实验2眼图观察测量实验.docx

1、实验2眼图观察测量实验班级 通信1403 学号 201409732 姓名 裴振启 指导教师 邵军花 日期 实验2 眼图观察测量实验 1、实验目的 学会观察眼图及其分析方法，调整传输滤波器特性。 2、实验仪器 1. 眼图观察电路 2时钟与基带数据发生模块，位号：G 3PSK调制模块，位号A 4噪声模块，位号B 5PSK解调模块，位号C 6复接/解复接、同步技术模块，位号：I 720M双踪示波器1台三、实验原理 在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善（通过调整）传输系统性能。 所谓“眼图”，就是由解调后经过接收滤波器输出的基带信号，以码元时钟作为同步信号，基带信号一个或少数码元周期反复扫描在

2、示波器屏幕上显示的波形称为眼图。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很像人的眼睛故称眼图。 在图2-1中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。 图2-1中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1 或-1。当波形有失真时，“眼睛”部分闭合，取样时刻信号取值就分布在小于+1或大于-1附近。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛

3、”张开的大小就表明失真的严重程度。 眼图 图2-1 无失真及有失真时的波形及眼图 (a)无码间串扰时波形；无码间串扰眼图 (b)有码间串扰时波形；有码间串扰眼图 在图2-2中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。本实验主要是完成PSK 解调输出基带信号的眼图观测实验。 (a) 二进制系统 (b) 随机数据输入后的二进制系统图2-2 实验室理想状态下的眼图 4、各测量点和可调元件作用底板右边“眼图观察电路” W06：接收滤波器特性调整电位器。 P16：眼图观察信号输入点。 P17：接收滤波器输出升余弦波形测试点（眼图观察测量点）。 5、实验步骤 1插入有关实验模块： 在关闭系统电源的条

4、件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“ PSK调制模块” 、“噪声模块”、“PSK解调模块”，插到底板“G、A、B、C”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。 2BPSK信号线连接： 用专用导线将4P01、37P01；37P02、3P01；3P02、38P01；38P02、P16连接（底板右边“眼图观察电路”）。 注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。 3加电： 打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。 4跳线开关设置： “PSK调制模块

5、”跳线开关37K02的1-2、3-4相连。“时钟与基带数据发生模块”的拨码器4SW02：设置为“00001“，4P01产生32Kb/s的 15位m序列输出。 5无噪声眼图波形观察： （1）噪声模块调节：调节3W01，将3TP01噪声电平调为0； （2）调节3W02，调整3P02信号幅度为4V。 （3）调整好PSK调制解调电路状态，即37P01与38P02波形一致（可以反相），若不一致，可调整38W01电位器。 （4）调整接收滤波器Hr(w) （这里可视为整个信道传输滤波器H(w) ）的特性，使之构成一个等效的理想低通滤波器。 （5）用示波器的一根探头CH1放在4P02（码元时钟）上，另一根探头

6、CH2放在P17（数通信工程实验教学中心 通信系统原理实验报告 字基带信号的升余弦波）上，选择示波器触发方式为CH1，调整示波器的扫描旋纽，则可观察到若干个并排的眼图波形。眼图上面的一根水平线由连1引起的持续正电平产生，下面一根水平线由连0码引起的持续的负电平产生，中间部分过零点波形由1、0交替码产生。 观看眼图，调整电位器W06直到眼图波形的过零点位置重合、线条细且清晰，此时的眼图为无码间串扰、无噪声时的眼图。在调整电位器W06过程中，可发现眼图波形过零点线条有时弥散，此时的眼图为有码间串扰、无噪声时的眼图，并且线条越弥散，表示码间串扰越大；在调整过程中，还可发现 W06 在多个不同位置，眼

7、图波形的过零点都重合，由于 W06 不同位置，对应H( ) 的不同特性，它正好验证了无码间串扰传输特性不是唯一的。 6有噪声眼图波形观察： 调节3W01，增加噪声电平。因为噪声的影响，PSK解调输出的基带信号中将出现干扰的毛刺信号（实为电平毛刺，在后续再生信号中容易引起判决错误，出现误码），此时的眼图线条变粗、变模糊并且呈毛刺状。噪声越大，线条越粗，越模糊。 7另外，噪声也可直接与基带眼图信号混合，然后观测眼图。此时用专用导线将 4P01 与P16及P17与3P01相连。即将基带眼图信号直接接入“噪声模块”，调节3W01，增加噪声电平，此时需在3P02铆孔观测眼图波形。 8. 关机拆线： 实验

8、结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。 注：本实验电路要求输入的基带信号为32Kb/s速率。 六、实验结果分析 1.简述眼图的产生原理以及它的作用。 眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形,由于示波器的余辉作用，将扫描所得的每一个码元波形重叠在一起，从而形成眼图。眼图中包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而可以估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完 整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，来减小码间串扰，改善系统的传输性能。眼图的“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱“眼睛”张的越大，且

