语音通信装置、中继装置及其语音通信方法

摘要

本发明提供的语音通信装置包括帧产生模块、设置模块和收发模块，其中帧产生模块用于产生多个数据帧，且每个数据帧包括四个时长相等的时间段,每个时间段都包括同步信息、物理地址信息及语音数据编码信息；设置模块用于设置每个数据帧中的两个时间段作为发送数据阶段，将每个数据帧中的余下两个时间段设置为接收数据阶段；收发模块用于收发数据以实现与其他语音通信装置进行语音通信。本发明还提供一种中继装置和语音通信的方法。本发明可以实现全双工语音通信使得不同语音通信装置发出的无线数据互不冲突，不仅解决了传输无线数据的传输分配问题，也实现了基于Zigbee技术的远距离语音传输，给使用者提供极大的便利。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信装置及其通信的方法，尤其涉及一种基于Zigbee技术的语音通信装置、中继装置及其通信方法。

背景技术

Zigbee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zigbee技术采用的是低速率传输技术，因而其传输机制会受到使用场合和传输内容的限制，而在语音通信方面，语音传输通常具有时间延迟的特性，时间延迟太长，将给使用者造成诸多不便。目前，使用Zigbee技术进行语音通信存在一定障碍。

发明内容

有鉴于此，有必要提供基于Zigbee技术的语音通信装置、中继装置及其通信的方法，以消除Zigbee技术进行语音通信的障碍，为使用者提供便捷的通信方式。

本发明实施方式提供的语音通信装置，通过至少一个中继装置与其他语音通信装置进行通信，所述语音通信装置包括帧产生模块、设置模块和收发模块，其中帧产生模块用于产生多个数据帧，且每个数据帧包括四个时长相等的时间段,每个时间段都包括同步信息、物理地址信息及语音数据编码信息；设置模块用于设置每个数据帧中的两个时间段作为发送数据阶段，将每个数据帧中的余下两个时间段设置为接收数据阶段；收发模块用于根据设置模块规定的发送数据阶段和接收数据阶段收发数据以实现与其他语音通信装置进行语音通信。

优选地，当语音通信装置作为呼叫端，其他语音通信装置作为被叫端时，语音通信装置的设置模块将每个数据帧的前两个时间段设置为发送数据阶段，将后两个时间段设置为接收数据阶段，收发模块选取数据帧的前两个时间段中的一个时间段发送数据并选取数据帧的后两个时间段中的一个时间段接收数据。

优选地，当语音通信装置作为呼叫端，其他语音通信装置作为被叫端时，语音通信装置的设置模块将每个数据帧的前两个时间段设置为接收数据阶段，将后两个时间段设置为发送数据阶段，收发模块选取数据帧的前两个时间段中的一个时间段接收数据并选取数据帧的后两个时间段中的一个时间段发送数据。

优选地，当语音通信装置作为被叫端，其他语音通信装置作为呼叫端,中继装置的总数为奇数时，语音通信装置的设置模块将每个数据帧的前两个时间段设置为发送数据阶段，将后两个时间段设置为接收数据阶段，语音通信装置的收发模块选取数据帧中其他语音通信装置所没有选取的时间段分别发送和接收数据。

优选地，当语音通信装置作为被叫端，其他语音通信装置作为呼叫端,中继装置的总数为偶数时，语音通信装置的设置模块将每个数据帧的前两个时间段设置为接收数据阶段，将后两个时间段设置为发送数据阶段，语音通信装置的收发模块选取数据帧中其他语音通信装置所没有选取的时间段分别接收和发送数据。

本发明实施方式提供的中继装置，与其他中继装置、多个语音通信装置进行通信，中继装置包括中继设置模块和中继收发模块，其中，中继设置模块用于设置4个时长相等的时间段中的两个时间段作为一个数据帧的发送数据阶段，并将四个时间段中余下的两个时间段设置为数据帧的接收数据阶段；中继收发模块用于根据中继设置模块规定的发送数据阶段和接收数据阶段收发数据以实现与其他中继装置、多个语音通信装置进行语音通信。

优选地，当中继装置与呼叫端的语音通信装置隔着奇数个其他中继装置时，中继设置模块将四个时间段的前两个时间段设置为发送数据阶段，将四个时间段的后两个时间段设置为接收数据阶段，中继收发模块选取前两个时间段中的不同时间段分别发送其他中继装置或多个语音通信装置的数据并选取后两个时间段中的不同时间段分别接收其他中继装置或多个语音通信装置的数据。

