通信基础学习知识原理实验-数字解调与眼图

通信原理实验报告七实验十六：眼图实验——2014xxxxxx 许子涵一、实验目的1、了解眼图与信噪比、码间干扰之间的关系及其实际意义；2、掌握眼图观测的方法并记录研究二、实验内容1、观测眼图并记录分析。

三、实验器材1、信号源模块一块2、③号模块一块3、④号模块一块4、 20M 双踪示波器一台四、实验数据1、ASK调制解调眼图ASK-DOUT TH2FSK眼图PSK/DPSK眼图五、分析眼图是通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。

具体做法是：用一个示波器跨接在抽样判决器的输入端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。

这样就可以从示波器上显示的波形来观察码间串扰和信道噪声等因素影响的情况，从而估计系统系能的优劣。

如果存在码间串扰，示波器的扫描迹线就不完全重合，“眼睛”的线迹会显得杂乱，而且张开的较小；如果码间串扰小到可以忽略，则眼图将会是标准的“大眼睛”。

当存在噪声时，眼图的线迹就变成比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越粗越模糊，“眼睛”张开得越小。

同时我们还可以利用眼图来找到最佳判决门限，求出噪声容限，改善系统性能。

接收二进制双极性波形时，在一个码元周期内只能看到一只眼睛；若是M进制的双极性波形，则在一个码元周期内可以看到纵向显示的（M-1）只眼睛。

若接收的是经过码型变换后得到的AMI码或HDB3码，眼图中间将会出现一根代表0的水平线，因为它们的波形都具有三电平。

六、思考题思考信噪比、码间干扰是如何在眼图中体现的答：眼图的“眼睛”张开的大小反映着的强弱。

“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示越小；反之表示越大。

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。

实验四数字同步及眼图实验(理论课:教材第13章P404）实验内容1.位定时、位同步提取实验2.信码再生实验3.眼图观察及分析实验4.仿真眼图观察测量实验一、实验目的1.掌握数字基带信号的传输过程。

2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。

3.学会观察眼图及其分析方法。

二、实验电路工作原理（一）、眼图概念一个实际的基带传输系统，尽管经过十分精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是不可能的。

码间干扰是不可能完全避免的，码间干扰问题与信道特性、发送滤波器、接受滤波器特性等因素有关。

因而计算由于这些因素所引起的误码率就十分困难，尤其是在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析方法。

在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是十分繁杂的。

那么，怎样来衡量整个系统的传输质量呢? 眼图，就是一种可以直观地、方便地估价系统性能一种方法。

这种方法具体做法是：用一个示波器接在接受滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接受码元的周期同步。

这时就可以从示波器显示的图形上，观察出码间干扰和噪声的影响，从而估计出系统性能的优劣程度。

所谓眼图是指示波器显示的这种图像。

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，它很像一只人的眼睛而得名。

如图4－3所示。

（二）、同步信号的作用与电路工作原理数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。

同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。

通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。

在本实验中主要位同步。

实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。

另一类是自同步法。

所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。

所谓自同步法，就是在发端并不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的位同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。

通信原理实验报告学院：信息工程学院专业：通信工程学号：201416416姓名：李瑞鹏实验一带通信道模拟及眼图实验一、实验目的1、 了解眼图与信噪比、码间干扰之间的关系及其实际意义；2、掌握眼图观测的方法并记录研究。

二、实验器材1、 主控&信号源、9号、13号、17号模块各一块2、 双踪示波器一台3、 连接线若干三、实验原理1、实验原理框图带通信道模拟框图2、实验原理框图带通信道是将直接调制的PSK 信号和经过升余弦滤波后调制的PSK 信号送入带通信道，比较两种状况的眼图。

然后，改变带通信道的带宽重复观测。

四、实验步骤概述：该项目是通过分别改变噪声幅度和带通信道频率范围，观测信道的眼图输出变化情况，了解和分析信道输出原因.1、关电，按表格所示进行连线。

PSK 调制信号加升余弦滤波的带通信道模拟2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【信道模拟及眼图观测实验】→【250KHz~262KHz带通信道】。

