奈氏第一准则及眼图观察
一、实验目的
1.掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,以及通过观察眼图来分析码间干扰和噪声对系
2 图1 基带系统的分析模型
设输入的基带信号为:
∑n
a
n )(nTs t -δ , Ts 为基带信号的码元周期。 则系统输出的
信号为:
∑n
a
nh(t-nTs)
其中 h(t)= w
w π
w d e
H t
j )(21
?∞
∞
-
要达到无码间干扰必须使基带传输系统在时域满足:
h(kTs)=???01 为其它整数时k k 0=
频域满足:
H )(w =???0Ts w π
w 其它Ts ≤
如下图2所示:
图2理想基带传输特性
由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格定时时,码间干扰就可能达到最大。在一般情况下,只要满足:
,)2()()2()2(Ts Ts H H Ts H Ts i H i
=+++-=+
∑π
w w πw πw ︳w ︴
Ts π
≤
基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。
从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性的H )(w 时是适宜的。当滚降系数
为1时。这时)(w H 可用下式表示:
???
????≥≤+=Ts Ts T Ts H s πw πw w w 2,02),2cos 1(2
)(
这种滤波器减小了码元干扰并且对定时提取都有利,不足之处就是频带利用率低。
2.眼图
虽然噪声也可能使基带信号在传输过程中产生码间干扰,但是在信噪比较大的情况下,不会对信号的传输产生太大的影响,而且噪声是不可消除的,一般情况下,只能尽量减少其对信号传输的影响。每个传输系统都具有一定抗噪能力,一旦噪超过这个抗噪限度,基带信号将会差生严重的码间干扰。
眼图反映了系统的最佳抽样时间,定时的灵敏度,噪音容限,信号幅度的畸变范围以及判决
门限电平,因此通常用眼图来观察基带传输系统的好坏。
四、 仿真电路设计
1.仿真参数设置
1)信号源参数设置:基带信号码元速率设为1001==T R B 波特,低通截频设为
Hz f s 50=。
2)系统抽样率设置:为得到准确的仿真结果,通常仿真系统的抽样率应大于等于10倍的信号最高频率。本次仿真取1000Hz 。
3)系统时间设置:通常设系统Start time=0。为能够清晰观察码间干扰影响,在仿真时一般取系统Stop time=10T~15T ;为观察眼图,一般取系统Stop time=1000T~5000T 。
2.仿真电路图
1)奈奎斯特第一准则验证电路图如下图3。
图3 验证奈奎斯特第一准则
2)二进制眼图的观察
图4 观察二进制眼图3)四进制眼图的观察
图5观察四进制眼图
五、仿真结果参考
1.奈奎斯特准则验证
1)无码间干扰
图6输入信号波形(经延迟)
图7信号经过升余弦滤波器后的波形
通常情况下,在实验的时候将高斯噪声源先断开。在观察噪声产生干扰时才将接入电路。
8输出信号波形
图9 输入输出信号波形的叠加(无码间干扰)
由输入输出信号叠加波形图可知,信号在传输过程当中无码间干扰。这是因为基带信号的码元素率为100Baud,而升余弦滚降滤波器和FIR滤波器的等效带宽为50HZ,满足了奈氏第一准则的条件。输入输出波形波形的一致性充分说
明码元在传输的过程当中并没有发生码间干扰。
2)有码间干扰
码元速率为110Baud时,不满足奈氏第一准则,则输入输出信号的波形叠加如图10。
图10 输入输出信号波形的叠加(有码间干扰)2.眼图的观察结果(加入噪声)
1)二进制时的眼图
图11 二进制无噪时的眼图
2)四进制时的眼图
图13 四进制无噪时的眼图
图14 四进制有噪时的眼图
由以上的四个眼图可以看到,当输入基带信号为二进制时,有一个眼睛,为四进制是有三个眼睛,这是与判决门限相对应的,二进制是由一个判决门限,四进制有三个判决门限。在图上可以清楚地观察到它们的判决门限。可以明显地观察到有噪声时,眼睛明显的变小,阴影区域增大,也反映出了信号的畸变范围也在增大。
六、自行搭建调试仿真电路,完成设计任务
SerDes知识详解 一、SerDes的作用 1.1并行总线接口 在SerDes流行之前,芯片之间的互联通过系统同步或者源同步的并行接口传输数据,图1.1演示了系统和源同步并行接口。 随着接口频率的提高,在系统同步接口方式中,有几个因素限制了有效数据窗口宽度的继续增加。 ?时钟到达两个芯片的传播延时不相等(clock skew) ?并行数据各个bit的传播延时不相等(data skew) ?时钟的传播延时和数据的传播延时不一致(skew between data and clock) 虽然可以通过在目的芯片(chip #2)内用PLL补偿时钟延时差(clock skew),但是PVT变化时,时钟延时的变化量和数据延时的变化量是不一样的。这又进一步恶化了数据窗口。 源同步接口方式中,发送侧Tx把时钟伴随数据一起发送出去, 限制了clock skew对有效数据窗口的危害。通常在发送侧芯片内部,源同步接口把时钟信号和数据信号作一样的处理,
也就是让它和数据信号经过相同的路径,保持相同的延时。这样PVT变化时,时钟和数据会朝着同一个方向增大或者减小相同的量,对skew最有利。 我们来做一些合理的典型假设,假设一个32bit数据的并行总线, a)发送端的数据skew = 50 ps ---很高的要求 b)pcb走线引入的skew = 50ps ---很高的要求 c)时钟的周期抖动jitter = +/-50 ps ---很高的要求 d)接收端触发器采样窗口= 250 ps ---Xilinx V7高端器件的IO触发器 可以大致估计出并行接口的最高时钟= 1/(50+50+100+250) = 2.2GHz (DDR)或者1.1GHz (SDR)。 利用源同步接口,数据的有效窗口可以提高很多。通常频率都在1GHz以下。在实际应用中可以见到如SPI4.2接口的时钟可以高达DDR 700MHz x 16bits位宽。DDR Memory接口也算一种源同步接口,如DDR3在FPGA中可以做到大约800MHz的时钟。 要提高接口的传输带宽有两种方式,一种是提高时钟频率,一种是加大数据位宽。那么是不是可以无限制的增加数据的位宽呢?这就要牵涉到另外一个非常重要的问题-----同步开关噪声(SSN)。 这里不讨论SSN的原理,直接给出SSN的公式:SSN = L *N* di/dt。 L是芯片封装电感,N是数据宽度,di/dt是电流变化的斜率。 随着频率的提高,数据位款的增加,SSN成为提高传输带宽的主要瓶颈。图1.2是一个DDR3串扰的例子。图中低电平的理论值在0V,由于SSN的影响,低电平表现为震荡,震荡噪声的最大值达610mV,因此噪声余量只有1.5V/2-610mV=140mV。
