数字信号基带传输系统实现及眼图的观察
(完整word版)使用matlab绘制眼图.docx
使用 matlab 绘制数字基带信号的眼图实验一、实验目的1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理，掌握基带升余弦滚降系统的实现方法；2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下，不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度；3、熟悉 MATLAB语言编程。
二、实验原理和电路说明1、基带传输特性基带系统的分析模型如图3-1 所示，要获得良好的基带传输系统，就应该a n t nT s基带传输a n h t nT sn n抽样判决H ( )图 3-1基带系统的分析模型抑制码间干扰。
设输入的基带信号为a n t nT s， T s为基带信号的码元周期，则经过n基带传输系统后的输出码元为a n h t nT s。
其中nh(t )1H ()e j t d（3-1 ）2理论上要达到无码间干扰，依照奈奎斯特第一准则，基带传输系统在时域应满足：，k 0h( kT s)(3-2)0,k为其他整数频域应满足：T s，T s(3-3)H ( )0,其他H ( )T sT sT s图 3-2 理想基带传输特性此时频带利用率为2Baud / Hz , 这是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。
由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格定时时，码间干扰就可能较大。
在一般情况下，只要满足：2 i H2 2 ,(3-4)HH ( ) HT s iT sT sT sT s基带信号就可实现无码间干扰传输。
这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。
从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性H ( ) 时是适宜的。
1 sinT s ( ) , (1 ) (1 )2T sT sT sH ( )1, (1 ) 0(3-5)T s0,(1 )T s这里称为滚降系数，1。
所对应的其冲激响应为：sin tcos( t T s )h(t )T s (3-6)t 1 4 2t 2 T s 2T s此时频带利用率降为 2 / (1 ) Baud/ Hz ，这同样是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。
数字基带传输系统PPT课件(通信原理)
,最高频带利
设系统频带为W (赫), 则该系统无码间 干扰时的最高传输速率为2W (波特)
21
当H(ω)的定义区间超过
时,满足
奈奎斯特第一准则的H(ω)不只有单一的解.
22
将
圆滑处理(滚降),只要
对W1呈奇对称,则 一准则.
满足奈奎斯特第
滚降因数
23
按余弦滚降的 表示为
当α=1时, 带宽比α=0加宽一倍, 此时,频带利用率为1B/Hz 24
译码:V是表示破坏极性交替规律的传号,V是破坏点,译码时,找 到破坏点,断定V及前3个符号必是连0符号,从而恢复4个连0码, 再将-1变成+1,便得到消息代码.
13
5.3 基带脉冲传输与码间干扰
基带系统模型
d(t)
GT（ω）
C（ω） s(t)
发送滤波器 传输信道
发送滤波器输入
r(t)
+ GR（ω）
破坏极性交替
AMI码含有冗余信息，
规律
具有检错能力。
缺点 与信源统计特性有关，功率谱形状 随传号率（出现“1”的概率）而变化。
出现连“0”时，长时间不出现电平 跳变，定时提取困难。
11
归一化功率谱
P=0.5 P=0.4
HDB3 AMI
1
fT
能量集中在频率为1/2码速处,位定时频率(即码速频率)分量 为0,但只要将基带信号经全波整流变为二元归零码,即可得 12 位定时信号.
