主（zhǔ）頁（yè） > 技術文章 > 光（guāng）纖通信實驗箱（xiāng）--光纖信道眼圖觀察 2021-10-19

光纖通信實驗（yàn）箱--光纖信道（dào）眼圖觀察

一、實驗目的
1．了解眼圖產生原理；
2．用示波器觀測擾碼的光（guāng）纖信道（dào）眼圖（tú）。
二、實驗儀器
1．光纖通信實（shí）驗箱（xiāng）
2．20M雙蹤示波器
3．FC-FC單模光跳線
4．信號（hào）連接線 3根
三、基本原理（lǐ）
本實驗係統主要由兩大部分組成：電端機部分、光信道部分。電端機又分為電信號發射和電信號接收兩子部分，光信道又可（kě）分為光發射端機、光纖、光接收端機三個子部分。在本實驗中，涉及的電發射部分有兩個功能模塊： 8位的（de）自編數據功能和擾碼功能。涉及的（de）電接（jiē）收部分就是收端均衡濾波器電路、時鍾提（tí）取、再生、相（xiàng）應的解擾功（gōng）能。眼圖觀測的實驗（yàn）結構如下（xià）圖所示：

圖7.1 CMI碼光（guāng）纖通（tōng）信基本組成結構
在整個通信係統中，通常利（lì）用眼圖方法估計和改善傳輸係統性能。
我們知道，在實際的通信係統中，數字信號經過非理想的傳輸係統（tǒng）必定要產生畸變，也會引入噪聲和幹擾，也就是說（shuō），總是在不同程度上（shàng）存在碼間串擾。在（zài）碼間串擾和噪聲同時存在情況下，係統性能很難進行定（dìng）量的分析，常常甚至得不到近似結果。為了便於評價實際係統的性能，常用觀察眼圖進行分析（xī）。
眼圖可以直觀（guān）地（dì）估價係統的碼間幹（gàn）擾和噪聲（shēng）的影響，是一（yī）種常用的測（cè）試手（shǒu）段。
什麽是眼圖?
所謂“眼（yǎn）圖”，就是（shì）由解調後經過接收濾波器輸（shū）出的（de）基帶信號（hào），以（yǐ）碼元同步時鍾（zhōng）作為同步信號在（zài）示波器屏幕上顯示的波（bō）形（xíng）。幹擾和失真（zhēn）所產生的傳輸畸變，可以在眼（yǎn）圖上清楚地顯示（shì）出來。

7.2 無失真及有失真時的波形及（jí）眼圖（tú）
(a) 無碼間串擾時波形；無碼間串擾眼圖
(b) 有（yǒu）碼間串擾時波形；有碼間串擾眼（yǎn）圖
在圖7.2中畫出兩個無噪聲（shēng）的波形和相應的“眼圖”，一個無失真，另一個有失（shī）真(碼間（jiān）串擾)。
圖7.2中可以看出，眼圖是由虛線（xiàn）分段（duàn）的接收碼元波形疊加組成的。眼（yǎn）圖中央的垂直線表示取樣時刻（kè）。當波形沒有失真時，眼圖是一隻“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（bù）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（gōng）率（lǜ）給定時，將使誤碼率（lǜ）增加。“眼睛”張開的大小就表明失真的嚴重程度。
為便於說明眼圖和係統性能的關係，我們將它簡化成圖7.3的形狀。

7.3   眼圖的重要性質
由此圖可以看出：(1)最佳取樣時刻應選擇在眼睛張開最（zuì）大的時刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示係統對定時（shí）誤差靈（líng）敏的程（chéng）度，斜邊愈陡，對定位誤差愈敏感；(3)在取樣時（shí）刻上，陰影區的垂直寬度表示（shì）最大（dà）信號失真量；(4)在取樣時刻上，上下兩陰影區的間（jiān）隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬（shùn）時值超過它就有可能（néng）發生錯誤判決；(5)陰影區與（yǔ）橫軸相交的區間表示（shì）零點位置變動範圍，它對於從信號平均零點位置提取（qǔ）定時信（xìn）息的解調器有重要影響。實驗（yàn）室理想狀態下的眼圖如圖7.4所示。
衡（héng）量眼圖質量的幾個重要參數有：
1．眼圖開啟度（dù）(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（kāi）啟（qǐ）度應為100%。
其中U=U₊+U_-
2．“眼皮”厚度2ΔU/U
指在最（zuì）佳抽樣點處眼圖幅度的閉（bì）合部分與最大幅度之比（bǐ），無畸變（biàn）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（dù）應為0。
4．正負極（jí）性不對稱度
指在最佳抽（chōu）樣點處眼圖正、負幅度的不對稱程度。無畸變眼（yǎn）圖的極性不（bú）對稱度應為0。
最後，還需要指出的是：由於噪（zào）聲瞬時電平的影響無法在眼圖中（zhōng）得（dé）到完整的反映，因此，即使在（zài）示波器（qì）上顯示的眼圖是張開的，也不能完全保證判決全部正確。不過，原則上總是眼睛張開得越大，誤判越小。
在圖6.5.4中給出從示波器上觀察（chá）到的比較理想狀態下的眼圖照片。

