重点（電気通信）

信号処理において、プリエンファシスは、予測されるノイズや損失から信号を保護する技術です。その考え方は、ノイズや損失の影響を最も受けやすい周波数帯域を事前に増幅（つまり歪ませ）ておくことです。これにより、ノイズや損失の多い処理（ケーブル伝送、テープ録音など）の後でも、その周波数帯域からより多くの情報を復元できるようになります。プリエンファシスによって生じる歪みを除去することをデエンファシスと呼び、出力は元の入力を正確に再現します。

エンファシスは、FM放送（プリエンファシス改善）やLP レコード（例：アナログレコード）からPCI Expressに至るまで、様々な分野で広く利用されています。例えば、高周波信号成分を強調することで、伝送周波数スペクトルの変調度をより均一にし、ひいては周波数範囲全体にわたって信号対雑音比を向上させることができます。

オーディオ信号では

電子音声信号の処理において、プリエンファシスとは、（周波数帯域内で）一部の（通常は高い）周波数の振幅を他の（通常は低い）周波数の振幅に対して増加させることを目的としたシステム処理を指します。これにより、システムの後続部分における減衰歪みや記録媒体の飽和といった現象による悪影響を最小限に抑え、全体的な信号対雑音比を向上させることができます。このミラー操作はデエンファシスと呼ばれ、システム全体はエンファシスと呼ばれます。

プリエンファシスは、本質的にはキャリブレーションされたフィルタであるプリエンファシスネットワークによって実現されます。周波数応答は特別な時定数によって決定されます。カットオフ周波数はその値から計算できます。

プリエンファシスは、電気通信、デジタルオーディオ録音、レコードカッティング、FM放送送信、音声信号のスペクトログラム表示などで広く利用されています。一例として、33回転および45回転のビニールレコードにおける RIAAイコライゼーションカーブが挙げられます。また、磁気テープで使用されるドルビーノイズリダクションシステムもその一つです。

プリエンファシスは、周波数変調または位相変調送信機において、変調信号の駆動電力を偏移比の観点から均等化するために用いられます。受信機の復調プロセスには、元の信号電力分布を復元するためのデエンファシスネットワークと呼ばれる相反ネットワークが含まれます。

強調の解除

電気通信において、デエンファシスは、エンファシスと呼ばれるノイズ対策システムにおけるプリエンファシスの補完的な役割を担います。デエンファシスとは、（周波数帯域内において）一部の（通常は高い）周波数の振幅を他の（通常は低い）周波数の振幅と比較して低下させるように設計されたシステム処理であり、システムの後段における減衰歪みや記録媒体の飽和といった現象による悪影響を最小限に抑えることで、全体的な信号対雑音比（S/N比）を向上させることを目的としています。

特殊な時定数によって周波数応答曲線が決定され、そこからカットオフ周波数を計算できます。

レッドブックオーディオ

レッドブックCDマスタリングでは、あまり使用されていないものの、標準化されたエンファシス機能が存在する。CDプレーヤーは当初、手頃な価格の14ビットコンバータを搭載していたため、量子化ノイズを補正するためのプリエンファシスの仕様が盛り込まれていた。規模の経済性によって最終的に16ビット化が可能になると、量子化ノイズはそれほど問題ではなくなったが、エンファシスは依然として選択肢として残されていた。プリエンファシスは、ゲイン10dB（20dB/decade時）、時定数50μsおよび15μsの一次フィルタとして記述されている。^{[ 1 ]}

デジタル伝送の場合

シリアルデータ伝送では、エンファシスは通信チャネルの出力における信号品質を改善するために使用されます。高データレートで信号を送信すると、伝送媒体によって歪みが生じる可能性があるため、エンファシスを使用して送信信号を歪ませ、この歪みを修正します。適切に行われると、元の信号または目的の信号に近い受信信号が生成され、より高いデータレートの使用やビットエラーの低減が可能になります。現実世界のほとんどのチャネルでは、周波数とともに損失が増加するため^[²^]^{: 6}（実質的にローパスフィルタ）エンファシスではこの効果を反転させる必要があります（ハイパスフィルタとして機能します）。^[²^]^{: 8}このため、エンファシスはイコライゼーションの一種となり、チャネルの送信側で実装されます。

エンファシスは、高周波を増幅する（プリエンファシス、遷移ビットの振幅を増大させる）か、低周波を減衰させる（デエンファシス、非遷移ビットの振幅を減少させる）ことで実現できます。どちらも、より平坦なシステム周波数応答を生成するという同じ効果をもたらします。実際の回路では、増幅ではなく減衰のみを必要とするため、デエンファシスの方が一般的に容易です。^{[ 2 ]}^：9 PCI Express、SATA、SASなどのよく知られたシリアルデータ規格では、送信信号にデエンファシスを適用する必要があります。

チャネル挿入損失の影響

損失の多いチャネルが長くなると、高周波の減衰が悪化し、信号がますます歪みます。

以下のデモンストレーションでは、5 Gbps PRBS-9テストパターンが標準 FR-4 素材上のさまざまな長さの PCB トレースを介して送信されます。


	55ミリメートル	300ミリメートル
	チャネルが短い場合、少量の ISI が目に見えるものの、アイは大きく開きます。	チャネル長が長くなると、遷移ビットは最大振幅に達しなくなります。同じ値のビットが連続して出現すると、信号は上下にドリフトします。アイパターンは著しく閉じます。

