Выделитель фазовой составляющей речевого сигнала

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.

 

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.

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°.