均勻量化及a律pcm非均勻量化實(shí)驗(yàn)

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1、均勻量化與A律PCM非均勻量化實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握均勻量化與非均勻量化的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)；2、掌握均勻量化中的量化間隔、量化誤差、量化信噪比等概念；2、掌握A律PCM非均勻量化、A律13折線壓擴(kuò)特性等概念。二、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)《數(shù)字通信原理》第二章2.2節(jié)——均勻量化與PCM非均勻量化；2、學(xué)習(xí)MATLAB軟件的使用；3、認(rèn)真閱讀本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟。三、實(shí)驗(yàn)原理量化是將時(shí)域離散幅度連續(xù)的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)（PAM）進(jìn)行變換為幅度離散取值信號(hào)的過(guò)程。利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示模擬信號(hào)抽樣值的過(guò)程

2、稱為量化。量化過(guò)程是一個(gè)近似表示的過(guò)程，無(wú)限個(gè)數(shù)值的模擬信號(hào)用有限個(gè)數(shù)值的離散信號(hào)近似表示，將產(chǎn)生量化誤差（量化前后信號(hào)之差），通常用量化噪聲功率進(jìn)行表示。量化過(guò)程如圖1-1所示。圖1-1量化過(guò)程示意圖9量化器Q輸出L個(gè)量化值。稱為重建電平或量化電平。當(dāng)輸入量化器的模擬信號(hào)抽樣值位于區(qū)間時(shí)，量化器輸出電平為，即（1-1）為分層電平或判決閾值。均勻量化：量化間隔，若，即量化間隔相等，則為均勻量化，對(duì)于非過(guò)載情況，其量化誤差。均勻量化輸出與輸入關(guān)系為均勻階梯關(guān)系。在非過(guò)載區(qū)內(nèi)，量化值隨信號(hào)變化，且，在過(guò)載區(qū)內(nèi)，

3、量化值不隨信號(hào)變化，保持在最大量化值，且量化誤差包含非過(guò)載量化噪聲與過(guò)載量化噪聲。設(shè)過(guò)載量化電平U，在非過(guò)載區(qū)，量化電平數(shù)（量化級(jí)數(shù)）N，且N個(gè)量化電平可以用n位二進(jìn)制碼組進(jìn)行編碼。則均勻量化的量化間隔為（1-2）量化誤差（量化噪聲）：，量化噪聲一般用均勻誤差進(jìn)行度量。設(shè)輸入信號(hào)的概率密度為，則量化噪聲為（1-3）在均勻量化的量化間隔內(nèi)，每個(gè)量化間隔內(nèi)的量化電平均取值在各區(qū)間的中點(diǎn)，在量化范圍內(nèi)，其最大量化誤差，在過(guò)載區(qū)內(nèi)量化誤差。當(dāng)信號(hào)不過(guò)載時(shí)，量化噪聲（1-4）因此，均勻量化器在非過(guò)載區(qū)內(nèi)的量化噪聲功率

4、與信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性無(wú)關(guān)，只與量化間隔有關(guān)，當(dāng)過(guò)載電平U一定時(shí)，僅與量化電平數(shù)N有關(guān)。非均勻量化：采用非均勻量化改善小信號(hào)的量化信噪比。非均勻量化特點(diǎn)：量化間隔非固定值，對(duì)于小信號(hào)，量化間隔變小，則量化噪聲功率下降，量化信噪比提高；對(duì)于大信號(hào)，量化間隔增大，則量化噪聲功率提高，但信號(hào)功率比較大，故量化信噪比可以保持恒定。非均勻量化在不增大量化電平數(shù)N的條件下，使信號(hào)在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)使量化信噪比達(dá)到指標(biāo)，采用對(duì)數(shù)壓擴(kuò)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。A律對(duì)數(shù)壓縮特性：（1-5）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中取A=87.6。對(duì)數(shù)壓縮特性曲線如圖1-2所示。在

5、小信號(hào)段，A律對(duì)數(shù)非均勻量化信噪比優(yōu)于均勻量化信噪比約24dB。對(duì)數(shù)壓縮特性的折線近似如圖1-3所示，具體如表1-1所示。9圖1-2A律對(duì)數(shù)壓縮特性圖1-3A律對(duì)數(shù)壓縮特性的13折線近似表1-1A律13折線壓縮特性PCM編碼采用折疊二進(jìn)制碼（FBC）。8位PCM編碼規(guī)則：9量化等級(jí)：256，最小量化間隔：，最大量化間隔：。其中，每段非均勻分割數(shù)16。電平量化值及對(duì)應(yīng)的PCM編碼碼字如表1-2所示。表1-2電平量化值及對(duì)應(yīng)的PCM編碼碼字四、實(shí)驗(yàn)儀器WindowsNT/2000/XP/Windows7/VIS

6、TA；MATLABV6.0以上。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用MATLAB軟件，給出均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖，并改變輸入信號(hào)與均勻量化器的輸入值范圍，重新進(jìn)行仿真。均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖實(shí)例如圖1-1所示。9圖1-1均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖實(shí)例2、利用MATLAB軟件，給出均勻量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖，并改變輸入信號(hào)與均勻量化器的輸入值范圍，重新進(jìn)行仿真。均勻量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖實(shí)例如圖1-2所示。圖1-2均勻量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖實(shí)例93、利用MA

7、TLAB軟件，給出A律PCM非均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖，并改變輸入信號(hào)、非均勻量化器的輸入值范圍、PCM編碼位數(shù)等參數(shù)，重新進(jìn)行仿真。A律PCM非均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖實(shí)例如圖1-3所示。圖1-3A律PCM非均勻量化器輸入輸出關(guān)系圖實(shí)例4、利用MATLAB軟件，給出A律PCM非均勻量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖，并改變輸入信號(hào)、非均勻量化器的輸入值范圍、PCM編碼位數(shù)等參數(shù)，重新進(jìn)行仿真。A律PCM非均勻量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖實(shí)例如圖1-4所示。圖1-4A律PCM非均勻

8、量化器輸出信號(hào)量化均方誤差與離散時(shí)間的關(guān)系圖實(shí)例9六、參考程序代碼1、均勻量化：clc;clearall;a=randn(1,500);%產(chǎn)生均值為0，方差為1的高斯分布隨機(jī)值信號(hào)（1行500列）n=8;%PCM編碼位數(shù)N=2^n;b=-3:0.01:3;%量化器輸入值范圍[sqnr,a_quan,code]=u_pcm(a,N);[sqnr,a_quan1,code1]=u_pcm(b,N);sqnr%信號(hào)的量