脈沖編碼相關(guān)學(xué)術(shù)論文
脈沖通常是指電子技術(shù)中經(jīng)常運(yùn)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(xué)習(xí)啦小編整理的脈沖編碼相關(guān)學(xué)術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
脈沖編碼相關(guān)學(xué)術(shù)論文篇一
淺談脈沖間隔調(diào)制解調(diào)
【摘要】為能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)可見光通信調(diào)制解調(diào)，依據(jù)室內(nèi)可見光通信的一些特點(diǎn)，制定出了傳空雙頭脈沖間隔調(diào)制解調(diào)的諸多方法。首先針對(duì)雙頭脈沖間隔調(diào)制原理，設(shè)計(jì)出了該調(diào)制的符號(hào)結(jié)構(gòu)，一方面符號(hào)不設(shè)置保護(hù)時(shí)隙，另一方面符號(hào)長(zhǎng)要固定。其次在上述的基礎(chǔ)上給出了這種調(diào)制和解調(diào)方式的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要依靠FPGA器件來實(shí)現(xiàn)，并利用傳空方式來完成信息傳輸，而且設(shè)計(jì)出了VHDL語言實(shí)施的算法流程，最后制定出調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。區(qū)別于其他系統(tǒng)，這種調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是無需同步信號(hào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也同樣表明該調(diào)制解調(diào)方式能夠非常有效地應(yīng)用于可見光的通信。
【關(guān)鍵詞】可見光通信;傳空脈雙頭沖間隔調(diào)制;脈沖間隔調(diào)制;系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前，室內(nèi)可見光通信是光無線通信的研究焦點(diǎn)，它以大功率白光LED為光源，發(fā)送肉眼不可見的閃爍信號(hào)來保證正常通信。通信應(yīng)用的調(diào)制解調(diào)方式也就成為了通信的關(guān)鍵技術(shù)。目前，光無線通信一般應(yīng)用的調(diào)制方式有：脈沖位置調(diào)制、開關(guān)鍵控調(diào)制、數(shù)字脈沖間隔調(diào)制。其中數(shù)字脈沖間隔調(diào)制與脈沖位置調(diào)制相比較，它顯著縮小了符號(hào)長(zhǎng)度，而且增強(qiáng)了傳輸容量和頻帶利用率，并且無需同步，信號(hào)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(diào)制(SDH-PIM)的原理就是把1個(gè)m位二進(jìn)制數(shù)據(jù)流映射為2(m-1)+2個(gè)時(shí)隙的信號(hào)，調(diào)制手段是由2種不同的引導(dǎo)，其后跟著間隔信息，而且間隔信號(hào)為傳空信號(hào)，由此被稱作傳空雙頭脈沖間隔調(diào)制。頭信號(hào)由傳空和高電平信號(hào)組合而成，寬度是2Ts，它的類型決定了位置信息。假設(shè)k為m 是由二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示的十進(jìn)制數(shù)，如果k小于2(m-1)，頭信號(hào)被定義成H1，頭信號(hào)的傳空號(hào)寬度是Ts/2，高電平的寬度則為3Ts/2，頭信號(hào)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(hào)是H2，頭信號(hào)的傳空號(hào)寬度是3Ts/2，高電平寬度則為Ts/2，頭信號(hào)和傳輸信息位之間的間隔為(2m-1-k)。不管是以哪種頭信號(hào)為引導(dǎo)，傳輸間隔的空號(hào)終結(jié)后會(huì)傳輸給高電平，符號(hào)的長(zhǎng)度固定是2(m-1)+2。正是依靠頭信號(hào)的這種特點(diǎn)，因此能夠編程找到1個(gè)完整的SDH-PIM 符號(hào)而且不需要提取位同步和符號(hào)同步信號(hào)。頭信號(hào)除此外還隱藏了位置信息，這個(gè)對(duì)接收裝置的要求相比而言會(huì)較高。室內(nèi)可見光通信應(yīng)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(yīng)用的冗余保護(hù)時(shí)隙，因此，這有利于增強(qiáng)信息的傳輸速率。