第k个接收 基本波形
17
码间干扰
随机干扰
5.4 无码间干扰的基带传输特性
基带传输特性
识别
h(t) 为系统
的冲激响应
18
当无码间干扰时, 对h(t)在kTs抽样,有:
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。
眼图观察测量实验
实验12 眼图观察测量实验一、实验目得1、学会观察眼图及其分析方法,调整传输滤波器特性。
二、实验仪器1、眼图观察电路(底板右下侧)2.时钟与基带数据发生模块,位号:G 3.噪声模块,位号E 4.100M双踪示波器1台三、实验原理在整个通信系统中,通常利用眼图方法估计与改善(通过调整)传输系统性能。
我们知道,在实际得通信系统中,数字信号经过非理想得传输系统必定要产生畸变,也会引入噪声与干扰,也就就是说,总就是在不同程度上存在码间串扰。
在码间串扰与噪声同时存在情况下,系统性能很难进行定量得分析,常常甚至得不到近似结果。
为了便于评价实际系统得性能,常用观察眼图进行分析。
眼图可以直观地估价系统得码间干扰与噪声得影响,就是一种常用得测试手段。
什么就是眼图?所谓“眼图”,就就是由解调后经过接收滤波器输出得基带信号,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得波形称为眼图。
干扰与失真所产生得传输畸变,可以在眼图上清楚地显示出来。
因为对于二进制信号波形,它很像人得眼睛故称眼图。
在图12-1中画出两个无噪声得波形与相应得“眼图”,一个无失真,另一个有失真(码间串扰)。
图12-1中可以瞧出,眼图就是由虚线分段得接收码元波形叠加组成得。
眼图中央得垂直线表示取样时刻。
当波形没有失真时,眼图就是一只“完全张开”得眼睛。
在取样时刻,所有可能得取样值仅有两个:+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得噪声电平就减小了。
换言之,在随机噪声得功率给定时,将使误码率增加。
“眼睛”张开得大小就表明失真得严重程度。
为便于说明眼图与系统性能得关系,我们将它简化成图12-2得形状。
由此图可以瞧出:(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大得时刻;(2)眼睛闭合得速率,即眼图斜边得斜率,表示系统对定时误差灵敏得程度,斜边愈陡,对定位误差愈敏感; (3)在取样时刻上,阴影区得垂直宽度表示最大信号失真量;(4)在取样时刻上,上下两阴影区得间隔垂直距离之半就是最小噪声容限,噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决;(5) 阴影区与横轴相交得区间表示零点位置变动范围,它对于从信号平均零点位置提取定时信息得解调器有重要影响。
眼图观察实验
眼图观察实验实验九眼图观察实验实验内容1、PN码/CMI码的眼图。
2、噪声、码间干扰对眼图的影响。
3、眼图的垂直张开度与水平张开度。
一、实验目的1、熟悉基带信号的眼图观察方法。
2、学会用眼图判断数字信道的传输质量。
3、分析眼图的垂直张开度与水平张开度。
二、眼图观察电路眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形，重叠在一起所构成的组合波形。
其形状类似一只眼睛故名眼图。
其形成是由于人眼的视觉暂留作用把随机信号在荧屏上反复扫描的波形复合起来。
眼图是用来观察数字传输系统是否存在码间干扰的最简单、直观的方法。
将示波器置于外同步状态，平台的输出时钟接往示波器的通道1，伪随机码接往示波器的通道2，缓慢调整示波器的“同步”旋钮，当时钟与信码的相位同步时即可在示波器屏幕上观察到眼图。
眼图的垂直张开度反映信码幅度的变化量，可用来表示系统的抗噪声能力，垂直张开度越大，抗噪声能力越强。
水平张开度则反映信码的码间干扰。
水平张开度越大，表示信码的码间干拢越小。
垂直张开度与水平张开度越大，越有利于信码再生器的判决，还原出来信码的误码率就越小。
Vt11垂直张开度E= 水平长开度E1= 0tV22V V 12 t 1 t 2图9-1 模型化眼图平台上专门设置有眼图观察电路，它是一级由运算放大器和RC网络组成的低通滤波器，把输入数字信号的高频分量滤除，得到一个模拟的升余弦波，以获得眼图观察效果。
输入的PN码数字信号由U101 CDLD可编程模块二内的数字信号产生电路产生，经过 U101 CPLD可编程模块二 70 CMI码 34 产生电路 35 5 36 31 PN2 2KB/S PN 32 码产生电路CMIOUTCMI MCMI 数字信号眼图FCMI 测试点测试点TP902 TP903 HPN2 FPN2 眼 HPN2 CMI码 1 图 HPN32 2 PN32 3 K02 观 FPN32 察 HC1 1KHz方波电产生电路 FC1 路 HC2 FC2 32KHz方波产生电路 U301 U302 FPGA可编程模块一 39 CMI码产生电路 47 2KB/S PN 码产生电路 48 32KB /S PN 码产生电路 ? ? ? ? 图9-2 眼图观察方框图 ? ? FPGA/CPLD模块选择开关K01和PN码/CMI码选择开关K02的3~2送入眼图观察电路。
