車載收音機立體聲噪聲產(chǎn)生和消除的研究

陳向陽

（惠州市德賽西威汽車電子有限公司技術(shù)中心先期研發(fā)部，廣東 惠州 郵編 516006）

引言

車載收音機作為汽車娛樂系統(tǒng)最常使用的功能，使用的FM調(diào)頻廣播，是一種目前世界上最成熟、最通用、應(yīng)用最廣泛的公共無線通信系統(tǒng)。客戶對車載收音機的要求也越來越高，家用收音機相對處于一個信號比較穩(wěn)定的環(huán)境中，而車載收音機所處的環(huán)境相對惡劣得多，周圍建筑物，高樓大廈，高山，大樹等對信號的阻擋而產(chǎn)生的信號衰落以及信號反射干擾；有些地方為了實現(xiàn)更好的信號覆蓋，發(fā)射臺發(fā)射功率超過規(guī)定范圍，一定程度上加重了信號反射干擾效應(yīng)。

家用調(diào)頻立體聲接收機與車載調(diào)頻立體聲接收機有什么不同？為什么需要應(yīng)用動態(tài)軟靜音，動態(tài)高頻動態(tài)衰減以及動態(tài)立體聲混合技術(shù)？如何應(yīng)用好這些技術(shù)？應(yīng)用不恰當(dāng)會有什么不良影響？本文通過對弱信號，多路徑反射信號對車載收音機的干擾產(chǎn)生的原理的分析和研究。提出了對車載調(diào)頻收音機在弱場強信號和多路徑干擾下噪聲消除的解決辦法和信號優(yōu)化方法。以利于快速定位問題和解決問題。

1 車載調(diào)頻收音機接收多路徑反射信號產(chǎn)生噪聲

汽車搭載的車載收音機的接收信號環(huán)境隨著汽車的移動而不斷變化，高樓大廈，高山，路邊大樹等對信號反射傳輸，在行進中接收信號強度的不斷的快速變化以及多普勒頻移效應(yīng)都對車載收音機的接收效果造成不可忽視的影響。

FM接收器可以接收一個主要信號，但是也會接收從各個方向來的二次反射信號。這些反射信號到達(dá)接收器不同的相位（與主信號相比有稍微延遲的時間）導(dǎo)致原始信號失真。結(jié)果，收聽效果可以從一個聲音模糊到嚴(yán)重的音質(zhì)失真，特別是在高頻率或高音。失真的程度取決于反射信號的數(shù)量和強度。

由發(fā)射點出發(fā)的電波可能經(jīng)多條路徑到達(dá)接收點，這種現(xiàn)象稱多徑傳播。［1］［2］就每條路徑信號而言，它的衰耗和時延都不是固定不變的，而是隨傳輸路徑的變化而隨機變化的。因此，多徑傳播后的接收信號將是衰減和時延隨時間變化的各路徑信號的合成。

目前還沒有有效的技術(shù)從包含反射信號的復(fù)合信號中分離出主要信號。有什么辦法可以使多路徑接收的問題在信號到達(dá)接收機的輸入端之前予以糾正呢？一個的令人滿意的解決方案，是設(shè)計僅接受來自一個方向，并拒絕來自其他方向反射的定向天線。到目前為止，已經(jīng)成功設(shè)計對一個方向敏感的室外天線［2］。對于家用調(diào)頻接收機是有效的，但是，對于接收方向隨時改變的車載調(diào)頻收音機來說是無效的。因此車載調(diào)頻收音機必須考慮使用其它的消噪技術(shù)。

2 車載調(diào)頻收音機接收信號場強變化產(chǎn)生噪聲

接收天線和發(fā)射天線之間的距離也是決定調(diào)頻信號的強度的因素之一。在進一步彼此分開的兩個天線，接收信號就會越弱。一般來說，一個距離調(diào)頻發(fā)射天線30航空里程或以上的任何地區(qū)的調(diào)頻信號可以被認(rèn)為容易遭受變?nèi)趸蜻吘壗邮眨?］［4］。如果兩個天線可以“看到”彼此間無建筑物，樹木或山丘時，信號會更強而且會較少出現(xiàn)有異常的接收的情況。