2.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)的硬件實(shí)現(xiàn)形式有多種多樣，既可以采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，也可以采用DSP來實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)硬件主要依靠SDH-PIM 調(diào)制發(fā)送模塊與SDH-PIM接收解調(diào)模塊組成，如圖2所示。SDH-PIM調(diào)制發(fā)送模塊由發(fā)送濾波器模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊和編碼器模塊三部分組成。SDH-PIM 接收模塊由自動(dòng)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?yàn)榻邮招盘?hào)和LED的距離的平方為反比，接收機(jī)獲得的信號(hào)強(qiáng)弱變化比較大，當(dāng)接收機(jī)的增益不發(fā)生變化，那么信號(hào)太強(qiáng)時(shí)會(huì)使接收機(jī)逐漸飽和，信號(hào)太弱時(shí)則會(huì)丟失脈沖，還有抽樣判決時(shí)，隨著接收脈沖的強(qiáng)弱變化大而導(dǎo)致誤判。
因此，系統(tǒng)設(shè)定了自動(dòng)增益的控制裝置來增強(qiáng)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(shè)計(jì)
3.1 調(diào)制編碼
系統(tǒng)軟件依靠VHDL語言編程來實(shí)現(xiàn)，SDH-PIM調(diào)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(shí)鐘，編程應(yīng)用Mealy型的有限狀態(tài)機(jī)，時(shí)鐘的作用為生產(chǎn)20個(gè)狀態(tài)，前4個(gè)狀態(tài)用處在于發(fā)送頭信號(hào)，后面16個(gè)狀態(tài)則用于傳播空號(hào)和脈沖間隔數(shù)，還有空信號(hào)結(jié)束后的高電平數(shù)。先把二進(jìn)制數(shù)據(jù)流編譯為十進(jìn)制數(shù)k，并和2(m-1)進(jìn)行比較，適合k<2(m-1)就會(huì)出現(xiàn)頭信號(hào)H1，否則是H2。當(dāng)發(fā)送H1頭信號(hào)時(shí)，在第1個(gè)狀態(tài)傳播空號(hào)，下面的接連3個(gè)狀態(tài)都會(huì)發(fā)傳號(hào)電平，這個(gè)時(shí)候頭信號(hào)結(jié)束發(fā)送。當(dāng)發(fā)送間隔信息時(shí)，如果前面k個(gè)位置是高電平，那么接下來兩個(gè)連接狀態(tài)就是空號(hào)，后面2(m-1)-k-1個(gè)時(shí)隙就是高電平。當(dāng)頭信號(hào)為H2時(shí)，那么第1個(gè)狀態(tài)至第3個(gè)狀態(tài)為傳空，則第4個(gè)狀態(tài)發(fā)送稿電平結(jié)束頭信號(hào)。傳輸位置信號(hào)在前面(2m -k-1)個(gè)時(shí)隙是高電平，那么接下來傳播1個(gè)空信號(hào)。為使長(zhǎng)度固定下來，傳空號(hào)后面會(huì)用高電平保證實(shí)現(xiàn)。
3.2 解調(diào)譯碼
解調(diào)時(shí)必須考慮以下4個(gè)問題：
1)時(shí)鐘問題。因?yàn)镾DH-PIM符號(hào)使用的時(shí)鐘周期為Ts/2，是為了能夠方便判別頭信號(hào)和脈沖間隔，解調(diào)譯碼時(shí)使用統(tǒng)一的時(shí)鐘，而且時(shí)鐘周期是調(diào)制器時(shí)鐘的1/10甚至更短。
2)解調(diào)譯碼時(shí)使用計(jì)數(shù)器對(duì)頭信號(hào)的傳空部分進(jìn)行計(jì)數(shù)，并依據(jù)計(jì)數(shù)值去判別頭信號(hào)是H1或者是H2。
