專利名稱：利用聲波傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及利用聲波傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在本說明書的語境中，短語“聲波”意味產(chǎn)生聲音的彈性波，此聲音根據(jù)其波長，可聽見或不可聽見，或者說，為這樣的彈性波，其在相關(guān)傳播介質(zhì)中的波長對應(yīng)于次聲或聲音頻率，甚至超聲頻率。
本技術(shù)領(lǐng)域中已有使用聲波傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。例如，美國專利4,242,745描述了一種配備了電聲傳感器的時(shí)鐘(timepiece)，該電聲傳感器用于接收通過調(diào)制由外部發(fā)射機(jī)裝置生成的聲載波(acoustic carrierwave)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
美國專利4,320,387描述了一種便攜裝置以及利用聲波進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法。此文獻(xiàn)特別提到了利用電聲傳感器通過超聲來傳輸數(shù)據(jù)。其特別提到了利用稱為頻移鍵控(FSK)的聲載波頻率調(diào)制技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)。
美國專利5,719,825和美國專利5,848,027都描述了一種用于記錄和處理用戶個(gè)人數(shù)據(jù)(例如，運(yùn)動(dòng)員的身體活動(dòng))的系統(tǒng)，其中特別包括能夠通過聲波進(jìn)行通信的電子時(shí)鐘和數(shù)據(jù)處理終端。更具體地，此時(shí)鐘配備了電聲傳感器(壓電元件)，用于向所述數(shù)據(jù)處理終端傳輸所述用戶個(gè)人數(shù)據(jù)，此終端本身配備了麥克風(fēng)，用于接收由所述時(shí)鐘生成的聲波。
文獻(xiàn)EP 1 075 098，就本申請而言，描述了一種聲信號轉(zhuǎn)換器電路以及用聲波在兩個(gè)時(shí)鐘或者在數(shù)據(jù)處理終端與時(shí)鐘之間交換數(shù)據(jù)的雙向通信方法。
最后，文獻(xiàn)WO 2001/10064，也就本申請而言，描述了一種用于在便攜單元和通信終端之間進(jìn)行聲通信的系統(tǒng)。
以上所述的最后兩個(gè)文獻(xiàn)特別提到了利用數(shù)據(jù)處理終端已有的音頻裝置(揚(yáng)聲器和聲卡)借助聲波向便攜單元傳輸所需數(shù)據(jù)。此種解決方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于無需為所述數(shù)據(jù)處理終端提供任何專門用于傳輸和/或接收數(shù)據(jù)的裝置。
迄今所構(gòu)想的利用聲學(xué)方法傳輸數(shù)據(jù)的典型解決方案，特別是從數(shù)據(jù)處理終端向便攜單元傳輸數(shù)據(jù)的典型方案，是以確定的頻率生成聲載波并調(diào)制此聲載波，使其成為待傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)。聲載波作為所述數(shù)據(jù)的函數(shù)的調(diào)制可以是，例如，利用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的調(diào)制技術(shù)對聲載波進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)頻或者調(diào)相。
然而，可以注意到，成品的數(shù)據(jù)處理終端通常配置的揚(yáng)聲器是低成本裝置，因此，其具有非常不規(guī)律的頻響特性。對現(xiàn)有的成品揚(yáng)聲器樣本所進(jìn)行的測量表明作為頻率函數(shù)的信號的幅度的變化程度很大(常常大于±10dB)。實(shí)際上，多數(shù)通常與個(gè)人計(jì)算機(jī)配置使用的揚(yáng)聲器系統(tǒng)并未考慮再現(xiàn)高保真聲音，它們的響應(yīng)曲線也因此非常不規(guī)則。所述不規(guī)則的響應(yīng)曲線本質(zhì)上應(yīng)歸因于所述揚(yáng)聲器的聲阻抗隨頻率快速變化的事實(shí)，且在其固有頻率上具有非常顯著的極值，導(dǎo)致了系統(tǒng)響應(yīng)曲線中的波峰和波谷。同樣可以注意到，如果揚(yáng)聲器和便攜單元之間的距離很短，幅度失真問題將更加嚴(yán)重。
