基于载波监听的TWS耳机通信方法及系统、TWS耳机与流程

本发明涉及无线耳机的技术领域，特别是涉及一种基于载波监听的真无线立体声耳机(truewirelessstereo，tws)交互方法及系统、tws耳机。

背景技术：

随着蓝牙无线通信技术的发展以及相关蓝牙产品的广泛使用，蓝牙无线耳机已经成为随身携带的必备品。为了携带和佩戴更方便，tws耳机被越来越广泛地使用。

现有技术中，通常将主耳机与手机等蓝牙设备建立蓝牙连接，从耳机根据相应的参数监听上述蓝牙连接，从而实现蓝牙耳机与主耳机和从耳机的通信。具体地，蓝牙设备在链路上发射蓝牙数据包，蓝牙数据包包含有主耳机和从耳机各自的数据。因此，主耳机和从耳机都可以得到该蓝牙数据包，然后分别获取自己对应的数据。主耳机和从耳机都需要针对数据接收状况回复蓝牙设备，但蓝牙协议规定在回复时隙内，只能由一个耳机进行回复。当主耳机接收正确而从耳机没有接收正确时，若主耳机回复确认接收正确，这样会导致主耳机和从耳机的数据不同步。目前tws耳机需要在主耳机和从耳机之间建立另外一条数据连接，用于同步两个耳机的状态信息，或者两个耳机之间需要使用数据转发机制导致延迟较长。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于载波监听的tws耳机通信方法及系统、tws耳机，主耳机和从耳机通过载波监听抢占信道的方式实现与蓝牙设备通信，无需进行主耳机和从耳机之间的交互。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于载波监听的tws耳机通信方法，所述tws耳机包括主耳机和从耳机；包括以下步骤：当所述主耳机和所述从耳机接收到蓝牙设备发送来的数据包后，所述主耳机和所述从耳机对信道进行载波监听；当所述信道被占用时，所述主耳机和所述从耳机均不发送信号；当所述信道空闲且所述从耳机未正确接收所述数据包时，所述从耳机先发送信号抢占信道，再与所述蓝牙设备通信，而所述主耳机检测到信道被占用，将不发送信号；当所述信道空闲且所述从耳机正确接收所述数据包时，所述从耳机不发送信号，所述主耳机先发送信号抢占信道，再与所述蓝牙设备通信。

于本发明一实施例中，所述主耳机根据数据包接收状态生成正常回复信息任务，所述从耳机根据数据包接收状态生成包头未正确接收任务或数据体未正确接收任务；所述包头未正确接收任务、所述数据体未正确接收任务和所述正常回复信息任务的优先级递减；优先级最高的任务对应的耳机通过先发送信号抢占信道，与所述蓝牙设备进行通信。

于本发明一实施例中，不同任务对应不同的信号检测时间；任务优先级越高，对应的信号检测时间越短，以保证当前优先级最高的任务抢占信道。

于本发明一实施例中，在蓝牙设备数据发送时隙蓝牙设备发送数据包，所述主耳机和所述从耳机接收数据包；所述主耳机和所述从耳机在所述蓝牙设备数据发送时隙结束前预设时长内，切换为耳机数据发送时隙的频点，并在所述频点进行信道的载波监听。

于本发明一实施例中，进行载波监听时，基于信号功率的门限值或特定格式的信号来判断信道被占用还是空闲。

于本发明一实施例中，当所述从耳机正确接收所述数据包时，所述从耳机不会先发送数据抢占信道；若所述主耳机正确接收到所述数据包，则发送ack信息至所述蓝牙设备；若主耳机未正确接收到所述数据包，则发送nak信息至所述蓝牙设备。

于本发明一实施例中，当所述从耳机未正确接收数据包的包头时，所述从耳机在所述蓝牙设备发送时隙结束前发送任意数据包，抢占信道，所述主耳机检测到所述信道被占用则不会发送信号；当所述从耳机正确接收数据包的包头且未正确接收数据包的数据体时，所述从耳机先发送nak信息至所述蓝牙设备以抢占信道，所述主耳机检测到所述信道被占用则不会发送信号。

