实    验：码间串扰和无码间串扰的眼图对比实验报告

摘 要：

        在数字通信系统中，码间串扰（Inter-Symbol Interference, ISI）是影响信号质量和系统性能的重要因素之一。本实验通过MATLAB软件生成并对比了受码间串扰影响和未受码间串扰影响的数字信号的眼图。结果显示，未受码间串扰影响的眼图具有较为清晰的开口，而受码间串扰影响的眼图则由于符号间的干扰而导致开口变小，甚至闭合。通过对比这两种情况下的眼图，可以直观地观察到码间串扰对数字信号传输的影响，为理解和解决码间串扰问题提供了参考。

关键词：MATLAB

引言

        随着通信技术的迅速发展，数字通信系统在各类通信场景中的应用越来越广泛。然而，在实际的通信系统中，信号在传输过程中不可避免地会受到各种因素的干扰，其中码间串扰（Inter-Symbol Interference, ISI）是影响系统性能的主要干扰之一。码间串扰是由于信道的带宽有限或多径传播等原因导致的，相邻符号之间的干扰现象。这种干扰会导致接收端难以正确判决符号，进而增加误码率，降低通信系统的可靠性和效率。

        眼图作为一种直观的分析工具，广泛用于评估数字通信系统的性能。通过眼图，可以观察到信号波形的抖动、码间串扰等特性，帮助工程师分析和优化通信系统。本实验利用MATLAB软件生成了未受码间串扰和受码间串扰影响的信号，并分别绘制了它们的眼图，通过对比分析，研究了码间串扰对信号质量的影响。

        本实验的目的是通过生成和对比两种信号的眼图，直观地展示码间串扰对数字信号传输的影响，增强对码间串扰现象的理解，并为后续的通信系统设计和优化提供参考。

一：实验目的

1.理解码间串扰（ISI）和无码间串扰的眼图对比实验的基本原理：

        (1)掌握码间串扰（ISI）和无码间串扰信号的概念和特点。

        (2)理解眼图对于评估信号质量和系统性能的重要性。

2.熟练掌握使用MATLAB进行眼图对比实验的实现方法：

        (1)学会编写MATLAB代码来生成受码间串扰和无码间串扰信号。

        (2)理解和应用MATLAB内置的信号处理函数和工具箱，如眼图绘制函数。

3.通过眼图对比，验证码间串扰对信号传输的影响：

        (1)生成受码间串扰和无码间串扰信号的眼图。

        (2)通过比较两种情况下的眼图，直观观察码间串扰对信号传输质量的影响，如眼睛开口、抖动等。

4.提高使用MATLAB进行信号处理实验的实际操作能力：

        (1)培养学生使用MATLAB解决信号处理问题的能力。

        (2)鼓励学生对实验过程进行创新性思考，尝试不同的参数设置和算法优化，以获得更准确的实验结果。

5.探索码间串扰和无码间串扰眼图对比实验在通信系统中的应用：

        (1)分析码间串扰和无码间串扰对通信系统性能的影响。

        (2)探讨如何利用眼图对比实验结果优化通信系统设计，提高信号传输质量和系统可靠性。

        通过以上实验目的，学生将能够深入了解码间串扰对数字通信系统的影响，熟练掌握MATLAB工具在信号处理实验中的应用，以及利用眼图对比方法评估信号质量和系统性能的技能，为日后在通信领域的学习和研究提供良好基础。

二：实验原理

1、实验原理概述

        在数字通信系统中，码间串扰（Inter-Symbol Interference，ISI）是一种常见的干扰现象，它会导致接收端在解调时出现信号混叠，从而影响了系统的性能。眼图是一种重要的信号质量评估工具，在分析和优化数字通信系统中具有重要作用。本实验旨在通过对比受码间串扰和无码间串扰信号的眼图，直观展示码间串扰对信号传输质量的影响。

2.实验原理详解

2.1码间串扰（ISI）

        码间串扰是指在数字通信系统中，相邻符号之间的干扰现象。它的产生原因主要包括信道的频率响应不理想和多径传播效应等。当传输信号经过信道时，由于信道的带宽有限或多径传播等因素，导致相邻符号之间产生干扰，使得接收端无法正确解调。码间串扰会导致眼图闭合，使得接收端难以准确判断符号的边界，从而增加了误码率。

2.2无码间串扰

        无码间串扰的信号在传输过程中没有受到码间串扰的影响，其眼图呈现出清晰的开口，符号之间不存在重叠。这种情况下，接收端能够准确地识别和解调各个符号，从而保证了系统的性能。

三：实验步骤以及流程图

1.生成随机二进制信号：

        使用MATLAB的randi函数生成长度为N的随机二进制信号，其中0表示低电平，1表示高电平。

2.将二进制信号转换为NRZ信号：

         将生成的二进制信号转换为非归零（NRZ）信号，采用幅度调制方式，其中0对应-1，1对应+1。

 3.定义采样率和符号时间：

        设置采样率为fs，符号时间为Ts，生成时间向量t，用于后续信号处理和眼图绘制。

4.生成不受ISI影响的信号：

        通过将NRZ信号进行采样重复，得到不受ISI影响的信号。这里将NRZ信号重复fs次，得到每个符号采样fs次，以保证信号不受ISI影响。

5.生成受ISI影响的信号：

        设定通道脉冲响应h，表示ISI的影响。使用MATLAB的filter函数，将不受ISI影响的信号通过通道脉冲响应h，得到受ISI影响的信号。

6.绘制眼图：

        使用MATLAB的eyediagram函数分别绘制不受ISI影响和受ISI影响的信号的眼图。设置眼图参数，如窗口大小、延迟等，以便观察信号的开口和波形特征。分别为两种情况下的眼图设置标题，以便对比分析。

