CN111371469A - 无线对讲机传输音频失真处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及无线对讲机的传输音频失真处理装置及方法，所述无线对讲机传输音频失真处理装置包括发射装置、调制电路装置、谐波抑制装置、控制单元、信号处理装置、解调装置、接收装置；所述发射装置，将输入的未调制信号发送至下一装置；所述调制电路装置，将人的话音通过麦克风转换成音频的电信号。本发明在现有技术基础的对讲机工作电路上加入谐波抑制装置与控制单元，使得通过发射装置发送过来的未调制信号中的谐波被二次抑制，并经由控制单元进行幅值补偿，可达到使一系列输出的音频信号具有更低的误差和误码率。

Description

无线对讲机传输音频失真处理装置及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及无线对讲机的传输音频失真处理装置及方法。

背景技术

对讲机是一种双向移动通信工具，在不需要任何网络支持的情况下，就可以通话，没有话费产生，适用于相对固定且频繁通话的场合。经过近一个世纪的发展，对讲机的应用已十分普遍，已从专业化领域走向普通消费，从军用扩展到民用。它既是移动通信中的一种专业无线通信工具，又是一种能满足人们生活需要的具有消费类产品特点的消费工具。对讲机是一种一点对多点进行通信的终端设备，可使许多人同时彼此交流，但是在同一时刻只能有一个人讲话。和其他通信方式相比，这种通信方式的特点是：即时沟通、一呼百应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费用、使用方便，同时还具有组呼通播、系统呼叫、机密呼叫等功能。在处理紧急突发事件或进行调度指挥中，其作用是其他通信工具所不能替代的。传统的对讲机大部分采用的是单工模拟通信方式，部分对讲机采用频分双工的模拟通信方式，数字对讲机在集群通信中使用较多，但大部分是频分双工方式。无线电对讲机和其他无线通信工具(如手机)的市场定位不同，难以互相取代。无线电对讲机决不是过时的产品，它将长期使用下去。随着经济的发展和社会的进步，人们更关注自身的安全、工作效率和生活质量，对无线电对讲机的需求也将日益增长。公众对对讲机的大量使用，更促进了无线电对讲机成为人们喜爱和依赖的通信工具。

对讲机在音频传输的过程中会产生信号失真，导致接收端并不能接收到与发送端发送出的相同信号。信号失真中影响最大的为谐波失真，谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。谐波失真（HD）指的是目标谐波（二阶、三阶）等的均方根（RMS）值与信号电平均方根值的比值。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的。在音频应用中，通常表示为一个百分比，在通信应用中，则通常表示为dB。谐波失真指音频信号源通过功率放大器时，由于非线性元件所引起的输出信号比输入信号多出的额外谐波成份。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，我们用新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。对讲机目前已在众多领域得到广泛使用，如交通、轨道通信、军事、大型工程等行业领域内广泛使用，在这些大型应用中，传输的音频品质也成为了一个重要的指标。综上所述，对讲机在传输音频的过程中出现的谐波失真对于音频的传输有着不良的影响，是现阶段亟待解决的问题。

发明内容

对讲机在音频传输的过程中会产生信号失真，导致接收端并不能接收到与发送端发送出的相同信号。信号失真中影响最大的为谐波失真，谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。谐波失真（HD）指的是目标谐波（二阶、三阶）等的均方根（RMS）值与信号电平均方根值的比值。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的。在音频应用中，通常表示为一个百分比，在通信应用中，则通常表示为dB。谐波失真指音频信号源通过功率放大器时，由于非线性元件所引起的输出信号比输入信号多出的额外谐波成份。谐波失真是由于系统不是完全线性造成的，我们用新增加总谐波成份的均方根与原来信号有效值的百分比来表示。对讲机目前已在众多领域得到广泛使用，如交通、轨道通信、军事、大型工程等行业领域内广泛使用，在这些大型应用中，传输的音频品质也成为了一个重要的指标。综上所述，对讲机在传输音频的过程中出现的谐波失真对于音频的传输有着不良的影响，是现阶段亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种无线对讲机传输音频失真处理装置及方法，在现有技术基础的对讲机工作电路上加入谐波抑制装置与控制单元，使得通过发射装置发送过来的未调制信号中的谐波被二次抑制，并经由控制单元进行幅值补偿，可达到使一系列输出的音频信号具有更低的误差和误码率。为达到上述目的，本发明的技术方案包括：