优选地，当中继装置与呼叫端的语音通信装置隔着偶数个其他中继装置时，中继设置模块将四个时间段的前两个时间段设置为接收数据阶段，将四个时间段的后两个时间段设置为发送数据阶段，中继收发模块选取前两个时间段中的不同时间段分别接收其他中继装置或多个语音通信装置的数据并选取后两个时间段中的不同时间段分别发送其他中继装置或多个语音通信装置的数据。

本实施方式提供的语音通信方法，语音通信装置通过至少一个中继装置与其他语音通信装置进行通信，所述方法包括：产生多个数据帧，其中每个数据帧包括四个时长相等的时间段，每个时间段都包括同步信息、物理地址信息及语音数据编码信息；设置每个数据帧中的两个时间段作为发送数据阶段，将每个数据帧中的余下两个时间段设置为接收数据阶段；根据设置模块规定的发送数据阶段和接收数据阶段收发数据以实现语音通信装置与其他通信装置的语音通信。

优选地，语音通信装置实现与其他语音通信装置的语音通信具体包括：当语音通信装置作为呼叫端，其他语音通信装置作为被叫端时，将每个数据帧的前两个时间段设置为发送数据阶段，将后两个时间段设置为接收数据阶段，选取数据帧的前两个时间段中的一个时间段发送数据并选取数据帧的后两个时间段中的一个时间段接收数据。

优选地，语音通信装置实现与其他语音通信装置的语音通信具体包括：当语音通信装置作为呼叫端，其他语音通信装置作为被叫端时，将每个数据帧的前两个时间段设置为接收数据阶段，将后两个时间段设置为发送数据阶段，选取数据帧的前两个时间段中的一个时间段接收数据并选取数据帧的后两个时间段中的一个时间段发送数据。

优选地，语音通信装置实现与其他语音通信装置的语音通信具体包括：当语音通信装置作为被叫端，其他语音通信装置作为呼叫端,中继装置的总数为奇数时，将每个数据帧的前两个时间段设置为发送数据阶段，将后两个时间段设置为接收数据阶段，选取数据帧中没有被选取的时间段分别发送和接收数据。

优选地，语音通信装置实现与其他语音通信装置的语音通信具体包括：当语音通信装置作为被叫端，其他语音通信装置作为呼叫端,中继装置的总数为偶数时，将每个数据帧的前两个时间段设置为接收数据阶段，将后两个时间段设置为发送数据阶段，选取数据帧中没有被选取的时间段分别接收和发送数据。

本实施方式提供的语音通信方法，中继装置与其他中继装置、多个语音通信装置进行通信，所述方法包括：设置四个时长相等的时间段中的两个时间段作为一个数据帧的发送数据阶段，并将四个时间段中余下的两个时间段设置为数据帧的接收数据阶段；根据中继设置模块规定的发送数据阶段和接收数据阶段收发数据。

优选地，中继装置收发数据具体包括：当中继装置与呼叫端的语音通信装置隔着奇数个其他中继装置时，将四个时间段的前两个时间段设置为发送数据阶段，将四个时间段的后两个时间段设置为接收数据阶段，选取前两个时间段中的不同时间段分别发送其他中继装置或多个语音通信装置的数据并选取后两个时间段中的不同时间段分别接收其他中继装置或多个语音通信装置的数据。

优选地，中继装置收发数据具体包括：当中继装置与呼叫端的语音通信装置隔着偶数个其他中继装置时，将四个时间段的前两个时间段设置为接收数据阶段，将四个时间段的后两个时间段设置为发送数据阶段，选取前两个时间段中的不同时间段分别接收其他中继装置或多个语音通信装置的数据并选取后两个时间段中的不同时间段分别发送其他中继装置或多个语音通信装置的数据。本发明设计的基于Zigbee技术的语音通信系统及其通信的方法，提供了一种可以实现全双工语音通信的机制，使得第一语音通信装置和第二语音通信装置发出的无线数据互不冲突，不仅解决了传输无线数据的传输分配问题，也实现了基于Zigbee技术的远距离语音传输，给使用者提供了极大的便利。

