基于光子计数的无线光通信接收装置及光信号检测方法
专利汇可以提供基于光子计数的无线光通信接收装置及光信号检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于 光子 计数的无线光通信接收装置及光 信号 检测方法，该接收装置包括光学天线、光 滤波器 、可变 衰减器 、单光子探测器触发 电路 、单光子探测器、 低通滤波器 和判决电路，所述单光子探测器为工作于 门 控模式下的盖革 雪 崩光电 二极管 ，其输出的是离散的计数脉冲序列，所述低通滤波器用于将单光子探测器输出的离散计数脉冲序列转换为连续的模拟 电信号 。本发明能够从单光子探测器输出的离散计数脉冲序列中提取出信号比特信息，解决了光子计数通信系统中信号解调问题；降低了通信系统成本和复杂度，提高了无线光通信系统通信距离，可应用于复杂恶劣条件下的应急通信。，下面是基于光子计数的无线光通信接收装置及光信号检测方法专利的具体信息内容。
1.一种基于光子计数的无线光通信接收装置，其特征在于，包括光学天线、光滤波器、可变衰减器、单光子探测器触发电路、单光子探测器、低通滤波器和判决电路；光学天线、光滤波器、可变衰减器、单光子探测器、低通滤波器和判决电路依次连接，单光子探测器触发电路与单光子探测器连接；
所述光学天线用于接收大气中的光信号并将光信号耦合进光纤；所述光滤波器对接收到的光信号进行滤波，滤除通信波长之外的背景光；所述可变衰减器控制进入单光子探测器的光功率大小，以保护单光子探测器；所述单光子探测器对接收到的光信号进行检测并输出计数脉冲；所述单光子探测器触发电路产生门信号触发单光子探测器工作于门控模式；所述低通滤波器用于将单光子探测器输出的离散计数脉冲序列转换为连续的模拟电信号，所述判决电路根据低通滤波器输出的模拟电信号大小，设定判决门限对信号进行判决，得到信号比特信息。
2.根据权利要求1所述的基于光子计数的无线光通信接收装置，其特征在于，所述单光子探测器包括盖革雪崩光电二极管和比较器；
所述盖革雪崩光电二极管用于对光信号进行检测输出雪崩脉冲，如果接收到光子则输出一个雪崩脉冲给比较器；反之，则不输出雪崩脉冲；
所述比较器用于对雪崩脉冲进行检测，如果接收到雪崩脉冲，则输出一个计数脉冲；反之，则不输出计数脉冲。
3.根据权利要求1所述的基于光子计数的无线光通信接收装置，其特征在于，所述光滤波器为1550nm的光纤滤波器。
4.根据权利要求1所述的基于光子计数的无线光通信接收装置，其特征在于，所述单光子探测器触发电路产生频率为20MHz的门信号触发单光子探测器工作于门控模式下。
5.一种基于光子计数的无线光通信接收装置的光信号检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，光学天线接收大气中的光信号，并将光信号耦合进光纤，传送给光滤波器；
步骤2，光滤波器对接收到的信号进行滤波，滤除大气中的背景光；
步骤3，可变衰减器对光信号进行衰减；
步骤4，单光子探测器触发电路产生固定频率的门信号驱动单光子探测器工作于门控模式下；
步骤5，单光子探测器对接收到的光信号进行检测并输出离散的计数脉冲序列表征光信号大小变化；
步骤6，低通滤波器将单光子探测器输出的离散数字脉冲进行滤波，转换为连续的模拟电信号；
步骤7，判决电路根据低通滤波器输出的模拟电信号大小，设定判决门限进行判决，得到信号比特信息。
6.根据权利要求5所述的基于光子计数的无线光通信接收装置的光信号检测方法，其特征在于，所述单光子探测器包括盖革雪崩光电二极管和比较器，步骤5具体为：
步骤5-1：盖革雪崩光电二极管对接收到的光信号进行检测并输出雪崩脉冲表征接收到光子；
步骤5-2：比较器对雪崩脉冲进行检测，如果检测到雪崩脉冲则输出一个计数脉冲；反之，则不输出计数脉冲。
7.根据权利要求5所述的基于光子计数的无线光通信接收装置的光信号检测方法，其特征在于，步骤7中门限判决的具体过程为：
由于弱光光子到达服从泊松分布，则在t1-t2时间间隔内产生k个光电子的概率为：
其中，K(t1,t2)为在t1-t2时间间隔内产生的平均光电子数；
定义单位时间内的信号光子到达速率为λs、背景光子到达速率为λb、暗计数率为λd、开门时间为tw、探测器量子效率为η，得到单个门内产生的平均光电子数为：
K(0,tw)＝(ηλs+ηλb+λd)tw (2)
单个门内无计数脉冲输出的概率和有计数脉冲输出的概率分别为：
P0＝exp[-K(0,tw)]
P1＝1-P0＝1-exp[-K(0,tw)] (3)
探测器在探测‘0’比特时，接收端只有背景光子和暗计数，则此时单个门内无计数脉冲输出的概率和有计数脉冲输出的概率分别为：
P00＝exp[-(ηλs+λd)tw] (4)
P01＝1-exp[-(ηλs+λd)tw] (5)
同理，探测器在探测‘1’比特时，接收端有信号光子，背景光子和暗计数，探测‘1’比特时单个门内无计数脉冲输出的概率和有计数脉冲输出的概率分别为：
P10＝exp[-(ηλs+ηλb+λd)tw] (6)
P11＝1-exp[-(ηλs+ηλb+λd)tw] (7)
定义比特时间内探测器开门次数为n，比特时间内所有门的输出看成是n次独立重复试验，所有门的总计数值服从二项分布B～(n,p)；可得探测‘0’比特时，比特时间内输出总计数值m的概率质量函数为：
同理，探测‘1’比特时，比特时间内输出总计数值m的概率质量函数为：
当判决门限kth为Pa(m)与Pb(m)两条曲线的交点坐标时，系统误码率达到最低，即Pa(m)与Pb(m)大小相等时；
将计数脉冲序列经过低通滤波器之后的波形为连续的模拟电信号，其为各个时刻上相邻n个门输出的计数脉冲电压大小V与产生计数脉冲概率之积，即某时刻上输出计数脉冲电压大小的期望值。通过计算可得最佳判决门限表达式为：
根据最佳判决门限表达式(10)在判决电路中设定最佳的判决门限进行判决。
基于光子计数的无线光通信接收装置及光信号检测方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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