利用超声波的数据传输

本发明涉及一种借助超声波并通过空气接口传输数据的方法和传 输系统，这些数据如数字化的语音数据等。另外，本发明还涉及一种 采用该超声波传输系统的免提电话。

本发明通常涉及诸如数字化语音数据的无绳传输领域。在此，本 发明的目的尤其是应用于所需的作用距离为几米的情况，就象譬如电 话上连有无绳听筒的情形一样。典型的空气接口长度譬如为1～2米。

从现有技术可得知各种在几米范围内实现这类无线传输的方式。 所有的已知技术都有自己的缺点。举例来说，已知有一种借助红外辐 射的传输。这种传输可以物廉价美地实现，但它有一个很大的缺点， 就是发射机和接收机之间必须一直存在可视通信，否则通信就会中 断。

另外也已知有通过无线(电磁波)的传输。该传输方式在实现时 的费用较高。而且各个国家的规定互不相同，这样，在世界范围内通 常不能使用统一的传输方法或统一的频带。此外，由于许多发射机工 作在同一频率上，所以干扰也越来越多。在所谓的ISM(工业、科学、 医学)频带内尤其如此。

DE 41 21 196 A1公开过一种送受话器，其中传声器和耳机被连 接在发射和接收装置上。在此，通过利用控制装置，该送受话器借助 超声波或红外传输同电话机相耦合。

US-A-5 412 620公开过一种设备，它通过CDMA技术在水下传输 系统中实现了对通往水面及陆地的反射的抑制。发射机和接收机的距 离为250～500米。传输速率为625比特/秒。

从原则上讲，还已知有其它一些借助超声波传输的传输可能性。 已知的超声波传输譬如应用在电视机的遥控上，其优点是可以价廉物 美地进行制造。其中，对于具有较高数据速率的传输(譬如数字化语 音所需要的)，现有技术的超声波传输是不能被采用的，因为在空间 产生的回波对数据传输的干扰很大(多径效应)。此外，还有许多诸 如开关电源部件的干扰源，它们产生有频率处在超声波范围内的干扰 信号，并由此可能干扰原来所希望的传输。

因此，本发明的任务在于，实现一种数据的无线传输方法，它一 方面能有效地实现，另一方面又能实现譬如在传输数字化语音时所需 要的传输速率。

本发明解决该问题的中心思想在于，传输时使用如下信号，该信 号通过代码扩展而形成宽带信号，而且通过相关可以遮蔽所产生的回 波。

同时，本发明也公开了一种借助超声波传输数据的方法，其中， 需传输的信息，譬如语音或类似的数据被数字化。然后，该数字化的 信息借助CDMA(码分多址)技术被扩展到一个较宽的频带上。对该扩 展信息进行D/A转换，然后将其转换为超声波。继而通过空气接口传 输该超声波信号。

尤其为了减小有效比特率，可以在数字化之前为诸如语音等需传 输的信息引入压缩编码。压缩编码可以把有效比特率譬如从64千比特 /秒减小到1～10千比特/秒。

接收到的超声波信号在接收侧被转变成电信号。然后对该信号进 行A/D转换，并根据CDMA技术进行解扩展。对此，同步地采用发射侧 在扩展时所使用的扩展码。

传输可以在一个200～400千赫兹的中心频率上进行，其中信息譬 如被扩展到±100千赫兹。

根据本发明，另外还给出了一种用于传输譬如数字化语音的超声 波传输系统。在此，由一种数字化装置对需传输的信息进行数字化。 CDMA扩展单元(CDMA调制器)按照CDMA技术对该数字化的、需传输 的信息进行扩展。D/A转换器在转换过该扩展信息之后将其送到超声 波转换器中，并由该超声波转换器把需传输的信息转变成超声波信 号。然后，该超声波信号通过空气接口进行传输。

本发明另外还给出了一种免提电话，它具有一个带有传声器及耳 机的头戴部分和一个基座部分。在此，为了在头戴部分和基座部分之 间传输数据，采用了上述类型的超声波传输系统。

下面借助实施例和附图来进一步说明本发明的优点、特征和性 能。图中：

图1示出了本发明的原理框图，

图2简略地示出了CDMA技术的基础，以及

图3示出了本发明在免提电话上的应用。

首先参考图2来详细讲述CDMA技术在本发明中的用途。

根据CDMA(码分多址)技术，所有用户可以同时使用共用的系统 带宽。但是，为了不造成冲突，单个信号都分别设有不同的、可实现 信号单值分配的扩展码。所述的单个信号被扩展，带宽由此增倍。

