實驗2眼圖觀察測量實驗

1、班級 通信1403 學號 201409732 姓名 裴振啟 指導教師 邵軍花 日期 實驗2 眼圖觀察測量實驗 一、 實驗目的 學會觀察眼圖及其分析方法，調(diào)整傳輸濾波器特性。 二、 實驗儀器 1. 眼圖觀察電路 2時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G 3PSK調(diào)制模塊，位號A 4噪聲模塊，位號B 5PSK解調(diào)模塊，位號C 6復接/解復接、同步技術模塊，位號：I 720M雙蹤示波器1臺三、實驗原理 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。 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)碼元周期反復掃描在示波器屏幕上顯示的

2、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。因為對于二進制信號波形，它很像人的眼睛故稱眼圖。 在圖2-1中畫出兩個無噪聲的波形和相應的“眼圖”，一個無失真，另一個有失真(碼間串擾)。 圖2-1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刻。當波形沒有失真時，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，在隨機噪聲的功率給定時，將使誤碼率增加?！把劬Α睆堥_的大小就表明

3、失真的嚴重程度。 眼圖 圖2-1 無失真及有失真時的波形及眼圖 (a) 無碼間串擾時波形；無碼間串擾眼圖 (b) 有碼間串擾時波形；有碼間串擾眼圖 通信工程實驗教學中心 通信系統(tǒng)原理實驗報告 在圖2-2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。本實驗主要是完成PSK 解調(diào)輸出基帶信號的眼圖觀測實驗。 (a) 二進制系統(tǒng) (b) 隨機數(shù)據(jù)輸入后的二進制系統(tǒng)圖2-2 實驗室理想狀態(tài)下的眼圖 四、 各測量點和可調(diào)元件作用底板右邊“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。 P17：接收濾波器輸出升余弦波形測試點（眼圖觀察測量點）。 五、 實驗步驟 1插入

4、有關實驗模塊： 在關閉系統(tǒng)電源的條件下，將“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”、“ PSK調(diào)制模塊” 、“噪聲模塊”、“PSK解調(diào)模塊”，插到底板“G、A、B、C”號的位置插座上（具體位置可見底板右下角的“實驗模塊位置分布表”）。注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致，模塊位號與底板位號的一致。 2BPSK信號線連接： 用專用導線將4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、P16連接（底板右邊“眼圖觀察電路”）。 注意連接鉚孔的箭頭指向，將輸出鉚孔連接輸入鉚孔。 3加電： 打開系統(tǒng)電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。

5、4跳線開關設置： “PSK調(diào)制模塊”跳線開關37K02的1-2、3-4相連。“時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊”的撥碼器4SW02：設置為“00001“，4P01產(chǎn)生32Kb/s的 15位m序列輸出。 5無噪聲眼圖波形觀察： （1） 噪聲模塊調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)3W01，將3TP01噪聲電平調(diào)為0； （2） 調(diào)節(jié)3W02，調(diào)整3P02信號幅度為4V。 （3） 調(diào)整好PSK調(diào)制解調(diào)電路狀態(tài)，即37P01與38P02波形一致（可以反相），若不一致，可調(diào)整38W01電位器。 （4） 調(diào)整接收濾波器Hr(w) （這里可視為整個信道傳輸濾波器H(w) ）的特性，使之構成一個等效的理想低通濾波器。 （5） 用示波器的一根探頭

6、CH1放在4P02（碼元時鐘）上，另一根探頭CH2放在P17（數(shù)通信工程實驗教學中心 通信系統(tǒng)原理實驗報告 字基帶信號的升余弦波）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)的負電平產(chǎn)生，中間部分過零點波形由1、0交替碼產(chǎn)生。 觀看眼圖，調(diào)整電位器W06直到眼圖波形的過零點位置重合、線條細且清晰，此時的眼圖為無碼間串擾、無噪聲時的眼圖。在調(diào)整電位器W06過程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖波形過零點線條有時彌散，此時的眼圖為有碼間串擾、無噪聲時的眼圖，并且線條越彌散，表示碼間串擾越大；在調(diào)整

7、過程中，還可發(fā)現(xiàn) W06 在多個不同位置，眼圖波形的過零點都重合，由于 W06 不同位置，對應H( )w的不同特性，它正好驗證了無碼間串擾傳輸特性不是唯一的。 6有噪聲眼圖波形觀察： 調(diào)節(jié)3W01，增加噪聲電平。因為噪聲的影響，PSK解調(diào)輸出的基帶信號中將出現(xiàn)干擾的毛刺信號（實為電平毛刺，在后續(xù)再生信號中容易引起判決錯誤，出現(xiàn)誤碼），此時的眼圖線條變粗、變模糊并且呈毛刺狀。噪聲越大，線條越粗，越模糊。 7另外，噪聲也可直接與基帶眼圖信號混合，然后觀測眼圖。此時用專用導線將 4P01 與P16及P17與3P01相連。即將基帶眼圖信號直接接入“噪聲模塊”，調(diào)節(jié)3W01，增加噪聲電平，此時需在3P0

8、2鉚孔觀測眼圖波形。 8. 關機拆線： 實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。 注：本實驗電路要求輸入的基帶信號為32Kb/s速率。 六、實驗結果分析 1.簡述眼圖的產(chǎn)生原理以及它的作用。 眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形,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。眼圖中包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，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，來減小碼間串擾，改善系統(tǒng)的傳輸性能。眼圖的“眼睛”張開的