因此，使用已有揚(yáng)聲器系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，不管使用何種調(diào)制技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，由于聲載波的頻率可能與揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)中的波峰或波谷相重合，用聲波不能保證高度可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
因此，必須找到這樣的解決方案以增加所述使用聲波的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸可靠性。本發(fā)明的目的就在于提出一種這樣的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提出了一種方法，其具有權(quán)利要求1中陳述的特點(diǎn)，用于利用聲波在發(fā)射機(jī)裝置和接收機(jī)裝置之間傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還包括具有權(quán)利要求9中所陳述的特點(diǎn)的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述傳輸方法，利用聲波傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例形成了附屬權(quán)利要求的客體。
因此，根據(jù)本發(fā)明，聲載波的頻率在確定的時(shí)間段內(nèi)是變化的，以掃過分別裝載在所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)裝置上的第一和第二電聲傳感器的共有頻帶中的確定頻率范圍。這可以保證所傳輸?shù)穆曒d波的頻率在任何時(shí)候都不與所述第一和第二電聲傳感器的頻響特性的波峰和波谷相重合。
數(shù)據(jù)通過適當(dāng)?shù)穆曒d波調(diào)制(特別是調(diào)幅)得到傳輸，并輔助以聲載波調(diào)頻，其基本目的是加寬所述發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)裝置帶寬內(nèi)的聲信號的發(fā)射頻譜。以這種方式變化所述聲載波的頻率保證了所傳輸信號的頻率在任何時(shí)候都不與所使用的聲音系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的波峰和波谷相重合。因此，顯然，根據(jù)本發(fā)明，聲載波的兩種調(diào)制方式互相疊加，一種用來傳輸數(shù)據(jù)，而另一種，在這種涉及聲載波頻率的調(diào)制和變化的情況下，用來確保足夠的聲載波頻譜差異。
在一種已被證明特別有效的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，由發(fā)射機(jī)裝置的聲學(xué)傳感器生成的聲載波的頻率通過使用了一種或多種調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)改變。已發(fā)現(xiàn)，利用這種解決方法，可以獲得非常高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
在所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的一種實(shí)施例中，還以存儲在表中的樣本序列的形式存儲聲載波。這大大簡化了所述被調(diào)制的聲載波的生成，因?yàn)閰⒖妓霰聿⒒谠摯鎯Φ臉颖拘蛄芯妥阋陨稍撀曒d波。從而，無需為所述傳輸系統(tǒng)提供專用的電子裝置。實(shí)際上，提供所謂“即插即用”的簡單數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序就足以在數(shù)據(jù)處理終端上實(shí)施本發(fā)明。
一般而言，很明顯，有兩種可以用來生成所述聲載波的方法直接生成，依照該方法，通過在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)執(zhí)行的數(shù)學(xué)函數(shù)來生成所述聲載波，或者間接生成，依照該方法，一種預(yù)定義的“波表”被存儲并可以在重置(resituating)所述聲載波時(shí)被讀取。
可以注意到，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)施此發(fā)明無需改變接收機(jī)單元，其工作方式在各方面都與先前的情況類似。從而，本發(fā)明的實(shí)施非常簡單、便宜。


