北京林业大学毕业论文（设计）
输入 H(w) n(t) 输出
图 1.2 信道模型
Fig. 1.2 MODEL Of COMMUNICATION CHANNEL
对于在计算机上仿真来说，不能像硬件实验一样真实的模拟各种物理信道，但可以将各种信道产生的效果杂合成n(t)，用MATLAB中的相关函数来仿真，用来统指与所传信号相异的信号，包括外部噪声（自然噪声、认为噪声）和信道内部各种电子器件的内部噪声，它们总的以随机信号的形式出现。通常认为这样的噪声为高斯白噪声，即其分布服从正态分布，频谱包含任意频率分量，为常数。信噪比用来衡量噪声平均功率相对信号平均功率的大小。以上模型将加性干扰归入n(t)中，而乘性干扰在H(w)中得到反映。
有效性和可靠性是衡量通信系统的两个主要性能指标。有效性指系统传输消息的效率，总是希望以最合理、最经济的方法来传输最大数量的消息；可靠性指系统传输消息可靠程度，即质量问题，决定于系统抗干扰的性能，即通信系统的抗干扰性。有效性和可靠性是相互矛盾的，只能依据实际要求求得相对的统一，比如，在满足一定可靠性指标下，尽量提高系统的有效性，使消息传输更快，但是不能无限（相对而言）地提高有效性而不降低系统可靠性能。
对于模拟通信来说，有效性用有效传输带宽来衡量，衡量可靠性用输出信噪比；而对于数字通
信，其有效性体现在一个信道通过的信息速率上，可以有以下三种表示方法：
（1）码元传输速率RB：系统每秒钟传送的码元(脉冲)数目， （2）信息传输速率Rb：系统每秒钟传送的二进制码元数目， （3）消息传输速率Rm：单位时间所传输的消息数目。
可靠性常用差错率来表示：包括误码率PR和误信率（误比特率）Pb，分别为传输错误的码元（比特）数占传输码元（比特）总数的概率。
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1.3 码间干扰及无失真传输
由信号与系统的知识知道，(波形)无失真传输的理想情况是传输函数H(w)满足两大条件：
1. 幅度响应H(w)通带内为常数，带外为零；
2. 通带内相位响应?(w)为频率的线性函数，即群延迟为常数
根据频谱分析原理：频带受限，则时域无限；因此满足上述两大无失真条件的信号其波形在时域上是无限延伸的，这就势必会引起各码元之间的相互窜扰。但在数字传输中情况有点不一样；由于码元波形是按一定间隔发送的，其信息携带在幅度上，接收端再生判决如能准确恢复出幅度信息，则原始信码就能无误地得到传送，故数字传输中只需特定时刻波形幅值无失真传送，而不必整个波形不变。奈奎斯特（Nyquist）第一、第二和第三准则分别研究了抽样值无失真、转换点无失真和脉冲波形面积保持不变三种情形，更加详细的信息可以参见文献[14-16]。
其中抽样值无失真准则要求系统的总传输特性H(w)满足下式：
w??iH(w?2?iT)?T
?T
2?iT式中T表示码元传输周期；上式表明：系统的传输函数H值在w??T(w)移位
（i为整数）后再叠加，其
内表现为常数（不必严格为T），则系统满足无码间干扰传输要求。显然理想低通滤波
器满足此要求，但在物理实际中这样的滤波器是不能实现的，因为它的频谱具有无限陡峭的过渡带以及全零的区域，这与佩利—维纳准则相悖。
实际中广泛应用的是以
?T为中心，具有奇对称升余弦过渡带的一类无串扰波形，通常称之为升
余弦滚降信号，其时域表达式为：
h(t)?sin?tT?cos(??tT)1?4?t22?tTT2
在时域，h(t)除抽样点t=0幅值不为零外，其余所有样点上均为零，不会带来样点幅值失真。实际中抽样的时刻不可能完全没有误差，抽样脉宽也不严格为零，因此，为了减小抽样定时脉冲误差所带来的影响，滚降系数(roll-off factor)?不能太小，一般不小于0.2。
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1.4 眼图及其模型
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时的在示波器上观察到的图形
[5]
，因其类似人的眼睛而称为“眼图”。得到眼图的方法是：将接受波形输入示波器的垂直放大器，
把产生水平扫描的锯齿波周期与码元定时同步，由于荧光屏的余辉作用，若干码元重叠形成眼图。软件产生眼图的方法本文用MATLAB仿真。
从眼图我们可以观察到很多东西，比如噪声的大小，用来传输序列的信道的带宽，但是眼图并不适合观察连续的数据流[6]。
