眼图的产生原理和它的应用
基于SystemView仿真下的眼图分析
1基带传输的基本原理在实际的通信系统中，很难完全消除码之间的串扰。
这主要是由于传输过程中传输系统的信号不稳定所致，使得波形存在变形、展宽，而且之前波形会出现长的拖尾现象，到观察码元的抽样时间点上，识别器会对结果出现错误判决。
对误码率的影响现在还没有找到数学上能处理的统计规律，还无法在这方面进行针对性的计算。
码间串扰如图1所示。
为了在实验室中测量基带传输系统的性能，使用示波器观察接收信号的常用方法是将示波器连接到接收滤波器的输出端，然后调整示波器的水平扫描周期以匹配示波器的水平扫描周期，与接收的符号周期和持续效果同步。
用于扫描的示波器的波形重叠，并且示波器屏幕上显示的结果看起来像人眼，这就是将其称为“眼图”的原因。
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。
基带信号与眼图如图2所示。
眼图是通过在示波器上叠加特定的数字信号而显示的图，它包含很多信息。
噪声的影响以及符号之间的对话在眼图中可见。
这些效果反映了数字信号的一般属性，因此，评估了整个系统的优缺点。
所以眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。
此外，眼图还可以用于调整接收滤波器的属性，以减少符号之间的串扰效应，并改善整个通信系统的传输性能。
眼图张开的大小反映了码间串扰的强弱。
眼睛越大，眼图越正确，符号之间的距离越小，反之符号之间的距离越大。
如果发生噪声，则噪声会叠加在信号上，眼图的轨迹会变得模糊。
如果有拦截码，“眼睛”或多或少会张开。
与代码之间没有交集相比，原始的细轨道明显平滑且变成模糊的条纹，并且标准化程度不高。
噪声越大，轨道越宽、越深，代码之间的交点越大，眼图的校正越少。
眼睛中的图像包含大量有价值的信息，可用于衡量数字信号传输系统性能的好坏，它可以显示接收过滤器的设置，以减少代码之间的间隔。
眼图如图3所示。
①最佳采样时刻是眼睛张开最大的时间。
②对时间误差的敏感度可以通过图表的斜边斜率来确定。
③在采样期间，【作者简介】赵瑄（1983-），女，吉林磐石人，实验师，从事通信工程、电子信息工程研究。
光纤通信实验报告
2．了解电话呼叫接续过程；3．掌握电话呼叫时的各种可闻信号音的特征； 4．了解记发器的工作过程； 5．掌握PCM 编译码原理；6．了解双光纤全双工通信的组成结构。
二、实验仪器1．光纤通信实验箱 2．20M 双踪示波器3．FC-FC 单模光跳线 2根 4．小型电话单机 2部 5．铆孔连接线 若干三、基本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。
电端机由电话用户接口电路A 、PCM 编译码A 、记发器电路、PCM 编译码B 、电话用户接口电路B 等组成，光信道为双光纤通信结构。
电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式，一种是原始语音信号，经过光纤直接进行传输；另一种方式是先把话音信号数字化，然后再经过光纤传输，目前使用最多的是PCM 编译码方式。
下面先介绍本实验平台上两路电话电路接口示意图。
图7.1.1 电话用户A 、B 结构示意图图7.1.2 电话用户A 、B 模拟光传输结构示意图（A 到B 单工）P601用户A用户BP804激光/探测器P201P205PCM 编码 PCM译码TP801/802P801P802P804用户B ：49P803PCM 编码 PCM译码P601P602P603P604TP601用户A ：48图7.1.3数字电话光纤通信基本组成结构示意图（一）电话接口电路原理介绍用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit —SLIC ）。
任何交换机都具有用户线接口电路。
根据用户电话机的不同类型，用户线接口电路（SLIC ）分为模拟用户接口电路和数字用户接口电路两种。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSHCT 功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC ），其余功能由集成模拟SLIC 完成。
观测眼图的电路工作原理
观测眼图的电路工作原理
观测眼图是一种用于观测数字通信系统中信号波形的图形显示工具，它可以显示出信号的幅度、时域位置和时钟周期等信息。
电路工作原理如下：
1. 输入信号：观测眼图通常是在数字通信系统接收端的输入端口处观测信号波形。
输入信号可以是数字信号或模拟信号。
2. 时钟提取：在观测眼图电路中，从输入信号中提取时钟信号是非常重要的一步。
时钟信号通常通过时钟恢复电路（例如，锁相环）提取出来，以确保观测到的波形是按照正确的时钟同步显示的。
3. 筛选和放大：观测眼图电路通常包含一些滤波和放大电路，以确保输入信号的高频成分和幅度能够被正确显示。
这些电路通常由带通滤波器和放大器构成。