3)依靠對(duì)脈沖間隔計(jì)數(shù)值來確認(rèn)所傳輸?shù)亩M(jìn)制符號(hào)。當(dāng)頭信號(hào)為H1時(shí)，頭信號(hào)和傳空信號(hào)的計(jì)數(shù)值可以確認(rèn)為二進(jìn)制值。如果頭信號(hào)是H2，那么可以間接求出二進(jìn)制值。
4)因?yàn)橛?jì)數(shù)脈沖的頻率為發(fā)送信號(hào)時(shí)鐘頻率的10倍，所以在計(jì)數(shù)過程中會(huì)有計(jì)數(shù)誤差，因此在依據(jù)計(jì)數(shù)值進(jìn)行判別信號(hào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮1個(gè)范圍來確認(rèn)信號(hào)的類型。例如，當(dāng)解調(diào)譯碼時(shí)，頭信號(hào)H1、H2的空信號(hào)的寬度分別是20us、40us，傳空信息信號(hào)的寬度是60us，如果使用的時(shí)鐘周期是1us，計(jì)數(shù)值介于(19，21)，(39，41)，(59，61)范圍時(shí)能夠作相應(yīng)的判決，解調(diào)的關(guān)鍵依賴于找出頭信號(hào)，當(dāng)編碼時(shí)，頭信號(hào)的空信號(hào)寬度與位置信號(hào)相比要窄。先使接收的信號(hào)取反，再通過計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，依靠計(jì)數(shù)值去判別頭信號(hào)或者位置信號(hào)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)頭信號(hào)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)，使信號(hào)對(duì)脈沖間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)，減去掉頭信號(hào)中的高電平的寬度計(jì)數(shù)值，就能夠確定二進(jìn)制值，以此達(dá)到解調(diào)譯碼的目的。
4.小結(jié)
本文提出的基于現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列FPGA 室內(nèi)可見光調(diào)制以及解調(diào)系統(tǒng)，它使用SDH-PIM 對(duì)基帶信號(hào)實(shí)行調(diào)制、解調(diào)，這種調(diào)制方式的最大特點(diǎn)就是解調(diào)時(shí)不需要位同步信號(hào)和符號(hào)同步信號(hào)，這種特點(diǎn)將系統(tǒng)解調(diào)譯碼更加便捷，也能增強(qiáng)調(diào)制速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期要求，對(duì)該調(diào)制解調(diào)方法的研究也有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]李靜，王永亮，段海龍，等.LED可見光的虛擬儀器通信系統(tǒng)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2011，25(10)：901-904.
[2]張建昆，楊宇，陳弘達(dá).室內(nèi)可見光通信調(diào)制方法分析[J].中國(guó)激光，2011，38(4)：137-140.
[3]譚家杰，楊克成，夏珉.大功率LED脈沖位置調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2011，9(5)：75-78.
[4]楊利紅，柯熙政.基于大氣光通信偏振PPM 的誤碼率研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31(7)：1664-1668.
[5]王紅星，朱銀兵，張鐵英，等.無線光DH_PIM 與DPIM調(diào)制方式的性能研究[J].激光技術(shù)，2007，31(1)：92-97.
[6]程剛，王紅星，孫曉明，等.無線光通信雙脈沖間隔調(diào)制方法[J].中國(guó)激光，2010，37(7)：1750-1755.
[7]段榮霞，崔少輝.單片機(jī)與GSM 模塊通信技術(shù)的研究J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)，2012，31(1)：79-82.
