СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА В УСЛОВИЯХ НАЛИЧИЯ ПОМЕХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PICKING UP SPEECH SIGNAL IN PRESENCE OF INTERFERENCE AND APPARATUS THEREFOR

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах внутренней и мобильной телефонной связи.
Известен способ и система для обработки телефонных вызовов с участием двух цифровых беспроводных абонентских устройств, исключающая двойное кодирование речевых сигналов (заявка 98107812/09 от 29.04.1998), недостатком которого является невысокий уровень качества передачи речи при наличии акустических помех.
Известен также абонентский терминал связи (заявка 98109147/09 от 19.05.1998), недостатком которого является невысокий уровень качества передачи речи при наличии акустических помех.
Известна квазиэлектронная автоматическая телефонная станция (АТС), описанная в книге «Автоматические системы коммутации». Под ред. О.Н. Ивановой. М., Связь, 1978 г., стр.451-455, недостатком которой является невысокий уровень качества передачи речи при наличии акустических помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения сигнала в комплексной системе с независимыми измерителями, описанный в книге Максимова М. В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.X., и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., стр.443-447, принятый за прототип.
Способ-прототип заключается в следующем.
p1
1
i
p1
В радиотехнической следящей системе (РСС) в соответствии с алгоритмом обработки, который в нем используется, формируется сигнал (S) как сумма результата измерения аддитивная смеси сигнала (S) и помехи (P), после чего сигнал (S) фильтруется в соответствующем (первом) фильтре.
2
2
В автономном измерителе (АИ) измеряется координата Y в соответствии с алгоритмом обработки аддитивной смеси второго сигнала (S) и помехи (P), который в нем используется. Считается, что второй сигнал известным образом функционально связан с первым сигналом:
2
1
S=F(S).
a
В АИ полученный сигнал в вычислительном устройстве (ВУ) пересчитывается в систему координат, в которой определяется S так, что на выходе ВУ сигнал равен:
a
a
2
a
2
S=P(D)W(D)S+W(D)P,
N
где P(D)=D - оператор, определяющий связь измеряемых координат;
a
2
W(D) - передаточная функция АИ и ВУ для помехи P.
При этом N может принимать значения 0; ±1, ±2.
a
Затем сигнал S фильтруется в соответствующем (втором) фильтре.
p1
a
1
1
a
2
В первом и втором фильтрах осуществляется согласование масштабов и размерностей сигналов S и S, а так же минимизации ошибок измерения параметра сигнала S(z) за счет фильтрации ошибок P и P=W(D)P.
1
2
Ошибка измерения z складывается из динамической погрешности, обусловленной инерционностью измерителей, и ошибки, вызванной помехами P, P.
Выходной сигнал устройства:
X(t)=s(t)+z(t)
может быть представлен в виде:
p
p
a
a
p
p
1
a
a
2
s+z=(WF+PWF)s+WFP+WFP,
p
a
где F, F - передаточные функции согласующих соответствующих (первого и второго) фильтров.
При соответствующем выборе передаточных функций согласующих первого и второго фильтров и передаточной функции ВУ может быть снижена ошибка измерения сигнала.
Способ-прототип эффективен в том случае, когда известны функциональная связь второго сигнала с первым сигналом, статистические свойства помех, поступающих на входы устройства, и значения параметров, характеризующих помеховую обстановку, не изменяются во времени, или законы изменения и значения их параметров известны. Для случая, когда статистические свойства помехи неизвестны или параметры помех изменяются, помехоустойчивость недостаточно высока, особенно при решении задачи выделения речевого сигнала в условиях наличия помех.
Задача предлагаемого способа - повышение эффективности выделения речевого сигнала в условиях наличия помех.