4. 采样：观测眼图电路会在每个时钟周期的特定时刻对输入信号进行采样。
采样电路通常由一个采样保持电路和一个非线性比较器构成。
采样保持电路会在特定时刻将输入信号的幅度保持下来，然后通过非线性比较器将其转换为数字信号。
5. 显示：采样后的数字信号会通过数字显示电路转换为模拟信号，并传输到观测眼图的显示器上进行显示。
显示器通常是一个示波器或数字存储示波器，可以
以实时或采样模式显示信号波形。
观测眼图通常以带直角转角的“眼”型波形的方式显示。
眼图基本原理
DATA CLOCK
A clock is “recovered〞 from the incoming data at the receiver through a clock and data recovery circuit (CDR).
高速串行总线－数据传输过程中干扰因素增多
Tx + +
Ch2 Ch3 Ch4
Fbd/1667
恢复 时钟
20 dB/dec Golden PLL
Байду номын сангаас
来自被 选中的 通道
放大器/衰减器
锗化硅触发 系统
数据 采集 系统
显示器
独有的 锗化硅触发 系统
硬件时钟恢复产生的眼图
TDS6804B/P7380SMA DSP增强功能 XAUI Gb/s
眼图 测量 和统计
新型测试方法
Best error rate obtained when decision point is near center of the eye
PCross1 PCross2
眼图测量特征量
TCross1
PTop
TCross2
PBase Eye Aperture
P Values
PTopmean , the mean value of PTop PTopsigma , the standard dev of PTop PBasemean , mean value within aperture PBasesigma , std dev of PBase in aperture Pcrossmean , vertical mean of crossing pt.
眼图形成示意
自考通信原理--名词解释
码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组的距离，简称码距码间串扰：是由于系统传输总特性的非理想。
导致到当前码元的波形畸变、展宽，并使前面的波形出现很长的拖尾蔓延到当前码元的抽样时刻，从而对当前码元的判决造成干扰。
窄带随机过程：如果随机过程的频谱密度集中在中心频率F附近相对窄的频率范围，即满足，则称为窄带随机过程。
群同步：又称帧同步，是指在接收端产生与每“帧”、每“组”起止时刻相一致的同步时钟序列，以便对接收码元进行正确分组。
调制信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
编码信道：指发送端调制器输出端至接收端调制器输入端之间的部分，是用来研究调制与解调问题的，属于广义信道。
信道：是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。
信道容量：是指信道能够传输的最大平均信息速率。
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称为数字基带传输系统。
最佳基带传输系统：将消除了码间串扰并且误码率最小的基带传输系统称为最佳基带传输系统。
数字带通传输系统：把包括调制和解调过程的数字传输系统称为数字带通传输系统。
数字基带信号：未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。
最佳接收机：指在差错概率最小准则下得到的最佳接收系统。
量化噪声：量化输出电平和量化前的抽样值一般不同，两者之间存在误差，这个误差称为量化噪声。
能量信号：若一个信号的能量E是一个正的有限值，则称此信号位能量信号。
差分相移键控：为克服绝对相移键控的相位模糊，差分相移键控就是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。
相对移相键控：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。
角度调制：指高频载波的频率或相位按照基带信号的规律而变化的一种调制方式，是一种非线性调制，已调信号的频谱不再保持原理基带频谱的结构。
数字调制：是指用数字基带信号控制载波的某些参数，将数字基带信号变化为数字带通信号的过程。
示波器眼图看不懂？那是因为你不懂这4点……
示波器眼图看不懂？那是因为你不懂这4点……在进行PCB设计的过程中，经常会出现眼图，那么眼图对设计所产生的影响是什么呢？在定义上，眼图是指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。
为了帮助广大PCB设计工程师们进一步了解PCB中的眼图，如何形成以及所包含的信息以及如何根据眼图的情况来对信号质量进行分辨等，本文对此进行了详细的讲解。