数字基带传输系统实验
实验三数字基带传输系统实验一．实验目的：1．了解数字基带传输系统的组成和实时工作过程；2．加深理解时域均衡系统的工作原理，基本特点及均衡器的主要作用；3．学会按给定的均衡准则调整，观测均衡器的方法。
二．实验内容：1．在数字基带信号为单脉冲波形—“测试信号”时, 按“迫零调整准则”，手动调整均衡器的各抽头系数，获得最佳均衡效果；2．在数字基带信号为伪随机序列—“信码”时，按“眼图最大准则”，手动调整均衡器的各抽头系数，获得最佳均衡效果；3．改变信道特性后，重复1，2两内容。
三．实验仪器：1．COS5020型双踪示波器一台；2．双路稳压电源一部；3．数字基带传输实验系统一套。
四．实验组成框图和电路原理图：图1 数字基带传输系统的组成框图数字基带传输系统的组成框图如图1所示，它是一个较完整的数字基带传输系统。
信号源产生19.2 KHz 的基带信号时钟，经过乘4之后，提供均衡器所需的两个互补驱动时钟76.8 KHz 。
显然本实验系统的基带速率为19.2 Kbit/s。
测试信号和信码发生器按19.2KHz的时钟节拍，分别产生测试单脉冲波形及63位M序列，两种码分别作为均衡的对象，通过开关K予以选择。
可变信道滤波器是在实验室条件下用来模拟传输信道特性的，改变电位器即可改变滤波器的传输函数特性，进而模拟信道特性的变化。
均衡器是借助横向滤波器实现时域均衡的，它由延迟单元，可变系数电路和相加器三部分组成，如图2所示。
图2 横向滤波器图2中，横向排列的延迟单元是由电荷转移器件完成的。
本实验所采用的是国产斗链器件BBD（Bucret Brrgades Device）,它有32个延迟抽头输出端，因为我们抽样频率为76.8KHz是基带信号19.2 Kbit/s的4倍，故取6，10，14，18，22，26，30等七个抽头输出端。
理论上讲，抽头数目越多就越能消除码间串扰的影响，但势必会增加调整的难度。
且若变系数电路的准确度得不到保证，增加抽头数所获得的效益也不会显示出来。
通原实验 基带传输及眼图观测
实验17 基带传输及眼图观测一、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、实验原理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17-1 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。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当信道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评估系统干扰的大小。
单极性数字基带信号功率谱及眼图的Matlab实现
单极性数字基带信号功率谱及眼图的Matlab实现1、实验目的通过Matlab实现单极性数字基带信号功率谱，并画出相应的眼图，以理解基带数据传输相关基本概念。
2、实验内容输入的单极性数字基带信号参数自定义。
输出结果包括：1）输入的单极性数字基带信号；2）眼图。
3、原理描述我仿真用的是最简单、最常用的基带信号形式：单极性不归零码。
这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，仿真中是随机产生的。
单极性不归零码的功率谱如下：P(f)=Ts4(sinπfTsπfTs)2+14δ(f)我就只画了连续谱。
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。
用drawnow能不断地将各个码元周期的波形叠在一起，从而画出眼图的效果。
4、matlab程序及注释function [] = danjixing()Ts = 1; %码元周期1s,1HzN = 20;dt = Ts/N; %画点间隔50msx = randint(1,1000,[0 1]); %随机产生1000个0或1的数x = sigexpand(x,N); %补零满足卷积要求，因为抽样，一个码元只传一个点figure;t = dt:dt:1000;plot(t,x);axis([0 20 -0.2 1.2]); %展示前20个码元%算功率谱n = 1:400;f = 2*n/400; %码元采样率4Hzy = (Ts/4)*sinc(pi*Ts.*f).^2;figure;plot(f,y);%假设传输信道是升余弦滚降，a是滚降系数a = 0.9999; %理想设成1为什么会有毛刺。
