8. АДАПТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ В СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Питер Ф. Адамс

8.1. ВВЕДЕНИЕ

Системы связи – развивающаяся и изменяющаяся отрасль промышленности, в которой применение адаптивных фильтров оказалось весьма плодотворным. Для этого имеются три причины: во-первых, быстрый прогресс полупроводниковой технологии и, особенно,  прогресс в области больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) дали возможность реализовать адаптивные фильтры при коммерчески приемлемых затратах; во-вторых, быстрый рост систем передачи данных создал необходимость в применении адаптивной фильтрации для преодоления искажений передачи, присущих существующим телефонным сетям;  в-третьих, желание обеспечить улучшение систем передачи речи для тех случаев, когда отраженные сигналы вызывают существенное искажение передачи звука или нестабильность.

Материал этой главы, естественно, разделяется в соответствии с двумя обширными областями: передачей данных и передачей речи. Однако, сначала имеет смысл напомнить о том, что адаптивные фильтры могут выполнять две различные роли, а именно корректирующих фильтров и устройств подавления шумов (см. разд. 1.2). 

При использовании для коррекции, адаптивный фильтр, подключаемый последовательно к неизвестному линейному каналу с характеристикой , должен аппроксимировать характеристику, обратную . В случае применения в качестве шумоподавителя, адаптивный фильтр, подключаемый параллельно неизвестному линейному каналу, должен аппроксимировать характеристику . В системах связи адаптивные фильтры используются в обеих этих ролях.

Данное различие между ролями является важным, поскольку оно приводит к различным эффектам, возникающим при работе адаптивного фильтра: например, сигнал помехи или шум на выходе неизвестного канала оказывают различное воздействие на адаптивный фильтр, в каждом из случаев; кроме того, в случае коррекции, характеристики канала могут влиять на скорость установления адаптивного фильтра, что не имеет места в случае подавления.

Различные структуры адаптивных фильтров и алгоритмы адаптации описаны в других главах данной книги. Здесь мы будем иметь дело почти исключительно с трансверсальными фильтрами, настраиваемыми с помощью стохастического градиентного алгоритма метода наименьших квадратов (МНК) и его вариантов. Хотя для применения в системах связи были исследованы и другие структуры и алгоритмы, они имеют меньшую практическую значимость. Это свидетельствует о простоте трансверсальной структуры и доступности стохастического градиентного алгоритма МНК. Там, где необходимо, будут упоминаться другие структуры и алгоритмы.

Значительная часть изложенного далее материала посвящена передаче цифровых данных по телефонным каналам и двухпроводным металлическим кабельным линиям. Это является отражением обширных исследований и разработок, проводимых в данной области, и их значения в обеспечении средств цифровой передачи по сетям связи, основная задача которых – передача речевых сообщений. В остальной части главы рассматриваются области применения, где адаптивные фильтры используются для подавления отраженных сигналов при передаче речевых сообщений. Уже используются альтернативные методы для достижения этих же результатов, но адаптивные фильтры обеспечивают, субъективно, гораздо более приемлемые характеристики.