实验12 眼图观察测量实验 一、实验目的 1.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(底板右下侧) 2. 时钟与基带数据发生模块,位号:G 3. 噪声模块,位号E 4. 100M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。 我们知道,在实际的通信系统中,数字信号经过非理想的传输系统必定要产生畸变,也会引入噪声和干扰,也就是说,总是在不同程度上存在码间串扰。在码间串扰和噪声同时存在情况下,系统性能很难进行定量的分析,常常甚至得不到近似结果。为了便于评价实际系统的性能,常用观察眼图进行分析。 眼图可以直观地估价系统的码间干扰和噪声的影响,是一种常用的测试手段。 什么是眼图? 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12-1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12-1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。 为便于说明眼图和系统性能的关系,我们将它简化成图12-2的形状。 由此图可以看出:(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻;(2)眼睛闭合的速率,即眼图斜边的斜率,表示系统对定时误差灵敏的程度,斜边愈陡,对定位误差愈敏感; (3)在取样时刻上,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量; (4)在取样时刻上,上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;(5) 阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围,它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图12-3 所示。 衡量眼图质量的几个重要参数有: 1.眼图开启度(U-2Δ U)/U 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。
信号完整性分析基础系列之一 ——关于眼图测量(上) 汪进进美国力科公司深圳代表处 内容提要:本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇,从四个方面介绍了眼图测量的相关知识:一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。全分为上、下两篇。上篇包括一、二部分。下篇包括三、四部分。 您知道吗?眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基 于连续比特位的方法来测量眼图之前,1962年-2002的40年间,眼图的测量是基 于采样示波器的传统方法。 您相信吗?在长期的培训和技术支持工作中,我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导,Step by Step,满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是 可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前,我也从来没有听说过眼图。那天面试时,老板反复强调力科在眼图测量方面的优势,但我不知所云。之后我Google“眼图”, 看到网络上有限的几篇文章,但仍不知所云。刚刚我再次Google“眼图”,仍然 没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字,出现频率最多的如下,表达得似乎非常地专业,但却在拒绝我们的阅读兴趣。 “在实际数字互连系统中,完全消除码间串扰是十分困难的,而码间串扰 对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律,还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中,通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响,这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴,并且当示波器的水平扫描周期和码元 定时同步时,适当调整相位,使波形的中心对准取样时刻,在示波器上显示的图形很象人的眼睛,因此被称为眼图(Eye Map)。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”,当传输三元码时,会显示两 只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的,眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻,位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下,波形无失真,每个码元将重叠在一起,最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”,“眼”开启得最大。当有码
