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眼圖對基帶系統性能有什麼意義 眼圖抽樣注意事項介紹【圖文】

  在實際的通信系統中,數字信號經過非理想的傳輸系統必定要產生畸變,信號透過信道後,也會引入噪聲和幹擾,也就是說,總是在不同程度上存在碼間幹擾的。在碼間幹擾和噪聲同時存在情況下,系統性能很難進行定量的分析,常常甚至得不到近似結果。為了便於實際評價系統的性能,常用所謂“眼圖”。

  眼圖可以直觀地估價系統的碼間幹擾和噪聲的影響,是一種常用的測試手段。

  所謂“眼圖”,就是由解調後經過低通濾波器輸出的基帶信號,以碼元定時作為同步信號在示波器螢幕上顯示的波形。幹擾和失真所產生的傳輸畸變,可以在眼圖上清楚地顯示出來。因為對於二進制信號波形,它很象一只人的眼睛。

  在圖1中畫出兩個無噪聲的波形和相應的“眼圖”,一個無失真,另一個有失真(碼間串擾)。

  圖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刻。當波形沒有失真時,眼圖是一只“完全張開”的眼睛。在取樣時刻,所有可能的取樣值僅有兩個:+1或-1。當波形有失真時,在取樣時刻信號取值分布在小於+1或大於-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,在隨機噪聲的功率給定時,將使誤碼率增加。“眼睛”張開的大小就指明失真的嚴重程度。

  為便於說明眼圖和系統性能的關係,我們將它簡化成圖2的形狀。

  由此圖可以看出:(1)最佳取樣時刻應選擇在眼睛張開最大的時刻;(2)眼睛閉合的速率,即眼圖斜邊的斜率,表示系統對定時誤差靈敏的程度,斜邊愈陡,對定位誤差愈敏感;(3)在取樣時刻上,陰影區的垂直寬度表示最大信號失真量;(4)在取樣時刻上,上下兩陰影區的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限,噪聲瞬時值超過它就有可能發生錯誤判決;(5)陰影區與橫軸相交的區間表示零點位置變動範圍,它對於從信號平均零點位置提取定時資訊的解調器有重要影響。

  衡量眼圖品質的幾個重要參數有:

  1.眼圖開啟度(U-2ΔU)/U

  指在最佳抽樣點處眼圖幅度“張開”的程度。無畸變眼圖的開啟度應為100%。

  其中U=U + +U -

  2.“眼皮”厚度2ΔU/U

  指在最佳抽樣點處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比,無畸變眼圖的“眼皮”厚度應等於0。

  3.交叉點發散度ΔT/T

  指眼圖過零點交叉線的發散程度,無畸變眼圖的交叉點發散度應為0。

  4.正負極性不對稱度

  指在最佳抽樣點處眼圖正、負幅度的不對稱程度。無畸變眼圖的極性不對稱度應為0。

  最後,還需要指出的是:由於噪聲瞬時電平的影響無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的,也不能完全保證判決全部準確。不過,原則上總是眼睛張開得越大,實際判決越準確。所以,還是可以透過眼圖的張開度來衡量和比較基帶信號的品質,並以此為依據來調整信號在信道中的傳輸特性,使信號在通信系統信道中傳輸盡最大可能接近於最佳工作狀態。

  圖1 無失真及有失真時的波形及眼圖

  (a) 無碼間串擾時波形;無碼間串擾眼圖

  (b) 有碼間串擾時波形;有碼間串擾眼圖

  圖2 眼圖的重要性質

  眼圖是指利用實驗的方法估計和改善(透過調整)傳輸系統性能時在示波器上觀察到的一種圖形。觀察眼圖的方法是:用一個示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然後調整示波器掃描周期,使示波器水平掃描周期與接收碼元的周期同步,這時示波器螢幕上看到的圖形像人的眼睛,故稱 為 “眼圖”。從“眼圖”上可 以觀察出碼間串擾和噪聲的影響,從而估計系統優劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調整,以減小碼間串擾和改善系統的傳輸性能。

  眼圖 的 “眼睛” 張開的大小反映著碼間串擾的強弱。 “眼睛”張的 越大,且眼圖越端正,表示碼間串擾越小;反之表示碼間串擾越大。

  當存在噪聲時,噪聲將疊加在信號上,觀察到的眼圖的線跡會變得模糊不清。若同時存在碼間串擾 , “眼睛”將 張開得更小。與無碼間串擾時的眼圖相比,原來清晰端正的細線跡,變成了比較模糊的帶狀線,而且不很端正。噪聲越大,線跡越寬,越模糊;碼間串擾越大,眼圖越不端正。

  眼圖對於展示數字信號傳輸系統的性能提供了很多有用的資訊:可以從中看出碼間串擾的大小和噪聲的強弱,有助於直觀地了解碼間串擾和噪聲的影響,評價一個基帶系統的性能優劣;可以指示接收濾波器的調整,以減小碼間串擾。

  ( 1 )最佳抽樣時刻應 在 “眼睛” 張開最大的時刻。

  ( 2 )對定時誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大,對定時誤差就越靈敏。

  ( 3 )在抽樣時刻上,眼圖上下兩分支陰影區的垂直高度,表示最大信號畸變。

  ( 4 )眼圖中央的橫軸位置應對應判決門限電平。

  ( 5 )在抽樣時刻上,上下兩分支離門限最近的一根線跡至門限的距離表示各相應電平的噪聲容限,噪聲瞬時值超過它就可能發生錯誤判決。

  ( 6 )對於利用信號過零點取平均來得到定時資訊的接收系統,眼圖傾斜分支與橫軸相交的區域的大小,表示零點位置的變動範圍,這個變動範圍的大小對提取定時資訊有重要的影響。

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