脉冲编码相关学术论文

脉冲通常是指电子技术中经常运用的一种象脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)。下面是小编整理的脉冲编码相关学术论文，希望你能从中得到感悟!

脉冲编码相关学术论文篇一

浅谈脉冲间隔调制解调

【摘要】为能够实现室内可见光通信调制解调，依据室内可见光通信的一些特点，制定出了传空双头脉冲间隔调制解调的诸多方法。首先针对双头脉冲间隔调制原理，设计出了该调制的符号结构，一方面符号不设置保护时隙，另一方面符号长要固定。其次在上述的基础上给出了这种调制和解调方式的实现系统。系统主要依靠FPGA器件来实现，并利用传空方式来完成信息传输，而且设计出了VHDL语言实施的算法流程，最后制定出调制解调系统并实施实验验证。区别于其他系统，这种调制解调系统的最大优势是无需同步信号，实验结果也同样表明该调制解调方式能够非常有效地应用于可见光的通信。

【关键词】可见光通信;传空脉双头冲间隔调制;脉冲间隔调制;系统设计

目前，室内可见光通信是光无线通信的研究焦点，它以大功率白光LED为光源，发送肉眼不可见的闪烁信号来保证正常通信。通信应用的调制解调方式也就成为了通信的关键技术。目前，光无线通信一般应用的调制方式有：脉冲位置调制、开关键控调制、数字脉冲间隔调制。其中数字脉冲间隔调制与脉冲位置调制相比较，它显著缩小了符号长度，而且增强了传输容量和频带利用率，并且无需同步，信号带宽的利用率也比较高。

1.SDH-PIM的原理

传空双头脉冲间隔调制(SDH-PIM)的原理就是把1个m位二进制数据流映射为2(m-1)+2个时隙的信号，调制手段是由2种不同的引导，其后跟着间隔信息，而且间隔信号为传空信号，由此被称作传空双头脉冲间隔调制。头信号由传空和高电平信号组合而成，宽度是2Ts，它的类型决定了位置信息。假设k为m 是由二进制数据表示的十进制数，如果k小于2(m-1)，头信号被定义成H1，头信号的传空号宽度是Ts/2，高电平的宽度则为3Ts/2，头信号和传输信息位之间的间隔为kTs;如果k大于或等于2(m-1)，头信号是H2，头信号的传空号宽度是3Ts/2，高电平宽度则为Ts/2，头信号和传输信息位之间的间隔为(2m-1-k)。不管是以哪种头信号为引导，传输间隔的空号终结后会传输给高电平，符号的长度固定是2(m-1)+2。正是依靠头信号的这种特点，因此能够编程找到1个完整的SDH-PIM 符号而且不需要提取位同步和符号同步信号。头信号除此外还隐藏了位置信息，这个对接收装置的要求相比而言会较高。室内可见光通信应用LED作光源而且兼顾了照明的功能，SDH-PIM舍去了激光通信应用的冗余保护时隙，因此，这有利于增强信息的传输速率。

2.系统的总体设计

通信系统的调制解调的硬件实现形式有多种多样，既可以采用单片机来实现，也可以采用DSP来实现。

本系统硬件主要依靠SDH-PIM 调制发送模块与SDH-PIM接收解调模块组成，如图2所示。SDH-PIM调制发送模块由发送滤波器模块、LED驱动模块和编码器模块三部分组成。SDH-PIM 接收模块由自动增益系统、前置放大器、译码器和判决器四部分组成。

首先，编码器、译码器为系统的核心装置，是采用Altera公司的EP2C5T144C器件来完成的。

其次，因为接收信号和LED的距离的平方为反比，接收机获得的信号强弱变化比较大，当接收机的增益不发生变化，那么信号太强时会使接收机逐渐饱和，信号太弱时则会丢失脉冲，还有抽样判决时，随着接收脉冲的强弱变化大而导致误判。

因此，系统设定了自动增益的控制装置来增强系统可靠性。另外，论文只考虑直射信道这种通信手段。

3.系统的软件设计

3.1 调制编码

系统软件依靠VHDL语言编程来实现，SDH-PIM调制编码的流程如图3所示。编码器把晶体振荡器分频得到了周期T=Ts/2的时钟，编程应用Mealy型的有限状态机，时钟的作用为生产20个状态，前4个状态用处在于发送头信号，后面16个状态则用于传播空号和脉冲间隔数，还有空信号结束后的高电平数。先把二进制数据流编译为十进制数k，并和2(m-1)进行比较，适合k<2(m-1)就会出现头信号H1，否则是H2。当发送H1头信号时，在第1个状态传播空号，下面的接连3个状态都会发传号电平，这个时候头信号结束发送。当发送间隔信息时，如果前面k个位置是高电平，那么接下来两个连接状态就是空号，后面2(m-1)-k-1个时隙就是高电平。当头信号为H2时，那么第1个状态至第3个状态为传空，则第4个状态发送稿电平结束头信号。传输位置信号在前面(2m -k-1)个时隙是高电平，那么接下来传播1个空信号。为使长度固定下来，传空号后面会用高电平保证实现。