t = -3*Ts:dt:3*Ts;h = sinc(t/Ts).*(cos(a*pi*t/Ts))./(1-4*a^2*t.^2/Ts^2+eps);y = conv(x,h); %卷积t=-3*Ts:dt:(1000+3)*N*dt-dt;figure;plot(t,y);axis([0 20 -0.2 1.2]); %经过升余弦滚降系统后的码型t = 0:dt:7*N*dt-dt; %展示7个眼figure;for i = 2:49eye = y(i*N+1:(i+7)*N);drawnow; %重复画，关键函数plot(t,eye);hold on;end5、实验结果随机20个码：10101100000101110101的抽样值（横坐标0~19）单极性不归零码功率谱：经过滚降系统后的码型：眼图（展示7个），滚降系数等于1：滚降系数为0.5的眼图：滚降系数为0.25的眼图：可以发现，“眼镜”的闭合程度能体现信道的传输特性。
眼图分析方法
信号完整性分析基础系列之一“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）。
二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。
眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。
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：（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。
图一眼图（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。
信号完整性分析-眼图分析
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。 1.3 眼图参数定义 通过上述对眼图形成理论的分析，我们可以知道眼图中通常显示的是 1.25UI 的时间窗口，眼图 的形状各种各样，通过眼图的形状特点可以快速地判断信号的质量。因此，这里 有必要好好理 解下眼图的相关参数，从而可以根据这些参数来判别眼图的好坏，从而可以衡量系统的性能。 眼图相关的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平， “0”电平，消光比，Q 因 子，平均功率等，各个参数如下图中所示：
图 眼图信号交叉点比例关系 随着交叉点比例关系的不同，表示不同的信号 1 或 0 传递质量的能耐。如下图所示， 左边图形 为不同交叉比例关系的眼图，对应到右边相关的 1 及 0 脉冲信号。同时也可以了 解到在不同脉
冲信号时间的宽度与图交叉比例的关系。
图 不同眼交叉比与脉冲信号的关系 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。一般要求眼图交叉比为50%，即 以相同的信号脉冲 1 与 0 长度为标准，来作相关参数的验证。因此，根据眼交叉比关系的分 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振幅损失分析。 例如，眼交叉 比过大，即传递过多 1 位准信号，将会依此交叉比关系来验证信号误码、屏蔽及其极限值。眼 交叉比过小，即传递过多 0 位准信号，一般容易造成接收端信号不易从其中抽取频率，导致无 法同步，进而产生同步损失。 （3）信号上升时间与下降时间 一般测量上升及下降时间是以眼图占 20%～80%的部分为主，其中上升时间如下图，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信号上升斜率时间之换 算，计算公式如 下：
基带信号眼图实验 (2)
实验三 数字基带信号的眼图实验一、实验目的1、掌握无码间干扰传输的基本条件和原理，掌握基带升余弦滚降系统的实现方法；2、通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，并观察在输入相同码率的NRZ 基带信号下，不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度；3、熟悉MATLAB 语言编程。
二、实验预习要求1、复习《数字通信原理》第七章7.1节——奈奎斯特第一准则内容；2、复习《数字通信原理》第七章7.2节——数字基带信号码型内容；3、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤。
三、实验原理和电路说明1、基带传输特性基带系统的分析模型如图3-1所示，要获得良好的基带传输系统，就应该图3-1基带系统的分析模型抑制码间干扰。
设输入的基带信号为()nsna t nT δ-∑，sT 为基带信号的码元周期，则经过基带传输系统后的输出码元为()nsna h t nT -∑。
