分布式接收無線麥克風系統的製作方法
2023-09-20 21:47:35 1
專利名稱：分布式接收無線麥克風系統的製作方法
技術領域：
本發明的領域涉及擴音，且更具體地涉及無線麥克風系統。
背景技術：
本申請是通過引用併入本文的於2010年6月8日遞交的(未決的)美國臨時專利申請號61/352，507的部分繼續案。用於公共演講活動的擴音系統是公知的。一般地，講臺上的人通過擴音系統的麥克風向人群演說。人的話音被麥克風探測到、被放大器放大，且放大的聲音通過一個或多個揚聲器被指引到人群。在更加複雜的系統中，麥克風可以是無線設備。在這種情況中，無線發射機可合併到麥克風中。相應的無線接收機可從所述發射機接收音頻信號，並通過放大器將音頻信號耦合到揚聲器。無線麥克風由於所提供的移動性而具有優於有線麥克風的明顯的優點。然而，無線麥克風一般在免授權頻帶上進行操作，所述頻帶限制了這樣的設備的可用功率和範圍。由於靈活性，無線麥克風在涉及很多不同演說者的很多公共活動中成為必要的組件。在這種情況中，每個無線麥克風都設置有其自己的發射機和接收機，且每個都在稱為頻分多址(FDMA)的格式下在其自己的頻率上進行操作。雖然無線麥克風工作得好，但它們具有使它們在很多應用中難以使用的許多特徵。例如，由於有限的輸出功率，無線麥克風一般以少於100米的範圍操作。當演說者將自己的身體置於無線麥克風發射機和接收機之間時，這個有限的範圍減小。另外，有限數量的頻率要求鄰近的無線麥克風一般在相同的或非常接近的頻率範圍內進行操作，常常導致無線設備中的相互幹擾。由於無線麥克風的重要性，存在對使用極接近的多個無線麥克風的更好的方式的需要。附圖的簡要說明
圖1是依照本發明的所示實施方式的無線麥克風系統的平面圖；圖2是依照所示實施方式的可選實施方式的無線麥克風系統的平面圖；圖3是可由圖1的系統使用的同步脈衝序列的時序圖；圖4A-D是可由圖1的系統使用的同步脈衝序列的可選的時序圖；以及圖5是可與圖1的系統一起使用的麥克風發射機單元的同步狀態圖。所示實施方式的詳細描述圖1描述了一般依照本發明的所示實施方式示出的分布式接收無線系統10。無線系統10可用於在很多不同的應用(例如，數字地基於GPS系統的無線麥克風)的任一個中將信息從便攜無線收發機按規定路線發送到預定目的地。在一個特定的實施方式下，無線麥克風系統10可用於通過一個或多個無線麥克風發射機單元(MTU) 14、16來探測區域12內的音頻信息、在擴音(PA)系統18內放大該音頻信息，並且通過本地的一組擴音器將放大的音頻信息傳送回區域12。可選地，放大的音頻信息可被分配給很多遠程收聽者。例如，系統10可用於監控公共活動並通過公共通信通道(例如，收音機、電視機、線纜等)19來傳送放大的音頻。因此，在如預期用於娛樂、通信或通告音頻的一些實施方式中，系統10可被更加適當地描述。區域12內可包括多個數字接收機模塊(DRM) 20、22。數字接收機模塊20、22可通過接收機控制單元M和一個或多個音頻控制接口(ACI) 26J8耦合到PA系統18。系統10的麥克風發射機單元14、16和數字接收機模塊20、22可通過無線接口在時分多址(TDMA)格式下交換信息。在TDMA格式下重複數據幀可由跟隨有多個(例如，14 個)時隙的同步脈衝來限定，麥克風發射機單元14、16可在這些時隙中發送音頻信息。為了保持系統10內的同步，數字接收機模塊20、22每個可以為了麥克風發射機單元14、16而以某個適當的時間間隔來發射同步脈衝23 (例如，每一毫秒發射一次)。在響應中，麥克風發射機單元14、16的每個可在各自被分配的時隙內發射音頻信息脈衝17。