通過閱讀以下對本發(fā)明實(shí)施例的具體說明，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)勢將更加清晰明顯，該說明僅以非限制性例子的方式給出，并結(jié)合附圖進(jìn)行闡釋，其中-圖1是系統(tǒng)示圖，該系統(tǒng)利用聲波在數(shù)據(jù)處理終端和便攜單元，例如手表，之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；-圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施模式生成的聲載波的時(shí)域圖，在此模式中，聲載波的頻率在確定的頻率范圍內(nèi)以基本線性的方式變化；-圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施模式生成的聲載波的時(shí)域圖，在此模式中，通過使用了兩個(gè)調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)來改變所述聲載波的頻率；-圖4是根據(jù)圖3的實(shí)施模式連續(xù)發(fā)送聲載波所得到的頻譜的示圖；-圖5是通過對根據(jù)圖3的實(shí)施模式調(diào)頻后的聲載波進(jìn)行調(diào)幅來對確定的比特序列進(jìn)行傳輸?shù)氖緢D；以及-圖6是界定在發(fā)送一個(gè)比特的時(shí)間內(nèi)的圖3聲載波的樣本序列的示圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是系統(tǒng)示圖，該系統(tǒng)利用聲波在作為整體分別用參考數(shù)字1和2標(biāo)識的數(shù)據(jù)處理終端和便攜單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。例如，便攜單元1可以方便地選取能夠佩戴在用戶手腕上的手表的形式。
數(shù)據(jù)處理終端2可以是成品的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)，其包括用于發(fā)射傳達(dá)信息的聲信號的裝置。在圖1描述的示例中，這些裝置通常為配置在個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)部的聲卡24，一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器26以及麥克風(fēng)28的形式。
應(yīng)當(dāng)記住圖1所示系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，無需更改數(shù)據(jù)處理終端的結(jié)構(gòu)或?yàn)槠湓黾訉Ｓ糜谒褂玫臒o線鏈路的類型的傳輸組件。為實(shí)施本發(fā)明，將程序裝載入計(jì)算機(jī)，令其可以調(diào)制所述聲信號，以使得此信號能夠在后面由便攜單元1正確解碼就足夠了。
如果數(shù)據(jù)處理終端2通過它的揚(yáng)聲器26發(fā)送用于傳達(dá)信息的聲信號，此信號立刻由便攜單元1的接收機(jī)裝置獲取。這些接收機(jī)裝置采用雙向電聲傳感器18的形式，其同時(shí)充當(dāng)麥克風(fēng)(聲接收機(jī))和揚(yáng)聲器(聲發(fā)射機(jī))的作用。在接收模式中，此電聲傳感器18將輸入的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后再由便攜單元1的轉(zhuǎn)換器裝置將該電信號轉(zhuǎn)換為將由該單元的處理裝置處理的數(shù)據(jù)，以由此提取由所述聲信號攜帶的有用信息。在圖1的例子中，便攜單元1的轉(zhuǎn)換裝置包括放大器10，其用于放大由電聲傳感器18產(chǎn)生的電信號，解調(diào)電路(解調(diào)器)12，其與所述信號放大器連接并用于解調(diào)所接收的信號并將解調(diào)后的信號傳到組成所述便攜單元處理裝置的微控制器14的輸入端。由所述聲信號攜帶的信息由數(shù)據(jù)處理終端2發(fā)送，解調(diào)器12解調(diào)，并由微控制器14處理，可以存儲于便攜單元1的存儲器16中和/或在例如液晶顯示器的顯示裝置15中顯示。電池11，其可以是充電電池，向便攜單元1供電。
在利用所述便攜單元通過聲學(xué)方法發(fā)送數(shù)據(jù)的語境中，該單元還配備了轉(zhuǎn)換和發(fā)送裝置以將由該便攜單元的處理裝置提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為調(diào)制后的聲信號，并發(fā)送此信號。如圖1所示，這些轉(zhuǎn)換裝置包括調(diào)制電路(調(diào)制器)13，其經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路17驅(qū)動(dòng)發(fā)射機(jī)裝置，即電聲傳感器18。便攜單元1的處理裝置，也就是微控制器14，用于控制調(diào)制電路13，令其成為待發(fā)射的數(shù)據(jù)的函數(shù)，此數(shù)據(jù)通常存儲于便攜單元1的存儲器16中。
還可以注意到，圖1中的微控制器14通常包括編碼和解碼部分(分別對應(yīng)調(diào)制器13的上行數(shù)據(jù)流和解調(diào)器12的下行數(shù)據(jù)流)。并且，調(diào)制器13和/或解調(diào)器12在實(shí)際中可以構(gòu)成微控制器14的功能的組成部分。
