眼圖:用實(shí)驗(yàn)的手段估計(jì)系統(tǒng)性能的一種方法。是指用示波器觀察接收信號(hào)波形以判斷系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。
具體方法:把示波器跨接在接收濾波器的輸出端,然后調(diào)整示波器的水平掃描周期,當(dāng)示波器的水平掃描周期調(diào)整到碼元間隔的整數(shù)倍時(shí),示波器就會(huì)顯示一個(gè)穩(wěn)定的波形。因?yàn)樵趥鬏敹M(jìn)制信號(hào)波形時(shí),示波器顯示的圖形類似于人的眼睛,故稱為“眼圖”。
為了便于理解,首先不考慮噪聲及碼間干擾的影響。此時(shí)一個(gè)二進(jìn)制的基帶系統(tǒng)將在接收濾波器輸出端得到一個(gè)基帶脈沖序列,如圖1(a)所示。
如果基帶傳輸是有碼間干擾的,則得到的基帶脈沖序列如圖1(c)所示。
圖1 二電平數(shù)字信號(hào)及眼圖
用示波器觀察圖(a)波形時(shí),將示波器掃描周期調(diào)整到碼元的周期,這時(shí)圖(a)中的每一個(gè)碼元將重疊在一起。盡管圖(a)波形并不是周期的,但由于熒光屏余輝的作用,將若干碼元重疊并顯示圖形。顯然,由于圖(a)是無(wú)碼間干擾的,因而重疊的圖形都完全重合,故示波器上的跡線又細(xì)又清晰,“眼睛”完全張開(kāi),如圖1(b)所示;當(dāng)我們觀察波形(c)時(shí),由于存在碼間干擾,示波器的掃描跡線就不能完全重合,于是形成的跡線雜亂,如圖1(d)所示,由于示波器的余輝作用,顯示出的跡線將加寬,從而使“眼睛”部分閉合。對(duì)比圖(b)及(d)可以看到,眼圖的“眼睛”張開(kāi)越大,形狀越端正,表示碼間干擾越小;反之,表示碼間干擾越大。
當(dāng)存在噪聲時(shí),噪聲疊加在信號(hào)上,使眼圖的跡線變粗,且不清晰,于是眼睛的張開(kāi)度就更小,說(shuō)明傳輸質(zhì)量更差。不過(guò),應(yīng)該注意到這樣的問(wèn)題,從圖形上并不能觀察到隨機(jī)噪聲的全部形態(tài),例如出現(xiàn)機(jī)會(huì)少的大幅度噪聲,由于它在示波器上一晃而過(guò),因而用人眼是觀察不到的。所以,在示波器上只能大致估計(jì)噪聲的強(qiáng)弱。
通過(guò)眼圖,我們可以了解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的很多性能。為了說(shuō)明眼圖和系統(tǒng)性能之間的關(guān)系,我們將眼圖模式化,如圖2所示。
圖2 模式化眼圖
根據(jù)眼圖可以了解以下情況:
(1)最佳抽樣時(shí)應(yīng)選在“眼睛”的最大張開(kāi)時(shí)刻;
(2) 眼圖斜邊的斜率表示系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度。斜邊越陡,對(duì)定時(shí)誤差越靈敏;
(3)眼圖中央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門限電平;
(4)眼圖陰影區(qū)的垂直高度表示信號(hào)幅度的畸變范圍;
(5)上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限(或稱噪聲邊際),即若噪聲瞬時(shí)值超過(guò)這個(gè)容限,就可能發(fā)生錯(cuò)判;
(6)眼圖在垂直方向的不對(duì)稱性,表示信道中存在非線性失真。
圖3是二進(jìn)制雙極性升余弦頻譜信號(hào)在示波器上顯示的兩張眼圖照片,圖3(a)是在幾乎無(wú)碼間干擾和噪聲下得到的,而3(b)則是在一定噪聲和碼間干擾下得到的。
圖3 眼圖照片
對(duì)于多電平數(shù)字信號(hào),其眼圖將是若干排平行的眼孔。