СИСТЕМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2012 года по МПК B61L29/00 

Описание патента на изобретение RU2464193C2

Изобретение относится к области железнодорожной радиосвязи, являющейся единственным средством связи с движущимся поездом.

Известны системы ж.д. радиосвязи, описанные в различных источниках, например:

1. Горелов Г.В., Волков А.А., Шелухин В.И. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи. - М.: ГОИ, 2007.

2. Ваванов Ю.В. и др. Радиотехнические системы железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1991.

3. Рамлау П.Н. и др. Радиосвязь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1983.

По технической сущности наиболее близкой к изобретению является система, описанная в первом источнике, которая по этой причине и принимается за ее прототип. В остальных источниках - аналоги изобретения.

Прототип: система состоит на передающей стороне из последовательно включенных микрофона, передатчика аналоговых ЧМ сигналов, антенно-фидерного тракта, а на приемной стороне - из последовательно соединенных атенно-фидерного тракта, приемника аналоговых ЧМ сигналов, громкоговорителя.

Основным недостатком прототипа является невысокая помехоустойчивость приема сигналов в условиях высокого уровня помех, что имеет место на ж.д. транспорте и что связано с безопасностью движения поездов.

Техническим результатом изобретения является увеличение помехоустойчивости приема речевых сигналов в 3,3 раза без ухудшения качества речи.

Сущность изобретения состоит в том, что в систему ж.д. радиосвязи, состоящей на передающей стороне из последовательно включенных микрофона, передатчика аналоговых ЧМ сигналов, антенно-фидерного тракта, а на приемной стороне - из последовательно включенных антенно-фидерного тракта, приемника аналоговых ЧМ сигналов, громкоговорителя, дополнительно введены на передающей стороне генератор вспомогательной несущей частоты и последовательно подключенные к выходу микрофона усилитель, перемножитель сигналов, двусторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигнала, полосовой фильтр, когерентный детектор, выход которого подключен к низкочастотному (н.ч.) входу передатчика ЧМ сигналов; выход генератора вспомогательной несущей частоты подключен к высокочастотному (в.ч.) входу перемножителя и к опорному входу когерентного детектора, а на приемной стороне дополнительно введены генератор импульсов и последовательно подключенные к выходу приемника ЧМ сигналов дискретизатор по времени, интегратор по времени, фильтр нижних частот (ФНЧ), усилитель звуковой частоты, выход которого подключен к входу громкоговорителя; выход генератора импульсов подключен к в.ч. входу дискретизатора сигнала по времени.

Существенным отличием изобретения являются введенные элементы и их связи.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема радиопередающего устройства, а на фиг.2 - радиоприемного устройства радиосистемы.

На фиг.1 обозначено: 1 - микрофон, 2 - микрофонный усилитель, 3 - перемножитель сигналов, 4 - генератор колебания вспомогательной несущей частоты, 5 - усилитель-ограничитель амплитуды сигналов, 6 - полосовой фильтр, 7 - когерентный детектор, 8 - передатчик ЧМ сигналов.

На фиг.2 обозначено: 9 - приемник ЧМ сигналов, 10 - дискретизатор по времени, 11 - генератор импульсов, 12 - двусторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигнала, 13 - интегратор по времени, 14 - ФНЧ, 15 - усилитель звуковой частоты (УЗЧ), 16 - громкоговоритель. Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы происходит следующим образом.

Введенные элементы на передающей стороне (фиг.1), обведенные пунктирной линией, представляют собой глубокий двусторонний ограничитель амплитуды (клиппирующее устройство) речевого сигнала без гармоник его частотных составляющих, что и определяет существенный выигрыш в помехоустойчивости без ухудшения качестве речи. В эксплуатируемых ж.д. радиостанциях при нормальной громкости разговора ограничение амплитуды сигнала отсутствует. Если же громкость будет значительно выше нормы (крики), то соответствующий сигнал большого уровня ограничивается по амплитуде во избежание увеличения девиации частоты выше нормы, создающей помехи соседним частотным каналам. Введенные элементы на передающей стороне глубоко ограничивают по амплитуде сигнал не только большой, но и средней, и малой громкости. Конечно, глубоко ограниченный по амплитуде (клиппированный) сигнал имеет более низкую натуральность, но на приемной стороне введенные элементы устраняют этот недостаток.

