光纤通信系统测量中的眼图分析方法
光接收机的动态范围及眼图观测
光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一） 动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化，光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表示为：max min10lg ()P D dB P （式 18-1） 式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
如何才能保证光接收机的动态范围呢？从光接收机内部来说，就是通过它的自动增益控制（AGC ）来实现的。
光接收机的AGC 与电接收机的AGC 有相同之处，也有不同之处。
相同之处都是要控制放大器的放大倍数。
不同之处是在APD 光接收机中，还可以通过对APD 倍增因子的控制来扩大接收机的动态范围。
（二） 眼图原理眼图方法虽然简单，却是评估数字传输系统数据处理能力的一种极为有效的测量方法。
眼图观测实验 光纤通信_实验5实验报告
课程名称：光纤通信实验名称：实验5 眼图观测实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：一、实验目的1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。
2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。
二、实验内容1、观测数字光纤传输系统中的眼图张开和闭合效果。
2、记录眼图波形参数，分析系统传输性能。
三、实验器材1.主控&信号源模块2.25号光收发模块3.示波器四、实验原理1、实验原理框图眼图测试实验系统框图2、实验框图说明本实验是以数字信号光纤传输为例，进行光纤通信测量中的眼图观测实验；为方便模拟真实环境中的系统传输衰减等干扰现象，我们加入了可调节的带限信道，用于观测眼图的张开和闭合等现象。
如眼图测试实验系统框图所示，系统主要由信号源、光发射机、光接收机以及带限信道组成；信号源提供的数字信号经过光发射机和接收机传输后，再送入用于模拟真实衰减环境的带限信道；通过示波器测试设备，以数字信号的同步位时钟为触发源，观测TP1测试点的波形，即眼图。
3、眼图基本概念及实验观察方法所谓眼图，它是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形。
眼图包含了丰富的信息，反映的是系统链路上传输的所有数字信号的整体特征。
利用眼图可以观察出码间串扰和噪声的影响，分析眼图是衡量数字通信系统传输特性的简单且有效的方法。
●被测系统的眼图观测方法通常观测眼图的方法是，如下图所示，以数字序列的同步时钟为触发源，用示波器YT模式测量系统输出端，调节示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，则屏幕中显示的即为眼图。
眼图测试方法框图●眼图的形成示意图一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每个状态组发送的此时要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在示波器屏幕上。
八种状态如下所示：八种状态示意图眼图合成示意图如下所示：眼图合成示意图一般在无串扰等影响情况下从示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近。
●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。
信号完整性分析基础系列之一——眼图测量
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）。
通信原理中的眼图如何描述
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。
眼图详解(眼图分析)
眼图详解关于眼图的基本知识1、眼图的作用数字信号的眼图可以体现数字信号的整体特征，能够很好地评估数字信号的质量，因而眼图的分析是数字系统信号完整性分析的关键之一。
2、眼图的形成串行数据的传输由于通讯技术发展的需要，特别是以太网技术的爆炸式应用和发展，使得电子系统从传统的并行总线转为串行总线。
串行信号种类繁多，如PCI Express、SPI、USB 等，其传输信号类型时刻在增加。
相比并行数据传输，串行数据传输的整体特点如下：1)信号线的数量减少，成本降低2)消除了并行数据之间传输的延迟问题3)时钟是嵌入到数据中的，数据和时钟之间的传输延迟也同样消除了4)传输线的PCB 设计也更容易些5)信号完整性测试也更容易实际中，描述串行数据的常用单位是波特率和UI，串行数据传输示例如下：串行数据传输示例例如，比特率为3.125Gb/s 的信号表示为每秒传送的数据比特位是3.125G 比特，对应的一个单位间隔即为1UI。
1UI表示一个比特位的宽度，它是波特率的倒数，即1UI=1/（3.125Gb/s）=320ps。
现在比较常见的串行信号码形是NRZ 码，因此在一般的情况下对于串行数据信号，我们的工作均是针对NRZ 码进行的。
