数字基带信号的眼图实验方案设计思路

胡嘉培 文海龙 杨睿杰 顾佐林

摘 要：本次课程设计主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB软件仿真编程实现数字基带信号的眼图实验。主要需要掌握无码间干扰传输的基本条件和原理，掌握基带升余弦滚降系统的实现方法;通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，并观察在输入相同码率的NRZ基帶信号下，不同滤波器带宽对输出信号码间干扰大小的影响程度。

关键词：数字基带信号，眼图实验，MATLAB

1前言（绪论）

在数字通信系统中，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，称为数字基带信号。数字基带信号是数字信息的电波形表示，它可以用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。在实际系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来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。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。其实，基带信号的眼图形成原因是因为示波器的荧光显示屏光迹在信号消失后需要—段时间才能消失，因此显示在示波器上的是若干段的数字基带波形的叠加，呈现出眼图的形状。

本次课程设计运用的仿真软件是MALTAB软件，我们通过查阅资料，来对数字基带信号的眼图实验的各个运作流程进行了解学习，在分析汽车数字基带信号的眼图原理的基础上，根据MATLAB仿真来进行仿真。

2基带传输特性

模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输。基带系统的分析模型如图1所示，要获得良好的基带传输系统，就应该抑制码间干扰。

由于理想的低通滤波器不容易实现，而且时域波形的拖尾衰减太慢，因此在得不到严格定时时，码间干扰就可能较大。在一般情况下，只要满足：

基带信号就可实现无码间干扰传输。这种滤波器克服了拖尾太慢的问题。

从实际的滤波器的实现来考虑，采用具有升余弦频谱特性时是适宜的，所对应的其冲激响应为：

此时频带利用率降为，这同样是在抽样值无失真条件下，所能达到的最高频率利用率。换言之，若输入码元速率，则该基带传输系统输出码元会产生码间干扰。

3眼图

眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，能评价一个数字基带传输系统的性能优劣，因此可以把眼图理想化为一个模型。

该图表示的意义如下：

（1）最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。

（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。

（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。

（4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。

（5）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。

（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。

4仿真程序框架设计

此次仿真采用NRZ（双极性不归零码），因为NRZ从统计平均的角度看“1”和“0”等概率时无直流分量，且接收端判决门限设在零电平，与接受信号电平波动无关，容易设置并且稳定，因此抗噪声能力强，在传输中信号传输带宽较窄。

结束语：

此次数字基带信号的眼图实验采用升余弦滚降系统，升余弦滚降波形尾巴衰减快，由定时便宜造成的码间串扰小，错误判决的可能性越小。数字基带信号采用双极性不归零码，此信号抗噪声能力强，在传输中信号传输带宽较窄。通过观察眼图来分析码间干扰对系统性能的影响，滚降系数越大线迹越细，眼睛越清晰。信噪比越大、滚降系数越大、定时越精确，误码率越小、眼图越清晰。并且这次实验帮助我们熟悉了matlab语言的编码。唯一不足的是，我自我感觉对仿真程序设计的代码理解的并不是很透彻，只是参考了书上的仿真结果，希望自己能够加深对代码的理解。

参考文献：

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[2]王华奎.移动通信原理与技术[M].北京：清华大学出版社[3]邓华等.MATLAB通信仿真及应用实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[4]王立宁.乐光新.詹非MATLAB与通信仿真[M].北京：人民邮电出版社，2000.