通信原理中眼图的应用
通信原理课程教案实验四数字同步及眼图
实验四数字同步及眼图实验(理论课:教材第13章P404）实验内容1.位定时、位同步提取实验2.信码再生实验3.眼图观察及分析实验4.仿真眼图观察测量实验一、实验目的1.掌握数字基带信号的传输过程。
2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
3.学会观察眼图及其分析方法。
二、实验电路工作原理（一）、眼图概念一个实际的基带传输系统，尽管经过十分精心的设计，但要使其传输特性完全符合理想情况是不可能的。
码间干扰是不可能完全避免的，码间干扰问题与信道特性、发送滤波器、接受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十分困难，尤其是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。
在码间干扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析，就是想得到一个近似的结果都是十分繁杂的。
那么，怎样来衡量整个系统的传输质量呢? 眼图，就是一种可以直观地、方便地估价系统性能一种方法。
这种方法具体做法是：用一个示波器接在接受滤波器的输出端，然后调整示波器水平扫描周期，使其与接受码元的周期同步。
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。
所谓眼图是指示波器显示的这种图像。
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，它很像一只人的眼睛而得名。
如图4－3所示。
（二）、同步信号的作用与电路工作原理数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要位同步。
实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法。
另一类是自同步法。
所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号，到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法，就是在发端并不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的位同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
实验五眼图
实验五眼图一、实验目的：1、理解受限信道上的数据传输率；2、观察眼图，分析不同参数设置对眼图的影响。
二、实验原理当一个信号通过一个受限的信道时，它的波形将发生变化。
如图5-1所示，当数据传输率提高时，波形的失真也增大，甚至使得数据不能传输。
图5-1 受限信道中的波形的前后变化眼图通常用于实时观察一个数字数据序列，它能够表达出很多有关传输质量的信息，而做这些仅一个常用的示波器和一位时钟序列就可以了。
通过观察眼图，可以测量出传输的质量及接收到的数据中发生错误的可能性。
其原理图如图5-2所示：图5-2 眼图产生的原理一个典型的眼图通常是用来显示传输在一个受限信道上的二进制序列，而这个受限的信道是忽略了噪音的。
如图5-3所示：图5-3眼图三、实验设备1、主机TIMS-301F2、TIMS基本插入模块（1）TIMS-153序列产生器（Sequence generator）（2）TIMS-148音频振荡器（Audio Oscillator）（3）TIMS-153 可调低通滤波器（Tuneable LPF）3、计算机4、PICO虚拟设备四、实验步骤：1、将TIMS系统中的音频振荡器（Audio Oscillator）、序列产生器（Sequencegenerator）、可调低通滤波器（Tuneable LPF）三个模块按图5-4连接。
2、PICO软件的设置：打开PICO软件，设置眼图参数。
在“Settings”菜单中选择“Options”选项，如下图所示：在弹出的窗口菜单中，在“Scope options”里的“Data to display”项选择“Accumulate”。
如下图所示：在Trigger项中应作如下图的设置：2、顺时针设置可调低通滤波器（Tuneable LPF）上的TUNE 和GAIN按钮，使其调至最大选择WIDE带宽模式。
