实验四光纤数学信道误码率及眼图测试实验目的一、1、掌握误码测试仪的使用方法2、熟悉误码测试的电路3、熟悉基带信号的眼图观察方法4、学会用眼图判断数字信道的传输质量二、预习要求1、阅读数字光纤通信技术中有关系统性能指标的章节2、阅读误码测试仪的使用手册实验仪器三、1、“1十4”通信实验箱一台2、示波器一台3、误码率测试仪一台实验原理四、（一）误码率测试1、误码率概念误码率是数字光通信终端机的重要质量指标。我们知道，数字信号是由“1”和“0”组成，若发送端送出的“1”信号，经传输系统到达接收端后被判为“0”，或者“0”信号被判为“1”，则称为发生了误码。传输系统产生的误码，在接收端解码后，重建的模拟信号的幅度值必然发生偏差，使模拟信号失真，严重时将出现明显的噪声。而且误码越多，这种现象越严重，甚至使通话无法正常进行。为了判断误码对数字通信质量的影响，常以误码率P.来衡量，其定义为：发送误码数mP,=limN→发送的总码数N在实际测试中无法实现N→8o，所以通常把在一定时间内（m/N）的比值成为误码率。时间的长短的选取直接影响着误码测试的精度.这是由于误码率的出现是不均匀的，而且具有一定的突发性。因此这里我们需要对时间的选取有一定的保证，一般来说我们1需要在那段时间T内能够至少检测到一个误码，T=，B为位传送速率。为了提高BP测量误码率的精度，采取3T的时间足够保证。为保证数字系统的工作质量，一般要求误码不大于10~°，而误码测试仪必须具有测量10以下低误码率的能力。在要求不高仅传输话音信号的系统中，误码率能达到10°就能满足一般通话要求了。2、误码率测试原理测量误码的基本原理框图如图4-1所示。码型发生器产生一组标准数据信号，经过16
16 实验四 光纤数字信道误码率及眼图测试 一、 实验目的 1、 掌握误码测试仪的使用方法 2、 熟悉误码测试的电路 3、 熟悉基带信号的眼图观察方法 4、 学会用眼图判断数字信道的传输质量 二、 预习要求 1、 阅读数字光纤通信技术中有关系统性能指标的章节 2、 阅读误码测试仪的使用手册 三、 实验仪器 1、“1＋4” 通信实验箱 一台 2、示波器 一台 3、误码率测试仪 一台 四、 实验原理 （一）误码率测试 1、误码率概念 误码率是数字光通信终端机的重要质量指标。我们知道，数字信号是由“1”和“0” 组成，若发送端送出的“1”信号，经传输系统到达接收端后被判为“0”，或者“0”信 号被判为“1”，则称为发生了误码。传输系统产生的误码，在接收端解码后，重建的模 拟信号的幅度值必然发生偏差，使模拟信号失真，严重时将出现明显的噪声。而且误码 越多，这种现象越严重，甚至使通话无法正常进行。为了判断误码对数字通信质量的影 响，常以误码率Pe来衡量，其定义为： N m P N e 发送的总码数 发送误码数 →∞ = lim 在实际测试中无法实现 N→∞，所以通常把在一定时间内（m/N）的比值成为误码 率。时间的长短的选取直接影响着误码测试的精度.这是由于误码率的出现是不均匀的， 而且具有一定的突发性。因此这里我们需要对时间的选取有一定的保证，一般来说我们 需要在那段时间 T 内能够至少检测到一个误码，T= BPe 1 ,B 为位传送速率。为了提高 测量误码率的精度，采取 3T 的时间足够保证。 为保证数字系统的工作质量，一般要求误码不大于 10-6 ，而误码测试仪必须具有测 量 10-9 以下低误码率的能力。在要求不高仅传输话音信号的系统中，误码率能达到 10-3 就能满足一般通话要求了。 2、误码率测试原理 测量误码的基本原理框图如图 4-1 所示。码型发生器产生一组标准数据信号，经过
