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Patent Searching and Data


Title:
TRANSMISSION OF DATA BY ULTRASOUND
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/001099
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an ultrasonic transmission system. The signal used for transmission generates a broadband signal by means of a code spread and is able to eliminate echo by means of correlation. The transmission system has a transmitter (10) and a receiver (11). Digital information (1) is spread over a large bandwidth according to a CDMA technique, D/A converted (3) and then transmitted via an air interface (5) using ultrasound. The invention is preferably used for air interfaces which are a few metres in length. Possible applications include the connection of cordless handsets or handsfree telephones to telephones.

Inventors:
Hofmann, Ludwig (Dekan-Faber-Ring 21A Ilmmünster, D-85304, DE)
Application Number:
PCT/DE1999/001625
Publication Date:
January 06, 2000
Filing Date:
June 01, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2 München, D-80333, DE)
Hofmann, Ludwig (Dekan-Faber-Ring 21A Ilmmünster, D-85304, DE)
International Classes:
H04B11/00; H04M1/60; (IPC1-7): H04B11/00
Foreign References:
US5461921A
US5412620A
US5155741A
DE4121195A1
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Daten mittels Ultraschall, aufweisend die folgenden Schritte : Digitalisierung (1,6) der zu übertragenden Information, Spreizung (2) der digitalisierten Information mittels einer CDMATechnik, auf ein breiteres Frequenzband, D/AWandlung (3) der gespreizten Information, Umsetzung (4) der D/Agewandelten, gespreizten Information in Ultraschall, und Übertragung der Ultraschallumgesetzten Information über eine Luftschnittstelle (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragende Information vor der Digitalisierung (1) einem Schritt der Kompressionscodierung (6) unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionscodierung (6) die effektive Bitrate auf etwa 110 kbit/s reduziert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig ein empfangenes UltraschallSignal in ein elektrisches Signal umgesetzt (7) wird, das empfangene, umgesetzte UltraschallSignal A/Dumgesetzt (8) wird, und das A/Dumgesetzte Signal gemäß einer CDMATechnik entspreizt (9).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung auf einer Frequenz zwischen 200 und 400 kHz erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Information auf 100 kHz gespreizt (2) wird.
7. UltraschallÜbertragungssystem, aufweisend : eine CDMASpreizeinheit (2), die eine digitale Information mittels einer CDMATechnik auf mehrere Trägerfrequenzen spreizt, einen D/AWandler (3), der die gespreizte Information D/A umsetzt, einen UltraschallWandler (4), der die D/Agewandelte, gespreizten Information in Ultraschall wandelt, und eine Luftschnittstelle (5) zur Übertragung der Ultraschall umgesetzten Information.
8. UltraschallÜbertragungssystem nach Anspruch 7, weiterhin aufweisend einen KompressionsCodierer (6), der die zu übertragende Information vor der Digitalisierung kompressionscodiert.
9. UltraschallUbertragungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der KompressionsCodierer (6) die effektive Bitrate auf etwa 110 kbit/s reduziert.
10. UltraschallUbertragungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Empfänger (11) aufweist, mit einem UltraschallRückwandler (7), der ein empfangenes UltraschallSignal in ein elektrisches Signal zurückwandelt, einen A/DUmsetzer (8), der das empfangene, gewandelte UltraschallSignal A/Dumsetzt, und eine CDMAEntspreizer (9), der das A/Dumgesetzte Signal gemäß einer CDMATechnik entspreizt.
11. FreihandTelephon, aufweisend ein Kopfteil (12) mit einem Mikrophon (13) und einem Ohrhörer (14), und ein Basisteil (15), wobei die Übertragung von Daten zwischen dem Kopfteil (12) und dem Basisteil (15) mittels eines Ultraschall Ubertragungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11 erfolgt.
Description:
Beschreibung Übertragung von Daten mittels Ultraschall Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren so- wie ein Ubertragungssystem zur Übertragung von Daten, wie beispielsweise digitalisierten Sprachdaten, mittels Ultraschall über eine Luftschnittstelle. Die Erfindung be- zieht sich weiterhin auf ein Freihand-Telefon, das ein sol- ches Ultraschall-Ubertragungssystem verwendet.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der lober- tragung von Daten wie zum Beispiel digitalisierter Sprache ohne Kabel. Die Erfindung hat dabei insbesondere Anwendungen zum Ziel, die eine Reichweite von einigen Metern benötigen, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn schnurlose Hörer an Telefone angeschlossen werden sollen. Eine typische Länge der Luftschnittstelle beträgt beispielsweise 1-2 m.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten zur Reali- sierung einer solchen drahtlosen Übertragung über wenige Me- ter bekannt. Sämtliche bekannten Techniken weisen indessen Nachteile auf. Als Beispiel ist die Übertragung mittels In- frarot-Strahlen bekannt. Eine solche Übertragung ist preis- wert realisierbar, weist indessen den großen Nachteil auf, daß immer eine Sichtverbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger bestehen muß, da sonst die Verbindung unterbrochen wird.

