脈沖編碼相關學術論文
脈沖通常是指電子技術中經常運用的一種象脈搏似的短暫起伏的電沖擊(電壓或電流)。下面是學習啦小編整理的脈沖編碼相關學術論文，希望你能從中得到感悟!
脈沖編碼相關學術論文篇一
淺談脈沖間隔調制解調
【摘要】為能夠實現室內可見光通信調制解調，依據室內可見光通信的一些特點，制定出了傳空雙頭脈沖間隔調制解調的諸多方法。首先針對雙頭脈沖間隔調制原理，設計出了該調制的符號結構，一方面符號不設置保護時隙，另一方面符號長要固定。其次在上述的基礎上給出了這種調制和解調方式的實現系統(tǒng)。系統(tǒng)主要依靠FPGA器件來實現，并利用傳空方式來完成信息傳輸，而且設計出了VHDL語言實施的算法流程，最后制定出調制解調系統(tǒng)并實施實驗驗證。區(qū)別于其他系統(tǒng)，這種調制解調系統(tǒng)的最大優(yōu)勢是無需同步信號，實驗結果也同樣表明該調制解調方式能夠非常有效地應用于可見光的通信。
【關鍵詞】可見光通信;傳空脈雙頭沖間隔調制;脈沖間隔調制;系統(tǒng)設計
目前，室內可見光通信是光無線通信的研究焦點，它以大功率白光LED為光源，發(fā)送肉眼不可見的閃爍信號來保證正常通信。通信應用的調制解調方式也就成為了通信的關鍵技術。目前，光無線通信一般應用的調制方式有：脈沖位置調制、開關鍵控調制、數字脈沖間隔調制。其中數字脈沖間隔調制與脈沖位置調制相比較，它顯著縮小了符號長度，而且增強了傳輸容量和頻帶利用率，并且無需同步，信號帶寬的利用率也比較高。
1.SDH-PIM的原理
傳空雙頭脈沖間隔調制(SDH-PIM)的原理就是把1個m位二進制數據流映射為2(m-1)+2個時隙的信號，調制手段是由2種不同的引導，其后跟著間隔信息，而且間隔信號為傳空信號，由此被稱作傳空雙頭脈沖間隔調制。頭信號由傳空和高電平信號組合而成，寬度是2Ts，它的類型決定了位置信息。假設k為m 是由二進制數據表示的十進制數，如果k小于2(m-1)，頭信號被定義成H1，頭信號的傳空號寬度是Ts/2，高電平的寬度則為3Ts/2，頭信號和傳輸信息位之間的間隔為kTs;如果k大于或等于2(m-1)，頭信號是H2，頭信號的傳空號寬度是3Ts/2，高電平寬度則為Ts/2，頭信號和傳輸信息位之間的間隔為(2m-1-k)。不管是以哪種頭信號為引導，傳輸間隔的空號終結后會傳輸給高電平，符號的長度固定是2(m-1)+2。正是依靠頭信號的這種特點，因此能夠編程找到1個完整的SDH-PIM 符號而且不需要提取位同步和符號同步信號。頭信號除此外還隱藏了位置信息，這個對接收裝置的要求相比而言會較高。室內可見光通信應用LED作光源而且兼顧了照明的功能，SDH-PIM舍去了激光通信應用的冗余保護時隙，因此，這有利于增強信息的傳輸速率。
2.系統(tǒng)的總體設計
通信系統(tǒng)的調制解調的硬件實現形式有多種多樣，既可以采用單片機來實現，也可以采用DSP來實現。
本系統(tǒng)硬件主要依靠SDH-PIM 調制發(fā)送模塊與SDH-PIM接收解調模塊組成，如圖2所示。SDH-PIM調制發(fā)送模塊由發(fā)送濾波器模塊、LED驅動模塊和編碼器模塊三部分組成。SDH-PIM 接收模塊由自動增益系統(tǒng)、前置放大器、譯碼器和判決器四部分組成。
首先，編碼器、譯碼器為系統(tǒng)的核心裝置，是采用Altera公司的EP2C5T144C器件來完成的。