被测系统后进入仪器接收端的输入电路。在仪器接收端有本地码发生器产生与码型发生器同频同相的标准数据信号，同时送入比较器。在比较器中对两个码组逐顺逐位的比较，将不相符的码元检测出来，并由计数器按一定的要求进行实时计数和统计，给出相应的误码计数值和误码率Pe，完成测量工作。码型发被测输入输出比较器生器系统电路（误码检测）显示↑1同步本地码电路发生器图4-1误码测试方框原理图（1）码型发生器码型发生器用以产生一组标准数据信号，一般由图4-2所示几个组成部分，其中各部分作用如下：输出输出码型M序列伪随时钟+电路机码发生器变换电路T图4-2码型发生器组成方框图时钟电路产生测试信号所需的时钟，一般由晶体振荡器产生。M序列伪随机码发生器可以最大限度地模拟线路传输信号的随机性。电路由多级移位寄存器与适当的反馈电路组成。在低速率的误码仪中，可以用软件方法产生伪随机信号和人工码信号。码型变换电路就是将前级来的NRZ码信号转换成所需的传输码型信号，输出电路的主要作用是将前级送来的信号进行功率放大，以满足对输出接口信号的技术要求。（2）输入电路输入电路的作用是将被测系统传输来的线路码变换成检测所要求的码型，同时产生接收检测所需要的同相时钟脉冲。（3）同步电路同步电路是误码测试仪的关键电路，必须在接收端的本地码发生器与发送端的码型发生器同步运行时，才能通过逐位比较的方式确定是否产生了误码。（4）本地码发生器本地码发生器的作用时产生与发送端的码型发生器同速率、同码型、同相位的标准信号，供误码检测用。（5）误码检测电路误码检测电路的两个输入信号分别接本地码发生器和经输入电路变换的接收信号，如有误码发生，就输出一个脉冲，表示产生了一个误码，送到计数器进行误码计数和统计处理。17
17 被测系统后进入仪器接收端的输入电路。在仪器接收端有本地码发生器产生与码型发生 器同频同相的标准数据信号，同时送入比较器。在比较器中对两个码组逐帧逐位的比较， 将不相符的码元检测出来，并由计数器按一定的要求进行实时计数和统计，给出相应的 误码计数值和误码率 Pe ，完成测量工作。 图 4-1 误码测试方框原理图 （1）码型发生器 码型发生器用以产生一组标准数据信号，一般由图 4-2 所示几个组成部分，其中各 部分作用如下： 输出 图 4-2 码型发生器组成方框图 时钟电路产生测试信号所需的时钟，一般由晶体振荡器产生。M 序列伪随机码发 生器可以最大限度地模拟线路传输信号的随机性。电路由多级移位寄存器与适当的反馈 电路组成。在低速率的误码仪中，可以用软件方法产生伪随机信号和人工码信号。码型 变换电路就是将前级来的 NRZ 码信号转换成所需的传输码型信号，输出电路的主要作 用是将前级送来的信号进行功率放大，以满足对输出接口信号的技术要求。 （2）输入电路 输入电路的作用是将被测系统传输来的线路码变换成检测所要求的码型，同时产 生接收检测所需要的同相时钟脉冲。 （3）同步电路 同步电路是误码测试仪的关键电路，必须在接收端的本地码发生器与发送端的码 型发生器同步运行时，才能通过逐位比较的方式确定是否产生了误码。 （4）本地码发生器 本地码发生器的作用时产生与发送端的码型发生器同速率、同码型、同相位的标 准信号，供误码检测用。 （5）误码检测电路 误码检测电路的两个输入信号分别接本地码发生器和经输入电路变换的接收信 号，如有误码发生，就输出一个脉冲，表示产生了一个误码，送到计数器进行误码计数 和统计处理。 码型发 生器 被测 系统 输入 电路 比较器 （误码检测） 输出 显示 同步 电路 本地码 发生器 时钟 电路 M 序列伪随 机码发生器 码 型 变 换 输出 电路
3、实验电路U09实验平台发送13器S02U09U08J04发时钟U101误码时钟入发误发CPLD可S03381b7975送码发数据光送编程模块误码数据入18器纤测器S04通试收时钟误码时钟输出1系统工作信仪S05子平台误码测试U08卡收数据K03误码数据输出4发送3317器K02图4-3数宇光纤通信的测试电路框图测试光纤通信卡的数据信道误码率的电路框图如图4-3时的信号流程为：误码仪的发时钟经U09发送器后送回误码仪作为收时钟，误码仪的发数据经U09发送器送到U101CPLD可编程模块二内部的误码测试发数据处理电路，经I08发送器从J04的3脚进入光纤通信卡内数字光发端机、光纤、数字光接收机，然后从J04的4脚返回，经U08发送器、K02的3-2脚进入误码仪，测量结果从误码仪上读出。