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，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。
眼图实际上就是数字信号的一系列不同二进制码按一定的规律在示波器屏幕上累积后的显示，简单地说，由于示波器具有余辉功能，只要将捕获的所有波形按每三个比特分别地叠加累积(如上图所示)，从而就形成了眼图。
目前，一般均可以用示波器观测到信号的眼图，其具体的操作方法为：将示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形就称为眼图。
眼图观测实验报告
眼图观测实验报告一、实验目的1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。
2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。
二、实验器材主控&信号源模块25号光收发模块示波器三、实验原理1、实验原理框图2、实验框图说明本实验是以数字信号光纤传输为例，进行光纤通信测量中的眼图观测实验；为方便模拟真实环境中的系统传输衰减等干扰现象，我们加入了可调节的带限信道，用于观测眼图的张开和闭合等现象。
如眼图测试实验系统框图所示，系统主要由信号源、光发射机、光接收机以及带限信道组成；信号源提供的数字信号经过光发射机和接收机传输后，再送入用于模拟真实衰减环境的带限信道；通过示波器测试设备，以数字信号的同步位时钟为触发源，观测TP1测试点的波形，即眼图。
3、眼图基本概念及实验观察方法所谓眼图，它是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形。
眼图包含了丰富的信息，反映的是系统链路上传输的所有数字信号的整体特征。
利用眼图可以观察出码间串扰和噪声的影响，分析眼图是衡量数字通信系统传输特性的简单且有效的方法。
被测系统的眼图观测方法：通常观测眼图的方法是，如下图所示，以数字序列的同步时钟为触发源，用示波器YT模式测量系统输出端，调节示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，则屏幕中显示的即为眼图。
眼图的形成示意图一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每个状态组发送的此时要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在示波器屏幕上。
八种状态如下所示：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。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小。
其中，垂直张开度水平张开度从眼图中我们可以得到以下信息：（1）最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻。
（2）眼图斜边的斜率表示了定时误差灵敏度。
斜率越大，对位定时误差越敏感。
眼图分析
眼图测试及其疑难问题探讨关键词:DWDM,眼图,城域网,MAN摘要:目前，在长途干线和城域网中，密集波分复用（DWDM）系统的应用越来越多，对DWDM 系统的光接口测试要求也越来越高，其中包括光发送信号的眼图测试。
在实际进行眼图测试时，经常遇到不符合标准模板的情况，在不断实践中发现，其中大部分是因为测试方法不完善造成的误判断，只有小部分真正不符合ITU-T规范。
文章介绍正确测试眼图的要点。
1、码间串扰的形成1.1光纤线路码在光纤数字传输中，一般不直接传输由电端机传送来的数字信号，而是经过码型变换，变换成适合在光纤数字传输系统中传输的光纤线路码（简称线路码）。
有多种线路码型，最常用的有mBnB分组码、插入比特码和简单扰码。
在选择线路码时，不仅要考虑光纤的传输特性，还要考虑光电器件的特性。
一般来说，由于光电器件都有一定的非线性，因此采用脉冲的“有”、“无”来表示“1”和“0”的二进制码要方便得多。
但是简单的二进制信号有三个实际问题需要解决，否则无法取得良好效果。
a）不能有长连“0”或长连“1”出现。
因为长连“0”和长连“1”会使定时信息消失，给再生中继器和终端接收机的定时提取带来困难。
b）简单的二进制码中含有直流成分，“0”、“1”码出现个数的随机变化会使直流成分的大小也随机变化。
目前，在光接收机中普遍采用交流耦合，直流成分的变化会引起信号基线浮动，给判决再生带来困难。
c）简单的二进制信号在业务状态下无法监测线路误码率。
为此，在光纤传输之前，需将简单二进制信号变换成适合光纤传输系统的光纤线路码型。
CCITT最终采用简单扰码方式（如RZ、NRZ码），目前又有基于RZ码新的编码方式，如CS-RZ、DCS-RZ、CRZ、D-RZ、DPSK-RZ码等。
1.2线性网络的无失真传输条件密集波分复用（DWDM）的工作原理是：发送端将不同波长的光信号通过光合波器合成一束光，送入光纤中进行传输；在接收端由光分波器将这些不同波长的光信号区分开来，再经过光电转换送入线路终端设备。
眼图——概念与测量
