用于單無線電多設備通信的系統和方法與流程
相關專利申請的交叉引用
本專利申請要求2016年3月2日提交的名稱為“systemandmethodforsingleradiomulti-devicecommunication”(用于單無線電多設備通信的系統和方法)的美國臨時申請no.62/302377的權益和優先權，該臨時申請以引用方式并入本文以用于所有目的。
本公開整體涉及多設備無線通信。
背景技術：
隨著當今的技術市場正在快速地對多設備通信能力進行標準化，對于能夠以不同的傳輸模式在多個頻率下進行通信的設備的需求是常見且必需的，從而使典型的無線電鏈路度量諸如范圍、數據吞吐量、功耗、抗擾度等最大化，以平衡各種完全不同的使用情況：例如，與行業標準無線電(協議)的長距離通信，或在人體周圍的極短距離的專有通信，要求極低的功耗。為實現這一點，行業采用了位于設備內的多個無線電，用于以不同的頻率和傳輸模式進行通信。多個無線電的使用盡管對于較大設備來說是一種有效的解決方案，但在較小設備諸如可穿戴設備中可能很難實現，在較小設備中，多個無線電可能導致增加的復雜性、成本和消耗的設備空間。
附圖說明
圖1為示出了多設備通信的示意圖。
圖2為示出了一種利用具有一個無線電的可穿戴設備進行多設備通信的系統的示意圖。
圖3為一種針對具有一個無線電的可穿戴設備的多設備通信進行動態濾波器適配的方法的流程圖。
圖4為一種用于動態濾波器適配的方法的流程圖，該方法部分地基于利用具有一個無線電的可穿戴設備進行的多設備通信的傳輸模式。
圖5為可穿戴設備的示例性架構的電路。
圖6為示出了可用于實現本公開的實施方案的計算機系統的一個例子的示意圖。
具體實施方式
本公開的各方面涉及用于使用單個無線電與多個設備通信的系統、方法、設備等。在一個實施方案中，系統被配置為通過動態地適配該系統的物理層度量來使用單個無線電進行近場通信和遠場通信。當系統檢測到輸入信號時，分析該信號以確定源類型和操作帶寬。利用源類型和帶寬(傳輸模式)等信息，系統能夠動態地適配其參數(包括信道帶寬)，以對輸入信號進行正確的信號處理，而無需從屬的無線電。在某些可穿戴設備中，該單無線電系統允許所述設備與第一設備進行遠場通信且與另一設備進行近場通信，而無需在所述設備內包含兩個單獨的無線電。
在當今的互連世界中，多設備通信是很常見的。這樣，在設備中使用多個無線電通常是實現這些設備之間的通信所必需的。例如，圖1為示出了多設備通信的示意圖。具體地講，圖1示出了帶有可穿戴設備104的用戶102，該可穿戴設備與一個或多個其他設備106a至106d通信。設備106a至106d可包括但不限于智能電話、平板電腦、膝上型電腦、電視機、其他可穿戴設備等等。這些設備106a至106d和可穿戴設備104可使用無線電波或通過網絡彼此直接無線通信。設備106a至106d可使用
近場通信包括在短距離內于設備之間建立的通信。例如，近場磁感應(nfmi)是可用于身體周圍通信的短距離(約<1m)通信。nfmi系統可通過在通信設備之間耦合非傳播(通常低功率)的磁場來通信。或者，遠場通信包括在設備之間通過在較大范圍(約<10m)內的自由空間上傳輸能量而進行的通信。例如，
如以上所指出的那樣，通過不同的網絡互連的設備之間的通信通常可能需要以不同的頻率操作所述設備。例如，圖1提供了用于在300mhz至2.4ghz的范圍內通信的頻段名稱112。頻段名稱112示出了一些ghz子頻段和ghz頻段的帶寬、標準、功率電平等可如何大范圍地變化。例如，在800mhz頻段108處，存在至少8個不同的頻率分配。另外，頻率分配可以不同的帶寬存在(跨50khz至600khz區間)、從屬于etsi、fcc規范且屬于ism頻段。又如，2.4ghz頻段110為跨越約83.5mhz的頻譜，并且在國際上指定為ism頻段以便在世界范圍內使用。目前，2.4ghz頻段是廣為采用的頻段，其在國際上被用于工業、科學和醫療用途。ism頻段可免費使用，因此在業內被廣泛使用。例如，