Для решения поставленной задачи предлагается способ выделения речевого сигнала в условиях наличия помех, заключающийся в том, что входную смесь акустического сигнала и помехи преобразуют в электрический сигнал, фильтруют полосовым фильтром, получив смесь речевого сигнала и помехи с заданной полосой частот, которые усиливают в усилителе низкой частоты (УНЧ), в аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) формируют отсчеты смеси сигнала и помехи в цифровом виде и подают их в вычислительное устройство, где формируют пары сумм амплитуд отсчетов следующим образом:
первая пара сумм (первый момент времени):
1
- первая из пары - с первого отсчета, содержащая отсчеты, число которых прямо пропорционально значению частоты, с которой формируются отсчеты в АЦП, и обратно пропорционально ширине полосы частот сигнала (n);
1
1
1
- вторая из пары - с первого отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn);
вторая пара сумм (второй момент времени):
1
1
- первая из пары - с (n+1)-го отсчета, содержащая n отсчетов,
1
2
2
1
- вторая из пары - с (n+1)-го отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn);
последующие пары сумм -
для каждой i-й суммы (i-й момент времени):
1
1
- первая из пары - с (in+1)-го отсчета, содержащая n отсчетов,
1
1
1
1
- вторая из пары - с (in+1)-го отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn),
рассчитывают амплитуды сигнала для каждого момента времени с использованием полученных результатов суммирования путем решения соответствующих систем линейных уравнений.
Предлагаемый способ заключается в следующем:
а) Образуется пара сумм амплитуд отсчетов следующим образом.
1
Первая из пары - с первого отсчета и содержащая n отсчетов, причем
1
o
с
n=F/F,
o
F - частота, с которой формируются отсчеты в АЦП,
c
F - ширина полосы частот сигнала.
Или:
1
1
с
n=TF,
1
где T - временной интервал, определяемый шириной полосы частот сигнала.
То есть:
<mrow><mi>T</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msub><mi>F</mi><mi>c</mi></msub><mo>.</mo><mtext>                                                                                                     (1)</mtext></mrow>
1
1
Вторая из пары - с первого отсчета и содержащая ln отсчетов:
2
1
1.
n=ln
б) Рассчитывается амплитуда сигнала в начальный момент времени с использованием полученных результатов суммирования следующим образом:
<mrow><msub><mi>U</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>c</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>c</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext>                                                          (2)</mtext></mrow>
1
2i
где U, U - амплитуды первой суммы амплитуд отсчетов и второй суммы из пары сумм амплитуд отсчетов;
1с
2с
1п
2п
k, k, k, k - коэффициенты преобразования, учитывающие эффективность суммирования (интегрирования) сигнала и помехи для первой и второй сумм соответственно.
Выражение (1) получено следующим образом. Для предложенного способа результат суммирования амплитуд сигнала и помехи для первой и второй сумм i-й пары соответственно может быть записан:
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>c</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                                  (3)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>c</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                                 (4)</mtext></mrow>
c
п
где U, U - амплитуды сигнала и помехи.
с
п
Система уравнений (3), (4) является системой линейных уравнений с двумя неизвестными U и U.
1с
2с
1п
2п
Значения коэффициентов k, k, k, k определяются следующим образом.
Сигнал при суммировании (интегрировании) накапливается практически линейно, поскольку он не является случайным процессом, т.е.:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>1</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mtext>,                                                                                     (5)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>2</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mtext>,                                                                                  (6)</mtext></mrow>
нс
где K - эффективность накопления сигнала.
Тогда:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>1</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mtext>,                                                                        (7)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>2</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mtext>.                                                                      (8)</mtext></mrow>
Из выражений (6) и (7) получим соответственно:
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>c</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                                              (9)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>c</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>.</mo><mtext>                                                                                           (10)</mtext></mrow>
Помеха при суммировании накапливается нелинейно, поскольку является случайным процессом (см., например, книгу Максимова М.В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.X., и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., стр.348…349), т.е.:
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>1</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                          (11)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mn>2</mn><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                       (12)</mtext></mrow>
нп
где K - эффективность накопления помехи, значение которого зависит от значения автокорреляционного коэффициента помехи.