3.2 解调译码

解调时必须考虑以下4个问题：

1)时钟问题。因为SDH-PIM符号使用的时钟周期为Ts/2，是为了能够方便判别头信号和脉冲间隔，解调译码时使用统一的时钟，而且时钟周期是调制器时钟的1/10甚至更短。

2)解调译码时使用计数器对头信号的传空部分进行计数，并依据计数值去判别头信号是H1或者是H2。

3)依靠对脉冲间隔计数值来确认所传输的二进制符号。当头信号为H1时，头信号和传空信号的计数值可以确认为二进制值。如果头信号是H2，那么可以间接求出二进制值。

4)因为计数脉冲的频率为发送信号时钟频率的10倍，所以在计数过程中会有计数误差，因此在依据计数值进行判别信号时，应当考虑1个范围来确认信号的类型。例如，当解调译码时，头信号H1、H2的空信号的宽度分别是20us、40us，传空信息信号的宽度是60us，如果使用的时钟周期是1us，计数值介于(19，21)，(39，41)，(59，61)范围时能够作相应的判决，解调的关键依赖于找出头信号，当编码时，头信号的空信号宽度与位置信号相比要窄。先使接收的信号取反，再通过计数器对脉冲进行计数，依靠计数值去判别头信号或者位置信号。当发现头信号时，就会产生计数，使信号对脉冲间隔进行计数，减去掉头信号中的高电平的宽度计数值，就能够确定二进制值，以此达到解调译码的目的。

4.小结

本文提出的基于现场可编程阵列FPGA 室内可见光调制以及解调系统，它使用SDH-PIM 对基带信号实行调制、解调，这种调制方式的最大特点就是解调时不需要位同步信号和符号同步信号，这种特点将系统解调译码更加便捷，也能增强调制速率。实验结果证明该调制解调系统实现了预期要求，对该调制解调方法的研究也有一定的参考价值。

参考文献

[1]李静，王永亮，段海龙，等.LED可见光的虚拟仪器通信系统[J].电子测量与仪器学报，2011，25(10)：901-904.

[2]张建昆，杨宇，陈弘达.室内可见光通信调制方法分析[J].中国激光，2011，38(4)：137-140.

[3]谭家杰，杨克成，夏珉.大功率LED脉冲位置调制解调设计[J].光学与光电技术，2011，9(5)：75-78.

[4]杨利红，柯熙政.基于大气光通信偏振PPM 的误码率研究[J].仪器仪表学报，2010，31(7)：1664-1668.

[5]王红星，朱银兵，张铁英，等.无线光DH_PIM 与DPIM调制方式的性能研究[J].激光技术，2007，31(1)：92-97.

[6]程刚，王红星，孙晓明，等.无线光通信双脉冲间隔调制方法[J].中国激光，2010，37(7)：1750-1755.

[7]段荣霞，崔少辉.单片机与GSM 模块通信技术的研究J].国外电子测量技术，2012，31(1)：79-82.

脉冲编码相关学术论文篇二

超短脉冲激光研究

摘要：通过求解麦克斯韦-布洛赫方程，研究了脉冲激光与介质的相互作用，从理论 上探讨在不同时域范围，慢变幅近似和旋波近似两种近似方法对于研究激光与介质相 互作用过程的适用性。研究表明慢变幅近似和旋波近似两种近似适用于纳秒及皮秒范 围，当脉冲持续时间接近几个光波周期时，旋波近似和慢变幅近似将不再适用。

关键词：超短脉冲激光 麦克斯韦-布洛赫方程 慢变幅近似 旋波近似

一、引言

激光的出现是二十世纪最重要的发现之一, 也是光学发展史上的第三个里程碑。 随着激光技术的迅速发展,人们已经可以产生单个周期或更短的激光脉冲,这种超短脉 冲光束在传输过程中其时间和空间变换具有许多新的特点,例如空间和时间的耦合引 起的时间微分效应、Guoy相移引起的时间反转、极反转等等[1-6]。

最近在超短脉冲技术方面的快速发展，使得光与介质相互作用的研究进入了一个 全新的领域，目前无论从理论还是实验方面，人们都开展了大量的超短脉冲激光与原 子和分子相互作用的研究工作[7-9]。在实验方面，利用超快激光来研究有机分子和生物 分子等量子体系中的各种超快过程、获得超连续谱以及测量分子的内禀属性。如人们 在实验上测量了分子的超极化率，并可测量通过一定厚度的分子溶液的非线性光强度 来确定分子材料的双光子吸收截面。在理论方面，研究人员建立理论模型研究了超短 脉冲在介质中的传播过程，得到了一些新的脉冲传播性质，为超短脉冲激光技术的发 展和实验结果的解释打下了理论基础。针对脉冲持续时间中包含很多光波周期情况， 在旋波近似和慢变幅近似下，采用二能级模型得到了一系列有趣的现象，包括自感应 透明、拉比振荡、光子回波。

