УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2004 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемниках и приемопередатчиках, работающих в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Повышается качество приема аналоговых телефонных сигналов, передаваемых в одной боковой полосе частот с подавленной несущей.

При приеме телефонных сигналов одним из факторов, оказывающих решающее влияние на разборчивость речи и надежность радиосвязи, является выбор порога срабатывания АРУ. Выбор слишком низкого порога срабатывания АРУ приводит к снижению соотношения сигнал/шум радиоприемника из-за влияния шумов оконечных каскадов. Выбор слишком высокого порога срабатывания АРУ приводит к увеличению уровня шумов на выходе радиоприемника, которые маскируют полезный сигнал и приводят к снижению разборчивости речи.

Для устранения этих противоречий в [1] предлагается использовать два кольца АРУ. Одно кольцо АРУ по полезному узкополосному сигналу, а второе кольцо регулирования по смеси полезного сигнала и помех в более широкой полосе частот, причем каждое из колец АРУ имеет различные пороги срабатывания.

Однако недостатком известного устройства является возможность подавления за счет работы системы АРУ слабого полезного сигнала мощной помехой, попадающей в полосу частот регулирования второго широкополосного кольца АРУ.

Известно устройство автоматической регулировки коэффициента передачи [2], содержащее элемент с регулируемым коэффициентом передачи, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, дешифратор, два пороговых элемента, амплитудный детектор, интегрирующие усилители со сбросом.

Недостатком известного устройства является то, что при работе с сигналами с одной боковой полосой и подавленной несущей (по международной классификации класс излучения J3E), являющимися основными при передаче аналоговых телефонных сигналов в коротковолновом диапазоне длин волн, в паузах между словами коэффициент передачи устройства автоматически увеличивается, и возрастает уровень шумов на его выходе. Это приводит к ухудшению разборчивости речи и повышенной утомляемости оператора радиосвязи.

Во избежание этого постоянную времени цепи заряда системы АРУ, т.е. реакцию на увеличение сигнала, задают достаточно малой, от 1 до 100 мс. В то же время постоянная времени цепи разряда системы АРУ, т.е. реакция на уменьшение сигнала, задается достаточно большой, от 0,1 до 10 с [3] и [4].

Однако, как отмечается в [5], коротковолновому диапазону длин волн присущи глубокие интерференционного характера замирания сигнала, что при медленной реакции устройства автоматической регулировки коэффициента передачи на уменьшение уровня сигнала приводит к потере информации.

Задача изобретения - повышение качества приема аналоговых телефонных сигналов, передаваемых в одной боковой полосе с подавленной несущей, за счет исключения возможной потери информации при замираниях сигнала и повышения разборчивости речи путем уменьшения уровня шумов в паузах между словами.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство автоматической регулировки коэффициента передачи, содержащее элемент с регулируемым коэффициентом передачи, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом счетных импульсов реверсивного счетчика, последовательно соединенного с дешифратором, выход которого соединен с управляющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, вход управления направлением счета реверсивного счетчика соединен с выходом первого порогового элемента, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй интегрирующие усилители со сбросом, входы которых соединены с выходом амплитудного детектора, выход первого интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом первого порогового элемента, выход второго интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом второго порогового элемента, введены последовательно соединенные устройство определения корреляционной функции выборки сигнала, третье пороговое устройство и одновибратор, а также первый и второй ключи, причем вход устройства определения корреляционной функции выборки сигнала соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, выход одновибратора соединен с управляющими входами первого и второго ключей, вход первого ключа соединен с выходом первого порогового элемента, а выход - со входом управления сбросом первого интегрирующего усилителя, вход второго ключа соединен с выходом второго порогового элемента, а выход - со входом управления сбросом второго интегрирующего усилителя.