Weiterhin ist die Übertragung über Funk (elektromagnetische Wellen) bekannt. Diese Ubertragungsweise ist sehr aufwendig in der Realisierung. Darüber hinaus bestehen in verschiedenen Ländern unterschiedliche Vorschriften, so daß es in der Regel unmöglich ist, ein einheitliches Übertragungsverfahren bzw. ein einheitliches Frequenzband weltweit zu verwenden. Darüber hinaus nehmen durch viele, auf derselben Frequenz arbeitende Sender die Störungen (Interferenz) zu. Dies ist insbesondere

der Fall in den sogenannten ISM (Industrial, Scientific, Medical)-Frequenzbändern.

Als weitere Ubertragungsmöglichkeit ist grundsätzlich die Übertragung mittels Ultraschall bekannt. Die Übertragung mit- tels Ultraschall ist beispielsweise in ihrer Anwendung auf Fernsteuerungen für Fernseher bekannt, sie weist den Vorteil auf, preiswert herzustellen zu sein. Indessen ist die Ultraschallübertragung für eine Übertragung mit höheren Datenraten, wie es beispielsweise für digitalisierte Sprache notwendig ist, gemäß dem Stand der Technik nicht nutzbar, da die in Räumen auftretenden Echos die Datenübertragung stark stören (Multipath Effekt). Darüber hinaus gibt es viele Störer, wie beispielsweise Schaltnetzteile, die Störsignale mit Frequenzen im Ultraschallbereich erzeugen und dadurch die eigentlich gewünschte Übertragung stören können.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Verfahren zur draht- losen Übertragung von Daten zu ermöglichen, das einerseits günstig zu realisieren ist und andererseits eine Ubertra- gungsrate ermöglicht, wie sie beispielsweise zur Übertragung von digitalisierter Sprache notwendig ist.

Der zentrale Gedanke der Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe liegt dabei darin, daß für die Übertragung ein Signal verwen- det wird, das durch eine Codespreizung ein breitbandiges Si- gnal erzeugt und durch Korrelation in der Lage ist, auftre- tende Echos auszublenden.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Übertragung von Daten mittels Ultraschall bekannt, bei dem die zu übertra- gende Information, wie beispielsweise Sprach-oder sonstige Daten, digitalisiert wird. Die digitalisierte Information wird dann mittels einer CDMA (Code Division Multiple Access)- Technik auf ein breiteres Frequenzband gespreizt. Die gespreizte Information wird D/A gewandelt und dann in ein

Ultraschallsignal umgesetzt. Das Ultraschallsignal wird dann über eine Luftschnittstelle übertragen.

Insbesondere zur Verringerung der effektiven Bitrate kann die zu übertragende Information, wie z. B. Sprache vor der Digita- lisierung einer Kompressionscodierung unterzogen werden. Die Kompressionscodierung kann die effektive Bitrate beispiels- weise von 64 kbit/s auf 1 bis 10 kbit/s reduzieren.

Empfangsseitig wird ein empfangenes Ultraschall-Signal in ein elektrisches Signal umgesetzt. Dieses Signal wird dann A/D gewandelt und gemäß einer CDMA-Technik entspreizt. Dazu wird synchron der senderseitig zum Spreizen verwendete Spreizcode verwendet.

