眼图模型

通信原理复习题一、单项选择题．按信号特征通信系统可分为模拟和数字通信系统，以下为数字通信系统的是（）。

．采用方式的通信系统．采用方式的通信系统．采用方式的通信系统．采用方式的通信系统．改善随参信道对信号传输影响的措施是（）。

．提高信噪比．采用分集技术．采用均衡技术．降低信息速率．以下不能无限制地增大信道容量的方法是（）。

．无限制提高信噪比．无限制减小噪声．无限制提高信号功．无限制增加带宽．根据香农公式以下关系正确的是（）。

．信道容量一定，信道的带宽越宽信噪比的要求越小；．信道的容量与信道的带宽成正比；．信道容量一定，信道的带宽越宽信噪比的要求越高；．信道的容量与信噪比成正比。

．在等概的情况，以下数字调制信号的功率谱中不含有离散谱的是（）。

．．．．．设某传输码序列为，在接收端正确恢复出的数字序列为（）。

．Ｂ．．Ｄ．．设某传输码序列为，在接收端正确恢复出的数字序列为（）。

．．．．．设某传输码序列为，该传输码属于（）。

．相关码．差分码．双相码．绝对码．设某传输码序列为，该传输码属于（）。

．码Ｂ．码．码Ｄ．码．以下为二进制码，其中功率谱中无线谱分量的码是（）。

．等概单极性码．不等概单极码．等概双极性码．不等概双极性码．若采用进制码进行基带传输，其无码间干扰时能得到的最高频谱利用率为（）。

．Ｂ．．Ｄ．．以下可以消除或减小码间干扰方法是（）。

．自动增益控制技术Ｂ．均衡技术．最佳接收技术Ｄ．量化技术．三种数字调制方式之间，其已调信号占用频带的大小关系为（）。

．Ｂ．＞．＞Ｄ．＞＞．在数字调制技术中，其采用的进制数越高，则（）。

．抗干扰能力越强Ｂ．占用的频带越宽．频谱利用率越高Ｄ．实现越简单．在采用的通信系统中，无码间干扰时能达到的最高频谱利用率为（）。

．Ｂ．．Ｄ．．在误码率相同的条件下，三种数字调制方式之间抗干扰性能好坏的关系为（）。

．＞＞．＞＞．＞＞．＞＞．对于采用直接法载波同步所带来的载波相位模糊为（）。

．和不定．、、不定．、、不定．、、、不定．设模拟信号的频率范围为～，实际用于该信号的抽样频率为（）。

【干货】眼图背后的故事【明眸】与【蜂腰】眼图(EYE Diagram)介绍所谓眼图简单的说就是把一连串接收端接收到的脉冲信号(000,001,010,011, 100, 101,110,111)同时叠加在高速示波器上以形成眼图，如下图所示：图1若在眼图中加入一个多边形以标识信号真正存在的区域，即所谓的眼图模板测试(Eye Mask)。

因为眼图模板测试可在一次量测中，计算出测试信号波形的上升时间、下降时间、噪声与抖动(Jitter)等，形成一套系统化的测量方法，因此眼图已被多个协会(SATA, SAS, PCIE, USB, Ethernet等几乎所有的高速总线协会)采用来规范各种通信互连系统的标准测试项目。

图 2眼图的特性是累加了一连串的脉冲时序，因此它具有测量信号重复性的作用。

图1的眼图可以呈现许多信息；假如整个互连通信系统无任何噪声时，眼图上的轨迹应为同一条直线。

当噪声越大时，信号变动程度也越大，在垂直方向之叠合轨迹也越粗，误码率也将增加。

如下图所示：图3眼图的水平方向为时间轴，代表信号到达的时间，抖动将造成水平方向上轨迹变粗。

眼图的左右边沿可以测量出信号的上升时间和下降时间。

眼图形状类似于眼睛，当眼睛张的越大时，传输质量越佳。

基本上若眼图的形状呈现【瞇瞇眼】形状时，表示信号质量极非常差。

如下图所示：图4在信号量测中，眼图的形成正如上所述：由多个差分信号运算所累加而成。

以SATA为例，其原理大致如下：首先SATA 的信号pin角，大致上可分为TX+、TX-、RX+与RX-；由于SATA、SAS、PCI Express这类总线都是以差分信号来取代传统的单端信号传输，TX 为发送端，RX为接收端，而+、-则为差分的成对信号。

