ПОДАВИТЕЛЬ ШУМА
NOISE SUPPRESSOR

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи, использующих сигналы с медленно меняющейся или постоянной мгновенной частотой, например сигналы с амплитудной модуляцией.
Изобретение предназначено для использования прежде всего в авиационной радиосвязи, где в условиях сильных перегрузок особо остро встает вопрос о подавлении шума в паузах речи, чтобы снизить нагрузку на летчика. Подавитель шума анализирует входной сигнал на предмет наличия полезной составляющей (речевого сигнала). При отсутствии полезной составляющей (в паузах речи) подавитель шума не пропускает входной сигнал на выход.
Известно устройство подавителя шума [1], содержащее усилитель, канал речи, канал шума, устройство сравнения, ключ, при этом вход усилителя является входом устройства, выход блока усилителя подключен к объединенным входам каналов шума и речи. Выходы каналов речи и шума подключены к входам блока сравнения. Выход блока сравнения подключен к управляющему входу ключа. Сигнальный вход ключа подключен к входу устройства, а сигнальный выход ключа является выходом устройства. Описанный подавитель шума анализирует пиковую мощность демодулированного сигнала, выделенного в полосе от 400 Гц до 800 Гц в канале речи, и среднюю мощность демодулированного сигнала, выделенного в полосе от 800 Гц до 1400 Гц в канале шума. В блоке сравнения происходит сравнение отношения этих мощностей с порогом и принятие решение о наличии или отсутствии речевого сигнала. К достоинствам данного подавителя шума можно отнести простоту реализации. Недостатком является его высокая чувствительность к неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сквозного тракта канала связи, что снижает качество обнаружения речи и пауз.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является подавитель шума [2], состоящий из последовательно соединенного первого усилителя, вход которого является входом всего устройства, полосового фильтра и детектора огибающей, а также устройства сравнения, коммутатора, первого фильтра нижних частот (НЧ), вход которого подключен к выходу детектора огибающей, а выход - к входу первой линии задержки, выходы которой подключены к объединенным входам устройства поиска максимума и устройства поиска минимума, причем выход устройства поиска минимума через последовательно соединенные второй фильтр НЧ и второй усилитель подключен к первому входу устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом устройства поиска максимума, выход устройства сравнения через таймер соединен с управляющим входом коммутатора, при этом сигнальный вход коммутатора через вторую линию задержки соединен с входом первого усилителя, а сигнальный выход коммутатора является выходом подавителя шума. В данном устройстве при превышении отношения максимального значения огибающей сигнала к минимальному пороговому значению принимается решение о наличии речи в принятом сигнале. Наличие таймера предотвращает частые срабатывания коммутатора. Описанный подавитель шума устойчив к неравномерности АЧХ сквозного тракта, так как анализ полезного сигнала и шума производится в одной и той же полосе. К недостаткам данного подавителя шума можно отнести задержку принятия решения о наличии полезного сигнала в тракте и ложные срабатывания по речеподобным помехам.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала технических средств, предназначенных для подавления шума в паузах речи при радиосвязи.
Достигаемый технический результат заявляемого изобретения - уменьшение времени принятия решения о наличии или отсутствии полезного (речевого) сигнала в тракте и повышение достоверности определения наличия или отсутствия полезного (речевого) сигнала в тракте.
Указанный технический результат достигается тем, что в подавителе шума, содержащем первый усилитель, выход которого подключен к первой линии задержки, а вход является входом всего устройства, а также второй усилитель, последовательно соединенные устройство сравнения и таймер, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, при этом выход коммутатора является выходом подавителя шума, первая линия задержки через блок комплексного сопряжения подключена к первому входу блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого усилителя, выход блока умножения соединен с входом первого блока вычисления квадрата модуля и входом второй линии задержки, выход первого блока вычисления квадрата модуля соединен с третьей линией задержки, выходы которой подключены к входам второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом второго усилителя, выход которого подключен ко второму входу устройства сравнения, выходы второй линии задержки подключены к входам первого сумматора, выход первого сумматора подключен к входу второго блока вычисления квадрата модуля, выход которого подключен к первому входу устройства сравнения, при этом на сигнальный вход коммутатора поступает входной сигнал.
