短波电台的降噪

周一宁

【摘要】 短波通信具有通信距离远、机动性好、顽存性强等独特的优点，但它同样存在信道不稳定、背景噪声大等弱点。为了提高短波通信的质量，除采用自适应、跳频等技术外，有效降低电台的背景噪声也是改善短波电台通信质量的有效方法。

【关键词】 短波通信 背景噪声 模拟静躁 数字静躁 数字降噪

一、引言

短波通信是波长在100米～10米之间，频率范围3MHz～30MHz的一种无线电通信技术。尽管新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视。首先，无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无法媲美。其次，在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波。另外，与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。但是短波通信发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的噪声较大。

二、短波电台的噪声分类

短波电台的噪声分为插入噪声、背景混杂噪声和附加噪声。插入噪声就是在两段话音之间的噪声，现在大多数短波电台都可以解决插入噪声问题，但是当插入噪声大于话音时，就会使噪声被当成话音输出到耳机，从而影响收听。背景混杂噪声就是与话音混杂在一起的背景噪声。比如对着话筒说话时，话筒边上的车辆喇叭声就是背景混杂噪声。这种噪声必须通过数字信号处理技术解决。附加噪声时由于安装电台的地点、位置、安装条件等方面的原因所产生。比如电离层产生电磁波动，周边移动基站的辐射，因为接地不好产生的交流声音。

三、静躁分类

在短波模拟话音通信中，背景噪声的存在使话音质量降低，让人听起来费劲费解，所以必须进行静躁处理。静躁技术分为模拟静躁和数字静躁。

四、模拟静躁的原理及缺点

模拟静躁又称音节式静躁。音节式静躁为纯硬件电路静躁，国内外早期的短波电台多采用这种方式降低噪音。音节式静躁都设置有静躁门限及静躁档位，不同的档位静躁门限不同，当信号低于门限时，耳机内无声音输出，当信号高于门限时，耳机才有声音输出。

总之，现在对噪声处理的难点如下：1、静躁开关开启后，能消除两段通话之间的插入噪声，但是当插入噪声或者通话声不规律时，短波电台很容易误判。后果是有可能听到噪声或者漏听通话声。2、如果背景噪声和通话声叠加在了一起，就很难分辨声音。

五、未来的发展方向：数字降噪

数字静躁是在模拟静躁的基础上发展起来的。数字静躁更多的是靠软件实现功能。根据软件算法不同，数字静躁也分为很多种。数字静躁与模拟静躁一样，也存在静躁门限和静躁档位的问题，但数字信号的门限是通过软件设置。

数字降噪电路的工作过程如下：输入的语音信号和噪声信号经过信号调整电路后，进入模数转换电路对语音和噪声混合信号进行高速采样；数字信号处理器根据算法对采样数据进行分析和运算，再通过数模转换器输出处理结果信号。

数字降噪其实既包括降噪又包括静躁。可以有效的消除插入噪声和背景混杂噪声。数字降噪先对输入的某一段混合信号进行判读，如果判读出来混合信号全是噪声，则开启静躁功能，把这一段混合信号全部抑制掉，这样就消除了插入噪声；如果判读出来混合信号既有话音又有噪声的话，则经过软件算法把噪声抑制掉，这样就消除掉了背景混杂噪声。

数字降噪对混合信号的判断是重要的一环。数字降噪对静躁门限大小的设置不是固定，而是一个波动的。这样在一段信号是纯噪声时，又可以消除大噪声又可以消除小噪声。这个波动的门限值的设置是更重要的一环。由于人类发出声音时，声带的变化不大，声音的变化也连续，所以话音可以认为在（10ms～30ms）这段时间内是稳定的，能量和频谱也是稳定的。所以当混合信号的能量大小能超过阈值并维持一段时间时，则判读为话音，则信号予以通过。如果判读为噪声，则信号予以消除。

当判读为话音后，话音信号内很可能混杂着噪声。这时我们可以使用动态调节降噪法。因为在判断出来这段信号是以话音为主是大信号，噪声为辅是小信号后，可以通过降低小信号的能量来抑制噪音。简单来讲就是使用增益随着输入电平的变化而变化的放大器，其增益是输入电平的函数。放大器的处理对象是声音的振幅，能取得调整声音动态范围的效果。当输入信号增大到门限电平以后，放大器的增益提高。使用此放大器降噪，可以把是小信号的噪声信号降到最低。

六、结束语

数字降噪有效提高降低了短波通信的背景噪声，使用者基本不再被电台的大噪声干扰，但是由于电路的复杂性会带来一定话音失真。以后随着硬件技术和算法的进步，会使失真度降低到可以忽略的程度。

参 考 文 献

[1]王金龙.短波数字通信研究与实践.北京.科学出版社.2013

[2]吴利民、王满喜、陈功.认知无线电与通信电子战概论.北京.电子工业出版社.2015

[3]贾欣、许希斌.软件无线电原理与技术.北京.人民邮电出版社.2010