13 Eye Diagram and Pulse Shaping
章节目录
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- 13-1 眼图 Eye Diagram
- 13-2 眼图参数 Eye Measurements
- 13-3 ISI 与奈奎斯特带宽 ISI and Nyquist Bandwidth
- 13-4 升余弦滤波 Raised Cosine
- 13-5 根升余弦与实际系统 Root Raised Cosine
13-1 眼图 Eye Diagram
眼图 Eye Diagram
眼图 Eye Diagram 是把数字信号在单个比特区间内反复叠加显示得到的图形,用于直观评估波形质量。
构造方法是:示波器以比特周期为单位触发,把连续采样到的波形叠加在同一个单位区间上,所有由低到高、由高到低的跳变组合都会出现。三比特的跳变共有 8 种,叠加后形成中央张开的"眼睛"。
噪声与抖动会让迹线变粗,眼睛张开的区域随之缩小。眼图因此同时反映幅度余量、时间余量与码间干扰。
13-2 眼图参数 Eye Measurements
标准的眼图测量参数:
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| 由 ISI 引起的失真 | |
| 定时抖动 | |
| 噪声余量 | |
| 对定时误差的敏感度 |
进一步可读出:
- 抖动 Jitter:跳变时刻相对理想位置的偏差,分随机抖动 RJ 与确定性抖动 DJ;迹线越粗抖动越大;
- 眼高 Eye Height:眼图中央的垂直张开量;
- 眼幅度 Eye Amplitude:高电平与低电平之间的距离;
- 转换时间与眼宽:上升沿、下降沿越陡,眼宽越大,信号在每个比特内有效的时间越长。
采样时刻应选在眼睛张开最大的位置,判决门限放在上下电平的中点。
13-3 ISI 与奈奎斯特带宽 ISI and Nyquist Bandwidth
高速数据与窄带信道是一对矛盾:信道太窄,符号在时间上被展宽,采样点上会叠加前一个与后一个符号的拖尾,这就是码间干扰 ISI。
理想低通滤波器(频域矩形)是消除 ISI 的极端方案。要无 ISI 地传输
时域上对应 sinc 脉冲,频域上是矩形:
带宽与脉冲宽度是一对折中:脉冲压得越窄,频谱效率越高,但 ISI 与实现难度越大。
sinc 脉冲有两个实际问题:时域无限长、频域过渡带为零,无法实际产生;一旦采样时刻有偏差,sinc 的零点错位,立刻产生 ISI。
13-4 升余弦滤波 Raised Cosine
13-4-1 滚降系数与带宽
升余弦滤波器 Raised Cosine Filter
升余弦滤波器 Raised Cosine Filter 是一类满足奈奎斯特零 ISI 条件的成形滤波器,其频谱从通带的平顶平滑滚降到截止频率,滚降的陡缓由滚降系数
滚降系数定义为滚降段宽度与奈奎斯特带宽之比:
由此得到占用带宽:
13-4-2 时域拖尾与截断
升余弦脉冲在
13-5 根升余弦与实际系统 Root Raised Cosine
接收端的最优滤波是匹配滤波,若发射滤波器为
要让级联响应满足奈奎斯特零 ISI 条件,只需让
这样的滤波器称为根升余弦滤波器 Root Raised Cosine Filter。
实际系统的选择:
- 美国数字蜂窝 IS-54/136 用
的根升余弦; - IS-95 的脉冲形状与标准升余弦略有差别;
- GSM 采用高斯成形脉冲,频谱更紧凑但引入可控的 ISI。
PROBLEM L13-E1
某系统采用滚降系数
SOLUTION
滚降把带宽扩大了 35%,换来的是时域拖尾的快速衰减和对定时误差的容忍。
