预加重

在发送端对输入信号高频分量进行补偿的信号处理方式

预加重是一种在发送端对输入信号高频分量进行补偿的信号处理方式。随着信号速率的增加，信号在传输过程中受损很大，为了在接收终端能得到比较好的信号波形，就需要对受损的信号进行补偿，预加重技术的思想就是在传输线的始端增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减。而预加重对噪声并没有影响，因此有效地提高了输出信噪比。

简介

理论已经证明,鉴频器的输出噪声功率谱按频率的平方规律增加。但是，许多实际的消息信号，例如语言、音乐等，它们的功率谱随频率的增加而减小，其大部分能量集中在低频范围内。这就造成消息信号高频端的信噪比可能降到不能容许的程度。但是由于消息信号中较高频率分量的能量小，很少有足以产生最大频偏的幅度，因此产生最大频偏的信号幅度多数是由信号的低频分量引起。平均来说，幅度较小的高频分量产生的频偏小得多。所以调频信号并没有充分占用给予它的带宽。因为调频系统的传输带宽是由需要传送的消息信号（调制信号）的最高有效频率和最大频偏决定的。然而，接收端输入的噪声频谱却占据了整个调频带宽。这就是说，在鉴频器输出端噪声功率谱在较高频率上已被加重了。

为了抵消这种不希望有的现象，在调频系统中人们普遍采用了一种叫做预加重和去加重措施，其中心思想是利用信号特性和噪声特性的差别来有效地对信号进行处理。即在噪声引入之前采用适当的网络（预加重网络），人为地加重（提升）发射机输入调制信号的高频分量。然后在接收机鉴频器的输出端，再进行相反的处理，即采用去加重网络把高频分量去加重，恢复原来的信号功率分布。在去加重过程中，同时也减小了噪声的高频分量，但是预加重对噪声并没有影响，因此有效地提高了输出信噪比。

举例说明

三种信号补偿技术的关系

在信号传输过程中，信号不同，频率成分有不同的衰减度，导致最后得到的信号失真。为了在接收终端能得到比较好的波形，就需要对受损的信号进行补偿，常用的补偿技术有：预加重、去加重和均衡在介绍这三种信号补偿技术。

由于在信号通路中，相对于低频分量，信号的高频分量有很大的衰减。均衡的作用就是在接收端口对信号处理，根据信号经过的基板的衰减特性，将信号的高频成分适当增强，这样就可以得到低频成分与高频成分被“均衡”到一个水平的信号，增强了发送到接收端口信号的传输速度与传输距离。相对于均衡，预加重作用在信号的发送端，其根据信号即将经过的衰减通道，提前增强信号的高频分量，经过这样的处理，信号经过信号通道之后，经过一个高频成分的衰减，最后接收端口接受到完整的信号。在信号发送端口，还可以通过―去加重的方法，将信号的低频成分衰减，由此应对信号通路中高频成分的衰减。相对于预加重的方法，去加重将信号的能量衰减，使信号的幅度降低，造成后级电路模块识别信号的困难。因此，在现实应用中，会更多的选择预加重的方法。

预加重

前面已经介绍过了，信号传输线表现出来的是低通滤波特性，传输过程中信号的高频成分衰减大，低频成分衰减少。预加重技术的思想就是在传输线的始端增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减。我们知道，信号频率的高低主要是由信号电平变化的速度决定的，所以信号的高频分量主要出现在信号的上升沿和下降沿处，预加重技术就是增强信号上升沿和下降沿处的幅度。如右图1所示。

另外，预加重可以采用时域技术和频域技术两种方式实现。

采用时域技术实现预加重电路，将待发送的比特信号幅度做相应的变化，当该比特信号与前一位发送的比特信号不同的时候，就将当前比特信号的幅度以合适的倍数增大，当该比特信号与前一位比特信号相同的时候，则不作任何处理：如此便实现了预加重功能。右图是时域技术实现的预加重电路示意图。

频域技术实现预加重电路是通过增加一个高通滤波器的方式。滤波器将待传输信号的高频分量能量增加，预先补偿传输线对信号高频分量的衰减。这种预加重电路的实现方法有几个缺陷：我们在设计预加重电路的时候，需要知道传输线的衰减特性，确定预加重电路需要处理的频率范围，但是现实应用中，电路设计者可能并不能确定传输线的长度，类型等等，因此无法确定预加重电路工作的频率范围和预加重量；第二，预加重电路在增强信号高频分量的时候，也同时加重了高频噪声，导致发送端口的近端交互噪声 NEXT 的恶化；第三，预加重电路增强了信号高频信号能量，由于信号电压和信号功耗的平方关系，那么系统电路的功耗必然会显著增加。因此，多采用时域技术的预加重处理方法。频域域技术实现的预加重电路如右图2所示。

去加重

将已经加重的发射信号恢复为原来信号形式的过程。去加重电路也是应用于发送端口，实现的功能和预加重电路正好相反：去加重是将发送信号的低频分量减，使得改变后的信号经过传输线的高频衰减之后，低频分量和高频分量能够平衡，去加重技术衰减了信号的能量，使得发送到传输线上的信号幅度减小，减小了信号的串扰，但是同时导致信号受噪声的影响更加明显，因此，去加重电路应用的比较少。去加重技术的思想跟预加重技术有点类似，只是实现方法有点不同，预加重是增加信号上升沿和下降沿处的幅度，其它地方幅度不变；而去加重是保持信号上升沿和下降沿处的幅度不变，其他地方信号减弱。如右图3所示。

均衡

前面介绍的预加重和去加重能很好的补偿信号在传输过程中的损耗，改善信号质量，但是预加重和去加重技术也存在一些缺陷，比如当线路上存在串扰时，预加重和去加重会将高频串扰分量放大，增大串扰的危害。为了弥补预加重和去加重技术的缺陷，后来就出现了均衡技术。跟预加重和去加重不同，均衡技术在信号的接收端使用，它的特性相当于一个高通滤波器。其原理如右图4所示：

均衡器实际上是一个高通滤波器，右图是一个简单的高通滤波器，即均衡器。均衡器通常是用滤波器来实现的，使用滤波器来补偿失真的脉冲，判决器得到的解调输出样本，是经过均衡器修正过的或者清除了码间干扰之后的样本。自适应均衡器直接从传输的实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的状态，从而有更好的失真补偿性能。

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