汽車在行進中，受到障礙物的阻擋，信號傳播路徑的改變，天線方向性，發(fā)射天線和接收天線相對距離的改變等因素的影響，車載接收機接收到的信號場強是動態(tài)變化的，如圖5（示意圖）。

信號強度較小時，信噪比就小；信號強度較強時，信噪比相應(yīng)就大，如圖6所示（以實際樣機測量的曲線，不同的樣機可能稍微有一些差異）。橫軸為射頻信號強度，單位為dBuV，縱軸為立體聲解碼輸出音頻信號幅度，單位為dB相對值。在信號強度低于40dBuV時噪聲開始變大，信噪比降低。當(dāng)調(diào)諧器的射頻輸入強度下降到10dBuV左右時，噪聲強度會迅速增加，噪聲卻大幅增到和音頻輸出同樣強度。符合上一節(jié)提到的調(diào)頻解調(diào)器輸入-輸出信噪比性能曲線的理論。當(dāng)此情形出現(xiàn)時，不僅噪聲和音頻強度完全相同，所以聽起來會很吵。因此在信噪比比較小的時候，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砀纳平档驮肼暋?/p>

圖1

3 干擾產(chǎn)生噪聲的消除方法

車載收音機在接收到多路徑信號或信號變?nèi)?，在解調(diào)時產(chǎn)生干擾噪聲，信號失真，信噪比降低等，是產(chǎn)生車載調(diào)頻收音機噪聲最主要和機率最大的因素。根據(jù)多路徑干擾以及信號變?nèi)醯牟煌樾危a(chǎn)生的噪聲可能是靜音，滴答聲，咔噠聲，爆裂聲等。結(jié)合以上討論的理論，這里詳細(xì)闡述干擾產(chǎn)生噪聲的消除方法。

圖2

在車載收音機中，如圖7所示，接收信號在混頻之后產(chǎn)生中頻信號，經(jīng)過中頻信號帶通濾波器濾波，信號經(jīng)過限幅器，在限幅器中檢測信號強度送往LEVEL信號放大器放大，放大之后模數(shù)轉(zhuǎn)換，分出一路經(jīng)過21KHZ的帶通濾波器提取信號幅度變化成分，就是上面提到的直接路徑和反射路徑信號疊加之后因相位的不同導(dǎo)致的幅度變化，也叫調(diào)幅成分，這調(diào)幅成分的大小反映的就是調(diào)頻信號受到的多路徑干擾的程度。稱之為多路徑信號檢測器。

射頻信號場強檢測器給出的是輸入到調(diào)諧器的信道的信號強度的指示RSSI，是信號質(zhì)量的一個好壞的指示器。假設(shè)噪聲電平是固定的，信噪比就取決于射頻信號場強，射頻信號場強檢測器是理想的信噪比檢測器。

多徑干擾檢測器測量信號幅度的波動。正常的FM信號廣播具有固定的電平。如果信號幅度的波動表明信號質(zhì)量降低。在多徑條件下信號幅度的波動程度可以衡量有用信號受到多路徑信號干擾的程度。

應(yīng)用這些信號檢測器為車載立體聲接收機動態(tài)處理信號提供了依據(jù)。

3.1 動態(tài)軟靜音

在非常低的天線接收電平下以及在非常嚴(yán)重的多徑條件下的車載收音機解調(diào)解碼之后輸出的信號失真，信噪比很低，噪聲變大，節(jié)目內(nèi)容變得不清楚，讓聽眾感覺不舒服。根據(jù)人的生理特性，在一定的音量下，噪聲較大時適當(dāng)減小音量，那么聽眾就會感到噪聲沒有那么刺耳。因此在這個時候衰減音頻信號的幅度是一個可取的方法。

當(dāng)調(diào)諧器的射頻輸入強度下降時，噪聲強度會迅速增加，要將射頻信號微弱區(qū)的噪聲減至最少，一個方法是利用軟靜音技術(shù)同時衰減音頻和噪聲。