其次，因為接收信號和LED的距離的平方為反比，接收機獲得的信號強弱變化比較大，當接收機的增益不發(fā)生變化，那么信號太強時會使接收機逐漸飽和，信號太弱時則會丟失脈沖，還有抽樣判決時，隨著接收脈沖的強弱變化大而導致誤判。
因此，系統(tǒng)設定了自動增益的控制裝置來增強系統(tǒng)可靠性。另外，論文只考慮直射信道這種通信手段。
3.系統(tǒng)的軟件設計
3.1 調制編碼
系統(tǒng)軟件依靠VHDL語言編程來實現，SDH-PIM調制編碼的流程如圖3所示。編碼器把晶體振蕩器分頻得到了周期T=Ts/2的時鐘，編程應用Mealy型的有限狀態(tài)機，時鐘的作用為生產20個狀態(tài)，前4個狀態(tài)用處在于發(fā)送頭信號，后面16個狀態(tài)則用于傳播空號和脈沖間隔數，還有空信號結束后的高電平數。先把二進制數據流編譯為十進制數k，并和2(m-1)進行比較，適合k<2(m-1)就會出現頭信號H1，否則是H2。當發(fā)送H1頭信號時，在第1個狀態(tài)傳播空號，下面的接連3個狀態(tài)都會發(fā)傳號電平，這個時候頭信號結束發(fā)送。當發(fā)送間隔信息時，如果前面k個位置是高電平，那么接下來兩個連接狀態(tài)就是空號，后面2(m-1)-k-1個時隙就是高電平。當頭信號為H2時，那么第1個狀態(tài)至第3個狀態(tài)為傳空，則第4個狀態(tài)發(fā)送稿電平結束頭信號。傳輸位置信號在前面(2m -k-1)個時隙是高電平，那么接下來傳播1個空信號。為使長度固定下來，傳空號后面會用高電平保證實現。
3.2 解調譯碼
解調時必須考慮以下4個問題：
1)時鐘問題。因為SDH-PIM符號使用的時鐘周期為Ts/2，是為了能夠方便判別頭信號和脈沖間隔，解調譯碼時使用統(tǒng)一的時鐘，而且時鐘周期是調制器時鐘的1/10甚至更短。
2)解調譯碼時使用計數器對頭信號的傳空部分進行計數，并依據計數值去判別頭信號是H1或者是H2。
3)依靠對脈沖間隔計數值來確認所傳輸的二進制符號。當頭信號為H1時，頭信號和傳空信號的計數值可以確認為二進制值。如果頭信號是H2，那么可以間接求出二進制值。
4)因為計數脈沖的頻率為發(fā)送信號時鐘頻率的10倍，所以在計數過程中會有計數誤差，因此在依據計數值進行判別信號時，應當考慮1個范圍來確認信號的類型。例如，當解調譯碼時，頭信號H1、H2的空信號的寬度分別是20us、40us，傳空信息信號的寬度是60us，如果使用的時鐘周期是1us，計數值介于(19，21)，(39，41)，(59，61)范圍時能夠作相應的判決，解調的關鍵依賴于找出頭信號，當編碼時，頭信號的空信號寬度與位置信號相比要窄。先使接收的信號取反，再通過計數器對脈沖進行計數，依靠計數值去判別頭信號或者位置信號。當發(fā)現頭信號時，就會產生計數，使信號對脈沖間隔進行計數，減去掉頭信號中的高電平的寬度計數值，就能夠確定二進制值，以此達到解調譯碼的目的。
4.小結
本文提出的基于現場可編程陣列FPGA 室內可見光調制以及解調系統(tǒng)，它使用SDH-PIM 對基帶信號實行調制、解調，這種調制方式的最大特點就是解調時不需要位同步信號和符號同步信號，這種特點將系統(tǒng)解調譯碼更加便捷，也能增強調制速率。實驗結果證明該調制解調系統(tǒng)實現了預期要求，對該調制解調方法的研究也有一定的參考價值。
參考文獻
