CN102845080B

CN102845080B - 无线声音传输系统和方法

Info

Publication number: CN102845080B
Application number: CN201080066132.4A
Authority: CN
Inventors: A·埃尔-霍伊迪
Original assignee: Phonak AG
Current assignee: Sonova Holding AG
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: EP2534853A1; CA2788389C; EP2534853B1; USRE47716E1; US20120310394A1; DK2534853T3; CA2788389A1; WO2011098140A1; CN102845080A; US9137613B2

Abstract

本发明涉及一种用于将声音提供给至少一个用户（13）的系统，包括：用于提供音频信号的至少一个音频信号源（17，20，25，110A，110B，110C）；传输单元（10），所述传输单元（10）包括用于应用数字调制方案的数字发射机（28），以便经由无线数字音频链路（12）从音频信号源传输作为数据分组的所述音频信号；至少一个接收机单元（14，14A，14B，14C），用于经由数字音频链路从传输单元接收音频信号，所述接收机单元（14，14A，14B，14C）包括至少一个数字接收机（61A，61B）；用于根据从所述接收机单元提供的音频信号刺激所述用户听觉的模块（42，64，82）；其中，所述传输单元（10）适于根据跳频序列在不同频率下在TDMA帧的分离时隙中传输每个数据分组，其中，在至少一些时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组传输，其中，在同一TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次，而无需预期来自接收机单元的确认消息，以及其中，构造所述TDMA帧以用于所述音频数据分组的单向广播传输，而无需对接收机单元单独寻址。

Description

无线声音传输系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将声音提供给至少一个用户的系统和方法，其中将来自音频信号源（诸如用于捕获讲话者语音的麦克风）的音频信号经由无线链路传输至接收机单元（诸如用于助听器的音频接收机），从接收机单元将音频信号提供给用于刺激用户听觉的模块，例如助听器扬声器。

背景技术

当前，在这样的系统中，无线音频链路通常是FM（调频）无线电链路。根据这种无线音频系统的典型应用，接收机单元连接到或集成到诸如助听器的听觉仪器中，传输的音频信号在由听觉仪器的输出变换器再现之前，将与由听觉仪器的麦克风捕获的音频信号混合。这种系统的好处在于听觉仪器的麦克风可以由产生音频信号的远程麦克风补充或取代，该音频信号无线地传输到FM接收机并从而传输到听觉仪器。具体而言，很多年以来，FM系统在教育环境中都是用于患有听觉丧失的儿童的标准设备。它们的优点在于，放在距讲话者口部几厘米的麦克风比放在几英尺外的麦克风接收到的语音电平高很多。由于至收听者放大系统的直接无线连接而导致语音电平的这种增加对应于信噪比（SNR）的增大。因为在处理具有较差的声学SNR的信号时，听觉受损的个体非常不利，收听者耳部中的信号电平及SNR的所获改善被认为是FM无线电系统的主要优点。

这种无线音频系统的典型应用是在学校，其中，教师使用无线麦克风，该无线麦克风经由传输单元将捕获的音频信号传输至由学生佩戴的接收机单元。由于接收机单元和相应的助听器通常由学生拥有，所以接收机单元在班级内可以是不同类型的。

无线音频系统的另一种典型应用是将传输单元设计为辅助收听装置的情况。在这种情况下，传输单元可以包括用于尤其是从接近用户的讲话者捕获环境声的无线麦克风，和/或至诸如移动电话的外部音频装置的网关；在这里传输单元通常仅用于将无线音频信号提供至由用户佩戴的接收机单元。

例如，在EP1863320A1和WO2008/138365A1中描述了特别适于学校应用的模拟无线FM系统的示例。根据这些系统，无线链路不仅用于传输由无线麦克风捕获的音频信号，而且此外还用于将从分析传输单元中的音频信号获得的控制数据传输至一个或多个接收机单元，这样的控制数据用于接收机单元中，例如以根据占优的环境噪声和讲话者当前是否讲话的问题调节施加到所接收的音频信号的增益。

在接收机单元是助听器一部分或连接到助听器的应用中，通常使用200MHz频带中的模拟FM技术进行传输。在近来的系统中，通过采用针对音频信号传输的数字调制技术来取代模拟FM传输技术。这种数字系统的示例可从瑞典30105Halmstad的ComfortAudioAB公司的名称为“Digisystem”来获得，例如参见http://www.comfortaudio.com/int/page.asp? PageNumber=41。

在WO2008/074350A1中描述了尤其适于学校应用的模拟无线FM系统的具体示例，其中该系统由多个包括麦克风的传输单元和多个模拟FM接收机单元构成，且其中仅有一个传输单元具有模拟音频信号发射机，而每个传输单元都设置有数字收发器，以便实现用于能够在传输单元之间通信的辅助数字链路。该辅助数字链路还用于将由不具有模拟发射机的传输单元捕获的音频信号传输至具有模拟发射机的传输单元，从具有模拟发射机的传输单元将音频信号经由模拟FM链路传输至接收机单元。

US2002/0183087A1涉及用于使用两个并联天线/收发器的移动电话的蓝牙链路，其中将每个数据分组发送一次，且其中对于分组序列，通常对于接下来的8个分组，根据作为频率的函数的在前信道质量测量选择天线中的特定一个。对于序列的每个分组，根据待传输的分组的相应频率选择天线之一，其中通过跳频序列确定频率。US2006/0148433A1涉及移动电话与移动网络基站之间的无线链路，其中并行使用两个接收机，用于在覆盖差的情况下实现分集。CA2286522C涉及分集无线电接收方法，其中，将由两个接收机并行接收的两个数据分组进行比较，并且如果它们彼此不同，选择更可靠的一个用以进一步处理。由S.Kaul，K.Ramachandran，P.Shankar，S.Oh，M.Gruteser，I.Seskar，T.Nadeem在4^thAnnualIEEECommunicationsSocietyConferenceonSensor，MeshandAdHocCommunicationsandNetworks，2007年，SECON'07，第112-121页的“EffectofAntennaPlacementandDiversityonVehicularNetworkCommunications”中描述了分组级分集（packetleveldiversity）方法，其中，在使用房顶且车内安装的全向天线的车辆至车辆链路和操作在5GHz频带的IEEE802.11a无线电中，利用使用多个天线和无线电的分组级选择分集方案，以不仅提高衰落信道中的性能而且提高视线条件中的性能。E.Vergetis等人在MobiCom'06的“Packet-LevelDiversity-FromTheorytoPractice：An802.1-basedExperimentalInvestigation”（还参见http://repository.upenn.edu/esepapers/194）中使用了类似方法，其中，将分组级分集方案应用至膝上型计算机与接入点之间的无线数据链路。

