基于SystemView仿真下的眼圖分析

【摘? 要】理論上，只要基帶發(fā)送功能滿(mǎn)足奈奎斯特準(zhǔn)則，就可以消除符號(hào)間的干擾。然而實(shí)際上，由于如符號(hào)之間的干擾和傳輸、接收濾波器特性、信道特性等因素，系統(tǒng)性能可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，除使用特殊工具外，實(shí)驗(yàn)者還希望在調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中進(jìn)行測(cè)試，可以使用工具和簡(jiǎn)單方法來(lái)測(cè)量整個(gè)通信系統(tǒng)的性能。眼圖分析方法是廣泛使用的實(shí)驗(yàn)方法。

【Abstract】In theory， as long as the base-band transmit function satisfies the Nyquist criterion， inter-symbol interference can be eliminated. However， in practice， the system performance may not achieve the desired goal due to factors such as inter-symbol interference and transmission， receive filter characteristics， channel characteristics， etc. In order to optimize the system performance， in addition to using special tools， the experimenter wants to test during commissioning and maintenance， and can use tools and simple methods to measure the performance of the whole communication system. The eye pattern analysis method is a widely used experimental method.

【關(guān)鍵詞】眼圖;仿真;碼間串?dāng)_

【Keywords】eye pattern; simulation; inter-symbol interference

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）03-0167-02

1 基帶傳輸?shù)幕驹?/p>

在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，很難完全消除碼之間的串?dāng)_。這主要是由于傳輸過(guò)程中傳輸系統(tǒng)的信號(hào)不穩(wěn)定所致，使得波形存在變形、展寬，而且之前波形會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)的拖尾現(xiàn)象，到觀(guān)察碼元的抽樣時(shí)間點(diǎn)上，識(shí)別器會(huì)對(duì)結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤判決。對(duì)誤碼率的影響現(xiàn)在還沒(méi)有找到數(shù)學(xué)上能處理的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，還無(wú)法在這方面進(jìn)行針對(duì)性的計(jì)算。碼間串?dāng)_如圖1所示。

為了在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量基帶傳輸系統(tǒng)的性能，使用示波器觀(guān)察接收信號(hào)的常用方法是將示波器連接到接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器的水平掃描周期以匹配示波器的水平掃描周期，與接收的符號(hào)周期和持續(xù)效果同步。用于掃描的示波器的波形重疊，并且示波器屏幕上顯示的結(jié)果看起來(lái)像人眼，這就是將其稱(chēng)為“眼圖”的原因。分析碼間串?dāng)_和噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響，這就是眼圖分析法?；鶐盘?hào)與眼圖如圖2所示。

眼圖是通過(guò)在示波器上疊加特定的數(shù)字信號(hào)而顯示的圖，它包含很多信息。噪聲的影響以及符號(hào)之間的對(duì)話(huà)在眼圖中可見(jiàn)。這些效果反映了數(shù)字信號(hào)的一般屬性，因此，評(píng)估了整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。所以眼圖分析是高速互連系統(tǒng)信號(hào)完整性分析的核心。此外，眼圖還可以用于調(diào)整接收濾波器的屬性，以減少符號(hào)之間的串?dāng)_效應(yīng)，并改善整個(gè)通信系統(tǒng)的傳輸性能。

眼圖張開(kāi)的大小反映了碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。眼睛越大，眼圖越正確，符號(hào)之間的距離越小，反之符號(hào)之間的距離越大。如果發(fā)生噪聲，則噪聲會(huì)疊加在信號(hào)上，眼圖的軌跡會(huì)變得模糊。如果有攔截碼，“眼睛”或多或少會(huì)張開(kāi)。與代碼之間沒(méi)有交集相比，原始的細(xì)軌道明顯平滑且變成模糊的條紋，并且標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。噪聲越大，軌道越寬、越深，代碼之間的交點(diǎn)越大，眼圖的校正越少。

眼睛中的圖像包含大量有價(jià)值的信息，可用于衡量數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)性能的好壞，它可以顯示接收過(guò)濾器的設(shè)置，以減少代碼之間的間隔。眼圖如圖3所示。