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脈沖編碼相關學術論文篇二
超短脈沖激光研究
摘要：通過求解麥克斯韋-布洛赫方程，研究了脈沖激光與介質的相互作用，從理論 上探討在不同時域范圍，慢變幅近似和旋波近似兩種近似方法對于研究激光與介質相 互作用過程的適用性。研究表明慢變幅近似和旋波近似兩種近似適用于納秒及皮秒范 圍，當脈沖持續(xù)時間接近幾個光波周期時，旋波近似和慢變幅近似將不再適用。
關鍵詞：超短脈沖激光 麥克斯韋-布洛赫方程 慢變幅近似 旋波近似
一、引言
激光的出現是二十世紀最重要的發(fā)現之一, 也是光學發(fā)展史上的第三個里程碑。 隨著激光技術的迅速發(fā)展,人們已經可以產生單個周期或更短的激光脈沖,這種超短脈 沖光束在傳輸過程中其時間和空間變換具有許多新的特點,例如空間和時間的耦合引 起的時間微分效應、Guoy相移引起的時間反轉、極反轉等等[1-6]。
最近在超短脈沖技術方面的快速發(fā)展，使得光與介質相互作用的研究進入了一個 全新的領域，目前無論從理論還是實驗方面，人們都開展了大量的超短脈沖激光與原 子和分子相互作用的研究工作[7-9]。在實驗方面，利用超快激光來研究有機分子和生物 分子等量子體系中的各種超快過程、獲得超連續(xù)譜以及測量分子的內稟屬性。如人們 在實驗上測量了分子的超極化率，并可測量通過一定厚度的分子溶液的非線性光強度 來確定分子材料的雙光子吸收截面。在理論方面，研究人員建立理論模型研究了超短 脈沖在介質中的傳播過程，得到了一些新的脈沖傳播性質，為超短脈沖激光技術的發(fā) 展和實驗結果的解釋打下了理論基礎。針對脈沖持續(xù)時間中包含很多光波周期情況， 在旋波近似和慢變幅近似下，采用二能級模型得到了一系列有趣的現象，包括自感應 透明、拉比振蕩、光子回波。
二、超短脈沖激光
(一)超短脈沖激光的發(fā)展
脈沖激光技術自1965年用被動鎖模紅寶石激光器獲得皮秒級脈沖而進入超短范圍 以來, 發(fā)展十分迅速。70 年代中出現了對撞鎖模環(huán)形染料激光器, 使激光脈沖的寬度 進入飛秒范圍。至80 年代中, 對撞鎖模環(huán)形染料激光器的脈沖寬度達到了27飛秒(fs)。
1986年, 中科院西安光機所陳國夫在英國進修期間利用對撞鎖模環(huán)形染料激光器創(chuàng)造 了19fs 的當時國際最短記錄。1991年國際上出現了自鎖模鈦寶石激光器, 當時產生了60fs 的脈沖。鈦寶石固體飛秒激光器調諧范圍寬(650～11200nm), 熒光帶寬(理論上可 以支持產生3fs的脈沖), 可靠性高, 使用方便。它的出現掀起了國際上發(fā)展飛秒激光技 術與應用飛秒脈沖的熱潮。鈦寶石固體飛秒激光器產生的脈沖寬度1993 年降至11fs,1994年降至8fs, 1996年西安光機所的許林在奧地利產生了7. 5fs的超短激光脈沖, 1996年, 畢業(yè)于西安光機所的魏志義博士在荷蘭創(chuàng)造了全固態(tài)腔倒空壓縮后4.5fs的記錄,而1998年西安光機所的程昭則在奧地利利用超寬帶啁啾鏡腔外壓縮,獲得了4fs的最佳結果.以上這些都是當時的國際最高指標。