所述電聲傳感器的具體結(jié)構(gòu)和所述相關(guān)聯(lián)的處理和轉(zhuǎn)換裝置在此處不進(jìn)行具體描述。可參見，例如在背景技術(shù)中引用過在此作為參考的文獻(xiàn)EP1 075 098和WO 2001/10064。這些文獻(xiàn)特別提到了將通常用來生成警報(bào)的聲音生成電路改為能夠?qū)⒄{(diào)制后的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，并且反之亦可行的雙向轉(zhuǎn)換電路。
需要注意的是，圖1中所示的通信系統(tǒng)用于在所述數(shù)據(jù)處理終端和所述便攜單元之間提供雙向通信，揚(yáng)聲器26用于從個(gè)人計(jì)算機(jī)2向便攜單元1傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)麥克風(fēng)28用于接收由便攜單元1發(fā)送的數(shù)據(jù)。本說明書的余下部分將更具體地說明從數(shù)據(jù)處理終端2向便攜單元1傳送數(shù)據(jù)。
在背景技術(shù)中提到，現(xiàn)有技術(shù)方案的一個(gè)缺點(diǎn)在于用于傳輸數(shù)據(jù)的聲載波的頻率可能與所述揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)的波峰和波谷相重合。不管用來對信息編碼的調(diào)制方式如何，此問題都將出現(xiàn)。在調(diào)幅的情況下，信息通過改變聲載波的幅度進(jìn)行編碼，此聲載波以確定頻率傳輸，從而可能與所述揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)中的不規(guī)則相重合。調(diào)相的情況相同，通過改變所述信號的相位對信息進(jìn)行編碼。最后，在調(diào)頻的情況下，通過改變所述聲載波的頻率對信息進(jìn)行編碼，調(diào)制后的聲載波的頻率至少部分地與揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)中的不規(guī)則相重合，部分?jǐn)?shù)據(jù)可能因此丟失。
根據(jù)本發(fā)明，做出的選擇仍然是通過改變在所述揚(yáng)聲器的電聲傳感器和所述便攜單元的電聲傳感器的共有頻帶中的確定頻率范圍內(nèi)的載波頻率來引入高頻譜差異。通過對本身已經(jīng)被調(diào)頻的聲載波再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制來發(fā)送待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。對于傳輸所述數(shù)據(jù)所用的調(diào)制方式的選擇決定于在這兩種調(diào)制(用于傳輸所述數(shù)據(jù)的調(diào)制和用于確保所述聲載波的足夠的頻譜差異的調(diào)頻)之間必須不存在或僅存在微小干擾的條件。
最簡單的解決方法是除了對此聲載波進(jìn)行調(diào)頻之外，還對此聲載波進(jìn)行調(diào)幅來發(fā)送數(shù)據(jù)。這種情況下，可以注意到，仍然需要選擇調(diào)頻參數(shù)來保證，第一，就像已提及的，聲載波有足夠的頻譜差異，第二，聲信號的包絡(luò)盡可能的不受影響。
調(diào)幅的替代方法也可以是調(diào)頻?？梢宰⒁獾?，在這種情況下，由于用來傳輸數(shù)據(jù)的調(diào)頻疊加在用來在有用帶寬內(nèi)展開頻譜的調(diào)頻上，使得解碼所述信息變得更加復(fù)雜。這種情況下，I/Q解調(diào)器(具有相位正交信號)可區(qū)別所述載波的相位或頻率。
在本說明書余下部分，為了簡單起見，假設(shè)數(shù)據(jù)通過調(diào)幅聲載波傳輸。更確切地說，基本原理為，當(dāng)所述比特值等于第一邏輯電平(例如，“1”)時(shí)，所述聲載波在所述比特發(fā)送時(shí)間內(nèi)具有確定的非零幅度電平，而當(dāng)所述比特值等于第二邏輯電平(例如，“0”)時(shí)，其具有零幅度電平。例如，可參考圖5，其給出了利用上述技術(shù)發(fā)送比特序列的示圖。
注意到此處具有明確的幅度調(diào)制模式，也可以設(shè)想出其它很完美的調(diào)幅模式，例如，在這樣的調(diào)制模式中，以兩個(gè)半周期信號序列的形式傳輸比特“1”，所述兩個(gè)半周期信號為，聲載波的幅度首先開始非零，然后為零，相反，以兩個(gè)半周期信號序列的形式傳輸比特“0”，此處的兩個(gè)半周期信號為，聲載波的幅度首先為零，然后為非零(這一般被稱為曼徹斯特調(diào)制或編碼)。