在非常低的天線接收電平下以及受到多路徑信號干擾時，軟靜音模塊將逐漸地衰減解調(diào)之后的音頻信號。這里的軟靜音是動態(tài)的，即根據(jù)信號受到干擾的程度進行動態(tài)的自動的軟靜音，當(dāng)接收信號質(zhì)量恢復(fù)，音頻信號幅度也恢復(fù)回來。

下圖8是車載調(diào)頻接收機DSP軟靜音信號處理的實現(xiàn)方法。它先從射頻信號場強檢測器獲取實時的射頻信號電壓RSSI，從多路徑干擾檢測器中獲取實時的多路徑干擾程度指示信息MP，分別進入基于射頻電壓的軟靜音模塊和基于多路徑干擾的軟靜音控制模塊，在這兩個軟靜音模塊里面分別設(shè)置軟靜音的起始點和斜率，它們是決定音頻輸出幅度從0%到100%的控制信號。射頻信號場強RSSI越小，小于起始控制點Thld越多，音頻輸出幅度就越小，直到完全靜音；它的減小的快慢取決于斜率Slope，。同樣，多路徑干擾程度MP越大，大于起始控制點Thld越多，音頻輸出幅度就越小，直到完全靜音；達(dá)到然后它們分別進入信號軟靜音沖擊和釋放時間模塊，再一起匯入決定左右聲道增益模塊，最終左右聲道增益由基于射頻電壓的軟靜音模塊和基于多路徑干擾的軟靜音控制模塊兩者中最小增益來決定，控制可增益放大器的增益，從而決定最終衰減音頻輸出幅度的大小，達(dá)到軟靜音的目的。

圖3

軟靜音曲線由它的斜率和起始點來決定，這里的斜率和起始點是可以調(diào)節(jié)的。對基于射頻電壓的軟靜音模塊來說，如果起始點調(diào)得太低，那么軟靜音的作用就不太明顯；如果如果起始點調(diào)得太高，軟靜音的作用就太過頻繁，也會讓聽眾感到不舒服；斜率決定了軟靜音的靜音幅度，斜率過小，軟靜音的作用也不太明顯；斜率過大，音頻信號幅度變化過大，且當(dāng)天線信號的急劇變化導(dǎo)致軟靜音頻繁起作用，導(dǎo)致音頻信號幅度也急劇變化，聽眾明顯感覺到音量忽大忽小，讓聽眾感覺明顯不舒服。對基于多路徑干擾的軟靜音控制模塊來說，它與基于射頻電壓的軟靜音模塊的曲線方向相反，但原理是一樣的。

如下圖4所示，以實際車載調(diào)頻收音機樣機測量的曲線作為例子，它相對于上圖1增加了軟靜音處理的實測樣機的調(diào)頻特性曲線，此時啟動軟靜音功能會讓音頻和噪聲逐漸衰減到20dB，這能將噪聲減至最少和提供更好的收聽體驗。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，收音機輸出的音頻信號幅度以1.4V RMS值作為0dB參考電平。當(dāng)天線接收的信號電平較弱，信號電平低于12dBuV時，車載收音機輸出的音頻信號幅度逐漸減小，當(dāng)下降到-3dB時，我們稱之為-3dB限幅點，即功率下降了一半。音頻信號幅度減小到最大時，我們稱之為臺間噪聲，也就是沒有電臺的時候我們聽到的“沙沙”聲噪聲電平。