(二)眼图测试眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的组合波形。其形状类似眼睛故名眼图。其形成是由于人眼的视觉暂留作用把随机信号在荧屏上反复扫描的波形复合起来。眼图是用来观察数字传输系统是否存在码间干扰的最简单、直观的方法。1、眼图形成原理假设对于3比特长的NRZ码，伪随机信号发生器通过光纤链路后，重新传入码型观(a)(b)(c)图4-4眼图形成原理图18
18 3、实验电路 U09 实验平台 7 13 S02 U09 U08 J04 误码时钟入 S03 8 12 79 75 3 误码数据入 18 S04 2 误码时钟输出 1 系统工作 · S05 2 3 平台误码测试 U08 误码数据输出 K03 4 1 2 3 17 3 K02 图 4-3 数字光纤通信的测试电路框图 测试光纤通信卡的数据信道误码率的电路框图如图 4-3 时的信号流程为：误码仪 的发时钟经 U09 发送器后送回误码仪作为收时钟，误码仪的发数据经 U09 发送器送到 U101CPLD 可编程模块二内部的误码测试发数据处理电路，经 U08 发送器从 J04 的 3 脚进入光纤通信卡内数字光发端机、光纤、数字光接收机，然后从 J04 的 4 脚返回，经 U08 发送器、K02 的 3-2 脚进入误码仪，测量结果从误码仪上读出。 (二) 眼图测试 眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的组合波形。其 形状类似眼睛故名眼图。其形成是由于人眼的视觉暂留作用把随机信号在荧屏上反复扫 描的波形复合起来。眼图是用来观察数字传输系统是否存在码间干扰的最简单、直观的 方法。 1、眼图形成原理 假设对于 3 比特长的 NRZ 码，伪随机信号发生器通过光纤链路后，重新传入码型观 （a） (b) (c) 图 4-4 眼图形成原理图 发 送 器 发时钟 误 码 发数据 测 试 收时钟 仪 收数据 发 送 器 U101 CPLD 可 编程模块 发 送 器 发 送 器 光 纤 通 信 卡
察电路后将会产生如图4-4（a）和图4-4（b）的图样。而由于示波器荧光屏的余辉作用，在示波器中呈现的就会是若干段重叠后的图案，也就是图4-4（c）所示。图4-5是简化的眼图，从图上可以得到下列信息：（1）眼晴的垂直张开度反映信码幅度的变化量，可以表示系统的抗噪声能力，垂直张开度越大，抗噪声能力越强。噪声容限是可变二进制信号的峰值电压V1与信号的最大电压V2的百分比。噪声容限和垂直张开度的表示式为：VV×100%噪声容限=垂直张开度E。=V2V2最佳抽样时间+抽样时刻失真1阅值M2T1T2图4-5模型化的眼图（2）接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开最大处，由于数据信号的幅度失真，眼睛张开高度会降低，眼晴张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真，眼晴越小，鉴别信号中的“1”和“0”就越困难。（3）水平张开度反映信码的码间干扰。水平张开度越大，表示信码的码间干扰越小。T水平张开度E，：T2（4）信道的任何非线性传输特性都会产生眼图的不对称性，如果完全随机的数据流通过理想的线性系统，张开的眼睛是不变的，也是对称的。2、眼图观察电路观察数字通信的眼图要用低通滤波器，将输入数字信号的高频分量滤除，得到一个模拟的升余弦波，以获得眼图观察效果。眼图观察电路由一级运算放大器和RC网络组成的低通滤波器构成，如图4-6所示。19
