眼图模型
通信原理复习题 (2)
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】
【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。
眼图的定义、原理及模型
图1 无失真及有失真时的波形及眼图
图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，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。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”张开的大小就指明失真 的严重程度。
眼图的定义、原理及模型
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，信号通过 信道后，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干扰的。在码 间干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。为了便于实际评价系统的性能， 常用所谓“眼图”。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。
END
衡量眼图质量的几个重要参数有： 1.眼图开启度(U-2∆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%。 其中U=U+ + U2.“眼皮”厚度2∆U/U 指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比， 无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。 3.交叉点发散度∆T/T 指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发 散度应为0。 4.正负极性不对称度 指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变 眼图的极性不对称度应为0。
眼图定义
所谓“眼图”，就是由解调后经过低通滤 波器输出的基带信号，以码元定时作为同 步信号在示波器屏幕上显示的波形。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，它很象一只人的眼睛。
眼图的形成——超详细解释
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
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。
通信原理复习题及答案-(1)
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》作业答案
《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）。
眼图的定义、原理及模型
▪ 图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，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。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”张开的大小就指明失真 的严重程度。
散度应为0。 4.正负极性不对称度 ▪ 指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变
眼图的极性不对称度应为0。
▪ 最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电 平的影响无法在眼图中得到完整的反映， 因此，即使在示波器上显示的眼图是张开 的，也不能完全保证判决全部准确。不过， 原则上总是眼睛张开得越大，实际判决越 准确。所以，还是可以通过眼图的张开度 来衡量和比较基带信号的质量，并以此为 依据来调整信号在信道中的传输特性，使 信号在通信系统信道中传输尽最大可能接 近于最佳工作状态。
眼图的定义、原理及模型
▪ 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，信号通过 信道后，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干扰的。在码 间干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。为了便于实际评价系统的性能， 常用所谓“眼图”。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。
END
以上有不当之处，请大家给与批评指正， 谢谢大家！
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▪ 衡量眼图质量的几个重要参数有： 1.眼图开启度(U-2ΔU)/U ▪ 指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图
眼图有关最详细的知识讲解
-----------李洋
目录
1. 眼图的形成...................................................................................................................................... 2 1.1 传统的眼图生成方法 ......................................................................................................2 1.2 实时眼图生成方法 ..........................................................................................................3 1.3 两种方法比较...................................................................................................................4
2. 眼图的结构与参数介绍 .................................................................................................................... 