眼图常用知识介绍 关于眼图及其测量大家已经做了较多的讨论传输指标测试大全其侧重于眼图的定义和测量光眼图分析张轩/22336著 以及色散对长距离传输后的眼图的影响 如下降时间消光比信噪比以及如何从各个方面来衡量一个眼图的优劣 现在我们公司常用的测量眼图的仪器为CSA8000 1眼图与常用指标介绍 下图为一个10G光信号的眼图右边一栏为这个光信号的一些测量值ExdB交叉点比例QF平均光 功率Rise下降时间峰值抖动 RMSJ 消光比定义为眼图中电平比电平的值传输距离又不同的要求G.957的建议 衡量器件是否符合要求除了满足建议要求之外 一般的对于FP/DFB直调激光器要求EML电吸收激光器消光比不小于10dBμ?ê??a2¢2?òa??×???1a±è
可以无限大将导致激光器的啁啾系数太大不利于长距传 输与速率的最低要求消光比大0.5~1.5dB???ùò???3??a?′ò???êy?μê?o|????1a±èì???á? μ????ó??2úéú?òí¨μà′ú??3?±ê??óD2úéú?ó??2¢?òí¨μà′ú???ú×???±êòa?ó?à′ó???éò? óéóú′?ê?1y3ì?Dμ????óê?2àμ???2?μ??à??óú·¢?í2àé?ò?±£?¤?óê?2àμ???2?μ?±èày?ú′ó??50ê1μ??óê?2àμ?áé???è×???ò?°?·¢?í2à??2?μ?±èày?¨òé?????ú4045 Q因子综合反映眼图的质量问题表明眼图的质量越好 光功率一般来说1???????ú2??ó1a?¥??μ??é????越高越好越高越好 如果需要准确地测量光功率 信号的上升时间下降的快慢 的变化的时间下降时间不能大于信号的周期的40如9.95G信号要求其上升 峰可以定性反映信号的抖动大小这两个测量值是越小越好如Agilint 的37718 在测量抖动的时候才能保证测量值相对准确 做为一个比较参考一般在发送侧的测量值都大于30dB
实验四 光纤通信系统测量中的眼图分析方法测试实验 一、实验目的 1、了解眼图的形成过程 2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法 二、实验仪器 1、ZYE4301F 型光纤通信原理实验箱1台 2、20MHz 模拟双踪示波器1台 3、万用表1台 三、实验原理 眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。眼图可以在时域中测量,并且可以用示波器直观的显示出来。图1是测量眼图的系统框图。测量时,将“伪随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端,该被测系统的输出端接至示波器的垂直输入,用位定时信号(由伪随机码发生器提供)作外同步,在示波器水平输入用数据频率进行触发扫描。这样,在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。 伪随机脉冲序列是由n 比特长,2n 种不同组合所构成的序列。例如,由n=2比特长的4种不同有 组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成,直到伪随机码发生器所规定的极限值为止,在产生这个极限值以后,数据序列就开始重复,但它用作为测试的数据信号,则具有随机性。如图2所示的眼图,是由3比特长8种组合码叠加而成,示波器上显示的眼图就是这种叠加的结果。 分析眼图图形,可以知道被测系统的性能,下面用图3所示的形状规则的眼图进行分析: 1、当眼开度 V V V ?-为最大时刻,则是对接收到的信号进行判决的最佳时刻,无码间干扰、信号无畸变时的眼开度为100%。 2、由于码间干扰,信号畸变使眼开度减小,眼皮厚度V V ?增加,无畸变眼图的眼皮厚度应该等于零。 图1眼图的测试系统
3、系统无畸变眼图交叉点发散角b T T ?应该等于零。 4、系统信道的任何非线性都将使眼图出现不对称,无畸变眼图的正、负极性不对称度- +-++-V V V V 应该等 于零。 5、系统的定时抖动(也称为边缘抖动或相位失真)是由光收端机的噪声和光纤中的脉冲失真产生的,如果在“可对信号进行判决的时间间隔T b ”的正中对信号进行判决,那么在阈值电平处的失真量ΔT 就表示抖动的大小。因此,系统的定时抖动用下式计算: 定时抖动= %100??Tb T
太原理工大学现代科技学院 光纤通信课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师
实验名称 光纤通信系统的眼图测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 实验三 光纤通信系统的眼图测试实验 一、实验目的 1、了解眼图的形成过程 2、掌握光纤通信系统中眼图的测试方法 二、实验内容 1、测量数字光纤通信系统传输各种数字信号的眼图 2、观察系统眼图,并通过眼图来分析系统的性能 三、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、20MHz 双踪模拟示波器 1台 3、万用表 1台 4、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 5、850nm 光发端机和光收端机(可选) 1套 6、ST/PC-ST/PC 多模光跳线(可选) 1根 四、实验原理 眼图是衡量数字光纤通信系统数据传输特性的简单而又有效的方法。眼图可以在时域中测 量,并且可以用示波器直观的显示出来。图20-1是测量眼图的系统框图。测量时,将“伪随机码发生器”输出的伪随机码加在被测数字光纤通信系统的输入端,该被测系统的输出端接至示波器的垂直输入,用位定时信号(由伪随机码发生器提供)作外同步,在示波器水平输入用 数据频率进行触发扫描。这样,在示波器的屏幕上就可以显示出被测系统的眼图。 图1、眼图测试系统框图 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
