自適應均衡器

自從一百多年前發明揚聲器以來，聲音再現的目的已逐漸改變，而且變得更富挑戰 性，到20 世紀末已經涉及聲音再現的質量問題。近40 年來，高保真已是聲音再現中 必不可少的要求。高保真包含了整個再現系統，也表明了再現聲音與現場匹配的程度。聲音再現鏈路中多數元件都會影響聲音質量，且與再現的事件加在一起，遠遠不能正 確複製現場。高保真聲音再現的下一步發展是聲場，將放大的電信號轉化成聲音。聲 壓在到達聽者耳朵之前會受到周圍環境的影響，為了進一步改善再現的聲音，應該把 關注的焦點放在揚聲器及房間上，進行數字房間校正，即對房間的頻響曲線進行校正。各種傳統的均衡器可以改變再現聲音的頻率幅度。同時也改變了其與瞬態信號再現有 關的頻率相位特性。當它們試圖校正房間的聲學特性時，也相應引入一些不利屬性。因此，從高保真的觀點來看，傳統的均衡器是不夠的，還需更好的技術來取代它們。目前，對基於dsp 的音頻處理領域的研究已較為成熟，但人們對數字房間校正的研究 還不很深入。數字房間校正解決的主要問題是對頻率響應曲線進行均衡校正。首先，要準確檢測房間的頻響曲線；其次是採用濾波器校正往往會遇到旁瓣效應。目前自 適應均衡技術的理論發展已較為成熟，僅在研究分析前人所做一些均衡演演算法性能的基 礎上作了改進，從一定程度上解決了上述兩個問題，用於數字房間校正達到了良好的 擴音效果。與此同時，短波通信是一種重要的中遠距離通信方式。由於短波通道具有多徑、衰落和時變特性, 使接收到的信號很容易存在嚴重的碼間干擾( is i), 必須採用自適 應衡器實時跟蹤通道變化, 消除碼間干擾。在各種自適應均衡器結構中, 判決反饋均 衡器可以有效消除惡劣通道產生的嚴重碼間干擾, 性能接近最佳的最大似然序列估計 均衡器(mlse) , 而複雜度和存儲需求大大低於mlse。因此判決反饋均衡器具有很高的 性價比, 短波接收系統中被廣泛使用。

理論和實踐證明，在數字通信系統中插入一種可調濾波器可以校正和補償系統特性，減少碼間干擾的影響。這種起補償作用的濾波器稱為均衡器。由圖可知，整個數字通信系統總的傳輸特性為 通常將發送濾波器和接收濾波器設計成匹配的，而均衡器用來補償通道的畸變，即均衡器的傳輸函數滿足：均衡器通常是用濾波器來實現的，使用濾波器來補償失真的脈衝，判決器得到的解調輸出樣本，是經過均衡器修正過的或者清除了碼間干擾之後的樣本。自適應均衡器直接從傳輸的實際數字信號中根據某種演演算法不斷調整增益，因而能適應通道的隨機變化，使均衡器總是保持最佳的工作狀態，從而有更好的失真補償性能。

自適應均衡器一般包含兩種工作模式，即訓練模式和跟蹤模式。首先，發射機發射一個已知的定長的訓練序列，以便接收機處的均衡器可以做出正確的設置。典型的訓練序列是一個二進位偽隨機信號或是一串預先指定的數據位，而緊跟在訓練序列后被傳送的是用戶數據，接收機處的均衡器將通過遞歸演演算法來評估通道特性，並且修正濾波器係數以對通道作出補償。在設計訓練序列時，要求做到即使在最差的通道條件下，均街器也能通過這個訓練序列獲得正確的濾波係數。這樣就可以在收到訓練序列后，使得均衡器的濾波係數已經接近於最佳值。而在接收數據時，均衡器的自適應演演算法就可以跟蹤不斷變化的通道，自適應均衡器將不斷改變其濾波特性。均衡器從調整參數至形成收斂，整個過程是均衡器演演算法、結構和通信變化率的函數。為了能有效的消除碼間干擾，均衡器需要周期性的做重複訓練。在數字通信系統中用戶數據是被分為若千段並被放在相應的時間段中傳送的，每當收到新的時間段，均衡器將用同祥的訓練序列進行修正。均衡器一般被放在接收機的基帶或中頻部分實現，基帶包絡的複數表達式可以描述帶通信號波形，所以通道響應、解調信號和自適應演演算法通常都可以在基帶部分被模擬和實現。