参考图5(A)与图5(B)的信号波形图（以TX 为例），当信号传递时，即使因外界的噪声干扰，也不用担心信号会有误判的情形发生，因为差分信号的传输机制会将TX+与TX-作相减的运算，如图5(C)所示，如果有噪声，也不会传递到芯片内部，这样就不会影响到正常的信号传递，从而提高噪声容忍度。

眼图（Eye Diagram）超详细解释(From NI)眼图（Eye Diagram）可以显示出数字信号的传输质量，经常用于需要对电子设备、芯片中串行数字信号或者高速数字信号进行测试及验证的场合，归根结底是对数字信号质量的一种快速而又非常直观的观测手段。

消费电子中，芯片内部、芯片与芯片之间经常用到高速的信号传输，如果对应的信号质量不佳，将导致设备的不稳定、功能执行错误，甚至故障。

眼图反映的是数字信号受物理器件、信道的影响，工程师可以通过眼图，迅速得到待测产品中信号的实测参数，并且可以预判在现场可能发生的问题。

1 眼图的形成对于数字信号，其高电平与低电平的变化可以有多种序列组合。

以3个bit为例，可以有000-111共8中组合，在时域上将足够多的上述序列按某一个基准点对齐，然后将其波形叠加起来，就形成了眼图。

如图1。

对于测试仪器而言，首先从待测信号中恢复出信号的时钟信号，然后按照时钟基准来叠加出眼图，最终予以显示。

图1. 眼图的形成2 眼图中包含的信息Ø 对于一幅真实的眼图，如图2，首先我们可以看出数字波形的平均上升时间(Rise Time)、下降时间(Fall Time)、上冲(Overshoot)、下冲(Undershoot)、门限电平(Threshold/Crossing Percent)等基本的电平变换的参数。

图2. 电平变换参数Ø 信号不可能每次高低电平的电压值都保持完全一致，也不能保证每次高低电平的上升沿、下降沿都在同一时刻。

如图3，由于多次信号的叠加，眼图的信号线变粗，出现模糊(Blur)的现象。

所以眼图也反映了信号的噪声和抖动：在纵轴电压轴上，体现为电压的噪声(Voltage Noise)；在横轴时间轴上，体现为时域的抖动(Jitter)。

图3. 噪声和抖动Ø 由于噪声和抖动，眼图上的空白区域变小。

如图4，在除去抖动和噪声的基础上，眼图上空白的区域在横轴上的距离称为眼宽(Eye Width)，在眼图上叠加的数据足够多时，眼宽很好的反映了传输线上信号的稳定时间；同理，眼图上空白的区域在纵轴上的距离称为眼高(Eye Height)，在眼图上叠加的数据足够多时，眼高很好的反映了传输线上信号的噪声容限，同时，眼图中眼高最大的地方，即为最佳判决时刻。

眼图形成原理在数位通讯系统的实体层（Physical Layer）中，资料的定义是以逻辑位准的1与0来做判断，但在一般示波器上，撷取到的信号是一段相当短的时间，例如示波器的整个显示幕宽度为100ns，则表示在示波器的有效频宽、取样率及记忆体配合下，得到了100ns下的波形资料，但在这么短的时间中，所分析的资料并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会出现一次突波（Spike），在此时间内，出现的机率很小，因此会错过某些重要的讯息。

若可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的加入显示幕中，但却仍然记录着前次的波形，只要累积的时间够久，就可以形成一个眼形的图案，如(图一)所示，它就好像把一组讯号切成三位元的二进位逻辑叠在一起一般。

其中要注意的是，一个完整的眼图应该包含所有的八组状态（即000至111），且每一个状态发生的次数要尽量一致，否则，将有某些讯息无法呈现在显示幕中，如(图二)所示。

为了达到量测结果的有效性，一般会采用随机编码（Pseudo Random Bit Sequence；PRBS）的方式，这种编码的好处是当操作完一个回路后，所有的状态将会平均分配，使得眼图的形状是对称的，其中又因不同的位元组长度而分成2^7、2^15、2^23、2^31数种规格，而编码产生的方式，可以由硬体或软体来达成，硬体的方式是采用数位逻辑电路达成，软体则是在先将资料存在编码器内部的记忆体中，经由时脉触发记忆体中的字串讯号，随机编码的另一用途，是量测待测物在各种条件下的误码率（Bit Error Ratio；BER），此时需要有同样编码行为的错误分析仪（Error Analyzer）搭配才可以达到此量测目的。

