ВЫДЕЛИТЕЛЬ ФАЗОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА Российский патент 2012 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области передачи речевого сигнала синтетическим способом, при котором передается не полный речевой сигнал (PC), а только его огибающая и частотна составляющая. Полоса частот каждой из них не более 40 Гц, что в 77 раз меньше полосы частот полного PC, равной 3100 Гц. В это же число раз может быть сокращена и полоса частот радиоканала при их передаче. Данный способ и устройство описаны в следующих источниках:

1. Патент РФ на ПМ №88220. Компандер спектра передаваемого РС/А.А.Волков, С.Н.Кузнецов. Приоритет от 26 июня 2009 г.

2. Волков А.А. Синтетический метод цифровой передачи PC // Электросвязь, 2004 №7. - С.36-38.

3. Верзунов М.В. Однополосная модуляция в радиосвязи. - М.: Воениздат, 1972.

По технической сущности наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в первом источнике, которое по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках - аналоги изобретения.

Прототип состоит из последовательно соединенных источника аналогового PC, формирователя однополосного сигнала (ФОС), усилителя-ограничителя амплитуды сигнала, стандартного частотного демодулятора (СЧД), интегратора по времени и генератора колебания вспомогательной несущей частоты, подключенного к высокочастотному (в.ч.) входу ФОС.

По PC b(t)=U(t)cos[φ(t)+φ₀] формируется однополосное колебание u₀(t)=U(t)cos[wt+φ(t)+φ₀], которое после усиления и ограничения амплитуды до постоянного уровня поступает на вход резонансного СЧД. На его выходе имеет место колебание u_ч(t)=kdφ(t)/dt, пропорциональное фазовой составляющей dφ(t)/dt PC, где К - коэффициент пропорциональности. Далее u_ч(t) интегрируется по времени и на выходе интегратора сигнал u(t)=kφ(t) пропорционален фазе φ(t) PC. Так как СЧД - дифференцирующее устройство, то на его выходе теряется постоянная составляющая фазы φ₀, а на выходе интегратора восстанавливается новая начальная фаза φ₁≠φ₀, что снижает качество синтезированной речи, т.к. так как по φ(t)+φ₀ восстанавливается огибающая PC. Кроме того, у продифференцированного по времени сигнала амплитуда умножается на его круговую частоту, отчего его полоса частот значительно расширяется. Поэтому вместо частотной составляющей в [1] предложено передавать фазовую составляющую φ(t) без широкополосной амплитудной составляющей, которая восстанавливается на приемной стороне по φ(t)+φ₀. Девиация частоты однополосного сигнала не превышает 40 Гц, в то время как для нормальной работы СЧД требуется девиация частоты не менее 2 кГц, что в 50 раз больше 40 Гц. Поэтому при подаче на вход СЧД однополосного колебания на его выходе сигнал ниже допустимого уровня, как и на выходе интегратора.

Основным недостатком прототипа является сравнительно низкое качество синтезированной речи из-за малой девиации частоты однополосного сигнала, низкой чувствительности СЧД, низкого уровня сигнала на его выходе и φ≠φ₀.

Техническим результатом изобретения является повышение качества синтезированной речи за счет повышения чувствительности детектора, девиации частоты однополосного сигнала и сохранения его начальной фазы φ₀.

Сущность изобретения состоит в том, что в выделитель фазовой составляющей PC, состоящий из последовательно соединенных источника аналогового PC, ФОС, усилителя-ограничителя (УО) амплитуды сигнала, а также генератора колебания вспомогательной несущей частоты, подключенного к в.ч. входу ФОС, дополнительно введены два умножителя фазы PC одинаковой кратности, фазовращатель на 90°, когерентный фазовый дискриминатор, причем выход УО подключен через первый умножитель фазы PC к сигнальному входу когерентного фазового дискриминатора, к опорному входу которого подключен выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты через последовательно включенные второй умножитель фазы и фазовращатель на 90°.

Существенным отличием изобретения являются введенные элементы и их связи.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого выделителя фазовой составляющей PC, на фиг.2 - принципиальная схема фазового дискриминатора, на фиг.3 - векторная диаграмма, поясняющая работу фазового дискриминатора, а на фиг.4 - детекторная характеристика фазового дискриминатора.