9、眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。 2.观察实验中眼图波形，并采用MATLAB语言进行二进制基带传输系统仿真设计及眼图的仿真观察。 简易眼图仿真x=randint(3000,1,2);y=0;rcosflt(x,1,10);figure(1);t=1:30061;plot(t,y);axis(1,300,-0.5,1.5);gr

10、id oneyediagram(y,20,4);t1=t;D=t1;y经过通信系统的眼图仿真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-1 original signal snr=10;%Signal-to-noise rate msg_m = pskmod(msg_o,

11、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; h1 = eyediagram(rcv1,N,1/Fd,offset); set(h1,Nam

12、e,PSKMOD Eye Diagram Through AWGN &Filter);3.通过 MATLAB 语言仿真观察基带信号（单极性归零、单极性不归零、双极性归零、双极性不归零波形）的功率谱密度图。 Ts=1;N_sample=128;%每个码元的抽样点数dt=Ts/N_sample;%抽样时间间隔N=1000;%码元数t=0:dt:(N*N_sample-1)*dt;gt1=ones(1,N_sample);%NRZgt2=ones(1,N_sample/2),zeros(1,N_sample/2);%RZ波形%gt3=sinc(pi*t/Ts);双极性sinc函数波形d=(sign(

13、randn(1,N)+1)/2;%单极性data=sigexpand(d,N_sample);%在序列中插入N_sample-1个0st1=conv(data,gt1);%卷积st2=conv(data,gt2);%卷积d2=sign(randn(1,N);data2=sigexpand(d2,N_sample);%对序列间隔插入N_sample-1个0st3=conv(data2,gt1);%卷积st4=conv(data2,gt2);f1,stf1=T2F(t,st1(1:length(t);f2,stf2=T2F(t,st2(1:length(t);f3,stf3=T2F(t,st3(1

14、: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(单极性NRZ波形);subplot(212);plot(f1,10*log10(abs(stf1).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title(单极性NRZ功率谱密度（dB/H）); figure(2)subplot(211)plot(t,st2(1:length(t),b);axis(0 20 0 1.5);grid on;ti

15、tle(单极性RZ波形);subplot(212);plot(f2,10*log10(abs(stf2).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title(单极性RZ功率谱密度（dB/H）); figure(3)subplot(211)plot(t,st3(1:length(t),b);axis(0 20 -1.5 1.5);grid on;title(双极性NRZ波形);subplot(212);plot(f3,10*log10(abs(stf3).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title(双极性NRZ功率谱密度（dB/H）); fig

16、ure(4)subplot(211)plot(t,st4(1:length(t),b);axis(0 20 -1.5 1.5);grid on;title(双极性RZ波形);subplot(212);plot(f4,10*log10(abs(stf4).2/N);axis(-5 5 -40 10);grid on;title(双极性RZ功率谱密度（dB/H）);4.（选做）采用 MATLAB 语言进行多进制基带传输系统眼图的仿真观察。 close all;alpha=0.2; %设置滚降系数，取值范围在0,1Ts=1e-2; %升余弦滚降滤波器的参考码元周 Fs=1e3; %采样频率，单位Hz

17、。注意：该数Rs=50; %输入码元速率，单位Baud M=4; %输入码元进制 Num=100; %输入码元序列长度。注意：该数值Samp_rate=Fs/Rs %采样率，应为大于1的正整数，即Eye_num=4; %在一个窗口内可观测到的眼图个数。 NRZ=2*randint(1,Num,M)-M+1; figure(1);stem(NRZ);xlabel(时间);ylabel(幅度);hold on;grid on;title(双极性NRZ码元序列);k=1;for ii=1:Num for jj=1:Samp_rate Samp_data(k)=NRZ(ii); k=k+1; ende

18、ndht,a = rcosine(1/Ts,Fs,fir,alpha);figure(2);subplot(2,1,1);plot(ht);xlabel(时间);ylabel(冲激响应);hold on;grid on;title(升余弦滚降系统冲激响应,滚降因子alpha=0.2);st = conv(Samp_data,ht)/(Fs*Ts);subplot(2,1,2);plot(st);xlabel(时间);ylabel(信号幅度);hold on;grid on;title(经过升弦滚降系统后的码元)figure(3);for k = 10:floor(length(st)/Samp_rate)-10 %不考虑过渡阶段信号，只观测稳定阶段 ss = st(k*Samp_rate+1:(k+Eye_num)*Samp_rate); plot(ss); hold on;endxlabel(时间);ylabel(信号幅度);hold on;grid on;title(基带信号眼图);实验实际拍摄到的二进制基带系统眼图：实验心得 由于实验设备有些老旧，实际测到的眼图不是很规则，也说明设备模拟的通信系统性能不是太好。 通过这次实验加深了对调制解调的理解与应用，也明白了通信系统的性能指标的深刻含义，对通信系统的组成和过程有了更加深刻的认识。