《图一由八个状态所形成的眼图示意图》《图二因缺乏某组状态将无法形成完整的眼图》硬体介绍最简单且直接能分析出眼图的仪器非示波器莫属，而在取样的方法上，又分成即时（Real time）及重复性（Repetition）两大类，而一般的示波器，大抵都是以前者为主，后者主要是因应Gigabit速度以上的测试，如Infiniband、光纤通讯等，其分类上大致可以从操作的频宽来作区隔，即时取样主要在DC至6GHz范围内，而重复取样则针对100MHz以上至65Ghz为主。

通信原理复习题五、作图题1．某调制方框图如图a所示。

已知m(t)的频谱如图b，载频且理想带通滤波器的带宽为。

试求：〔1〕理想带通滤波器的中心频率为多少；〔2〕说明s(t)为何种已调制信号；〔3〕画出s(t)的频谱图。

2．根据如下图的调制信号波形，试画出DSB及AM波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差异。

3．请画出采用单边带调幅的调制器和解调器的组成框图？假设基带信号的频谱如下图，载波频率为64kHz，取下边带〔滤波为理想〕，请画出已调信号的频谱？4．假设有5个频谱范围均为60kHz～108kHz的信号〔已包括防护频带〕，现将这5个信号采用频分复用的方式合成一个频谱为312kHz～552kHz的信号。

试求：〔1〕对应于这5个信号所用的载波频率分别为多少〔取上边带〕；〔2〕画出该频分复用的原理框图；〔3〕试画出频谱搬移图。

5．设有12路信号，每路的带宽为4kHz〔频谱0kHz～4kHz，已包括防护频带〕，现将这12路信号采用频分复用的方式合成一个频谱为60Hz～108kHz的信号。

试问：〔1〕用于12路频谱搬移的载波频率分别为多少(取上边带)；〔2〕画出频分复用的频谱搬移图〔4kHz的频谱用三角频谱表示〕。

6．设通信系统的模型如下列图所示，请在图中标出调制信道和编码信道。

请画出一对输入和一对输出时的调制信道数学模型图和二进制编码信道数学模型图。

7．设有三种传输通道分别如图a、图b和图c所示。

试求：〔1〕画出这三种传输通道的幅频特性示意图；〔2〕就失真问题对三种传输通道作简要讨论；〔3〕假设三种传输通道的输入为一个矩形脉冲，请分别画出相应的输出波形草图。

8．设有一数字序列为1011000101，请画出相应的单极性非归零码〔NRZ〕、归零码〔RZ〕、差分码和双极性归零码的波形。

9．设有一数字序列为1011000101，请画出相应的NRZ码、RZ码、双极性归零码、AMI码和四电平码的波形。

10．设有一数字码序列为10010000010110000000001，试编为相关码、AMI码和HDB3码？并画分别出编码后的波形？〔第一个非零码编为-1〕11．设部分响应传输系统如下图，假设为100110100101。

《通信原理（C）》作业解答1-1．以无线广播和电视为例，说明下图所示模型中，信息源、受信者及信道包含的具体内容是什么？答：（一）信息源的作用是将各种可能的消息转换成原始电信号。

（1）在无线广播中，信息源中包含的具体内容就是从声音等各种消息转换而成的原始电信号。

（2）在无线电视中，信息源中包含的具体内容就是从声音、图像等消息转换而成的原始电信号。

（二）受信者的作用就是将复原的原始电信号转换成相应的消息。

（1）在无线广播中，受信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的声音等消息。

（2）在无线电视中，受信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换而成的声音、图像等消息。

（三）信道的作用就是传送由原始电信号转换而来的信号。

在无线广播和电视中，信道中包括的具体内容就是无线电波，其中以某种方式表示原始电信号。

1-2．何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：（1）数字信号：如果电信号的参量仅可能取有限个值，则称之为数字信号。

