實驗二數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號眼圖測試

1、實驗二 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)信號眼圖測試一 實驗目的 1.了解眼圖產(chǎn)生的基礎，根據(jù)眼圖測量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的原理； 2.學習通過數(shù)字示波器調(diào)試、觀測眼圖; 3.掌握判別眼圖質量的指標; 4.熟練使用數(shù)字示波器和誤碼儀。二 實驗原理眼圖是估計數(shù)字傳輸系統(tǒng)性能的一種十分有效的實驗方法。這種方法已廣泛應用于數(shù)字通信系統(tǒng)，在光纖數(shù)字通信中也是評價系統(tǒng)性能的重要實驗方法。眼圖是在時域進行的用示波器顯示二進制數(shù)字信號波形的失真效應的測量方法。圖2.1是測量眼圖的裝置圖。由AV5233C誤碼儀產(chǎn)生一定長度的偽隨機二進制數(shù)據(jù)流（AMI碼、HDB3碼、RZ碼、NRZ碼）調(diào)制單模光產(chǎn)生相應的偽隨機數(shù)據(jù)光脈沖并通過光纖

2、活動連接器注入單模光纖，經(jīng)過光纖傳輸后，再與光接收機相接。光接收機將從光纖傳輸?shù)墓饷}沖變?yōu)殡娒}沖，并輸入到AV4451（500MHz）示波器，示波器顯示的掃描圖形與人眼相似，因此稱為眼圖。用眼圖法測量系統(tǒng)時應有多種字型，可以采用各比特位上0和1出現(xiàn)的概率相等的隨機數(shù)字信號進行測試。AV5233C誤碼儀用來產(chǎn)生偽隨機數(shù)字序列信號。在這里“偽隨機”的意義是偽隨機碼型發(fā)生器產(chǎn)生N比特長度的隨機二進制數(shù)字信號是數(shù)字序列在N 比特后發(fā)生重復，并不是測試時間內(nèi)整個數(shù)字序列都是隨機的，因此稱為“偽隨機”。偽隨機序列如果由2比特位組成，則共有四種組合，3比特數(shù)字信號有8種組合，N比特數(shù)字信號有2N個組合。偽隨

3、機數(shù)字信號的長度為2N-1，這種選擇可保證字型不與數(shù)據(jù)率相關。例如N可取7、10、15、23、31等。如果只考慮3比特非歸零碼，應有如圖2.2所示的8種組合。將這8種組合同時疊加，就可形成如圖2.3所示的眼圖。 圖2.1 眼圖測量裝置 許多數(shù)字通信系統(tǒng)的重要性能可以從眼圖測試中得到。為了理解眼圖測量原理，考慮圖2.4所示簡化的眼圖，可以得到關于信號幅度失真、定時抖動和系統(tǒng)上升時間等系統(tǒng)性能參數(shù)。接收信號的最佳取樣時間是縱向眼開度最大的時刻t1。理想情況下V2- V1=0,縱向眼開度為1。由橫向眼開度確定的時間寬度定義了不會由于碼間干擾產(chǎn)生誤碼的時間范圍t。眼開度受噪聲和碼間干擾的影響，從眼圖的

4、張開度可以估計出碼間干擾的大小，判決時刻過門限失真量的大小以及定時抖動等。 圖2.2 3比特非歸零碼的8種組合圖2.3 8種組合同時疊加形成的眼圖 圖2.4 簡化的眼圖 數(shù)字信號系統(tǒng)的幅度噪聲會使眼開度減小，縱向眼開度的高度Ymax與最大信號電平V2定義了最大的幅度畸變。眼閉合度越大（縱向眼開度越?。?，說明正確判斷信號中“1”與“0”越困難。在最佳取樣時間t1處的眼開度的大小定義了系統(tǒng)的噪聲容限。 噪聲容限= （2-1）取樣時間改變時，眼圖邊線的斜率定義了系統(tǒng)時間誤差的靈敏度：當斜率較小時，時間誤差的概率增加。在光纖系統(tǒng)中由于接收機噪聲和光纖的脈沖畸變，會產(chǎn)生時間抖動。如果取樣時間正好在信號電

