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Eye Diagram Scope

時間領域信号のアイ ダイアグラムの表示

ライブラリ

Comm Sinks

説明

Eye Diagram ブロックは変調された信号の複数のトレースを表示して、アイ ダイアグラムを生成します。このブロックを使用して、パルス整形やチャネル歪みの影響などの信号の変調特性を表示できます。

Eye Diagram ブロックの入力端子は 1 つです。このブロックは列ベクトルまたはスカラー入力信号を受け入れます。このブロックは、double、single、基本整数型および固定小数点型の各データ型の信号を受け入れます。すべてのデータ型は、ブロックが結果を表示する前に double にキャストされます。

ダイアログ ボックス

アイ ダイアグラムの表示を変更するには、[表示][コンフィギュレーション プロパティ]を選択するか、[コンフィギュレーション プロパティ] ボタン () をクリックします。次に、[メイン][2D color histogram][Axes] または [Export] タブを選択し、設定を変更します。

ビジュアル — Eye Diagram プロパティ

[メイン] タブ

Display mode

アイ ダイアグラムの表示モード。[Line plot] または [2D color histogram] として指定します。[2D color histogram] を選択すると、[Histogram] タブが使用可能になります。このパラメーターは調整可能です。

Enable measurements

このチェック ボックスをオンにすると、入力信号のアイの測定が有効になります。

Show horizontal (jitter) histogram

このラジオ ボタンを選択して、ジッター ヒストグラムを表示します。このパラメーターは [Display mode][2D color histogram][Enable measurements] が選択されているときに使用できます。ツール バーの [Histogram] ボタンのドロップ ダウンを使用してアクセスすることもできます。

Show vertical (noise) histogram

このラジオ ボタンを選択して、ノイズ ヒストグラムを表示します。このパラメーターは [Display mode][2D color histogram][Enable measurements] が選択されているときに使用できます。ツール バーの [Histogram] ボタンのドロップ ダウンを使用してアクセスすることもできます。

Show horizontal bathtub curve

このチェック ボックスを選択して、水平方向のバスタブ曲線を表示します。このパラメーターは、[Enable measurements] を選択した場合に使用できます。ツール バーの [Bathtub Curve] ボタンを使用してアクセスすることもできます。

Show vertical bathtub curve

このチェック ボックスを選択して、垂直方向のバスタブ曲線を表示します。このパラメーターは、[Enable measurements] を選択した場合に使用できます。ツール バーの [Bathtub Curve] ボタンを使用してアクセスすることもできます。

Eye diagram to display

[Real only] または [Real and imaginary] のいずれかを選択して片方または両方のアイ ダイアグラムを表示します。アイの測定を行う場合、このパラメーターは [Real only] でなければなりません。このパラメーターは調整可能です。

Color fading

このチェック ボックスをオンにすると、画面上に最初にプロットされた点からの時間間隔が開くにつれて点の色が薄くなります。既定値は false です。このパラメーターは、[Display mode][Line plot] のときにのみ使用できます。このプロパティは調整可能です。

シンボルあたりのサンプル

シンボルごとの入力サンプル数。[Symbols per trace] と共に使用して、トレースあたりのサンプルの数を決めます。このパラメーターは調整可能です。

Sample offset

サンプル オフセット。[Samples per symbol][Symbols per trace] の積より小さい非負の整数として指定します。このオフセットは最初の点をプロットする前に省略するサンプル数を指定します。このパラメーターは調整可能です。

Symbols per trace

トレースあたりにプロットされるシンボルの数。正の整数で指定します。このパラメーターは調整可能です。

Traces to display

プロットされるトレースの数。このパラメーターは、[Display mode][Line plot] のときにのみ使用できます。このパラメーターは調整可能です。

[Axes] タブ

Title

アイ ダイアグラム プロットの上部に表示されるラベル。既定では、プロットにタイトルはありません。このパラメーターは調整可能です。

Show grid

このチェック ボックスでグリッドのオンとオフを切り替えます。このパラメーターは調整可能です。

Y-limits (Minimum)

y 軸の最小値。このパラメーターは調整可能です。

Y-limits (Maximum)

y 軸の最大値。このパラメーターは調整可能です。

Real axis label

スコープで実数軸に表示されるテキスト。このパラメーターは調整可能です。

Imaginary axis label

スコープで虚軸に表示されるテキスト。このパラメーターは調整可能です。

[2D Histogram] タブ

[2D Histogram] タブは、[Histogram] ボタンをクリックするか、表示モードが [2D color histogram] に設定されている場合に使用できます。