4 2.1 眼图的结构图 ...........................................................................................................................4 2.2 眼图的主要参数 .......................................................................................................................5 2.2.1 消光比 ............................................................................................................................5 2.2.2 交叉点 ............................................................................................................................5 2.2.3 Q 因子..............................................................................................................................6 2.2.4 信号的上升时间、下降时间.......................................................................................6 2.2.5 峰—峰值抖动和均方根值抖动 ..................................................................................6 2.2.6 信噪比 ............................................................................................................................6
基于MATLAB的眼图仿真《通信原理》
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。
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。
眼图形成及其原理总结
1眼图基本概念1.1 眼图的形成原理眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，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。
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。
示波器一般测量的信号是一些位或某一段时间的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图则反映的是链路上传输的所有数字信号的整体特征，如下图所示：图示波器中的信号与眼图如果示波器的整个显示屏幕宽度为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。
但是，对于一个系统而言，分析这么短的时间内的信号并不具有代表性，例如信号在每一百万位元会出现一次突波（Spike），但在这100ns时间内，突波出现的机率很小，因此会错过某些重要的信息。
如果要衡量整个系统的性能，这么短的时间内测量得到的数据显然是不够的。
设想，如果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，但却仍然记录着前次的波形，只要累积时间够久，就可以形成眼图，从而可以了解到整个系统的性能，如串扰、噪声以及其他的一些参数，为整个系统性能的改善提供依据。
分析实际眼图，再结合理论，一个完整的眼图应该包含从“000”到“111”的所有状态组，且每一个状态组发生的次数要尽量一致，否则有些信息将无法呈现在屏幕上，八种状态形成的眼图如下所示：图眼图形成示意图由上述的理论分析，结合示波器实际眼图的生成原理，可以知道一般在示波器上观测到的眼图与理论分析得到的眼图大致接近（无串扰等影响），如下所示：图示波器实际观测到的眼图如果这八种状态组中缺失某种状态，得到的眼图会不完整，如下所示：图 示波器观测到的不完整的眼图通过眼图可以反映出数字系统传输的总体性能，可是怎么样才能正确的掌握其判断方法呢？这里有必要对眼图中所涉及到的各个参数进行定义，了解了各个参数以后，其判断方法很简单。
04 码间串扰——眼图(补充)
补充材料：信号的眼图当接收信号同时受到码间串扰和噪声的影响时，系统性能的定量分析较为困难，一般可以利用示波器，通过观察接收信号的“眼图”对系统性能进行定性的、可视的估计。
用示波器跨接在待测信号的输出端，调整示波器锯齿波水平扫描周期，使其与接收符号的周期同步，再将接收波形输入示波器的垂直放大器，就可以从显示器上看到眼图。
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，因此被称为“眼图”。
由眼图可以观察出符号间干扰和噪声的影响，如图1所示：图1 眼图模型最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻。
当存在噪声时，眼图的线迹会变成比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越宽，“眼睛”张开得越小，阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围。
图中央抽样时刻的横轴位置对应于最佳判决门限，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限, 噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。
眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度：斜率越大，对定时误差越灵敏。
下面以三个BPSK码元为例，给出用Matlab生成的眼图，其中发射端采用sinc成型滤波器。
三个码元的可能组合为8种形式，即[-1 -1 -1 ; -1 -1 1; -1 1 -1 ; -1 1 1; 1 -1 -1; 1 -1 1; 1 1 -1; 1 1 1]。
将8种可能的信号组合形成的时域波形逐一画到同一张图上，即可得到三个符号时的眼图，当信道存在噪声时，接收信号的眼图中也将叠加噪声。
无噪声和有噪声干扰下的眼图如下所示：(a) 无噪声(b)有噪声图2 三个符号时的眼图同理，考虑五个码元周期时，眼图形状如下：(a)无噪声(b)有噪声图3 五个符号时的眼图实际系统中，符号序列的长度是无限的，因此其眼图实际上是更多待定信号波形的叠加。
不同的传输信号幅度将产生不同的眼图，同时眼图还与发端滤波器的时域波形有关。
下图给出了多进制信号的眼图：图4 多进制信号的眼图。
中学眼构造模型
中学眼构造模型
中学眼构造模型是指对中学生的眼睛进行解剖和模拟，以帮助学生更好地理解眼睛的结构和功能。
构造模型一般包括以下部分：
1. 眼球：模型通常包括一个球形的眼球模型，用来表示眼球的外形。
2. 巩膜：眼球模型上会有一层白色的薄膜，用来表示巩膜。
3. 角膜：眼球模型的前部通常有一个光亮的凸透镜状区域，用来表示角膜。
4. 瞳孔：眼球模型会有一个孔状结构，用来表示瞳孔。
5. 虹膜：瞳孔周围会有一种有颜色的圆环状结构，用来表示虹膜。
6. 晶状体：眼球模型内部会有一个透明的凸透镜状结构，用来表示晶状体。
7. 随意肌：眼球模型后部有一根弯曲的线，用来表示随意肌。
8. 玻璃体：眼球模型内部充满了透明的胶状物质，用来表示玻璃体。
9. 视网膜：眼球模型内部有一层网状的薄膜，用来表示视网膜。
10. 神经：眼球模型内部有一条模拟视神经的线，用来表示视神经。
这些模型可以帮助学生理解眼睛的结构，从而更好地学习相关知识，如近视、远视、散光等视力问题的原因以及不同眼病的发生机制。
同时，通过观察模型，学生可以更好地理解光是如何进入眼球、经过折射等过程，从而了解视觉的形成过程。
眼图
［转帖］眼图基本知识介绍随着数据速率超过Gb/s水平，工程师必须能够识别和解决抖动问题。
抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。
如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。
新兴技术要求误码率(BER)，亦即误码数量与传输的总码数之比，低于一万亿分之一(10-12)。