由S.Shellhammer的演示文稿在IEEEP802.15无线个人区域网的工作组的“SCORT-AnAlterrativetotheBluetoothSCOLinkforVoiceOperationinAnInterferenceEnvironment”文献，IEEE802.15-01/145rl，2001年3月（参见http:∥grouper.ieee.org/izroups/802/15/pub/2001/MarO1/01145r1P802-15TG 2-SCORT.pdf和http://www.mathworks.com/company/iiewsletters/digest/sept 02/bluetoothpt2.thml#footnote），涉及为用于操作在干扰环境中的蓝牙SCO链路所提出的替代方案，其中，提出在用于语音传输的双向点到点链路（即，全双工链路）中使用重复传输同一音频分组，而不涉及由接收装置的接收确认。

US2007/0009124A1涉及用于双耳助听器与诸如移动电话的其它装置使用慢跳频进行通信的无线网络，其中，在TDMA帧的分离时隙中传输每个数据分组，每个时隙与不同的传输频率相关联，其中使用主装置的ID、时隙数以及帧数计算跳频序列。在每个帧的第一时隙中将链路管理包从主装置发送至从装置。可以以广播模式操作该系统。仅在与相应接收机相关联的时隙的传输期间打开每个接收机。该系统具有两个用于同步的采集模式，该两个用于同步的采集模式具有两个不同的握手协议。在初始采集期间的每个帧中传输八个LMP消息，并且一旦建立网络，在每个帧中传输一个LMP消息。对于初始采集以及采集到建立的网络中两者都需要握手，即双向消息交换。在采集期间，仅使用数量减小的采集信道，将跳频方案应用至这些采集信道。该系统操作在2.4GHzISM频带中。从US2009/0245551A1了解了类似的系统。

US7532610B2涉及一种自适应跳频方案，其中，从由跳频算法使用的频率范围中经验性地排除劣质的频率。

WO2008/135975A2涉及一种通信网络，其中，接收机唤醒以收听数据分组的前文，并且如果未接收到合法的前文，则再次休眠。

US2006/0067550A1涉及包括至少三个助听器的助听器系统，使用蓝牙标准在该至少三个助听器之间建立无线通信网络，其中，使用助听器之一以用于从另一个助听器接收信号，放大信号并将其转发到第三助听器。

US2007/0086601A1涉及包括具有麦克风的传输单元的系统，该具有麦克风的传输单元用于经由无线数字链路将讲话者的语音传输至多个助听器，该无线数字链路可以是单向或双向的，并可用于将音频数据和控制数据两者传输至助听器。

US7529565B2涉及包括用于与外部装置进行通信的收发器的助听器，其中，使用包括传输协议、链路协议、扩展协议、数据协议以及音频协议的无线通信协议。该传输协议适于控制收发器的操作，以在单个信道上提供半双工通信，而该链路协议适于实施分组传输过程，以解决信道上的帧碰撞。

US7606291B2涉及使用跳频的双向按键通话无线电装置。

EP1560383A2涉及一种蓝牙系统，其中处于停车模式或监听模式（sniffmode）中的从装置定期唤醒，以收听来自主装置的传输并重新同步其时钟偏移。

发明内容

本发明的目的是提供一种声音传输系统，该声音传输系统采用数字音频链路，具有较低的功率要求并特别适用于多个接收机单元。本发明的目的还提供一种对应的声音传输方法。

根据本发明，这些目的分别由权利要求1中限定的声音传输系统和由权利要求27中限定的声音传输方法来实现。

本发明有利之处在于，通过使用链路协议，其中在同一帧中将同一音频分组传输至少两次，并且其中，构造帧以用于音频数据分组的单向广播传输，而无需对接收机单元单独寻址（即，帧不包括接收机地址），并且无需预期来自接收机的任何确认消息，接收机侧的功耗保持很低，并且可以在相同的网络中与所述传输单元一起使用大量的接收机单元。

优选地，同一音频分组在后续时隙中传输至少两次。优选地，接收机单元使用每个数据分组的第一验证的，即正确接收的副本/版本，来作为将提供给刺激模块的信号，而不使用数据分组的其它副本的音频数据。通常，在每个帧的第一时隙中，将传输包含用于跳频同步的信息的信标分组。

为了进一步减小功耗，每个接收机至少在预期没有数据分组时的期间休眠，并在不同于在前音频分组的音频分组的预期到达之前的给定保护时间唤醒。如果未接收到起始帧定界符或如果不能验证在前音频分组，接收机在重复在前音频分组的预期到达之前的给定保护时段唤醒。如果已接收到起始帧定界符，在传输音频分组的预期结束后的给定超时时段之后接收机再次休眠；如果未接收到起始帧定界符，在传输音频分组的起始帧定界符的预期结束后的给定超时时段之后接收机再次休眠；由此可以在失去分组的情况下实现进一步功耗减小。优选地，起始帧定界符是根据网络主装置的4字节唯一ID构建的5字节代码。该5字节代码称为网络地址，对于每个网络而言是唯一的。

为了实现进一步的功耗减少，每个接收机可以仅在特定帧的信标分组的预期到达之前的给定保护时段唤醒，而在其它帧的信标分组的预期传输期间休眠。具体而言，接收机可以仅针对所具有的序列号满足关于相应接收机单元的地址的给定条件的帧的信标分组而唤醒，使得传输单元可以通过将消息包括在具有适当序列号的帧的信标分组中，来将消息发送至该特定接收机单元。此外，每个接收机可以针对所具有的序列号满足特定全局条件的帧（例如，每第十个帧）的信标分组而唤醒，以便使所有接收机周期性地收听相同的信标分组。

