ВЫДЕЛИТЕЛЬ ФАЗОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА
SEPARATION OF PHASE COMPONENT OF VOICE SIGNAL

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.
0
0
0
ч
ч
0
1
0
0
0
По PC b(t)=U(t)cos[φ(t)+φ] формируется однополосное колебание u(t)=U(t)cos[wt+φ(t)+φ], которое после усиления и ограничения амплитуды до постоянного уровня поступает на вход резонансного СЧД. На его выходе имеет место колебание u(t)=kdφ(t)/dt, пропорциональное фазовой составляющей dφ(t)/dt PC, где К - коэффициент пропорциональности. Далее u(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 φ, а на выходе интегратора восстанавливается новая начальная фаза φ≠φ, что снижает качество синтезированной речи, т.к. так как по φ(t)+φ 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)+φ. 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.
0
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≠φ.
0
Техническим результатом изобретения является повышение качества синтезированной речи за счет повышения чувствительности детектора, девиации частоты однополосного сигнала и сохранения его начальной фазы φ.
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.
3
3
2
0
4
4
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 u(t)=Ucosφ(t) с генератора 3. На выходе блока 2 образуется колебание u(t)=U(t)cos[ωt+φ(t)+φ], которое поступает на вход усилителя-ограничителя 4 амплитуды этого сигнала. На входе блока 4 имеет место однополосное колебание постоянного уровня u(t)=Ucos[(ωt+φ(t)], которое поступает на вход первого умножителя 5 фазы в n раз.
5
5
3
8
8
На выходе блока 5 имеет место колебание u(t)=U(t)cos[nωt+φ(t)], которое поступает на информационный вход когерентного фазового дискриминатора 7. На опорный вход блока 7 поступает колебание вспомогательной несущей частоты u(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 u(t)=Ucos(nωt+90°).
8
5
5
8
д1
д2
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 U и двух половинок вектора U (±05U), расположенного к вектору U под углом 90°+φ(t). К диоду VD1 прикладывается суммарное напряжение U, а к диоду VD2 - суммарное напряжение U. Модули этих суммарных напряжений определяются по теореме косинусов, в результате чего напряжение на выходе всего дискриминатора
,
д
где К - коэффициент передачи амплитудного детектора.
8
5
вых
вых
д
5
При U=0,5U детекторная характеристика U=f(φ) имеет наиболее протяженный линейный участок и принимает вид U=KU(|cos[0,5φ(t)]|-|sin[0,5φ(t)]|), которая представлена графически на фиг 4.
вых
0
Видно, что в окрестности точки абсциссы π/2 - наиболее линейный участок, согласно которому U=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 φ.
0
Технико-экономическим эффектом является повышение качество синтезированной речи за счет исключения потери постоянной составляющей фазы φ и увеличения уровня сигнала на выходе демодулятора за счет введенных умножителей фазы.