Oversampling method

オーバーサンプリング方式。[None][Input interpolation] または [Histogram interpolation] として指定します。このパラメーターは調整可能です。

できるだけ迅速にアイ ダイアグラムをプロットするには、[Oversampling method][None] に設定します。オーバーサンプリングを行わないことの難点は、トレースあたりのサンプル数が少ない場合にプロットがピクセル化して見えることです。使用するトレースあたりのサンプル数が少ない場合に、より滑らかでピクセル化の少ないプロットを作成するには、[Oversampling method][Input interpolation] または [Histogram interpolation] に設定します。この 2 つの内挿法では [Input interpolation] の方が高速であり、また S/N 比 (SNR) が高い場合には良好な結果が得られます。SNR が低い場合には各ヒストグラムの範囲の中心方向へのバイアスが生じるため、このオーバーサンプリング方式は推奨されません。[Histogram interpolation] は他の手法ほど高速ではありませんが、SNR が低い場合でも良好な結果が得られます。

Color scale

ヒストグラム プロットのカラー スケール。[Linear] または [Logarithmic] として指定します。アイ ダイアグラムの特定の領域に不均衡な数の点が含まれている場合には、[Color scale][Logarithmic] に設定します。このパラメーターは調整可能です。

Reset

ツール バーにはヒストグラム リセット ボタン があります。このボタンをクリックすると、内部のヒストグラム バッファーがリセットされて、表示がクリアされます。このボタンは、表示モードが [Line plot] に設定されているときには使用できません。

[Export] タブ

Export measurements

このチェック ボックスを選択すると、アイ ダイアグラム測定が MATLAB® ワークスペースにエクスポートされます。このパラメーターは調整可能です。

変数名

アイ ダイアグラム測定の保存先の変数名を指定します。既定の設定は EyeData です。このパラメーターは調整可能です。データは以下のフィールドをもつ構造体として保存されます。

  • MeasurementSettings

  • Measurements

  • JitterHistogram

  • NoiseHistogram

  • HorizontalBathtub

  • VerticalBathtub

  • BlockName

スタイル ダイアログ ボックス

[Style] ダイアログ ボックスでは、アクティブな表示領域のスタイルをカスタマイズできます。表示領域を含む Figure の色、表示軸の背景や前景の色、表示領域内のラインのプロパティを変更できます。このダイアログ ボックスを開くには、[View][Style] を選択します。

プロパティ

Figure の色

スコープ Figure の背景色を指定します。既定では、Figure の色は黒です。

Axes の色

座標軸の塗りつぶし色と線の色を指定します。

ライン

表示された信号の、ラインのスタイル、幅および色を指定します。

マーカー

選択された信号のデータ点マーカーを指定します。このパラメーターは、MATLAB Handle Graphics® プロット オブジェクトの Marker プロパティとほぼ同等です。

指定子マーカー タイプ
なしマーカーなし (既定の設定)
正方形
十字
プラス記号
アスタリスク
菱形
下向き三角形
上向き三角形
左向き三角形
右向き三角形
星形五角形 (五芒星)
星形六角形 (六芒星)

Colormap

ヒストグラム プロットのカラーマップを指定します。指定できるスキームは、ParulaJetHSVHotCoolSpringSummerAutumnWinterGrayBoneCopperPinkLines または Custom のいずれかです。このパラメーターは、Eye Diagram[Histogram] モードの場合にアクティブになります。既定の設定は Hot です。Custom を選択した場合には、コードを入力して独自のカラーマップを指定できるダイアログ ボックスが表示されます。

Measurements

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[測定値] パネルを開くには、[アイの測定] ボタンをクリックするか、ツール バー メニューから [ツール]、[測定値]、[アイの測定] を選択します。

メモ

  • 振幅測定の場合、1 つの垂直ヒストグラムあたり 1 つ以上のビンが 10 ヒットに到達しないと、測定値は取得されません。これは、高い精度を確保するためです。
  • 時間測定の場合、1 つの水平ヒストグラムあたり 1 つ以上のビンが 10 ヒットに到達しないと、測定値は取得されません。
  • アイパターン クロッシングの時間測定値が、[-0.5/Fs, 0) 秒間隔内に収まる場合、この時間測定値はアイ ダイアグラムの末尾にラップされます。つまり、測定値は 2*Ts 秒だけラップされます (ここで、Ts はシンボル時間)。複素信号では、同相分岐のクロッシングの時間測定値がラップされて直交ブランチのクロッシングの時間測定値はラップされない場合 (またはこの逆の場合)、analyze メソッドにより警告が表示されます。タイムラッピングまたは警告を回避するには、アイ ダイアグラム オブジェクトの MeasurementDelay プロパティの現在の値に 1/2 シンボル区間遅延を追加します。この追加遅延により、アイパターンがスコープのほぼ中心に再配置されます。