由于存在不同的標準(
在一個實施方案中，引入了一種用于在多種技術之間適配而無需添加無線電的方法。例如，圖2為示出了其中可使用一個無線電進行多設備通信的系統的示意圖。具體地講，圖2示出了使用單個無線電與設備106a至106d通過一個或多個網絡210,212通信的可穿戴設備104。另外，可穿戴設備104可與設備106a至106d直接通信而無需居間網絡。可穿戴設備104可以是具有小外形的任何設備，用于與多個設備106a至106d通信。例如，可穿戴設備104可以是助聽器，其能夠與從屬的助聽器和智能電話通信。具體地講，助聽器可使用近場耳間通信(通過網絡210)與從屬的耳部助聽器通信，并且使用遠場通信(通過第二網絡212)與智能電話通信。
在這種情況下，助聽器可使用兩個無線電。一個無線電可在2.8mhz至10.6mhz之間操作以進行nfmi短距離耳間通信，并且另一個無線電可以2.4ghz操作以進行智能電話藍牙低功耗(ble)遠場通信。例如，當使用來自一個助聽器的音頻校正和/或減輕另一個助聽器遇到的噪聲時，在助聽器之間可進行耳間通信。又如，可在助聽器與智能電話之間進行ble通信，而該智能電話又可用作對智能電視的遠程控制。然而，兩個無線電的使用可能相當麻煩，因為雙無線電增大了復雜性并且增加了助聽器的尺寸，這通常是人們所不期望的。因此，移除一個無線電將會是一種有利的解決方案。然而，由于
因此，操縱啟用了
因此，單無線電可穿戴設備104能夠完全以標準化模式(例如，
另外，為了從多設備通信中受益并實現多設備通信，可穿戴設備104的架構可包括至少一個計算機系統204、存儲器202、網絡接口206和濾波器適配模塊208，如所討論的那樣。計算機系統204可以是包括一個或多個處理器的系統，所述一個或多個處理器用于處理各個設備所接收的數據、用于處理放大和校正為了改進用戶體驗而接收的信號的功能(例如，在助聽器處所接收的經校正和放大的信號)和其他功能。存儲器202可以是可存儲從另一個設備(包括其他助聽器)所接收的數據和其他類似數據的存儲位置。網絡接口206可以是用于提供與設備106a至106c通過網絡210進行無線通信所必需的接口的模塊。需注意，設備106a至106c可包括但不限于智能電話、電視、平板電腦、助聽器、可穿戴設備等等。還需注意，可穿戴設備104或其他設備的架構并不限于上述模塊，并且可包括一個或多個無線電、子系統和將在下文結合圖5和圖6更詳細地描述的其他部件。
在某些情況下，可穿戴設備104可以是針對e2e通信而啟用的助聽器，其中可在耳朵之間交換聲音剪輯(通過在左耳和右耳之間流式傳輸聲音)，以改善聽覺體驗。在這種情況下，可穿戴設備104可針對e2e通信而被進一步啟用，其中可校正耳朵的聲學效果并減輕噪聲。例如，帶有助聽器104的人可能正在開車，在這種情況下，人的一只耳朵可能暴露于來自打開的車窗的風聲并且另一只耳朵需用于與車中乘客的交談中。通過使用可穿戴設備104進行e2e通信，可抑制風噪聲，同時可放大會話聲音以改善用戶體驗。