麥克風發射機單元14、16的收發機和數字接收機模塊20、22可在超寬頻帶(UWB) 格式下進行操作。同步脈衝23和音頻信息脈衝17可具有相似的結構，其包括適當的中心頻率(例如，6. 350GHz)、頻率範圍(例如，6. IOOGHz到6. 600GHz)以及脈衝寬度(例如，3 毫微秒)。麥克風發射機單元14、16每個可包括發射機、接收機、麥克風和具有非易失性存儲器的中央處理單元(CPU)。CPU可包括一個或多個處理器，該一個或多個處理器包括監控和探測來自數字接收機模塊20、22的同步脈衝的同步處理器。麥克風發射機單元14、16內的同步時鐘處理器可與以有規律的間隔接收到的同步脈衝同步。單獨的計數器可用於使用窗口函數來對遺漏的同步脈衝的數量計數，並在預定數量(序列)的遺漏同步脈衝後使發射機失效。每個麥克風發射機單元14、16內可包括使音頻信息脈衝的發射與所接收到的同步脈衝同步的發射處理器。在這種情況中，保存在麥克風發射機單元14、16的存儲器內或編程到麥克風發射機單元14、16內的預定的時隙標識符識別用於音頻信息脈衝的發射的時隙位置。麥克風發射機單元14、16的每個內的音頻信息處理器可從麥克風接收音頻信息， 從存儲器取得麥克風發射機單元14、16的標識符，並將音頻信息和標識符合併到音頻信息包中。發射處理器接收音頻包，並發送該包作為在所識別的時隙內調準的音頻信息脈衝。麥克風發射機單元14、16還可包含(例如，在裡德-所羅門格式下)前向糾錯。在這種情況中，前向糾錯處理器還可將前向糾錯數據合併到每個被發送的音頻包中。由數字接收機模塊20、22的每個發射的同步脈衝可由接收機控制單元M內的處理器控制。每當脈衝待被發射或多個脈衝可在接收機控制單元M的控制下由每個數字接收機模塊20、22內的脈衝處理器自動產生時，接收機控制單元M內的脈衝控制處理器可將指令發送到數字接收機模塊20、22。在任一情況中，接收機控制單元M的脈衝控制處理器可從位於接收機控制單元M的非易失性存儲器內的一組脈衝序列文件取得預定的脈衝序列。可基於在系統10內操作的數字接收機模塊20的數量來選擇脈衝序列文件和脈衝序列。在本發明的一個所示實施方式下，數字接收機模塊20、22和接收機控制單元M在初始化期間執行同步例程以計算和補償與線纜長度相關聯的延遲。該延遲與每個數字接收機模塊20、22和接收機控制單元M之間的線纜長度的差異相關聯。通過確定該延遲，對由每個數字接收機模塊20、22發射的同步脈衝計算線纜補償調整量。
5
在這方面，接收機控制單元M可將信號發射到數字接收機模塊20、22的每個，該信號立即返回，僅有每個數字接收機模塊20、22內的最小預定的處理時間延遲。接收機控制單元M將往返行程延遲分成兩半以計算數字接收機模塊20、22的時間延遲。然後接收機控制單元對基於所計算出的時間延遲使任何定時信號前進到數字接收機模塊20、22。接收機控制單元M執行這個計算以確保被數字接收機模塊20、22發射到麥克風發射機單元 14、16的同步信號是同步的(即，相位對齊)，即使被數字接收機模塊20、22返回到接收機控制單元M的數據可能不同步(同步，即，相位對齊)。由於在信號的定時中所需要的精確度，所以線纜補償是必要的。系統的所有元件都必須在非常特定的窗口中操作，以便使通信免於出錯。在多個DRM的使用中，每一個DRM 都共有以循環方式產生處理和確保所有組件的正確定時所需的同步信號的責任。線纜補償是需要的，以使得在所需要的非常窄的定時窗口內，每個DRM將產生定時信號。同時，所有的DRM都從MTU單元接收數據並將繼續傳送它們。在沒有線纜補償的情況下，由DRM發送的數據包可能以錯誤的幀結束，再次導致錯誤和鏈路的丟失。