本发明提供一种tws耳机，所述tws耳机包括主耳机和从耳机；

所述主耳机包括第一处理器和第一存储器：所述第一存储器用于存储计算机程序；所述第一处理器用于执行所述第一存储器存储的计算机程序，以使所述主耳机执行上述的基于载波监听的tws耳机通信方法；

所述从耳机包括第二处理器和第二存储器：所述第二存储器用于存储计算机程序；所述第二处理器用于执行所述第二存储器存储的计算机程序，以使所述从耳机执行上述的基于载波监听的tws耳机通信方法。

于本发明一实施例中，所述主耳机与蓝牙设备建立蓝牙连接；所述从耳机基于所述主耳机和所述蓝牙设备的连接信息，与所述蓝牙设备通信。

最后，本发明提供一种基于载波监听的tws耳机通信系统，包括蓝牙设备和上述的tws耳机；

所述蓝牙设备用于发送数据包至所述tws耳机，并根据所述tws耳机的通信重发所述数据包或发送新的数据包。

如上所述，本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法及系统、tws耳机，具有以下

有益效果：

(1)主耳机和从耳机通过载波监听抢占信道方式和蓝牙设备进行通信，保证了主耳机和从耳机之间的同步，实现了可靠的tws耳机的无线通信；

(2)主耳机和从耳机之间无需进行交互，简化了算法，极具实用性。

附图说明

图1显示为本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法于一实施例中的流程图；

图2显示为tws耳机与蓝牙设备于一实施例中的通信时序示意图；

图3显示为tws耳机与蓝牙设备于实施例一中的通信时序示意图；

图4显示为tws耳机与蓝牙设备于实施例二中的通信时序示意图；

图5显示为tws耳机与蓝牙设备于实施例三中的通信时序示意图；

图6显示为tws耳机与蓝牙设备于实施例四中的通信时序示意图；

图7显示为tws耳机与蓝牙设备于实施例五中的通信时序示意图；

图8显示为本发明的tws耳机于一实施例中的结构示意图；

图9显示为本发明的基于载波监听的tws耳机通信系统于一实施例中的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法及系统、tws耳机通过主耳机和从耳机载波监听抢占信道的方式保证同一时间仅有一个耳机与蓝牙设备的通信，不仅保证了主耳机和从耳机之间的数据同步，而且实现了可靠的tws耳机的无线通信，极具实用性。

所述tws耳机包括主耳机和从耳机。所述主耳机和蓝牙设备之间建立标准的蓝牙连接。所述主耳机获取与所述蓝牙设备建立蓝牙连接的蓝牙参数，后续基于所述蓝牙参数接收所述蓝牙设备发送的数据包。所述从耳机与所述主耳机共享所述蓝牙连接参数，，并监听所述主耳机和所述蓝牙设备建立的蓝牙连接，在后续基于所述蓝牙参数接收所述蓝牙设备发送的数据包，无需由所述主耳机转发所述数据包。于本发明一实施例中，所述蓝牙设备包括智能手机、智能音响、ipad、pc机中的一种或多种组合。

在本发明中，通过主耳机和从耳机载波监听抢占信道的方式保证同一时间仅有一个耳机与蓝牙设备的通信。具体地，所述主耳机在接收到蓝牙设备发送来的数据包后，先监听回复信道一段时间，时间长度根据不同的任务确定。当确定信道空闲时，所述主耳机转为发射模式按照蓝牙协议发送信号；当确定信道被占用时，所述主耳机将不发射信号。所述从耳机在接收蓝牙设备发送来的数据包后，先监听回复信道一段时间，时间长度根据不同的任务确定。当确定信道空闲时，所述从耳机转为发射模式按照蓝牙协议发送信号；当确定信道被占用时，所述从耳机将不发射信号。