在其他情況下，助聽器可針對ble通信而啟用。在這種情況下，可穿戴設備104可與ble啟用設備通信以控制所述設備。例如，可穿戴設備104可與智能電視106a配對，這使得助聽器用戶能夠控制電視到助聽器的音量而不會增大電視到房間的音量。又如，可穿戴設備104可連接至智能電話106b，該智能電話可用于控制其他設備。因此，可穿戴設備104(例如，助聽器)可以至少使用濾波器適配模塊208與配對的助聽器近場通信并與智能設備遠場通信。需注意，這種情況可能通常在時分傳輸中發生，其中可穿戴設備104可以有時與遠場設備通信，有時與近場設備通信。可通過動態地適配濾波器適配模塊208而進行通信，其中這兩種模式之間的切換快速地進行，以使得可以感知到近場通信和遠場通信同時發生。
圖3為設備使用單個無線電電路適配近場通信和遠場通信的方法300的流程圖。具體地講，圖3為可穿戴設備104適配其無線電鏈路參數用于與近場和/或遠場操作的設備進行多設備通信的方法300的流程圖。方法300從操作302開始，在該操作中，可穿戴設備104(例如，助聽器)從想要與可穿戴設備104通信的設備接收信號。在一個實施方案中，所接收的信號可響應于由希望連接的可穿戴設備104所發送的信標而到達。在另一個實施方案中，操作302中所接收的信號可來自于發送了希望被發現的信號的設備。在大多數情況下，首先使用標準無線電鏈路或協議來建立通信。
在操作304中，分析所接收的信號以確定所需的連接類型。也就是說，可穿戴設備104確定將要建立的網絡連接的類型。例如，信號可來自于希望建立wlan連接的路由器106。該路由器可能已經傳輸了信標，所述信標的信號由可穿戴設備104接收。又如，信號可來自于智能電話106，該智能電話為
在操作308中，一旦確定所接收的信號來自通過標準化網絡建立連接的設備106，就會啟用可穿戴設備104以在標準化信道度量下作用。定位在可穿戴設備104內的無線電被啟用以在按照標準建立的預定義物理層參數下操作。如果確定收到的信號來自通過專有頻譜建立連接的設備106，那么被啟用以在標準化物理層度量下作用的可穿戴設備104適于以專有頻率操作。因此，可針對該專有頻率下的功能更新度量，包括數據速率、信道濾波器和其他無線電鏈路參數。需注意，在某些情況下，可穿戴設備104可切換回在標準化信道度量下作用以收聽可能從另一個標準設備(例如，智能電話)發送到可穿戴設備104的數據。
一旦可穿戴設備104中的無線電得以更新，那么方法300就會繼續操作310，在該操作中，可對所接收信號中承載的信息進行處理。例如，對于
需注意，在其中所接收的信號來源于希望通過專有頻率與當前可穿戴設備104配對的另一個可穿戴設備106的某些情況下，可使用由當前可穿戴設備104所建立的標準化無線電鏈路。也就是說，標準化無線電鏈路由當前可穿戴設備104用作繼電器以通過指令通知可穿戴設備106將其信道濾波器切換或適配為窄帶，這將實現兩個可穿戴設備104與106之間的通信。例如，如果兩個助聽器通過ble鏈路與智能電話通信，則所述ble鏈路可由主助聽器用于通知從助聽器適配其信道濾波器以使得這兩個助聽器可通信。類似地，主助聽器也會調整它的濾波器、調制方案、數據速率和其他對應的物理層參數，這將實現在兩個助聽器之間通過專有頻率進行的通信，而無需ble鏈路。另選地，這兩個助聽器可與ble啟用智能電話通信，隨后由主助聽器與從助聽器通過指令直接通信來進行適配而無需使用ble鏈路作為繼電器。
圖4為一種用于動態濾波器適配的方法的流程圖，該方法部分地基于利用具有一個無線電電路的可穿戴設備進行的多設備通信的傳輸模式。在一個實施方案中，方法400適用于無線電適配，可穿戴設備104在與具有不同帶寬的多個設備通信時可進行所述無線電適配。例如，方法400可適用于無線電濾波器適配，當用戶的第一耳朵的助聽器與第二耳朵的助聽器以窄帶模式通信時，在助聽器的無線電中可進行所示無線電濾波器適配。又如，方法400也可在助聽器與ble啟用設備之間以寬帶模式進行通信。