在確定的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所述聲信號的高頻譜差異的解決方法包括，在有用帶寬，即，所述揚(yáng)聲器的電聲傳感器和所述便攜單元的電聲傳感器的共有帶寬內(nèi)，改變所述聲載波的頻率。單純通過說明性、非限制性的例子，可以確定，所述系統(tǒng)的有用帶寬對應(yīng)于從約2700Hz到約4000-4500Hz的頻率范圍(即約1.5k Hz的帶寬)，此帶寬基本上由所述便攜單元中使用的電聲傳感器的特性以及此便攜單元的結(jié)構(gòu)確定。
所設(shè)想的第一種方案基于以基本線性的方式在有用頻帶內(nèi)改變所述頻率。在這種情況下，聲載波可表述為以下解析形式CARRIER(t)＝sin(2π·(f0+Δf·(t/Tbit))·t+alpha)(1)其中，f0為掃頻時(shí)的初始頻率，Δf對應(yīng)于待掃描頻帶寬度的一半，Tbit為比特發(fā)送時(shí)間，而alpha為用于保證所述聲載波從一個(gè)比特到另一個(gè)比特的連續(xù)性的適當(dāng)相移(適當(dāng)?shù)那闆r下，可忽略此相移)。相移alpha可用如下形式表述alpha＝(2π·(f0+Δf)·Tbit)·(N-1)(2)其中，N對應(yīng)于相關(guān)的第N個(gè)比特。
圖2示出了遵照以上等式(1)的聲載波。此圖中，選擇任意比特的發(fā)送時(shí)間約為7.8ms(確切地說，1/128＝7.8125ms)，參數(shù)f0和Δf的取值分別為3000Hz和1000Hz。需要注意的是，此圖中，信號的相位alpha也被從一個(gè)比特調(diào)整到下一個(gè)比特。
依照以上原理對所產(chǎn)生聲載波的譜分析表明產(chǎn)生所述聲載波的頻率范圍基本上從所選擇的頻率f0擴(kuò)展了等于2×Δf的帶寬。在上述數(shù)值例中，f0和Δf的值分別為3000Hz和1000Hz，所生成的聲載波的頻譜基本上位于從3000Hz到5000Hz的頻帶內(nèi)。
所述以線性方式在確定的頻率范圍內(nèi)改變所述聲載波頻率的方案的替代方案可以是，通過利用了一種或多種調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)來改變所述聲載波的頻率。在使用兩種調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)頻的情況下，所述聲載波可表示為如下的解析形式CARRIER(t)＝sin(2π·f0·t+Δ1/f1sin(2π·f1·t)+Δ2/f2sin(2π·f2·t)) (3)其中，f0為所述聲載波的中心頻率，f1和Δ1分別為第一調(diào)制信號的頻率和最大偏移量，f2和Δ2分別為第二調(diào)制信號的頻率和最大偏移量。如前所述參照等式(1)，盡管此參數(shù)不是必須的，仍然可以設(shè)想如上定義的聲載波包括相移，其被選擇以確保該聲載波從一個(gè)比特到另一個(gè)比特的連續(xù)性。
圖3示出了符合上述等式(3)的聲載波。此圖中，比特發(fā)送時(shí)間Tbit同樣約等于7.8ms，此例中的參數(shù)f0，f1，Δ1，f2和Δ2的取值分別為3331Hz，1000Hz，200Hz，600Hz和120Hz。注意到參數(shù)f0，f1，Δ1，f2和Δ2由某些約束條件決定。因此，中心頻率f0被定義為所述系統(tǒng)有用帶寬的函數(shù)并基本處于此有用帶寬的中間。調(diào)制參數(shù)f1，Δ1，f2和Δ2被選擇作為比特發(fā)送時(shí)間Tbit和所述系統(tǒng)有用帶寬的函數(shù)，這是保證所述聲載波在該有用帶寬內(nèi)的足夠頻譜差異的基本條件。
所選的參數(shù)f0，f1，f2，Δ1和Δ2改變所述聲載波頻譜的帶寬以及該聲載波頻率尖峰的數(shù)目和位置。圖4通過說明性的實(shí)例示出了當(dāng)重復(fù)周期為7.8ms時(shí)，連續(xù)重復(fù)圖3中的聲載波得到的頻譜。特別注意在中心頻率3331Hz處的頻率尖峰和在2331Hz，2731Hz，3931Hz和4331Hz處的附加峰，以及強(qiáng)度較低的其它頻率尖峰。
定性地看，可發(fā)現(xiàn)上述第二種方案能夠得到更好的結(jié)果，此方案中，所述聲載波由一個(gè)或多個(gè)調(diào)制信號調(diào)制。注意到，由于數(shù)據(jù)通過所述聲載波的調(diào)幅傳輸，對所采用的聲載波的頻率調(diào)制必須使得對給定的幅度調(diào)制電平而言，此聲載波的包絡(luò)基本保持不變(即基本上不受影響)，以使得對數(shù)據(jù)傳輸不產(chǎn)生太多干擾或者根本不產(chǎn)生干擾。