无线对讲机传输音频失真处理装置，所述装置包括：发射装置、调制电路装置、谐波抑制装置、控制单元、信号处理装置、解调装置、本振装置、接收装置；所述发射装置，用于将输入的未调制信号发送至下一装置；所述调制电路装置，用于将人的话音通过麦克风转换成音频的电信号，音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制；所述谐波抑制装置，用于将调制好的音频信号进行滤波，滤除多余的高次谐波、间谐波及次谐波等；所述控制单元，用于将二次谐波抑制的调制信号进行幅值补偿；所述信号处理装置，通过压控振荡器调制，鉴频后从而得到可以接收的低频信号；所述解调装置，用于将处理好的调制信号经过本振解调成容易接受的低频音频信号，发送给接收装置；所述本振装置，用于将接收到的高频信号差频与产生的高白频电磁波混合形成可接收的低频音频信号；所述接收装置，用于接收解调的低频音频信号，得到人们所需的信息。

进一步的，所述发射装置可以包括但不限于锁相环、压控振荡器(VCO)、低通滤波器以及天线，锁相环和压控振荡器(VCO)可以产生用于发射的射频载波信号，经过信号功率放大器缓冲放大、激励放大、功放、产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。

进一步的，所述谐波抑制装置可以包括但不限于包括交流滤波器电路，交流滤波器电路里包括可以承受大部分母线电压的电容器、用于控制和调节谐振时电流和电压幅度的串联电阻和储存电能的电感器，交流滤波器电路容易在电容器损坏后发生雪崩，造成爆炸。为了有效的保护这些电容器，现场一般把电容器分成四组大小相同的部分，用H型接线连接起来，正常情况下由于四组电容器大小相同,中间的桥接线上没有电流流过，一旦电容器发生击穿或者熔丝熔断等情况之后，桥上就流过了不平衡电流，这样就检测电容器是否发生故障。假设一次系统的电容器损坏之后电容变化了1%，此时由此产生的不平衡电流只有流过整个电容电流的0.25%，所以可以看出电容损坏之后产生的不平衡电流很小。为了达到滤除谐波的目的，其中部分电路可能要调谐于某个谐波分量，这种谐振作用会带来谐振过电压或者过电流，因此需要对该部分电流设计特殊的保护，导致了不同的交流滤波器的保护配置不尽相同。

进一步的，所述控制单元对基波滤波单元的幅频特性曲线进行拟合，得到幅值增益与频率的关系，进行幅值补偿。

进一步的，所述信号处理装置的处理信号的过程包括：CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。接受鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器，若不同，则关闭扬声器。设所述信号处理装置接收到的波形用如下公式表示：

,其波能密度为

；其中，A为波幅度；ω为波的相位；t为波时间参数；k为修正系数，为任意正整数；x为修正幅度，为任意正小数；ρ为能量密度常数；c为波传播速度常数。根据接收到的波，将接收到的波分为三个部分，分别为：噪声波部分、波部分和误差波部分；根据噪声波部分产生的噪声波和误差波部分产生的误差波，调整输出波，使得输出波的输出为：

；其中，β为输出波的幅度增强系数，为小于1的任意正数；α为相位修正值，设定范围为0~180；使得输出波的波能密度为：

；由此计算得到波级差：

；最终根据波级差，调整输出波的参数，使得β为1，α为π，得到最终的输出波，将最终的输出波进行滤波后，输出最终的波，完成波的处理。

进一步的，所述本振装置可以包括但不限于LC振荡器。用在超外差接收机中，超外差接收机中有一个振荡器叫本机振荡器，它产生的高百频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频，这个差频就是中频，如要接收的信号是900KHZ.本振频率度是1365KHZ。两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2200KHZ的差频，接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号。

进一步的，所述接收装置的接收方式为二次变频超外差方式。从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，再经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器。

本发明的无线对讲机传输音频失真处理装置，具有如下有益效果：

本发明在原有对讲机工作电路的基础上增添了谐波抑制装置，该装置能够起到对发送的音频信号进行谐波滤除的作用，并对滤过的音频信号进行幅值补偿，使得音频信号在传输过程中不会受到误差和噪声的干扰，接收装置接收到的音频信号更加清晰。图3为经过谐波抑制后的曲线与不经过抑制的曲线对比图，可见增添了谐波抑制装置后的信号输出特性得到了明显的改善。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的无线对讲机传输音频失真处理装置流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的交流滤波器工作电路原理示意图；

