UWB通信中高斯脉冲的应用及关键技术综述

超宽带(Ultra Wide Band,简称UWB)通信系统发射的信号具有极窄的脉冲宽度和极其广阔的频谱特性。为防止对现有通信系统的潜在干扰,并最大化利用频谱资源,有必要研究设计出满足美国联邦通信委员会(FCC)所制定的超宽带信号辐射掩模标准的功率谱密度。为了探寻既能满足辐射掩模标准又能充分利用频谱资源的最佳超宽带脉冲信号形式,研究人员对各种不同形态的高斯脉冲进行了广泛而深入的研究。本文系统回顾了近20年来在UWB通信系统中,关于高斯脉冲信号的波形生成、系统兼容性及抗时间抖动这三个关键技术问题的研究进展。

基于小波变换的双指数信号高斯脉冲成形算法研究

高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点,因此,在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号,因此在小波变换的基础上,利用卷积运算的微分特性,提出了双指数信号高斯脉冲成形算法,并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号,从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律;采用FAST硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号,分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理,并生成能谱;通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率,研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明:当达峰时间为3.2~6.4μs时,两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳,此时,两者之差小于5 eV;在相同达峰时间条件下,高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。

非高斯脉冲干扰下MIMO系统频谱智能感知方法

智能频谱感知是未来电磁频谱管控的关键支撑技术.针对现有多输入多输出系统(multiple-input mulitiple-output,MIMO)频谱感知方法提取特征能力有限,且无法适应非高斯脉冲干扰等问题,提出一种基于注意力机制的协作频谱智能感知方法.通过引入非线性变换器抑制非高斯脉冲干扰,并利用广义协方差矩阵表征MIMO信号统计特性,将其作为后续网络的输入.基于Transformer模型构建特征提取网络,通过其自注意力机制挖掘不同的深层特征.采用随机样本对网络进行训练,并利用网络输出特征向量设计二元假设检验方法实现MIMO系统的频谱智能感知.仿真结果表明,所提方法在高斯噪声和非高斯脉冲干扰下可以有效实现MIMO系统频谱感知,且在低信干比条件下具有较高的感知性能.

热冷原子团中原子干涉仪的最佳高斯脉冲

当原子干涉仪与热冷原子团一起工作时,存在与原子动量分布相关的多普勒效应。由于传统的矩形脉冲序列不能很好地补偿原子速度引起的效应,原子干涉仪的精度就会下降。将矩形脉冲序列替换为高斯脉冲序列后,变化振幅的高斯脉冲可以补偿一些多普勒效应,从而提高干涉仪的容忍。采用典型的高斯脉冲序列,原子干涉仪的原子处于激发态的概率比矩形脉冲序列驱动的原子干涉仪高,原子干涉仪的宽度也更宽。优化后的高斯脉冲序列能使原子干涉仪达到期望的原子激发态概率和带宽。

数字高斯脉冲成形算法仿真研究

高斯脉冲具有良好的时间、频率响应和较高的信噪比,探测器输出信号通常被滤波成形为高斯波形或类高斯波形。在高斯脉冲成形算法基础上,引入截止频率和品质因子,讨论成形参数对成形脉冲幅度、宽度的影响。通过与梯形脉冲成形算法对比,研究高斯脉冲成形算法的滤波效果以及对核信号幅度谱的作用。结果表明,在相同达峰时间条件下高斯脉冲成形算法具有更好的噪声抑制能力,同时可减小核信号幅度谱的半高宽;结合使用梯形脉冲成形算法可改善高斯脉冲成形算法在处理堆积脉冲中的不足,提高核信号通过率。

三阶色散对双曲正弦高斯脉冲传输的影响

给出了三阶色散对高斯脉冲传输影响的方程和传播图形.利用计算机数值模拟的方法,研究了光纤通信中三阶色散对双曲正弦高斯脉冲在光纤中传输的影响.模拟结果表明,群速度色散的存在导致了脉冲迅速展宽并形成振荡,而三阶色散导致了双曲正弦高斯脉冲的2个脉冲变得不对称.