當(dāng)在配備了一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器的數(shù)據(jù)處理終端上實(shí)施本發(fā)明時(shí)，以預(yù)先確定的樣本序列的形式存儲所述聲載波將更有優(yōu)勢(尤其對限制所述數(shù)據(jù)處理終端的計(jì)算負(fù)荷而言)。特別地，必須存儲代表在一個(gè)比特時(shí)間段上的聲載波的樣本序列，例如，以存儲于所述數(shù)據(jù)處理終端的表格的形式。要生成所述聲波，則只需查詢所存儲的表格以生成對應(yīng)于比特發(fā)送時(shí)間的聲載波部分，并為每個(gè)待傳輸?shù)谋忍刂貜?fù)此操作即可。所述聲載波然后被調(diào)制為待傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)。在特殊情況下，當(dāng)數(shù)據(jù)通過依據(jù)前述關(guān)于圖5的原理的幅度調(diào)制來進(jìn)行傳輸時(shí)，準(zhǔn)確地說，很明顯地，只有當(dāng)需要傳輸比特“1”時(shí)，才產(chǎn)生所述聲載波，而當(dāng)傳輸比特“0”時(shí)，所述聲載波具有零幅度。
所幸的是，44.1kHz的采樣頻率經(jīng)常被用于在個(gè)人計(jì)算機(jī)上對音頻信號進(jìn)行采樣。例如，對于比特發(fā)送時(shí)間Tbit約為7.8ms，所述聲載波可以被表示為344個(gè)連續(xù)樣本的序列。圖6代表在一個(gè)比特發(fā)送時(shí)間上以44.1kHz對圖3聲載波的采樣。
通常而言，很明顯，對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，無需脫離附帶權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的范圍，可以對此處敘述的實(shí)施例進(jìn)行各種顯而易見的改變和/或改進(jìn)。特別地，本發(fā)明不限于前述的兩種實(shí)現(xiàn)模式，即不限于以基本線性的方式或采用多個(gè)調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)來改變所述聲載波的頻率。只要能保證聲載波在所要求的帶寬內(nèi)的足夠的頻譜差異，可采用任何其它合適的調(diào)制形式來改變此聲載波的頻率。
最后，本發(fā)明不限于在包括至少數(shù)據(jù)處理終端和便攜單元的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)所提出的方法。所提出的傳輸方法可用于通過聲波傳輸數(shù)據(jù)的任何系統(tǒng)，且系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)裝置的電聲傳感器具有不規(guī)則的頻率響應(yīng)。類似地，相同的原理可用于防止所述聲載波的頻率與接收機(jī)(例如，數(shù)據(jù)處理終端的麥克風(fēng))中所使用的電聲傳感器的頻率響應(yīng)的不規(guī)則相重合。因此，所提出的傳輸方法可以在便攜單元中實(shí)現(xiàn)以提高從便攜單元到數(shù)據(jù)處理終端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 此外，圖1所示的便攜單元的結(jié)構(gòu)中使用了雙向電聲傳感器。顯然，可以使用兩個(gè)電聲傳感器，分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。最后，本發(fā)明還可應(yīng)用于單向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種利用聲波在發(fā)射機(jī)裝置(2)和接收機(jī)裝置(1)之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，其中所述發(fā)射機(jī)裝置(2)具有用于以至少一個(gè)頻率傳輸聲載波的第一電聲傳感器(26)以及用于將所述聲載波調(diào)制為待傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)的部分，所述接收機(jī)裝置(1)具有用于接收所述經(jīng)過發(fā)射機(jī)裝置調(diào)制的聲載波的第二電聲傳感器(18)以及用于解調(diào)所述聲載波并從中提取所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的部分，并且所述第一和第二電聲傳感器(26，18)各自具有確定的帶寬和確定的頻率響應(yīng)特性，此方法的特征在于，所述聲載波的頻率在確定的時(shí)間段內(nèi)是變化的，以掃過位于所述第一和第二電聲傳感器(26，18)的共有帶寬內(nèi)的確定的頻率范圍，使得傳輸?shù)穆曒d波的頻率在任何時(shí)候都不與所述第一和所述第二電聲傳感器的頻響特性的波峰和波谷相重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)裝置的調(diào)制部分為調(diào)幅部分，并且，所述聲載波的頻率變化以使得此聲載波的包絡(luò)對于給定的幅度調(diào)制電平基本保持不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