图3为本发明的实施例提供的经过谐波抑制后的曲线与不经过抑制的曲线对比图，其中，A为本发明中出 现的实际曲线，B为现有技术的曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，无线对讲机传输音频失真处理装置，所述装置包括：发射装置、调制电路装置、控制单元、谐波抑制装置、信号处理装置、解调装置、本振装置及接收装置；所述发射装置，用于将输入的未调制信号发送至下一装置；所述调制电路装置，用于将人的话音通过麦克风转换成音频的电信号，音频信号通过放大电路、预加重电路及带通滤波器进入压控振荡器直接进行调制；所述谐波抑制装置，用于将调制好的音频信号进行滤波，滤除多余的高次谐波、间谐波及次谐波等；所述控制单元，用于将二次谐波抑制的调制信号进行幅值补偿；所述信号处理装置，通过压控振荡器调制，鉴频后从而得到可以接收的低频信号；所述解调装置，用于将处理好的调制信号解调成音频信号，发送给接收装置；所述接收装置，用于接收解调的音频信号，得到人们所需的信息。

具体的，在现有基础的对讲机工作电路上加入谐波抑制装置与控制单元，使得通过发射装置发送过来的未调制信号中的谐波被二次抑制，并经由控制单元进行幅值补偿，可达到使一系列输出的音频信号具有更低的误差和误码率。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述发射装置包括锁相环、压控振荡器(VCO)、低通滤波器以及天线，锁相环和压控振荡器(VCO)可以产生用于发射的射频载波信号，经过信号功率放大器缓冲放大、激励放大、功放、产生额定的射频功率，经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。

具体的，锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差，并输出误差电压Ud。Ud中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器（VCO）的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ，当二者相等时，环路被锁定 ，称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供，因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。

具体的，压控振荡器的类型可以是LC压控振荡器或RC压控振荡器或晶体压控振荡器，但本发明不限于此。对压控振荡器的技术要求主要包括：频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述谐波抑制装置包括交流滤波器电路，如图2所示，交流滤波器电路里包括可以承受大部分母线电压的电容器、用于控制和调节谐振时电流和电压幅度的串联电阻和储存电能的电感器，交流滤波器电路容易在电容器损坏后发生雪崩，造成爆炸。为了有效的保护这些电容器，现场一般把电容器分成四组大小相同的部分，用H型接线连接起来，正常情况下由于四组电容器大小相同,中间的桥接线上没有电流流过，一旦电容器发生击穿或者熔丝熔断等情况之后，桥上就流过了不平衡电流，这样就检测电容器是否发生故障。假设一次系统的电容器损坏之后电容变化了1%，此时由此产生的不平衡电流只有流过整个电容电流的0.25%，所以可以看出电容损坏之后产生的不平衡电流很小。为了达到滤除谐波的目的，其中部分电路可能要调谐于某个谐波分量，这种谐振作用会带来谐振过电压或者过电流，因此需要对该部分电流设计特殊的保护，导致了不同的交流滤波器的保护配置不尽相同。

优选的，交流滤波器可选用无源交流滤波器或有源交流滤波器，为降低本发明的成本，优选的，选用无源交流滤波器来作为谐波抑制装置的主电路滤波器，通过电阻R、电感L、定容C的串联谐振电路来构成交流滤波器。

实施例4

在上一实施例的基础上，所述信号处理装置的信号处理方法包括：CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。接受鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器，若不同，则关闭扬声器。设所述信号处理装置接收到的波形用如下公式表示：

,其波能密度为

；其中，A为波幅度；ω为波的相位；t为波时间参数；k为修正系数，为任意正整数；x为修正幅度，为任意正小数；ρ为能量密度常数；c为波传播速度常数。根据接收到的波，将接收到的波分为三个部分，分别为：噪声波部分、波部分和误差波部分；根据噪声波部分产生的噪声波和误差波部分产生的误差波，调整输出波，使得输出波的输出为：

；其中，β为输出波的幅度增强系数，为小于1的任意正数；α为相位修正值，设定范围为0~180；使得输出波的波能密度为：

；由此计算得到波级差：

；最终根据波级差，调整输出波的参数，使得β为1，α为π，得到最终的输出波，将最终的输出波进行滤波后，输出最终的波，完成波的处理。

实施例5

在上一实施例的基础上，所述本振装置包括LC振荡器，用在超外差接收机中。超外差接收机中有一个振荡器叫本机振荡器，它产生的高百频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频，这个差频就是中频。如要接收的信号是900KHZ，本振频率度是1365KHZ，两频率混合后就可以产生一个465KHZ或者2200KHZ的差频。接收机中用LC电路选择465KHZ作为中频信号。

实施例6

在上一实施例的基础上，所述接受装置的接收方式为二次变频超外差方式。从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，再经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号。第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号。滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号。音频信号通过放大、带通滤波器、去加重等电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器。