眼图显示了数字基带信号波形可能取得的所有瞬时值。在完全随机输入的情况下，由于各个码元波形叠加，会在眼图中形成若干眼孔，眼孔的张开度能充分说明传输信号的质量。眼孔在水平轴上的交叉点称为水平聚集点，两个聚焦点的距离称为眼图的水平张开距离，眼孔的最大垂直距离称为眼图的垂直张开度，又称眼图的幅度。在理想(即无噪声和码间串扰)的情况下，眼图垂直聚焦十分清晰，水平聚焦收敛于同一过零点；当出现噪声和码间干扰时，眼图的上升沿、下降沿变粗变模糊并形成带状，水平聚焦点扩散晃动(扩散晃动的宽度称为抖动)，水平和垂直张开度相继减小。根据实践经验，当信噪比在25～30dB时，眼图的清晰度是令人满意的。
为了说明眼图和系统性能的关系，将眼图简化成理想的模式，如下图：
[7]
注：（a）无失真基带信号波形及眼图
(b)有失真（码间干扰）的波形及眼图
(c)理想化眼图模型
图 1.3 眼图模型
Fig. 1.3 MODEL Of EYE DIAGRAM
图2.3（a）(b)两图大致说明了眼图的形成原理及眼图与码间干扰的关系。从(c)小图的理想眼图以及下图的眼图实例[8]：
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图 1.4 眼图模型2
Fig. 1.4 MODEL 2 Of EYE DIAGRAM
可以看出眼图反映着系统与传输的许多东西，现综合以上两图归纳出眼图模型的参数：
1. 眼图幅度L：眼图得高低电平峰峰值，即眼图张开的大小，反映着系统抗干扰能力的强弱。 ???L/L?100%，2. 过冲?：有上过冲和下过冲。上下过冲在眼图上表现为眼皮的厚度[2]d；
一般而言，眼皮越厚，则噪声和码间干扰（ISI）越严重
3. 抖动J:数字信号跳变沿对其理想位置的偏离，反映过零点失真的大小。
4. 上升时间tr：从标称幅度（L）的20%上升的80%所用的时间。另一个相似的参数是曲线
上升的斜率，它们反映着系统对定时误差的敏感度，上升时间快慢还一定程度上说明了系统的带宽大小。
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2 眼图的硬件实现
2.1 TIMS系统简介
TIMS是Telecommunications Istructional Modeling System(通信教学实验系统)的首字母缩略写法，针对通讯和信号处理课程而设计的实验教学系统。它由不同的插入式和固定式模块组成。TIMS提供一个开放式教学环境，可同时做传统电子电路的特性与数字信号处理技术的比较。TIMS系统完全自给自足，唯一的额外设备是一台示波器 [9]。
TIMS系统核心由硬件组件和手册所组成，共有两种硬件组件，第一种硬件组件是TIMS-301F的系统单元，有固定式模块(机架下层)和12组模块插槽(机架上层)。第二种硬件组件是13组插入式基本模块。固定式模块使用率最高因而内建在系统里，插入式模块是根据所要做的实验来选择，并插入大系统机架里使用。插入式和固定式模块前面板的规划都是面板左边为输入，右边为输出。所有输入和输出都以颜色来表示信号形态：黄色代表模拟信号，红色代表数字信号。 固定式模块包括8个模块：
1.主震荡器（Master Signals）：同步正交载波，取样和信息信号。 2.缓冲放大器(Buffer Amplifier)：含两组可变的独立放大器。
3.频率和信号计数器(Frequency/Event Counter)：多功能8位数计频器和信号计数器。 4.可变直流电压输出(Variable DC)：可调范围正负2V DC 输出。
5.示波器选择器（Scope Selector）：切换选择欲显示的信号，于示波器上显示。 6.音频放大器（Headphone Amplifier）：同时也是3kHz低通滤波器。 7.TIMS干线输出(Trunks Output)。 8.电源供给（Power Supply）。 基本模块是基础的组件，包括有： 1. TIMS-147 加法器（Adder）
2. TIMS-148 音频振荡器（Audio Oscillator） 3. TIMS-149 双模拟开关(Dual Analog Switch) 4. TIMS-150 乘法器(Multiplier) 5. TIMS-151 移相器(Phase Shifter)
6. TIMS-152 正交分相器(Quadrature Phase Shifter) 7. TIMS-153 序列产生器(Sequence Generator)
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