随着数据通信、总线和底板的数据速率提高，市场上已经出现许多不同的抖动检定技术，这些技术采用各种不同的实验室设备，包括实时数字示波器、取样时间间隔分析仪(TIA)、等时取样示波器、模拟相位检波器和误码率测试仪(BERT)。
为解决高数据速率上难以解决的抖动问题，工程师必需理解同步和异步网络中使用的各种抖动分析技术本文重点介绍3 Gb/s以上新兴技术的数据速率。
低于3 Gb/s的实时示波器可以捕获连续的数据流，可以同时在时域和频域中分析数据流；在更高的数据速率上，抖动分析要更具挑战性。
本文将从数字工程师的角度，介绍应对SONET/SDH挑战的各种经验。
抖动分析基本上包括比较抖动时钟信号和参考时钟信号。
参考时钟是一种单独的黄金标准时钟，或从数据中重建的时钟。
在高数据速率时，分析每个时钟的唯一技术是位检测和误码率测试；其它技术则采用某种取样技术。
如图1所示，眼图是逻辑脉冲的重叠。
它为测量信号质量提供了一种有用的工具，即使在极高的数据速率时，也可以在等时取样示波器上简便生成。
边沿由‘1’到‘0’转换和‘0’到‘1’转换组成，样点位于眼图的中心。
如果电压(或功率)高于样点，则码被标为逻辑‘1’；如果低于样点，则标为‘0’。
系统时钟决定着各个位的样点水平位置。
图1: 具有各项定义的眼图E1是逻辑‘1’的平均电压或功率电平，E0是逻辑‘0’的平均电压或功率电平。
参考点t = 0在左边的交点进行选择，右边的交点及其后是位周期TB。
Eye Crossing Point: 眼图交点Left Edge: 左沿Right Edge: 右沿Nominal Sampling Point: 标称样点幅度噪声可能会导致逻辑‘1’的电压或功率电平垂直波动，低于样点，导致逻辑‘1’码错误地标为逻辑‘0’码，即误码。
通信原理(陈启兴版)第5章课后习题答案
第5章 数字基带传输系统5.1 学习指导 5.1.1 要点本章的要点主要有数字基带传输系统结构及各部件功能；基带信号常用波形及其频谱特性；基带传输常用码型的编译及其特点；码间串扰和奈奎斯特第一准则；理想低通传输特性和奈奎斯特带宽；升余弦滚将特性；第一类部分响应系统；无码间串扰基带系统的抗噪声性能；眼图和均衡的概念。
1.数字基带传输系统数字基带传输系统：不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，其基本结构如图5-1所示。
主要有发送滤波器、信道、接收滤波器、同步提取电路以及抽样判决器组成。
发送滤波器用于产生适合于信道中传输的基带信号波形。
信道是基带信号传输媒质（通常为有线信道）。
加性n (t )是均值为零的高斯白噪声。
接收滤波器的功能接收有用信号，滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。
同步提取即从接收信号中提取用来抽样的定位脉冲。
抽样判决器用来对对接收滤波器的输出波形进行抽样、判决和再生（恢复基带信号）。
图5 - 1 数字基带传输系统的原理方框图2.数字基带信号及其频谱特性(1) 数字基带信号数字基带信号用不同的电平或脉冲来表示不同的消息代码。
数字基带信号的单个脉冲有矩形脉冲、余弦脉冲、升余弦脉冲、高斯脉冲等等形式。
常用的基本信号波形有：单极性与双极性波形、不归零码与归零码波形、差分波形、多电平波形等。
数字基带信号通常是一个随机的脉冲序列。
若其各码元波形相同而电平取值不同，则可表示为()()nsn s t a g t nT ∞=-∞=-∑ (5-1)式(5-1)中，a n 是第n 个码元所对应的电平值（随机量）；T s 为码元持续时间；g (t )为某种脉冲波形。
一般情况下，数字基带信号可表示为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-2)(2) 基带信号的频谱特性数字基带信号s (t )的频谱特性可以用功率谱密度来描述。
设二进制随机信号为()()nn s t s t ∞=-∞=∑ (5-3)其中()()()12,0()11=S n S g t nT s t g t nT -⎧⎪=⎨-⎪⎩对应“”，以概率P 出现，对应“”，以概率P 出现 则s (t )的功率谱密度为212()(1)()()s S P f f P P G f G f =--+212[()(1)()]()S S S S m f PG mf P G mf f mf δ∞=-∞+--∑(5-4)式(5-4)中，f s =1/T s 为码元速率；G 1(f )和G 2(f )分别是g 1(t )和g 2(t )的傅里叶变换。
图5-21基带信号波形及眼图
5.差分码 这种码型的特点是把二进制脉冲序列中的“1”或“0”反映 在相邻信号码元相对极性变化上，是一种相对码。
《通信原理课件》
6.多值波形（多电平波形） 前述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际 上还存在多个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波形 统称为多值波形或多电平波形。例如若令两个二进制符号 00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应-3E，则所得波 形为4值波形，如图5-3（f）所示。由于这种波形的一个脉 冲可以代表多个二进制符号，故在高速数据传输中，常采 用这种信号形式。
图 5-1数字基带传输系统 《通信原理课件》
《通信原理课件》
《通信原理课件》
抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时 刻进行抽样, 获得抽样值序列y(kTS) , 然后对抽样值进行判 决, 以确定各码元是“1”码还是“0” 码。抽样值序列 y(kTS)见图5-2（g）所示。
码元再生电路的作用是对判决器的输出“0”、“1”进 行原始码元再生, 以获得图5-2（h）所示与输入波形相应的 脉冲序列{d k' } 。
《通信原理课件》
5.3 数字基带信号的功率谱密度
研究数字基带信号的频谱分析是非常有用的, 通过频 谱分析可以使我们弄清楚信号传输中一些很重要的问题。 这些问题是, 信号中有没有直流成分、有没有可供提取同 步信号用的离散分量以及根据它的连续谱可以确定基带信 号的带宽。
在通信中, 除特殊情况（如测试信号）外, 数字基带 信号通常都是随机脉冲序列。因为, 如果在数字通信系统 中所传输的数字序列是确知的, 则消息就不携带任何信息, 通信也就失去了意义.
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。
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眼图的定义、原理及模型
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。
观察眼图的方法是：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像人的眼睛，故称为“眼图”。
从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。
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。
4.5.2 眼图形成原理及模型
1. 无噪声时的眼图
为解释眼图和系统性能之间的关系，图 4-21 给出了无噪声情况下，无码间串扰和有码间串扰的眼图。
：可以从中看出码间串扰的大小和
图 4-22 眼图的模型
（ 1 ）最佳抽样时刻应在“眼睛” 张开最大的时刻。
（ 2 ）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。
斜率越大，对定时误差就越灵敏。
（ 3 ）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。