На чертеже приведена функциональная блок-схема предлагаемого подавителя шума. Подавитель шума содержит первый усилитель 1, первую линию задержки 2, блок комплексного сопряжения 3, блок умножения 4, первый блок вычисления квадрата модуля 5, вторую линию задержки 6, первый сумматор 7, третью линию задержки 8, второй сумматор 9, второй блок вычисления квадрата модуля 10, второй усилитель 11, устройство сравнения 12, таймер 13, коммутатор 14.
Подавитель шума работает следующим образом: входной сигнал усиливается первым усилителем 1, далее проходит через первую линию задержки 2, которая вносит запаздывание на время длительности одного отсчета, и блок комплексного сопряжения 3, где определяется комплексно сопряженная версия входного усиленного сигнала, задержанного на один отсчет, которая поступает на первый вход блока умножения 4. Одновременно на второй вход блока умножения 4 поступает сигнал с выхода первого усилителя 1, где перемножается с комплексно сопряженной версией задержанного на один отсчет усиленного входного сигнала. Получившаяся в результате величина, являющаяся мгновенной оценкой автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге, поступает на вход блока вычисления квадрата модуля 5 и вторую линию задержки 6. Выходы второй линии задержки 6 соединены с входами первого сумматора 7, реализующего накопление отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге. Выход первого сумматора 7 соединен со вторым блоком вычисления квадрата модуля 10, с выхода которого на первый вход устройства сравнения 12 поступает величина квадрата модуля суммы отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге. Одновременно аналогичным образом в блоках 5, 8, 9 происходит вычисление величины суммы квадратов модулей отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге. Полученная величина с выхода сумматора 9 через второй усилитель 11 поступает на второй вход устройства сравнения 12. В устройстве 12 происходит сравнение отношения квадрата модуля суммы и суммы квадратов модулей отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге с величиной порога, при превышении которой принимается решение о наличии полезного (речевого) сигнала в приемном тракте. Данное решение через таймер 13 передается на управляющий вход коммутатора 14, в котором происходит коммутация сигнального входа на сигнальный выход. В случае когда отношение квадрата модуля суммы и суммы квадратов модулей отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге не превышает величину порога, в устройстве сравнения 12 принимается решение об отсутствии полезного (речевого) сигнала в приемном тракте. Данное решение также через таймер 13 передается на управляющий вход коммутатора 14, в котором происходит размыкание сигнального входа и сигнального выхода. Для исключения частого срабатывания коммутатора таймер 13 задерживает выключение речевого канала на некоторое время после окончания речевого фрагмента.
Признаки, отличающие предлагаемый подавитель шума от прототипа: наличие блока комплексного сопряжения, блока умножения, которые вместе с первой линией задержки используются для получения мгновенной оценки автокорреляции при единичном сдвиге, первый сумматор и второй блок вычисления квадрата модуля используются для вычисления квадрата модуля суммы отсчетов мгновенной оценки автокорреляции при единичном сдвиге, первый блок вычисления квадрата модуля, третья линия задержки и второй сумматор используются для вычисления суммы квадратов модулей отсчетов мгновенной оценки автокорреляции при единичном сдвиге. Первый усилитель, второй усилитель, устройство сравнения, таймер, коммутатор выполняют те же функции, что и в устройстве-прототипе.
В предлагаемом устройстве наличие полезного сигнала в приемном тракте определяется за счет сравнения отношения квадрата модуля суммы и суммы квадратов модулей отсчетов мгновенной оценки автокорреляции входного усиленного сигнала при единичном сдвиге с величиной порога, при превышении которого принимается решение о дальнейшей коммутации входного сигнала на выход. Величина порога задается исходя из требований, предъявляемых к устройству по величине отношения сигнал - шум. При использовании данного способа тракт открывается уже при наличии несущей, то есть к моменту начала речи тракт будет уже открыт, что позволяет снизить задержки при принятии решения о наличии полезного сигнала в тракте. Также тракт не откроется при наличии шумоподобной помехи, так как наличие речи определяется по наличию несущей.
Подавитель шума может быть выполнен программно на базе сигнального процессора ADSP21062 или программируемой логической интегральной схемы Cyclone III, или могут быть использованы другие сигнальные процессоры или программируемые логические интегральные схемы. В настоящее время подавитель шума реализован и используется как один из вариантов подавителя шума в широкодиапазонном модуле связи ШМС-111-1, радиостанции ШДР-27.
Литература
1. Сосновский А.А. Хаймович И.А. Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов. Справочник. - М.: Транспорт, 1987.
2. Патент РФ №2284659 (прототип).