光纖通信實(shí)驗(yàn)箱--光纖信道眼圖觀察

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1．了解眼圖產(chǎn)生原理；
2．用示波器觀測(cè)擾碼的光纖信道眼圖。
二、實(shí)驗(yàn)儀器
1．光纖通信實(shí)驗(yàn)箱
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
本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：電端機(jī)部分、光信道部分。電端機(jī)又分為電信號(hào)發(fā)射和電信號(hào)接收兩子部分，光信道又可分為光發(fā)射端機(jī)、光纖、光接收端機(jī)三個(gè)子部分。在本實(shí)驗(yàn)中，涉及的電發(fā)射部分有兩個(gè)功能模塊： 8位的自編數(shù)據(jù)功能和擾碼功能。涉及的電接收部分就是收端均衡濾波器電路、時(shí)鐘提取、再生、相應(yīng)的解擾功能。眼圖觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖7.1 CMI碼光纖通信基本組成結(jié)構(gòu)
在整個(gè)通信系統(tǒng)中，通常利用眼圖方法估計(jì)和改善傳輸系統(tǒng)性能。
我們知道，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)必定要產(chǎn)生畸變，也會(huì)引入噪聲和干擾，也就是說(shuō)，總是在不同程度上存在碼間串?dāng)_。在碼間串?dāng)_和噪聲同時(shí)存在情況下，系統(tǒng)性能很難進(jìn)行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。為了便于評(píng)價(jià)實(shí)際系統(tǒng)的性能，常用觀察眼圖進(jìn)行分析。
眼圖可以直觀地估價(jià)系統(tǒng)的碼間干擾和噪聲的影響，是一種常用的測(cè)試手段。
什么是眼圖?
所謂“眼圖”，就是由解調(diào)后經(jīng)過(guò)接收濾波器輸出的基帶信號(hào)，以碼元同步時(shí)鐘作為同步信號(hào)在示波器屏幕上顯示的波形。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來(lái)。

7.2 無(wú)失真及有失真時(shí)的波形及眼圖
(a) 無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)波形；無(wú)碼間串?dāng)_眼圖
(b) 有碼間串?dāng)_時(shí)波形；有碼間串?dāng)_眼圖
在圖7.2中畫出兩個(gè)無(wú)噪聲的波形和相應(yīng)的“眼圖”，一個(gè)無(wú)失真，另一個(gè)有失真(碼間串?dāng)_)。
圖7.2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(shí)刻。當(dāng)波形沒(méi)有失真時(shí)，眼圖是一只“完全張開(kāi)”的眼睛。在取樣時(shí)刻，所有可能的取樣值僅有兩個(gè)：+1或-1。當(dāng)波形有失真時(shí)，在取樣時(shí)刻信號(hào)取值分布在小于+1或大于-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(jī)噪聲的功率給定時(shí)，將使誤碼率增加。“眼睛”張開(kāi)的大小就表明失真的嚴(yán)重程度。
為便于說(shuō)明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，我們將它簡(jiǎn)化成圖7.3的形狀。

7.3   眼圖的重要性質(zhì)
由此圖可以看出：(1)最佳取樣時(shí)刻應(yīng)選擇在眼睛張開(kāi)最大的時(shí)刻；(2)眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對(duì)定位誤差愈敏感；(3)在取樣時(shí)刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號(hào)失真量；(4)在取樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時(shí)值超過(guò)它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決；(5)陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點(diǎn)位置變動(dòng)范圍，它對(duì)于從信號(hào)平均零點(diǎn)位置提取定時(shí)信息的解調(diào)器有重要影響。實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖如圖7.4所示。
衡量眼圖質(zhì)量的幾個(gè)重要參數(shù)有：
1．眼圖開(kāi)啟度(U-2ΔU)/U
指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度“張開(kāi)”的程度。無(wú)畸變眼圖的開(kāi)啟度應(yīng)為100%。
其中U=U₊+U_-
2．“眼皮”厚度2ΔU/U
指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖幅度的閉合部分與最大幅度之比，無(wú)畸變眼圖的“眼皮”厚度應(yīng)等于0。
3．交叉點(diǎn)發(fā)散度ΔT/T
指眼圖過(guò)零點(diǎn)交叉線的發(fā)散程度，無(wú)畸變眼圖的交叉點(diǎn)發(fā)散度應(yīng)為0。
4．正負(fù)極性不對(duì)稱度
指在最佳抽樣點(diǎn)處眼圖正、負(fù)幅度的不對(duì)稱程度。無(wú)畸變眼圖的極性不對(duì)稱度應(yīng)為0。
最后，還需要指出的是：由于噪聲瞬時(shí)電平的影響無(wú)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(kāi)的，也不能完全保證判決全部正確。不過(guò)，原則上總是眼睛張開(kāi)得越大，誤判越小。
在圖6.5.4中給出從示波器上觀察到的比較理想狀態(tài)下的眼圖照片。