以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线对讲机传输音频失真处理装置，其特征在于：所述无线对讲机传输音频失真处理装置包括：发射装置、调制电路装置、谐波抑制装置、控制单元、信号处理装置、解调装置、本振装置及接收装置。

2.如权利要求1所述的无线对讲机传输音频失真处理装置，其特征在于：所述控制单元与所述谐波抑制装置连接，所述谐波抑制装置与所述调制电路装置连接，所述发射装置与所述调制电路装置连接，所述调制电路装置与所述信号处理装置连接，所述本振装置与所述信号处理装置连接，所述信号处理装置与所述解调装置连接，所述解调装置与所述接收装置连接。

3.如权利要求1或2所述的无线对讲机传输音频失真处理装置，其特征在于：所述本振装置包括LC振荡器。

4.如权利要求1所述的无线对讲机传输音频失真处理装置，其特征在于：所述谐波抑制装置包括交流滤波器电路。

5.如权利要求4所述的无线对讲机传输音频失真处理装置，交流滤波器电路包括可以承受大部分母线电压的电容器、用于控制和调节谐振电流、电压幅度的串联电阻和储存电能的电感器。

6.一种无线对讲机传输音频失真处理的方法，其特征在于：使用如权利要求1-4中任意一项所述的无线对讲机传输音频失真处理装置处理信号，其中，发射装置，将未调制的载波信号发送至调制电路装置；调制电路装置，将人的话音通过麦克风转换成音频的电信号并进行调制；谐波抑制装置，将调制好的音频信号进行滤波，滤除多余的高次谐波、间谐波及次谐波，得到二次谐波抑制的调制信号；控制单元，将二次谐波抑制的调制信号进行幅值补偿；本振装置，将接收到的高频信号差频与产生的高白频电磁波混合形成可接收的低频信号；信号处理装置，通过调制、鉴频后得到可以接收的低频信号；解调装置，将处理好的调制信号解调成低频音频信号，发送给接收装置；接收装置，接收解调的低频音频信号。

7.如权利要求6所述无线对讲机传输音频失真处理的方法，其特征在于：所述信号处理装置处理信号的方法为：CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制；接受鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出；即如果与预置值相同，则打开扬声器，若不同，则关闭扬声器；设所述信号处理装置接收到的波形用如下公式表示：

,其波能密度为

；其中，A为波幅度；ω为波的相位；t为波时间参数；k为修正系数，为任意正整数；x为修正幅度，为任意正小数；ρ为能量密度常数；c为波传播速度常数；根据接收到的波，将接收到的波分为三个部分，分别为：噪声波部分、波部分和误差波部分；根据噪声波部分产生的噪声波和误差波部分产生的误差波，调整输出波，使得输出波的输出为：

；其中，β为输出波的幅度增强系数，为小于1的任意正数；α为相位修正值，设定范围为0~180；使得输出波的波能密度为：

；由此计算得到波级差：

；最终根据波级差，调整输出波的参数，使得β为1，α为π，得到最终的输出波，将最终的输出波进行滤波后，输出最终的波，完成波的处理。

8.如权利要求6-7中任意一项所述的无线对讲机传输音频失真处理的方法，其特征在于：所述本振装置包括LC振荡器，在超外差接收机中本机振荡器产生的高百频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频,这个差频就是中频。

9.如权利要求6-7中任意一项所述的无线对讲机传输音频失真处理的方法，其特征在于：所述接收装置的接收方式为二次变频超外差方式，从天线输入的信号经过收发转换电路和带通滤波器后进行射频放大，再经过带通滤波器，进入一混频，将来自射频的放大信号与来自锁相环频率合成器电路的第一本振装置信号在第一混频器处混频并生成第一中频信号；第一中频信号通过晶体滤波器进一步消除邻道的杂波信号；滤波后的第一中频信号进入中频处理芯片，与第二本振装置信号再次混频生成第二中频信号，第二中频信号通过一个陶瓷滤波器滤除无用杂散信号后，被放大和鉴频，产生音频信号；音频信号通过放大、带通滤波器、去加重电路，进入音量控制电路和功率放大器放大，驱动扬声器。

10.一种无线对讲机传输音频失真处理的方法，其特征在于：所述方法执行如下步骤：在对讲机工作电路上加入谐波抑制装置与控制单元，谐波抑制装置对讲机工作电路中产生的谐波被二次抑制，并经由控制单元进行幅值补偿，以获得具有低误差和误码率音频信号。

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