Речевой сигнал (PC) является широкополосным, так как его полоса частот ΔΩ больше средней частоты его спектра. Поэтому непосредственное ограничение по низкой частоте (н.ч.) сопровождается попаданием в его полосу частот гармоник его частотных составляющих, начиная со второй и до одиннадцатой для 300 Гц. Это сильно и необратимо ухудшает разборчивость речи на выходе приемника. Для исключения этого недостатка широкополосный н.ч. PC с микрофонного усилителя 2 (фиг.1) преобразуется в узкополосный в.ч. сигнал в перемножителе 3, для чего он поступает на его н.ч. вход. На в.ч. вход блока 3 поступает колебание вспомогательной несущей частоты u4=U4cosωt с генератора 4. Речевой сигнал с выхода блока 2 можно представить в общем виде проекцией аналитического сигнала на вещественную ось комплексной плоскости:

u(t)=U(t)cosφ(t), где U(t) - огибающая, φ(t) - его фаза. На выходе перемножителя 3 имеет место колебание

которое является узкополосным в.ч. колебанием, так как его полоса частот 2ΔΩ<<ω.

Колебание u3(t) поступает на вход двустороннего амплитудного усилителя-ограничителя 5, на выходе которого будет не только первая, но и более высокие гармоники, находящиеся вне ее спектра. ФНЧ 6 пропускает на свой выход только первую гармонику, которая представляет собой колебание u3(t), но только постоянной амплитуды U5. Сигнал с выхода ФНЧ 6 когерентно детектируется в блоке 7 для получения н.ч. неискаженного гармониками PC постоянной амплитуды. Для этого на опорный вход блока 7 подается колебание вспомогательной несущей частоты с генератора 4. Когерентный детектор 7 состоит из перемножителя сигналов с подключенным к его выходу ФНЧ. На выходе перемножителя блока 7 колебание

ФНЧ блока 7 пропускает на свой выход только первое слагаемое u7(t)=U7cosφ(t), где U7=0,5U6U4 которое и представляет собой н.ч. широкополосный клиппированный PC без гармоник его частотных составляющих. Этот сигнал поступает на микрофонный вход передатчика 8, с выхода которого ЧМ колебание излучается антенной А.

На приемной стороне (фиг.2) ЧМ сигнал с выхода приемной антенны А поступает на вход приемника 9, где он опять преобразуется в н.ч. речевой сигнал (PC) постоянной амплитуды. Введенные элементы 10-15, обведенные пунктирной линией на фиг.2, восстанавливают амплитуду U(t) речевого сигнала и тем самым восстанавливают натуральность речи. Данное восстановление амплитуды осуществляется по принципу дельта-модуляции (ДМ) с поправкой. Поправка заключается в следующем. В известной ДМ передается знак приращения Δf функции PC. Но при очень малом приращении аргумента Δt приращение функции практически равно дифференциалу df этой функции по времени: Δf=df=(df/dt)Δt. Это значит, что знак приращения функции f(t) определяется знаком ее производной df/dt. Дискретизируя по времени эту производную, а затем предельно ограничивая по амплитуде дискретный сигнал, получим в чистом виде сигнал ДМ. Детектором этого сигнала является интегратор по времени с ФНЧ на его выходе. Сигнал на выходе ФНЧ представляет собой PC с огибающей. Если операцию дифференцирования исключить, то на выходе детектора-интегратора с ФНЧ будет такой PC с такой же огибающей, как и при дифференцировании, но сдвинутый по фазе на 90°. Это подтвердил компьютерный эксперимент по программе «Elektroniks Workbench». Ухо человека не реагирует на начальную фазу речи и поэтому можно использовать такую ДМ без дифференцирования (фиг.2).

С блока 9 речевой сигнал постоянной амплитуды u9(t)=U cosφ(t) поступает на н.ч. вход дискретизатора по времени 10, на в.ч. вход которого подаются импульсы с генератора 11. Дискретизированный сигнал с блока 10 предельно и двусторонне ограничивается по амплитуде (клиппируется) в блоке 12, после чего интегрируется по времени в блоке 13, где восстанавливается PC с огибающей U(t). Далее этот PC поступает через ФНЧ 14 и УЗЧ 15 на громкоговоритель 16, где он преобразуется в звук.

Помехоустойчивость приема PC определяется обобщенным выигрышем [1]

, где m - индекс ЧМ, а Кn - пик-фактор PC. Если PC не ограничен по амплитуде, то . При глубоком ограничении амплитуды PC значение . Это значит, что данное изобретение обеспечивает выигрыш в помехоустойчивости приема PC в раза без ухудшения качества речи.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение в 3,3 раза помехоустойчивости приема сигнала без ухудшения качества речи. Введенные элементы на фиг.1,2 являются внешними по отношению к радиостанции и поэтому их можно использовать и в эксплуатируемых радиостанциях.