（2）模拟信号：如果电信号的参量取值连续（不可数、无穷多），则称之为模拟信号。

（3）两者的根本区别在于：电信号的参量取值是有限个值还是连续的。

1-3. 何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，数字通信具有以下特点：（1）传输的信号是离散式的或数字的。

（2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应。

（3）抗干扰能力强，因为数字信号可以再生，从而消除噪声积累。

（4）传输差错可以控制。

（5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理。

（6）便于加密，可靠性高。

（7）便于实现各种信息的综合传输。

1-5. 按调制方式，通信系统如何分类？答：根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。

（1）基带传输是将末经调制的信号直接传送，如音频市内电话。

（2）频带传输是对各种信号调制后传输的总称。

1-7. 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类？答：传送多路信号有三种复用方式，即为频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）。

基于MATLAB的眼图仿真——及其与通信实验箱之结果的比较摘要通信实验往往可以从硬件和软件两方面着手设计，并加以横向比较，从而达到更深刻地理解和领会通信理论原理的目的。

本设计选取眼图为研究对象。

可靠性是通信系统的重要指标之一，而眼图是定性衡量传输系统可靠性能——码间串扰大小及受信道噪声的影响等——的方法，简单直观；除了用通信实验箱实现眼图的观察外，软件仿真具有前者所不具备的优点，本设计以MATLAB为主要工具实现了眼图的仿真模拟。

硬件方面使用北京掌宇金仪科教仪器设备有限公司生产的TIMS-301 F系列实验系统，只需较少的模块就能完成眼图的实现，缺点是灵活性不够；MATLAB由初始的矩阵实验室发展成一款具有广泛用途的科学实验软件，在通信系统仿真方面是有效而便捷的。

MATLAB本身内置功能强大的函数库和讲解详细的帮助文档，前者使得眼图的仿真更加高效。

眼图仿真考虑了以下几方面因素的影响：调制数字信号的方式、传输系统（滤波）、信道噪声及其大小等等；给出了MATLAB语言编程和Simulink动态建模两种眼图的实现方式，通过仿真有效的验证了眼图判断噪声大小、系统性能的有效性，并尝试了通过眼图调整通信系统的抗干扰能力。

关键字：通信系统，眼图，仿真，MATLABSimulation of Eye Diagram Based on Matlab——& Comparison with the rusult of TIMSAbstractExperiment in communication system can often be coducted on hardware as well as by sofeware, and by drawing comparison with each other, the principles of the theories in communication system could be understood more deeply and properly . The Eye Diagram was chosed to be studied in this design. The reliability is one of the most important indexes in evaluating the performance of a communication system. Eye Diagram is such a tool to observe the performance of communication systems. By using an Eye Diagram, the magnitude of the noise and the Intersymbole Interference (ISI) could be diagnosed by and large.Two methods were employed to achieve the Eye Diagram. One was the TIMS-301F teaching & experimental system, which is simple but inflexible; the other was using the language of MATLAB which contains programming by matlab and establishing drammic models of communication system in Simulink. Comparison was drawn between the two.Many factors were considered in the simulation of Eye Diagram, such as the way which a digital signal was modulated before transmiting, the transmit system, noise of the channel, the filter and so on. Some phenomenons can be observed and some principles be tested, beside, it also tries to improve/adjust the communication system with the help of the Eye Diagram.Key Words: Communication System, Eye Diagram, Simulation, MATLAB目录1 绪论 (4)1.1引言 (4)1.2通信系统及其性能指标 (5)1.3码间干扰及无失真传输 (7)1.4眼图及其模型 (8)2 眼图的硬件实现 (10)2.1TIMS系统简介 (10)2.2眼图的观察及结果 (11)3 眼图的MATLAB仿真 (15)3.1MATLAB简介 (15)3.2眼图的仿真及结果 (17)4 两种结果的比较及结论 (35)5 附录 (36)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1.1引言21世纪将是一个信息高速膨胀的信息社会，社会生产力水平的大力发展要求社会成员间的合作更加紧密和高效，通信系统的设计与优化因此显得越来越重要；通常，通信系统的性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、标准性等等，但从研究消息传输角度考虑，通信的可靠性和有效性是主要的矛盾所在，可靠性主要指消息的“质量“问题(；对于数字通信系统，具体来说，就是传输速率和差错率，差错率就是从可靠性的角度具体化的一个概念。