Тогда:
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mi>U</mi><msub><mo>,</mo><mi>п</mi></msub><mtext>                                                                (13)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mi>п</mi></msub><mtext>.                                                              (14)</mtext></mrow>
Из выражений (11) и (12) получим соответственно:
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mtext>,                                                                                     (15)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>l</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mtext>.                                                                                  (16)</mtext></mrow>
с
Решая данную систему уравнений, получим выражения для U:
<mrow><msub><mi>U</mi><mi>с</mi></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>с</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>с</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>.</mo><mtext>                                                  (17)</mtext></mrow>
c
Из анализа выражений (3), (4), (17) следует, что при отсутствии сигнала рассчитанное значение U=0.
Рассчитываются значения сумм амплитуд отсчетов:
значения первой пары сумм (первый момент времени):
1
- первая из пары - с первого отсчета, содержащая отсчеты, число которых прямо пропорционально значению частоты, с которой формируются отсчеты в АЦП, и обратно пропорционально ширине полосы частот сигнала (n);
1
1
1
- вторая из пары - с первого отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn);
значения второй пары сумм (второй момент времени):
1
1
- первая из пары - с (n+1)-го отсчета, содержащая n отсчетов,
1
2
2
1
- вторая из пары - с (n+1)-го отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn);
значения последующих пар сумм - для каждой i-й суммы (i-й момент времени):
1
1
- первая из пары - с (in+1)-го отсчета, содержащая n отсчетов,
1
1
1
1
- вторая из пары - с (in+1)-го отсчета, содержащая отсчеты, число которых в некоторое число раз (m) превышает число отсчетов, содержащееся в первой сумме данной пары (mn),
Для i-го момента времени коэффициенты преобразования сигнала и помехи рассчитываются соответственно:
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext>,                                                                                           (18)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>с</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mtext>,                                                                                        (19)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>1</mn><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mtext>,                                                                                         (20)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><mn>2</mn><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msqrt><msub><mi>K</mi><mrow><mi>н</mi><mi>п</mi></mrow></msub><mo>.</mo><mtext>                                                                                     (21)</mtext></mrow>
Рассчитываются амплитуды сигнала для каждого момента времени с использованием полученных результатов суммирования по формуле (17).
Ниже приведены результаты моделирования процесса вычисления значений амплитуды сигнала.
пi
пi
Помеха при моделировании представлена в виде совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (U) и фаз (φ), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. //В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр.51):
<mrow><mi>U</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>K</mi></munderover><mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>P</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mi>C</mi><mi>o</mi><mi>s</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>P</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>φ</mi><mrow><mi>P</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo></mrow></mstyle><mtext>                                                                        (22)</mtext></mrow>
где K - число гармонических составляющих помехи, используемых для ее представления (аппроксимации).
нс
нп
Эффективность накопления сигнала и помехи (соответственно K, K) принималась равной единице.
В таблице представлены результаты моделирования процесса расчета амплитуд сигнала (отклонение рассчитанного значения амплитуды сигнала от его истинного значения), которое было осуществлено методом математического моделирования на ЭВМ с использованием системы MATLAB.
В таблице приведены следующие обозначения:
п
с
U/U - отношение амплитуды помехи к амплитуде сигнала;
N1 - число гармонических составляющих помехи, используемых для ее представления (аппроксимации);
н1
τ - длительность накопления сигнала и помехи для первой суммы отсчетов (в относительных единицах);
н2
τ - длительность накопления сигнала и помехи для второй суммы отсчетов (в относительных единицах).