在从属权利要求中限定了本发明另外优选的实施例。

附图说明

在下文中，将参考附图说明本发明的示例，其中：

图1是可以用于根据本发明的系统的音频部件的示意图；

图2是根据本发明的系统的第一示例使用的示意图；

图3是根据本发明的系统的第二示例使用的示意图；

图4是根据本发明的系统的第三示例使用的示意图；

图5是根据本发明的系统的第四示例使用的示意图；

图6是根据本发明的系统的示例的示意框图；

图7是图6的系统的传输单元中音频信号路径的更详细示例；

图8是图6的系统的接收机单元的示例的更详细框图；

图9是使用在根据本发明的系统中的数字音频链路的信号的TDMA帧结构的示例；

图10是使用在根据本发明的系统中的处于连接状态的数字音频链路的协议的示例的示图；

图11是使用在辅助收听应用的示例中的数字音频链路协议示例的示图，该辅助收听应用具有根据本发明的系统的几个伴随麦克风；

图12是使用在辅助收听应用的示例中的数字音频链路协议示例的示图，该辅助收听应用具有根据本发明的系统的几个接收机；

图13是根据本发明的系统中的接收机单元如何收听经由数字音频链路传输的信号的示例的示图；

图14是使用在根据本发明的系统中的跳频方案的示例的示图；

图15是在数字链路同步期间根据本发明的系统中通信的示图；

图16是根据本发明的系统中天线分集的示图；以及

图17是使用在根据本发明的系统中的分组级分集方案的示例的另一示图。

具体实施方式

本发明涉及用于将听觉辅助提供给至少一个用户的系统，其中，通过使用包括数字发射机的传输单元，将音频信号从音频信号源经由无线数字音频链路传输至至少一个接收机单元，将音频信号从该至少一个接收机单元提供给用于刺激用户听觉的模块，典型地为扬声器。

如图1中所示，传输侧使用的装置可以例如是：听众房间中的讲话者使用的无线麦克风；具有集成的或电缆连接的麦克风的音频发射机，该麦克风由教室中的教师为听觉受损的小学生/学生所使用；音响报警系统，例如门铃、火警或婴儿监视器；音频或视频播放机；电视装置；电话装置；至诸如移动电话、音乐播放器等音频源的网关。传输装置包括身体佩戴的装置以及固定装置。接收机侧的装置包括头戴耳机、各种助听器、耳件（例如工作室应用中的或用于隐蔽的通信系统的提示装置）、以及扬声器系统。接收机装置可以用于听觉受损的人或听觉正常的人。接收机侧还可以使用网关，该网关将经由数字链路接收的音频信号中继到包括刺激模块的另一装置。

该系统可以包括传输侧的多个装置和接收机侧的多个装置，通常用于以主从拓扑结构实现网络架构。

传输单元通常包括或连接到用于捕获音频信号的麦克风，该麦克风通常由用户佩戴，用户的语音经由无线音频链路传输至接收机单元。

接收机单元通常经由音频底座（shoe）连接到助听器或集成于助听器内。

通常，除了音频信号之外，还在传输单元和接收机单元之间双向传输控制数据。这样的控制数据可以包括，例如，音量控制或关于接收机单元或连接到接收机单元的装置的状况（例如，电池状态和参数设定）的查询。

在图2中，示意性地示出了典型的使用情况，其中，教室中的教师11使用包括麦克风17的身体佩戴的传输单元10，用以经由数字链路12将对应于教师语音的音频信号传输至多个接收机单元14，该多个接收机单元14集成于或连接到由听觉受损的小学生/学生13佩戴的助听器16。数字链路12还用于在传输单元10与接收机单元14之间交换控制数据。典型地，以广播模式使用传输单元10，即，将同一信号发送至所有的接收机单元14。

图3中示出了另一典型的使用情况，其中，由佩戴连接到或集成于助听器16内的接收机单元14的听觉受损人13使用具有集成麦克风的传输单元10，用以捕获向人13讲话的人11的语音。所捕获的音频信号经由数字链路12传输至接收机单元14。

图4中示出了图3的使用情况的修改，其中，将传输单元10用作中继，用于将从远程传输单元110接收的音频信号中继到听觉受损人13的接收机单元14。远程传输单元110由讲话者11佩戴并包括用于捕获讲话者11的语音的麦克风，从而充当伴随麦克风。

根据图2至图4所示实施例的变形，可以将接收机单元14设计为包括发射机的颈部佩戴装置，该发射机用于经由感应链路将所接收的音频信号传输至耳部佩戴的装置，例如助听器。

传输单元10、110可以包括音频输入端，该音频输入端用于连接到作为外部音频信号源的音频装置，例如移动电话、FM无线电装置、音乐播放器、电话或TV装置。

在图5中，示意性地示出了类似于图2所示的使用情况，教室中的教师11使用包括麦克风17的身体佩戴的传输单元10，用以经由数字音频链路12将对应于教师语音的音频信号传输至接收机单元14，接收机单元14用于将教师的语音再现给学生13。不过，与图2中的情况不同，接收机单元14未由各个学生13佩戴，而是连接到或集成于教室中布置的听众扬声器系统18。

在每种这样的使用情况中，传输单元10通常包括用于在传输之前处理由麦克风捕获的音频信号的音频信号处理单元（图2至图5中未示出）。

图6中示出了根据本发明的听觉辅助系统的示例的示意框图。该系统包括传输单元10和至少一个数字接收机单元14。

传输单元10包括用于捕获讲话者语音的麦克风装置17，该麦克风装置17可以集成在传输单元10的外壳内或者可以经由电缆连接至传输单元10。传输单元10还可以包括音频信号输入端19，该音频信号输入端19用于将外部音频信号源20（例如移动电话、FM无线电装置、音乐播放器、电话或TV装置）连接到传输单元10。

