实验八M序列发生及眼图观测实验.ppt

实验性质 验证性实验 实验八M序列发生及眼图观测实验 一 实验目的 1 掌握M序列等伪随机码的发生原理 2 了解伪随机码在通信电路中的作用 3 掌握眼图的观测 二 实验预习要求 认真预习 通信原理 中关于M序列及眼图有关章节的内容 三 实验仪器仪表 1 70MHz双踪数字存储示波器一台2 实验模块 数字编码模块 M序列输出数字时钟信号源模块眼图观测及白噪声输出模块 三 实验仪器仪表 四 实验原理1 M序列 m序列是一种最常见的伪随机序列 它是最长线性反馈移位寄存器序列的简称 并具有最长周期 任何一级寄存器的输出 在脉冲的触发下 都会产生一寄存器序列 n级线性反馈移位寄存器的输出是一周期序列 其周期长短取决于移位寄存器的级数 线性反馈逻辑和初始状态 若周期最长 则初始状态非全0即可 关键是线性反馈逻辑 四 实验原理1 M序列 该移位寄存器的状态具有周期性 且周期长度为15 设初始状态为0001 则得到的序列为 反馈逻辑符合下式 四 实验原理1 M序列 表1m序列发生器状态转移流程图 四 实验原理1 M序列 an 4 100010011010111an 3 000100110101111an 2 001001101011110an 1 010011010111100an 100110101111000 线性反馈逻辑改为 若初始状态仍为0001 四 实验原理1 M序列 表2序列发生器状态转移流程图 四 实验原理1 M序列 当初始状态改为1011时 反馈逻辑 n级线性反馈移位寄存器的输出序列是一个周期序列 周期的长度由三个条件决定 1 移位寄存器的级数 2 线性反馈逻辑 3 初始状态 四 实验原理1 M序列 一般形式的n级线性反馈移位寄存器见下图 其反馈逻辑表达式为 其中 表示连线贯通 表示连线断开 四 实验原理1 M序列 设 则有定义多项式 其中i表示元素的位置 该多项式称为线性反馈移位寄存器特征多项式 可以证明 当F x 满足下列3个条件时 就一定能产生m序列 1 F x 是不可约的 即不能再分解因式 2 F x 可整除 这里 3 F x 不能整除 这里 四 实验原理1 M序列 表3本原多项式系数表 四 实验原理1 M序列 4阶的本原多项式 F1 x x4 x3 1 F2 x x4 x 1 四 实验原理1 M序列 m序列在误码测试中的应用误码测试原理如下图所示 发收端同步产生m序列 发送端输出的序列经传输后若无误码 则应与原序列相同 在接收端两序列按模二逐位相加 若传输过程有差错 模二加的结果必为1 用计数器记录之 即可测得误码率 四 实验原理1 M序列 CCITT 1 建议用于数据传输设备误码测量的m序列周期是29 1 511 其特征多项式建议采用x9 x5 1 2 建议用于数字传输系统测量的m序列周期是215 1 32767 其特征多项式建议采用x15 x14 1 四 实验原理2 眼图 所谓 眼图 就是由解调后经过低通滤波器输出的基带信号 以码元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形 干扰和失真所产生的传输畸变 可以在眼图上清楚地显示出来 因为对于二进制信号波形 它很像一只人的眼睛 眼图是指利用实验的方法估计和改善 通过调整 传输系统性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形 四 实验原理2 眼图 1 无噪声 无码间串扰时的眼图二进制代码为1110001010收到连1码时 持续时间为 的正电平而收到连0码 持续时间为 的负电平 1 0 码交替 不会出现持续的正负电平 k 1 Tb k为连码的数目 四 实验原理2 眼图 2 无噪声但有码间串扰的眼图 好几条线交织在一起组成 这几条线越靠近 眼图张得越大 码间串扰越小 眼图张得越小 表示码间串扰越大 四 实验原理2 眼图 3 有噪声又有码间串扰的眼图 原来清晰端正的细线 变成了比较模糊的带状的线 而且不很端正 噪声越大 线条越宽 越模糊 四 实验原理2 眼图 1 最佳抽样时刻应选择眼图中 眼睛 张开最大的时刻 2 眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度 斜率越大 对定时误差就越灵敏 3 图中阴影区的垂直高度表示信号幅度畸变范围 4 在抽样时刻上 上下两阴影区的间隔距离的一半为噪声容限 噪声瞬时值超过了它就可能发生错误判决 5 图中央的横轴位置应对应判决门限电平 6 图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围 即过零点畸变 它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大的影响 六 实验原理3 眼图 最后 还需要指出的是 由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映 因此 即使在示波器上显示的眼图是张开的 也不能完全保证判决全部准确 不过 原则上总是眼睛张开得越大 实际判决越准确 所以 还是可以通过眼图的张开度来衡量和比较基带信号的质量 并以此为依据来调整信号在信道中的传输特性 使信号在通信系统信道中传输尽最大可能接近于最佳工作状态 五 实验内容 1 测量系统自带的127bit的伪随机码的波形 2 学习码元多项式 根据多项式设计出具体电路 3 眼图的示波器观测 六 实验步骤及注意事项 1 实验连线 1 连接数字时钟信号源的1024K至数字编译码模块的M序列生成部分的时钟输入端CLK IN 2 连接数字编译码模块的M序列生成部分的数据输出端D OUT至眼图观测模块的SD IN 1 2 3 无噪声 4 有噪声 六 实验步骤及注意事项 2 依次打开各模块的电源开关和系统电源开关 3 用示波器观测M序列输出端的波形 调节示波器达到最佳观测效果 并记录下DOUT波形 4 用示波器观测眼图模块的眼图输出端口的波形 调节示波器 使一个眼图刚好充满示波器整个屏幕 记录下EYE OUT波形 5 调节噪声电位器 观察噪声对眼图的影响 并记录下EYE OUT波形 根据实验测得的M序列计算出两个本原多项式 并画出反馈逻辑图