圖4

如何來調(diào)整軟靜音曲線？一般要經(jīng)過兩個階段，一是實驗室曲線設(shè)置，二是實車調(diào)試。實驗室曲線設(shè)置一般還要以客戶的規(guī)格要求來進行，但是車廠客戶在這一點上的指標(biāo)比較簡單，往往只規(guī)定-3dB限幅點和最大軟靜音幅度，不能反映整條軟靜音曲線。另外不同的天線系統(tǒng)有不同的信號增益和底噪，因此需要做實車調(diào)試，實際的曲線就是要在實際車輛中和道路環(huán)境中來做調(diào)試和調(diào)整。實際的路試調(diào)試經(jīng)驗認(rèn)為從音頻信號幅度開始減小從最小到最大這一段不宜過陡，即斜率不宜過陡，以20dB射頻電壓范圍內(nèi)音頻幅度變化20-30dB之間為宜，否則有可能導(dǎo)致汽車在行進中天線信號的急劇變化導(dǎo)致音頻信號幅度也急劇變化，表現(xiàn)為音量忽大忽小，讓用戶感覺不舒服。

3.2 動態(tài)高頻衰減

大多數(shù)的干擾的影響是存在于音頻的高頻部分［5］。因此，降低干擾的影響的一種方法是將過濾音頻的高頻部分減小信號帶寬來提高鑒頻器輸出信噪比。這減少音頻帶寬被稱為“高切”（“high cut”）。當(dāng)調(diào)諧接收機檢測到天線接收到的信號微弱或者或其他干擾信號存在，可以降低音頻信號的帶寬來改善聲音的失真和噪聲。High cut功能上是一個可以動態(tài)控制的低通濾波器。

在非常低的天線接收電平下以及在非常嚴(yán)重的多徑條件下的車載收音機解調(diào)解碼之后輸出的信號失真，信噪比很低，噪聲變大，節(jié)目內(nèi)容變得不清楚，信號失真造成的噪聲是惱人的，讓聽眾感覺不舒服。高音頻頻率在聲學(xué)中對于噪聲較為敏感。在一定的天線信號電平下或受到多路徑信號干擾時，高音頻頻率變得失真，而低音頻頻率仍然可靠的。最大的干擾影響存在于音頻頻率的高頻成分。因此，可以通過過濾音頻頻率的高頻成分即減少音頻帶寬來提高信號的信噪比，可以有效的提高音頻信號的信噪比和收音質(zhì)量。這里的高頻衰減跟去加重不一樣，去加重是固定的，是為了恢復(fù)恢復(fù)原來的信號功率分布，北美是75uS，歐洲亞洲是50uS。車載收音機在汽車的行進中接收到的信號質(zhì)量不斷的變化，這里的高頻衰減是根據(jù)信號的質(zhì)量而進行動態(tài)調(diào)整。當(dāng)信號質(zhì)量變差時，音頻高頻部分衰減就多一些；當(dāng)信號質(zhì)量恢復(fù)變好時，音頻高頻部分也就恢復(fù)。也就是根據(jù)信號的質(zhì)量來進行動態(tài)的信號帶寬控制。高頻部分的信號幅度根據(jù)信號的質(zhì)量進行動態(tài)的變化。

下圖5是車載調(diào)頻接收機DSP動態(tài)衰減高頻信號處理的實現(xiàn)方法。它先從射頻信號場強檢測器獲取實時的射頻信號電壓RSSI，從多路徑干擾檢測器中獲取實時的多路徑干擾程度指示信息MP，分別進入基于射頻電壓的高頻衰減控制模塊和基于多路徑干擾的高頻衰減控制模塊，在這兩個高頻控制衰減模塊里面分別設(shè)置高頻衰減的起始點和斜率，它們決定低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率和濾波器的階數(shù)，控制高頻輸出信號的幅度。射頻信號場強RSSI越小，小于起始控制點high Thld越多，高頻衰減就越多，直到設(shè)定的截止頻率；它的衰減的快慢取決于斜率Slope。同樣，多路徑干擾程度MP越大，大于起始控制點high Thld越多，高頻衰減就越多，直到設(shè)定的截止頻率；沖擊和釋放時間模塊控制低通濾波器的沖擊和釋放時間，兩路低通濾波器再一起匯入決定最小低通濾波器轉(zhuǎn)角頻率和階數(shù)模塊，最終最大低通濾波器轉(zhuǎn)角頻率和階數(shù)由基于射頻電壓的高頻衰減控制模塊和基于多路徑干擾的高頻衰減控制模塊兩者中最大數(shù)來決定，控制低通濾波器轉(zhuǎn)角頻率和階數(shù)，從而決定最終動態(tài)的高頻頻率響應(yīng)，達(dá)到動態(tài)高頻衰減減少噪聲的目的。