Поставленная задача может быть достигнута тем, что в описанном выше устройстве автоматической регулировки коэффициента передачи вместо устройства определения корреляционной функции выборки сигнала введены последовательно соединенные устройство дискретизации сигнала, аналого-цифровой преобразователь, первый буферный накопитель, вычислитель скалярного произведения двух векторов и второй буферный накопитель, а также устройство сдвига отсчетов, причем вход устройства дискретизации соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, а выход второго буферного накопителя соединен со входом третьего порогового устройства, выход устройства сдвига отсчетов соединен со вторым входом вычислителя скалярного произведения двух векторов, а третье пороговое устройство выполнено цифровым.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства автоматической регулировки коэффициента передачи.

Устройство автоматической регулировки коэффициента передачи содержит элемент 1 с регулируемым коэффициентом передачи, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, элемент 2 ИЛИ, выход которого соединен со входом счетных импульсов реверсивного счетчика 3, последовательно соединенного с дешифратором 4, выход которого соединен с управляющим входом элемента 1 с регулируемым коэффициентом передачи, первый 5 и второй 6 пороговые элементы, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента 2 ИЛИ, вход управления направлением счета реверсивного счетчика 3 соединен с выходом первого порогового элемента 5, амплитудный детектор 7, вход которого соединен с выходом элемента 1 с регулируемым коэффициентом передачи, первый 8 и второй 9 интегрирующие усилители со сбросом, входы которых соединены с выходом амплитудного детектора 7, выход первого интегрирующего усилителя со сбросом 8 соединен со входом первого порогового элемента 5, выход второго интегрирующего усилителя со сбросом 9 соединен со входом второго порогового элемента 6, а также последовательно соединенные устройство определения корреляционной функции выборки сигнала 10, третье пороговое устройство 11 и одновибратор 12, а также два ключа 13 и 14, причем вход устройства определения корреляционной функции выборки сигнала 10 соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи 1, выход одновибратора 12 соединен с управляющими входами первого 13 и второго 14 ключей, вход первого ключа 13 соединен с выходом первого порогового элемента 5, а выход - со входом управления сбросом первого интегрирующего усилителя 8, вход второго ключа 14 соединен с выходом второго порогового элемента 6, а выход - со входом управления сбросом второго интегрирующего усилителя 9.

Предлагаемое устройство позволяет сохранить обычный порядок регулирования коэффициента передачи при наличии речевого сигнала с замираниями и, в то же время, устранить возрастание коэффициента передачи в паузах между словами, приводящее к возрастанию шумов на выходе.

Принцип работы устройства основан на различии корреляционных характеристик речевого сигнала и шума. Содержащиеся в речи гласные звуки с достаточной точностью представимы суммой отрезков гармонических колебаний. Выборка, то есть фрагмент речевого сигнала, представляющий гласный звук, имеет квазипериодическую корреляционную функцию. Если же выборка содержит шум с равномерным спектром в полосе частот телефонного сигнала ΔF, его корреляционная функция близка к нулю при временных сдвигах, больших 1/(2ΔF). Таким образом, отличительным признаком наличия речевого сигнала может служить превышение нормированной корреляционной функцией некоторого порога в области временных сдвигов, больших, чем 1/(2ΔF). Методы расчета корреляционных функций приведены в [6].

Устройство работает следующим образом. Узел 10 вычисляет корреляционную функцию текущей выборки сигнала, поступающую на третье пороговое устройство 11, которое сравнивает значения корреляционной функции при временных сдвигах, больших, чем 1/(2ΔF), с некоторым постоянным порогом, величина которого выбирается в зависимости от длительности выборки сигнала. Если третье пороговое устройство 11 обнаруживает превышение порога хотя бы при одном значении временного сдвига, оно перезапускает одновибратор 12, который формирует импульс постоянной длительностью, замыкающий ключи 13 и 14. Длительность импульса должна быть больше максимально возможного интервала времени, разделяющего два соседних гласных звука речевого сигнала. При замкнутых ключах устройство автоматической регулировки коэффициента передачи работает так, как описано в [2], отрабатывая все изменения сигнала, обусловленные его замираниями, и исключая возможную потерю информации из-за резкого уменьшения уровня сигнала.