脈沖編碼相關(guān)學(xué)術(shù)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(zhì)的相互作用，從理論 上探討在不同時(shí)域范圍，慢變幅近似和旋波近似兩種近似方法對(duì)于研究激光與介質(zhì)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(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間接近幾個(gè)光波周期時(shí)，旋波近似和慢變幅近似將不再適用。
關(guān)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(xiàn)是二十世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一, 也是光學(xué)發(fā)展史上的第三個(gè)里程碑。 隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展,人們已經(jīng)可以產(chǎn)生單個(gè)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(shí)間和空間變換具有許多新的特點(diǎn),例如空間和時(shí)間的耦合引 起的時(shí)間微分效應(yīng)、Guoy相移引起的時(shí)間反轉(zhuǎn)、極反轉(zhuǎn)等等[1-6]。
最近在超短脈沖技術(shù)方面的快速發(fā)展，使得光與介質(zhì)相互作用的研究進(jìn)入了一個(gè) 全新的領(lǐng)域，目前無論從理論還是實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方面，利用超快激光來研究有機(jī)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(cè)量分子的內(nèi)稟屬性。如人們 在實(shí)驗(yàn)上測(cè)量了分子的超極化率，并可測(cè)量通過一定厚度的分子溶液的非線性光強(qiáng)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(zhì)中的傳播過程，得到了一些新的脈沖傳播性質(zhì)，為超短脈沖激光技術(shù)的發(fā) 展和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋打下了理論基礎(chǔ)。針對(duì)脈沖持續(xù)時(shí)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(jí)模型得到了一系列有趣的現(xiàn)象，包括自感應(yīng) 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(shù)自1965年用被動(dòng)鎖模紅寶石激光器獲得皮秒級(jí)脈沖而進(jìn)入超短范圍 以來, 發(fā)展十分迅速。70 年代中出現(xiàn)了對(duì)撞鎖模環(huán)形染料激光器, 使激光脈沖的寬度 進(jìn)入飛秒范圍。至80 年代中, 對(duì)撞鎖模環(huán)形染料激光器的脈沖寬度達(dá)到了27飛秒(fs)。
1986年, 中科院西安光機(jī)所陳國(guó)夫在英國(guó)進(jìn)修期間利用對(duì)撞鎖模環(huán)形染料激光器創(chuàng)造 了19fs 的當(dāng)時(shí)國(guó)際最短記錄。1991年國(guó)際上出現(xiàn)了自鎖模鈦寶石激光器, 當(dāng)時(shí)產(chǎn)生了60fs 的脈沖。鈦寶石固體飛秒激光器調(diào)諧范圍寬(650～11200nm), 熒光帶寬(理論上可 以支持產(chǎn)生3fs的脈沖), 可靠性高, 使用方便。它的出現(xiàn)掀起了國(guó)際上發(fā)展飛秒激光技 術(shù)與應(yīng)用飛秒脈沖的熱潮。鈦寶石固體飛秒激光器產(chǎn)生的脈沖寬度1993 年降至11fs,1994年降至8fs, 1996年西安光機(jī)所的許林在奧地利產(chǎn)生了7. 5fs的超短激光脈沖, 1996年, 畢業(yè)于西安光機(jī)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(jī)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(jié)果.以上這些都是當(dāng)時(shí)的國(guó)際最高指標(biāo)。