其中1()()2j th t H ed ωωωπ+∞-∞=⎰（3-1）理论上要达到无码间干扰，依照奈奎斯特第一准则，基带传输系统在时域应满足：10()0,s k h kT k =⎧=⎨⎩，为其他整数 (3-2)频域应满足：()0,ss T T H πωωω⎧≤⎪=⎨⎪⎩，其他 (3-3)图3-2 理想基带传输特性此时频带利用率为2/Baud Hz ,这是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。
由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格定时时，码间干扰就可能较大。
在一般情况下，只要满足：222(),s i s s s si H H H H T T T T T ππππωωωωω⎛⎫⎛⎫⎛⎫+=-+++=≤⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭∑ (3-4)基带信号就可实现无码间干扰传输。
这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。
从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性()H ω时是适宜的。
(1)(1)1sin (),2(1)()1,0(1)0,s s s s s s T T T T H T T ππαπαωωαπαωωπαω⎧⎡⎤-+--≤≤⎪⎢⎥⎣⎦⎪⎪-⎪=≤≤⎨⎪⎪+>⎪⎪⎩(3-5)这里α称为滚降系数，01α≤≤。
通信原理实验讲义(DOC)
南京工程学院教案【封面】南京工程学院教案【教学单元首页】南京工程学院教案【教学单元内容】实验一、AM模拟调制信号的产生与解调一、实验目的1、熟悉使用System View软件，了解各部分功能模块的操作和使用方法。
2、通过实验进一步观察、了解模拟信号AM调制、解调原理。
3、掌握AM调制信号的主要性能指标。
4、比较、理解AM调制的相干解调和非相干解调原理。
二、实验内容用System View构造一个AM调制、解调系统，观察各模块输出波形，了解AM调制系统的调制、解调原理，理解相干解调和非相干解调的区别，掌握AM调制信号的主要性能指标，即带宽和功率谱。
三、实验要求1、观察原始基带信号、已调信号、经过信道后加入噪声的已调信号以及解调信号的波形，理解AM调制系统的调制、解调原理。
2、观察以上四种信号的功率谱密度，理解它们之间的区别，说明原因。
3、观察以上四种信号的带宽，理解它们的之间的区别，说明原因。
4、调节噪声的大小，观察解调器输出波形的变化，说明原因。
5、比较相干解调和非相干解调，理解门限效应。
四、电路构成1、AM调制解调系统模型模块说明：Token3：产生原始基带信号，即周期性正弦波（参数设置：幅度＝1V，频率＝10HZ）。
Token1 ：AM调制器（参数设置：专业库中选择Comm——Modulators——DSB－AM，幅度＝1V，频率＝1000Hz）Token5：加法器Token6：产生高斯白噪声（参数设置：Source——Gauss Noise Std＝0.1V Mean=0V）Token8：乘法器Token9：产生载波信号，即周期性正弦波（参数设置：幅度＝1V，频率＝1000HZ）Token10、14：产生低通滤波器（参数设置：Operator——Filters/Systems——Linear SysFilters 选择Analog——Butterworth、Lowpass——Lowcutoff=50Hz）Token13：产生半波整流器（参数设置：Function——Non Linear——Half Rctfy）Token2、4、7、11、15：产生示波器系统定时设置：Start Time：0 ，Stop Time：0.6，Sample Rate：10000HZ五、实验结果1、原始基带信号波形2、AM调制后输出波形3、经过信道后加入噪声的波形4、经过相干解调后低通滤波器输出波形5、经过包络解调后低通滤波器输出波形6、原始基带信号功率谱7、AM调制信号功率谱8、经过相干解调后输出信号功率谱9、经过包络解调后输出信号功率谱南京工程学院教案【教学单元末页】南京工程学院教案【教学单元首页】南京工程学院教案【教学单元内容】实验二、数字信号基带传输系统实现及眼图的观察一、实验目的1、熟悉使用System View软件，了解各功能模块的操作和使用方法。
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.
systemview数字通信系统仿真实验四 实验报告
[实验四] 数字基带传输系统
一、实验目的
1、掌握数字基带信号传输的无失真条件。
2、掌握奈奎斯特第一准则。
3、掌握通过眼图分析法来衡量基带传输系统性能的方法。
二、实验内容
1、学习掌握数字基带信号传输的无失真条件。
2、通过仿真验证奈奎斯特第一准则。
3、通过仿真观测系统眼图。
三、实验结果分析
实验内容1：验证奈奎斯特第一准则仿真原理图：
图4-1验证奈奎斯特第一准则仿真原理图结果如下：
图4-2 输入信号的波形
图4-3 输出信号的波形
图4-4 输入信号与输出信号的波形叠加