附图说明

图1为本发明一实施方式进行无线通信的应用环境示意图。

图2为本发明一实施方式语音通信装置和中继装置的模块架构图。

图3为本发明一实施方式的数据帧示意图。

图4为本发明一实施方式的传输模式示意图。

图5为本发明一实施方式的近距离通信的数据传输示意图。

图6为本发明一实施方式的在较远距离时建立通信的步骤流程图。

图7为本发明一实施方式的远距离通信的数据传输示意图。

主要元件符号说明

第一语音通信装置A

第一帧产生模块10

第一设置模块11

第一收发模块12

第一储存模块13

第二语音通信装置B

第二帧产生模块20

第二设置模块21

第二收发模块22

第二储存模块23

中继装置C

中继设置模块31

中继收发模块32

中继储存模块33

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下实施方式的具体参数只为更好地说明本发明，但不应以具体数值限制本发明权利要求的范围。

请参阅图1，为本发明实施方式的语音通信系统进行无线通信的应用环境示意图，在本实施方式中，语音通信系统包括第一语音通信装置A、第二语音通信装置B及中继装置C。在近距离通信时，第一语音通信装置A直接与第二语音通信装置B无线连接并进行语音通信。如图1所示，在较远距离通信时，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B通过由一个或多个中继装置C建立的通信传输信道进行通信。在本实施方式中，第一语音通信装置A、第二语音通信装置B和中继装置C皆为支持Zigbee技术的通信设备，所述中继装置C可以是具有Zigbee无线数据转发功能的路由器、中继器等。

在本实施方式中，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B皆为同一种语音通信装置，在其他实施方式中，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B也可以使用不同的语音通信装置。

请参阅图2，为本发明实施方式第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的模块架构图。如图2所示，第一语音通信装置A包括：第一帧产生模块10，第一设置模块11、第一收发模块12及第一储存模块13，第二语音通信装置B包括：第二帧产生模块20，第二设置模块21、第二收发模块22及第二储存模块23，中继装置C包括：中继设置模块31、中继收发模块32及中继储存模块33，其中第一帧产生模块10和第二帧产生模块20均用于对语音信号进行编解码处理产生多个数据帧且使得每个数据帧均包括四个时长相等的时间段,使得每个时间段都包括同步信息、物理地址信息及语音数据编码信息；第一设置模块11和第二设置模块21均用于设置每个数据帧中的两个时间段作为发送数据阶段，将每个数据帧中的余下两个时间段设置为接收数据阶段；第一收发模块12和第二收发模块22均用于收发经设置模块编解码处理后的Zigbee无线数据(数据帧的数据信息)；第一储存模块13、第二储存模块23和中继储存模块33均用于储存数据帧信息；中继设置模块31用于处理多个数据帧，中继设置模块31划分多个时间段处理每个数据帧并设置数据传输的模式；中继收发模块32用于根据所述数据传输的模式收发所述数据；本实施方式所定义的模块既可以为由单个或多个芯片组成的集成电路，也可以为由多个元件搭建的电路，在此不作限制。

请参阅图3，为本发明实施方式一数据帧的示意图。在本实施方式中，第一帧产生模块10和第二帧产生模块20均应用自适应差分脉冲编码调制(AdaptiveDifferentialPulseCodeModulation，ADPCM)模式进行编解码，控制传输数据的每一数据帧(Frame)的帧周期均为10毫秒，且每一帧都包括四个相同时长的时间段(TimeSlot)，而每个时间段均为2.5毫秒。在每个时间段里均用于记录同步信息、物理地址信息及语音数据等编码信息以供不同装置间进行数据传输提供信息校验。四个相同时长的时间段依次分别为第一时间段S1、第二时间段S2、第三时间段S3和第四时间段S4。中继装置C处理每一数据帧时，中继设置模块31划分与数据帧相匹配的多个时间段处理数据帧，在本实施方式中，中继设置模块31划分为四个相同时长的所述时间段处理每个数据帧。在其他实施方式中，也可以应用其他编码模式进行编码，或把帧周期和时间段定义成所需的时间长度，在此不作限制。

请参阅图4，为本发明实施方式传输模式的示意图。在本实施方式中，第一设置模块11、第二设置模块21和中继设置模块31均可设置装置的传输模式为两种数据传输模式。

如图4所示，在第一数据传输模式中，每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2(即每一数据帧的前两个时间段)为发送数据Tx阶段，第一收发模块12和第二收发模块22分别选取第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段发送无线数据，中继收发模块32选取第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段分别发送来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据；第三时间段S3和第四时间段S4(即后两个时间段)为接收数据Rx阶段，第一收发模块12和第二收发模块22分别选取第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段接收无线数据，中继收发模块32选取第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段分别接收来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据。