方法400從操作402開始，在該操作中，助聽器通過想要與助聽器連接并通信的標準化無線電鏈路從設備106接收信號。如上文指出的那樣，所接收的信號可響應于由助聽器發送的信息而得到或直接來源于希望被發現的設備106。在某些情況下，當助聽器識別出信號后，檢測所述信號。
在操作404中，可穿戴設備104繼續確定所接收信號的來源。在該操作中，可穿戴設備104分析所述信號以識別例如所接收信號是來自第二助聽器還是來自智能電話。為了實現設備之間的互操作性，標準機構已開發了在給定網絡連接下操作時需遵循的標準化度量。因此，如果所接收信號通過藍牙低功耗網絡來自智能電話，那么助聽器應當確定這種情況以確保使用的是正確的度量。
在某些情況下，標準機構識別通過預定帶寬啟用網絡傳輸的度量。在操作406中，可穿戴設備104確定源在傳輸中所使用的帶寬。一般來講，信號可以窄帶模式或寬帶模式傳輸。寬帶模式是其中信息承載信號的帶寬顯著大于信道的相干帶寬的信號傳輸。另選地，窄帶模式是其帶寬并未顯著超過信道相干帶寬的信號的傳輸。因此，在窄帶中，頻率響應可被視為是基本上平坦的，因此可實現提高的鏈路魯棒性，因為這可以避免噪聲和干擾。
這兩種模式的取舍是，增大數據速率(數據吞吐量)對比增大接收靈敏度(可靠性)和頻譜效率。然而，在某些情況下，標準化機構已定義了傳輸類型。例如，
因此，在其中使用了
一旦確定在操作406中存在窄帶傳輸，方法400即繼續操作408，在該操作中，針對窄帶傳輸來切換/適配物理層度量(包括if濾波器)。在操作408中，定位在助聽器內的無線電的if濾波器適于窄帶模式。如所指出的那樣，對于e2e通信而言，200khz帶寬可足以進行這種類型的通信。回想一下，由于在該操作中使用了窄帶傳輸，因此信號靈敏度將增大。例如，在2mhz帶寬的寬帶傳輸中，可實現-101dbm的接收靈敏度。另選地，200khz帶寬的窄帶傳輸可實現約-120dbm的接收靈敏度。因此，e2e通信可使用位于助聽器內的可適配的if信道濾波器而成功實現。下文更詳細地討論了無線電電路響應于所接收信號而適配信道濾波器的過程。
一旦if濾波器針對所需信號進行了調整，即對信號進行濾波，并且方法400繼續操作412，在該操作中，對所接收信號上承載的信息進行處理。信號的處理隨后可獲得所發送的信息，所述信息可包括噪聲的減少、信號的放大、或由第一助聽器向另一助聽器傳輸的信息的校正。需注意，在某些情況下，可穿戴設備(例如，助聽器)可在窄帶模式與寬帶模式之間切換以收聽想要與助聽器通信的其他標準設備。
如在圖3和圖4的多設備通信方法中所指出的那樣，在可穿戴設備104與兩個或更多個設備106之間進行通信。為了成功通信，可穿戴設備104配備有允許可穿戴設備104與多個設備106相互作用的架構。具體地講，可穿戴設備104包括允許自適應濾波以實現與各個設備的通信而無需使用多個天線的架構。圖5提供了示出可穿戴設備104(例如，助聽器)的這種示例性架構500的示意圖。
與任何普通無線收發器的情況一樣，可穿戴設備104將包括用于接收和傳輸信號的天線(未示出)。所述天線將連接模擬前端/混合信號電路，其中輸入信號可被匹配502、放大504且下變頻到適當的下部邊界信道。通常，混合器506可用于將信號下變頻到通常稱為中頻(if)的頻率。一般來講，通過將載體信號與從本機振蕩器獲得的所需if混合而實現if頻率下的操作。下變頻到if頻率是有用的，使得可設定固定頻率以便更易于使用和調諧。一旦信號以if頻率操作，那么所述信號即可被濾波以獲得與所需信號的更緊密匹配。濾波器508可用于這種操作，所述操作可基于如上文結合圖3和圖4所述而識別的信號源進行動態地適配。
