數字基帶信號的眼圖實驗方案設計思路

胡嘉培 文海龍 楊睿杰 顧佐林

摘 要：本次課程設計主要研究了數字信號的基帶傳輸的基本概念及數字信號基帶傳輸的傳輸過程和如何用MATLAB軟件仿真編程實現數字基帶信號的眼圖實驗。主要需要掌握無碼間干擾傳輸的基本條件和原理，掌握基帶升余弦滾降系統的實現方法;通過觀察眼圖來分析碼間干擾對系統性能的影響，并觀察在輸入相同碼率的NRZ基帶信號下，不同濾波器帶寬對輸出信號碼間干擾大小的影響程度。

關鍵詞：數字基帶信號，眼圖實驗，MATLAB

1前言（緒論）

在數字通信系統中，未經調制的數字信號所占據的頻譜是從零頻或很低頻率開始，稱為數字基帶信號。數字基帶信號是數字信息的電波形表示，它可以用不同的電平或脈沖來表示相應的消息代碼。在實際系統中，完全消除碼間串擾是十分困難的，而碼間串擾對誤碼率的影響目前尚無法找到數學上便于處理的統計規律，還不能進行準確計算。為了衡量基帶傳輸系統的性能優劣，在實驗室中，通常用示波器觀察接收信號波形的方法來分析碼間串擾和噪聲對系統性能的影響，這就是眼圖分析法。眼圖是一系列數字信號在示波器上累積而顯示的圖形，它包含了豐富的信息，從眼圖上可以觀察出碼間串擾和噪聲的影響，體現了數字信號整體的特征，從而估計系統優劣程度，因而眼圖分析是高速互連系統信號完整性分析的核心。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，改善系統的傳輸性能。其實，基帶信號的眼圖形成原因是因為示波器的熒光顯示屏光跡在信號消失后需要—段時間才能消失，因此顯示在示波器上的是若干段的數字基帶波形的疊加，呈現出眼圖的形狀。

本次課程設計運用的仿真軟件是MALTAB軟件，我們通過查閱資料，來對數字基帶信號的眼圖實驗的各個運作流程進行了解學習，在分析汽車數字基帶信號的眼圖原理的基礎上，根據MATLAB仿真來進行仿真。

2基帶傳輸特性

模擬信號經過信源編碼得到的信號為數字基帶信號，將這種信號經過碼型變換，不經過調制，直接送到信道傳輸，稱為數字信號的基帶傳輸。基帶系統的分析模型如圖1所示，要獲得良好的基帶傳輸系統，就應該抑制碼間干擾。

由于理想的低通濾波器不容易實現，而且時域波形的拖尾衰減太慢，因此在得不到嚴格定時時，碼間干擾就可能較大。在一般情況下，只要滿足：

基帶信號就可實現無碼間干擾傳輸。這種濾波器克服了拖尾太慢的問題。

從實際的濾波器的實現來考慮，采用具有升余弦頻譜特性時是適宜的，所對應的其沖激響應為：

此時頻帶利用率降為，這同樣是在抽樣值無失真條件下，所能達到的最高頻率利用率。換言之，若輸入碼元速率，則該基帶傳輸系統輸出碼元會產生碼間干擾。

3眼圖

眼圖能直觀地表明碼間串擾和噪聲的影響，能評價一個數字基帶傳輸系統的性能優劣，因此可以把眼圖理想化為一個模型。

該圖表示的意義如下：

（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）對于利用信號過零點取平均來得到定時信息的接收系統，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范圍，這個變動范圍的大小對提取定時信息有重要的影響。

4仿真程序框架設計

此次仿真采用NRZ（雙極性不歸零碼），因為NRZ從統計平均的角度看“1”和“0”等概率時無直流分量，且接收端判決門限設在零電平，與接受信號電平波動無關，容易設置并且穩定，因此抗噪聲能力強，在傳輸中信號傳輸帶寬較窄。

結束語：

此次數字基帶信號的眼圖實驗采用升余弦滾降系統，升余弦滾降波形尾巴衰減快，由定時便宜造成的碼間串擾小，錯誤判決的可能性越小。數字基帶信號采用雙極性不歸零碼，此信號抗噪聲能力強，在傳輸中信號傳輸帶寬較窄。通過觀察眼圖來分析碼間干擾對系統性能的影響，滾降系數越大線跡越細，眼睛越清晰。信噪比越大、滾降系數越大、定時越精確，誤碼率越小、眼圖越清晰。并且這次實驗幫助我們熟悉了matlab語言的編碼。唯一不足的是，我自我感覺對仿真程序設計的代碼理解的并不是很透徹，只是參考了書上的仿真結果，希望自己能夠加深對代碼的理解。

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