利要求6至8中的任一项所述的分集接收装置，其特征在于，提供有至少两个接收信道，这两个接收信道可彼此独立地被转换到每个天线。
全文摘要
本发明涉及利用具有至少两个天线以及至少一个接收信道的分集接收单元来接收数字音频数据的方法，接收信道可以从一个天线转换到另一个天线。为降低接收信道中的可听见的干扰，在所接收的音频信号中出现干扰时执行失落隐藏，在这种情况下，失落隐藏使用在干扰前和/或干扰后的未干扰的音频信号部分来合成隐藏信号，并且接收信道根据是否激活失落隐藏的函数被转换到另一个天线上。
文档编号H04B7/08GK102273094SQ200980154177
公开日2011年12月7日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年1月9日
发明者G.弗特纳, 林登鲍尔 T. 申请人:Akg声学有限公司