根据设置的参数，观察波形幅度的最大最小值，“眼”张开的最大最小值、码元的宽度、过0点的宽度、幅度畸变的范围。
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。
什么是眼图
什么是眼图眼图，是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。
本文将带领大家了解PCB上的眼图是什么，眼图是怎样形成的，眼图中包含有哪些信息，如何根据眼图情况分辨信号质量。
想看懂示波器眼图需要掌握以下4点：一、什么是眼图？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。
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。
二、眼图是怎么形成的？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。
如下图。
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。
三、眼图中包含的信息有哪些？对于一幅真实的眼图，如下图，首先我们可以看出数字波形的平均上升时间(RiseTime)、下降时间(FallTime)、上冲(Overshoot)、下冲(Undershoot)、门限电平(Threshold/CrossingPercent)等基本的电平变换的参数。
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。
眼图测量的概念
眼图测量的概念眼图测量是一种用于分析和评估数字通信系统的技术。
在数字通信中，信息以数字信号的形式传输，而数字信号由一系列离散的样本组成。
眼图测量通过显示和分析这些样本的时域波形，从而提供关于系统性能的重要信息。
在眼图中，每个数字信号样本被绘制为一个脉冲，这些脉冲被垂直堆叠在一起形成一个图像，类似于一个开放的眼睛。
每个脉冲代表着一个时刻的信号状态，而整个眼图则显示了多个时刻的信号状态的叠加。
通过观察眼图的形状、宽度和高度等特征，可以获得关于系统的多种信息。
眼图主要提供以下几个方面的信息：1. 时基抖动：眼图的开口宽度可以反映系统的时基抖动性能。
时基抖动是由于时钟不准确或传输路径中的噪声引起的，它会导致样本位置的不确定性。
如果眼图的开口很窄，意味着系统中存在较大的时基抖动，这可能会导致信号误码率的增加。
2. 眼图的对称性：眼图的对称性可以反映系统的码间干扰情况。
如果眼图两边的形状不对称，即开口宽度不一致，可能表明系统中存在码间干扰或码间失配。
码间干扰会导致信号间的互相干扰，增加误码率。
3. 眼图的噪声水平：眼图的噪声水平可以反映系统的噪声性能。
噪声会导致信号波形的不规则性和抖动，从而影响系统的可靠性和性能。
通过观察眼图的噪声水平，可以评估系统的抗噪声性能。
4. 采样时刻偏移：眼图可以显示信号采样时刻的偏移情况。
采样时刻偏移会导致信号样本的错位，从而影响信号的恢复和解调。
通过观察眼图的采样时刻偏移情况，可以判断系统是否存在采样时刻同步问题。
除了以上几个方面的信息，眼图还可以用于估计信号的传输带宽、检测系统中的串扰和非线性等问题。
通过对眼图的仔细分析，可以发现可能存在的问题，并采取相应的调整和优化措施，以提高系统的性能和稳定性。
眼图测量可以使用专用的示波器、时钟回路、采样仪等设备进行。
这些设备可以通过触发和同步功能来捕获和显示眼图。
通过调整样本时钟、增加采样速率、降低噪声等措施，可以改善眼图的质量和可读性，并获得更准确的眼图测量结果。
眼图的概念
眼图的概念眼图是指在频谱分析中常出现的一种信号特征，通常用来表示信号的带宽与中心频率。
它是通过对信号进行傅里叶变换后，在频域中观察信号的频谱特征得到的。
眼图主要用于对数字通信系统中的时域信号进行分析和评估，以了解信道传输性能和判断系统的可靠性。
眼图的原理是基于信号的采样和重构过程。
当信号经过采样和重新构造后，得到的信号会受到噪声和其他干扰的影响，因此在信号的波形上会出现一定的失真和扭曲。
而眼图可以通过观察信号的波形特征来判断信号的质量和误码率等性能指标。
眼图的基本形状是一串类似于“眼睛”的波形，其中包含了信号的多个周期。
