增量調(diào)制量化噪聲

《現(xiàn)代通信技術(shù)》課程主講：楊光通信技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院增量調(diào)制量化噪聲目錄量化噪聲01過載特性02動態(tài)范圍03

抗噪性能04增量調(diào)制在模擬信號的數(shù)字化過程中也會帶來誤差而形成量化噪聲。如圖1所示，誤差eq(t)=m(t)-m′(t)表現(xiàn)為兩種形式：一種稱為過載量化誤差，另一種稱為一般量化誤差。01量化噪聲

圖1量化噪聲

(a)一般量化誤差；(b)過載量化誤差01量化噪聲設(shè)抽樣間隔為Δt（抽樣速率為fs=1/Δt），則一個量階σ上的最大斜率K為（1）

它被稱為譯碼器的最大跟蹤斜率。顯然，當(dāng)譯碼器的最大跟蹤斜率大于或等于模擬信號m(t)的最大變化斜率時，即（2）

當(dāng)譯碼器輸出m′(t)能夠跟上輸入信號m(t)的變化，不會發(fā)生過載現(xiàn)象，因而不會形成很大的失真。01量化噪聲一般量化誤差即使在不發(fā)生過載現(xiàn)象時，m′(t)與m(t)之間仍存在一定的誤差eq(t)，它局限在［-σ，σ］區(qū)間內(nèi)變化，如圖1(a)所示，這種誤差稱為一般量化誤差。過載量化誤差當(dāng)輸入模擬信號m(t)斜率陡變時，本地譯碼器輸出信號m′(t)跟不上信號m(t)的變化，如圖1(b)所示。這時，m′(t)與m(t)之間的誤差明顯增大，引起譯碼后信號的嚴(yán)重失真，這種現(xiàn)象叫過載現(xiàn)象，產(chǎn)生的失真稱為過載失真，或稱過載量化誤差。這是在正常工作時必須而且可以避免的噪聲。02過載特性

由式(2)可見，為了不發(fā)生過載，必須增大σ和fs。但σ增大，雖能減小過載噪聲，一般量化噪聲卻增大了大，因此σ值選取應(yīng)適當(dāng)，不能太大。提高fs對減小一般量化誤差和減小過載噪聲都有利。因此，ΔM系統(tǒng)中的抽樣速率要比PCM系統(tǒng)中的抽樣速率高的多，典型值為16kHz或32kHz。03動態(tài)范圍在正常通信中，不希望發(fā)生過載現(xiàn)象，這實際上是對輸入信號的一個限制?，F(xiàn)以正弦信號為例來說明。設(shè)輸入模擬信號為m(t)=Asinωkt，其斜率為=Aωkcosωkt（3）可見，不發(fā)生過載且信號幅度又為最大值的條件為：（4）所以，臨界過載振幅（允許的信號幅度）為（5）03動態(tài)范圍

式中，fk為信號的頻率?？梢?，當(dāng)信號斜率一定時，允許的信號幅度隨信號頻率的增加而減小，這將導(dǎo)致語音高頻段的量化信噪比下降。這是簡單增量調(diào)制不能實用的原因之一。因此，要想正常編碼，信號的幅度將受到限制，我們稱Amax為最大允許編碼電平。同樣，對能正常開始編碼的最小信號振幅也有要求，即03動態(tài)范圍因此，編碼的動態(tài)范圍為：

［Dc］dB=20lg=20（7）（6）當(dāng)fk=800Hz時，則

［Dc］dB=20lg利用（7）中的參數(shù)，可計算出不同的采樣頻率所對應(yīng)的信號動態(tài)范圍，具體如表1所示。抽樣速率為fs(kHz)1020324080100編碼的動態(tài)范圍DC(dB)12182224303203動態(tài)范圍由上表可見，簡單增量調(diào)制的編碼動態(tài)范圍較小，在低傳碼率時，不符合話音信號要求。通常，話音信號動態(tài)范圍要求為40~50dB。因此，實用中的ΔM常用它的改進型，如增量總和調(diào)制、數(shù)字壓擴自適應(yīng)增量調(diào)制等。表1動態(tài)范圍與抽樣速率關(guān)系04抗噪性能在ΔM系統(tǒng)中存在兩類噪聲，即量化噪聲和信道加性噪聲。由于這兩類噪聲是互不相關(guān)的，可以分別討論。量化信噪功率比E［e2q(t)］=為簡化運算，可近似認(rèn)為量化噪聲功率譜在（0，fs）頻帶內(nèi)均勻分布，若接收端低通濾波器的截止頻率為fm，則經(jīng)低通濾波器后輸出的量化噪聲功率為由于在實際應(yīng)用中是防止工作到過載區(qū)域，因此這里僅考慮一般量化噪聲。在不過載情況下，ΔM調(diào)制的量化噪聲的平均功率為04抗噪性能

信號越大，信噪比越大。對于頻率為fk的正弦信號，臨界過載振幅為Amax=所以信號功率的最大值為

因此在臨界振幅條件下，系統(tǒng)最大的量化信噪比為04抗噪性能誤碼信噪功率比式中，fl是語音頻帶的下截止頻率，Pe為系統(tǒng)誤碼率。