图4-5 经过升余弦滤波器整形后的信号波形
图4-6 经过升余弦滤波器整形后的信号与原信号的叠加波形
结果分析：由输入信号与输出信号的波形叠加可观察到收发波形基本一致，加入一定幅度的噪声仍然能正常传输，奈奎斯特第一准则得到验证。
改变噪声幅度，错误波形可能增多。
实验内容2：用于观察眼图的基带传输系统仿真原理图：
结果如下：
图4-8 二元码眼图（噪声幅度为0.1V）
图4-9 二元码眼图（噪声幅度为1V）
图4-10 三元码眼图
图4-11 四元码眼图
结果分析：增大噪声幅度，眼图的“眼睛”张开的幅度变小，二进制信号传输时的眼图只有
一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”，传输四元码时，会显示三只“眼睛”。
眼图观察测量实验
实验六：眼图观察测量实验
一．实验目的
1．学会眼图观察与测量方法 2．学会利用眼图对传输特性进行调整 二．实验仪器
1．RZ8621D 实验箱一台 2．20MHz 双踪示波器一台 3．平头小起子一个 三．实验电路连接
CPLD PSK 解调FSK 解调
TP708
图6-1 眼图观察实验方框图
四．实验预习测量点说明
实验前请预习规格化眼图的五项重点参量的定义，及观察眼图时示波器连接方法。
1、位同步提取是采用CPLD 软件编程实现位脉冲的提取及码元再生。
眼图观察是通过改变低通滤波器的传递函数H(f)使眼图图形随之改变。
用CPLD 实现位同步提取的功能框图如图6-2所示。
图6-2 数字锁相法位同步提取框图
数字锁相环框图中，频率为Nf B 的晶振产生方波振荡经两并联的窄脉形成电路，形成的输出信号为反向的方波。
分别加到扣除门和附加门，扣除门为常开门，附加门为常闭门。
因。
第14讲 基带传输系统的抗噪声性能、眼图分析
判决门限电平，这个门限电平称为最佳门限电平。令
可得
dPe 0 dVd
Vd*
2 n
2A
ln
P(0) P(1)
当P(1) = P(0) = 1/2 时
f (x) 0
f (x)
1
A
p(0 / 1)
0
Vd
A
p(1 / 0)
x
Vd* 0 －－由图的阴影面积也可见。
通信原理
第5章 数字基带传输系统
这时，基带信号系统总的误码率为：
1
1
1
A
1
A
Pe
2
P(0 /1)
2
P(1/ 0)
[1 erf 2
(
)] erfc(
2 n 2
)
2 n
适用条件：双极性、最佳判决门限电平下，基带传输系统总的
误码率表示式。（最佳门限时，无须等概。） 单极性信号时：
最佳门限电平为：
Vd*
A 2
2 n
A
ln
P(0) P(1)
当P(1)
=
P(0)
=
1/2
时：
r
(t
)
A nR (t)， -A nR (t)，
发“1”,以p(1) 发“0”,以p(0)
抽样： r(kTb ) AAnRn(Rk(TkbT)b，)，
发“1”,以p(1) 发“0”,以p(0)
f1(r) f0 (r)
1
(r A)2
exp[
2 n
2
2 n
]
1
2 n
exp[
(r A)2
2
2 n
2) 若发的波形为单极性时，Vd*如何选取？
5.7 眼图[共2页]
![5.7 眼图[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/cf6d1af6af45b307e87197d8.png)
第5章 数字信号基带传输系统177当(0)(1)1/2P P ==时， d 2A V ∗= 这时，e 11erf 2P ⎡=−⎢⎣ （5.6-11） 式中，A 是单极性基带波形的峰值。
比较式（5.6-9）和式（5.6-11）可知，在单极性与双极性基带信号的峰值A 相等、噪声均方根值n σ也相同时，单极性基带系统的抗噪声性能不如双极性基带系统。
此外，在等概条件下，单极性的最佳判决门限电平为/2A ，当信道特性发生变化时，信号幅度A 将随之而变化，故判决门限电平也随之改变，而不能保持最佳状态，从而导致误码率增大。
而双极性的最佳判决门限电平为0，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变化，故能保持最佳状态。
因此，基带系统多采用双极性信号进行传输。
【例5-3】 某二进制数字基带系统所传送的是单极性基带信号，且数字信息“1”和“0”出现概率相等。
（1）若数字信息为“1”时，接收滤波器输出信号在抽样判决时刻的值1V A =，且接收滤波器输出噪声是均值为0，均方根值为0.2V 的高斯噪声，试求这时的误码率e P ；（2）若要求误码率e P 不大于510−，试确定A 至少应该是多少。
解：（1）用(1)P 和(0)P 分别表示数字信息“1”和“0”出现的概率，则(1)(0)0.5P P ==时，最佳判决门限为d 0.5V 2A V ∗==。
已知接收滤波器输出噪声是均值为0，均方根值为0.2V n σ=，误码率为3e 1erfc 6.21102P −==×（2）根据510e P −≤，即51erfc 102−≤ 求得8.53n A σ≥5.7 眼图从理论上讲，只要基带传输总特性()H ω满足奈奎斯特第一准则，就可实现无码间串扰传输。