        通过以上实验过程，可以直观地观察到受码间串扰和无码间串扰信号的眼图，从而了解码间串扰对数字信号传输的影响。

四：注意事项

在进行码间串扰和无码间串扰的眼图对比实验时，需要注意以下几点：

1.参数设置：

(1)确保生成的随机二进制信号长度N和采样率fs设置合理，以便得到准确的实验结果。

(2)对于通道脉冲响应h的选择，需要考虑到实际通信系统中可能遇到的情况，如信道特性和噪声水平等。

2.数据处理：

(1)确保生成的随机二进制信号转换为NRZ信号时，电平表示正确，即0对应低电平，1对应高电平。

(2)在进行眼图绘制之前，对信号进行适当的处理和滤波，以确保信号质量和眼图清晰度。

3.眼图绘制：

(1)在绘制眼图时，应正确设置眼图参数，包括窗口大小、延迟等，以便观察信号的开口和波形特征。

(2)确保绘制的眼图清晰可见，以便后续对比分析。

4.结果分析：

(1)在对比分析眼图时，应仔细观察信号的开口大小、眼图形状和波形特征，从中得出码间串扰对信号传输的影响。

(2)结果分析时，应考虑实验参数设置和信号处理过程中可能的误差和影响因素，以确保结果的准确性和可靠性。

5.实验环境：

(1)确保实验环境安全稳定，避免干扰和噪声对实验结果的影响。

(2)使用MATLAB软件时，确保软件版本和运行环境正常，以便顺利进行实验和数据处理。

通过遵守上述注意事项，可以保证实验过程顺利进行，并获取准确可靠的实验结果，加深对码间串扰对数字信号传输的影响的理解。

五：实验代码

码间串扰和无码间串扰的眼图对比

% 生成随机二进制信号

N = 1000; % 信号长度

data = randi([0 1], N, 1);



% 将二进制信号转换为NRZ信号

data_NRZ = 2*data - 1;



% 定义采样率和符号时间

fs = 10; % 采样率

Ts = 1; % 符号时间

t = 0:1/fs:N-1/fs; % 时间向量



% 生成不受ISI影响的信号

signal_no_isi = repmat(data_NRZ', fs, 1);

signal_no_isi = signal_no_isi(:);



% 生成受ISI影响的信号

h = [1 0.5 0.3]; % 通道脉冲响应，表示ISI

signal_with_isi = filter(h, 1, signal_no_isi);



% 绘制眼图

eyediagram(signal_no_isi, 2*fs, 2, fs);

title('无码间串扰的眼图');



figure;

eyediagram(signal_with_isi, 2*fs, 2, fs);

title('码间串扰的眼图');

六：实验结果

通过运行代码实现的图形显示，我们可以得出以下结论：

  1.无码间串扰的眼图：

(1)在无码间串扰的情况下，眼图呈现出明显的开口，符号之间没有重叠。

(2)眼图的开口清晰，表明接收端能够准确识别和解调各个符号，保证了系统的性能。

2.码间串扰的眼图：

(1)在受码间串扰的情况下，眼图的开口变窄，符号之间出现了重叠和模糊。

(2)眼图闭合程度增加，表明接收端难以准确识别和解调各个符号，增加了误码率，降低了系统的性能。

通过对比分析两种情况下的眼图，可以直观地观察到码间串扰对数字信号传输质量的影响。在实际通信系统中，需要采取相应的措施来降低码间串扰对系统性能的影响，如使用均衡器、调制滤波器等技术手段来抑制码间串扰的影响，从而提高系统的性能和可靠性。

七：实验总结

        本次实验通过比较受码间串扰和无码间串扰的眼图，直观展示了码间串扰对数字信号传输质量的影响。以下是对实验的总结：

1.实验目的回顾：

实验旨在通过生成受码间串扰和无码间串扰的信号眼图，观察和分析两种情况下的眼图特征，以了解码间串扰对信号传输的影响。

2.实验过程简述：

在实验过程中，首先设定了采样频率、信号长度等参数，并生成了原始信号。然后，分别生成受码间串扰和无码间串扰的信号，利用MATLAB绘制了对应的眼图。

3.实验结果展示：

通过绘制的眼图清晰地展示了受码间串扰和无码间串扰信号的眼图特征。无码间串扰的眼图呈现出明显的开口，而码间串扰的眼图开口变窄，符号之间出现重叠和模糊。

4.实验分析与结论：

(1)通过眼图对比，明确观察到受码间串扰和无码间串扰信号的不同特征。码间串扰导致眼图闭合程度增加，增加了误码率；而无码间串扰情况下，信号传输质量良好，系统性能稳定。

(2)实验结果直观地验证了码间串扰对数字信号传输的不利影响，进一步强调了在数字通信系统设计中对码间串扰问题的重视和处理的必要性。

5.结论和展望：

(1)通过本次实验，我们深化了对码间串扰现象的理解，为后续数字通信系统的设计和优化提供了参考依据。

(2)在未来的学习和研究中，我们将进一步探索更多的信号处理技术，以应对码间串扰等数字通信中的挑战，提高系统的性能和可靠性。

致谢

在此，我要向我的导师22老师表示最诚挚的感谢。在整个实验报告撰写的过程中，2老师始终给予我悉心的指导和耐心的解答。她渊博的学识、对专业的热情与执着，以及严谨认真的工作态度，都对我产生了深远的影响。她的亲历亲为、追求完美的精神，不仅教会了我专业知识，更传授了我做人的道理。同时，我也要感谢所有在实验过程中给予我们指导和帮助的老师们。是您们的专业知识和丰富经验，为我们指明了方向，提供了宝贵的建议。您们的严谨治学态度和无私奉献的精神，是我们学习的楷模，让我们在实验过程中收获满满，受益匪浅。