アイパターン レベルはデータ ビットを表すために使用する振幅レベルです。表示される NRZ 信号の場合、レベルは –1 V および +1 V です。アイパターン レベルは、アイパターン レベル境界内の 2 次元ヒストグラムを平均して計算されます。

アイパターン振幅は、2 つのアイパターン レベルの平均値の間の距離 (V) です。

アイパターン高さは、アイパターン レベル上限の μ – 3σ とアイパターン レベル下限の μ + 3σ の間の距離です。μ はアイパターン レベルの平均で、σ は標準偏差です。

垂直開口部は、BER しきい値に対応する 2 点間の距離です。たとえば、BER しきい値が 10–12 の場合、これらの点は各アイパターン レベルから 7σ の距離に相当します。

アイパターン SNR は、各アイパターン レベルに対応する垂直方向の標準偏差の差に対するアイパターン レベルの差の比率です。

SNR=L1L0σ1σ0,

ここで、L1 および L0 は上限および下限のアイパターン レベルの平均を表し、σ1 および σ0 はその標準偏差を表します。

Q ファクターは、アイパターン SNR と同じ式を使用して計算されます。ただし、垂直方向のヒストグラムの標準偏差は、デュアルディラック解析で計算されたものと置き換えられます。

クロッシング レベルは、アイパターン クロッシングが発生する振幅レベルです。

クロッシング時間はクロッシングが発生する時間です。時間は水平方向 (ジッター) のヒストグラムの平均値として計算されます。

アイパターン遅延は 2 つのクロッシング時間の間の中間点です。

アイパターン幅は、左側クロッシング時間の μ + 3σ と右側クロッシング時間の μ – 3σ の間の水平方向距離です。μ はジッター ヒストグラムの平均値、σ は標準偏差です。

水平開口部は、BER しきい値に対応する 2 点間の距離です。たとえば、BER が 10–12 の場合、これらの 2 点は各クロッシング時間から 7σ の距離に相当します。

立ち上がり時間は、アイ ダイアグラムで定義される低しきい値と高しきい値の間の平均時間です。既定のしきい値は、アイパターン振幅の 10% および 90% です。

立ち下がり時間は、アイ ダイアグラムで定義される高しきい値と低しきい値の間の平均時間です。既定のしきい値は、アイパターン振幅の 10% および 90% です。

確定的ジッター (DJ) は、デュアルディラック ヒストグラムの 2 つのピーク間の距離です。DJ の確率密度関数 (PDF) は 2 つのデルタ関数で構成されます。

ランダム ジッター (RJ) は、ジッターの境界のないガウス成分です。ジッターのランダム成分は、指定された平均偏差 σ をもつ平均がゼロのガウス確率変数としてモデル化されます。ランダム ジッターは次のように計算されます。

RJ=(QL+QR)σ,

ここで、次の式が成り立ちます。

Q=2erfc1(2BERρ).

BER は指定された BER しきい値です。ρ は左側および右側ディラック関数の振幅で、ジッター ヒストグラムのビンのカウント数から決定されます。

総ジッター (TJ) は、確定的ジッターとランダム ジッターの和です (たとえば、TJ = DJ + RJ)。

総ジッターの PDF は、DJ PDF と RJ PDF の畳み込みです。

RMS ジッターは、判定境界における水平 (ジッター) ヒストグラムから計算されるジッターの標準偏差です。

ピーク間ジッターは、各クロッシング時間の水平ヒストグラムに含まれる左側と右側の非ゼロ値間の最大水平距離です。

測定設定

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測定設定を変更するには、まず、[Enable measurements] を選択します。次に、[Eye Measurements] ペインで、[Settings] の隣の矢印をクリックします。次の測定設定を制御できます。

[40 60] (既定) 2 要素ベクトル

アイパターン レベルを計算する時間範囲。2 要素ベクトルとして指定します。値はシンボル区間のパーセンテージとして表されます。調整可能。

0 (既定) | スカラー

振幅レベルのしきい値 (V)。スカラーとして指定します。このパラメーターは、水平 (ジッター) ヒストグラムの異なる信号領域を分離します。このパラメーターは調整可能ですが、パラメーターが変更されると、ジッター ヒストグラムがリセットされます。

非ゼロ復帰 (NRZ) 信号の場合は [Decision boundary] を 0 に設定します。ゼロ復帰信号 (RZ) の場合は [Decision boundary] を最大振幅の半分に設定します。