在眼图中，通常可以观察到信号的上下垂直边界和左右水平边界，它们分别代表了信号的幅度和时间轴。
而眼图中的开口宽度和深度则代表了信号的峰-峰值（也即电平差）和噪声信号。
眼图的开口宽度反映了信号的峰-峰值。
如果开口很窄，代表峰-峰值很小，即信号的幅度很小。
而如果开口很宽，代表峰-峰值较大，即信号的幅度较大。
通过对眼图开口宽度的观察，可以判断信号的灵敏度和抗干扰能力。
眼图的深度则反映了信号中的噪声。
如果眼图深度很浅，代表噪声信号很小，即信号的质量很好。
而如果眼图深度很深，代表噪声信号很大，即信号的质量较差。
通过对眼图深度的观察，可以判断信号的信噪比和误码率。
眼图的另一个重要特征是眼图的跳动，即眼图上各个周期的变化。
这种跳动反应了信号在传输过程中的时钟偏移和抖动等问题。
通过对眼图跳动的观察，可以判断信号的时钟同步性和时钟失真程度。
眼图的分析主要通过眼图的偏移、闭合度和对称性等指标进行。
眼图的偏移表示了信号的直流偏移情况，可以判断信号的偏置和直流分量。
眼图的闭合度表示了信号的完整性，可以判断信号的时钟同步性和时延扩大情况。
而眼图的对称性表示了信号的对称性，可以判断信号的相位和频率稳定性。
在实际应用中，眼图常用于数字通信系统的调试和优化。
通过对眼图进行分析，可以发现系统中的时钟同步问题、噪声干扰问题和时域失真问题等，并采取相应的措施进行改进和优化。
实验四 光纤通信系统测量中的眼图分析方法测试实验
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VV 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。
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通信原理中眼图的应用
什么是眼图
眼图是通信原理中用于评估和分析数字信号质量的重要工具。
它通过对数字信号的采样和显示，以一种直观的方式展示信号的稳定性和失真情况。
眼图通常用于分析和判断数字通信系统的性能，并对其中的问题进行诊断和调试。
眼图的生成过程
1.信号采样：在生成眼图之前，需要对数字信号进行采样。
采样过程
中，根据信号的时钟信号来确定采样时机，通常使用快速采样仪来进行高速、精确的采样。
2.信号显示：采样后的信号会通过一个显示设备进行展示。
在传统的
眼图中，信号通常会被划分为许多由采样点组成的窗口，然后通过展示这些窗口来形成眼图。
现代的眼图仪器一般都具备高分辨率的显示屏，可以直接以高质量的图像形式呈现眼图。
3.眼图优化：在生成眼图之后，可能需要对眼图进行一定的优化。
例
如，可以通过调整采样时机、增加采样点数等方式来改善眼图的质量。
这样可以更清晰地观察到眼图中的细节，有助于对信号质量进行更准确的评估。
眼图的应用
眼图作为一种直观的信号展示方式，在通信原理中具有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：
1. 信号质量评估
眼图可以直观地显示信号的稳定性和失真情况。
通过对眼图的观察可以判断信号是否存在幅度失真、时钟抖动、时序偏移等问题，评估信号的质量是否符合预期要求。
这对于设计和优化数字通信系统至关重要。
2. 噪声分析
眼图可以帮助分析信号受到的噪声干扰情况。
通过观察眼图的展开，可以判断信号在传输过程中受到的各种噪声的影响程度，进而进行噪声的分析和统计。
这对于优化传输链路、提高传输性能非常有帮助。
3. 时钟同步评估
眼图中的时钟信号是通过采样时机生成的，所以眼图展示的时钟信息非常直观和准确。
通过眼图可以观察时钟信号的稳定性和抖动情况，进而评估时钟同步的精度和可靠性。
对于需要精确时序的通信系统，这是一个非常有用的工具。
4. 相位偏差分析
眼图中的时钟信息还可以用于分析信号的相位偏移情况。
通过观察眼图中的相位偏移，可以评估信号传输中的相位稳定性和补偿需求。
这对于设计和调试相干通信系统尤为重要。
5. 信号间干扰检测
在复杂的通信系统中，信号间可能存在干扰。
通过观察眼图，可以清晰地发现信号间的干扰现象。
这对于干扰源的定位和排除非常有帮助。
总结
眼图作为通信原理中的重要工具，主要用于评估和分析数字信号的质量。
通过对眼图的展示和分析，可以判断信号的稳定性、失真情况、噪声干扰、时钟同步、相位偏移以及信号间干扰等问题。
在设计、优化和调试通信系统中，眼图具有重要的应用价值。