将由麦克风装置17捕获的音频信号和/或从外部音频信号源20任选接收的音频信号提供给数字信号处理器（DSP）22，该数字信号处理器（DSP）22由微控制器24控制并充当音频信号处理单元，该音频信号处理单元将例如增益模型应用至所捕获的音频信号。

此外，DSP22可以用于分析所捕获的音频信号并根据所捕获音频信号的分析结果产生控制数据（控制命令）。将处理的音频信号和控制数据/命令提供至数字发射机28，该数字发射机28同样由微控制器24控制。

数字发射机28经由天线36将所调制的信号传输至数字接收机单元14的天线装置38，从而建立数字链路12。为了在发射机侧实施分组级分集，通常在至少一个或几个波长的载波频率下，传输单元10可以包括与（第一）天线36间隔开的第二天线30。

在实践中，数字发射机28和数字接收机单元14两者均被设计为收发器，使得数字收发器28还可以接收从数字接收机单元14发送的控制数据和命令。

收发器28还可以用于经由无线数字音频链路27从外部音频源25（例如用作伴随麦克风的远程麦克风）接收音频信号，由收发器28将接收的音频信号提供给DSP22以进行重新发送。因此，在这种情况下，传输单元10用于将音频信号从外部音频源中继至接收机单元14（参见图4和图11的示例）。可替换地，传输单元10可以包括用于从外部音频源接收音频信号的分离的接收机（图6和7中未示出）；在这种情况下，链路27会独立于链路12，并从而也可以是模拟的。

微控制器24负责管理所有发射机部件，并且尤其是对于数字链路12可以实施无线通信协议。

数字接收机单元14包括或连接到扬声器42或用于刺激用户听觉的另一模块。典型地，接收机单元14是耳部佩戴装置，其集成到或连接到包括扬声器42的助听器。与音频信号并行传输的控制数据可以用于根据由DSP22从麦克风装置17捕获的音频信号检测到当前占优的听觉场景，来控制接收机单元14的操作。

在图7中，更详细地示出了传输单元10中的音频信号路径的示例。

传输单元10的麦克风装置17包括用于捕获音频信号的两个间隔开的麦克风17A和17B，该音频信号被提供给声波束形成（acousticbeam-former）单元44，该声波束形成单元44产生提供给增益模型单元46的输出信号。声波束形成单元44的输出还提供给语音活动检测器（VAD）单元48，该语音活动检测器（VAD）单元48用于检测讲话者当前是否讲话，并产生对应的状况输出信号。麦克风17A、17B中的至少一个的输出还提供给环境噪声估计单元50，该环境噪声估计单元50用于估计环境噪声水平并产生对应的输出信号。单元48和50的输出信号以及来自增益模型46所处理的音频信号被提供给单元56，该单元56用于产生提供给数字收发器28的包括音频信号和控制数据的对应的数字信号。经由音频输入19和/或收发器28任选接收的外部音频信号可以被提供给增益模型46。

可以由DSP22在功能上实现单元44、46、48、50以及56（参见图7中围绕这些单元的虚线）。

如已针对图6所提出的，传输单元10可以包括与第一天线36间隔开的第二天线30。如将针对图9和图10更详细说明的那样，这样的双天线布置可用于经由第一天线36传输特定的音频数据分组，并且随后经由第二天线30传输同一音频数据分组的重复副本。

图8中示出了数字接收机单元14的更详细示例，根据该示例，天线装置38可以包括两个分离的天线38A、38B，其中，第一天线38A连接到包括解调器58A和缓冲器59A的第一数字接收机61A，而第二天线38B连接到包括解调器58B和缓冲器59B的第二数字接收机61B。如下文将针对图16和图17更详细说明的那样，可以利用两个并行接收机，以将分组级分集方案应用至经由数字链路12接收的信号。

经由数字链路12传输的信号由天线38A、38B接收并在数字无线电接收机61A、61B中被解调。经由缓冲器59A、59B将解调信号提供给充当处理单元的DSP74，该DSP74将信号分离成音频信号和控制数据，并且被提供用于根据由控制数据提供的信息进行音频信号的高级处理，例如均衡。所处理的音频信号在数模转换之后，将被提供给可变增益放大器62，该可变增益放大器62用于通过施加增益来放大音频信号，该增益受经由数字链路12接收的控制数据来控制。将放大的音频信号提供给助听器64。可替换地，可以通过使用PWM调制器接替D/A转换器和功率放大器的作用，在数字域中实现可变增益放大器。接收机单元14还包括用于DSP74的存储器76。

并非将可变增益放大器62放大的音频信号提供给助听器64的音频输入端，接收机单元14可以包括功率放大器78，该功率放大器78可以由手动音量控制80来控制，并将功率放大的音频信号提供给扬声器82，该扬声器82可以是集成于接收机单元14内或连接至接收机单元14的耳部佩戴元件。也可以通过将对应的控制命令传输至接收机单元14，从传输单元10远程地进行音量控制。

可替换地，并非是耳部佩戴部件，接收机单元14可以位于房间中某处，以便将音频信号提供给安装在同一房间中的扬声器82，由此可以实现用于听众的语音增强系统（如图8中的虚线所示）。

接收机的另一种替代实施方式可以是具有发射机84的颈部佩戴装置，该发射机84用于经由磁感应链路86（模拟或数字）将所接收的信号传输至助听器64（如图8中的点线所示）。

通常，微控制器24的作用也可以由DSP22来接替。而且，信号传输可限于纯音频信号，而不增加控制和命令数据。

将参考图9至图13来论述数字链路12的协议的细节。数字链路12的典型载波频率为865MHz、915MHz以及2.45GHz，其中，优选为2.45GHz频带。数字调制方案的示例是PSK/FSK、ASK、或组合的振幅和相位调制，例如QPSK及其变化（例如GFSK）。

