專利名稱：接收數字音頻數據的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用具有至少兩個天線和至少一個可從一個天線轉換到另一個天線的接收信道的分集接收機來接收數字音頻數據的方法；本發明還包括具有至少兩個接收無線電信號的天線和至少一個接收信道的分集接收裝置，其中提供了轉換單元，利用該轉換單元可將接收信道從一個天線轉換到另一個天線，所述方法和裝置每一個都如權利要求1和6的前序部分所述的那樣。
背景技術：
本發明因而包括一種天線分集接收機，其可被用于，尤其專業地用于數字無線麥克風系統中。這樣的系統被用于旅行聲音(tour sound)、裝機聲音(installed sound)和廣播的區域中的舞臺麥克風，并且必須確保接收穩健性較高、等待時間非常有限、音頻質量較高且音頻傳輸盡量不受干擾。為了保證滿足這些要求的無線鏈路，在這樣的系統中通常使用兩個或更多的接收天線，并且使用誤差容限法(error tolerances method)對發送的音頻數據進行編碼。于是可將編碼設想成，使得各個比特誤差在前臺中是聽不見的，或者通過糾錯方法而使各個比特誤差不可聽見。在每種情況下，在這樣的系統中必需有可靠的比特誤差識別，該系統在每次傳輸時監視音頻質量。在接收機處的RF接收質量也被連續地確定，并且依據接收質量選出用于接收信道的最優選的天線。為了能夠連續地在每個時刻確定在當前的接收頻率上哪個天線的接收質量更優，需要對每個天線所接收的信號進行解調，這將需要每個天線和接收頻率具有單獨的接收單元。US5, 697，075A揭示了一種用于全球定位系統的分集設備，其具有兩個帶相應的信號路徑的天線。每個信號路徑的天線被直接耦接到由電壓源供電的低噪聲放大器(LNA)的輸入端。在信號路徑下游提供Pin 二極管(pin-diode)形式的可變信號電平衰減器，該信號路徑隨后被并入一條公共的數據線。在LNA電壓源到信號路徑的連接與可變信號電平衰減器之間連接有電容器。各個LNA的輸出信號被傳遞到連接到選擇器的耦接線，該選擇器根據各信號路徑的信號電平向Pin 二極管提供適當的電流，以便將具有低電平的信號路徑從公共數據線上斷開。在公共數據線內提供包括濾波器、基頻發生器、放大器和解調器的實際接收機部分，用于對從兩個天線中的一個傳遞來的信號進行解碼。這樣的系統的缺點包括接收系統分集部分具有高功率消耗。各個信號路徑的電路設計使其需要提供兩個電源，一個用于LNA 的固定電源和一個用于Pin 二極管的可變電源。所需要的電子部件數量和高功率消耗使得該分集接收機成為成本很高的產品。在其它現有技術中，用于專業無線系統的天線分集接收機中，取決于RF電平和/ 或實際天線信號強度的梯度，來自兩個天線的RF信號被直接切換(未經放大)。但是，這使得由于天線轉換的衰減引起的接收機的噪聲指數(noise figure)增加(尤其成為模擬發送系統中的問題)。在無線無線電傳輸中，所發送的低頻信號的質量必須保持成盡可能的好，這意味著信噪比(SNR)必須盡量高。這在可使用分集系統的情況下對于專業無線系統具有很大的好處。使用分集系統，在操作者移動期間由RF信號衰落影響(失落)引起的對所發送的音頻質量的負面影響可被降低或甚至避免。這就是為什么專業無線系統在其安裝的接收機內具有分集系統的原因。通常現有技術 中公知的有兩種分集系統首先，通常被表示為“真實分集”的系統從技術的觀點出發，最佳分集系統是“真實分集”，在其中實現了兩個相同的信號路徑，其中的每一個信號路徑具有完整的分集部分和完整的接收機部分。取決于RF電平(由解調器的接收機信號強度指示符(RSSI)指示)， 使用了具有較高RF電平的經解調的音頻信號，這種系統的缺點是-增加了材料的支出；-增加了所需部件的數量，以及所需部件的-功率消耗(這些缺陷與移動接收機的要求相矛盾，因為移動接收機應該盡量小并且其電池壽命應該盡量長。)第二，所謂的“天線分集”被公知為利用天線的兩個信號路徑被合并到具有一個 RF接收機的公共路徑。取決于改變的RSSI信號(或如果RF/RSSI電平落到限定的閾值以下)，在使用半導體轉換器(Pin 二極管)時將改變有效的天線。