與獲取更短脈沖同步, 超短脈沖技術(shù)的另一重要發(fā)展是實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)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(chǎn)生 12fs 的全固態(tài)鈦寶石激光 器。飛秒激光技術(shù)發(fā)展的另一重要方向是利用啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)獲取超高功率。 超短脈沖激光技術(shù),當(dāng)前達(dá)到的水平大體如下:固體激光器直接產(chǎn)生的脈沖寬度已 縮小到5fs(1fs=10-15s),經(jīng)壓縮的最短脈沖為4fs;出現(xiàn)了用半導(dǎo)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(zhǎng)、使用更方便; 開發(fā) 了多種激光介質(zhì)和放大介質(zhì), 除Ti ∶Sapphire 外, 尚有Cr3+∶LiSAF ，Cr3+∶LiCAF ，Cr4+∶YAG和Nd∶YVO4 等;發(fā)展了寬調(diào)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(zhǎng)可調(diào)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(zhǎng)(550～700) nm 及4fs、1J， 波長(zhǎng)(900～1300) nm ; 出現(xiàn)了 全光纖的超短脈沖激光器;發(fā)展了單次或重復(fù)頻率10Hz的桌面型TW級(jí)固體飛秒激光器. 這類系統(tǒng)的峰值功率已達(dá)100TW(1TW=1012W)以上,可以提供1020W/cm2 的功率密度, 為開展強(qiáng)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了221 次 的高次諧波, 從而獲得了相干可調(diào)諧的已進(jìn)入水窗范圍的X射線。
(二)超短脈沖激光的特點(diǎn)
我們知道光在1秒內(nèi)能繞地球7周半，當(dāng)其脈沖的脈寬為100fs時(shí)，其前進(jìn)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(shí)間內(nèi)集中能量，其峰值功率極大。介質(zhì)的折射率因波長(zhǎng)不同而異(色散)，因?yàn)槌堂}沖的頻譜寬度寬，在光脈沖 通過介質(zhì)時(shí)，即使在低強(qiáng)度脈沖不同波長(zhǎng)的成分也以不同的傳輸速度通過。無論將脈 沖強(qiáng)度降低多少，脈沖也會(huì)展寬。特別時(shí)10fs級(jí)的脈沖，只能通過幾厘米的石英窗口 及光學(xué)元件，超短脈沖也要展寬到100fs左右。
(三)超短脈沖激光的應(yīng)用
超短脈沖激光的最直接應(yīng)用是人們利用它作為光源, 形成多種時(shí)間分辨光譜技術(shù) 和泵浦探測(cè)技術(shù)。它的發(fā)展直接帶動(dòng)物理、化學(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究進(jìn)入 微觀超快過程領(lǐng)域,并開創(chuàng)了一些全新的研究領(lǐng)域, 如飛秒化學(xué)、量子控制化學(xué)、半導(dǎo) 體相干光譜、高超高強(qiáng)度科學(xué)與技術(shù)等。飛秒脈沖激光與納米顯微術(shù)的結(jié)合, 使人們 可以研究半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)(量子線、量子點(diǎn)和納米晶體) 中的載流子動(dòng)力學(xué)。 在生物學(xué)方面, 人們正在利用飛秒激光技術(shù)所提供的差異吸收光譜、泵浦探測(cè)技術(shù), 研究光合作用反應(yīng)中心的傳能、轉(zhuǎn)能與電荷分離過程。 超短脈沖激光還將應(yīng)用于信息的傳輸、 處理與存貯方面。我國(guó)早在1991 年就啟動(dòng)了“八五”攀登計(jì)劃項(xiàng)目:“飛秒激光技術(shù)與超快過程研究”, 比日本早4 年, 體現(xiàn)了國(guó)家在這一重要科技領(lǐng)域急起直追的戰(zhàn)略部署和科技主管部門 的遠(yuǎn)見卓識(shí)。中科院西安光機(jī)所侯洵等人開展了“飛秒激光技術(shù)與超快過程研究”, 在飛 秒激光技術(shù)與超快速測(cè)量技術(shù)方面取得了許多重要成果。 “九五”期間, 這一研究中的 一些內(nèi)容在攀登計(jì)劃預(yù)選項(xiàng)目“強(qiáng)場(chǎng)激光物理與飛秒超快過程研究”中得到了延續(xù)。
參考文獻(xiàn)：
[1] Kaplan A E.Diffraction-induced Transformation of Near-cycle and Subcycle Pulses [J].J.Opt.SocAm.B,1998,15: 951-956
[2] Ranka J K,Gaeta A L. Breakdown of the Slowly varying envelope approximation in the Self-focusing of Ultrashort pulses[J].Opt. Lett.,1998,23:534-536
看了“脈沖編碼相關(guān)學(xué)術(shù)論文”的人還看：
2.光電技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)術(shù)論文