CN1053074C - 独立边带－调频双重调制多工通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种独立边带一调频多工通信系统，由发信和接收两大部分构成。其主要特征在于：在系统的发信端采用了移相式独立边带调制器将压缩的音频信号变为独立边带后再经调频输出。接收端鉴频后经移相式独立边带解调器，对独立边带信号进行解调后再将音频按同样的比例扩展后输出。该系统可以应用于所有调频多工通信和调频广播领域，实现在一个载波频率上同时传输两套以上的语言、数据等节目。与现有的双重调频系统比，可以节省频谱四倍。

Description

独立边带－调频双重调制多工通信系统
本发明涉及无线电系统，特别是一种独立边带——调频双重调制多工通信系统。
随着无线电调频通信业务的不断扩大，有限的频率资源已越来越满足不了与日俱增的通信频率的需要，特别是在许多经济发达地区，甚高频、特高频的频率已经分配完毕。要建新台除了开拓更高的频段外，就是向现有的频段挖潜，开展调频多工通信业务，充分利用已有的调频电台和设备，实现在一个调频载波频率上传输两上以上的话音或数据，实现“台中开台”，“一台多路”，“一主多副”。这对于节省有限的频率资源，扩大通信容量都有重大的经济价值。然而目前来讲，国内国外均没有同类技术在该领域中应用，只有著名的卫星多路伴音PAND通信系统和SCA广播都是双重调频(FM-FM)体制。在调频副信道(SCA)多工广播的体制中，我国标准体制也是双重调频(FM-FM)。而适应于所有调频多工通信的独立边带——调频多工通信体制，尚未见有报导和公开使用。
本发明的目的是提供一种适应于所有调频多工通信和调频广播领域，可以实现在一个载波频率上同时传输两套以上的语言、数据等节目，且能大量节省有限的频率资源的独立边带——调频双重调制多工通信系统。
本发明的技术解决方案是：该系统包括发信信端与接收端，所说的发端由(A1-A4)四路载波信道带通滤波器、音频动态压缩器、预加重电路、以及移相式独立边带调制器(A)和(B)、第零路音频信号低通滤波器、预加重电路、相架合成器、频率调制器和调频功放输出电路连接组成；所说的接收端由调谐与FM解调器(鉴频器)、高通滤波器、载波信道独立边带解调器(A)和(B)、四路去加重电路、四路音频动态扩展电路、音频信道低通滤波器及音频信道去加重电路连接组成。
所说的移相式独立边带调制器(A)由两路信号控制，其中采用两组带通滤波器来限制第一路(A1)和第二路(A2)音频信号从最低频率至最高频率之间的工作频率范围，两路信号同时经矩阵电路产生两路音频相加与相减信号，该信号经±45度相移网络移相后产生相位差为90度的音频信号，分别加至混频器(1)和混频器(2)，将(1+2)与(1-2)的音频信号与相位差为90度的副载波发生电路相混频，产生两组含有相位相同和相位相反的上下边带信号输出加至相加合成器，输出第一路音频调制在副载波上的下边带和第二路音频调制在副载波上的上边带信号。
所说的独立边带解调器是将由高通滤波器输出的复合音频信号处理后，经反相器使单端不平衡输出的独立边带信号变成双端平衡输出信号，分别加至混频器(1)和(2)与频率相同相位相差90度的副载波发生器进行混频，输出两组相位差90度的音频信号，分别通过±45度相移网络加至矩阵电路将信号相加和相减，使输出信号同时还原信号(1)和信号(2)的音频信号。
本发明的优点在于：它把独立边带通信体制与调频通信体制有机结合起来，使两种体制的优势互补。即具有调频体制高质量的通信效果，又具有独立边带特有的节约频谱的效益。实现在一个载波频率上同时传输两套以上的语言、数据等节目，大量节省了有限的频率资源。与现有的双重调频体制系统相比，可以节省频谱四倍，即使用双重调频一路附加信道占用的频谱，改用独立边带一调频体制后可以开四路具有同样频响宽的附加信道，而且通信质量有大幅度提高。
下面结合附图对本发明加以详细说明：
图1为本发明的发信端与接收端方框图；
图2为本发明的独立边带调制器原理方框图；
图3为本发明的独立边带调制器原理方框图；
图4为本发明压缩器和扩展器原理方框图；
图5为主载波调制信号的频率配置图。
如图1所示：该系统包括发信端与接收端两大部分构成，其中发信端由载波信道带通滤波器、音频动态压缩器、予加重电路、移相式独立边带调制器(A)和(B)、第零路音频信号低通滤波器、予加重电路、相加合成电路、频率调制和调频功放输出电路组成，其接收端由调谐与FM调解器(鉴频器)、高通滤波器、载波信道独立边带解调器、去加重电路、音频动态扩展电路、音频信道低通滤波器、音频信道去加重电路组成。其电路的工作原理是：在发信端第零路信道的音频信号经低通滤器作最高工作频率的限制处理后，经予加重电路至合成相加器。第一路A1信道至第N路AN信道，各自经过带通滤波器作最低和最高工作效率的限制处理后，分别经过压缩器对音频动态范围按一定的比例进行压缩处理，再按一定的微秒数进行予加重处理，然后进行独立边带调制。该系统中每两路处理后的音频信号共用一个的调制器，变为同一个副载波的上、下边带信号输出，使各种独立边带信号与第零路Ao信道的音频信号经相加合成将各路振幅叠加后，加至激励器对主载波进行频率调制，输出独立边带一调频双重调制的射频信号，再经功率放大后发射出去。
在接收端，经独立边带——调频双重调制的射频信号经接收调谐与鉴频后，输出两路由低频和各路边带组成的合成信号，其中一路经低通滤波器和去加重电路后还原成第零路Ao信道音频输出，另一路经高通滤器输出分两路加至独立边带解调器(A)和(B)，每一对上下边带对应一个频率相同的副载波，通过解调后使每个解调器输出两路音频信号，各路信号经过相应的每个去加重电路和扩展电路后，还原成各路(A1至A4)音频输出。
如图2所示：该方框图为发信端的移相式独立边带调制器，它采用了带通滤波器1和带通滤波器2对第一路A1和第二路A2音频信号的工作频率范围限制处理后，再经矩阵电路产生两路音频信号相加(1+2)与相减(1-2)的信号。这两路信号经±45度相移网络相移后，两路相位产生90度的相位差后，在混频器1与混频器2中进行平衡混频，分别含相位相同和相位相反的上下边带信号，然后在合成器中相加，抵消反相边带，最后只剩第一路音频调制在副载波上的下边带和第二路音频调制在副载波上的上边带信号经F输出。
如图3所示：为本发明接收端的移相式独立边带解调器方框图，该解调器采用高通滤波器对鉴频器输出的合成信号中的零信道的音频进行抑制处理后，再经反相器使单端不平衡输出的独立边带信号变成双端平衡输出信号，加到混频器1和混频器2与频率相同、相位相差90度的副载波进行混频，得两组相位差90度的音频信号(1+2)与(1-2)，分别通过±45度相移网络相移后，使两组和、差信号的相位差增加90度，加至矩阵电路，使和差信号相减、相加后还原输出信号1，相减后还原输出第二路A2音频信号。如果在同一时间只要输出一路信号，则矩阵电路可以删除相减电路。
如图4所示：为该系统的音频压缩器与音频扩展器的方框图。其中压缩器由电流控制的可变增益放大器、电压电流转换的整流器和运算放大器IC1等组成。电路中由于整流器具有非线性的整流特性，当运算放大器的输出电压大于零分贝时，整流器的输出电流加大，使可变增益放大器的等效内阻减少，运算放大器的负反馈增大，总增益减少。其中音频动态扩展器的电路组成部分与压缩器基本相同，由可变增益放大器、整流器和运算放大器IC2等组成，与压缩器的不同之处是将受整流器控制的可变增益放大器接到运算放大器的输入端。从而输入信号越小，整流器的输出也越小，可变增益放大器接近截止状态。当输入信号超过零分贝电平后，整流器的输出增大，可变增益放大器等效内阻减小，运放增益加大，对信号的动态范围图进行扩展。
如图5所示：为该系统对主载波调制信号的频率配置图，调频信号的第零路Ao信号为音频信号，使用最低的频谱，从零路信号占用的最高频率以右是载波频率为FCA的上、下边带，再向右是载波频率为FCB的上、下边带，直到载波频率为FCN的上、下边带。第零路信号可以是话音信号，也可以是立体声信号，也可以不用。而把FCA的上、下边带频谱向左移。该系统中，主载波对行频率调制的总峰值频偏等于各路信号峰值频偏的总和。各路频偏的比例可以通过改变各路的输出幅度加以调整。为了弥补由于通信容量增加，频偏分散而造成信噪比的下降，在系统中采用音频动态范围压缩扩张降噪的方法，使压缩比例大于2∶1，系统可以获得大于10分贝的信噪比增益。