3、此时系统初始状态为：PN15为8K。

4、实验操作及波形观测。

（1）以CLK时钟信号为触发源对比观测LPF-BPSK观测点，观察输出眼图波形。

（2）调节17号板W1噪声幅度调节，调节噪声幅度，观察眼图波形变化。

17号模块测试点TP4可以观察添加的白噪声。

（3）在主控菜单中改变带通信道频率范围，观察输出眼图变化，并分析原因。

五、实验报告1、完成实验并思考实验中提出来的问题。

2、分析实验电路工作原理，简述其工作过程。

3、整理信号在传输过程中的各点波形。

实验二HDB3码型变换实验一、实验目的1、了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。

2、掌握HDB3码的编译规则。

3、了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。

二、实验器材1、主控&信号源、2号、8号、13号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、HDB3编译码实验原理框图HDB3编译码实验原理框图2、实验框图说明我们知道AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。

通信原理中的眼图如何描述通信原理中的眼图是一种常用的信号分析方法，用来描述数字通信中的信号质量和带宽利用率。

它可以表达信号的波形、噪声、振幅和时间间隔等信息，是衡量数字通信系统性能的重要工具。

眼图的基本定义是将连续的信号序列按照一定时间间隔进行采样，然后将采样到的数字信号以一定的水平缩放因子和垂直偏移因子绘制到坐标系中，形成一系列的“眼睛”形状。

每个“眼睛”代表一个样本周期内的传输信号，通过分析这些“眼睛”的开口大小、对称性、向上或向下的移动等特征，可以推断出信道传输特性和影响因素。

眼图可以从多个方面提供有关信号质量的信息。

首先，眼图的开口大小可以反映信号的抗噪声能力和抗干扰能力。

如果开口较小，意味着传输信号容易受到噪声和干扰的影响，信号质量较差；反之，如果开口较大，信号质量较好，传输容易。

其次，眼图的对称性可以反映信号的失真情况。

如果眼图不对称，说明信号可能发生了失真，需要进行补偿或校正。

此外，眼图的移动方向和距离可以表达信号的时钟同步性和信号间隔的准确程度。

如果眼图向上或向下移动，或者眼图的顶部或底部出现扭曲，意味着信号的时钟同步不好，信号间隔的准确性较差。

眼图的形状和特征主要受到以下几个因素的影响。

首先，信号的带宽决定了眼图的开口大小。

带宽越大，眼图的开口越大，信号质量越好。

其次，信号的噪声和干扰会使眼图的开口变窄，影响信号的清晰度。

因此，抗噪声和抗干扰能力越强的信号，眼图的开口越大。

此外，时钟同步误差也会对眼图产生影响。

时钟同步误差越大，眼图的移动越明显，信号间隔的准确度越低。

最后，传输介质的失真和信道衰减会使眼图发生形变，降低信号的质量。

在实际应用中，通过观察和分析眼图，可以识别出信号传输中的问题和优化方案。

例如，如果眼图的开口非常小，表明信号的抗噪声和抗干扰能力差，可以考虑增加信号的幅度、使用更好的编码和解码算法，或者改善传输环境等方法来提高信号质量。

如果眼图的对称性不好，可以考虑采用均衡技术或预编码技术来补偿信号失真。

实验二信道与眼图实验一、实验目的1、掌握用眼图来定性评价基带传输系统性能。

2、掌握信道与眼图模块的使用方法。

二、实验内容1、信号送入高斯白噪信道，调节噪声功率大小，观测信道输出。

2、数字基带传输信道观测眼图。

三、实验仪器1、信号源模块一块2、信道与眼图模块一块3、20M双踪示波器一台4、虚拟仪器（选配）一块5、频谱分析仪一台四、实验原理1、高斯白噪本实验中我们用伪随机序列模拟高斯白噪声。

伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。

由于它具有随机噪声的优点，又避免了它的缺点，因此获得了日益广泛的实际应用。

目前广泛应用的伪随机噪声都是由数字电路产生的周期序列（经滤波等处理后）得到的。

我们把这种周期序列称为伪随机序列。

通常产生伪随机序列的电路为一反馈移存器。

它又可分为线性反馈移存器和非线性反馈移存器两类。

由线性反馈移存器产生出的周期最长的二进制数字序列称为最大长度线性反馈移存器序列，通常简称为m序列。

由于m序列的均衡性、游程分布、自相关特性和功率谱与上述随机序列的基本性质很相似，所以通常认为m序列属于伪噪声序列或伪随机序列。

用m序列的这一部分频谱作为噪声产生器的噪声输出，虽然这种输出是伪噪声，但是多次进行某一测量，都有较好的重复性。

将m序列进行滤波，就可取得上述功率谱均匀的部分作为输出。

实验中，“噪声功率调节”旋转电位器用来控制叠加在信号上的噪声功率的大小。

2、传输畸变和眼图一个实际的基带传输系统，尽管经过了精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是困难的，甚至是不可能的。

因此，码间干扰也就不可能避免。

我们知道，码间干扰问题与发送滤波器特性、信道特性、接收滤波器特性等因素有关，因而计算由于这些因素所引起的误码率就非常困难，尤其在信道特性不能完全确知的情况下，甚至得不到一种合适的定量分析方法。

眼图就是一种能够方便地估计系统性能的实验手段。

这种方法的具体做法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。

电子信息与自动化学院《通信原理》实验报告学号：姓名：实验名称：硬件实验一眼图实验成绩：一、实验目的1.掌握眼图观测方法；2.学会用眼图分析通信系统性能；二、实验仪器1.RZ9681实验平台2.实验模块：•主控模块A1•基带信号产生与码型变换模块-A2•信道编码与频带调制模块-A4•纠错译码与频带解调模块-A53.信号连接线4.100M双通道示波器5.PC机（二次开发）三、实验原理1.1 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。

在下图眼图示意图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)。

在图中可以看出，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，在硬件实验一 眼图实验报告 姓名： 学号：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。

图1.1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 1.2 眼图参数及系统性能眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。

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 眼图测量装置许多数字通信系统的重要性能可以从眼图测试中得到。

为了理解眼图测量原理，考虑图2.4所示简化的眼图，可以得到关于信号幅度失真、定时抖动和系统上升时间等系统性能参数。

接收信号的最佳取样时间是纵向眼开度最大的时刻t1。

部分响应系统一、实验目的1．通过实验掌握第一类部分响应系统的原理及实现方法； 2．掌握基带信号眼图的概念及绘制方法。

二、实验原理 1.部分响应系统为了提高系统的频带利用率，减小定时误差带来的码间干扰，升余弦传输特性在这两者的选择是有矛盾的。

理想低通传输特性可以有最高的频带利用率2=s η，但拖尾的波动比较大，衰减也比较慢。

若能改善这种情况，并保留系统的带宽等于奈奎斯特带宽，就能在保证一定的传输质量前提下显著地提高传输速率。

这是有实际意义的，特别是在高速大容量传输系统中。

部分响应传输系统就具有这样的特点。

部分响应传输系统是通过对理想低通滤波器冲激响应的线性加权组合，来控制整个传输系统冲激响应拖尾的波动幅度和衰减。

当然，这样做会引入很强的码间干扰，但这种码间干扰是可控制的，是已知的，因此很容易从接收信号的抽样值中减去。

由于这种组合并不影响系统的传输带宽，因此频带利用率高。

第一类部分响应系统是在相邻的两个码元间引入码间干扰。

由于理想低通系统的传递函数为其冲激响应为ssT t T t t h //sin )(ππ=，如果用)(t h 以及)(t h 的时延s T 的波形作为系统的冲激响应，那么它的系统带宽肯定限制在⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-s s TT 21,21，也就是说，系统的频带利用率为2bit/Hz 。

接着来看系统的冲激响应函数)(t g ：s ss s s s s T t T t T tT T t c T tc T t h t h t g /11sin)(sin sin )()()(-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-+=ππππsT f 21||<其他⎩⎨⎧=0)(sTf H可以看到，这个系统的冲激响应的衰减是理想低通冲激响应函数衰减的sT t /11-，它比理想低通系统冲激响应函数衰减快，因此相对于对定时精度的要求降低，它的系统响应为可以看到，第一类部分响应系统并不满足抽样点无码间干扰的条件，其每个抽样点仅受前一个码元的影响，因此可以通过减去前一码元的干扰来确定当前抽样点值，从而正确判决。