如在圖3A中示出的，在接收機控制單元M的控制下，由數字接收機模塊20、22的每個發射的同步脈衝可被組合且合併到同步脈衝的多幀序列(即，超幀)中。如圖3中所示出的，沒有兩個數字接收機模塊20、22同時發射同步脈衝。在一個實施方式下，如圖3A中所示的，系統10可以在8幀長的超幀下進行操作。 如所示出的，第一數字接收機模塊20可以在4毫秒內每毫秒分開地發射4個同步脈衝，隨後第二數字接收機模塊22在4毫秒內每毫秒發射另4個同步脈衝，在這之後，該過程重複。 每個同步脈衝限定8幀超幀的一部分(即，一幀)。在同步脈衝之後，麥克風發射單元14、16可在由同步脈衝限定的幀的預先確定的時隙內發送音頻信息。例如，如果第一麥克風發射單元14被分配到第一時隙，那麼第一麥克風發射單元14將總是在每個同步脈衝之後的第一時隙中發射。類似地，如果第二麥克風發射單元16被分配到第八時隙，那麼第二麥克風發射單元16將總是在第八時隙內發射。應注意到，在每個同步脈衝之後，每個數字接收模塊20、22內的幀處理器監控相應時隙的每個內的音頻數據。來自數字接收模塊20、22的每個的信息可以在TDM格式下被轉發到協調模塊對，信息在該協調模塊M被進一步處理。在這種情況中，處理可意指內容處理器可取得從每個麥克風發射機單元14、16接收的、通過每個數字接收模塊接收的時隙內容，並將所述時隙內容與從其他的數字接收模塊接收的相應時隙內容進行比較。接收機控制單元M將比較來自每個麥克風發射機單元14、16的時隙內容，且它必須選擇在聚集的音頻流上傳送哪個內容。它可通過檢查時隙內容中的錯誤並通過將所述內容與麥克風發射機單元14、16的另一個的內容進行比較來完成此。在這方面，接收機控制單元M可動態地選擇數字接收機模塊20、22，為每個MTU 14、16提供具有最小數量的錯誤的音頻包，作為該 MTU14U6的信號源。在這個例子中，接收機控制單元M的內容處理器可將單個音頻數據流從麥克風發射機單元14、16轉發到音頻控制接口沈、28。音頻控制接口沈、28內的解復用處理器又識別並取得通過所選擇的數字接收機模塊20、22從每個麥克風發射機單元14、16接收的貢獻(即，音頻信號)。音頻控制接口 26、觀又將來自每個麥克風發射機單元14、16的音頻信號按規定路線發送到PA系統18的相應輸入。
可選地，在相應時隙內探測到的數據可在相應的數字接收模塊20、22內被打包並被轉發到接收控制單元M。在接收機控制單元M內，音頻處理器可比較來自每個數字接收機的出錯率並選擇具有最少錯誤的接收機20、22(和包)。圖2描述了可選實施方式內的系統10。如圖2中所示，系統10在兩個區域50、52 中操作。第一組麥克風發射機單元討、56、58、60、62被分配到第一區域50，且第二組麥克風發射機單元64、66、68、70、72被分配到第二區域52。在一個實施方式下，系統10經由單元 14、16在其中進行發射的時隙來識別麥克風發射機單元14、16。在這個實施方式下，麥克風發射機單元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72中的每個可設置為具有選擇器開關，一組時隙可通過該選擇器開關被識別。在這方面，第一組麥克風發射機單元56、58、60、62每個可分別地被分配到時隙1-4，且第二組麥克風發射機單元64、66、68、70、72每個可分別地被分配到時隙5-9。可選地，麥克風發射單元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72中的每個可以或可以