На фиг 1 обозначено: 1 - источник PC; 2 - ФОС; 3 - генератор колебания вспомогательной несущей частоты; 4 - усилитель-ограничитель амплитуды сигнала; 5, 6 - умножители фазы одинаковой кратности; 7 - когерентный фазовый дискриминатор; 8 - фазовращатель на 90 градусов. Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа устройства происходит следующим образом.

Входной PC b(t)=U(t)cosφ(t) поступает с блока 1 на НЧ вход ФОС 2, на ВЧ вход которого подается колебание вспомогательной несущей частоты u₃(t)=U₃cosφ(t) с генератора 3. На выходе блока 2 образуется колебание u₂(t)=U(t)cos[ωt+φ(t)+φ₀], которое поступает на вход усилителя-ограничителя 4 амплитуды этого сигнала. На входе блока 4 имеет место однополосное колебание постоянного уровня u₄(t)=U₄cos[(ωt+φ(t)], которое поступает на вход первого умножителя 5 фазы в n раз.

На выходе блока 5 имеет место колебание u₅(t)=U₅(t)cos[nωt+φ(t)], которое поступает на информационный вход когерентного фазового дискриминатора 7. На опорный вход блока 7 поступает колебание вспомогательной несущей частоты u₃(t) с генератора 3 через последовательно включенные второй умножитель 6 фазы в n раз и фазовращатель 8 на 90 градусов, т.е. на опорный вход блока 7 поступает колебание u₈(t)=U₈cos(nωt+90°).

Когерентный фазовый дискриминатор фиг 2 состоит из двух идентичных последовательных диодных амплитудных детекторов, RC-фильтры которых соединены между собой последовательно, а их диодные входы подключены к противоположным концам вторичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с точкой соединения RC-фильтров через вторичную обмотку трансформатора фазовращателя 8. Это значит, что на детекторы однополосное колебание подается в противофазе, а опорное колебание - в фазе. Работа дискриминатора поясняется векторной диаграммой фиг.3, представляющей собой геометрическую сумму вектора опорного колебания U₈ и двух половинок вектора U₅ (±05U₅), расположенного к вектору U₈ под углом 90°+φ(t). К диоду VD1 прикладывается суммарное напряжение U_д1, а к диоду VD2 - суммарное напряжение U_д2. Модули этих суммарных напряжений определяются по теореме косинусов, в результате чего напряжение на выходе всего дискриминатора

,

где К_д - коэффициент передачи амплитудного детектора.

При U₈=0,5U₅ детекторная характеристика U_вых=f(φ) имеет наиболее протяженный линейный участок и принимает вид U_вых=K_дU₅(|cos[0,5φ(t)]|-|sin[0,5φ(t)]|), которая представлена графически на фиг 4.

Видно, что в окрестности точки абсциссы π/2 - наиболее линейный участок, согласно которому U_вых=Knφ(t), где К - коэффициент пропорциональности, т.е. выделяется фазовая составляющая φ(t) PC непосредственно, минуя операцию дифференцирования, т.е. минуя потерю постоянной составляющей фазы φ₀.

Технико-экономическим эффектом является повышение качество синтезированной речи за счет исключения потери постоянной составляющей фазы φ₀ и увеличения уровня сигнала на выходе демодулятора за счет введенных умножителей фазы.

Изобретение относится к области передачи речевого сигнала. Предложенный выделитель фазы PC выполнен на основе чувствительного когерентного фазового дискриминатора клиппированного однополосного сигнала с увеличением девиации фазы за счет введенных двух ее умножителей одинаковой кратности без потери ее начальной составляющей. Это позволяет получить технический результат - повысить качество синтезированной речи на приемной стороне. 4 ил.

Выделитель фазовой составляющей речевого сигнала, состоящий из последовательно соединенных источников аналогового речевого сигнала (PC), формирователя однополосного сигнала (ФОС), усилителя ограничителя (УО) амплитуды сигнала, а также генератора колебания вспомогательной несущей частоты, подключенного к высокочастотному входу ФОС, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два умножителя фазы речевого сигнала одинаковой кратности, фазовращатель на 90°, когерентный фазовый дискриминатор, причем выход УО подключен через первый умножитель фазы речевого сигнала к сигнальному входу когерентного фазового дискриминатора, к опорному входу которого подключен выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты через последовательно включенные второй умножитель фазы и фазовращатель на 90°.