圖5

如下圖11所示，這是以實際車載調(diào)頻收音機樣機測量的曲線作為例子，橫軸為車載收音機天線接收的信號電平，豎軸為車載收音機輸出的10KHZ音頻信號幅度。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，以10KHZ音頻信號幅度1.4V作為0dB參考電平。隨著天線接收射頻電平的變化，10KHZ的音頻信號幅度也跟著變化。即信號越弱，10KHZ音頻信號的幅度就越小。信號變強，10KHZ音頻信號的幅度就得到恢復(fù)。

圖6

如下圖7所示，音頻衰減曲線圖形橫軸用音頻輸出頻率表示，縱軸用音頻輸出幅度表示，更為直觀。信號越弱，受到的干擾越大，音頻高頻輸出衰減就越多；頻率越高，衰減也越多。

圖7

在實驗室中，沒有辦法模擬復(fù)雜的多路徑環(huán)境，因此還是基于實車測試來進行調(diào)試和調(diào)整。一般地，起始點不宜過早，斜率不宜過大，即高頻信號幅度不宜衰減過多，以10KHZ音頻信號為參考，衰減最多6dB為宜。否則很容易引起音頻信號音調(diào)急劇變化的副作用，在播放音樂節(jié)目時尤其明顯。

3.3 動態(tài)立體聲混合

解調(diào)器的輸出信噪比與調(diào)制信號最高頻率的三次方成反比［4］［5］，調(diào)制信號最高頻率越高，解調(diào)器的輸出信噪比就越低。立體聲信號的頻譜比單聲道的頻譜復(fù)雜，包含30HZ-15KHZ的主信號M，占調(diào)制度的45%；19KHZ導(dǎo)頻信號，占調(diào)制度的10%；由上下邊帶23KHZ-53KHZ組成的副信號S’（L-R信號成分），也占調(diào)制度的45%。而單聲道信號的頻譜只包含30HZ-15KHZ的主信號M（L+R信號成分）［6］。

立體聲復(fù)合信號MPX的差分量（L-R）部分23KHZ～53KHZ頻率較高，比和信號（L+R）部分30HZ～15KHZ更容易受到干擾。因此，可以減小立體聲復(fù)合信號MPX的差分量（L-R），左和右音頻信道分離度被降低，以減小干擾產(chǎn)生的噪聲。這種減少信道分離的方法被稱為“立體聲混合”（即立體聲到單聲道過渡或單聲道到立體聲過渡）。

多徑失真對于FM立體聲接收機來說是特別麻煩的。由于立體聲廣播包含在相同的無線電波傳送的多個信號分量，這些分量的相位關(guān)系或任何變化可降解或破壞立體聲質(zhì)量。此時，轉(zhuǎn)換到單聲道模式接收立體聲廣播聽起來更可接受。FM信號的立體聲信息，以及立體聲信息本身的多徑效應(yīng)，被有效地除去。當(dāng)接收器被切換到單聲道模式下，所有這些干擾產(chǎn)生的噪聲可以減少或消失。

在立體聲復(fù)合信號中副信號S’（L-R信號成分）占據(jù)頻譜為23KHZ到53KHZ，主信號M（L+R信號成分）占據(jù)頻譜為30HZ到15KHZ；因為副信號S’比主信號M頻率更高，在弱信號條件或多徑干擾下副信號S’比主信號M更敏感。在一定水平的干擾下，副信號S’變得不穩(wěn)定，但是主信號M還是可靠穩(wěn)定的。因此，在這個時候如果過濾掉副信號S’或降低副信號S’的增益，可以降低立體聲聲道分離度甚至切換到單聲道狀態(tài)可以有效的改善信噪比，提高信號質(zhì)量。