這種系統的優點明顯在于價格低，因為僅需要一個RF模塊。其缺點是不能避免所有失落(這高度獨立于對第二天線的估計RF電平狀況進行預測所用的算法)；普遍使用的PIN 二極管轉換器需要額外的電流消耗(對于移動接收機的電池壽命不利)并且這種PIN 二極管轉換器引起了額外的衰減，增加了接收機的噪聲指數(靈敏度和作用范圍降低)。各種分集系統的示例在以下現有技術的文件中給出US6，871，054B2揭示了一種對Pin 二極管偏置電壓進行控制的兩個天線的分集系統。通過增加施加到pin 二極管的反向偏壓，外加到二極管的RF信號被逐漸削弱。在pin 二極管之后，兩個信號路徑被合并成朝向接收機的公共線路。從 JP2 305 234、JP2001 326593、JP61 073 437 和 JPlO 163 941 的框圖可以獲知基于相同原理的類似系統。從JP8107306的圖中，在車輛玻璃中包括的分集天線圖是已知的，該系統使用pin 二極管作為轉換元件。類似的車輛天線在JP2 062 131的圖中說明，也使用了 pin 二極管作為轉換元件。DE2 318 260揭示了具有兩個天線和相應的信號路徑的分集系統，該信號路徑具有可控放大器，并且通過使用Pin 二極管被合并到公共線路。DE 3536826A1揭示了用于移動無線電裝置的分集天線，其具有兩個天線，以及能夠在這兩個天線的信號之間進行選擇的轉換器。US 7，116，952 B2揭示了具有將連接到天線的信號路徑的若干帶通濾波器的輸出信號合并起來的轉換器的分集系統。為每個轉換器都提供有LNA，因此使成本和能量消耗最大化。DE 601 11 765 T2揭示了具有多種傳輸模式的無線通信系統，以便接收來自期望的發送器的無線電信號，而將來自噪聲源的信號排除在外，因此使用了多個天線。然而，該文檔沒有包含任何關于天線電路的內容。DE 20 2006 007 918 Ul揭示了包括多個天線和一個加權器件的接收機系統，該加權器件對各個天線信號進行加權和合并，以便實現發送信號的優化性能。由于其部件的原因，這種系統非常復雜，其需要高容量的加權處理器以及大型代碼存儲器。W02008/074343揭示了在天線分集接收機中相應的天線之后連接著的信號電平衰減器的一種特殊類型的電源。US 2006/0067442A1揭示了具有兩個天線和一個接收信道的天線分集系統，其中接收信道可通過轉換器從一個天線轉換到其它天線。當達到涉及信號質量的規定標準或閾值時發生向另一個天線的轉換。根據信號強度(對RSSI電平的確定)和比特誤差率(BER) 的函數，分集判定單元判斷是否轉換到另一個天線更為有利。如果滿足了相應的轉換標準， 分集判定單元控制所述轉換器，經由所述轉換器，接收信道可被交替地連接到兩個天線中的一個上。在接收信道中經解調的信號在數字音頻傳輸過程中表現為被組織在周期傳輸幀中的數據流。傳輸幀，即所定義的數據流片段，則由前序、有用數據(載荷)和所謂的保護間隔組成。在前序中包括的信息用于將發送信號與接收機同步，有用數據包括實際音頻數據，以及數字無線電鏈路的控制和信息數據，并且還可能具有冗余，以在傳輸期間識別和校正比特錯誤。保護間隔，在其中沒有音頻信息被發送，用作空白間隔，以便能夠實時確定其它天線的臨時的接收強度而沒有音頻中斷。沒有該保護間隔，則不可能在天線分集系統中轉換到其它接收天線而在音頻流中沒有非期望或可聽見的中斷。即使使用糾錯法(前向糾錯)，也無法在如無線舞臺工程的對等待時間要求嚴格的無線應用中彌補這種缺陷。天線轉換處理、對其它天線上的接收場強的測量和轉換回原天線的過程，無法由比特糾錯法在不保持較短的音頻傳輸等待時間并將其保持在可容許的程度的情況下執行。而且，在傳輸質量很差，并且糾正傳輸信道中的比特錯誤已經成為系統糾錯的負擔并為天線轉換提供的時間凈空高度(head room)降低的情況下，這是不可能進行的。不進行額外的測量而向其它天線轉換，因此在音頻信號中成為干擾而變得能被察覺到，比如破裂音。DE 3 926 336 Al揭示了使用若干個天線輸入、使用分集處理器、還使用若干輸入以及使用沿線的電視接收機來移動接收電視信號的天線分集接收系統。