伪随机脉冲序列是由n 比特长,2n 种不同组合所构成的序列。例如,由n=2比特长的4种 不同有组合、n=3比特长的8种不同的组合、n=4比特长16种不同的组合组成,直到伪随机码发生器所规定的极限值为止,在产生这个极限值以后,数据序列就开始重复,但它用作为测试的数据信号,则具有随机性。如图20-2所示的眼图,是由3比特长8种组合码叠加而成,示 波器上显示的眼图就是这种叠加的结果。 分析眼图图形,可以知道被测系统的性能,下面用图20-3所示的形状规则的眼图进行分析: 1、当眼开度V V V ?-为最大时刻,则是对接收到的信号进行判决的最佳时刻,无码间干扰、 信号无畸变时的眼开度为100%。 2、由于码间干扰,信号畸变使眼开度减小,眼皮厚度V 增加,无畸变眼图的眼皮厚度应该等于零。 3、系统无畸变眼图交叉点发散角 b T T ?应该等于零。 4、系统信道的任何非线性都将使眼图出现不对称,无畸变眼图的正、负极性不对称度 5、系统的定时抖动(也称为边缘抖动或相位失真)是由光收端机的噪声和光纤中的脉冲 失真产生的,如果在“可对信号进行判决的时间间隔T b ”的正中对信号进行判决,那么在阈值电平处的失真量ΔT 就表示抖动的大小。因此,系统的定时抖动用下式计算:定时抖动= …………………………………装……………………………………订………………………………………线……………………………………………
基带信眼图实验m精编 b仿真 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
数字基带信号的眼图实验——m a t l a b 仿真 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期, 则经过基带传输系统后的输出码元为()n s n a h t nT -∑。其中 1 ()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足:
()0,s s T T H πωωω? ≤?=? ?? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此 在得不到严格定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ???? ?? ? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜 的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6)
实验二数字光纤通信系统信号眼图测试 一.实验目的 1.了解眼图产生的基础,根据眼图测量数字通信系统性能的原理; 2.学习通过数字示波器调试、观测眼图; 3.掌握判别眼图质量的指标; 4.熟练使用数字示波器和误码仪。 二.实验原理 眼图是估计数字传输系统性能的一种十分有效的实验方法。这种方法已广泛应用于数字通信系统,在光纤数字通信中也是评价系统性能的重要实验方法。眼图是在时域进行的用示波器显示二进制数字信号波形的失真效应的测量方法。图2.1是测量眼图的装置图。由AV5233C误码仪产生一定长度的伪随机二进制数据流(AMI码、HDB3码、RZ 码、NRZ码)调制单模光产生相应的伪随机数据光脉冲并通过光纤活动连接器注入单模光纤,经过光纤传输后,再与光接收机相接。光接收机将从光纤传输的光脉冲变为电脉冲,并输入到AV4451(500MHz)示波器,示波器显示的扫描图形与人眼相似,因此称为眼图。 用眼图法测量系统时应有多种字型,可以采用各比特位上0和1出现的概率相等的随机数字信号进行测试。AV5233C误码仪用来产生伪随机数字序列信号。在这里“伪随机”的意义是伪随机码型发生器产生N比特长度的随机二进制数字信号是数字序列在N 比特后发生重复,并不是测试时间内整个数字序列都是随机的,因此称为“伪随机”。伪随机序列如果由2比特位组成,则共有四种组合,3比特数字信号有8种组合,N比特数字信号有2N个组合。伪随机数字信号的长度为2N-1,这种选择可保证字型不与数据率相关。例如N可取7、10、15、23、31等。如果只考虑3比特非归零码,应有如图2.2所示的8种组合。将这8种组合同时叠加,就可形成如图2.3所示的眼图。 图2.1 眼图测量装置
实验六 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足: ()0,s s T T H πωωω? ≤ ?=? ?? ,其他 (3-3)
图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最 高频率利用率。换言之,若输入码元速率' 1/s s R T >,则该基带传输系统输出码元会产生码
眼图观测 实验目的 1、掌握眼图观测的方法。 2、掌握相关眼图的测量方法。 实验模块 1、通信原理0 号模块一块 2、通信原理11号模块一块 3、示波器一台 实验原理 在实际系统中,完全消除码间串扰是十分困难的,而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律,还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中,通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响,这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴,并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时,在示波器上显示的图形很象人的眼睛,因此被称为眼图。二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”,当传输三元码时,会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的,眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻,位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 图23-1 眼图的一般描述 在无码间串扰和噪声的理想情况下,波形无失真,“眼”开启得最大。