在第二数据传输模式中，每一帧的第一时间段S1和第二时间段S2为接收数据Rx阶段，第一收发模块12和第二收发模块22分别选取第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段接收无线数据，中继收发模块32选取第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段分别接收来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据；第三时间段S3和第四时间段S4为发送数据Tx阶段，第一收发模块12和第二收发模块22分别选取第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段发送无线数据，中继收发模块32选取第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段分别发送来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据。在传输数据时，数据通过数据帧的形式一帧一帧连续进行传输。

在近距离通信时，第一语音通信装置A直接与第二语音通信装置B无线连接并进行语音通信。在传输数据前，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B预先协调好数据传输模式。在本实施方式中，第一语音通信装置A为第一数据传输模式，第二语音通信装置B为第二数据传输模式。

请参阅图5，为本发明一实施方式的近距离通信的数据传输示意图。如图5所示，传输数据帧从图5左边的数据帧开始。传输第一帧时，第一收发模块12发送第一语音通信装置A中的第一帧第一时间段S1内的数据，第二收发模块22接收该数据并由第二设置模块21记录在第二语音通信装置B中的第一帧第二时间段S2内并储存在第二储存模块23中；第二收发模块22发送第二语音通信装置B中的第一帧第三时间段S3内的数据，第一收发模块12接收该数据并由第一设置模块11记录在第一语音通信装置A中的第一帧第四时间段S4内并储存在第一储存模块13中。依此方式，继续传输余下的数据帧。

在较远距离通信时，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B须通过由一个或多个中继装置C建立的通信传输信道进行通信。

请参阅图6，图6为本发明一实施方式在较远距离通信时建立通信的步骤流程图。在本实施方式中，第一语音通信装置A作为呼叫端且默认设置第一数据传输模式进行通信，第二语音通信装置B作为被叫端。在其他实施方式中，可以根据需求先由任意一个语音通信装置提出呼叫请求并设置相应的数据传输方式进行通信。

步骤601，第一语音通信装置A提出呼叫请求。

步骤602，多个中继装置C和第二语音通信装置B通过握手协议响应呼叫请求。

步骤603，每当有一个新的中继装置C响应呼叫请求，中继装置C的总数将增加1，第二设置模块21统计响应呼叫请求的中继装置C的总数，每个响应的中继装置C均记录自身与第一语音通信装置A的位置关系，例如第二个中继装置C与第一语音通信装置A之间仅隔着第一个中继装置C，即隔着奇数个中继装置C，则记录第二个中继装置C与第一语音通信装置A的位置关系为隔着奇数个中继装置C，例如第三个中继装置C与第一语音通信装置A之间隔着两个中继装置C(第一个中继装置C和第二个中继装置C)，即隔着偶数个中继装置C，则记录第三个中继装置C与第一语音通信装置A的位置关系为隔着偶数个中继装置C。

步骤604，判断第一语音通信装置A是否能通过一个或多个中继装置C与第二语音通信装置B建立连接，如果不能建立连接，则结束通信进程；如果能建立连接，则执行步骤605和步骤608。

步骤605，在第二语音通信装置B中，第二设置模块21根据响应呼叫请求的中继装置C的总数情况，设置第二语音通信装置B应使用的数据传输模式：当总数为奇数时，则执行步骤606；当总数为偶数时，则执行步骤607。

步骤606，第二设置模块21将第二语音通信装置B设置成第一语音通信装置A所使用的数据传输模式进行通信，在本实施方式中，第二设置模块21将第二语音通信装置B设置成第一数据传输模式进行通信，此时第二收发模块22选取每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2中第一语音通信装置A所没有选取的时间段发送无线数据，选取每一数据帧的第三时间段S3和第四时间段S4中第一语音通信装置A所没有使用的时间段接收无线数据。

步骤607，第二设置模块21将第二语音通信装置B设置成第一语音通信装置A没有使用的数据传输模式进行通信，在本实施方式中，第二设置模块21将第二语音通信装置B设置第二数据传输模式进行通信，此时第二收发模块22选取每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2中第一语音通信装置A所没有选取的时间段接收无线数据，选取每一数据帧的第三时间段S3和第四时间段S4中第一语音通信装置A所没有使用的时间段发送无线数据。

步骤608，在每个响应的中继装置C中，中继设置模块31根据记录的中继装置C自身与第一语音通信装置A的位置关系，设置中继装置C自身应使用的数据传输模式：当位置关系为隔着奇数个中继装置C时，则执行步骤609；当位置关系为隔着偶数个中继装置C时，则执行步骤610。