眼图——概念与测量中文名称：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：眼图的重要性质（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。
光纤通信实验
实验地点：信息楼10314在实验过程中注意以下几点：1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、光电器件是静电敏感器件，请不要用于触摸。
3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。
4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。
5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。
7、实验完成后整理好设备、接线。
实验光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一）动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在 数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化， 光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表 示为：D = 10lg —max（dB ）min 式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收 机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如 果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
实验二数字光纤通信系统信号眼图测试
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。
眼图测量分析
眼圖之量測分析引言眼圖是一項時間分析工具，讓使用者能夠清楚看見時間和強度的誤差。
在真實生活中，諸如抖動之類的誤差非常難以量化，因為經常改變，而且非常小。
因此，眼圖非常利於尋找最大抖動以及電壓強度的誤差，如圖一所示。
圖一、眼圖檢視的抖動和電壓雜訊示意圖誤差增加時，眼圖中心的白色空間就會縮小。
那個空間由兩項特性所定義：眼寬(Eye Width)和眼高(Eye Height)。
圖二中白色空間的寬度就稱為眼寬。
因此，眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼寬就是用來度量在任何指定的時間期間內、資料線穩定的時間長度的良好工具。
這樣可以了解可允許的保存時間和建立時間有多少。
最後完成的眼圖中的白色空間的高度就稱為眼高。
如果眼圖由數量足夠的樣本構成（數百萬個時間段落轉換），眼高可以指出接收器的VIH和VIL必須位於何處，才能正確地對資料取樣。
數位訊號轉換的品質越好，眼圖中的開放白色空間越大。
換言之，眼寬和眼高應該盡可能地大。
圖二、眼圖的高度及寬度示意圖實驗原理其形狀似人的眼睛，因此被稱爲眼圖。
而檢視數位傳輸器的輸出三個時間段落，即可建構出眼圖。
圖三中的眼圖是將所有可能的0與1的組合疊在一條線段上，而完成建構。
圖三、數位訊號對應之眼圖在數位系統中，時間是最重要的因素之一。
數位通訊的可靠性和準確性都是根據其時間功能的品質而定。
在真實世界的數位通訊系統中，有許多時間上的誤差，其中最重要的兩個是抖動(Jitter)和飄移(Drift)。
分別以抖動(Jitter)及飄移(Drift)敘述之：一、抖動(Jitter)抖動(Jitter)是指與事件的理想時間的誤差，通常是從參考訊號的過零點(Zero-Crossing)進行測量。
抖動通常歸因於串音(Cross-Talk)、同時切換輸出，以及其它週期性發生的干擾訊號。
由於抖動會隨著時間而變化，如圖四所示，因此對抖動的測量及量化有多種進行方式，從目測幾秒鐘內的抖動範圍，到以數據進行的測量（例如根據長時間的標準誤差）。
光纤信道眼图观察讲解
实验报告光纤信道眼图观察实验者姓名：合作者姓名：专业：班级：学号：指导老师：实验日期：目录一实验目的 (2)二实验原理 (3)三基本操作过程？ (4)四仪器与设备 (4)五安全注意事项 (4)六实验内容、数据记录与处理 (4)七思考题 (5)八结果与讨论 (5)参考文献*一、实验目的1.了解眼图产生原理。
2.用示波器观测扰码的光纤信道眼图。
二、实验原理本实验系统主要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。
在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块： 8位的自编数据功能和扰码功能。
涉及的电接收部分就是收端均衡滤波器电路、时钟提取、再生、相应的解扰功能。
眼图观测的实验结构如下图所示：图1.1.1 CMI码光纤通信基本组成结构在整个通信系统中，通常利用眼图方法估计和改善传输系统性能。