Похожие патенты RU2464193C2

название год авторы номер документа
ДЕЛЬТА-МОДУЛЯТОР 2016
  • Волков Анатолий Алексеевич
RU2625394C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Волкова Ирина Анатольевна
RU2371783C2
ФОРМИРОВАТЕЛЬ ОДНОПОЛОСНОГО СИГНАЛА ФАЗОВЫМ СПОСОБОМ 2008
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Волкова Ирина Анатольевна
RU2363091C1
Приемник однополосных компандированных сигналов 1989
  • Волков Анатолий Алексеевич
SU1753600A1
АДАПТИВНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНО-КОДОВЫЙ МОДУЛЯТОР 2010
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Волкова Ирина Анатольевна
RU2426257C1
ПЕРЕДАТЧИК МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ С ЧАСТОТНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ 1992
  • Волков Анатолий Алексеевич
RU2060587C1
ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ 2011
  • Волков Анатолий Алексеевич
RU2454793C1
Формирователь однополосного сигнала 1990
  • Волков Анатолий Алексеевич
SU1753578A1
ДЕТЕКТОР ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ 2015
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Кузюков Василий Александрович
  • Морозов Максим Сергеевич
RU2611987C1
ДЕЛИТЕЛЬ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В 2 РАЗА 2018
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Морозов Максим Сергеевич
RU2695988C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 464 193 C2

Реферат патента 2012 года СИСТЕМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Изобретение относится к области железнодорожной радиосвязи. Система состоит на передающей стороне из последовательно включенных микрофона, передатчика ЧМ сигналов, антенно-фидерного тракта, а на приемной стороне - из последовательно включенных антенно-фидерного тракта, приемника ЧМ сигналов, громкоговорителя. В систему дополнительно введены на передающей стороне генератор колебания вспомогательной несущей частоты и последовательно подключенные к выходу микрофона микрофонный усилитель, перемножитель сигналов, двухсторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигналов, полосовой фильтр, когерентный детектор. Выход детектора подключен к микрофонному входу передатчика ЧМ сигналов, а выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты подключен к высокочастотному входу перемножителя сигналов и к опорному входу когерентного детектора. На приемной стороне введены генератор импульсов и последовательно подключенные к выходу приемника дискретизатор сигнала по времени, двухсторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигналов, интегратор по времени, фильтр нижних частот (ФНЧ), усилитель звуковой частоты (УЗЧ), выход которого подключен ко входу громкоговорителя. Выход генератора импульсов подключен к высокочастотному входу дискретизатора сигнала по времени. Достигается увеличение помехоустойчивости приема сигналов без ухудшения качества речи. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 464 193 C2

Система железнодорожной радиосвязи, состоящая на передающей стороне из последовательно включенных микрофона, передатчика ЧМ-сигналов, антенно-фидерного тракта, а на приемной стороне - из последовательно включенных антенно-фидерного тракта, приемника ЧМ-сигналов, громкоговорителя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены на передающей стороне генератор колебания вспомогательной несущей частоты и последовательно подключенные к выходу микрофона микрофонный усилитель, перемножитель сигналов, двухсторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигналов, полосовой фильтр, когерентный детектор, выход которого подключен к микрофонному входу передатчика ЧМ-сигналов, а выход генератора колебания вспомогательной несущей частоты подключен к высокочастотному входу перемножителя сигналов и к опорному входу когерентного детектора; на приемной стороне дополнительно введены генератор импульсов и последовательно подключенные к выходу приемника дискретизатор сигнала по времени, двухсторонний усилитель-ограничитель амплитуды сигналов, интегратор по времени, фильтр нижних частот (ФНЧ), усилитель звуковой частоты (УЗЧ), выход которого подключен ко входу громкоговорителя; выход генератора импульсов подключен к высокочастотному входу дискретизатора сигнала по времени.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2464193C2

СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ ПО ЦИФРОВЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Андрушко Олег Сергеевич
  • Вериго Александр Михайлович
RU2381939C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Волков Анатолий Алексеевич
  • Волкова Ирина Анатольевна
RU2371783C2
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ 1998
  • Котзин Майкл Д.
  • Разански Уолтер Дж. Мл.
RU2211536C2
Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор 1923
  • Петров Г.С.
SU2005A1

RU 2 464 193 C2

Авторы

Волков Анатолий Алексеевич

Даты

2012-10-20Публикация

2010-12-24Подача