高斯脉冲在光纤中传输的光纤光栅色散补偿研究

高斯脉冲在光纤中传输一段距离后 ,啁啾系数和脉冲宽度均要发生变化 ,不同啁啾系数和脉冲宽度的高斯脉冲经过啁啾光纤光栅反射后的脉宽压缩特性也不同 .本文介绍了啁啾高斯脉冲在光纤中的传输特性以及啁啾高斯脉冲经啁啾光纤光栅反射后的传输特性 .理论分析和实验均表明 ,使用啁啾光纤光栅实现长距离色散补偿时 。

啁啾高斯脉冲光束在正色散介质中的自聚焦特性

采用分步法结合Hankel变换对修正薛定谔方程进行数值求解,通过数值计算对飞秒脉冲在非线性正色散介质中的自聚焦特性进行了简要分析。在此基础上,针对啁啾脉冲放大系统(CPA)中的啁啾高斯脉冲,对其全光束自聚焦特性进行了计算模拟和分析讨论。研究结果表明,群速度色散(GVD)对大啁啾脉冲的影响很小,谱宽对自聚集的影响可以忽略。因此,具有大啁啾的脉冲在非线性正色散介质中的自聚焦特性不同于飞秒脉冲,而与纳秒脉冲相似。

四阶色散对飞秒高斯脉冲传输的影响

推导了考虑二、三、四阶色散的高斯脉冲传输方程;利用计算机数值模拟的方法,研究了四阶色散(FOD)对飞秒高斯脉冲在单模光纤中传输特性的影响.模拟结果显示:只有在入射脉冲宽度窄到飞秒量级时,即对应传输速率很高的情况下,FOD对脉冲的影响才明显;FOD导致脉冲形状发生了畸变,畸变特点不同于二、三阶色散;随着初始脉宽逐渐减小,FOD所致的飞秒高斯脉冲畸变经历了一个脉冲仅仅展宽,到展宽脉冲的两翼出现“底座”,到展宽脉冲的两翼出现具有微小振荡“底座”的变化过程.

非傍轴双曲余弦-高斯脉冲电磁光束远场特性

利用矢量瑞利-索末菲衍射积分公式,推导出了非傍轴部分空间相干部分光谱相干双曲余弦-高斯(ChG)脉冲电磁光束在自由空间传输时交叉谱密度矩阵的远场解析公式,并用来表示脉冲电磁光束的光谱密度(光强)和偏振度。结果表明,对非傍轴远场部分空间相干部分光谱相干ChG脉冲电磁光束,其非傍轴性主要由参数f,fαα决定,而离心参数、脉冲宽度和时间相干长度影响其非傍轴行为。非傍轴部分空间相干部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的远场传输可作为特例处理。

色散介质中啁啾高斯脉冲的时间和光谱特性

对啁啾高斯脉冲光束在色散介质中的时间和光谱特性作了研究.给出了远场光谱蓝移和脉冲展宽的解析式.结果表明:通过选择适当的啁啾参量,啁啾高斯脉冲光束沿轴上传输色散长度时,脉冲可恢复到初始值.随啁啾参量增加,谱线宽度展宽,轴上光谱蓝移增加,在远场蓝移趋于一渐近值.随啁啾参量增加,离轴光谱红移增加.

线性啁啾高斯脉冲堆积中的强度起伏频率(英文)

基于谱分析方法系统研究了多个线性啁啾高斯脉冲堆积的强度起伏频率。首先基于傅里叶变换方法分别分析并模拟了两路和多路线性啁啾高斯脉冲堆积,讨论了等幅度、等延迟多路线性啁啾高斯脉冲堆积的情况下,起伏频率与初始高斯脉冲的数目与啁啾系数、时间延迟和脉冲宽度的关系,并简要分析了多路线性啁啾高斯脉冲堆积的一般情况。结果表明,在堆积脉冲的强度谱中存在一系列分立的频率边带,这些频率边带对强度起伏有贡献。高频的频率边带由于幅度交叠的部分较少,所以对强度起伏贡献较少。强度起伏频率随初始啁啾高斯脉冲啁啾系数和时间延迟的增大而增大,随脉冲宽度的减小而增大。

高斯脉冲在色散缓变光纤中传输特性的研究

应用变分法,研究了高斯脉冲在色散缓变光纤中的传输特性,导出了高斯脉冲参数的演化方程组.在此基础上,讨论了色散缓变和初始啁啾对脉冲宽度的影响.