Таблица
U<sub>п</sub>/U<sub>с</sub>
N1
τ<sub>н1</sub>
τ<sub>н2</sub>
Отклонение рассчитанного значения амплитуды сигнала от его истинного значения, %
1
10
1
2
8
1
20
1
2
6,5
1
30
1
2
4,3
1
10
1
4
2,5
1
20
1
4
1,75
1
30
1
4
1,35
1
10
1
6
1,3
1
20
1
6
0,87
1
30
1
6
0,75
1
10
2
4
2,7
1
20
2
4
1,8
1
30
2
4
1,6
1
10
2
6
1,4
1
20
2
6
0,97
1
30
2
6
0,8
2
10
1
4
5,2
2
20
1
4
3,4
2
30
1
4
2,8
2
10
1
6
2,5
2
20
1
6
1,85
2
30
1
6
1,4
2
10
2
4
5,3
2
20
2
4
3,5
2
30
2
4
3,1
2
10
2
6
2,7
2
20
2
6
2,1
2
30
2
6
1,45
4
10
1
4
10
4
20
1
4
7
4
30
1
4
5,8
4
10
1
6
5,1
4
20
1
6
3,7
4
30
1
6
3,1
4
10
2
4
12
4
20
2
4
8
4
30
2
4
6,3
4
10
2
6
5,3
4
20
2
6
3,7
4
30
2
6
3,1
8
10
1
6
10,4
8
20
1
6
7,3
8
30
1
6
6
8
10
1
8
6,5
8
20
1
8
4,7
8
30
1
8
3,7
8
10
4
8
7,4
8
20
4
8
5,2
8
30
4
8
4,3
Из анализа данных, приведенных в таблице, может быть сделан вывод, что приемлемая точность расчета амплитуды сигнала при наличии помех (погрешность не превышает 5%) может быть обеспечена:
- для значения отношения амплитуды помехи к амплитуде сигнала равным единице - при обеспечении накопления в первом канале τ или 2 τ, а во втором канале - не менее 4 τ;
- для значения отношения амплитуды помехи к амплитуде сигнала равным двум - при обеспечении накопления в первом канале τ или 2 τ, а во втором канале - не менее 4 τ;
- для значения отношения амплитуды помехи к амплитуде сигнала равным четырем - при обеспечении накопления в первом канале τ или 2 τ, а во втором канале - не менее 6 τ;
- для значения отношения амплитуды помехи к амплитуде сигнала равным восьми - при обеспечении накопления в первом канале τ или 2 τ, а во втором канале - не менее 8 τ.
Таким образом, при использовании заявляемого способа передача речи осуществляется практически без искажений в случае, когда амплитуда помехи значительно превышает амплитуду сигнала.
Известен абонентский терминал связи (заявка 98109147/09 от 19.05.1998), недостатком которого является невысокий уровень качества передачи речи при наличии акустических помех.
Известна квазиэлектронная автоматическая телефонная станция (АТС), описанная в книге «Автоматические системы коммутации». Под ред. О.Н. Ивановой. М., Связь, 1978 г., стр.451-455, недостатком которой является невысокий уровень качества передачи речи при наличии акустических помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство измерения сигнала в комплексной системе с независимыми измерителями, описанное в книге Максимова М.В., Бобнева М.П., Кривицкого Б.X., и др. «Защита от радиопомех», изд. «Сов. радио», 1976 г., стр.443-447, принятое за прототип.
Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
5 - вычислительное устройство (ВУ);
6 - радиотехническая следящая система (РСС);
2, 9 - первый и второй фильтры;.
7 - сумматор;
8 - автономный измеритель (АИ).
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные РСС 6, первый фильтр 2, сумматор 7, выход которого является выходом устройства, а также последовательно соединенные автономный измеритель 8, вычислительное устройство 5, второй фильтр 9, выход которого соединен со вторым входом сумматора 7. При этом вход РСС 6 является первым входом устройства, вход автономного измерителя 8 является вторым входом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом.
1
1
2
2
На вход РСС 6 поступает аддитивная смесь сигнала (S) и помехи (P), на вход АИ 8 поступает аддитивная смесь второго сигнала (S) и помехи (P), причем второй сигнал функционально связан с первым сигналом:
2
1
S=F(S).
p1
a
С выхода РСС 6 сигнал (S) - сумма результата измерения сигнала и помехи в РСС 6 поступает на вход фильтра 2. АИ 8 измеряет координату Y. ВУ 5 пересчитывает выходной сигнал АИ 8 в систему координат, в которой определяется S так, что на выходе ВУ 5 сигнал равен:
a
a
2
a
2
S=P(D)W(D)S+W(D)P,
N
где P(D)=D - оператор, определяющий связь измеряемых координат;
a
W(D) - передаточная функция АИ 8 и ВУ 5 для помехи P2.
