实验2-眼图观察测量实验

1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眼图观察测量实验一、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。二、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：G3．PSK调制模块，位号A4．噪声模块，位号B5．PSK解调模块，位号C6．复接/解复接、同步技术模块，位号：I7．20M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”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；有码间串扰眼图通信工程实验教学中心2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四、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）。五、实验步骤1．插入有关实验模块：在关闭系统电源的条件下，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。2．BPSK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”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CH2放在P17（数3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]);gridoneyediagram(y,20,4);t1=t';D=[t1;y]4经过通信系统的眼图仿真closeall;M=2;%DefinetheM-arynumberFd=2;Fs=40;%samplingrates.Pd=200;%Numberofpointsinthecalculationmsg_o=randint(Pd,1,M);%Randomintegersintherange[0,M-originalsignalsnr=10;%Signal-to-noiseratemsg_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;h1=eyediagram(rcv1,N,1/Fd,offset);5set(h1,'Name','PSKMODEyeDiagramThroughAWGN&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(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:length(t)));[f4,stf4]=T2F(t,st4(1:length(t)));figure(1)subplot(211)plot(t,st1(1:length(t)),'b');axis([02001.5]);gridon;title('单极性NRZ波形');subplot(212);plot(f1,10*log10(abs(stf1).^2/N));axis([-55-4010]);gridon;title('单极性NRZ功率谱密度（dB/H）');figure(2)subplot(211)plot(t,st2(1:length(t)),'b');axis([02001.5]);gridon;title('单极性RZ波形');subplot(212);plot(f2,10*log10(abs(stf2).^2/N));axis([-55-4010]);gridon;title('单极性RZ功率谱密度（dB/H）');figure(3)subplot(211)plot(t,st3(1:length(t)),'b');axis([020-1.51.5]);gridon;title('双极性NRZ波形');subplot(212);plot(f3,10*log10(abs(stf3).^2/N));axis([-55-4010]);gridon;title('双极性NRZ功率谱密度（dB/H）');figure(4)subplot(211)plot(t,st4(1:length(t)),'b');axis([020-1.51.5]);gridon;title('双极性RZ波形');subplot(212);plot(f4,10*log10(abs(stf4).^2/N));6axis([-55-4010]);gridon;title('双极性RZ功率谱密度（dB/H）');74.（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。closeall;alpha=0.2;%设置滚降系数，取值范围在[0,1]Ts=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。注意：该数Rs=50;%输入码元速率，单位BaudM=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');holdon;gridon;title('双极性NRZ码元序列');k=1;forii=1:Numforjj=1:Samp_rateSamp_data(k)=NRZ(ii);k=k+1;endend[ht,a]=r