(a) 二進製係統 (b) 隨機數據輸入後的二進製係統
圖7.4 實驗室理想狀態（tài）下的眼圖
四、實驗步驟
1．關閉係統電源，按照圖7.1將1310nm光發射端機的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機的RX1310法蘭接口連接（jiē）好。注意收集好（hǎo）器件的防塵帽。
2．打開係統（tǒng）電（diàn）源，在液晶菜單選擇“碼（mǎ）型變換實驗-擾碼PN”的子菜單，確認； P101測試點觀測菜單選擇（zé）的（de）基帶（dài）數據序列。
3．用信號連接（jiē）線連接P103、P201兩鉚孔（kǒng），示波器A通道測試TP201測試點，確認有相應的波形輸出。注意插（chā）好KO1、KO2、KO3跳線器。連接（jiē）P202、P111兩鉚孔，即將（jiāng）光電轉（zhuǎn）換（huàn）信號（hào）送入數據接收單元。信號轉換過程如圖（tú）7.1
4．對照加擾（rǎo）規則，觀測P103測試點的加（jiā）擾後序列信號，是否符合其規則。看波形碼型（xíng）時可用（yòng）其時鍾進行同步。P102為數據對應的（de）時鍾，P106為擾碼數據。
5．示波器B通道測試P202測試點，看是否有與TP201測試點一樣或（huò）類似的信號波（bō）形。注（zhù）意看K05插（chā）入右側，測試P115譯碼輸出測試點，看是否跟發端設（shè）置的基帶數據（jù）P101測試點一樣或類似的信號波形。
6．連接P202、P112，即1310nm光（guāng）接收端機光電轉換加擾後數（shù）據（jù）自動送往均衡濾波器（qì）電路。示波器A通道（觸（chù）發TRTIGGER檔）測試P102測試點（與碼元同步的時鍾T），示波器B通道測試TP106測試點（均衡（héng）濾波器輸出波形）
7．調節調整示波器的掃描周期（=nT），使TP106的升餘（yú）弦波波形的餘輝反複重疊（即與碼元的（de）周期同步），則可（kě）觀察到n隻並排的眼圖（tú）波形。眼圖上麵的一根水平線（xiàn）由連1引起（qǐ）的持續正電平產生，下麵的一根水平線由連0碼引起的持續的負電平產生，中間部分過零點波形由1、0交替碼產生。
8．調整W901直到（dào）TP106點波形（xíng）出現過零（líng）點波形重合（hé）、線條細且清晰的眼圖波形（即無碼間串擾、無噪聲時的眼圖）。在調整W901過程中，可發現眼圖過零點波形重（chóng）合時W901的位置不是唯一的，它正好驗證了（le）無碼間串擾的（de）傳輸特性不唯一。
9．關閉係統電（diàn）源，拆除各光器件並套好（hǎo）防塵帽。
五、測（cè）量點說明
P101：菜單設置的數字序列輸出序列波形測（cè）試點。
P102：P101對應的（de）碼元時鍾測（cè）試點。
P103：對應的加擾後（hòu）信號。
P106：擾碼數據序列（liè）。
P111：數據接收單元的電信號接（jiē）收鉚孔。
P112：均衡濾波器的信號輸入鉚孔。
P115：解擾輸出。
P201：光發（fā）射端機的（de）外部電信號輸入鉚孔。
TP201：輸入1310nm光發射端（duān）機的電信號測試點。
P202: 1310nm光接收端機輸出的數字信號。
TP106：通過均衡濾波器輸出波形，眼圖觀測點。
六、實驗結果
1．繪出實驗觀察到的幾種情況下（xià）的升（shēng）餘弦波形及眼圖形狀，標上必要（yào）的實（shí）驗說（shuō）明。
2．敘述眼圖的產生原理以及它的作用。

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