①最佳采樣時(shí)刻是眼睛張開(kāi)最大的時(shí)間。②對(duì)時(shí)間誤差的敏感度可以通過(guò)圖表的斜邊斜率來(lái)確定。③在采樣期間，眼圖上方和下方的陰影部分的垂直高度反映了信號(hào)的最大失真。④眼圖中心水平軸的位置應(yīng)與閾值決定的水平一致。⑤在采樣時(shí)，從最接近閾值的頂部和底部分支軌跡到閾值的距離表示每個(gè)相應(yīng)級(jí)別的噪聲容限。噪聲容限越大，電路的抗干擾性就越好。如果瞬時(shí)值超過(guò)噪聲容限值就可能發(fā)生誤判。⑥零交叉點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了與時(shí)間接收信息系統(tǒng)的同步。眼圖的對(duì)角分支與水平軸相交的區(qū)域的大小將替換為零區(qū)域，在許多設(shè)備中，從信號(hào)零的位置提取時(shí)間同步信息，這對(duì)于該設(shè)備的零點(diǎn)失真非常重要。

圖4為眼圖的原理方框圖，基帶信號(hào)進(jìn)入發(fā)送濾波器濾波，濾波后的信號(hào)在信道傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有噪聲加入，所以在接收端還要濾波，濾波后的信號(hào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出。

2 軟件仿真

本文通過(guò)SystemView仿真軟件建立了眼圖的形成模型，如圖5所示。0號(hào)是發(fā)送偽隨機(jī)碼的信源，2號(hào)是發(fā)出噪聲的噪聲源，通過(guò)1號(hào)將噪聲加入基帶信號(hào)，3號(hào)是低通濾波器，1、2、3號(hào)用來(lái)模擬頻帶受限的有擾信道，4號(hào)是抽樣器用來(lái)調(diào)整輸出采樣頻率以配合接收計(jì)算器來(lái)觀(guān)察眼圖。

運(yùn)行仿真后，首先看到的是信道無(wú)干擾時(shí)的眼圖，所示的線(xiàn)跡是細(xì)而清晰的大眼睛，如圖6所示。它的最佳抽樣點(diǎn)、門(mén)限電平、噪聲容限等都可以測(cè)量出來(lái)。通過(guò)這樣的信道發(fā)送出去的信號(hào)與接收的保持一致，就相當(dāng)于人們用手機(jī)通話(huà)，你說(shuō)的話(huà)對(duì)方聽(tīng)得很清楚，甚至周?chē)h(huán)境的聲音也可以聽(tīng)清楚。

圖7是在信道中加入了噪聲，運(yùn)行后可以看到眼圖的眼睛張開(kāi)的幅度變小，這是由于噪聲疊加在信號(hào)上，軌跡會(huì)變得模糊，會(huì)變大，因此，軌跡就不存在了，但是代碼和眼圖之間仍然沒(méi)有差距。

圖8改變了信道的帶寬，傳輸系統(tǒng)與代碼之間的互鎖條件不匹配，所觀(guān)察到的眼睛軌跡較差且模糊，并且眼睛很小，且眼圖不端正。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上三種情況的仿真運(yùn)行，我們看到的是三幅眼圖的集中對(duì)比，可以很明顯看出無(wú)碼間串?dāng)_的眼圖和下面加入噪聲以及有碼間串?dāng)_的眼圖間的不同，由此可以分析出基帶信號(hào)傳輸過(guò)程存在的問(wèn)題以及從何處可以改善。

所以可以利用眼圖的大小來(lái)衡量和比較基帶信號(hào)傳輸性能的好壞，并利用它來(lái)調(diào)節(jié)信道的傳輸特性，讓信號(hào)在系統(tǒng)信道中盡量接近最佳工作狀態(tài)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張會(huì)生，張捷，李立欣.現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

【2】張會(huì)生，趙瑄，孟昭紅.通信原理實(shí)驗(yàn)教程[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2017.