教學(xué)設(shè)備

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 學(xué)會(huì)觀察眼圖及其分析方法

二、數(shù)字通信原理實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)電路工作原理
    我們知道衡量整個(gè)通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，最直觀的方法就是用眼圖來(lái)觀察傳輸畸變和噪聲干擾。
    我們知道，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變，信號(hào)通過(guò)信道后，也會(huì)引入噪聲和干擾，也就是說(shuō)，總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在碼間串?dāng)_和噪聲同時(shí)存在情況下，系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評(píng)價(jià)實(shí)際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進(jìn)行分析。
    眼圖可以直觀地估價(jià)系統(tǒng)的碼間干擾和噪聲的影響，是一種常用的測(cè)試手段。
    什么是眼圖?
    所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出的基帶信號(hào)，以碼元定時(shí)作為同步信號(hào)在示波器屏幕上顯示的波形。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來(lái)。因?yàn)閷?duì)于二進(jìn)制信號(hào)波形，它很像人的眼睛的過(guò)程眼圖。
    在圖12-1中畫(huà)出兩個(gè)無(wú)噪聲的波形和相應(yīng)的“眼圖”，一個(gè)無(wú)失真，另一個(gè)有失真(碼間串?dāng)_)。
圖12-1中可以看出，眼圖是由虛線分段的接收碼元波形疊加組成的。眼圖中央的垂直線表示取樣時(shí)刻。當(dāng)波形沒(méi)有失真時(shí)，眼圖是一只“完全張開(kāi)”的眼睛。在取樣時(shí)刻，所有可能的取樣值僅有兩個(gè)：+1或-1。當(dāng)波形有失真時(shí)，在取樣時(shí)刻信號(hào)取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分閉合。這樣，保證正確判決所容許的噪聲電平就減小了。換言之，在隨機(jī)噪聲的功率給定時(shí)，將使誤碼率增加。“眼睛”張開(kāi)的大小就表明失真的嚴(yán)重程度。
為便于說(shuō)明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡(jiǎn)化成圖12-2的形狀。
由此圖可以看出：(1)最佳取樣時(shí)刻應(yīng)選擇在眼睛張開(kāi)最大的時(shí)刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對(duì)定位誤差愈敏感；(3)在取樣時(shí)刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號(hào)失真量；(4)在取樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決；(5)陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點(diǎn)位置變動(dòng)范圍，它對(duì)于從信號(hào)平均零點(diǎn)位置提取定時(shí)信息的解調(diào)器有重要影響。實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖如圖12-3所示。
衡量眼圖質(zhì)量的幾個(gè)重要參數(shù)有：
   1.眼圖開(kāi)啟度(U-2ΔU)/U
指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度“張開(kāi)”的程度。無(wú)畸變眼圖的開(kāi)啟度應(yīng)為100%。


                      圖12-1  無(wú)失真及有失真時(shí)的波形及眼圖
                        (a) 無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)波形；無(wú)碼間串?dāng)_眼圖
                        (b) 有碼間串?dāng)_時(shí)波形；有碼間串?dāng)_眼圖

 


圖12-2   眼圖的重要性質(zhì)
   其中U=U++U-  
  2.“眼皮”厚度2ΔU/U
    指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比，無(wú)畸變眼圖的“眼皮”厚度應(yīng)等于0。
  3.交叉點(diǎn)發(fā)散度ΔT/T
    指眼圖過(guò)零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無(wú)畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散度應(yīng)為0。
  4.正負(fù)極性不對(duì)稱(chēng)度   
指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度的不對(duì)稱(chēng)程度。無(wú)畸變眼圖的極性不對(duì)稱(chēng)度應(yīng)為0。
最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時(shí)電平的影響無(wú)法在眼圖中得到完整的反映，因此，即使在示波器上顯示的眼圖是張開(kāi)的，也不能完全保證判決全部正確。不過(guò)，原則上總是眼睛張開(kāi)得越大，誤判越小。
在圖12-3中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。



圖12-3  實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.眼圖觀察及分析實(shí)驗(yàn)
2.仿真眼圖觀察測(cè)量實(shí)驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)步驟
1． 打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱右側(cè)電源開(kāi)關(guān)，電源指示燈亮。
2． 薄膜鍵盤(pán)選擇“PSK調(diào)制解調(diào)”中某個(gè)數(shù)字基帶信號(hào)。
3． 開(kāi)關(guān)J701的1-2腳相連，將CPLD的可編程信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的32Kbit/s數(shù)字基帶信號(hào)直接送入眼圖電路，觀察TP708測(cè)量點(diǎn)的眼圖波形；
4． 開(kāi)關(guān)J701的2-3腳相連，將PSK解調(diào)模塊解調(diào)還原的數(shù)字基帶信號(hào)送入眼圖電路。
5． 調(diào)整好PSK調(diào)制解調(diào)電路，在PSK模擬傳輸信道中不加入噪聲的情況下（即K302的2-3腳連），觀察TP708測(cè)量點(diǎn)的眼圖波形；
6． 調(diào)整好PSK調(diào)制解調(diào)電路，在PSK模擬傳輸信道中加入噪聲（即K302的1-2腳連），慢慢調(diào)整噪聲信號(hào)的幅值（噪聲模塊中電位器W101），觀察TP708測(cè)量點(diǎn)，即受干擾信號(hào)的眼圖波形（注意噪聲幅度不要太大，否則PSK將無(wú)法解調(diào)出基帶信號(hào)）；
7． 低通濾波器電路如圖12-6。

五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明
1．TP705:為PSK解調(diào)電路的解調(diào)還原輸出的數(shù)字基帶信號(hào)。
2．TP708:為升余弦波波形，眼圖觀察測(cè)量點(diǎn)。
眼圖觀測(cè)方法：用示波器的一根探頭（觸發(fā)TRTIGGER檔）放在TP901上（同步時(shí)鐘），另一根探頭放在TP708上（數(shù)字基帶信號(hào)的升余弦波），調(diào)整示波器的掃描周期，使TP708的升余弦波波形的余輝反復(fù)重疊，則可觀察到眼圖波形；


眼圖波形如圖12-4所示。

  

圖12－4  觀測(cè)到的眼圖波形

升余弦波波形如圖12-5所示。


                
圖12-5   觀測(cè)到的升余弦波形



圖12-6 低通濾波器電原理圖
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1.分析電路的工作原理，敘述其工作過(guò)程。
2.敘述眼圖的產(chǎn)生原理以及它的作用。
3.繪出實(shí)驗(yàn)觀察到的眼圖形狀。