ДЕЛИТЕЛЬ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА
SPEECH SIGNAL FREQUENCY BAND DIVIDER

Изобретение относится к области передачи сигналов.
Известны делители полосы частот речевых сигналов, описанные в источниках, например, в:
1. Волков А.А. Метод принудительного деления полосы частот речевого сигнала // Электросвязь №11, 2008. - С.48-49.
2. Патент РФ на изобретение №2259632. Способ деления полосы частот передаваемого сигнала и устройство для его осуществления / А.А.Волков. Приоритет от 24.03.2004.
3. Патент 1508831 (Англия), МПК Н04В 1/66. Приоритет от 26.04.1978.
По технической  сущности наиболее близким к изобретению является делитель полосы частот, описанный в первом источнике, который по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках описаны аналоги изобретения.
Прототип состоит из последовательно включенных источника аналогового речевого сигнала (PC), формирователя однополосного колебания (ФОК) с генератором колебания несущей частоты, подключенным к его высокочастотному (ВЧ) входу, сумматора с детектором огибающей, подключенным между его двумя входами, перемножителя сигналов, когерентного детектора, опорный вход которого подключен к выходу генератора колебания несущей частоты через делитель частоты в два раза, а также из последовательно подключенных к выходу формирователя однополосного колебания (ФОК) фазовращателя на 90°, усилителя-ограничителя амплитуды, дифференциатора, триггера, элемента исключения постоянной составляющей его колебания, выход которого подключен ко второму входу перемножителя сигналов.
На выходе когерентного детектора полоса частот речевого сигнала уменьшена в два раза, отчего его минимальная частота стала равной 150 Гц вместо 300 Гц. Это не позволяет с помощью такого же устройства разделить дополнительно в два раза полосу частот речевого сигнала, так как стандартный полосовой фильтр, с помощью которого формируется однополосное колебание, работает на частотах, начиная с 300 Гц.
Основным недостатком прототипа является невозможность разделить полосу частот речевого сигнала еще в два раза дополнительным таким же устройством.
Техническим результатом изобретения является дополнительное увеличение частотной эффективности прототипа в два раза за счет введенных в него дополнительных элементов.
Сущность изобретения состоит в том, что в делитель полосы частот речевого сигнала, состоящий из последовательно включенных источника аналогового речевого сигнала (PC), формирователя однополосного колебания (ФОК) с генератором несущей, подключенным к его высокочастотному (ВЧ) входу, первого сумматора с первым детектором огибающей, включенным между его обоими входами, первого перемножителя сигналов, когерентного детектора, опорный вход которого подключен к выходу генератора колебания несущей частоты через первый делитель частоты в два раза, а также из последовательно подключенных к выходу формирователя однополосного колебания (ФОК) фазовращателя на 90°, усилителя-ограничителя амплитуды, дифференциатора, первого триггера с элементом исключения постоянной составляющей его выходного колебания, выход которого подключен ко второму входу первого перемножителя сигналов, введены дополнительно второй сумматор, второй детектор огибающей, второй перемножитель сигналов, второй делитель частоты в два раза, двухвходовая схема совпадений, второй триггер, причем, выход первого перемножителя подключен к информационному входу когерентного детектора через последовательно включенные второй сумматор и второй перемножитель сигналов, ко второму входу которого подключен выход дифференциатора через последовательно включенные схему совпадений и второй триггер с элементом исключения постоянной составляющей его выходного колебания; второй вход схемы совпадений подключен к другому выходу первого триггера; второй вход второго сумматора соединен с первым его входом через второй детектор огибающей; выход первого делителя частоты подключен к опорному входу когерентного детектора через второй делитель частоты в два раза.
Существенным отличием изобретения являются введенные элементы и их связи, так как только они позволяют получить указанный технический результат.
Данное изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 представлена структурная схема изобретения, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
На фиг.1 обозначено:
1 - фазовращатель сигнала на 90°;
2 - источник речевого сигнала;
3, 18 - делители несущей частоты в два раза;
4 - усилитель-ограничитель амплитуды;
5 - формирователь однополосного колебания;
6 - генератор колебания несущей частоты;
7 - дифференциатор по времени;
8, 13 - сумматоры сигналов;
9, 14 - детекторы огибающей однополосного колебания;
10, 15 - триггеры RS;
11, 16 - перемножители сигналов;
12 - двухвходовая схема совпадений;
17 - когерентный детектор.
Введенные элементы обведены пунктирной линией. Работа схемы происходит следующим образом.