用于对音频数据编码的优选编解码器是ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）。

此外，可以在接收机单元中使用分组丢失隐藏（PLC）。PLC是用于减轻通信系统中丢失音频分组影响的技术，其中典型地，使用先前解码的样本，以使用诸如波形外推、基音同步周期重复以及自适应静噪的技术重构失去的信号。

优选地，以TDMA（时分多址）帧的形式进行数据传输，该TDMA帧包括多个（例如10个）时隙，其中，在每个时隙中都可以传输一个数据分组。在图9中，示出了一个示例，其中TDMA帧的长度为4ms，并被分成10个400μs的时隙，每个数据分组长度为160μs。

如下文将要参考图14和图15所说明地，优选地，使用慢跳频方案，其中发射机单元10和接收机单元14根据以相同方式由给定算法计算的跳频序列在不同频率下传输每个时隙，其中频率序列是取决于当前TDMA帧的号码（序列号）、定义跳频序列（跳频序列ID）的恒奇数和先前帧的最后时隙的频率的伪随机序列。

将每个TDMA帧的第一时隙（图9中的时隙0）分配给信标分组的周期传输，该信标分组包含为TDMA帧编号的序列号和用于网络同步所必需的其它数据，例如与音频流相关的信息（例如编码格式的描述、音频内容的描述、增益参数、周围的噪声水平等）、与多个会话者网络操作相关的信息、以及任选地，对于全部或特定一个接收机单元的控制数据。

可以将第二时隙（图9中的时隙1）分配给从网络的从装置（通常为接收机单元）接收响应数据，由此从装置能够通过信标分组对来自主装置的请求做出响应。分配至少一些其它时隙，以传输音频数据分组，其中，通常在后续的时隙中，将每个音频数据分组至少重复一次。在图9和图10中所示的示例中，将时隙3、4和5用于单个音频数据分组的三倍传输。主装置无法预期来自从装置（接收机单元）的任何确认，即，在任何情况下都重复音频数据分组，不论接收机单元是否正确接收到第一个音频数据分组（在图9和图10的示例中，在时隙3中传输该第一个音频数据分组）。而且，接收机单元不是通过发送装置ID来单独寻址，即，将同一信号发送至所有接收机单元（广播模式）。

并非将不同的时隙分配给信标分组和从装置的响应，可以在同一时隙，例如时隙0上，复用信标分组和响应数据。

音频数据可以在被传输之前在传输单元10中压缩。

如果传输单元10包括两个天线30、36，可以通过经由天线30、36的不同一个交替传输相同音频数据分组的每一个副本，在发射机侧实现关于音频数据分组的分组级分集。例如，可以经由天线36传输音频数据分组的第一副本（在图9和图10的示例中，在时隙#3中传输该第一副本），然而可以经由天线30传输第二副本（在时隙#4中），而可以再次经由天线36传输第三副本（在时隙#5）中。例如，如果在天线36的位置，对于接收机单元14的天线发生多路径衰落，则在天线30的位置将不太可能同样发生多路径衰落，因此至少一个副本将在无衰落的情况被发送/接收。

在图11中，示出了更复杂的时隙分配方案的示例，其中，如在图9和10的示例中那样，将时隙0分配给来自主装置的信标分组，并将时隙1分配给响应的数据分组。然而，在图11的示例中，每个音频数据分组仅重复一次，并将传输单元10用作充当伴随麦克风的三个远程传输单元110A、110B及110C与两个接收机单元14A、14B之间的中继/网关。时隙2和3、时隙4和5以及时隙6和7分别用于从第一外部传输单元110A、第二外部传输单元110B以及第三外部传输单元110C向中继/网关传输单元10传输音频数据，并且分配时隙8和9，以将音频数据分组从中继/网关传输单元10传输至接收机单元14A、14B。将时隙0中的信标分组从充当主装置的单元10发送至所有从装置，即单元110A、110B、110C、14A和14B。也可以在同一时隙0上（例如，偶数编号的TDMA帧用于信标分组，奇数编号的TDMA帧用于响应分组）对信标分组和响应分组进行时分复用。

通常，在同步状态中，每个从装置仅收听特定的信标分组（需要信标分组主要用于同步），即，对于相应的从装置的序列号和ID地址能够满足特定条件的那些信标分组，由此能够节省功率。在主装置希望将消息发送至从装置的特定一个时，将该消息放入一帧的信标分组中，该帧的序列号对于相应的从装置满足信标收听条件。在图12中示出了这种情况，其中，第一接收机单元14A仅收听传输单元10在帧号1、5等中发送的信标分组，第二接收机单元14B仅收听传输单元10在帧号2、6等中发送的信标分组，以及第三接收机单元14C仅收听传输单元10在帧号3、7等中发送的信标分组。

周期性地，所有从装置都在同一时间收听信标分组，例如，每第十个信标分组（图12中未示出）。

每个音频数据分组包括起始帧定界符（SFD）、音频数据和帧校验序列，例如CRC（循环冗余校验）位。优选地，起始帧定界符是根据网络主装置的4字节唯一ID构建的5字节代码。该5字节代码称为网络地址，对于每个网络而言是唯一的。

为了节省功率，以占空循环模式操作接收机单元14中的接收机61A、61B，其中，每个接收机在音频分组的预期到达之前不久唤醒。如果接收机能够（通过使用在数据分组末尾的CRC）进行验证，则接收机会进入休眠，直到新的音频数据分组的预期到达之前不久（在重复相同的音频数据分组期间，接收机休眠），在图9和图10的示例中，该新的音频数据分组为下一帧中的第一个音频数据分组。如果接收机通过使用CRC确定未正确接收音频数据分组，接收机切换到跳频序列中的下一频率，并等待重复的相同音频数据分组（在图9和图10的示例中，如图10所示，接收机然后会收听时隙4，其中，在第三帧中，时隙3中的分组传输失败）。

为了进一步减小接收机的功耗，如果接收机根据失去的SFD确定分组失去或已经丢失，则接收机在SFD的预期结束之后不久进入休眠。随后，在下一音频数据分组的预期到达（即，失去分组的副本/重复）之前不久，接收机将再次唤醒。