二、超短脉冲激光

(一)超短脉冲激光的发展

脉冲激光技术自1965年用被动锁模红宝石激光器获得皮秒级脉冲而进入超短范围 以来, 发展十分迅速。70 年代中出现了对撞锁模环形染料激光器, 使激光脉冲的宽度 进入飞秒范围。至80 年代中, 对撞锁模环形染料激光器的脉冲宽度达到了27飞秒(fs)。

1986年, 中科院西安光机所陈国夫在英国进修期间利用对撞锁模环形染料激光器创造 了19fs 的当时国际最短记录。1991年国际上出现了自锁模钛宝石激光器, 当时产生了60fs 的脉冲。钛宝石固体飞秒激光器调谐范围宽(650～11200nm), 荧光带宽(理论上可 以支持产生3fs的脉冲), 可靠性高, 使用方便。它的出现掀起了国际上发展飞秒激光技 术与应用飞秒脉冲的热潮。钛宝石固体飞秒激光器产生的脉冲宽度1993 年降至11fs,1994年降至8fs, 1996年西安光机所的许林在奥地利产生了7. 5fs的超短激光脉冲, 1996年, 毕业于西安光机所的魏志义博士在荷兰创造了全固态腔倒空压缩后4.5fs的记录,而1998年西安光机所的程昭则在奥地利利用超宽带啁啾镜腔外压缩,获得了4fs的最佳结果.以上这些都是当时的国际最高指标。

与获取更短脉冲同步, 超短脉冲技术的另一重要发展是实现了半导体激光器(LD)泵浦的Nd: YAG激光器(1988, 55ps)、LD泵浦的Cr:LiSAF脉冲激光器(1994, 47fs, 1995,24fs)以及近年利用LD泵浦Nd:YVO4 倍频后泵浦钛宝石产生 12fs 的全固态钛宝石激光 器。飞秒激光技术发展的另一重要方向是利用啁啾脉冲放大(CPA)技术获取超高功率。 超短脉冲激光技术,当前达到的水平大体如下:固体激光器直接产生的脉冲宽度已 缩小到5fs(1fs=10-15s),经压缩的最短脉冲为4fs;出现了用半导体激光器(LD)泵浦的全固 体化的飞秒激光器,使飞秒激光器体积更小、工作更稳定寿命更长、使用更方便; 开发 了多种激光介质和放大介质, 除Ti ∶Sapphire 外, 尚有Cr3+∶LiSAF ，Cr3+∶LiCAF ，Cr4+∶YAG和Nd∶YVO4 等;发展了宽调谐的飞秒激光系参量振荡(OPO)及参量放大(OPA),拓了飞秒激光的波长可调谐范围. 目前OPO 的频率已可覆盖178mm～20μm ,而 OPA则可做到613fs、5J,波长(550～700) nm 及4fs、1J， 波长(900～1300) nm ; 出现了 全光纤的超短脉冲激光器;发展了单次或重复频率10Hz的桌面型TW级固体飞秒激光器. 这类系统的峰值功率已达100TW(1TW=1012W)以上,可以提供1020W/cm2 的功率密度, 为开展强场物理创造了条件.目前已利用25fs的高功率激光脉冲在氦气中实现了221 次 的高次谐波, 从而获得了相干可调谐的已进入水窗范围的X射线。

(二)超短脉冲激光的特点

我们知道光在1秒内能绕地球7周半，当其脉冲的脉宽为100fs时，其前进的距离只 有30μm,约为毛发直径的1/3。若光束孔径为3mm，则它成为纵横比为100的薄片状光束。若在100fs的极短时间内集中能量，其峰值功率极大。介质的折射率因波长不同而异(色散)，因为超短脉冲的频谱宽度宽，在光脉冲 通过介质时，即使在低强度脉冲不同波长的成分也以不同的传输速度通过。无论将脉 冲强度降低多少，脉冲也会展宽。特别时10fs级的脉冲，只能通过几厘米的石英窗口 及光学元件，超短脉冲也要展宽到100fs左右。

(三)超短脉冲激光的应用

超短脉冲激光的最直接应用是人们利用它作为光源, 形成多种时间分辨光谱技术 和泵浦探测技术。它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入 微观超快过程领域,并开创了一些全新的研究领域, 如飞秒化学、量子控制化学、半导 体相干光谱、高超高强度科学与技术等。飞秒脉冲激光与纳米显微术的结合, 使人们 可以研究半导体的纳米结构(量子线、量子点和纳米晶体) 中的载流子动力学。 在生物学方面, 人们正在利用飞秒激光技术所提供的差异吸收光谱、泵浦探测技术, 研究光合作用反应中心的传能、转能与电荷分离过程。 超短脉冲激光还将应用于信息的传输、 处理与存贮方面。我国早在1991 年就启动了“八五”攀登计划项目:“飞秒激光技术与超快过程研究”, 比日本早4 年, 体现了国家在这一重要科技领域急起直追的战略部署和科技主管部门 的远见卓识。中科院西安光机所侯洵等人开展了“飞秒激光技术与超快过程研究”, 在飞 秒激光技术与超快速测量技术方面取得了许多重要成果。 “九五”期间, 这一研究中的 一些内容在攀登计划预选项目“强场激光物理与飞秒超快过程研究”中得到了延续。

参考文献：

[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