Claims (3)

1，一种独立边带——调频双重调制多工通信系统，包括发信端与接收端，其特征在于：所说的发信端由(A1-A4)四路载波信道带通滤波器、音频动态压缩器、预加重电路、以及移相式独立边带调制器(A)和(B)、第零路音频信号低通滤波器、预加重电路、相加合成器、频率调制器和调频功放输出电路连接组成；所说的接收端由调谐与FM解调器(鉴频器)、高通滤波器、载波信道独立边带解调器(A)和(B)、四路去加重电路、四路音频动态扩展电路、音频信道低通滤波器及音频信道去加重电路连接组成。
2.根据权利要求1所述的独立边带——调频双重调制多工通信系统，其特征在于：所说的移相式独立边带调制器(A)由两路信号控制，其中采用两组带通滤波器来限制第一路(A1)和第二路(A2)音频信号从最低频率至最高频率之间的工作频率范围，两路信号同时经矩阵电路产生两路音频相加与相减信号，该信号经±45度相移网络移相后产生相位差为90度的音频信号，分别加至混频器(1)和混频器(2)，将(1+2)与(1-2)的音频信号与相位差为90度的副载波发生电路相混频，产生两组含有相位相同和相位相反的上下边带信号输出加至相加合成器，输出第一路音频调制在副载波上的下边带和第二路音频调制在副载波上的上边带信号。
3.根据权利要求1所述的独立边带——调频双重调制多工通信系统，其特征在于：所说的独立边带解调器是将由高通滤波器输出的复合音频信号处理后，经反相器使单端不平衡输出的独立边带信号变成双端平衡输出信号，分别加至混频器(1)和(2)与频率相同相位相差90度的副载波发生器进行混频，输出两组相位差90度的音频信号，分别通过±45度相移网络加至矩阵电路将信号相加和相减，使输出信号同时还原信号(1)和信号(2)的音频信号。
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