图13中示出了接收机占空循环操作的示例，其中，每个数据分组的持续时间为160μs，并且其中，保护时间（即，接收机唤醒的时间早于音频分组的预期到达时间）为20μs，而超时时段（即，在分别传输SFD和CRC的预期结束之后接收机等待的周期）同样为20μs。从图13可以看出，通过在SFD传输已经超时之后（没有接收到SFD的时候）使接收机休眠，可以将功耗减小到在CRC传输超时之后使接收机休眠时的值的大约一半。

如上所述，使用伪随机跳频方案进行数据传输。如图14所示，为了计算跳频序列，使用一种算法，该算法以用于在前帧的最后时隙的频率f_p、跳频序列ID（HSID）和当前帧的序列号s作为输入参数。该算法使用线性同余发生器（LCG），该线性同余发生器（LCG）基于上述的三个输入参数输出针对该帧每个时隙的频率。下面给出了基于这三个参数HSID、s以及f_p计算f_i,i∈{0;9}的示例：

常数初始化

c=HSID

m＝2¹⁶

r=s

基于f_p计算f₀

r＝mod(17·r+c,m)

\hat{r} = (19 \cdot r) / 2^{16}

f_{0} = \mod (f_{p} + 11 + \hat{r}, 40)

f₁,f₂，....，f₉的计算

针对每一f_i,i∈{0;9}

r=mod(17·r+c,m)

\hat{r} = (19 \cdot r) / 2^{16}

f_{i} = \mod (f_{i - 1} + 11 + \hat{r}, 40)

在该帧的第一时隙中的信标分组中将计算当前帧的跳频序列所必需的信息从主装置传输至从装置。跳频序列ID并不包括在信标分组中，而是在配对阶段中传输到从装置并存储在每个从装置中。一旦与主装置同步，从装置将自动递增序列号，以计算待接收下一帧的信标分组的频率。

将跳频序列ID选择为1和65535之间的奇数。该数由网络主装置（中继单元15）随机选择，并在配对期间传输到网络从装置（传输单元10和接收机单元14）。将该奇数用作LCG的附加项。通过随机选择跳频序列ID，提供了跳频序列可能对于当前网络而言是唯一的，使得与例如同一建筑物内可能存在的另一网络的跳频序列仅具有很低的互相关性。在两个网络选择相同的跳频序列ID并彼此干扰的不太可能发生的事件中，网络之一中的新配对过程可能导致不同的跳频序列ID。在跳频序列算法中使用在前帧的最后时隙的频率确保了两个后续时隙之间，即在前帧的最后时隙和当前帧的第一时隙之间，始终为最小距离。

优选地，跳频方案是自适应跳频方案，其中，针对所使用的频率进行分组差错率测量，并且其中，主装置可以基于这样的测量决定，应当将可用频率的子集称为“坏频率”，并不再使用。如果随后频率计算算法选择坏频率之一，则从除先前时隙中使用的好频率之外的所有“好频率”构成的一组频率中伪随机地选择一个频率来代替。从该组潜在替换频率中清除先前时隙中使用的频率提供了以下优点：避免了在相继时隙中两次使用相同频率。

图15示出了如何可以实现主装置（例如，传输单元10）与从装置（例如，接收机单元14之一）之间的同步。

在同步期间，从从装置到主装置不存在反馈的意义上讲，同步是被动的。通常，主装置（例如，传输单元10）并不区分从装置（例如，接收机单元14）的某个是仍处于正同步模式中还是已经处于同步模式中，使得主装置的传输操作始终相同，即，使用用于确定跳频序列的相同算法，并使用相同的协议，例如，第一时隙中的信标分组、一些其它时隙中的音频数据分组（只要音频信号产生在传输单元中/提供给传输单元；图15中未示出音频数据分组）。

于是，主装置定期传输信标分组，即，在每个TDMA帧的第一时隙（根据示例，每4ms发送一次信标分组）。根据用于在同步状态中传输音频分组的相同伪随机跳频序列算法，计算发送相应信标分组的频率。从跳频序列比频率信道的数量长得多/大得多的意思讲，跳频序列很长（例如，根据时间偏移，长度100的序列可能呈现出与长度100的另一序列的较差相关性)。从装置周期性地收听用于同步的第一信标分组，即，其以占空循环模式操作。收听时段长于信标分组的持续时间。在不同频率下进行每个收听时段；例如，第一收听时段可以在可用频带的最低频率(即，接收机在最低一个频率信道中收听)，并然后针对每个后续收听时段增加收听频率(从而系统地通过所有频率信道)。在每个收听时段之后，接收机回到休眠。将收听时段的周期性选择为接近信标分组传输周期性(即，帧长)，但并非恰好相等，以便在信标分组传输阶段和收听阶段之间具有偏差。由于该偏差，在特定的持续时间内，收听阶段周期性地与信标分组的传输同相。当在与当前用于收听的频率相同的频率下传输信标分组时，实现了同步，并且接收机切换到已同步的模式/状态，其中，它能够根据包括在所接收的信标分组(即，帧序列号)中的信息和来自配对阶段存储在接收机单元中的跳频序列ID，计算由传输单元当前使用的跳频序列。下文给出了这种同步方法更详细的说明。

在接收机处于同步阶段时，其在给定频率下在持续时间T_{ListenDuration}内以周期T_ListenPeriod周期性收听，并随后返回休眠。从频率号0开始针对每个收听阶段改变频率，并一直递增到例如频率39。在40个频率的任一个上，遵循伪随机频率选择来传输信标。

将周期T_ListenPeriod选择为接近信标传输周期T_BeaconPeriod，但并非恰好相等。差值ΔT＝|T_ListenPeriod-T_BeaconPeriod|造成信标分组传输阶段和收听阶段之间的偏差。由于这种偏差，在特定持续时间内，收听阶段周期性地与信标分组的传输同相。如果在与用于收听的频率相同的频率下传输信标分组，则实现了同步。图15中示出了这种机制。