В паузах речевого сигнала после окончания импульса на выходе перезапускаемого одновибратора 12 размыкаются ключи 13 и 14, сигналы сброса, формируемые пороговыми устройствами 5 и 6, не поступают на интеграторы 8 и 9, и они находятся в состоянии насыщения. С выхода элемента 2 ИЛИ импульсы не поступают на реверсивный счетчик 3, и коэффициент передачи элемента 1 остается неизменным.

Когда вновь появляется речевой сигнал, то ключи 13 и 14 замыкаются, цепь обратной связи восстанавливается, и устройство автоматической регулировки коэффициента передачи работает, как обычно.

Устройство определения корреляционной функции состоит из нескольких параллельно включенных по входу коррелометров, определяющих корреляционную функцию выборки сигнала для различных значений времени задержки в диапазоне от 1/(2ΔF) до 1/(2F₁), где F₁ - минимальное значение частоты в спектре телефонного сигнала. Структурная схема отдельного коррелометра приведена на фиг.2 и содержит перемножитель 15, на один из входов которого сигнал подается непосредственно, а на другой - через линию задержки 16, и скользящий интегратор 17 на длительности выборки сигнала. Аналогичная функциональная схема коррелометра приведена в [6] (рис. 5.4, с. 497).

На фиг.3 представлен возможный вариант реализации устройства определения корреляционной функции выборки сигнала на основе принципов цифровой обработки сигналов, оно содержит последовательно соединенные устройство дискретизации сигнала 18, аналого-цифровой преобразователь 19, первый буферный накопитель 20, вычислитель скалярного произведения двух векторов 21 и второй буферный накопитель 22, а также устройство сдвига отсчетов 23, причем вход устройства дискретизации 18 соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи 1, а выход второго буферного накопителя 22 соединен со входом третьего порогового устройства 11, вход устройства сдвига отсчетов 23 соединен с выходом первого буферного накопителя 20, а выход - со вторым входом вычислителя скалярного произведения двух векторов 22.

В этом случае устройство работает следующим образом. Устройство 18 дискретизации сигнала берет с частотой дискретизации f_д отсчеты мгновенных значений аналогового сигнала на выходе элемента 1 с регулируемым коэффициентом передачи, которые затем преобразуются в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 19 и поступают на буферный накопитель 20, который запоминает последовательность длиной N=f_д/(2F₁) отсчетов входного сигнала на длительности выборки и представляет эту последовательность на своем выходе в виде вектора, вычислитель 21 определяет скалярные произведения этого вектора с векторами, сдвинутыми на число позиций от f_д/(2ΔF) до N-1, поступающими с устройства 23 сдвига отсчетов, скалярные произведения при всех значениях сдвига поступают на второй буферный накопитель 22, который запоминает их. Выходной сигнал второго буферного накопителя 22 поступает на третье пороговое устройство 11, которое в данном случае также является цифровым и в котором все значения скалярных произведений векторов, сдвинутых на число позиций от 0 до N-1, сравниваются с порогом, и если хотя бы одно из них превышает его, что соответствует наличию речевого сигнала, то на выходе третьего порогового устройства 11 формируется сигнал, запускающий одновибратор, и ключи 13 и 14 замыкаются, если же ни одно значение скалярных произведений векторов, сдвинутых на число позиций от f_д/(2ΔF) до N-1, не превышает порога, что соответствует отсутствию речевого сигнала, то одновибратор не запускается, и ключи 13 и 14 размыкаются.

Источники информации

1. Устройство АРУ, управляемое широкополосными и узкополосными сигналами. Патент США №4455681, 19.06.84 г., класс по МКИ Н 04 В 1/16, H 03 F 3/45.