При этом N может принимать значения 0; ±1, ±2.
a
p1
a
1
Сигнал S поступает на вход второго фильтра 9. Первый 2 и второй 9 фильтры предназначены для согласования масштабов и размерностей сигналов S и S, а также минимизации ошибок измерения параметра сигнала S (z) за счет фильтрации ошибок P:
2
Р=Wa(D)P.
1
2
Первый 2 и второй 9 фильтры могут также осуществлять операции дифференцирования или интегрирования. Ошибка измерения z складывается из динамической погрешности, обусловленной инерционностью измерителей, и ошибки, вызванной помехами P, P. Выходной сигнал устройства, который образуется на выходе сумматора 7:
X(t)=s(t)+z(t),
может быть представлен в виде:
1
2,
s+z=(WpFp+PWaFa)s+WpFpP+WaFaP
p
a
где F, F - передаточные функции согласующих первого 2 и второго 9 фильтров.
При соответствующем выборе передаточные функции согласующих первого 2 и второго 9 фильтров и передаточной функции ВУ 5 может быть снижена ошибка измерения сигнала.
Устройство-прототип эффективно работает в том случае, когда известна функциональная зависимость между первым и вторым сигналом, известны статистические свойства помех, поступающих на электроакустические устройства, и значения параметров, характеризующих помеховую обстановку, не изменяются во времени, или законы изменения и значения их параметров известны. В противном случае эффективность устройства-прототипа недостаточно высока.
Задача предлагаемого устройства - повышение эффективности выделения речевого сигнала в условиях наличия помех.
Для решения поставленной задачи в устройство выделения речевого сигнала в условиях наличия помех, содержащее фильтр и вычислительное устройство, согласно изобретению введены электроакустическое устройство (ЭАУ), а также последовательно соединенные усилитель низкой частоты (УНЧ) и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом вычислительного устройства, выход которого является выходом устройства, при этом вход ЭАУ является входом устройства, а его выход соединен с входом фильтра, являющегося полосовым, выход которого подсоединен к входу УНЧ.
Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:
1 - электроакустические устройства (ЭАУ);
2 - полосовой фильтр;
3 - усилитель низкой частоты (УНЧ);
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
5 - вычислительное устройство (ВУ).
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные электроакустическое устройство 1, полосовой фильтр 2, УНЧ 3, АЦП 4 и вычислительное устройство 5, выход которого является выходом устройства. Вход электроакустического устройства 1 является входом устройства. В качестве электроакустических устройств могут использоваться микрофоны или ларингофоны.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
1i
2i
1
i
1
Аддитивная смесь сигнала и помехи, поступающая с выхода ЭАУ 1, поступает на вход полосового фильтра 2, на выходе которого образуется сигнал с заданной полосой частот, после чего смесь сигнала и помехи усиливается в УНЧ 3. Отсчеты смеси сигнала и помехи, образуемые в АЦП 4, в цифровом виде поступают в вычислительное устройство 5. Значения выходных напряжений U, U рассчитываются путем суммирования n и mn отсчетов смеси сигнала и помехи для i-го момента времени соответственно.
Для i-го момента времени коэффициенты преобразования сигнала и помехи рассчитываются соответственно по формулам (18), (19), (20), (21). Рассчитывается значение амплитуды сигнала и помехи по формуле (17).
Результаты моделирования процесса вычисления значений амплитуды сигнала приведены в вышеприведенной таблице.
Вычислительное устройство 5 может быть выполнено в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и реализовано, например, на микросхеме XC2V3000-6FG676I фирмы Xilinx.
АЦП 4 может быть реализован на микросхеме THS1403IPFB.
УНЧ 3 может быть реализован на микросхеме OP467GS фирмы Analog Devices.
Таким образом, при использовании заявляемого способа и устройства для его осуществления передача речи осуществляется практически без искажений в случае когда амплитуда помехи значительно превышает амплитуду сигнала.