9、大小反映著碼間串擾的強弱“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串擾越??；反之表示碼間串擾越大。當存在噪聲時，噪聲將疊加在信號上，觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾，“眼睛”將張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比，原來清晰端正的細線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且不很端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊；碼間串擾越大，眼圖越不端正。 2.觀察實驗中眼圖波形，并采用MATLAB語言進行二進制基帶傳輸系統(tǒng)仿真設計及眼圖的仿真觀察。 10簡易眼圖仿真x=randint(3000,1,2);y=0;rcosflt(x,1,10);figure(1);t=1:30061;plot(t,y)

10、;axis(1,300,-0.5,1.5);grid oneyediagram(y,20,4);t1=t'D=t1;y經(jīng)過通信系統(tǒng)的眼圖仿真close all; M = 2; % Define the M-ary number Fd = 2; Fs = 40; % sampling rates. Pd = 200; % Number of points in the calculation msg_o= randint(Pd,1,M); % Random integers in the range 0,M-1original signal snr=10;%Signal-to-noise

11、 rate msg_m = pskmod(msg_o,M); k=rand(1);noise=k*rand(size(msg_o); nmsg_m= msg_o+noise;y= awgn(msg_o,snr,'measured');z=awgn(msg_m,snr)delay = 3; rcva = rcosflt(z,Fd,Fs,'fir/normal',.5,delay;N = Fs/Fd; propdelay = delay .* N + 1; rcv1 = rcva(propdelay:end-(propdelay-1),:);offset = 0;

12、h1 = eyediagram(rcv1,N,1/Fd,offset); set(h1,'Name','PSKMOD Eye Diagram Through AWGN &Filter');3.通過 MATLAB 語言仿真觀察基帶信號（單極性歸零、單極性不歸零、雙極性歸零、雙極性不歸零波形）的功率譜密度圖。 Ts=1;N_sample=128;%每個碼元的抽樣點數(shù)dt=Ts/N_sample;%抽樣時間間隔N=1000;%碼元數(shù)t=0:dt:(N*N_sample-1)*dt;gt1=ones(1,N_sample);%NRZgt2=ones(1,N_sa

13、mple/2),zeros(1,N_sample/2);%RZ波形%gt3=sinc(pi*t/Ts);雙極性sinc函數(shù)波形d=(sign(randn(1,N)+1)/2;%單極性data=sigexpand(d,N_sample);%在序列中插入N_sample-1個0st1=conv(data,gt1);%卷積st2=conv(data,gt2);%卷積d2=sign(randn(1,N);data2=sigexpand(d2,N_sample);%對序列間隔插入N_sample-1個0st3=conv(data2,gt1);%卷積st4=conv(data2,gt2);f1,stf1=

14、T2F(t,st1(1:length(t);f2,stf2=T2F(t,st2(1:length(t);f3,stf3=T2F(t,st3(1:length(t);f4,stf4=T2F(t,st4(1:length(t);figure(1)subplot(211)plot(t,st1(1:length(t),'b');axis(0 20 0 1.5);grid on;title('單極性NRZ波形');subplot(212);plot(f1,10*log10(abs(stf1).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title(

15、9;單極性NRZ功率譜密度（dB/H）'); figure(2)subplot(211)plot(t,st2(1:length(t),'b');axis(0 20 0 1.5);grid on;title('單極性RZ波形');subplot(212);plot(f2,10*log10(abs(stf2).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title('單極性RZ功率譜密度（dB/H）'); figure(3)subplot(211)plot(t,st3(1:length(t),'b');axi

16、s(0 20 -1.5 1.5);grid on;title('雙極性NRZ波形');subplot(212);plot(f3,10*log10(abs(stf3).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title('雙極性NRZ功率譜密度（dB/H）'); figure(4)subplot(211)plot(t,st4(1:length(t),'b');axis(0 20 -1.5 1.5);grid on;title('雙極性RZ波形');subplot(212);plot(f4,10*log10(ab

17、s(stf4).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title('雙極性RZ功率譜密度（dB/H）');4.（選做）采用 MATLAB 語言進行多進制基帶傳輸系統(tǒng)眼圖的仿真觀察。 close all;alpha=0.2; %設置滾降系數(shù)，取值范圍在0,1Ts=1e-2; %升余弦滾降濾波器的參考碼元周 Fs=1e3; %采樣頻率，單位Hz。注意：該數(shù)Rs=50; %輸入碼元速率，單位Baud M=4; %輸入碼元進制 Num=100; %輸入碼元序列長度。注意：該數(shù)值Samp_rate=Fs/Rs %采樣率，應為大于1的正整數(shù)，即Eye_num=4;

18、%在一個窗口內(nèi)可觀測到的眼圖個數(shù)。 NRZ=2*randint(1,Num,M)-M+1; figure(1);stem(NRZ);xlabel('時間');ylabel('幅度');hold on;grid on;title('雙極性NRZ碼元序列');k=1;for ii=1:Num for jj=1:Samp_rate Samp_data(k)=NRZ(ii); k=k+1; endendht,a = rcosine(1/Ts,Fs,'fir',alpha);figure(2);subplot(2,1,1);plot(ht)

19、;xlabel('時間');ylabel('沖激響應');hold on;grid on;title('升余弦滾降系統(tǒng)沖激響應,滾降因子alpha=0.2');st = conv(Samp_data,ht)/(Fs*Ts);subplot(2,1,2);plot(st);xlabel('時間');ylabel('信號幅度');hold on;grid on;title('經(jīng)過升弦滾降系統(tǒng)后的碼元')figure(3);for k = 10:floor(length(st)/Samp_rate)-10