因此在弱信號條件或多徑干擾下，強迫車載收音機處于單聲道狀態(tài)，在強信號條件下車載收音機恢復(fù)處于立體聲狀態(tài)是一個提高信號質(zhì)量的有效辦法。在單聲道和立體聲的混合階段，單聲道狀態(tài)逐漸過度到立體聲狀態(tài)，信噪比也介于在單聲道和立體聲兩者之間。大量的路試實踐證明，將單聲道狀態(tài)逐漸過度到立體聲狀態(tài)的天線接收的射頻電平為40dBuV左右效果最好，如下圖13所示。這時的立體聲分離度為6dB左右，也稱為立體聲初始分離度。

圖8

如果車載收音機在移動過程中，信號強度突然下降變差，如果車載收音機還保持在立體聲狀態(tài)，信噪比將變差，出現(xiàn)明顯的可聽見的突發(fā)噪聲，如果此時強迫車載收音機處于單聲道狀態(tài)，車載收音機信噪比將提高最高20dB左右。單聲道到立體聲的過渡階段，也叫混合階段，在這個過渡階段，立體聲噪聲也合并到單聲道噪聲，從而有效地提高了音頻信號的信噪比。另外我們在路試過程中發(fā)現(xiàn)，如果立體聲到單聲道的過渡時間過長則車載收音機在這個過渡的時間內(nèi)可聽見的突發(fā)噪聲。通常情況下，立體聲到單聲道的過渡時間越小越好，小于10ms為宜。相反，單聲道到立體聲的過渡時間應(yīng)該到達(dá)1秒以上，做到平順的切換，避免頻繁的切換。如下圖14所示，左邊為示意圖，右邊為實際樣機注入標(biāo)準(zhǔn)立體聲信號，試樣機處于立體聲狀態(tài)到單聲道狀態(tài)再到立體聲狀態(tài)的左右聲道輸出用示波器獲取的波形。

圖9

下圖10為立體聲混合控制框圖，它的控制原理與動態(tài)高頻衰減的控制原理非常類似，只是它們決定低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率不一樣，立體聲混合控制的是立體聲復(fù)合信號L-R部分的幅度。調(diào)頻接收機接收到的場強信號RSSI以及多路徑干擾強度信號MP控制低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率，共同決定L-R部分23KHZ～53KHZ信號的增益，這個增益決定了立體聲分離度的大小。

圖10

以實際的車載調(diào)頻接收機測量得出立體聲信號噪聲曲線和單聲道信號的噪聲曲線為例，如下圖16所示。在天線接收信號電平在60dBuV到8dBuV之間時，立體聲信號噪聲要比單聲道信號的噪聲要高得多，最高達(dá)20dB左右。這是因為單聲道模式時只需30HZ～15KHZ的音頻帶寬，而在立體聲模式下，立體聲復(fù)合信號需要30HZ～53KHZ的音頻帶寬。

圖11

4 干擾噪聲消除方法的總結(jié)

動態(tài)軟靜音，動態(tài)高頻衰減和動態(tài)立體聲混合技術(shù)，都可以有效地消除車載立體聲接收機的干擾噪聲，這些技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，將大大加強效果。將車載收音機FM調(diào)頻廣播在解調(diào)解碼后的信號特性歸納畫出如下圖17所示的示意圖。