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，以码元同可以在眼1.1.2 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；有码间串扰眼图在图6.6.2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6.6.2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，在取样时刻信号取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分闭合。
第五节 眼图
第五节 眼图评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是观察接收滤波器输出端的基带信号波形。
观察的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器的扫描周期，使示波器的水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时在示波器显示屏上看到的图形像人的眼睛，故称之为“眼图”。
从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣。
另外也可以从此图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。
1、无噪声时的眼图为了解释眼图和系统性能之间的关系，图5-15所示为无噪声情况下，无码间串扰和有码间串扰的眼图。
图5-15是无码间串扰的双极性基带脉冲序列，用示波器观察它，并将水平扫描周期调到与码元周期()a s T 一致，由于荧光屏的余辉作用，扫描线所得的每一码元波形将重叠在一起，形成如图5-15(所示的线迹细而清晰的大“眼睛”；对于图5-15(所示的有码间串扰的双极性基带脉冲序列，由于存在码间串扰，此波形已经失真，当用示波器观察时，示波器的扫描线迹不会完全重合，于是形成的眼图线迹杂乱且不清晰，“眼睛”张开较小，如图5-15(所示。
)c )b )d 2、存在噪声时的眼图当存在噪声时，噪声叠加在信号上，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”张开变得更小。
与无码间串扰的眼图相比，原来清晰的细线迹，变成了比较模糊的带状线。
噪声越大，线迹越宽，越模糊。
()c ()d图5–15 基带信号波形和眼图3、眼图的模型 眼图对于展示数字基带传输系统的性能提供了许多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带传输系统的性能的优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰。
为了说明眼图和系统性能的关系，可以把眼图简化为图5-16所示的眼图模型，该图包含以下信息：图5－16 眼图的模型（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻。
通信原理实验：数字解调与眼图
实验名称数字解调与眼图学院信息科学与工程学院专业班级姓名学号数字解调与眼图一、实验目的1. 掌握2DPSK相干解调原理。
2. 掌握2FSK过零检测解调原理。
二、实验内容1. 用示波器观察2DPSK相干解调器各点波形。
2. 用示波器观察2FSK过零检测解调器各点波形。
3．用示波器观察眼图。
三、基本原理可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。
在相位比较法中，要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。
本实验系统中，2DPSK载波频率等码速率的13倍，两种解调方法都可用。
实际工程中相干解调法用得最多。
2FSK信号的解调方法有：包络括检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法等。
图4-1 数字解调方框图（a）2DPSK相干解调（b）2FSK过零检测解调本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。
2DPSK模块内部使用+5V、+12V和-12V电压，2FSK模块内部仅使用+5V电压。
图4-1为两个解调器的原理方框图，其电原理图如图4-2所示（见附录）。
2DPSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：• MU 相乘器输出信号测试点• LPF 低通、运放输出信号测试点• Vc 比较器比较电压测试点• CM 比较器输出信号的输出点/测试点• BK 解调输出相对码测试点• AK-OUT 解调输出绝对码的输出点/测试点（3个）• BS-IN 位同步信号输入点2FSK解调模块上有以下测试点及输入输出点：• FD 2FSK过零检测输出信号测试点• LPF 低通滤波器输出点/测试点• CM 整形输出输出点/测试点• BS-IN 位同步信号输入点• AK-OUT 解调输出信号的输出点/测试点（3个）2DPSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：•相乘器U29：模拟乘法器MC1496•低通滤波器R31；C2•运放U30：运算放大器UA741•比较器U31：比较器LM710•抽样器U32:A：双D触发器7474•码反变换器U32:B：双D触发器7474；U33:A：异或门74862FSK解调器方框图中各单元与电路板上元器件对应关系如下：•整形1 U34:A：反相器74HC04•单稳1、单稳2 U35：单稳态触发器74123•相加器U36：或门7432•低通滤波器U37：运算放大器LM318；若干电阻、电容•整形2 U34:B：反相器74HC04•抽样器U38:A：双D触发器7474在实际应用的通信系统中，解调器的输入端都有一个带通滤波器用来滤除带外的信道白噪声并确保系统的频率特性符合无码间串扰条件。