作为同步延迟与同步功耗之间的折衷，基于信标分组时段T_BeaconPeriod和信标分组持续时间T_{BeaconDuration}选择参数T_ListenPeriod、T_{LjstenDuration}的值。

在T_ListenPeriod＝T_BeaconPeriod(1+θ)的情况下，ΔT＝θT_BeaconPeriod是针对信标分组每次传输的收听活动的相位偏移。

T_{LislenDuration}必须大于T_{BeaconDuration}，使得能够接收信标分组。需要额外的余量ΔT，使得在信标分组传输的持续时间内，收听窗口是打开的，假设与传输窗口相比，收听窗口有偏差。比ΔT更大的余量给出了在给定传输窗口中接收超过一个信标分组的机会。

两个同相时段之间的时间间隔将是：

T_{InPhasePeriod} = \frac{T_{BeaconPeriod} T_{ListenPeriod}}{ΔT} = \frac{T_{BeanconPeriod} T_{ListenPeriod}}{θ T_{BeaconPeriod}} = \frac{T_{ListenPeriod}}{θ} = T_{BeaconPeriod} \frac{1 + θ}{θ};

在传输和收听间隔处于同相时，将有足够的时间进行有限次数的传输试验，直到窗口再次不同相。可能的试验次数由下式给出：

其中表示朝向零舍入到最近的整数。

随后可以采用下式计算平均同步延迟：

{\overset{&OverBar;}{T}}_{Synchronization} = \frac{T_{InPhasePeriod} / N_{TrialsPhase}}{1 / N_{Channels}} .

在N_Channels=40，θ=0.01，T_BeaconPeriod=4ms，T_{ListenDuration}=600μs的情况下，具有在这种情况下占空比将是

η = \frac{T_{ListenDuration}}{T_{ListenPeriod}} = \frac{600}{4000} = 15 % .

如果传输单元具有两种无线电装置，即发射机/收发器，则可以获得进一步的细化。在这种情况下，可以使用两种无线电装置并行且在不同频率下或以交错方式，传输信标消息。这种方法将减少接收机侧需要的同步时间。

如图16中所示，通过使用两个间隔开的天线38A、38B，可以减轻由于沿具有不同长度（例如，直接信号和反射一次的信号）的不同信号路径多次反射使得在相同行进信号的几个副本之间的相消干涉而导致的多路径衰落，因为在不同位置干涉条件不同，即，如果在天线之一的位置发生相消干涉，在另一天线的位置可能不会发生相消干涉。换言之，如果两个天线充分间隔开，则在两个天线上衰落事件是无关联的。

本发明可以通过在接收机单元中应用分组级分集方案，来利用这种效应。在接收机58A已接收到数据分组时，该数据分组将通过使用CRC进行验证并将在缓冲器59A中进行缓冲。此外，将中断请求从接收机59A发送至处理单元74，以便指示分组已被接收到。另一个接收机58B相应地并行动作：当该另一个接收机58B接收到数据分组时，其验证数据分组并在缓冲器59B中缓冲该数据分组，并将中断请求发送至处理单元74。

在处理单元74接收到这样的中断请求时，该处理单元74从两个缓冲器59A和59B之一读取数据分组（通常存在处理单元74首先尝试从哪个缓冲器读取数据分组的默认设置），如果数据分组被正确获得，则刷新缓冲器59A、59B中的另一个（而非使用中断请求，可以在最后接收时隙的末尾校验相应的缓冲器59A、59B；即，可以经由轮询而非经由中断来操作接收机）。然而，如果不能从缓冲器中的默认一个读取数据分组（通常因为相应天线38A、38B在接收时间遭受严重的多路径衰落），则处理单元74将尝试从另一个缓冲器读取数据分组，并且如果成功读取数据分组，则刷新另一个缓冲器。

图17中示出了这种方法的示例，其中，假设来自传输单元10的数据分组“A”的第三次传输在分配给接收机58A的天线38A处失败，使得在这种情况下，处理单元74并非从接收机58A（在该示例中，是默认接收机）的缓冲器59A，而是从接收机58B的缓冲器59B读取数据分组。通常来说，这种分组级分集不仅应用到音频数据分组，而且应用到向其它数据分组，例如信标分组。

然而，应当注意，这样的分组级分集不适于耳部级接收机单元，因为由于耳部级接收机单元尺寸小，通常没有足够的空间用于上述分组级分集方案所需的两个天线需要的空间分离。

Claims

1.一种用于将声音提供给至少一个用户(13)的系统，包括：

用于提供音频信号的至少一个音频信号源(17，20，25，110A，110B，110C)；

传输单元(10)，所述传输单元(10)包括应用数字调制方案的数字发射机(28)，以便经由无线数字音频链路(12)从所述音频信号源传输作为数据分组的所述音频信号；

至少一个接收机单元(14，14A，14B，14C)，用于经由所述数字音频链路从所述传输单元接收音频信号，所述接收机单元(14，14A，14B，14C)包括至少一个数字接收机(61A，61B)；

用于根据从所述接收机单元提供的音频信号刺激所述用户的听觉的模块(42，64，82)；

其中，所述传输单元(10)适于根据跳频序列在不同频率下在TDMA帧的分离时隙中传输每个数据分组，其中，在至少一些所述时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组传输，其中，在同一TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次，而无需预期来自接收机单元的确认消息，以及其中，构造所述TDMA帧以用于所述音频数据分组的单向广播传输，而无需对所述接收机单元单独寻址，其中，每个音频数据分组包括起始帧定界符(SFD)、音频数据以及帧校验序列(CRC)，其中，所述接收机单元的每个数字接收机都适于通过使用所述帧校验序列来验证每个接收的数据分组，并使用每个数据分组的第一验证版本的音频数据作为提供给刺激模块的信号，而不使用其它版本的音频数据，并且其中，每个数字接收机均适于在已经验证的数据分组的重复传输期间休眠。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述同一音频分组在后续时隙中传输至少两次。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于至少在预期没有数据分组时的期间休眠。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于在不同于在前音频分组的音频分组的预期到达之前的给定保护时段唤醒。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于如果未接收到起始帧定界符或如果不能验证所述在前音频分组，则在重复所述在前音频分组的预期到达之前的给定保护时段唤醒。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于如果未接收到音频分组，则在传输所述音频分组的预期结束后的给定超时时段之后再次休眠。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于如果未接收到起始帧定界符，则在传输所述音频分组的所述起始帧定界符的预期结束后的给定超时时段之后再次休眠。