圖12

上圖12是典型的綜合應(yīng)用了動態(tài)軟靜音，動態(tài)高頻衰減和動態(tài)立體聲混合技術(shù)的調(diào)頻特性曲線，橫軸表示的射頻信號電平，縱軸表示調(diào)頻信號經(jīng)車載收音機解調(diào)解碼之后的音頻輸出輸出電平。以左聲道音頻輸出為0分貝作為參考電平。這個圖反映了左聲道音頻，右聲道音頻，立體聲噪聲和單聲道噪聲電平，所有信號都相對于左聲道音頻輸出。在這個例子中，大于RF3標(biāo)志的的RF輸入電平時車載收音機解調(diào)解碼輸出完全立體聲，約有30dB的立體聲分離度和55dB的立體聲信噪比。在大于RF3標(biāo)志的的RF輸入電平段，如果將車載收音機強制設(shè)置在單聲道模式，單聲道信噪比將達(dá)到60分貝。這是因為單聲道模式時只需15kHz的音頻帶寬，而在立體聲模式下，立體聲符合信號需要53 kHz的音頻帶寬。在RF2到RF3之間的區(qū)域中，是單聲道到立體聲的過渡階段，也叫混合階段，在這個過渡階段，立體聲噪聲也合并到單聲道噪聲，從而有效地提高了音頻信號的信噪比。如果射頻信號強度在RF2與RF3之間，左右聲道的音頻就會開始混合，產(chǎn)生立體與單聲道混音現(xiàn)象。左右聲道混合也會造成立體噪聲與單聲道噪聲混合，進而提高音頻的信號信噪比。如果沒有混合現(xiàn)象，立體噪聲就會成為圖里的藍(lán)黑虛線，音頻信號雜波比與射頻接收靈敏度也會小于出現(xiàn)立體單聲混合的調(diào)諧器。在此例中，RF0代表調(diào)諧器在立體單聲混合下的接收靈敏度，RF1則是沒有立體單聲混合時的靈敏度。靈敏度一般定義為“達(dá)到一定音頻信號信噪比所需的最小射頻輸入強度”，此處則具體定義為達(dá)成1dB音頻信號信噪比所需的射頻信號強度。另外，當(dāng)調(diào)諧器的射頻輸入強度下降時，噪聲強度會迅速增加，且其增幅遠(yuǎn)超過音頻輸出的下降速度。在此例中，當(dāng)射頻信號降到靈敏度（RF0）以下時，音頻輸出只會從最大輸出值下降約6dB，噪聲卻大幅增到和音頻輸出同樣強度。當(dāng)此情形出現(xiàn)時，不僅噪聲和音頻強度完全相同，而且只比最大音頻輸出小6dB，所以聽起來會很吵。要將射頻信號微弱區(qū)的噪聲減至最少，一個方法是利用軟靜音技術(shù)同時衰減音頻和噪聲。圖17中的下圖是包含軟靜音的調(diào)頻特性曲線，此時啟動軟靜音功能會讓音頻和噪聲都衰減14dB，變成比最大音頻輸出還低20dB，這能將噪聲減至最少和提供更好的收聽體驗。

綜上，動態(tài)軟靜音，動態(tài)高頻衰減和動態(tài)立體聲混合技術(shù)都是基于射頻信號場強檢測器獲取實時的射頻信號電壓RSSI，和基于多路徑干擾檢測器中獲取實時的多路徑干擾程度指示信息MP來聯(lián)合起作用，當(dāng)信號場強變?nèi)趸蚴艿蕉嗦窂礁蓴_時，動態(tài)軟靜音起作用，同時衰減了有用信號和噪聲；動態(tài)高頻衰減起作用，衰減了信號失真的高頻部分，減少了噪聲；動態(tài)立體聲混合起作用，使立體聲向單聲道轉(zhuǎn)換，有效地提高了信噪比。它們?nèi)咧g互不干涉，但同時作用時起到了互補的作用。在實際路試測試也反映了這三種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用產(chǎn)生的消噪效果都比單一技術(shù)的消噪效果要好得多。

5 干擾噪聲消除方法優(yōu)化的展望

快衰落信道中接收的信號是到達(dá)接收機的各徑分量的合成。這樣，如果能在接收端同時獲得幾個不同的合成信號，并將這些信號用適當(dāng)?shù)能浖惴ê喜?gòu)成總的接收信號，將有大大減小衰落的影響。這就是所謂的分集接收［7］［8］。即分散得到幾個合成信號，而后集中（合并）處理這些信號。已經(jīng)有理論和實踐證明，只要被分集的幾個合成信號之間是統(tǒng)計獨立的，那么經(jīng)適當(dāng)?shù)暮喜⒑缶湍苁瓜到y(tǒng)性能大為改善。