ある時点で、チャネル、送信機、受信機の特性に応じて、信号が過度に歪み、受信機が正しく解釈できなくなり、リンクで高いエラー率が発生したり、完全に切断されたりすることがあります。エンファシスは、この歪みを解消し、そのようなチャネルでも通信を成功させる方法の一つです。

アナログRC回路

デエンファシスは、アナログハイパスフィルタ回路と減衰器を並列に接続することで実現できます。これにより、信号全体が一定量だけ弱められ、信号の変化時に余分なエネルギーが減衰器をバイパスできるようになります。その結果、各遷移において鋭いスパイクが発生し、その後、定常状態の振幅まで指数関数的に減衰します。

以下のデモでは、5 Gbps PRBS-9テストパターンを300 mm FR-4チャネルに伝送し、デエンファシスのレベルを上げています。エンファシスのレベルが上がるにつれて、信号振幅が減少することに注意してください。


	0 dB	6dB	12デシベル
	強調なし。顕著なISIが見られます。	適切なレベルの強調。信号は減衰していますが、アイパターンは大きく開いており、遷移ビットと非遷移ビットの振幅は同じです。	過剰な強調。波形表示の遷移時にオーバーシュートが見られ、ゼロクロスで強い「バンディング」アーティファクトが発生し、アイが再び閉じ始めます。

次のセクションで説明するFIRアーキテクチャとは異なり、アナログエンファシスではオーバーシュートの形状は信号ビットレートに*依存せず*ます。したがって、データレートが低い場合、ビット全体の振幅は増加せず、エッジのみが増加されます。以下の例では、オーバーシュートをより目立たせるために、意図的に過剰なレベルのエンファシスが使用されています。


	1.25 Gbps	5Gbps
	1.25 Gbps。信号はユニットインターバルの約3分の1をオーバーシュートし、その後ほぼ定常状態に戻ります。	同じテストを5Gbpsで実行しました。オーバーシュートはUI全体にわたって持続します。

3タップFIR

実際の SERDES ^{[ 3 ]}におけるエンファシスの一般的な実装の 1 つは、3 タップのフィードフォワードイコライザ (FFE) です。これは、出力ピンを目的の出力電圧で直接駆動するのではなく、実際の出力電圧は、目的のビット値 (メインカーソル)、前のビット (ポストカーソル)、および次に送信するビット (プリカーソル) の加重和になります。^{[ 2 ]}^{: 10,24}メインカーソル係数はビットの公称振幅を制御し、常に正です (負の係数はビット値を反転するため)。プリカーサ係数は、まだ到着していないビット (遅延が一致したトレースの蛇行をまたぐフィールドカップリングなど) によって受信側で発生する ISI を除去します。プリカーサ係数は、ISI 全体に与える影響が大きくない場合が多いため、通常は 0 または非常に小さな負の値になります。ポストカーソル係数は、直前のビットによって受信側で発生する^ISI^を^除去^します^{[ 4 ]}タップの数を増やすことも可能だが、回路が複雑になり、収穫逓減の傾向にあるため^、^一般^的には使用されない。

信号エンファシスの効果は、アイパターンに明確に表れています。以下のデモンストレーションでは、10ギガビットイーサネットのテストに典型的な、NRZ変調を用いた10.3125 Gbps PRBS-31テストパターンを取り上げます。チャネルの挿入損失は、基本波で約2 dB、第2高調波で約3 dB、第3高調波で約4 dBです。目標は、過度のオーバーシュートを起こさずにアイが最大限に開いた、十分にイコライズされたチャネル応答を実現することです。過度のイコライゼーションはジッタを悪化させ、オーバーシュートを増加させ、適切にイコライゼーションされた信号よりもアイの開きが悪くなる可能性があります。^[⁵^]


	ベースライン	過剰な前置詞	最適化	過剰な投稿カーソル
	エンファシスなしのベースライン信号。遷移ビットは非遷移ビットよりも明らかに弱く、信号がマスクに接触しています（不合格）。	過剰な前兆強調。ベースラインよりも目が閉じていることから、前兆ISIが最小限しか存在せず、強調が有益よりも有害であることがわかります。	ポストカーソルエンファシスは適切に調整されています。アイパターンは開いており、遷移ビットと非遷移ビットの振幅は良好に一致しており、イコライゼーションのレベルが適切であることを示しています。信号はマスクテストに合格しています。	過度のポストカーソルエンファシス。アイが閉じ始めており、遷移ビットに大きなオーバーシュートが発生しているため、過剰なイコライゼーションが示唆されています。アイに見える「ダブルバンディング」アーティファクトは、過度のエンファシスによって引き起こされた顕著なISI ^{[ 5 ]}^{: 2}の存在を示しています。
幅	最悪	より良い	最高	より良い
身長	良い	悪い	最高	悪い
ジッター	最悪	より良い	最高	より良い