如图1所示，于一实施例中，本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法包括以下步骤：

步骤s1、当所述主耳机和所述从耳机接收到蓝牙设备发送来的数据包后，所述主耳机和所述从耳机对信道进行载波监听。

具体地，蓝牙协议采用时分复用(timedivisionmultiplexing)技术，即两个以上的信号或数据流可以同时在一条通信线路上传输，其表现为同一通信信道的子信道。但在物理上来看，信号是轮流占用物理信道的。在本发明中，将蓝牙设备视为主设备(master)，主耳机和从耳机分别视为第一从设备(slave1)和第二从设备(slave2)。通常，在主设备数据发送时隙(mastertxslot)，所述蓝牙设备发送数据包，所述主耳机和所述从耳机接收数据包。在接下来的从设备数据发送时隙(slavetxslot)，所述蓝牙设备接收数据包，所述主耳机或所述从耳机发送数据包。根据蓝牙协议要求，只有一个从设备接入信道中。故当所述主耳机和所述从耳机接收到蓝牙设备发送来的数据包后，为了实现信道接入选择，所述主耳机和所述从耳机需对信道进行载波监听(carriersense)，以根据载波监听结果和自身任务优先级抢占信道，从而只有一个设备接入信道。

于本发明一实施例中，进行载波监听时，基于信号功率的门限值或特定格式的信号来判断信道被占用还是空闲。同时，载波监听的时间长度不做任何限制。根据蓝牙协议，在所述主耳机和所述从耳机进行载波监听的时间段，他们所属的piconet没有信号传输，通常是空闲状态，除非有其他干扰信号的存在。因此，在所述主耳机和所述从耳机的长期载波监听中，可以判断出信号从主耳机到从耳机，以及从从耳机到主耳机之间的信号衰减，可以根据信号功率的门限值t1和衰减值控制相应的信号发射功率，以保证有效的抢占信道。

步骤s2、当所述信道被占用时，所述主耳机和所述从耳机均不发送信号。

具体地，通过载波监听判断所述信道被占用时，表明信道繁忙，所述主耳机和所述从耳机均无需向所述蓝牙设备发送数据包。

步骤s3、当所述信道空闲且所述从耳机未正确接收所述数据包时，所述从耳机先发送信号抢占信道，再与所述蓝牙设备通信，而所述主耳机检测到信道被占用，将不发送信号。

具体地，通过载波监听判断所述信道空闲时，所述主耳机和所述从耳机需根据自身的数据包接收状态抢占信道，以与所述蓝牙设备进行通信，从而保证所述蓝牙设备可以根据正常的蓝牙协议工作，保证所述主耳机和所述从耳机保持信道状态同步，维持可靠的双耳无线连接。在信道抢占时，只要所述主耳机和所述从耳机中的一方先发送数据，另一方监听到之后就不会再发送数据。

如图2所示，矩形框中含有字母t表示设备在发射信号，矩形框中含有字母r表示设备在接收信号，矩形框中含有字母s表示设备在监听信道。虚线框表示根据不同的条件，该事件可能存在，也可能不存在。由于蓝牙协议采用的是跳频方案克服干扰，因此每个slot(时隙)的信号发射频率会改变。所述主耳机和所述从耳机在mastertxslot时隙接收完成数据包后，应当在mastertxslot时隙结束前预设时长xus(如100微秒)内，即下一个slavetxslot时隙开始位置之前预设时长(如100微秒)内从频点f(k)切换到slavetxslot时隙的频点f(k+1)，并在该频点进行载波监听。于本发明一实施例中，所述主耳机根据数据包接收状态生成正常回复信息任务slave1_rsp，所述从耳机根据数据包接收状态生成包头未正确接收任务slave2_ph_error或数据体未正确接收任务slave2_pl_error。所述数据体未正确接收任务表明数据包的包头接收正确、数据体未正确接收。所述包头未正确接收任务、所述数据体未正确接收任务和所述正常回复信息任务的优先级不同，为逐个递减，即slave2_ph_error>＝slave2_pl_error>slave1_rsp。在本发明中，不同任务对应不同的信号检测时间；任务优先级越高，对应的信号检测时间越短。因此，在进行载波监听时，信号检测时间最短的任务，即任务优先级最高的任务先抢占信道，则由任务优先级最高的任务对应的耳机与所述蓝牙设备通信。例如，当检测到的任务为包头未正确接收任务或数据体未正确接收任务，其优先级高于所述主耳机的任务，故所述从耳机抢占信道，与所述蓝牙设备通信。具体地，当所述从耳机未正确接收数据包的包头时，所述从耳机在mastertxslot时隙结束前发送较短的任意数据包，抢占发射信道，主耳机检测到信道被占用后将不再发送信号。所述蓝牙设备没有接收到所述主耳机和所述从耳机发送来的信息，默认从设备接收错误，重传数据包。当所述从耳机正确接收数据包的包头且未正确接收数据包的数据体时，先抢占信道发送nak信息至所述蓝牙设备。所述蓝牙设备接收到所述nak信息时，会重传数据包。所述nak信息表示negativeacknowledgment，即没有应答。它是一个用于数字通信中确认数据收到但是有小错误的信号。

