案例分享 | 使用pSim Plus實現(xiàn)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的脈沖幅值調(diào)制技術(shù)仿真

逍遙設(shè)計自動化

光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖像調(diào)制簡介
深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)主要用于處理二維數(shù)據(jù)（如圖像），這些數(shù)據(jù)最初以電子信號形式存在。光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則使用光信號進行傳輸，因此需要圖像調(diào)制單元將電子信號轉(zhuǎn)換為光信號，使光學(xué)系統(tǒng)能夠讀取和處理圖像數(shù)據(jù)。本文重點介紹如何使用pSim Plus軟件實現(xiàn)16級脈沖幅值調(diào)制(PAM)單元。這個單元負責(zé)將表示圖像數(shù)據(jù)的電信號轉(zhuǎn)換成可供光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的光信號。


脈沖幅值調(diào)制(PAM)在信號轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用
' @5 z* k0 d! ?0 D9 {5 E- j脈沖幅值調(diào)制(PAM)實現(xiàn)電子信號到光信號的轉(zhuǎn)換。在PAM中，輸入信號的幅值被劃分為多個離散等級，每個等級對應(yīng)特定的信號值。
& P/ @# H4 |$ J
PAM調(diào)制示例
: S8 {/ n5 `! x8 a

PAM2：僅有兩個幅值等級，表示0和1兩種二進制值

PAM4：使用四個不同的幅值等級，對應(yīng)四種二進制狀態(tài)




! k1 |6 k( e3 C( `, @* T/ N0 dPAM的優(yōu)勢
高階PAM方案（如PAM4）相比低階方案（如PAM2）可在相同時間內(nèi)傳輸更多信息。
+ [: f+ K; g7 f6 z; q8 ^
PAM在圖像處理中的應(yīng)用
+ ?/ B! Y0 {2 w) y: z# d以灰度圖像為例，每個像素值可視為一個電子信號，這些像素值決定圖像的亮度等級。通過PAM，每個像素的亮度信息被轉(zhuǎn)換為特定強度的光信號。亮度越高，輸出光信號強度越大。

4 P, i7 c4 Z8 K$ L" q
8 }& k" c7 H& d- |8 y$ ~16級PAM調(diào)制單元設(shè)計
使用pSim Plus仿真工具構(gòu)建的16級PAM調(diào)制單元，采用四組壓縮至16個等級的仿真數(shù)據(jù)，加載到具有逐漸增加偏置場的調(diào)制器上，從而調(diào)制光載波。

數(shù)據(jù)傳輸速率比較

NRZ（非歸零碼）：每個符號周期可傳輸兩種狀態(tài)（0和1），相當于一位數(shù)據(jù)

PAM16：每個周期可傳輸四位數(shù)據(jù)，傳輸速率是NRZ的四倍

1 \5 q4 ^3 {" P4 }

pSim Plus中16級PAM調(diào)制單元的實現(xiàn)步驟
1. 仿真環(huán)境設(shè)置
3 j$ f: j8 H- @5 k' ~+ w' x; c2 D

定義時域仿真區(qū)域

配置必要的域參數(shù)
: N( q0 z2 |" E3 x
2. 模型參數(shù)調(diào)整
5 U* S8 M+ i2 w

光脈沖整形的上升沿和下降沿比率

光信號的中心頻率、線寬和功率

調(diào)制器長度，注意調(diào)制器長度逐級倍增
' t' n& g$ R+ ~; Q& V$ Y3 Q) L4 _. N
0 r$ l& n( i2 @: j# l% h  [) H1 }3. 信號轉(zhuǎn)換

光信號通過光電二極管(PD)轉(zhuǎn)換回電信號
" f, b/ ^& e( L4 [& K
4. 信號觀察與分析
  @9 {; S0 H( l- M

使用電子示波器和眼圖分析儀觀察分析信號
+ g& n0 ^3 i5 d4 H5 b
仿真結(jié)果分析
: M& A; `. O3 y5 `6 J示波器結(jié)果
PAM16波形顯示16級PAM調(diào)制的光波形，波形幅值在不同時間點出現(xiàn)波動，呈現(xiàn)明顯的階梯狀變化，表示調(diào)制信號的逐級變化。
4 k8 a" h$ D% z


6 Y; x: d/ h# d% C/ r眼圖分析結(jié)果

信號躍遷：眼圖展示不同PAM狀態(tài)間的信號躍遷行為

眼圖開啟：可觀察對應(yīng)16個不同符號值的眼圖開啟特性



8 F" G' H/ B2 y; @
結(jié)語
' N# p9 u0 ]9 ^; w5 g' B本文介紹了使用pSim Plus仿真工具設(shè)計實現(xiàn)光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)16級PAM調(diào)制單元的基本原理和方法。
: j& P$ s- z4 H
# Z  f6 p( x/ x. T# L' v' r1 g如需獲取本案例詳細資料或進行技術(shù)交流，點擊左下方“閱讀原文”跳轉(zhuǎn)逍遙問答平臺聯(lián)系，請注明您的研究方向與應(yīng)用場景，便于我們提供更精準的技術(shù)支持。

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