当有码间串扰时,波形失真,引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响,则使眼图的线条变得模糊,“眼”开启得小了,因此,“眼”张开的大小表示了失真的程度。由此可知,眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响,可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰和改善系统的传输性能。通常眼图可以用图7.6所示的图形来描述。由此图可以看出: 1)眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然,最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 2)眼图斜边的斜率,表示系统对定时抖动(或误差)的灵敏度,斜边越陡,系统对定时抖动越敏感。 3)眼图左(右)角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围,称为零点失真量,在许多接收设备中,定时信息是由信号零点位置来提取的,对于这种设备零点失真量很重要。 4)在抽样时刻,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。
清风醉明月 slp_art 随笔- 42 文章- 1 评论- 20 博客园首页新随笔联系管理订阅 眼图——概念与测量(摘记) 中文名称: 眼图 英文名称: eye diagram;eye pattern 定义: 示波器屏幕上所显示的数字通信符号,由许多波形部分重叠形成,其形状类似“眼”的图形。“眼”大表示系统传输特性好;“眼”小表示系统中存在符号间干扰。 一.概述 “在实际数字互连系统中,完全消除码间串扰是十分困难的,而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律,还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中,通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响,这就是眼图分析法。 在无码间串扰和噪声的理想情况下,波形无失真,每个码元将重叠在一起,最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”,“眼”开启得最大。当有码间串扰时,波形失真,码元不完全重合,眼图的迹线就会不清晰,引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响,则使眼图的线条变得模糊,“眼”开启得小了,因此,“眼”张开的大小表示了失真的程度,反映了码间串扰的强弱。由此可知,眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响,可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰和改善系统的传输性能。通常眼图可以用下图所示的图形来描述,由此图可以看出:
(1)眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然,最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 (2)眼图斜边的斜率,表示系统对定时抖动(或误差)的灵敏度,斜率越大,系统对定时抖动越敏感。 (3)眼图左(右)角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围,称为零点失真量,在许多接收设备中,定时信息是由信号零点位置来提取的,对于这种设备零点失真量很重要。 (4)在抽样时刻,阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。 (5)在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决。 (6)横轴对应判决门限电平。” 二、眼图的一些基本概念 —“什么是眼图?” “眼图就是象眼睛一样形状的图形。 图五眼图定义” 眼图是用余辉方式累积叠加显示采集到的串行信号的比特位的结果,叠加后的图形形状看起来和眼睛很像,故名眼图。眼图上通常显示的是1.25UI的时间窗口。眼睛的形状各种各样,眼图的形状也各种各样。通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。 图六的眼图有“双眼皮”,可判断出信号可能有串扰或预(去)加重。 图六“双眼皮”眼图
数字基带信号的眼图实验——matlab 仿真 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信型容; 3、认真阅读本实验容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为 ()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过基带传输系统后的输出码元为()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ+∞-∞=? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=?? ,为其他整数 (3-2) 频域应满足:
()0,s s T T H πωωω?≤?=??? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππππ ωωωωω??????+=-+++=≤ ? ? ???????∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1)0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤???????-?=≤≤???+>??? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα=- (3-6)