例如，可穿戴設備104可包括內部中頻(if)濾波器508，其通常被設定為2mhz(例如，ble的標準信道帶寬)。在此操作模式期間，可穿戴設備104的無線電電路可作為與ble完全兼容的設備來操作并且可與任何ble啟用設備通信。然而，當某個源的信號要求進行專有類型的通信時，濾波器508可適于此通信。也就是說，濾波器508可針對輸入信號可能所需的不同信道帶寬而動態地再編程，其中可能需要的數據吞吐量較小。因此，如果可穿戴設備是想要與右助聽器通信的左助聽器，則濾波器508可通過使2mhz頻段變窄到約200khz頻段來適配，其中可以可靠地傳輸良好音頻質量流(11khz帶寬)。由于耳間通信包括壓縮音頻信號，因此幾百kbps的數據吞吐量將是足夠的。通過將濾波器508適配到較窄帶寬，無線電的靈敏度將針對實現更好的接收所需的數據吞吐量來進行優化。因此，較大的無線電接收靈敏度將增大廣播范圍或另選地減小功耗，或對于多種環境如人體來說，提高無線電魯棒性(就e2e通信而言)，其中無線電傳播度量可能更具挑戰性。
對信號進行濾波后，信號隨后可經由adc510數字化。考慮到模擬信號現在呈數字形式，信號可由調制解調器512處理，其中可進行信道和信源解碼。需注意，在大多數情況下，信道和信源編碼為信息信號(數據)增加了冗余信息，以免可能會遇到的信道和系統失真。因此，在接收端，調制解調器512(或其他處理單元)將對信號進行解碼。
在某些情況下，在數字化信號之前，可使用接收信號強度指示(rssi)516來測量模擬信號的強度。測量模擬信號的強度是因為它提供了輸入信號的強度指示。因此，rssi越高，信號越強且因此接收越好。
如果要傳輸信號，那么無線電架構諸如架構500可包括頻率合成器，所述頻率合成器可用于進一步調諧所需信道上要傳輸的信號。頻率合成器可從單個振蕩器和/或通過將頻率混合過程經由倍頻、分頻等相結合而生成一系列頻率。另外，在頻率合成器518中還可包括時鐘發生器。頻率合成器通常是可能與傳輸過程相關的功能并且因此可在信號放大之前進行，所述信號在傳輸之前由功率放大器520放大。
需注意，本文所述的架構并非限制性的。在可穿戴設備架構500中還可包括本領域眾所周知的其他部件。另外，提供了圖6，其中示出可進一步存在的模塊中的一些。因此，圖6為可用于實現本公開的實施方案的示例性可穿戴設備104的框圖600。
如所指出的那樣，可穿戴設備104可為能夠使用長距離通信和/或短距離通信通過網絡進行通信的任何設備(例如，助聽器)。可穿戴設備104可包括一個或多個處理器606，所述一個或多個處理器包括計算機系統204，所述計算機系統可用于處理從外部設備中的一者或多者(例如，另一個助聽器、電視、智能電話等)接收到的信息。
處理器606可耦接至至少一條總線(未示出)、控制器、存儲器和其他模塊。例如，處理器可與存儲器模塊612通信，所述存儲器模塊可包括一個或多個存儲卡、控制電路、子存儲器模塊202等。存儲器模塊612還可包括動態存儲設備、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)和/或其他可用于在處理器606執行指令的過程中存儲臨時變量和長期變量以及其他中間信息的靜態存儲設備。存儲器模塊612還可用于存儲和傳輸計算機系統204可讀的呈軟件或處理應用程序形式的信息。處理器606還可采集并處理從可穿戴式傳感器(未示出)接收的數據，所述可穿戴式傳感器可收集與生命體征相關的信息(例如，體溫、血壓、心率、含氧量等)。
在可穿戴設備104的架構中還可包括子系統模塊608。子系統模塊608例如可包括負責確定例如所接收信號的來源的部件。除此之外或另選地，子系統模塊608可包括在可穿戴設備104與兩個或更多個其他設備106之間進行通信可能所需的其他部件。