光传输中的眼图与占空比
抖动质量是高速信号最常验证的项目，也是重要的测量参数之一，可有效验证相对理想时间下的飘移情形。在计算抖动时，常以眼图交叉点上升及下降边缘的信号对时间统计之分析方式作测量依据。如图4所示，在所选取的区块中进行抖动点对点(Jitter p-p)及抖动均方根值(Jitter RMS)之验证；其中Jitter p-p是以所取选取区块之统计宽度作为计算，而Jitter RMS是以平均分布标准差1奈秒作计算；而对应的真实抖动眼图如图4右方所示。
图3不同眼图交叉比例与脉冲信号之关系
反之，若使用25%为验证，依其所对应的1及0脉冲信号显示，0信号脉冲的时间轴宽度将大于1信号脉冲，即待测物着重在0位准测量信号质量；或会传递较多0位准信号的流量。过多的0信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导至无法同步，进而产生同步损失(Synchronous Loss)。对于一般的信号而言，平均分布信号位准1及0是最常见的，因此要求眼图交叉比例为50%，即相同的信号脉冲1与0长度标准，来作相关参数的验证。眼图比例关系的分布，可以有效地测量因不同1及0信号位准的偏差所造成的相对应振幅损失分析。
而20%及80%是与信号位准1及0有着相关性。当然，如果上升时间愈短，即愈能表现出眼图中间的白色区块，即代表可传递的信号及容忍误码比率较好。而对于眼图下降时间(图6)所示，分别以右侧交叉点左侧(80%)至右侧(20%)两块水平区间作此讯息传递下降斜率时间之换算。计算公式如下：
下降时间=平均(20%时间位准)－平均(80%时间位准)
图4抖动测量基准
眼图上升及下降时间影响信号质量
一般测量上升及下降时间，是以眼图占20～80%的部分为主，其中上升时间如图5，分别以左侧交叉点左侧(20%)至右侧(80%)两块水平区间作此传递讯息上升斜率时间之换算。计算公式如下：
高速通信系统EyeDiagram原理简介
高速通信系统EyeDiagram原理简介眼图是时域分析中常用的技术，它广泛的应用在计算机、数字通信及光纤通信系统的测试分析中，其结果对信号的完整性分析，具有相当直观且简便的方法，本文将解释眼图形成的过程，并对衍生出的相关量测参数做一些概念性的介绍。
1、眼图形成原理图1 由八个状态所形成的眼图示意图在数字通讯系统的物理层中，波形的定义是以逻辑电平的1与0来做判断，但在一般示波器上，提取到的信号是一段相当短的时间，例如示波器的整个显示屏幕宽度为100ns，则表示在示波器的有效带宽、采样率及内存配合下，得到了100ns下的波形数据，但在这么短的时间中，所分析的波形数据并不具有代表性，例如信号在每一兆位会出现一次突破，在此时间内，出现的几率很小，因此会错过某些重要的信息。
若可以以重复叠加的方式，将新的信号不断的加入显示屏幕中，但却仍然记录之前的波形，只要累积的时间够久，就可以形成一个眼形的图案，如图1所示，它就好像把一组信号切成三位的二进制元逻辑叠在一起一般。
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到111），且每一个状态发生的次数要尽量一致，否则，将有某些信息无法呈现在显示屏幕中，如图2所示。
为图2 因缺乏某组状态将无法形成完整的眼图了达到量测结果的有效性，一般会采用随机编码的方式，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，其中又因不同的位组长度而分成数种规格，而编码产生的方式，可以由硬件或软件来达成，硬件的方式是采用数字逻辑电路达成，软件则是在先将数据存在编码器内部的内存中，经过时钟触发内存中的字符串信息，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。
此时需要有同样编码行为的错误分析仪搭配才可以达到此量测目的。
2、硬件介绍最简单最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，又分成及时及重复性两大类，而一般的示波器，大都是以前者为主，后者主要是应Gigabit速度以上测试的要求，如Infiniband、光纤通信等，其分类上大致可以从操作的带宽作为区分，及时取样主要在DC至6GHz范围内，而重复取样则针对100MHz以上至65GHz为主。
现代通信技术-眼图
目录
01
02 03
眼图的定义
眼图实例 眼图模型
01.眼图的定义
在实际应用中需要用简便的实验手段来定性评价系统的性能。 眼图是一种有效的实验方法。
眼图是指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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