步骤609，中继设置模块31将中继装置C自身设置成第一语音通信装置A所使用的数据传输模式进行通信，在本实施方式中，中继设置模块31将中继装置C自身设置成第一数据传输模式进行通信，此时中继收发模块32选取每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段分别发送来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据，选取每一数据帧的第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段分别接收来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据。

步骤610，中继设置模块31将中继装置C自身设置成第一语音通信装置A所没有使用的数据传输模式进行通信，在本实施方式中，中继设置模块31将中继装置C自身设置成第二数据传输模式进行通信，此时中继收发模块32选取每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2中的不同时间段分别接收来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据，选取每一数据帧的第三时间段S3和第四时间段S4中的不同时间段分别发送来自第一语音通信装置A和第二语音通信装置B的无线数据。

步骤611，设置完数据传输模式后，所有装置进行数据传输，直至数据传输结束。

在本实施方式中，第一语音通信装置A和第二语音通信装置B通过由三个中继装置C建立的通信传输信道进行通信。

请参阅图7，图7为本发明一实施方式的远距离通信的数据传输示意图。如图7所示，第一语音通信装置A、第一个中继装置C、第二个中继装置C、第三个中继装置C及第二语音通信装置B顺序建立连接，其中第一语音通信装置A发送的数据用A1表示，第二语音通信装置B发送的数据用B1表示，传输数据帧从图7左边的第一帧开始。

依据上述图6所示的较远距离通信时建立通信的步骤流程，此时，中继装置C的总数为3，即总数为奇数，则第二语音通信装置B设置成第一数据传输模式传输无线数据，第二收发模块22在每一数据帧的第一时间段S1和第二时间段S2中选取第一语音通信装置A所没用到的时间段发送无线数据，在每一数据帧的第三时间段S3和第四时间段S4中选取第一语音通信装置A所没用到的时间段接收无线数据。此时，每个响应的中继装置C自身与第一语音通信装置A的位置关系如下：第一个中继装置C隔着0个中继装置C，第二个中继装置C隔着1个中继装置C，第三个中继装置C隔着2个中继装置C，即第一个中继装置C和三个中继装置C均与第一语音通信装置A隔着偶数个中继装置C，第二个中继装置C则隔着奇数个个中继装置C，因此第一个中继装置C和三个中继装置C均使用第二数据传输模式，第二个中继装置C使用第一数据传输模式。在本实施方式中，第一语音通信装置A使用的是第一数据传输模式且默认选取第一时间段S1发送数据，选取第四时间段S4接收数据，则第二语音通信装置B也使用第一数据传输模式且只能选取第二时间段S2发送数据，只能选取第三时间段S3接收数据。在其他实施方式中，可以根据需要选取不同的时间段收发数据，在此不作限制。

当第一语音通信装置A发出无线数据时，第一收发模块12选取第一时间段S1发送无线数据给第一个中继装置C，第一个中继装置C接收到无线数据后，转发给第二个中继装置C，以此方式，最后将数据传输到第二语音通信装置B。在第二语音通信装置B中，第二收发模块22选取第三时间段S3接收无线数据。

当第二语音通信装置B发出无线数据时，第二收发模块22选取第二时间段S2发送无线数据给第三个中继装置C，第三个中继装置C接收到无线数据后，转发给第二个中继装置C，以此方式，最后将数据传输到第一语音通信装置A。在第一语音通信装置A中，第一收发模块12选取第四时间段S4接收无线数据。

依照上述数据传输方式，本发明提供了一种可以实现全双工语音通信的机制，使得第一语音通信装置A和第二语音通信装置B发出的无线数据互不冲突。

目前电话系统的时间延迟范围约为20毫秒至150毫秒，本发明通过中继装置C进行远距离传输时，产生的时间延迟与节点数的关系约为：T_delay＝2*N*T_timeslot.其中，T_delay为产生的时间延迟，N为传输路径的中继装置数量，T_timeslot为一个时间段的时长(在本实施方式中，时间段时长为2.5毫秒)。

当T_delay为100毫秒时，使用的中继装置数量可达20个，理论上可在数十公里的范围内实现语音通信。

综上所述，本发明提供了一种全双工语音中继通信的机制，使用者可以根据需要将其应用在楼宇对讲系统、各种需要内部语音通信的场所甚至通信网络不发达的野外环境中。本发明不仅解决了传输无线数据的传输分配问题，也实现了基于Zigbee技术的远距离语音传输，给使用者提供了极大的便利。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。