2. Устройство автоматической регулировки коэффициента передачи. Патент №1243086, 07.07.86 г., Бюл. №25.

3. ГОСТ 14663 “ПРИЕМНИКИ МАГИСТРАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ ГЕКТОМЕТРОВОГО-ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН”.

4. ГОСТ 25792 “ПРИЕМНИКИ МОРСКОЙ ПОДВИЖНОЙ СЛУЖБЫ”.

5. КОМАРОВИЧ Е.Н., СОСУНОВ В.Н. Случайные радиопомехи и надежность KB связи. - М.: Связь, 1977.

6. ТИХОНОВ В.И. Статистическая радиотехника. - 2-е изд. - М.: Радио и связь, 1982.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемопередатчиках, работающих в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Технический результат заключается в повышении качества приема аналоговых телефонных сигналов, передаваемых в одной боковой полосе с подавленной несущей, за счет исключения возможной потери информации при замираниях сигнала и повышения разборчивости речи путем уменьшения уровня шумов в паузах между словами. Устройство содержит элемент с регулируемым коэффициентом передачи (1), элемент ИЛИ (2), реверсивный счетчик (3), дешифратор (4), первый, второй и третий пороговые элементы (5), (6), (11), амплитудный детектор (7), первый и второй интегрирующие усилители со сбросом (8) - (9), устройство определения корреляционной функции сигнала (10), одновибратор (12) и два ключа (13) - (14). 3 ил.

1. Устройство автоматической регулировки коэффициента передачи, содержащее элемент с регулируемым коэффициентом передачи, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом счетных импульсов реверсивного счетчика, последовательно соединенного с дешифратором, выход которого соединен с управляющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, вход управления направлением счета реверсивного счетчика соединен с выходом первого порогового элемента, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй интегрирующие усилители со сбросом, входы которых соединены с выходом амплитудного детектора, выход первого интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом первого порогового элемента, выход второго интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом второго порогового элемента, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные устройство определения корреляционной функции выборки сигнала, третье пороговое устройство и одновибратор, а также два ключа, причем вход устройства определения корреляционной функции выборки сигнала соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, а выход одновибратора соединен с управляющими входами первого и второго ключей, вход первого ключа соединен с выходом первого порогового элемента, а выход со входом управления сбросом первого интегрирующего усилителя, вход второго ключа соединен с выходом второго порогового элемента, а выход со входом управления сбросом второго интегрирующего усилителя.2. Устройство автоматической регулировки коэффициента передачи, содержащее элемент с регулируемым коэффициентом передачи, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом устройства, элемент ИЛИ, выход которого соединен со входом счетных импульсов реверсивного счетчика, последовательно соединенного с дешифратором, выход которого соединен с управляющим входом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, вход управления направлением счета реверсивного счетчика соединен с выходом первого порогового элемента, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, первый и второй интегрирующие усилители со сбросом, входы которых соединены с выходом амплитудного детектора, выход первого интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом первого порогового элемента, выход второго интегрирующего усилителя со сбросом соединен со входом второго порогового элемента, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные устройство дискретизации сигнала, аналого-цифровой преобразователь, первый буферный накопитель, вычислитель скалярного произведения двух векторов, второй буферный накопитель, третье пороговое устройство и одновибратор, а также устройство сдвига отсчетов и два ключа, причем вход устройства дискретизации соединен с выходом элемента с регулируемым коэффициентом передачи, вход устройства сдвига отсчетов соединен с выходом первого буферного накопителя, а выход со вторым входом вычислителя 22 скалярного произведения двух векторов, третье пороговое устройство выполнено цифровым, выход одновибратора соединен с управляющими входами первого и второго ключей, вход первого ключа соединен с выходом первого порогового элемента, а выход со входом управления сбросом первого интегрирующего усилителя, вход второго ключа соединен с выходом второго порогового элемента, а выход со входом управления сбросом второго интегрирующего усилителя.