與獲取更短脈沖同步, 超短脈沖技術的另一重要發(fā)展是實現了半導體激光器(LD)泵浦的Nd: YAG激光器(1988, 55ps)、LD泵浦的Cr:LiSAF脈沖激光器(1994, 47fs, 1995,24fs)以及近年利用LD泵浦Nd:YVO4 倍頻后泵浦鈦寶石產生 12fs 的全固態(tài)鈦寶石激光 器。飛秒激光技術發(fā)展的另一重要方向是利用啁啾脈沖放大(CPA)技術獲取超高功率。 超短脈沖激光技術,當前達到的水平大體如下:固體激光器直接產生的脈沖寬度已 縮小到5fs(1fs=10-15s),經壓縮的最短脈沖為4fs;出現了用半導體激光器(LD)泵浦的全固 體化的飛秒激光器,使飛秒激光器體積更小、工作更穩(wěn)定壽命更長、使用更方便; 開發(fā) 了多種激光介質和放大介質, 除Ti ∶Sapphire 外, 尚有Cr3+∶LiSAF ，Cr3+∶LiCAF ，Cr4+∶YAG和Nd∶YVO4 等;發(fā)展了寬調諧的飛秒激光系參量振蕩(OPO)及參量放大(OPA),拓了飛秒激光的波長可調諧范圍. 目前OPO 的頻率已可覆蓋178mm～20μm ,而 OPA則可做到613fs、5J,波長(550～700) nm 及4fs、1J， 波長(900～1300) nm ; 出現了 全光纖的超短脈沖激光器;發(fā)展了單次或重復頻率10Hz的桌面型TW級固體飛秒激光器. 這類系統(tǒng)的峰值功率已達100TW(1TW=1012W)以上,可以提供1020W/cm2 的功率密度, 為開展強場物理創(chuàng)造了條件.目前已利用25fs的高功率激光脈沖在氦氣中實現了221 次 的高次諧波, 從而獲得了相干可調諧的已進入水窗范圍的X射線。
(二)超短脈沖激光的特點
我們知道光在1秒內能繞地球7周半，當其脈沖的脈寬為100fs時，其前進的距離只 有30μm,約為毛發(fā)直徑的1/3。若光束孔徑為3mm，則它成為縱橫比為100的薄片狀光束。若在100fs的極短時間內集中能量，其峰值功率極大。介質的折射率因波長不同而異(色散)，因為超短脈沖的頻譜寬度寬，在光脈沖 通過介質時，即使在低強度脈沖不同波長的成分也以不同的傳輸速度通過。無論將脈 沖強度降低多少，脈沖也會展寬。特別時10fs級的脈沖，只能通過幾厘米的石英窗口 及光學元件，超短脈沖也要展寬到100fs左右。
(三)超短脈沖激光的應用
超短脈沖激光的最直接應用是人們利用它作為光源, 形成多種時間分辨光譜技術 和泵浦探測技術。它的發(fā)展直接帶動物理、化學、生物、材料與信息科學的研究進入 微觀超快過程領域,并開創(chuàng)了一些全新的研究領域, 如飛秒化學、量子控制化學、半導 體相干光譜、高超高強度科學與技術等。飛秒脈沖激光與納米顯微術的結合, 使人們 可以研究半導體的納米結構(量子線、量子點和納米晶體) 中的載流子動力學。 在生物學方面, 人們正在利用飛秒激光技術所提供的差異吸收光譜、泵浦探測技術, 研究光合作用反應中心的傳能、轉能與電荷分離過程。 超短脈沖激光還將應用于信息的傳輸、 處理與存貯方面。我國早在1991 年就啟動了“八五”攀登計劃項目:“飛秒激光技術與超快過程研究”, 比日本早4 年, 體現了國家在這一重要科技領域急起直追的戰(zhàn)略部署和科技主管部門 的遠見卓識。中科院西安光機所侯洵等人開展了“飛秒激光技術與超快過程研究”, 在飛 秒激光技術與超快速測量技術方面取得了許多重要成果。 “九五”期間, 這一研究中的 一些內容在攀登計劃預選項目“強場激光物理與飛秒超快過程研究”中得到了延續(xù)。
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