步骤s4、当所述信道空闲且所述从耳机正确接收所述数据包时，所述从耳机不发送信号，所述主耳机先发送信号抢占信道，再与所述蓝牙设备通信。

具体地，当所述从耳机正确接收所述数据包时，其不生成包头未正确接收任务或数据体未正确接收任务，即所述从耳机不会先发送数据抢占信道。故当前优先级最高的任务为所述主耳机生成的正常回复信息任务。故所述主耳机抢占信道，与所述蓝牙设备通信。其中，若所述主耳机正确接收到所述数据包，则发送ack信息至所述蓝牙设备；若主耳机未正确接收到所述数据包，则发送nak信息至所述蓝牙设备。所述ack信息即是确认字符(acknowledgecharacter)，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符，表示发来的数据已确认接收无误。

下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法。

实施例一、作为主设备的蓝牙设备发送给其他蓝牙设备数据包，从耳机正确接收数据包的包头(packetheader)

如图3所示，在该实施例中，作为slave2的从耳机接收正确的packetheader，通过packetheader确认数据包并不是给自己的，因此不做任何回复。不论作为slave1的主耳机是否正确接收packetheader，均按照蓝牙协议要求不做任何操作。因此在slavetxslot时隙，所述主耳机和所述从耳机均不发送数据。

实施例二、作为主设备的蓝牙设备发送给其他蓝牙设备数据包，从耳机没有正确接收数据包的包头

如图4所示，作为slave2从耳机没有正确接收packetheader，因此无法确定包类型和数据包是否发送给自己。假设slave2在r1阶段没有正确接收packetheader，则slave2会产生slave2_ph_error任务。slave2先载波监听一段时间，假设信号功率低于某个门限值t1，则表示信道空闲，slave2转为发射模式，发射频率为下一个slot的发射频率f(k+1)，发射信号slave2_head。该信号为任意类型信号，当然由于slave2是蓝牙设备，可以发送蓝牙信号，数据任意。如果信号功率一直大于某个门限值t1，则表示信道被占用，不需要发射信号。在这个过程中，slave1如果在sense状态同样会检测到该信道被占用，因而也不会发送信号。由于slave2不知道信号包类型和长度信息，因此slave2在接下来的每个masterslot都会按照标准蓝牙协议接收信号。如果slave2同样没有接收对packetheader，slave2将在masterslot2复制masterslot1中的操作，以此反复。在这个过程中，作为slave1的主耳机的操作如下：如果slave1接收packetheader正确，由于数据包是给另外的蓝牙设备，因此slave1执行标准的蓝牙协议，不做任何动作。如果slave1接收packetheader错误，同样执行标准的蓝牙协议，不做任何动作。即slave1在这种情况下执行标准蓝牙协议即可。

实施例三、作为主设备的蓝牙设备发送给tws耳机数据包，从耳机接收正确且主耳机没有其他优先级任务如图5所示，在正常情况下，作为slave2的从耳机接收正确，并且作为slave1的主耳机没有其他优先级任务。此时，slave1和slave2的动作分别如下：slave1如果接收packetheader错误，将执行标准的蓝牙协议，不做任何动作；slave1如果接收packetheader正确，则接收完成后转换到下一个slot的频点，进行信道的载波监听。由于slave2接收正确，因此slave2不会产生slave2_ph_error或slave2_pl_error任务，即slave2不会发射。因此，最终slave1抢占信道进行发射，根据标准蓝牙协议，如果数据包接收正确，则回复ack信息；如果数据包接收错误，则回复nak信息。slave2由于接收正确转为监听状态，但是没有其他任务，因此不会发射数据。