8.根据前述权利要求之一所述的系统，其中，在每个帧的第一时隙中，将传输包含用于跳频同步的信息的信标分组。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于在特定帧的所述信标分组的预期到达之前的给定保护时段唤醒，而在其它帧的所述信标分组的预期传输期间休眠。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)均适于在帧的信标分组的预期到达之前的给定保护时间唤醒，所述帧的序列号满足关于相应接收机单元(14，14A，14B，14C)的地址的给定条件。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述传输单元适于通过将消息包括在帧的所述信标分组中，将所述消息发送至所述接收机单元中的特定一个，所述帧的序列号满足关于所述相应接收机单元(14，14A，14B，14C)的所述地址的所述给定条件。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，每个接收机(61A，61B)适于在所具有的序列号满足特定全局条件的帧的所述信标分组的预期到达之前的给定保护时间唤醒，以便使所有接收机单元(14，14A，14B，14C)周期性收听所述同一信标分组。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述传输单元(10)适于在每一帧的第二时隙中从所述接收机单元(14，14A，14B，14C)接收由所述传输单元请求的控制数据分组。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，每一帧的所述第一时隙用于对由所述传输单元发送的信标分组和应所述传输单元请求从所述接收机单元(14，14A，14B，14C)接收的控制数据分组进行复用。

15.根据权利要求8所述的系统，其中，每个信标分组包括：与音频流相关的信息；与多个会话者网络操作相关的信息；和/或对于全部或特定一个所述接收机单元(14，14A，14B，14C)的控制数据。

16.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述传输单元(10)适于使用ADPCM对所述音频数据编码。

17.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述音频信号源是集成到所述传输单元(10)中或连接到所述传输单元(10)的用于捕获讲话者的语音的麦克风装置(17)。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述传输单元包括音频信号处理单元(22，44，46)，所述音频信号处理单元(22，44，46)用于在传输之前处理由所述麦克风装置(17)捕获的所述音频信号。

19.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述传输单元(10)适于在2.4GHzISM频带中的载波频率下建立所述数字音频链路(12)。

20.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述传输单元(10)用于连接到作为所述音频信号源的外部音频装置(20)。

21.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述传输单元(10)用于经由数字音频链路(27)连接到包括作为所述音频信号源的用于捕获讲话者的语音的麦克风的外部传输单元(110A，110B，110C)。

22.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，至少一个所述接收机单元(14，14A，14B，14C)连接到或集成于耳部佩戴装置，所述耳部佩戴装置包括所述刺激模块。

23.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，至少一个所述接收机单元是包括发射机(84)的颈部佩戴装置，所述发射机(84)用于经由感应链路将音频信号传输至耳部佩戴装置，所述耳部佩戴装置包括所述刺激模块。

24.根据前述权利要求1-7之一所述的系统，其中，所述至少一个接收机单元(14)连接到或集成于至少一个用作所述刺激模块的听众扬声器(82)。

25.根据权利要求23所述的系统，其中，每个接收机单元(14)包括至少两个数字接收机(61A，61B)，每个数字接收机连接到公共处理单元(74)和天线(38A，38B)，并包括解调器(58A，58B)和缓冲器(59A，59B)，其中，每个接收机用于接收、验证和缓冲每个所述音频数据分组，其中，所述接收机单元适于将来自至少一个所述接收机的中断请求发送至所述处理单元，以指示分组何时被接收，并且其中，所述处理单元适于从所述接收机之一的缓冲器读取音频数据分组，如果所述接收机已正确接收所述分组，则刷新其它所述接收机的所述缓冲器，而如果所述接收机未正确接收所述分组，则从另一个所述接收机的所述缓冲器读取所述音频数据分组。

26.根据权利要求15所述的系统，其中，所述与音频流相关的信息是编码格式的描述、音频内容的描述、增益参数、周围噪声水平。

27.根据权利要求20所述的系统，其中，所述外部音频装置(20)是FM无线电装置、音乐播放器、电话或TV装置。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述电话是移动电话。

29.根据权利要求22所述的系统，其中，所述耳部佩戴装置是助听器(16，64)。

30.根据权利要求23所述的系统，其中，所述耳部佩戴装置是助听器(64)。

31.一种用于将声音提供给至少一个用户(13)的方法，包括：

将来自至少一个音频信号源(17，20，25，110A，110B，110C)的音频信号提供给传输单元(10)，所述传输单元包括应用数字调制方案的数字发射机(28)；

经由数字无线音频链路(12)将音频信号从所述传输单元传输至至少一个接收机单元(14，14A，14B，14C)，所述接收机单元包括至少一个数字接收机(61A，61B)；

根据从所述接收机单元提供的音频信号刺激所述用户的听觉；

其中，根据跳频序列在不同频率下在TDMA帧的分离时隙中传输每个数据分组，其中，在至少一些所述时隙中，将所述音频信号作为音频数据分组传输，其中，在同一TDMA帧中将同一音频分组传输至少两次，而无需预期来自接收机单元的确认消息，以及其中，构造所述TDMA帧以用于所述音频数据分组的单向广播传输，而无需对所述接收机单元单独寻址，其中，每个音频数据分组包括起始帧定界符(SFD)、音频数据以及帧校验序列(CRC)，其中，所述接收机单元的每个数字接收机都适于通过使用所述帧校验序列来验证每个接收的数据分组，并使用每个数据分组的第一验证版本的音频数据作为提供给刺激模块的信号，而不使用其它版本的音频数据，并且其中，每个数字接收机均在已经验证的数据分组的重复传输期间休眠。