但在实际中，由于滤波器部件调试不理想或信道特性的变化等因素，都可能使()H ω特性改变，从而使系统性能恶化。
为了使系统达到最佳，除了用专门精密仪器进行测试和调整。
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实验三数字信号基带传输系统实现及眼图的观察
一、实验目的
1、熟悉使用System View软件，了解各功能模块的操作和使用方法。
2、通过实验进一步掌握、了解数字基带传输系统的构成及其工作原理。
3、观察数字基带传输系统接受端的眼图，掌握眼图的主要性能指标。
二、实验内容
用System View建立一个数字基带传输系统仿真电路，信道中加入高斯白噪声（均值为0，均方差可调），分析理解系统各个模块的功能，并通过观察眼图，判断系统信道中的噪声情况。
三、实验要求
1、观察系统中各个模块的输出波形，并分析说明系统构成原理。
2、观察低通滤波器的输出波形的眼图，调节信道中噪声的大小，观察眼图变化。
3、比较抽样判决后的输出码元与原始码元有何不同，说明原因。
4、调节噪声大小，分析系统中是否产生误码，说明原因。
四、电路构成
模块说明：
Sink0：产生原始码元波形
Sink1：发送端基带信号形成器波形
Sink19：加入高斯白噪声后的波形
Sink20：经过低通滤波器后的输出波形
Sink21：经过抽样判决后的输出码元
参数设置：
Token4：Source――Noise/PN――Pn Seg（幅度1V，频率100HZ，电平数2，偏移0V，产生双极性不归零码，随机产生）
Token18：在专业库中选择Comm——Processors——P shape（Select pulse Shape ＝Rectangular，Time offset＝0，Width＝0.01s，产生矩形脉冲基带信号）
Token9：Source――Noise/PN――Gauss Noise（均值为0，均方差为0.01的高斯白噪声）
Token11：Operator――Filters/systems――Liner Sys Filters（Analog，Butterworth，No. of Poles=3，Low Cutoff＝100HZ，产生一个低通的Butterworth滤波器，用于对信道输出信号进行滤波）
Token12：Operator――Sample/Hold――Sample（Sample rate=100HZ，用于对滤波后的波形进行抽样，抽样速率等于码元速率）
Token13：Operator――Sample/Hold――Hold（Hold Value=Last Sample，Gain＝1，对抽样后的值延时一段时间，得到恢复后的数字基带信号）
Token14：Operator——Logic——Compare（Select comparison：a>=b True Output=1V，False Output＝-1V，对抽样值进行判决比较，得到输出码元波形）Token15：产生正弦信号，作为比较器的另一个比较输入（振幅＝0V，频率＝0Hz）眼图参数设置：Sink Calculator――style――slice――start＝0.01，Length＝0.03，在窗口中选择需要观察眼图的波形，点击OK，观察其眼图
系统定时设置：Start Time：0 ，Stop Time：0.5，Sample Rate：10000HZ
五、实验结果
1、原始基带信号
图1 原始基带信号
2、加入噪声后的基带信号（高斯白噪声，方差＝0.01）
图2 加入噪声后的基带信号
3、经过低通滤波器后的输出波形
图3 经过低通滤波器后的输出波形
4、经过抽样判决后的输出波形
图4 经过抽样判决后的输出波形
5、经过低通滤波器后输出波形的眼图
图5 经过低通滤波器后输出波形的眼图
六、思考题
1、观察低通滤波器的输出波形的眼图，调节信道中噪声的大小，观察眼图变化。
答：当高斯白噪声的噪声功率由0.01变成1时眼图变成如下图所示：
可知，噪声越大眼图越不清晰。
2、比较抽样判决后的输出码元与原始码元有何不同，说明原因。
答：由图1和图4可知，抽样判决后的输出码元比原始码元延迟了一段时间。
可能是系统存在延迟。
4、调节噪声大小，分析系统中是否产生误码，说明原因。
答：噪声加大时，抽样判决后的输出码元与原始码元会产生误码，即产生了误码。
原因是噪声加大，信噪比减小，导致抽样判出错。
七、实验体会
System View仿真的实验做完了，我发现看似简单的软件实际功能也很强大。
同时，当用它进行数字信号基带传输系统实现及眼图的观察时，我知道了许多以前很迷糊的东西。
它让我能够在学习理论知识的同时，脑中有更形象的了解，使专业知识更加清晰。
在实验过程及验收中，我也遇到了很多问题，通过查书，和向周边同学请教，让我把棘手的问题一个个解决了。
我觉得在生活中我们也会是这样，需要会用我们存在的资源，和珍惜拓展我们的人缘让我们在前进中互补。