四川大學(xué)通信原理眼圖實(shí)驗(yàn)

1、現(xiàn)代通信原理實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱： 通信原理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)者： 筆墨東韻 所屬學(xué)院： 電子信息學(xué)院 實(shí)驗(yàn)時間： 13周到15周周二晚7:00眼圖觀察測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會觀察眼圖及其分析方法，調(diào)整傳輸濾波器特性。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. 眼圖觀察電路（底板右下側(cè)）2時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G3噪聲模塊，位號E4100M雙蹤示波器1臺三、實(shí)驗(yàn)原理 在整個通信系統(tǒng)中，通常利用眼圖方法估計和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能。 我們知道，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號經(jīng)過非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變，也會引入噪聲和干擾，也就是說，總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在碼間串?dāng)_和噪聲同時存在情況下，系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定

2、量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評價實(shí)際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進(jìn)行分析。 眼圖可以直觀地估價系統(tǒng)的碼間干擾和噪聲的影響，是一種常用的測試手段。 什么是眼圖? 所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過接收濾波器輸出的基帶信號，以碼元時鐘作為同步信號，基帶信號一個或少數(shù)碼元周期反復(fù)掃描在示波器屏幕上顯示的波形稱為眼圖。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來。因?yàn)閷τ诙M(jìn)制信號波形，它很像人的眼睛故稱眼圖。 在圖7-1中畫出兩個無噪聲的波形和相應(yīng)的“眼圖”，一個無失真，另一個有失真(碼間串?dāng)_)。圖7-1中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。眼圖中央的垂直線表示取樣時

3、刻。當(dāng)波形沒有失真時，眼圖是一只“完全張開”的眼睛。在取樣時刻，所有可能的取樣值僅有兩個：+1或-1。當(dāng)波形有失真時，“眼睛”部分閉合，取樣時刻信號取值就分布在小于+1或大于-1附近。這樣，保證正確判決所容許的噪聲電平就減小了。換言之，在隨機(jī)噪聲的功率給定時，將使誤碼率增加。“眼睛”張開的大小就表明失真的嚴(yán)重程度。為便于說明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡化成圖7-2的形狀。由此圖可以看出：(1)最佳取樣時刻應(yīng)選擇在眼睛張開最大的時刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對定位誤差愈敏感；(3)在取樣時刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量；(4)

4、在取樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就有可能發(fā)生錯誤判決；(5)陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點(diǎn)位置變動范圍，它對于從信號平均零點(diǎn)位置提取定時信息的解調(diào)器有重要影響。實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖如圖7-3所示。衡量眼圖質(zhì)量的幾個重要參數(shù)有： 1眼圖開啟度(U-2U)/U指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度“張開”的程度。無畸變眼圖的開啟度應(yīng)為100%。 圖7-1 無失真及有失真時的波形及眼圖 (a) 無碼間串?dāng)_時波形；無碼間串?dāng)_眼圖 (b) 有碼間串?dāng)_時波形；有碼間串?dāng)_眼圖 圖7-2 眼圖的重要性質(zhì) 其中U=U+U- 2“眼皮”厚度2U/U 指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部

5、分與最大幅度之比，無畸變眼圖的“眼皮”厚度應(yīng)等于0。 3交叉點(diǎn)發(fā)散度T/T 指眼圖過零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散度應(yīng)為0。 4正負(fù)極性不對稱度 指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度的不對稱程度。無畸變眼圖的極性不對稱度應(yīng)為0。最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時電平的影響無法在眼圖中得到完整的反映，因此，即使在示波器上顯示的眼圖是張開的，也不能完全保證判決全部正確。不過，原則上總是眼睛張開得越大，誤判越小。在圖7-3中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。本實(shí)驗(yàn)主要是完成PSK解調(diào)輸出基帶信號的眼圖觀測實(shí)驗(yàn)。 (a) 二進(jìn)制系統(tǒng) (b) 隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入后的二進(jìn)制系統(tǒng)圖7-3 實(shí)

6、驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖四、各測量點(diǎn)和可調(diào)元件作用底板右下側(cè)“眼圖觀察電路”W06：接收濾波器特性調(diào)整電位器。P16：眼圖觀察信號輸入點(diǎn)。P17：接收濾波器輸出升余弦波形測試點(diǎn)（眼圖觀察測量點(diǎn)）。五、實(shí)驗(yàn)步驟1插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，按照下表放置實(shí)驗(yàn)?zāi)K：模塊名稱放置位號時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊G噪聲模塊E對應(yīng)位號可見底板右上角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)K位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。2信號線連接使用專用導(dǎo)線按照下表進(jìn)行信號線連接：源端目的端連線作用4P01（G）3P01（E）將待傳輸?shù)拇a元數(shù)據(jù)送入高斯白噪聲信道；3P02（G）P16（底板）將經(jīng)過加噪后的信號送入眼圖觀察電路；

7、3加電打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置撥碼器“4SW02”（G）設(shè)置為“00011”，4P01產(chǎn)生32K的 511位m序列；5眼圖觀測（1）用示波器的一根探頭CH1放在“4P02”（G）上，另一根探頭CH2放在“P17”（底板）上，選擇示波器觸發(fā)方式為CH1。（2）調(diào)整示波器的掃描旋紐，則可觀察到若干個并排的眼圖波形。眼圖上面的一根水平線由連1引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面一根水平線由連0碼引起的持續(xù)的負(fù)電平產(chǎn)生，中間部分過零點(diǎn)波形由1、0交替碼產(chǎn)生。l 無噪聲眼圖波形觀察（1）調(diào)節(jié)3W01（E）電位器，將3TP01噪