在車載調(diào)頻立體聲接收機中高端機器，采用兩個調(diào)頻立體聲接收器分別連接獨立的兩根天線來組成分集接收系統(tǒng)已經(jīng)得到實現(xiàn)，即在信號解調(diào)之前通過軟件算法合并構(gòu)成總的接收信號將原始信號優(yōu)化，大大減小信號多路徑干擾引起衰落的影響。提高整體系統(tǒng)性能。

那么，對于單天線單調(diào)頻立體聲接收器低成本系統(tǒng)來說，綜上所述，軟靜音消噪本身并沒有對信號的成分沒有產(chǎn)生影響，通過降低音量的方式掩蓋聽眾對夾雜噪音信號的感受；立體聲過渡到單聲道雖然在一定程度上降低了噪聲，但是它是以犧牲立體聲音質(zhì)為代價的處理；而高頻信號的高切，是以損失信號的高頻成分為代價來消除噪聲的。這幾種信號的處理都是在信號解調(diào)之后來進行的。因此，能否有減小信號失真的方法來提升信號的質(zhì)量呢？即也在信號解調(diào)之前就將原始信號優(yōu)化。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)成為可能，多路徑接收的問題在信號到達(dá)接收機的輸入端之前予以糾正，即在解調(diào)器之前添加自適應(yīng)濾波器，參考沒有受到干擾的調(diào)頻信號，自適應(yīng)濾波器在不同的多徑條件下不斷的更新濾波器的傳遞以輸出恒定幅度的信號；同時檢測解調(diào)信號尋找突發(fā)信號偏移，并根據(jù)該信息自適應(yīng)過濾抑制干擾信號，改善音頻信號的失真。

圖13

圖14

調(diào)頻信號解調(diào)前信號優(yōu)化算法必須具有如下特征：

1）算法能使無線電路徑的傳遞函數(shù)的近似反轉(zhuǎn)，如圖19；

2）算法的目標(biāo)是在接收機這一端實現(xiàn)一個逆?zhèn)鬟f函數(shù)，使得總傳遞函數(shù)=1；

3）信道是未知的和隨時間變化的，因此算法應(yīng)該還是自適應(yīng)濾波器。

算法的核心由一個有限的長度橫向濾波器（FIR）組成［9］?；趹?yīng)用無失真的調(diào)頻信號的恒定的信號強度性能的特性，以調(diào)節(jié)適應(yīng)濾波器系數(shù)的恒模算法。該算法的功能盡量逼近實現(xiàn)想要的逆?zhèn)鬟f函數(shù)；如果采用較長階數(shù)過濾器的算法，將更好的還原信號，但是將導(dǎo)致較慢的收斂和跟蹤能力，因此應(yīng)該采用折中濾波器階數(shù)，以實現(xiàn)信號還原效果的最大化。

如下圖15和16所示，圖15是通過傳統(tǒng)的軟靜音，立體聲過渡到單聲道以及高頻衰減之后可能得到的波形，從波形上看，雜音信號并沒有完全消除，而圖31是在信號解調(diào)之前添加了自適應(yīng)濾波器將原始信號優(yōu)化［10］，再經(jīng)過傳統(tǒng)的信號處理而得到的波形。從波形看出，信號的失真得到很大的改善。

這一技術(shù)不斷的在進步當(dāng)中，在不久的將來將會得到廣泛的應(yīng)用。

圖15

圖16

6 結(jié)語

本文充分闡述了車載調(diào)頻收音機產(chǎn)生噪聲相關(guān)因素，總結(jié)提出了車載調(diào)頻收音機消除噪聲的辦法，包括動態(tài)軟靜音，動態(tài)立體聲混合，動態(tài)高頻衰減等有效提高輸出信噪比的措施。以及筆者實際應(yīng)用經(jīng)驗以供借鑒。提出單天線單調(diào)諧器系統(tǒng)調(diào)頻信號解調(diào)前采用逆?zhèn)鬟f函數(shù)組成的自適應(yīng)濾波器優(yōu)化信號軟件算法的概念。

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