Die Übertragung kann auf einer Mittenfrequenz zwischen 200 und 400 kHz erfolgen, wobei die Information beispielsweise auf 100 kHz gespreizt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Ultra- schall-Übertragungssystem zur Übertragung beispielsweise von digitalisierter Sprache vorgesehen. Ein Digitalisierer digi- talisiert dabei die zu übertragende Information. Eine CDMA- Spreizeinheit (CDMA-Modulator) spreizt die digitalisierte zu übertragende Information gemäß einer CDMA-Technik. Ein D/A- Wandler setzt die gespreizte Information um und gibt sie zu einem Ultraschall-Wandler, der die zu übertragende Informa- tion in Ultraschallsignale wandelt. Diese Ultraschallsignale werden dann über eine Luftschnittstelle übertragen.

Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Freihand-Telefon vorgese- hen, das ein Kopfteil mit einem Mikrofon und einem Ohrhörer sowie ein Basisteil aufweist. Zur Ubertragung von Daten zwi- schen dem Kopfteil und dem Basisteil wird dabei ein Ultra- schall-Ubertragungssystem der oben genannten Art verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun Bezug nehmend auf Ausführungsbeispiele und weiterhin Bezug nehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 zeigt schematisch die Grundlagen der CDMA- Technik, und Fig. 3 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein Freihand-Telefon.

Zuerst soll Bezug nehmend auf Fig. 2 die CDMA-Technik, wie sie bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, näher erläutert werden.

Gemäß der CDMA (Code Division Multiple Access)-Technik wird allen Teilnehmern gleichzeitig erlaubt, die gesamte zur Ver- fügung stehende Systembandbreite zu nutzen. Damit es dennoch nicht zu Kollisionen kommt, werden die Einzelsignale mit je- weils unterschiedlichen Spreizcodes versehen, die eine ein- deutige Zuordnung der Signale ermöglichen. Die Einzelsignale werden gespreizt, wodurch sich die Bandbreite vervielfacht.

Wie in Fig. 2 ersichtlich, werden die zu übertragenden Daten Di (t) zunächst mit einem Spreizcode in einer Spreizeinheit 2 in einem Sender 10 über einen größeren Spektralbereich ver- teilt. Nach der Modulation auf einen hochfrequenten Träger wird das gespreizte Signal über eine Antenne über einen Emp- fänger 11 abgestrahlt. Der Empfänger 11 erhält dieses Signal von seiner Antenne, demoduliert es und führt eine Despreizung 9 mit einem Spreizcode aus, der zu dem des Senders 10 syn- chron ist.

Der Empfänger empfängt indessen nicht nur das Signal des ge- wünschten Senders, sondern auch Signale von anderen Sendern im gleichen Frequenzbereich. Durch den Entspreizvorgang mit dem entsprechenden Spreizcode im Empfänger 11 wird allerdings nur das Signal wieder entspreizt, welches den gleichen und synchronen Spreizcode wie der Empfänger aufweist (siehe Fig. 2). Somit können Störeinflüsse effizient unterdrückt werden.

Die CDMA-Technik läßt sich in die Direct Sequence (DS-) CDMA- Technik und die Frequency Hopping (FH-) CDMA-Technik untertei- len. Bei der DS-CDMA wird die Datenfolge direkt mit der Spreizsequenz multipliziert und anschließend moduliert. Bei der FH-CDMA erfolgt die Spreizung des Datensignals durch Fre- quenzspringen. Die Trägerfrequenz des Senders 10 wird dabei zeitlich in Abhängigkeit von dem Spreizcode variiert, d. h. entsprechend dem Spreizcode (Spreizsequenz) ändern der Sender und synchron dazu der Empfänger ihre Trägerfrequenz.

Bei der vorliegenden Erfindung lassen sich die Direct Sequence (DS-) CDMA-Technik und die Frequency Hopping (FH-) CDMA-Technik gleichermaßen verwenden.

Bezug nehmend auf Fig. 1 soll nun anhand eines Blockschalt- bilds die vorliegende Erfindung näher erläutert werden. Ein Kompressionscodierer für Sprache (VOCODER) 6 komprimiert bei- spielsweise Sprachinformation von 64 kbit/s auf einen Bereich von 1 bis 10 kbit/s. Eine Datenrate von 1 bis 10 kbit/s läßt sich bei Anwendung der vorliegenden Erfindung gut mittels Ul- traschall über eine Luftschnittstelle 5 übertragen. Die digi- tale Information 12 des VOCODERs 6 wird dann gemäß einer CDMA-Technik auf eine größere Bandbreite gespreizt 2. Das Ausgangssignal der Spreizeinheit 2 wird durch einen D/A-Wand- ler 3 analogisiert und dann mittels eines Ultraschall-Laut- sprechers 4 in Ultraschall-Signale umgesetzt. Die Ultra- schall-Signale werden dann über eine Luftschnittstelle 5 zu einem Empfänger 11 übertragen.