实施例四、作为主设备的蓝牙设备发送给tws耳机数据包，从耳机正确接收数据包的包头，错误接收数据包的数据体(payload)

如图6所示，在该实施例中，作为slave2的从耳机接收packetheader正确，但是payload循环冗余校验错误，并且作为slave1的主耳机没有其他优先级任务。此时，slave1动作如下：slave1如果接收packetheader错误，将执行标准的蓝牙协议，不做任何动作。slave1如果接收packetheader正确，则接收完成后转换到下一个slot的频点，进行信道载波监听。由于slave2接收payload错误，因此会产生slave2_pl_error任务，该任务比slave1_rsp的任务优先级高，因此从耳机会先发射，从而抢占信道。slave1看到信道被占用后，将不会发射。slave2的动作如下：slave2由于payload接收错误，因此会抢占信道进行数据发射，回复作为master的蓝牙设备nak信号。由于slave2和slave1共享连接和信道信息，对于master来说，slave2回复的信号也是满足协议要求的。当master看到slave2的nak信息后，会对数据包进行重传，从而保证slave1和slave2能同步数据，不会出现一个接收正确另外一个接收不正确的情况。

实施例五、作为主设备的蓝牙设备发送给tws耳机数据包，从耳机错误接收数据包的包头

如图7所示，在该实施例中，作为slave2的从耳机根据crc校验或者reserve位判断接收packetheader错误，并且作为slave1的主耳机没有其他优先级任务。由于slave2在r1阶段接收packetheader错误，因此无法确定packettype和数据包是否发射给自己，其后续操作和实施例二中的操作完全一致。slave1如果接收packetheader错误，将执行标准的蓝牙协议，不做任何动作。slave1如果接收packetheader正确，则接收完成后转换到下一个slot的频点，进行信道载波监听。由于slave2会在masterslot的末尾部分进行信号发射，从而抑制了slave1进行发射。因此在slaveslot时间内，slave1和slave2都不会发射数据。因此作为master的蓝牙设备不会接收到任何数据，master按照标准的蓝牙协议会认为slave接收错误，会重传数据包。

如图8所示，于一实施例中，本发明的tws耳机包括主耳机81和从耳机82。

所述主耳机81包括第一处理器和第一存储器：所述第一存储器用于存储计算机程序；所述第一处理器用于执行所述第一存储器存储的计算机程序，以使所述主耳机执行上述的基于载波监听的tws耳机通信方法。其中，所述第一存储器包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述第一处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

所述从耳机82包括第二处理器和第二存储器：所述第二存储器用于存储计算机程序；所述第二处理器用于执行所述第二存储器存储的计算机程序，以使所述从耳机执行上述的基于载波监听的tws耳机通信方法。其中，所述第二存储器包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述第二处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

于本发明一实施例中，所述主耳机81与蓝牙设备建立蓝牙连接；所述从耳机82基于所述主耳机和所述蓝牙设备的连接信息，与所述蓝牙设备通信。也就是说，所述主耳机81和所述从耳机82可以共享与蓝牙设备的连接信息。

如图9所示，于一实施例中，本发明的基于载波监听的tws耳机通信系统包括蓝牙设备91和上述的tws耳机92。

所述蓝牙设备91与所述tws耳机92蓝牙连接，用于发送数据包至所述tws耳机92，并根据所述tws耳机的通信重发所述数据包或发送新的数据包，从而实现二者之间的可靠通信。

综上所述，本发明的基于载波监听的tws耳机通信方法及系统、tws耳机主耳机和从耳机通过载波监听抢占信道的方式和蓝牙设备进行通信，保证了主耳机和从耳机之间的同步，实现了可靠的tws耳机的无线通信；主耳机和从耳机之间无需进行交互，简化了算法，极具实用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。