2
6
6
5
6
9
6
8
6
8
5
8
0
8
11
11
Аналоговый речевой сигнал (PC) u(t)=U(t)·cosφ(t), где U(t) - огибающая, a φ(t) - фаза, из блока 2 поступает на низкочастотный (НЧ) вход формирователя 5 однополосного колебания, на высокочастотный вход которого подается колебание несущей частоты u(t)=U·cosωt с генератора 6. На выходе блока 5 имеет место однополосное колебание u(t)=0,5U·U(t)·cos[ωt+φ(t)], которое поступает на один вход первого сумматора 8 непосредственно и на второй его вход - через первый детектор 9 огибающей. Так как на выходе блока 9 огибающая u(t)=0,5U·U(t), то на выходе первого сумматора 8 колебание u(t)=0,5U·U(t)·{1+cos[ωt+φ(t)]}, которое не пересекает ось абсцисс, а имеет с ней только общие точки касания (фиг.2). Это колебание u(t)поступает на один вход первого перемножителя 11, на другой вход которого поступает колебание u(t) с блока 5 через последовательно включенные фазовращатель на 90° 1, усилитель-ограничитель амплитуды 4, дифференциатор 7, первый триггер 10. Как показано на фиг.2, на выходе дифференциатора 7 имеют место короткие разнополярные импульсы, отрицательные из которых точно совпадают с точками касания сигнала u(t) оси абсцисс. По этим отрицательным импульсам первый триггер 10 формирует импульсы, длительность которых равна периоду Т однополосного колебания. Данные импульсы триггера, показанные на фиг.2 с пунктирной вершиной, поступают на второй вход перемножителя 11 через конденсатор большой емкости, не показанный на фиг.1, который устраняет их постоянную составляющую, отчего импульсы прямоугольной формы на втором входе перемножителя 11 оказываются разнополярными. Однополярный сигнал u(t) совпадает с отрицательным импульсом на переходе в пределах своих точек касания с осью абсцисс, отчего его знак на выходе блока 11 меняется на отрицательный (u(t) фиг.2). При этом устраняется его постоянная составляющая, а период однополярного колебания увеличивается в два раза (фиг.2 u) и, следовательно, уменьшается в два раза его полоса частот:
11
8
10
6
u(t)=u(t)·u(t)=0,5·U·U(t)·cos{0,5·[ωt+φ(t)]},
10
где u(t)=±1.
11
Далее сигнал u(t) поступает на один вход второго сумматора 13 непосредственно и на другой его вход через второй детектор 14 огибающей, отчего на выходе сумматора сигнал
13
6
u(t)=0,5U·U(t)·{1+cos{0,5·(ωt+φ(t))]}.
11
Этот сигнал u(t), не пересекающий оси абсцисс, а имеющий с ней только общие точки касания, поступает на один вход второго перемножителя 16. На другой вход перемножителя 16 подаются положительные импульсы с выхода первого триггера 10 через последовательно соединенные схему совпадения 12, второй триггер 15. Второй вход схемы совпадения 12 соединен с выходом дифференциатора 7.
13
13
15
13
15
13
13
11
На фиг.2 показано, что с точками касания сигнала u(t) оси абсцисс совпадают соответствующие положительные импульсы с выхода блока 7, которые и выделяются схемой совпадения 12. Эти короткие импульсы формируют в триггере 15 периодическую последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых равна периоду сигнала u(t) между точками его касания оси абсцисс (фиг.2). Сигнал u(7) с инверсного выхода блока 15, показанный на фиг.2 положительными импульсами, через конденсатор большой емкости, не показанный на фиг.1, перемножается с сигналом u(t) в блоке 16, в результате чего отрицательные значения импульсов u(t) меняют знак сигнала u(t) на отрицательный на периоде между точками его касания оси абсцисс. От этого устраняется постоянная составляющая сигнала u(t), период его переменной составляющей, то - есть колебания u(t), увеличивается в два раза, а полоса его частот уменьшается, соответственно, также в два раза:
16
11
15
6
u(t)=u(t)·u(t)=0,5·U·U(t)·cos{0,25·[ωt+φ(t)]},
15
где u(t)=±1.
16
18
18
17
С перемножителя 16 сигнал u(t) поступает на информационный вход когерентного детектора 17, на опорный вход которого подается колебание несущей частоты с генератора 6 через последовательно включенные первый 3 и второй 18 делители частоты в два раза, то есть u(t)=U·cos 0,25ωt. Когерентный детектор 17 состоит из перемножителя сигналов П и ФНЧ на его выходе.
17
На выходе П имеет место колебание:
17
10
18
6
18
6
18
u(t)=u(t)·u(t)=0,5UU(t)·cos[0,25(ωt+φ(t))]·U·cos0,25ωt=0,25·U·U·U(t)·{cos[0,25φ(t)]+cos[0,5ωt+0,25φ(t)]}
17
6
18
ФНЧ пропускает на свой выход только первое слагаемое u(t)=0,25·U·U·U(t)·cos[0,25φ(t)], представляющее собой речевой сигнал с разделенной в четыре раза полосой частот.
Технико-экономическим эффектом изобретения является увеличение частотной эффективности системы связи в два раза за счет сокращения полосы частот речевого сигнала дополнительно в два раза без ухудшения качества связи.