如图2所示，在发射机10的扩展单元2内，首先用扩展码把需传 输的数据Di(t)分布到一个较大的频谱范围上。在高频载体上调制之 后，该扩展信号便通过天线辐射到接收机11。接收机11从其天线上 获得该信号，并对其进行解调，然后采用与发射机10的扩展码同步 的扩展码实行解扩展9。

在此，接收机不但接收所希望的发射机的信号，而且也接收处于 相同频域内的其它发射机信号。但是，通过在接收机11内用相应扩 展码所进行的解扩展过程，只有具有与接收机相同和同步的扩展码的 信号才被再次解扩展(见图2)。因此可以有效地抑制干扰作用。

CDMA技术可以细分为直接序列(DS-)CDMA技术和跳频(FH-)CDMA 技术。在DS-CDMA中，数据序列直接与扩展序列相乘，然后再调制。 在FH-CDMA中，数据信号的扩展通过跳频来产生。在此，发射机10 的载频在时间上是根据扩展码进行变化的，也就是说，发射机和与之 同步的接收机是根据扩展码(扩展序列)来改变其载频的。

在本发明中，可以以同种方式使用直接序列(DS-)CDMA技术和 跳频(FH-)CDMA技术。

现参考图1的框图来详细阐述本发明。语音压缩编码器 (VOCODER)6譬如把语音信息从64千比特/秒压缩到1～10千比特/ 秒的范围。通过利用本发明，1～10千比特/秒的数据速率能够很好地 借助超声波通过空气接口5传输。然后按照CDMA技术，VOCODER 6的 数字信息12被2扩展到较大的带宽上。扩展单元2的输出信号通过 D/A转换器3被模拟化，然后借助超声波转换器4被转变成超声波信 号。于是，该超声波信号便通过空气接口5传输至接收机11。

原则上讲，超声波信号的传输可以从现有技术中很好地获得，所 以此处不作说明。

接收机11譬如借助超声波逆转换器7来接收该传输的超声波信 号。超声波逆转换器7的模拟输出信号在经过A/D转换8后被输入解 扩展单元9。正如图2所示，解扩展单元9内的解扩展利用一个与发 射机10同步的扩展码把信号解扩展到一个较小的带宽上。然后，解 扩展单元9的数字输出信号被输至解码器18。

图1所示的结构具有一个优点，即它可以成本合适地实现，而且 可以较好地集成。此处需指出的是，优选使用时的空气接口长度只限 于几米，譬如1-2米，所以传输不需要较高的功率。

优选地，空气接口5的长度为几米。传输的中心频率可以譬如为 200～400千赫兹，其中在该情形下，需传输的数据优选地被扩展到 ±100千赫兹。利用远远大于400千赫兹的超声波进行传输有一个缺 点，就是衰减严重，这样会缩短作用距离。此外还需注意的是，超声 波信号的衰减取决于频率。

图3示出了本发明的一种优选应用。正如已经实施过的一样，本 发明尤其适合于长度为几米的空气接口，譬如连在电话上的无绳听筒 就是这种情况。图3示出了本发明在所谓的免提电话上的应用。该免 提电话具有一个头戴部分12和一个基座部分11。头戴部分12又具有 头戴听筒14、传声器13和一个按照本发明的发射机10。基座部分15 可以譬如借助腰带或夹子而携带在胯股处。空气接口的长度约为1 米。基座部分15具有一个如图1所示类型的接收机11。此外，基座 15还譬如包括所有已知的、譬如GSM标准的无线电话的其余元件和天 线16。由此，固有的功率放大在基座15内实现，所以头戴部分12的 元件可以很小，而且也容易固定。而超声波传输被用来把无绳收听单 元(头戴部分)连接到原来的电话(基座部分)上。

因此，根据本发明，通常在超声波传输中存在的问题可通过如下 方法来解决，即传输时使用如下信号，该信号通过代码扩展而形成宽 带信号，而且通过相关可以遮蔽所产生的回波。于是，通过CDMA技术， 一方面抑制了多径传播(多径效应)的干扰，而且也抑制了来自其它 发射机的干扰。