实验二 信道与眼图实验

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。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。所谓眼图就是指示波器显示的图形，因为在传输二进制信号波形时，它很像人的眼睛。

为了说明眼图和系统性能之间的关系，我们把眼图简化为一个模型，如图2-1所示。该图表述了下列意思：

（1）眼图张开部分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，最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；

（2）对定时误差的灵敏度可由眼图的斜边之斜率决定，斜率越陡，对定时误差就越灵敏；

（3）图中的阴影区的垂直高度表示信号畸变范围；

（4）图中央的横轴位置对应判决门限电平；

（5）在抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限，即若噪声瞬时值超过这个容限，就有可能发生错误判决。

图2-1 眼图模型

五、实验步骤

1、将信号源模块、信道与眼图模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对

应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）

3、高斯白噪信道

（1）将信号源模块任一测试点信号（建议“24.576M”时钟信号除外），送入高斯白噪信道“输入”点。

（2）示波器观测“噪声”测试点，为位数较长的伪随机序列，示波器无法稳定观测。

（3）观测“噪声”的频谱，应为伪随机序列的频谱，逼近高斯白噪的频谱特性。

这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。

（4）示波器观测“输出”测试点，调节“噪声功率调节”旋转电位器P01。逆时针旋转到底时无失真，顺时针增大噪声功率，且输出信号波形上叠加的噪声越明显。

（5）观测“输出”测试点信号的频谱随噪声功率大小的变化情况。

4、观测眼图

（1）信号源模块“码速率选择”拨码开关设置为3分频，即拨为00000000 00000011。

（2）此时，将256K码速率的NRZ码或任一伪随机序列，例如PN15，送入“256K”数字基带传输信道“输入”测试点。

（3）示波器设定为外触发方式，即选择为“Ext”触发。1通道接“256K”数字基带传输信道“输出”，“EXT TRIG”外触发通道接信号源模块“BS”，调节“256K码速率

带限信道”“眼图调节”旋转电位器，观测眼图“眼睛”张开/闭合过程。

注：数字基带传输系统实验中，时分复用信号的码速率为256K，送入256K数字基带传输信道观测眼图；时分复用信号经单极性码型变换后，BPH/CMI编码的码速率

为512K，送入512K数字基带传输信道观测眼图。“512K码速率带限信道”观测

眼图的操作步骤与之相同。信道与眼图模块作为工具模块之一，本实验中仅要求

掌握其使用方法，在今后的实验中再具体使用到。

六、课后扩展题

回顾《模拟电子技术基础》等教材中关于滤波器设计的相关内容。推荐《电子线路设计、实验、测试》（华中科技大学出版社谢自美主编）“RC有源滤波器的快速设计”一节内容。

有兴趣的同学可自行设计一个无源或者有源的滤波器，模拟有限带宽信道。在面包板上搭建硬件电路，通过观测滤波器的输出，检验滤波器设计的质量好坏。

熟悉Pspice软件使用的同学，在搭建硬件电路之前，还可先软件仿真来验证。