均匀量化与A律PCM非均匀量化实验.doc

均匀量化与A律PCM非均匀量化实验一、实验目的1、掌握均匀量化与非均匀量化的特点及其优缺点；2、掌握均匀量化中的量化间隔、量化误差、量化信噪比等概念；2、掌握A律PCM非均匀量化、A律13折线压扩特性等概念。二、实验预习要求1、复习《数字通信原理》第二章2.2节——均匀量化与PCM非均匀量化；2、学习MATLAB软件的使用；3、认真阅读本实验内容熟悉实验步骤。三、实验原理量化是将时域离散幅度连续的脉冲幅度调制信号（PAM）进行变换为幅度离散取值信号的过程。利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。量化过程是一个近似表示的过程无限个数值的模拟信号用有限个数值的离散信号近似表示将产生量化误差（量化前后信号之差）通常用量化噪声功率进行表示。量化过程如图1-1所示。图1-1量化过程示意图量化器Q输出L个量化值。称为重建电平或量化电平。当输入量化器的模拟信号抽样值位于区间时量化器输出电平为即（1-1）为分层电平或判决阈值。均匀量化：量化间隔若即量化间隔相等则为均匀量化对于非过载情况其量化误差。均匀量化输出与输入关系为均匀阶梯关系。在非过载区内量化值随信号变化且在过载区内量化值不随信号变化保持在最大量化值且量化误差包含非过载量化噪声与过载量化噪声。设过载量化电平U在非过载区量化电平数（量化级数）N且N个量化电平可以用n位二进制码组进行编码。则均匀量化的量化间隔为（1-2）量化误差（量化噪声）：量化噪声一般用均匀误差进行度量。设输入信号的概率密度为则量化噪声为（1-3）在均匀量化的量化间隔内每个量化间隔内的量化电平均取值在各区间的中点在量化范围内其最大量化误差在过载区内量化误差。当信号不过载时量化噪声（1-4）因此均匀量化器在非过载区内的量化噪声功率与信号统计特性无关只与量化间隔有关当过载电平U一定时仅与量化电平数N有关。非均匀量化：采用非均匀量化改善小信号的量化信噪比。非均匀量化特点：量化间隔非固定值对于小信号量化间隔变小则量化噪声功率下降量化信噪比提高；对于大信号量化间隔增大则量化噪声功率提高但信号功率比较大故量化信噪比可以保持恒定。非均匀量化在不增大量化电平数N的条件下使信号在较宽的动态范围内使量化信噪比达到指标采用对数压扩进行实现。A律对数压缩特性：（1-5）国际标准中取A=87.6。对数压缩特性曲线如图1-2所示。在小信号段A律对数非均匀量化信噪比优于均匀量化信噪比约24dB。对数压缩特性的折线近似如图1-3所示具体如表1-1所示。图1-2A律对数压缩特性图1-3A律对数压缩特性的13折线近似表1-1A律13折线压缩特性PCM编码采用折叠二进制码（FBC）。8位PCM编码规则：量化等级：256最小量化间隔：最大量化间隔：。其中每段非均匀分割数16。电平量化值及对应的PCM编码码字如表1-2所示。表1-2电平量化值及对应的PCM编码码字四、实验仪器WindowsNT/2000/XP/Windows7/VISTA；MATLABV6.0以上。五、实验内容1、利用MATLAB软件给出均匀量化器输入输出关系图并改变输入信号与均匀量化器的输入值范围重新进行仿真。均匀量化器输入输出关系图实例如图1-1所示。图1-1均匀量化器输入输出关系图实例2、利用MATLAB软件给出均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图并改变输入信号与均匀量化器的输入值范围重新进行仿真。均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例如图1-2所示。图1-2均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例3、利用MATLAB软件给出A律PCM非均匀量化器输入输出关系图并改变输入信号、非均匀量化器的输入值范围、PCM编码位数等参数重新进行仿真。A律PCM非均匀量化器输入输出关系图实例如图1-3所示。图1-3A律PCM非均匀量化器输入输出关系图实例4、利用MATLAB软件给出A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图并改变输入信号、非均匀量化器的输入值范围、PCM编码位数等参数重新进行仿真。A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例如图1-4所示。图1-4A律PCM非均匀量化器输出信号量化均方误差与离散时间的关系图实例六、参考程序代码1、均匀量化：clc;clearall;a=randn(1500);%产生均值为0方差