述聲載波的頻率在所述確定的頻率范圍內(nèi)以基本線性的方式變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2的方法，其特征在于，以使用了一個(gè)或者多個(gè)調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)來改變所述聲載波的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述聲載波的頻率通過使用了兩種調(diào)制信號的調(diào)頻技術(shù)改變，且具有由如下等式所定義的類型的形狀CARRIER(t)＝sin(2π·f0·t+Δ1/f1sin(2π·f1·t)+Δ2/f2sin(2π·f2·t)) (3)其中，CARRIER(t)為所述聲載波的時(shí)間函數(shù)表示，f0為所述聲載波的中心頻率，f1和Δ1分別為第一調(diào)制信號的頻率和最大偏移量，f2和Δ2分別為第二調(diào)制信號的頻率和最大偏移量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述聲載波為中心頻率在大約3000Hz到3500Hz并由所述調(diào)制信號調(diào)頻的聲波。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特點(diǎn)在于，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括通過在第一和第二確定的幅度電平之間對所述聲載波進(jìn)行幅度調(diào)制來傳輸?shù)谋忍匦蛄?，并且，對所述聲載波的調(diào)頻參數(shù)進(jìn)行選擇以使得所述調(diào)頻所得的聲載波的頻譜基本覆蓋了發(fā)射機(jī)裝置和接收機(jī)裝置的全部共有頻帶。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征在于，所述聲載波以存儲在表中的樣本序列的形式存儲在發(fā)射機(jī)裝置中。
9.用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)前述任何一個(gè)權(quán)利要求的傳輸方法的利用聲波傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其特征在于，包括-與至少一個(gè)聲發(fā)射機(jī)裝置(26)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)處理終端(2)，其中該聲發(fā)射機(jī)裝置(26)具有用于傳輸所述聲載波的第一電聲傳感器，并且-配備有聲接收機(jī)裝置(18)的至少一個(gè)便攜單元(1)，其中該聲接收機(jī)裝置(18)具有用于接收所述聲載波的第二電聲傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的用于傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其中所述聲載波以存儲在表中的樣本序列的形式存儲于所述數(shù)據(jù)處理終端(2)中，且其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理終端包括軟件部分，用于-查詢所述表，-基于所述樣本序列生成聲載波，以及-將該聲載波調(diào)制為待傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)。
全文摘要
一種利用聲波在發(fā)射機(jī)裝置和接收機(jī)裝置之間傳輸數(shù)據(jù)的方法，其中所述發(fā)射機(jī)裝置具有用于以一個(gè)或多個(gè)頻率傳輸聲載波的第一電聲傳感器以及用于將該聲載波調(diào)制為待傳輸數(shù)據(jù)的函數(shù)的部分，所述接收機(jī)具有用于接收由發(fā)射機(jī)裝置調(diào)制的聲載波的第二電聲傳感器以及用于解調(diào)該聲載波并從中提取所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的部分。所述第一和第二電聲傳感器各自具有確定的帶寬和確定的頻率響應(yīng)特性。所述聲載波的頻率在確定時(shí)間段內(nèi)是變化的，以掃過位于所述第一和第二電聲傳感器的共有帶寬內(nèi)的確定的頻率范圍，使得傳輸?shù)穆曒d波的頻率在任何時(shí)候都不與所述第一和第二電聲傳感器的頻響特性的波峰和波谷相重合。以及一種用于實(shí)現(xiàn)上述方法的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
文檔編號H04R17/00GK1663154SQ02829539
公開日2005年8月31日 申請日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者D·巴拉斯 申請人:Eta瑞士鐘表制造股份有限公司