三、眼图测量方法 之前谈到,眼图测量方法有两种:2002年以前的传统眼图测量方法和2002年之后力科发明的现代眼图测量方法。传统眼图测量方法可以用两个英文关键词来表示:“Triggered Eye”和“Single‐Bit Eye”。现代眼图测量方法用另外两个英文关键词来表示:“Continuous‐Bit Eye”和“Single‐Shot Eye”。传统眼图测量方法用中文来理解是八个字:“同步触发+叠加显示”,现代眼图测量方法用中文来理解也是八个字:“同步切割+叠加显示”。两种方法的差别就四个字:传统的是用触发的方法,现代的是用切割的方法。“同步”是准确测量眼图的关键,传统方法和现代方法同步的方法是不一样的。“叠加显示”就是用模拟余辉的方法不断累积显示。 传统的眼图方法就是同步触发一次,然后叠加一次。每触发一次,眼图上增加了一个UI,每个UI的数据是相对于触发点排列的,因此是“Single‐Bit Eye”,每触发一次眼图上只增加了一个比特位。图一形象表示了这种方法形成眼图的过程。 图一传统眼图测量方法的原理 传统方法的第一个缺点就是效率太低。对于现在的高速信号如PCI‐Express Gen2,PCI‐SIG 要求测量1百万个UI的眼图,用传统方法就需要触发1百万次,这可能需要几个小时才能测量完。第二个缺点是,由于每次触发只能叠加一个UI,形成1百万个UI的眼图就需要触发1百万次,这样不断触发的过程中必然将示波器本身的触发抖动也引入到了眼图上。对于2.5GBbps以上的高速信号,这种触发抖动是不可忽略的。 如何同步触发,也就是说如何使每个UI的数据相对于触发点排列?也有两种方法,一种方法是在被测电路板上找到和串行数据同步的时钟,将此时钟引到示波器作为触发源,时钟的边沿作为触发的条件。另外一种方法是将被测的串行信号同时输入到示波器的输入通道和硬件时钟恢复电路(CDR)通道,硬件CDR恢复出串行数据里内嵌的时钟作为触发源。这种同
实验四 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MA TLAB 语言编程。 二、实验器材 计算机,MATLAB 软件 三、实验原理 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=?? , 为其他整数 (2) 频域应满足: ()0,s s T T H πωωω?≤?=? ?? ,其他 (3)
图2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤ ?? ?+>? ?? (5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。换言之,若输入码元速率' 1/s s R T >,则该基带传输系统输出码元会产生
实验三 数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞-∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足:
()0,s s T T H πωωω? ≤?=? ?? ,其他 (3-3) 图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤ ?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos() ()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6)
信号完整性分析基础系列之一_——关于眼图测量(全) 您知道吗?眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前,1962年-2002的40年间,眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。 您相信吗?在长期的培训和技术支持工作中,我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导,Step by Step,满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。这种对于Sigtest 的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前,我也从来没有听说过眼图。那天面试时,老板反复强调力科在眼图测量方面的优势,但我不知所云。之后我Google“眼图”,看到网络上有限的几篇文章,但仍不知所云。刚刚我再次Google“眼图”,仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字,出现频率最多的如下,表达得似乎非常地专业,但却在拒绝我们的阅读兴趣。 “在实际数字互连系统中,完全消除码间串扰是十分困难的,而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律,还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣,在实验室中,通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响,这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴,并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时,适当调整相位,使波形的中心对准取样时刻,在示波器上显示的图形很象人的眼睛,因此被称为眼图(Eye Map)。