8、聲電平調(diào)為0，使傳輸信道無噪聲；（2）調(diào)整接收濾波器（這里可視為整個信道傳輸濾波器）的特性，使之構(gòu)成一個等效的理想低通濾波器。觀看眼圖，調(diào)整電位器W06直到眼圖波形的過零點(diǎn)位置重合、線條細(xì)且清晰，此時的眼圖為無碼間串?dāng)_、無噪聲時的眼圖。在調(diào)整電位器W06過程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖波形過零點(diǎn)線條有時彌散，此時的眼圖為有碼間串?dāng)_、無噪聲時的眼圖，并且線條越彌散，表示碼間串?dāng)_越大；在調(diào)整過程中，還可發(fā)現(xiàn)W06在多個不同位置，眼圖波形的過零點(diǎn)都重合，由于W06不同位置，對應(yīng)的不同特性，它正好驗(yàn)證了無碼間串?dāng)_傳輸特性不是唯一的。此時的眼圖無碼間串?dāng)_，過零點(diǎn)線與基帶下降沿重合，線條清晰沒有重合的痕跡：調(diào)整電位器W

9、06，此時眼圖由于碼間串?dāng)_變得彌散且線條混亂，不再是完全張開的眼睛，好幾條線交織在一起：繼續(xù)調(diào)整電位器，碼間串?dāng)_更加嚴(yán)重：在調(diào)整過程中，W06在多個不同位置眼圖波形的過零點(diǎn)都重合。以上三張圖都是在不同的電阻器位置找到的過零點(diǎn)圖，無碼間串?dāng)_傳輸特性不是唯一的。l 有噪聲時眼圖波形觀察調(diào)節(jié)3W01（E），逐漸增加噪聲電平。在增大噪聲電平的過程中，注意觀察眼圖的形狀變化，分析噪聲電平對眼圖的影響，反過來通過不同狀態(tài)的眼圖，分析當(dāng)前傳輸信道的噪聲。開始加噪聲，當(dāng)噪聲不太大時，已經(jīng)可以看出線條變粗，可以看出基帶信號也顯示出了噪聲的加入。雖然線條有些粗但是當(dāng)前信道噪聲仍然比較小。繼續(xù)加大噪聲，發(fā)現(xiàn)線條不僅

10、變粗而且不再端正了，噪聲越大，線條越粗，越模糊。此時傳輸信道的噪聲非常大，已經(jīng)很難看出眼圖的特征了。l 調(diào)整眼圖電路參數(shù)后眼圖觀察調(diào)節(jié)W06（底板）電位器，改變眼圖信道傳輸濾波器的帶寬，在調(diào)整過程中，分析信道帶寬對眼圖電路的影響，并結(jié)合眼圖理論分析帶寬、碼間串?dāng)_在把信道傳輸濾波器帶寬調(diào)的越來越寬的過程中出現(xiàn)了這樣的眼圖變化，當(dāng)帶寬越寬，碼間串?dāng)_越嚴(yán)重，眼圖越變形。6. 關(guān)機(jī)拆線實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實(shí)驗(yàn)?zāi)K。六、實(shí)驗(yàn)思考題1分析電路的工作原理，敘述其工作過程。電路工作連接：W06：接收濾波器特性調(diào)整電位器。P16：眼圖觀察信號輸入點(diǎn)。P17：接收濾波器輸出升余弦波形測

11、試點(diǎn)（眼圖觀察測量點(diǎn)）。工作原理：撥碼器“4SW02”（G）設(shè)置為“00011”，4P01產(chǎn)生32K的 511位m序列作為基帶信號，眼圖觀察的對象。用示波器的一根探頭CH1放在“4P02”（G）上，另一根探頭CH2放在“P17”（底板）上，選擇示波器觸發(fā)方式為CH1。調(diào)整示波器的掃描旋紐，則可觀察到若干個并排的眼圖波形。眼圖上面的一根水平線由連1引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面一根水平線由連0碼引起的持續(xù)的負(fù)電平產(chǎn)生，中間部分過零點(diǎn)波形由1、0交替碼產(chǎn)生。2敘述眼圖的產(chǎn)生原理以及它的作用。原理：眼圖，是由于示波器的余輝作用，將掃描所得的每一個碼元波形重疊在一起，從而形成眼圖。其是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計

12、和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器掃描周期，使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步，這時示波器屏幕上看到的圖形像人的眼睛，故稱 為 “眼圖”。作用：眼圖中包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號整體的特征，從而可以估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號完整性分析的核心。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)的傳輸性能。七、實(shí)驗(yàn)心得一個實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)，盡管經(jīng)過了精心的設(shè)計，但要使其傳輸特性完全符合理想情況是困難的，甚至是不可能的。因此，碼間干擾也就不可能避免。計算由于碼間串?dāng)_、濾波器等這些因素所引起的誤碼率就非常困難，尤其在信道特性不能完全確知的情況下，甚至得不到一種合適的定量分析方法。眼圖就是一種能夠方便地估計系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段。這種方法的具體做法是：用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步。這時就可以從示波器顯示的圖形上