平顶脉冲与高斯脉冲放大过程中波形变换分析

在实验的基础上，对于平顶脉冲与高斯脉冲通过单程行波放大的波形变化进行了对比分析，并指出了平顶脉冲经大后影响波形变化的一些主要因素。

高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化

推导出被光阑衍射高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的场和光强分布的解析公式,对其相位奇点的演化特性做了计算和分析。结果表明,高阶贝塞尔-高斯脉冲光束经光阑衍射后,中心光涡旋始终存在,拓扑电荷守恒。随脉冲频率和脉冲宽度增加,等相位线均沿逆时针方向旋转,涡旋核随脉冲频率增加而减小,而脉冲宽度对涡旋核大小几乎无影响。等相位线随截断参数和传输距离的增加分别沿逆时针和顺时针方向旋转,涡旋核大小随截断参数增加而变化,随传输距离和光束阶数的增加而增大。

啁啾高斯脉冲在光纤中传输的脉冲展宽研究

通过求解非线性薛定谔方程,研究了线性光纤中色散导致的具有初始频率啁啾的高斯脉冲展宽的详细物理过程。得到高斯脉冲在光纤中色散所致的脉冲展宽的特性,啁啾因子对脉冲展宽的影响,并讨论了光纤色散对不同宽度脉冲的影响,对色散补偿等技术的研究具有一定的参考价值。

高斯脉冲在单模光纤中的传输特性分析

通过对非线性薛定谔方程(NLS)进行研究,得出高斯脉冲在单模光纤信道传输过程中由于群速色散(GVD)、三阶色散(TOD)和自相位调制(SPM)效应对脉冲传输的影响而产生的脉冲展宽,并做出高斯脉冲在不同因素影响下的传输变化曲线。通过曲线可得:在考虑以上因素前提下,脉冲会出现脉宽展宽、脉幅下降、脉冲畸变和振荡拖尾等现象。论文结果对于研究光纤通信系统信道对误码率影响具有一定意义。

高斯脉冲在半导体光放大器中传输的解析表征(英文)

采用解析方法,在考虑材料损耗和色散的情况下,详细研究了无啁啾高斯脉冲和啁啾高斯脉冲在半导体光放大器中传输的物理过程,分析了强度增益、脉冲宽度和频率啁啾与线宽增强因子、色散系数、小信号增益特征参数及初始啁啾之间的关系。结果表明:当输入变换极限的高斯脉冲时,色散会引起增益压缩,脉冲展宽和频率啁啾;同样情况下,线宽增强因子越大,脉宽加宽越明显,输出脉冲啁啾越大,且随着线宽增强因子的增大,输出脉冲啁啾极大值向特征参数值较小的一边移动。当输入啁啾高斯脉冲时,初始脉冲啁啾越大,增益压缩越明显,啁啾系数为正时,脉冲单纯展宽,输出啁啾随特征参数的增大而逐渐减小,啁啾系数为负时,初始啁啾与群速度色散导致的啁啾相互竞争,致使脉冲先被压缩后被展宽;脉冲最窄处对应的特征参数随线宽增强因子的增大而先增大后减小,输出啁啾随特征参数的增大而经历振荡后趋于平稳。

高斯脉冲串在光纤中运行时的热折射噪声分析

当高斯脉冲串在光纤中运行时,脉冲功率耗散使光纤温度上升,引起光纤折射率变化,结果产生热折射噪声．在利用光孤子存储环探测引力红移时,热折射噪声会影响光孤子的运行时间,这种影响可以由研究高斯脉冲串给出．在光纤一维热传导方程的基础上,计算出了光纤温度涨落的上限,并确定了脉冲串总运行时间的上限跟脉冲串比特率的关系．通过该关系,人们可以根据运行时间的变化和测量装置灵敏度的要求来选择合适的脉冲串的比特率,从而对设计使用光孤子存储环之类的脉冲串的装置提供帮助,为光孤子存储环探测引力红移提供参考依据．

光纤中亚皮秒高斯脉冲的传输特性研究

用龙格-库塔算法对描述亚皮秒高斯脉冲在光纤中传输的微分方程组进行了数值求解,得出在归一化二阶色散系数大小适中,初始啁啾、三阶色散系数和五阶非线性系数都很小时亚皮秒高斯脉冲在光纤中能稳定传输,此时非线性(三阶、五阶)能有效减轻色散(二阶、三阶)和初始啁啾对脉冲脉宽的展宽,五阶非线性和三阶色散对脉冲传输各参量的影响能在一定程度上相互补偿。