短波電臺(tái)的降噪

周一寧

【摘要】 短波通信具有通信距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)性好、頑存性強(qiáng)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但它同樣存在信道不穩(wěn)定、背景噪聲大等弱點(diǎn)。為了提高短波通信的質(zhì)量，除采用自適應(yīng)、跳頻等技術(shù)外，有效降低電臺(tái)的背景噪聲也是改善短波電臺(tái)通信質(zhì)量的有效方法。

【關(guān)鍵詞】 短波通信 背景噪聲 模擬靜躁 數(shù)字靜躁 數(shù)字降噪

一、引言

短波通信是波長(zhǎng)在100米～10米之間，頻率范圍3MHz～30MHz的一種無(wú)線電通信技術(shù)。盡管新型無(wú)線電通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短波這一古老和傳統(tǒng)的通信方式仍然受到全世界普遍重視。首先，無(wú)論哪種通信方式，其抗毀能力和自主通信能力與短波無(wú)法媲美。其次，在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，超短波覆蓋不到，主要依靠短波。另外，與衛(wèi)星通信相比，短波通信不用支付話費(fèi)，運(yùn)行成本低。但是短波通信發(fā)射電波要經(jīng)電離層的反射才能到達(dá)接收設(shè)備，由于電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，所以短波通信的噪聲較大。

二、短波電臺(tái)的噪聲分類

短波電臺(tái)的噪聲分為插入噪聲、背景混雜噪聲和附加噪聲。插入噪聲就是在兩段話音之間的噪聲，現(xiàn)在大多數(shù)短波電臺(tái)都可以解決插入噪聲問(wèn)題，但是當(dāng)插入噪聲大于話音時(shí)，就會(huì)使噪聲被當(dāng)成話音輸出到耳機(jī)，從而影響收聽(tīng)。背景混雜噪聲就是與話音混雜在一起的背景噪聲。比如對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí)，話筒邊上的車輛喇叭聲就是背景混雜噪聲。這種噪聲必須通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)解決。附加噪聲時(shí)由于安裝電臺(tái)的地點(diǎn)、位置、安裝條件等方面的原因所產(chǎn)生。比如電離層產(chǎn)生電磁波動(dòng)，周邊移動(dòng)基站的輻射，因?yàn)榻拥夭缓卯a(chǎn)生的交流聲音。

三、靜躁分類

在短波模擬話音通信中，背景噪聲的存在使話音質(zhì)量降低，讓人聽(tīng)起來(lái)費(fèi)勁費(fèi)解，所以必須進(jìn)行靜躁處理。靜躁技術(shù)分為模擬靜躁和數(shù)字靜躁。

四、模擬靜躁的原理及缺點(diǎn)

模擬靜躁又稱音節(jié)式靜躁。音節(jié)式靜躁為純硬件電路靜躁，國(guó)內(nèi)外早期的短波電臺(tái)多采用這種方式降低噪音。音節(jié)式靜躁都設(shè)置有靜躁門限及靜躁檔位，不同的檔位靜躁門限不同，當(dāng)信號(hào)低于門限時(shí)，耳機(jī)內(nèi)無(wú)聲音輸出，當(dāng)信號(hào)高于門限時(shí)，耳機(jī)才有聲音輸出。

總之，現(xiàn)在對(duì)噪聲處理的難點(diǎn)如下：1、靜躁開(kāi)關(guān)開(kāi)啟后，能消除兩段通話之間的插入噪聲，但是當(dāng)插入噪聲或者通話聲不規(guī)律時(shí)，短波電臺(tái)很容易誤判。后果是有可能聽(tīng)到噪聲或者漏聽(tīng)通話聲。2、如果背景噪聲和通話聲疊加在了一起，就很難分辨聲音。

五、未來(lái)的發(fā)展方向：數(shù)字降噪

數(shù)字靜躁是在模擬靜躁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字靜躁更多的是靠軟件實(shí)現(xiàn)功能。根據(jù)軟件算法不同，數(shù)字靜躁也分為很多種。數(shù)字靜躁與模擬靜躁一樣，也存在靜躁門限和靜躁檔位的問(wèn)題，但數(shù)字信號(hào)的門限是通過(guò)軟件設(shè)置。

數(shù)字降噪電路的工作過(guò)程如下：輸入的語(yǔ)音信號(hào)和噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)整電路后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)語(yǔ)音和噪聲混合信號(hào)進(jìn)行高速采樣；數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)算法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和運(yùn)算，再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出處理結(jié)果信號(hào)。

數(shù)字降噪其實(shí)既包括降噪又包括靜躁。可以有效的消除插入噪聲和背景混雜噪聲。數(shù)字降噪先對(duì)輸入的某一段混合信號(hào)進(jìn)行判讀，如果判讀出來(lái)混合信號(hào)全是噪聲，則開(kāi)啟靜躁功能，把這一段混合信號(hào)全部抑制掉，這樣就消除了插入噪聲；如果判讀出來(lái)混合信號(hào)既有話音又有噪聲的話，則經(jīng)過(guò)軟件算法把噪聲抑制掉，這樣就消除掉了背景混雜噪聲。

數(shù)字降噪對(duì)混合信號(hào)的判斷是重要的一環(huán)。數(shù)字降噪對(duì)靜躁門限大小的設(shè)置不是固定，而是一個(gè)波動(dòng)的。這樣在一段信號(hào)是純?cè)肼晻r(shí)，又可以消除大噪聲又可以消除小噪聲。這個(gè)波動(dòng)的門限值的設(shè)置是更重要的一環(huán)。由于人類發(fā)出聲音時(shí)，聲帶的變化不大，聲音的變化也連續(xù)，所以話音可以認(rèn)為在（10ms～30ms）這段時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的，能量和頻譜也是穩(wěn)定的。所以當(dāng)混合信號(hào)的能量大小能超過(guò)閾值并維持一段時(shí)間時(shí)，則判讀為話音，則信號(hào)予以通過(guò)。如果判讀為噪聲，則信號(hào)予以消除。

當(dāng)判讀為話音后，話音信號(hào)內(nèi)很可能混雜著噪聲。這時(shí)我們可以使用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)降噪法。因?yàn)樵谂袛喑鰜?lái)這段信號(hào)是以話音為主是大信號(hào)，噪聲為輔是小信號(hào)后，可以通過(guò)降低小信號(hào)的能量來(lái)抑制噪音。簡(jiǎn)單來(lái)講就是使用增益隨著輸入電平的變化而變化的放大器，其增益是輸入電平的函數(shù)。放大器的處理對(duì)象是聲音的振幅，能取得調(diào)整聲音動(dòng)態(tài)范圍的效果。當(dāng)輸入信號(hào)增大到門限電平以后，放大器的增益提高。使用此放大器降噪，可以把是小信號(hào)的噪聲信號(hào)降到最低。

六、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字降噪有效提高降低了短波通信的背景噪聲，使用者基本不再被電臺(tái)的大噪聲干擾，但是由于電路的復(fù)雜性會(huì)帶來(lái)一定話音失真。以后隨著硬件技術(shù)和算法的進(jìn)步，會(huì)使失真度降低到可以忽略的程度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王金龍.短波數(shù)字通信研究與實(shí)踐.北京.科學(xué)出版社.2013

[2]吳利民、王滿喜、陳功.認(rèn)知無(wú)線電與通信電子戰(zhàn)概論.北京.電子工業(yè)出版社.2015

[3]賈欣、許希斌.軟件無(wú)線電原理與技術(shù).北京.人民郵電出版社.2010