麦克风阵列反向散射：一种面向应用的轻量级空间声音记录设计
摘要
带有麦克风阵列的现代声学可穿戴设备有望为消费者提供丰富的体验（例如，360°声音和声学成像）。然而，具有精确同步的实时多轨音频流对现有的无线麦克风阵列设计提出了重大挑战，这些设计依赖于复杂的数字同步以及笨重和耗电的硬件。
本文介绍了一种新型的麦克风阵列传感器结构，它可以使用模拟反向散射通信实现多轨音频信号的同步传输。我们开发了新颖的脉冲位置调制（PPM）和差分脉冲位置调制（DPPM）基带电路，可以产生频谱效率高、时间多路复用、多轨同步的基带信号用于反向散射。它的轻量级模拟同步支持并行多媒体信号，而不使用任何ADC、DSP、编解码器和射频收发器，因此在很大程度上降低了复杂性、延迟和功耗。为了进一步提高自持力，我们还设计了一个能量收集器，可以从声音和射频中提取能量。我们使用FPGA、分立元件和模拟器件建立了一个麦克风阵列反向散射传感器原型。我们的实验表明，8个音频轨道的通信范围（传感器到读取器）可达28米，在采样率超过48KHz的情况下，相当于吞吐量可达6.4Mbps。我们的传感器对4个音轨实现了87.4μs的流媒体延迟，与数字解决方案相比，这是650倍的改进。ASIC设计结果表明，它的功耗低至175.2μW。三个样本应用包括一个声学成像系统、一个波束成形滤波器和一个语音控制系统，都是用我们的相控阵麦克风构建的，进一步证明了我们设计的适用性。
作者
赵佳，龚伟
期刊\会议
ACM MobiCom (CCF-A) [Link] [PDF]
关键词
麦克风阵列，反向散射，物联网