19 察电路后将会产生如图 4-4(a )和图 4-4(b)的图样。而由于示波器荧光屏的余辉作用， 在示波器中呈现的就会是若干段重叠后的图案，也就是图 4-4(c)所示。图 4-5 是简化 的眼图，从图上可以得到下列信息： （1）眼睛的垂直张开度反映信码幅度的变化量，可以表示系统的抗噪声能力，垂直 张开度越大，抗噪声能力越强。噪声容限是可变二进制信号的峰值电压 V1 与信号的最 大电压 V2 的百分比。噪声容限和垂直张开度的表示式为： 2 1 0 V V 垂直张开度E = 100% 2 1 = × V V 噪声容限 V2 V1 T1 T2 图 4-5 模型化的眼图 （2）接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开最大处，由于数据信号的幅度失真，眼睛 张开高度会降低，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失 真，眼睛越小，鉴别信号中的“1”和“0”就越困难。 （3）水平张开度反映信码的码间干扰。水平张开度越大，表示信码的码间干扰越小。 2 1 1 T T 水平张开度E = （4）信道的任何非线性传输特性都会产生眼图的不对称性，如果完全随机的数据流 通过理想的线性系统，张开的眼睛是不变的，也是对称的。 2、眼图观察电路 观察数字通信的眼图要用低通滤波器，将输入数字信号的高频分量滤除，得到一个 模拟的升余弦波，以获得眼图观察效果。眼图观察电路由一级运算放大器和 RC 网络组 成的低通滤波器构成，如图 4-6 所示。 最佳抽样时间 抽样时刻失真 阈值
CMI解码测量点+12V眼图观察点E901GNDTL084CMOUO47k47k10uFPHS27K901-12v4191p470p100k三图4-6眼图观察电路五、实验内容1、光纤信道的误码率的测试2、观察PN码/CMI码的眼图六、实验步骤（一）光纤信道的误码率的测试1、打开误码仪电源，开机自检，按照图4-3的连接方法，接好误码仪，注意探头不要接反。2、先打开“1十4”实验箱交流开关，再打开直流开关4KO1.按“复位”键，CPU对系统进行初始化处理，液晶屏显示“欢迎使用通信综合实验平台，”3、按液晶屏“开始”键，液晶屏显示主菜单，根据菜单提示，按上下箭头，使光标指向“光纤通信实验”，按“确认”键，屏幕上显示光纤通信实验的子菜单，选定“误码测试”，再按“确认”键。4、用跳线将4J301设置在“数据输入”，将4J401设置在“数据输出”。观察误码仪发送信号在光纤信道中的传送情况，记录S03、4TP301、4TP302、4TP401、4TP402、S05各测量点的波形。5、记录误码仪上显示的误码率测量值。6、增加光纤长度，观察误码率的变化。注意平台跳线设置：K031-2,K0223（二）观察CMI码的眼图1、按“1十4”实验箱“复位”键，CPU对系统重新进行初始化处理，按液晶屏“开20
20 K901 图 4-6 眼图观察电路 五、 实验内容 1、光纤信道的误码率的测试 2、观察 PN 码/CMI 码的眼图 六、实验步骤 （一）光纤信道的误码率的测试 1、打开误码仪电源，开机自检，按照图 4-3 的连接方法，接好误码仪，注意探头不 要接反。 2、先打开“1＋4”实验箱交流开关，再打开直流开关 4KO1,按“复位”键，CPU 对 系统进行初始化处理，液晶屏显示“欢迎使用通信综合实验平台.” 3、按液晶屏“开始”键，液晶屏显示主菜单，根据菜单提示，按上下箭头，使光标 指向“光纤通信实验”，按“确认”键，屏幕上显示光纤通信实验的子菜单，选定 “误码测试”，再按“确认”键。 4、用跳线将 4J301 设置在“数据输入”，将 4J401 设置在“数据输出”。观察误码仪 发送信号在光纤信道中的传送情况，记录 S03、4TP301、4TP302、4TP401、4TP402、 S05 各测量点的波形。 5、记录误码仪上显示的误码率测量值。 6、增加光纤长度，观察误码率的变化。 注意平台跳线设置： K031-2 , K022-3 （二）观察 CMI 码的眼图 1、按“1＋4”实验箱“复位”键，CPU 对系统重新进行初始化处理，按液晶屏“开