在該分集處理器中包括時間門電路，其在橫向的空白時間期間由橫向同步脈沖打開，并將視頻信號轉換到信號質量評估電路上，在那里生成與該視頻信號的信號質量相對應的輸出信號，其被饋給控制電路，該控制電路經由天線合并器將新的天線信號或由天線信號推導出的線性合并供給電視接收機。這種接收系統在純模擬技術基礎上起作用。而另一方面，在數字轉換中出現的問題是完全不同的。EPO 521 123 B2揭示了一種天線分集接收系統，其中可經由天線分配器將若干天線與若干信道(視頻信號、右音頻信號、左音頻信號、UKW)連接起來。各信道可獨立于各天線上的其它信道被篩選。這再一次是用于避免接收干擾的對于模擬信號的專有的處理。在US 2007/0019764A1中或者在US 2007/0168819A1中，還揭示了一種天線分集接收機，其對象是一種數字的麥克風。現有技術的缺陷是由以下事實導致的，即在保護間隔的時間間隔和由其定義的天線轉換點中，其中可執行轉換而不中斷音頻，當前天線上的接收質量可能已經從在前的轉換點被強烈降低。這可能因為在通常為較差的接收狀況(例如在接收范圍的邊界處的發射機)出現，或者出現失落。因此，對于收聽者可出現非期望的或令人厭惡的噪聲或音頻信號的短暫但可記錄的中斷。這種缺陷不能消除，原則上，唯一可能的嘗試是盡量限制其影響。 可以通過將幀長度限制得盡量小并因此增加轉換點的頻率，一個權宜之計是使有用數據的通過速率最大化，然而，這違反了上面的原則。在數字的、專業的無線顫噪聲中，數據傳輸速率實際代表了最大的技術挑戰之一。用戶要求的音頻質量可能超過模擬系統，在這種情況下，規定允許的發送帶寬幾乎不會超過模擬系統的發送帶寬。傳輸信道因此遭遇到數字傳輸方法頻譜效率的限制，這迫使制造者將有用的數據速率設計得盡量高，而接收靈敏度不受劣化，即，使用相同的發送端到接收端范圍。本發明改進了現有技術，達到有用數據幀長度不必縮短以便保證音頻傳輸盡量不中斷，并且因此產生有用數據速率接近真實分集系統的最大有用數據速率的程度。因此對于專業的數字音頻無線系統，以上描述的已知的系統幾乎不適用。

發明內容
本發明將其本身的目標設定為克服現有技術中出現的問題，并提供一種分集接收單元，其中到另一個天線的轉換在音頻信號本身中是聽不見的，并且在轉換處理之前的傳輸誤差對于收聽者是不可記錄的。通過使用剛提及的方法可達到這些目標，因為當出現接收異常時，在接收信道中執行失落隱藏，在這種情況下失落隱藏使用在干擾之前和/或之后的音頻信號部分來合成隱藏信號，并且接收信道依據權利要求1和6的特征部分，根據失落隱藏是否被激活的函數被轉換到另一個天線上。轉換天線的新準則是對失落隱藏的激活，如果激活了失落隱藏，則取代所發送的原信號，將隱藏信號轉換到接收信道的輸出端。由于對隱藏信號的合成開始于未受干擾的音頻信號，其中在干擾之前的信號部分和在干擾之后的信號部分都可被合并，在對隱藏信號進行轉換的轉變和時間段中，該轉變和時間段不可記錄成干擾。干擾之后的信號部分也可使用的事實由于在整個系統中加入了額外的等待時間而成為可能。在隱藏信號被激活的這段時間內可執行到另一個天線的轉換，并且然后在該接收信道上釋放的原信號在另一個天線上具有足夠好的接收質量，而沒有中斷。糾錯和錯誤隱藏的差異在于，在錯誤隱藏過程中，發送前在發射機中源編碼期間不需要在原音頻信號中加入額外的冗余。因此有用數據的速率處于最大值。從對接收失落之前和之后的音頻素材統計相關性中獲得了恢復的音頻信號，正如以下進一步描述的。對天線轉換的隱藏過程中，原數據和隱藏數據的過度混合與反轉也是可以想象的。在本發明的變形中，在隱藏處理過程中發生到另一個天線的轉換，因此在某一時刻，被發送信號(有缺陷)在接收信道的輸出處不再出現，而是出現已經合成的隱藏信號。 這種轉換對于該輸出信號沒有影響，因為在轉換之后，人為產生的隱藏信號只是被從目前新天線來的信號替換。在尤其切實可行的變形中，數字數據流包括所謂的保護間隔。這些間隔中不發送音頻信號。轉換到其它天線是發生在保護間隔以內的，使得對于用戶來說干擾在這里也是不可聽到的。