為了與一個或多個其他設備和/或網絡進行通信，可穿戴設備104可包括網絡模塊604。網絡模塊604可以是允許在可穿戴設備與至少一個或多個設備106之間通過當前網絡、從屬的備用網絡等通信的模塊。網絡模塊604可使得處理器606能夠借助混合信號電路610，經由網絡接口206在空中對信息傳輸進行處理。混合信號電路610可以是信號調節模塊，所述信號調節模塊實現數字信號的傳輸以及數字信號到模擬信號的轉換以用于信道傳輸。混合信號電路610可包括濾波器、量化器、放大器甚至模擬數字轉換器(如上文并結合圖5所述)，以在網絡模塊604與一個或多個天線602之間用于接口。混合信號電路610還可用于與傳感器進行交互以采集關于生命體征的信息(例如，體溫、血壓、心率)。
在主服務和/或備份服務為無線的情況下，天線602可用于信號的無線傳輸。可穿戴設備104上的天線602可以是一個或多個天線，其可用于單輸入單輸出(siso)傳輸、多輸入單輸出(miso)傳輸、單輸入多輸出(simo)傳輸或多輸入多輸出(mimo)傳輸，如蜂窩通信中常用的那樣。多個天線602的使用可用于通過利用空間和多路復用的多樣性而提高效率并增大數據吞吐量。另外，當信息流可通過各個天線多次發送時，mimo通信可提供增強的可靠性，以克服信道傳輸中可能發生的無效或深衰落。另外，天線602的使用能夠通過各種無線網絡進行通信，所述無線網絡包括wlan、蜂窩網絡、wman、wpan等，包括網狀網絡互連。
在一個實施方案中，天線602可具有任何適用于可穿戴設備104的類型和形狀。由于天線效率直接影響功耗與廣播范圍之間的平衡，因此識別十分適合助聽器的天線非常重要。所以，識別將允許遠場應用和近場應用的任何天線是很重要的，以使得相同的無線電ic可由單個天線使用。例如，彎曲的對稱天線可用于助聽器并且可以可互換地放置在左耳或右耳所用的助聽器外殼中。彎曲的對稱天線是帶有柔性對稱翼片的天線，其尺寸較小并且天線翼片可折疊在適當位置中，適于較小的設備如助聽器。
圖6所示的系統只是計算機系統的一個可能例子，其可根據本公開的各個方面來使用或配置。圖6示出了用于在包括可穿戴設備104(助聽器)在內的設備上進行信號通信的系統架構。所述計算機架構是非常簡化的，其可包含用于在助聽器內執行其他過程的附加系統。助聽器可與設備內可能存在的附加系統、外部設備和/或網絡聯合地工作，或獨立于它們而工作。助聽器的部件可通過任意數量的網絡包括電信網絡和無線網絡來通信。另外，應當指出的是，助聽器可包括任意數量的附加的或更少的部件，包括用于在所示部件之間通信的部件。而且，所述部件的功能可適用于系統的兩個或更多個部件。例如，濾波器適配模塊208可用于動態地適配物理鏈路層參數，以便以標準化模式或專有模式通信。
需注意，本公開的實施方案包括各種操作或步驟。這些步驟可使用來自硬件部件的信息來執行，并且可以硬件部件具體化，也可以機器可讀指令具體化，所述可讀指令可用于致使執行這些指令的通用或專用處理器(例如，設備的處理單元)執行這些步驟。另選地，這些步驟可由硬件、軟件和/或固件的組合來執行。
雖已參考各種具體實施描述了本公開，但應當理解，這些具體實施是例示性的，本公開的范圍并不限于這些具體實施。許多變化、修改、添加和改進都是可能的。更一般地說，在特定具體實施的環境中描述了根據本公開的具體實施。在本發明的各種實施方案中，各種功能可以在框中以不同的方式分開或組合，或者利用不同術語對其進行描述。這些和其他變化、修改、添加和改進都可落在由隨附權利要求所限定的本公開的范圍內。
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