对眼图的理解并不复杂，只要掌握了以下4点即可对其内容进行掌握。
01什么是眼图？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。
02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。
【精选】光发射机、接收机指标测试
实验一 光发射机指标测试一、实验内容：1.测试数字光发端机的平均光功率2.测试数字光发端机的消光比3.绘制数字光发端机的P-I 特性曲线二、实验目的：1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法3.了解数字光发端机的消光比的指标要求4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法三、实验仪器：LTE-GX-02E 型光纤通信实验系统、示波器、光功率计、万用表、FC-FC 光跳线。
四、实验原理：光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线、消光比（EXT ）和平均光功率。
1.半导激光器的P-I 特性曲线测试半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。
当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时 ，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系．图 1 半导体激光器P-I 曲线示意图2．消光比（EXT ）的测试光比定义为： ，式中00P是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为00P ,它将由直流偏置电流b I 来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
因此，从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当b I 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影响，因此，必须全面考虑b I 的影响，一般取b I =(0.7～0.9)Ith (Ith 为激光器的阈值电流)。
001110lgP EXT P 11P bI3．平均光功率光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
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。
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眼图的产生原理和它的应用
什么是眼图
眼图是一种用于显示数字信号质量的图形化表示方法。
它可以帮助工程师分析和诊断数字通信系统中的时域和频域问题，通过观察眼图的形态变化，可以推断出信号的质量和稳定性。
眼图的产生原理
眼图的产生原理涉及到信号的采样和时钟恢复。
在数字通信系统中，时钟恢复是非常重要的步骤，它用于恢复出正确定时的时钟信号，使得接收者能够正确解读数字信号。
眼图是通过对连续时间波形进行采样，并在特定时间点上对所有波形进行重叠显示而生成的。
在采样过程中，通常选择位于眼睛中间的点，并将其表示为眼图的中心。
每个采样点处的波形称为一个“眼”，因此眼图实际上是一系列不同的“眼”形成的。
眼图的应用
眼图在数字通信系统中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：
1.数字信号质量分析：通过观察眼图的形态，可以判断信号的时钟抖
动、噪声干扰和失真情况。
例如，如果眼图出现闭合不完整或扭曲的情况，说明信号存在时钟抖动或失真现象，需要进一步分析和调整。
2.高速传输系统的优化：在高速数字通信系统中，眼图可以帮助工程
师识别和调整时钟恢复电路、等化器和时钟恢复算法等关键部件，以最大限度地提高系统的传输性能和可靠性。
3.误码率测试：通过对眼图的分析，可以计算得到误码率等重要的数
字指标。
工程师可以根据误码率来评估和改进数字信号的质量，提高系统的可靠性和性能。
4.通信系统设计和故障分析：在通信系统的设计阶段，眼图可以帮助
工程师评估各种设计方案的性能，并选择最佳解决方案。
在故障分析中，眼图可以提供有价值的线索，以快速定位和解决问题。
总之，眼图作为一种直观、可视化的分析工具，在数字通信系统的设计、优化和故障排查中发挥着重要作用。
结论
眼图是一种用于显示数字信号质量的图形化表示方法，通过对连续时间波形进行采样和重叠显示，可以直观地分析信号的质量和稳定性。
眼图在数字通信系统中具有广泛的应用，包括信号质量分析、高速传输系统的优化、误码率测试以及通信系统设计和故障分析等。
随着通信技术的不断发展，眼图在数字通信领域的应用也将进一步扩展和深入。