以下參考附圖，進一步解釋了本發明。在附圖中圖1示出了依據本發明的分集接收單元的示意性框圖；圖2示出了依據本發明的方法的流程圖；圖3示出了包括用于兩個天線和四個接收信道的轉換矩陣的示意性框圖；圖如示出了失落隱藏的基本原理；圖4b示出了具有周期性保護間隔的數據流，在保護間隔中不發送音頻信息；圖 5 示出了依據出版物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，的失落隱藏的原理；圖6示出了依據本發明的傳輸鏈的示意性表達；圖7示出了本發明針對兩個信道系統的失落隱藏的詳細框圖；圖8示出了例如八個信道的多信道布置的框圖；圖9示出了整個本發明的流程圖，包括對頻譜濾波器的估計、對信道之間的時間延遲的確定，以及為了生成置換的信號而對所有信道的加權疊加，；以及圖10示出了依據本發明用于失落隱藏的裝置的布局，該裝置被集成到多信道布置的各個信道中。
具體實施例方式圖1示出了具有若干個天線100a至IOOe的分集接收裝置的框圖，這些天線經由轉換矩陣200連接到接收信道IlOa至IlOe。每個接收信道包括接收機前端300 (其用于前置放大、濾波和計量)、解調器400 (解調載波頻率)、信道解碼器600 (分配模擬信號形狀比特)和音頻解碼器700 (在此發生對音頻文件的解碼和/或解壓縮)。如果被發送的信號總是沒有干擾，這些部件將足以保證相應的接收質量。由于在實際中出現了干擾(接收數據丟失)，在許多情況下，這是由衰落(破壞性的多徑傳播、失落)造成的，必須采取措施使傳輸誤差最小化并且使得它們不可聽見。正如從圖1可見的，確定調制信號的信號強度(例如用RSSI水平衡量)。在比特差錯率(BER) 測量單元中根據比特差錯率檢查信道解碼器600發出的信號。也可由信道解碼器承擔該任務并經由BER供應信息。如果RSSI水平達不到預定閾值并且/或者比特差錯率超過預定閾值，則激活失落隱藏，并合成隱藏信號并將其放置到接收信道上。其被饋給音頻解碼器700， 此時在音頻解碼器700的輸出端，隱藏信號取代了發送信號。轉換矩陣200由轉換邏輯500控制。使用BER測量單元900的比特差錯率信息， 并可選地使用來自解調器400的信號水平(RSSI)，以便將最佳天線轉換到接收單元上。依據本發明，取決于隱藏(失落隱藏單元1000)是否被激活，執行到另一個天線的轉換。圖2示出了相應的流程圖。一旦失落隱藏被再次激活，轉換邏輯500再次開始搜尋最佳天線。使用這種方法，現在不再依靠要等待的保護間隔(圖4b)而僅在保護間隔中執行轉換。而是，在利用失落隱藏期間，在任意的時刻都可能作出反應并進行向更好的天線的轉變。如果在新選擇的天線上的比特差錯率從前具有良好的質量，則等待下一個保護間隔直到轉換邏輯500再次變得能起作用。由于在失落隱藏被激活時，即在音頻數據塊(載荷，圖4b)期間，可在天線之間執行轉換的事實，原則上不再必須將保護間隔引入數據流。因為這一點，在每個單位時間內可以發送更多的音頻數據。另一種變形可以提供的是，保護間隔存在，但是比現有技術中的保護間隔要短暫得多。如果在現有技術中需要具有保護間隔，信號在保護間隔期間從一個天線轉換到另一個天線，而且如果該天線具有更惡劣的接收，則可以再次轉換回去，通過本發明可以使得保護間隔非常短，以致于僅一次到另一個天線的轉換處理是足夠的[必需的]。 于是在失落隱藏工作期間可出現發生在之前或之后的轉換處理。例如，在失落隱藏激活期間可能發生到另一個天線的轉換，并在隨后的保護間隔內從該天線轉換回原天線。使用本發明，不僅可因此改善傳輸質量，而且可增加每個單位時間內發送的音頻數據。圖3示出了天線轉換矩陣的變形的框圖。這種天線轉換矩陣針對兩個天線布置， 但是也可擴展到三個或更多天線。總之，在每個天線上具有四個接收信道，這四個接收信道中的每個接收信道被功率分配器(power splitter)分成支路。每個天線的信號根據接收信道的數量被分割到信號路徑上。這里，最佳天線被轉換到相應的具有復用器(例如，在HF技術中常見的pin 二極管轉換器)的接收信道上。二極管對D11-D21 ；D12-D22 ；D13-D23 ；D14-DM中僅有一個二極管是總是起作用的。在通常的情況下對于N個天線和M個接收機，每個天線需要M-I個帶2個輸出端的功率分配器(采用約log 2 (M)串行布置)。并且M個HF復用器具有N個輸入端，即MXN個二極管轉換器。 