不設置為具有唯一的地址，該地址根據麥克風發射單元的註冊區域50、52識別該麥克風發射單元。另外，這組麥克風發射機單元M中的每個麥克風發射機單元可包括組標識符，該組標識符合併到每個麥克風發射機單元的唯一標識符內。如圖2所示，第一區域50包括第一數字接收單元74和第二數字接收單元76。類似地，第二區域52包括第一數字接收單元78和第二數字接收單元80。在圖2的實施方式中，協調模塊M還可為數字接收模塊74、76、78、80的每個定義同步脈衝序列。在這4個數字接收模塊74、76、78、80中的一個可能的發射序列在圖3C中被示出。如圖3C中所示出的，第一數字接收模塊74可發射四個同步脈衝的第一脈衝序列， 第二數字接收模塊76可緊接著在第一脈衝序列之後發射四個同步脈衝的第二脈衝序列， 且在那之後，第三數字接收模塊78和第四數字接收模塊80可隨後發射包括相應的一組前四個同步脈衝的第三序列和第四序列。在圖3C的每個同步脈衝之後，數字接收模塊74、76、78、80的每個可監控來自麥克風發射單元M、56、58、60、62、64、66、68、70、72的每個的發射。從麥克風發射單元接收到的任何音頻包通過相應的數字接收模塊74、76、78、80連同其(由發射時隙確定的或從音頻包恢復的)唯一標識符一起被打包，並被轉發到協調模塊對。在接收機控制單元內，包被比較以(例如，基於發射錯誤)識別來自每個麥克風發射單元的最好可能的音頻信號。協調模塊M還可基於被分配給每個麥克風發射單元M、 56、58、60、62、64、66、68、70、72的唯一標識符(或時隙)來識別和轉發包。在這種情況中，來自被分配給第一區域50的麥克風發射單元的音頻包被轉發到第一 PA系統84，而來自被分配給第二區域52的麥克風發射單元的音頻包被轉發到第二 PA 系統86。在每種情況中，協調模塊M將音頻包轉發到音頻控制接口沈、28，其中每個包的源地址(或時隙)被取得並與被分配給每個區域50、52的麥克風發射單元列表進行比較。系統10提供了優於傳統的音頻系統的明顯優勢。例如，來自多個不同源的同步脈衝的發射減小或消除了麥克風發射單元可能處在該單元不能從任何數字接收模塊接收同步脈衝的位置的可能性。由於類似的原因，每個數字接收模塊74、76、78、80對音頻信號的接收明顯地增加了至少一個數字接收模塊將接收到強音頻信號的可能性。每個音頻信號的唯一標識符(或時隙)的使用允許任何數字接收模塊從任何麥克風發射單元接收音頻信號，並將音頻信號按規定路線發送到適當的PA系統84、86。這允許在區域50、52內產生的音頻信號被放大且放大的音頻信號只被傳送到音頻信號所源自的區域。應理解，詞語「只」的使用用來意指放大的信號到預期的區域的傳送。例如，音頻從麥克風發射單元58到區域52內的收聽者的傳送將是對那些收聽者的擾亂。但是，放大的音頻信號從麥克風58到在區域50內希望聽到公共活動的聽眾的傳送將是預期的目標， 即使這將涉及音頻信號到與該音頻信號所源自的區域不同的區域的傳送。麥克風發射單元未能檢測到一個或多個同步脈衝並不明顯降低麥克風發射單元的發射的時隙對齊性。在這種情況中，每個麥克風發射單元14、16的內部時基將同步維持在相對好的程度。但是，在丟失的脈衝(例如，在一行內的21個丟失的同步脈衝)的某個延長時段之後，麥克風發射單元的音頻信息發射機部分可被自動停用。在這種情況中，麥克風發射單元內的接收機可繼續搜索和檢測同步信號。如果接收機檢測到一行內的一組4個同步脈衝，則麥克風發射單元可再次開始發送音頻信息。在圖4中示出的另一個所示實施方式中，來自每個數字接收機模塊的序列中的同步脈衝的數目被增加，以提高麥克風發射機單元將接收確保麥克風發射單元被鎖定在同步中或以其他方式實現同步所需的最小數目(例如，4毫秒內4個同步脈衝)的同步脈衝的機石。