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”,当传输三元码时,会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的,眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻,位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下,波形无失真,每个码元将重叠在一起,最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”,“眼”开启得最大。当有码间串扰时,波形失真,码元不完全重合,眼图的迹线就会不清晰,引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响,则使眼图的线条变得模糊,“眼”开启得小了,因此,“眼”张开的大小表示了失真的程度,反映了码间串扰的强弱。由此可知,眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响,可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整,以减小码间串扰和改善系统的传输性能。通常眼图可以用下图所示的图形来描述,由此图可以看出:(1)眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然,最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 (2)眼图斜边的斜率,表示系统对定时抖动(或误差)的灵敏度,斜率越大,系统对定时抖动越敏感。
基带信号眼图实验——matlab 仿真
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数字基带信号的眼图实验——matla b仿真 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATL AB 语言编程。 二、实验预习要求 1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容; 2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容; 3、认真阅读本实验内容,熟悉实验步骤。 三、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 () n s n a t nT δ-∑() H ω() n s n a h t nT -∑基带传输抽样判决 图3-1?基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过基 带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1 ()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? ?(3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 ?? ?(3-2) 频域应满足:
使用matlab 绘制数字基带信号的眼图实验 一、实验目的 1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理,掌握基带升余弦滚降系统的实现方法; 2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响,并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下,不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度; 3、熟悉MATLAB 语言编程。 二、实验原理和电路说明 1、基带传输特性 基带系统的分析模型如图3-1所示,要获得良好的基带传输系统,就应该 图3-1 基带系统的分析模型 抑制码间干扰。设输入的基带信号为()n s n a t nT δ-∑,s T 为基带信号的码元周期,则经过 基带传输系统后的输出码元为 ()n s n a h t nT -∑。其中 1()()2j t h t H e d ωωωπ +∞ -∞ = ? (3-1) 理论上要达到无码间干扰,依照奈奎斯特第一准则,基带传输系统在时域应满足: 10()0,s k h kT k =?=? ? , 为其他整数 (3-2) 频域应满足: ()0,s s T T H πωωω?≤?=? ?? ,其他 (3-3)
图3-2 理想基带传输特性 此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下,所能达到的最高频率利用率。 由于理想的低通滤波器不容易实现,而且时域波形的拖尾衰减太慢,因此在得不到严格 定时时,码间干扰就可能较大。在一般情况下,只要满足: 222(),s i s s s s i H H H H T T T T T ππ π π ωωωωω?????? +=-+++=≤ ? ? ??????? ∑ (3-4) 基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。 从实际的滤波器的实现来考虑,采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。 (1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1) 0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω???-+--≤≤??? ??? ?-? =≤≤?? ?+>? ?? (3-5) 这里α称为滚降系数,01α≤≤。 所对应的其冲激响应为: ()222sin cos()()14s s s s t T t T h t t t T T παππα= - (3-6) 此时频带利用率降为2/(1)Baud/Hz α+,这同样是在抽样值无失真条件下,所能达到的最 高频率利用率。换言之,若输入码元速率' 1/s s R T >,则该基带传输系统输出码元会产生码