(a) 二進(jìn)制系統(tǒng) (b) 隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入后的二進(jìn)制系統(tǒng)
圖7.4 實(shí)驗(yàn)室理想狀態(tài)下的眼圖
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1．關(guān)閉系統(tǒng)電源，按照?qǐng)D7.1將1310nm光發(fā)射端機(jī)的TX1310法蘭接口、FC-FC單模尾纖、1310nm光接收端機(jī)的RX1310法蘭接口連接好。注意收集好器件的防塵帽。
2．打開(kāi)系統(tǒng)電源，在液晶菜單選擇“碼型變換實(shí)驗(yàn)-擾碼PN”的子菜單，確認(rèn)； P101測(cè)試點(diǎn)觀測(cè)菜單選擇的基帶數(shù)據(jù)序列。
3．用信號(hào)連接線連接P103、P201兩鉚孔，示波器A通道測(cè)試TP201測(cè)試點(diǎn)，確認(rèn)有相應(yīng)的波形輸出。注意插好KO1、KO2、KO3跳線器。連接P202、P111兩鉚孔，即將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)送入數(shù)據(jù)接收單元。信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖7.1
4．對(duì)照加擾規(guī)則，觀測(cè)P103測(cè)試點(diǎn)的加擾后序列信號(hào)，是否符合其規(guī)則。看波形碼型時(shí)可用其時(shí)鐘進(jìn)行同步。P102為數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘，P106為擾碼數(shù)據(jù)。
5．示波器B通道測(cè)試P202測(cè)試點(diǎn)，看是否有與TP201測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。注意看K05插入右側(cè)，測(cè)試P115譯碼輸出測(cè)試點(diǎn)，看是否跟發(fā)端設(shè)置的基帶數(shù)據(jù)P101測(cè)試點(diǎn)一樣或類似的信號(hào)波形。
6．連接P202、P112，即1310nm光接收端機(jī)光電轉(zhuǎn)換加擾后數(shù)據(jù)自動(dòng)送往均衡濾波器電路。示波器A通道（觸發(fā)TRTIGGER檔）測(cè)試P102測(cè)試點(diǎn)（與碼元同步的時(shí)鐘T），示波器B通道測(cè)試TP106測(cè)試點(diǎn)（均衡濾波器輸出波形）
7．調(diào)節(jié)調(diào)整示波器的掃描周期（=nT），使TP106的升余弦波波形的余輝反復(fù)重疊（即與碼元的周期同步），則可觀察到n只并排的眼圖波形。眼圖上面的一根水平線由連1引起的持續(xù)正電平產(chǎn)生，下面的一根水平線由連0碼引起的持續(xù)的負(fù)電平產(chǎn)生，中間部分過(guò)零點(diǎn)波形由1、0交替碼產(chǎn)生。
8．調(diào)整W901直到TP106點(diǎn)波形出現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)波形重合、線條細(xì)且清晰的眼圖波形（即無(wú)碼間串?dāng)_、無(wú)噪聲時(shí)的眼圖）。在調(diào)整W901過(guò)程中，可發(fā)現(xiàn)眼圖過(guò)零點(diǎn)波形重合時(shí)W901的位置不是唯一的，它正好驗(yàn)證了無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸特性不唯一。
9．關(guān)閉系統(tǒng)電源，拆除各光器件并套好防塵帽。
五、測(cè)量點(diǎn)說(shuō)明
P101：菜單設(shè)置的數(shù)字序列輸出序列波形測(cè)試點(diǎn)。
P102：P101對(duì)應(yīng)的碼元時(shí)鐘測(cè)試點(diǎn)。
P103：對(duì)應(yīng)的加擾后信號(hào)。
P106：擾碼數(shù)據(jù)序列。
P111：數(shù)據(jù)接收單元的電信號(hào)接收鉚孔。
P112：均衡濾波器的信號(hào)輸入鉚孔。
P115：解擾輸出。
P201：光發(fā)射端機(jī)的外部電信號(hào)輸入鉚孔。
TP201：輸入1310nm光發(fā)射端機(jī)的電信號(hào)測(cè)試點(diǎn)。
P202: 1310nm光接收端機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)。
TP106：通過(guò)均衡濾波器輸出波形，眼圖觀測(cè)點(diǎn)。
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1．繪出實(shí)驗(yàn)觀察到的幾種情況下的升余弦波形及眼圖形狀，標(biāo)上必要的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。
2．?dāng)⑹鲅蹐D的產(chǎn)生原理以及它的作用。

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