[10 90] (既定) 2 要素ベクトル

立ち上がりおよび立ち下がり遷移の振幅レベル。2 要素ベクトルとして指定します。これらの値はアイパターン振幅のパーセンテージとして表されます。このパラメーターは調整可能ですが、パラメーターが変更されると、立ち上がりおよび立ち下がりしきい値のクロッシング ヒストグラムがリセットされます。

0 (既定) | スカラー

水平クロッシングの振幅許容誤差 (V)。スカラーとして指定します。ヒステリシスを増加させ、ノイズによるスプリアス クロッシングの許容誤差を大きくします。このパラメーターは調整可能ですが、パラメーターが変更されると、ジッターと立ち上がりおよび立ち下がりのヒストグラムがリセットされます。

1e-12 (既定) | 0 から 0.5 の非負のスカラー

アイの測定に使用される BER。0 から 0.5 の非負のスカラーとして指定します。値は、ランダム ジッター、総ジッター、アイパターンの水平開口部およびアイパターンの垂直開口部を測定するために使用されます。調整可能。

[0.5 0.1 0.01 0.001 0.0001 1e-05 1e-06 1e-07 1e-08 1e-09 1e-10 1e-11 1e-12] (既定) | ベクトル

バスタブ曲線の開口部を計算するための BER 値。0 から 0.5 の範囲の要素をもつベクトルとして指定します。アイパターンの水平開口部と垂直開口部は、このパラメーターで指定した各値に対して計算されます。このパラメーターを有効にするには、[Show horizontal bathtub curve][Show vertical bathtub curve]、またはこれら両方を選択します。調整可能。

0 (既定) | 非負のスカラー

測定から破棄される初期データの持続時間 (秒)。非負のスカラーとして指定します。

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Eye Diagram ブロックを使用して、フィルター処理された QPSK 信号のアイ ダイアグラムを表示します。

MATLAB コマンド プロンプトから doc_eye_diagram_scope モデルを読み込みます。

doc_eye_diagram_scope

モデルを実行して 2つのシンボルが表示されることを確認します。

コンフィギュレーション パラメーター ダイアログ ボックスを開きます。[Symbols per trace] パラメーターを 4 に変更します。シミュレーションを実行して、4 個のシンボルが表示されることを確認します。

Raised Cosine Transmit Filter パラメーターを変更したり、その他の Eye Diagram パラメーターを変更したりして、アイ ダイアグラムへの影響を確認します。

ノイズを含む GMSK 信号のヒストグラム プロットを表示します。

MATLAB コマンド プロンプトから doc_eye_diagram_gmsk モデルを読み込みます。

doc_eye_diagram_gmsk

モデルを実行します。アイ ダイアグラムは、内挿なしのヒストグラムを表示するように設定されています。

内挿がないため、プロットに区分的に連続した動作が生じます。

[コンフィギュレーション プロパティ] ダイアログ ボックスの [2D Histogram] タブを開きます。[Oversampling method][Input interpolation] に設定します。モデルを実行します。

内挿によってアイ ダイアグラムが平滑化されます。

AWGN Channel ブロックで、[SNR (dB)]25 から 10 に変更します。モデルを実行します。

アイ ダイアグラムに垂直方向の縞模様があることが観測されます。この縞模様は入力内挿の結果ですが、低 SNR 条件では精度が限られます。

[Oversampling method][Histogram interpolation] に設定します。モデルを実行します。

ヒストグラム内挿法はすべての SNR 値に対して有効なため、アイ ダイアグラムのプロットが正確に表示されるようになりました。この方法は他の手法ほど高速ではないため、実行時間は長くなります。

モデルを開きます。このモデルはバイポーラ データを生成し、確定的およびランダム ジッター追加し、ホワイト ノイズを適用して結果のアイ ダイアグラムを表示します。

モデルを実行します。

ジッターがないため、信号はクリーンなクロッシングを示しています。

確定的ジッターの影響を示すために、Channel Model with Jitter ブロックで [Deterministic jitter] パラメーターを 100e-12 に設定します。モデルを実行します。

確定的ジッターは、ジッター ヒストグラムの 2 つのピーク間の分離で示されます。

RMS ジッターの影響を示すために、[Deterministic jitter] パラメーターを 0 に、[RMS jitter] パラメーターを 50e-12 に設定します。モデルを実行します。

RMS ジッターは、各クロッシングの周囲の不鮮明さで示されます。

RMS ジッターを 10e-12 に、確定的ジッターを 50e-12 に設定します。モデルを実行します。

信号は両方のタイプのジッターの影響を示しています。

詳細

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拡張機能

参考

ブロック

System object

R2014a で導入