這些轉換器由M個“N個中的一個”解碼器控制，其中Dlx、D2x、D3x，...，DMx個二極管中只有一個是起作用的。失落隱藏可按如下這樣發生在例如以下的出版物中描述了標準方法=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。該文件的內容在此被全部包含在本說明書中作為參考。在圖如和圖5中描繪的方法的基礎是對一段時期的估計，其中估計音頻信號的周期，而然后的音頻信號是過去的延續。為了這個目的，就在音頻信號失落(指圖如中的有效幀)前，從信號斷流器 (cutout)取得所謂的模板(template)，并在過去中尋找(周期估計)。在模板等價物之后的信號是從過去的信號復制的并被前向插入以掩蓋信號失落。可選地，例如通過以下公式將模板與以前比較
自相關
權利要求
1.一種使用分集接收單元接收數字音頻數據的方法，該分集接收單元具有至少兩個天線和至少一個接收信道，所述至少一個接收信道可被從一個天線轉換到另一個天線，該方法的特征在于，在所述接收信道中，當在接收的音頻信號中出現干擾時執行失落隱藏，其中所述失落隱藏使用在干擾之前和/或在干擾之后的未受干擾的音頻信號部分來合成隱藏信號，并且，根據失落隱藏是否被激活的函數，所述接收信道被轉換到另一個天線。
2.依據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述失落隱藏被激活并且在所述接收信道中存在所述隱藏信號的時間間隔處發生所述接收信道到另一個天線的轉換。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，數字數據流有時包含在音頻數據之間的保護間隔，在該保護間隔中不發送音頻數據，并且所述接收信道到另一個天線的轉換發生在所述隱藏之后的保護間隔中。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，到另一個天線的轉換發生在對所述音頻信號部分的傳輸過程中。
5.如權利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，數字數據流有時包含在音頻數據之間的保護間隔，在所述保護間隔中不發送音頻數據，到另一個天線的轉換發生在對所述音頻信號部分的傳輸過程中，并且在所述另一個天線上的接收比原天線上的接收更差的情況下，在隨后的保護間隔內發生回到所述原天線的轉換，然后在該保護間隔中還可發生轉換，并隨后在所述音頻信號部分期間立即轉換回來。
6.一種具有至少兩個接收無線電信號的天線以及至少一個接收信道的分集接收裝置， 其中提供有轉換單元，通過該轉換單元所述接收信道可被從一個天線轉換到另一個天線， 該分集接收裝置的特征在于，在所述接收信道中提供有隱藏單元以在所述接收信號中發生異常時合成隱藏信號，并且提供了所述隱藏單元與所述轉換單元的連接，使得在隱藏的情況下，執行到另一個天線的轉換。
7.如權利要求6所述的分集接收裝置，其特征在于，到另一個天線的轉換發生在隱藏是激活的時間間隔中。
8.如權利要求6或7所述的分集接收裝置，其特征在于，數字數據流間或在音頻數據之間包含保護間隔，在該保護間隔中不發送音頻數據，并且對所述接收信道到另一個天線的所述轉換發生在隱藏之后的保護間隔中。
9.如權利要求6至8中的任一項所述的分集接收裝置，其特征在于，提供有至少兩個接收信道，這兩個接收信道可彼此獨立地被轉換到每個天線。
全文摘要
本發明涉及利用具有至少兩個天線以及至少一個接收信道的分集接收單元來接收數字音頻數據的方法，接收信道可以從一個天線轉換到另一個天線。為降低接收信道中的可聽見的干擾，在所接收的音頻信號中出現干擾時執行失落隱藏，在這種情況下，失落隱藏使用在干擾前和/或干擾后的未干擾的音頻信號部分來合成隱藏信號，并且接收信道根據是否激活失落隱藏的函數被轉換到另一個天線上。
文檔編號H04B7/08GK102273094SQ200980154177
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年1月9日
發明者G.弗特納, 林登鮑爾 T. 申請人:Akg聲學有限公司