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，制定出了傳空雙頭脈沖間隔調(diào)制解調(diào)的諸多方法。首先針對雙頭脈沖間隔調(diào)制原理，設(shè)計出了該調(diào)制的符號結(jié)構(gòu)，一方面符號不設(shè)置保護時隙，另一方面符號長要固定。其次在上述的基礎(chǔ)上給出了這種調(diào)制和解調(diào)方式的實現(xiàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要依靠FPGA器件來實現(xiàn)，并利用傳空方式來完成信息傳輸，而且設(shè)計出了VHDL語言實施的算法流程，最后制定出調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)并實施實驗驗證。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)勢是無需同步信號，實驗結(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
目前，室內(nèi)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(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(diào)制(SDH-PIM)的原理就是把1個m位二進制數(shù)據(jù)流映射為2(m-1)+2個時隙的信號，調(diào)制手段是由2種不同的引導(dǎo)，其后跟著間隔信息，而且間隔信號為傳空信號，由此被稱作傳空雙頭脈沖間隔調(diào)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(shè)k為m 是由二進制數(shù)據(jù)表示的十進制數(shù)，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(dǎo)，傳輸間隔的空號終結(jié)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(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(shè)計
通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)的硬件實現(xiàn)形式有多種多樣，既可以采用單片機來實現(xiàn)，也可以采用DSP來實現(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(dǎo)致誤判。
因此，系統(tǒng)設(shè)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(shè)計
3.1 調(diào)制編碼
系統(tǒng)軟件依靠VHDL語言編程來實現(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的時鐘，編程應(yīng)用Mealy型的有限狀態(tài)機，時鐘的作用為生產(chǎn)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(shù)，還有空信號結(jié)束后的高電平數(shù)。先把二進制數(shù)據(jù)流編譯為十進制數(shù)k，并和2(m-1)進行比較，適合k<2(m-1)就會出現(xiàn)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(jié)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(jié)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(xiàn)。
3.2 解調(diào)譯碼
解調(diào)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(diào)譯碼時使用統(tǒng)一的時鐘，而且時鐘周期是調(diào)制器時鐘的1/10甚至更短。
2)解調(diào)譯碼時使用計數(shù)器對頭信號的傳空部分進行計數(shù)，并依據(jù)計數(shù)值去判別頭信號是H1或者是H2。
3)依靠對脈沖間隔計數(shù)值來確認所傳輸?shù)亩M制符號。當頭信號為H1時，頭信號和傳空信號的計數(shù)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(shù)脈沖的頻率為發(fā)送信號時鐘頻率的10倍，所以在計數(shù)過程中會有計數(shù)誤差，因此在依據(jù)計數(shù)值進行判別信號時，應(yīng)當考慮1個范圍來確認信號的類型。例如，當解調(diào)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(shù)值介于(19，21)，(39，41)，(59，61)范圍時能夠作相應(yīng)的判決，解調(diào)的關(guān)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(shù)器對脈沖進行計數(shù)，依靠計數(shù)值去判別頭信號或者位置信號。當發(fā)現(xiàn)頭信號時，就會產(chǎn)生計數(shù)，使信號對脈沖間隔進行計數(shù)，減去掉頭信號中的高電平的寬度計數(shù)值，就能夠確定二進制值，以此達到解調(diào)譯碼的目的。
4.小結(jié)
本文提出的基于現(xiàn)場可編程陣列FPGA 室內(nèi)可見光調(diào)制以及解調(diào)系統(tǒng)，它使用SDH-PIM 對基帶信號實行調(diào)制、解調(diào)，這種調(diào)制方式的最大特點就是解調(diào)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(diào)譯碼更加便捷，也能增強調(diào)制速率。實驗結(jié)果證明該調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)期要求，對該調(diào)制解調(diào)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(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(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(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)是二十世紀最重要的發(fā)現(xiàn)之一, 也是光學(xué)發(fā)展史上的第三個里程碑。 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(yīng)、Guoy相移引起的時間反轉(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)相互作用的研究進入了一個 全新的領(lǐng)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(nèi)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(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) 展和實驗結(jié)果的解釋打下了理論基礎(chǔ)。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(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(xiàn)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(xiàn)了自鎖模鈦寶石激光器, 當時產(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(jié)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(shù)的另一重要發(fā)展是實現(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),當前達到的水平大體如下: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、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(550～700) nm 及4fs、1J， 波長(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(xiàn)了221 次 的高次諧波, 從而獲得了相干可調(diào)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(nèi)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(nèi)集中能量，其峰值功率極大。介質(zhì)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(zhì)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(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, 形成多種時間分辨光譜技術(shù) 和泵浦探測技術(shù)。它的發(fā)展直接帶動物理、化學(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究進入 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、量子點和納米晶體) 中的載流子動力學(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。我國早在1991 年就啟動了“八五”攀登計劃項目:“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 的遠見卓識。中科院西安光機所侯洵等人開展了“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)容在攀登計劃預(yù)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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