圖4B是使用兩個數字接收機模塊的例子。在這個例子中，每個數字接收機模塊發射10個同步脈衝的序列且然後對接下來的10個同步脈衝保持沉默。圖4C是三個數字接收機模塊的例子。在這種情況中，第一數字接收機模塊發射7 個同步脈衝的序列。在第一接收機模塊發射7個同步脈衝之後，第二數字接收機模塊發射 7個同步脈衝的序列，隨後第三數字接收機模塊發射7個同步脈衝的序列。在21個同步脈衝之後，該過程重複，再次以第一數字接收機模塊開始。圖4D是四個數字接收機模塊的例子。在這種情況中，第一數字接收機模塊發射5 個同步脈衝的序列。在第一數字接收機模塊發射5個同步脈衝之後，第二數字接收機模塊發射5個同步脈衝的序列，隨後第三和第四數字接收機模塊發射5個同步脈衝的序列。在這個例子中，在20個同步脈衝之後，該過程重複，再次以第一數字接收機模塊開始。圖5是麥克風接收機模塊的順序圖。如圖5中所示，麥克風接收機模塊首先呈現初始獲取開孔狀態，在該狀態中麥克風發射機監控同步脈衝。當麥克風發射機單元檢測到分開1毫秒的四個同步脈衝的序列時，麥克風發射機模塊進入初始獲取閉孔狀態。最終，當麥克風發射機單元在一行中三次(即，在三個多幀上)檢測到分開1毫秒四個同步脈衝的序列時，麥克風發射機單元進入鎖定閉孔狀態。為了說明本發明被實現和使用的方式而描述了無線麥克風系統的具體實施方式
。 應理解，本發明及其不同方面的其他的變化和修改的實現方式對於本領域技術人員來說是明顯的，且本發明不被所描述的具體的實施方式限制。因此，它被設想為涵蓋本發明以及落在本文所公開和主張的基本基礎原則的真實精神和範圍內的任何和所有的修改、變化或等效形式。
權利要求
1.一種裝置，包括多個便攜無線發射機單元；多個數字接收機模塊，其交替地發射無線同步脈衝以及從被同步到所述同步脈衝的所述多個便攜無線發射機單元接收信息；接收機控制單元，其與所述接收機模塊的每個通信，根據預定的發射序列在所述多個數字接收機模塊中協調同步脈衝的發射；以及系統，其通過所述接收機模塊從所述發射機單元中的至少一些接收所述信息，並將所述信息專門傳送給預期的預定目的地。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述便攜發射機還包括無線麥克風。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述信息還包括音頻。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述系統還包括娛樂、通信或通告音頻系統。
5.如權利要求2所述的裝置，其中所述多個麥克風發射機單元和數字接收機模塊在超寬頻帶格式下操作。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述多個數字接收機模塊交替地發射同步脈衝的序列。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述同步脈衝相隔大約1毫秒。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述同步脈衝限定時分多址幀。
9.如權利要求1所述的裝置，還包括多個地理區域，其中所述多個麥克風發射機單元的至少第一組被分配給所述多個地理區域的第一地理區域，而所述多個麥克風發射機單元的第二組被分配給所述多個地理區域的第二地理區域。