5、平與判斷閾值水平相交的時刻的中點，則判斷閾值電平處失真量T表示了時間抖動大小，用百分率表示為： 定時抖動= （2-2）式中Tb是一個比特的時間間隔。通常上升時間定義為上升沿從幅度的10%上升到幅度的90%所需要的時間。當進行光信號的測量時，這些點經(jīng)常由于噪聲和抖動效應變得模糊，因此我們更經(jīng)常用比較清晰的20%80%幅度作為測量值，并用以下近似關系將20%80%上升時間變換為10%90%上升時間： （2-3） 下降時間的測量與變換關系與上升沿時間類似。 如果理想的隨機數(shù)據(jù)流通過一個理想的線性系統(tǒng)，所有眼圖開度應是相同的，并且保持對稱。而如果信道傳輸過程中存在任何非線性效應都會使眼圖產(chǎn)生不對稱。

6、用示波器對偽隨機數(shù)字序列進行觀察時，示波器的掃描周期應取為Tb或Tb的整數(shù)倍，即掃描頻率取為1/Tb或1/NTb 。當示波器掃描頻率和信號速率的比改變時，并列的眼睛可以多些或少些。當掃描周期為Tb時，示波器的掃描圖形與一只人眼相似，當掃描周期取為NTb時，并列的眼睛為N個。三 實驗設備 1 AV4451數(shù)字示波器1臺 2AV5233C誤碼儀1臺 3 AV38121A單模調(diào)制光源1臺（1.31µm） 4AV29116光接收機1臺 5同軸電纜兩根、光纖跳線一根四 實驗步驟1.實驗裝置連接：（1） 按照圖2.1所示將誤碼儀、光源、光接收機、示波器連接好。其中誤碼儀數(shù)據(jù)輸出口與光源后面的“外

7、調(diào)制”口由電纜連接；示波器入口通過阻抗變換器與光接收機輸出相連接。（2） 用光纖跳線將光源的輸出端與光接收機的輸入端相連。（3） 打開各儀器開關,預熱大約十分鐘，注意將光源面板上的調(diào)制方式設為外調(diào)制。2.眼圖實驗：(1) 用不同碼率觀測眼圖a.將誤碼儀的“速率”設置為2M，“圖形”設置為215-1，“碼型”設置為NRZ（非歸零碼）。對示波器按下“自動刻度”鍵，開始觀測波形。b.按屏幕下方“DISP”鍵，將屏幕右上方“Display Mode”由“Averaged”變?yōu)椤癗ormal”，再按TIMB鍵，若此時波形過寬，可按屏幕右方的“SEC/DIV”鍵，調(diào)節(jié)示波器面板右下方的旋鈕或直接從屏幕右方

8、的數(shù)字鍵輸入掃描時間，如用數(shù)字鍵輸入，建議設置為200ns/div(按下200，再按“nsec”鍵；若“速率”設置為8M，則掃描時間建議設置為50nS/div；34M則為10ns/div)。c.設置好掃描時間后，選中“DELAY”，逆時針轉動旋鈕，將偽隨機二進制序列的起始點調(diào)出屏幕后，便可看到眼圖。d.再換用不同碼率（8M、34M）觀測，其中當碼率為34M時，“圖形”應設置為223-1。(2)確定噪聲容限：按屏幕下方的“V”鍵，再按屏幕右方最上面的“Vmarkers”打開處于“Chan 1”狀態(tài)。按下“Marker 1 POSITION”對應鍵使其處于高亮，轉動旋鈕使光標移到如圖2.4所示的眼

9、圖的上（下）眼皮內(nèi)側，電壓值為V1。用同樣方法使“Marker 2 POSITION”光標處于上（下）眼皮外側，電壓值為V2。在波形下方會自動顯示出V1、V2 ，記錄下其值。由式（2-1）求出噪聲容限。(3)時間抖動測試：按屏幕下方的“T”鍵，再按屏幕右方最上面的“Tmarkers”使其處于“Chan 1”，用類似步驟(2)的方法調(diào)節(jié)“START MARKER”和“STOP MARKER”使兩時間基線處于如圖2.4所示的T處，讀出T值。再用同樣方法測出圖2.4中的Tb值。由式(2-2)求出定時抖動。(4)上升、下降時間的測量：再次使用“V”鍵，按屏幕右下方的“Auto Top-Base”，再按屏幕右方的自動放置光標的鍵：無論光標在何處，如果“0-100%”鍵被按下，光標將立即移到波形的0%和100%處，再按一次，功能菜單將移到“10-90%”處，同樣，將光標移到“20-80%”之后，按下“T”鍵，分別移動兩條時間軸光標到電壓線與波形相交處，讀出此時的T，即為上升時間，再由式(2-3)求出T10-90，同樣方法可以求出下降時間。五 實驗報告要求 1.按照表2.1格式