01.眼图的定义
具体方法：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.此时可以从示波器显示的图形上,观 察码间干扰和信道噪声等因素影响的情况,从而估计系统性能的优劣程度。 因为在传输二进制信号波形时, 示波器显示的图形很像人的眼睛，故名 “眼图”。
图(a)是在几乎无噪声和无码间干扰下得到的, 图(b)则是在一定噪声和码间干扰下得到的。
03.眼图模型
抽样失真 判决门限电平
过零点失真
噪声容限 最佳抽样时刻
对定时误差的灵敏度
最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻；
定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对位定时误差越敏感； 图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度； 图中央的横轴位置对应于判决门限电平；
03.眼图模型
过零点失真
抽样失真
噪声容限 最佳抽样时刻
判决门限电平
对定时误差的灵敏度
抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限,若噪声瞬时值超
过它就可能发生错判；
图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围， 即过零点畸变，它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收 系统有很大影响。
谢谢
02.眼图实例
图(a)是接收滤波器输出的无码间串扰的双极性基带波形 图(d)是接收滤波器输出的有码间串扰的双极性基带波形 眼图的“眼睛”张开的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小； 反之，表示码间串扰越大。
光纤中的er概念
在光纤通信中，ER（Eye Ration）即眼图均衡比，是一个重要的参数，用于描述光纤通信系统中信号的质量。
眼图均衡比是衡量光纤系统性能的一个重要指标，它反映了信号在传输过程中的稳定性和清晰度。
眼图均衡比ER的计算公式为：
ER = (SigMax - SigMin) / (SigMax + SigMin)
其中，SigMax为眼图中的最大信号幅度，SigMin为眼图中的最小信号幅度。
ER的值越大，说明信号的质量越好，传输性能越稳定。
通常情况下，ER的阈值设定为0.4。
当ER大于0.4时，可以认为光纤通信系统具有较好的信号质量。
眼图均衡比ER的测量方法主要有两种：一种是基于眼图模板的方法，另一种是基于拟合方法。
基于眼图模板的方法通过对眼图进行模板匹配，计算出眼图的各个参数，从而得到ER 值。
基于拟合方法则是通过拟合眼图，计算出眼图的各个参数，进而得到ER值。
在光纤通信系统的设计和优化过程中，眼图均衡比ER是一个重要的参考指标。
通过调整光纤系统的参数，如光纤长度、折射率、色散等，可以优化ER值，从而提高光纤通信系统的性能。
光纤通信系统测量中的眼图分析方法
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VVV ∆-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。
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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
图2 眼图的形成
图3 规则的眼图
四、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
五、实验步骤
1、按图1连接好示波器与实验箱。
连接导线：数字基带信号产生模块T403与光发送模块T501连接，
T402与示波器外触发端连接，T523与示波器的通道1连接。
2、选择示波器为外触发方式。
3、将双刀双掷开关J501，J502按下，使光发送模块传输数字信号。
4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K601,K602，五个发光二极管全亮。
5、接通数字基带信号发生模块(K40)，光发送模块(K50)的直流电源。
6、用万用表测量R516两端电压（红表笔插T502，黑表笔插T503）。
7、慢慢调节电位器W501，使驱动电流达到额定值，即V=30mV。
8、用示波器观察并画出光收端机的眼图。
9、做完实验后先抬起双刀双掷开关J502，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关，拆除导线。
10、将各实验仪器摆放整齐。
六、实验报告
1、记录，并画出光收端机的眼图波形。
2、求出系统眼图的眼开度、眼皮厚度、正负极性不对称度以及系统的定时抖动。
3、通过系统眼图，评估系统性能。
七、思考题
1、若光接收到标准的方波信号，则系统眼图如何改变？此时眼图的眼开度，眼皮厚度，正负极性不对
称度以及系统定时抖动各为多少？
2、数据64KB/s和256KB/s的眼图有何不同，试设计实验方法来验证其差异。
3、实际测量的眼图与课本上的眼图有什么不同？试分析原因。