Die Übertragung von Ultraschall-Signalen ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich gut bekannt, so daß auf eine Beschreibung verzichtet werden kann.

Der Empfänger 11 empfängt das übertragene Ultraschall-Signal beispielsweise mittels eines Ultraschall-Mikrofons 7. Das analoge Ausgangssignal des Ultraschall-Mikrofons 7 wird A/D gewandelt 8 und dann einer Entspreizeinheit 9 zugeführt. Die Entspreizung in der Entspreizeinheit 9 wird wie in Fig. 2 dargestellt mittels eines zu dem Sender 10 synchronen Spreizcodes eine Entspreizung des Signals auf eine geringere Bandbreite durchgeführt. Die digitale Ausgangsinformation der Entspreizeinheit 9 wird dann einem Decodierer 18 zugeführt.

Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau weist den Vorteil auf, daß er kostengünstig zu realisieren ist und gut integrierbar ist.

Dabei ist zu beachten, daß in der bevorzugten Anwendung die Lange der Luftschnittstelle auf einige Meter, bspw. 1-2m beschränkt ist und damit für die Übertragung keine hohe Leistung erforderlich ist.

Die Luftschnittstelle 5 weist vorteilhafterweise eine Lange von wenigen Metern auf. Die Mittenfrequenz der Übertragung kann beispielsweise zwischen 200 und 400 kHz liegen, wobei in diesem Fall eine Spreizung der zu übertragenden Daten auf 100 kHz bevorzugt ist. Eine Übertragung mit einer Ultra- schallfrequenz von wesentlich mehr als 400 kHz weist den Nachteil einer starken Dämpfung und somit einer kurzen Reich- weite auf. Darüber hinaus ist zu beachten, daß die Dämpfung der Ultraschall-Signale von der Frequenz abhängig ist.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Anwendung der vorliegenden Er- findung. Wie bereits ausgeführt, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für Luftschnittstellen mit einer Lange von wenigen Metern, wie es beispielsweise beim Anschluß von schnurlosen Hörern an Telefonen der Fall ist. Fig. 3 zeigt

die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf ein sogenanntes Freihand-Telefon. Dieses Freihand-Telefon weist ein Kopfteil 12 und ein Basisteil 11 auf. Das Kopfteil 12 weist wiederum einen Kopfhörer 14, ein Mikrofon 13 sowie einen Sender 10 ge- mäß der vorliegenden Erfindung auf. Das Basisteil 15 kann beispielsweise mittels eines Gürtels oder eines Clips an der Hüfte getragen werden. Die Lange der Luftschnittstelle be- trägt somit ca. einen Meter. Das Basisteil 15 weist einen Empfänger 11 der Bezug nehmend auf Fig. 1 erläuterten Art auf. Im übrigen enthält das Basisteil 15 beispielsweise alle übrigen Bauteile eines bekannten drahtlosen Telefons bei- spielsweise des GSM-Standards und eine Antenne 16. Die ei- gentliche Leistungsverstärkung findet somit im Basisteil 15 statt, wodurch die Komponenten des Kopfteils 12 klein und leicht gehalten werden können. Die Ultraschall-Übertragung wird dagegen zur Anbindung einer kabellosen Hörereinheit (Kopfteil) an das eigentliche Telephon (Basisteil) verwendet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden also die normaler- weise bei Ultraschall-Übertragung vorliegenden Probleme da- durch gelöst, daß für die Übertragung ein Signal verwendet wird, das durch eine Codespreizung ein breitbandiges Signal erzeugt und durch Korrelation in der Lage ist auftretende Echos auszublenden. Durch die CDMA-Technik werden somit Stö- rungen einerseits durch Vielwegausbreitung (Multipath Effekt) aber auch von anderen Sendern her unterdrückt.