10.一種裝置，包括多個地理區域；多個便攜無線麥克風發射機單元，所述多個麥克風發射機單元的第一組被分配給所述多個地理區域的第一地理區域，而所述多個麥克風發射機單元的第二組被分配給所述多個地理區域的第二地理區域；多個數字接收機模塊，所述多個數字接收機模塊的第一組被分配給所述多個地理區域的所述第一地理區域，而所述多個數字接收機模塊的第二組被分配給所述多個地理區域的所述第二地理區域，且其中所述多個數字接收機模塊交替發射無線同步脈衝並從被同步到所述同步脈衝的所述多個麥克風發射機單元接收音頻信息；接收機控制單元，其與所述接收機模塊的每個通信，根據預定的發射序列在所述多個數字接收機模塊中協調同步脈衝的發射；以及多個娛樂、通信或通告音頻系統，其通過所述接收機模塊從所述麥克風發射機單元中的至少一些接收所述音頻信息、放大所述音頻信息並將所放大的音頻信息專門地傳送到預期的區域。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述接收機控制單元基於通過所述數字接收機模塊檢測到的出錯率來從所述多個數字接收機模塊中選擇用於接收所述多個便攜無線發射機的各便攜無線發射機的音頻信息的數字接收機模塊。
12.如權利要求10所述的裝置，其中所述多個數字接收機模塊交替地發射同步脈衝的序列。
13.如權利要求10所述的裝置，其中所述同步脈衝相隔大約1毫秒。
14.如權利要求10所述的裝置，其中所述同步脈衝限定時分多址幀。
15.一種裝置，包括多個便攜無線麥克風發射機單元，每個便攜無線麥克風發射機單元具有組標識符；多個數字接收機模塊，其交替發射無線同步脈衝並從被同步到所述同步脈衝的所述多個麥克風發射機單元接收音頻信息；接收機控制單元，其與所述接收機模塊的每個通信，根據預定的發射序列在所述多個數字接收機模塊中協調同步脈衝的發射；以及擴音系統，其通過所述接收機模塊從所述麥克風發射機單元中的至少一些接收所述音頻信息、放大所述音頻信息並將所放大的音頻信息專門地傳送到由源的組標識符識別的目的地。
16.如權利要求15所述的裝置，其中所述接收機控制單元基於通過所述數字接收機模塊檢測到的出錯率來從所述多個數字接收機模塊中選擇用於接收所述多個便攜無線發射機的各便攜無線發射機的音頻信息的數字接收機模塊。
17.如權利要求15所述的裝置，其中所述接收機控制單元基於通過所述數字接收機模塊檢測到的所述便攜無線發射機的出錯率來從所述多個數字接收機模塊中動態地選擇用於接收所述多個便攜無線發射機的各便攜無線發射機的音頻信息的數字接收機模塊。
18.如權利要求15所述的裝置，其中所述多個數字接收機模塊交替地發射同步脈衝的序列。
19.如權利要求15所述的裝置，其中所述同步脈衝相隔大約1毫秒。
20.如權利要求15所述的裝置，其中所述同步脈衝限定時分多址幀。
21.如權利要求1所述的裝置，其中所述多個數字接收機模塊還包括線纜補償延遲器， 該線纜補償延遲器用於基於將相應的數字接收機模塊連接到所述接收機控制單元的線纜長度來對所述同步脈衝的發射進行同步。
全文摘要
本發明涉及分布式接收無線麥克風系統。提供了一種裝置，其包括多個便攜無線發射機單元；多個數字接收機模塊，其交替發射無線同步脈衝以及從被同步到同步脈衝的多個發射機單元接收信息；接收機控制單元，其與每個接收機模塊通信，根據預定的發射序列在多個數字接收機模塊中協調同步脈衝的發射；以及一系統，其通過接收機模塊從麥克風發射機單元中的至少一些接收信息，並將該信息專門地發送到音頻信息的源附近的地理區域。
文檔編號H04B1/40GK102457298SQ201110281378
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月19日 優先權日2010年10月14日
發明者布雷恩·費爾, 羅伯特·T·格林三世 申請人:聲音技術美國公司