[發明專利]光子數可分辨的光子計數型通信接收裝置

有效

• 申請號: 201510021660.2
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104579498B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 周田華;胡思奇;陳衛標
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H04B10/69
• 分類號: H04B10/69
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純,張寧展

技術領域

本發明涉及弱光通信技術領域，特別是一種光子數可分辨的光子計數型通信接收裝置及接收方法。

背景技術

自由空間光通信系統由于具有低能量損耗，寬帶寬，高保密度等優點已經成為了研究熱點。在弱光情況下進行通信時，通信系統的接收端往往采用單光子計數型接收裝置，它在弱光環境下，探測靈敏度高。

在自由空間光通信中，信號光和背景光均是服從泊松概率分布，根據統計到的單個碼片時間內背景噪聲光子數n_b的概率密度單個碼片時間內背景噪聲光子數和信號光子數之和n_s+n_b的概率密度以及設定的閾值光子數n_t，可以確定有P₁的概率將背景噪聲光子信號“0”誤判為“1”，將這種情況稱為虛警，P₁稱為虛警概率。同時還可以確定有P₂的概率將信號“1”誤判為“0”，將這種情況稱為漏警，P₂稱為漏警概率。比特誤碼率(BER)由虛警概率P₁和漏警概率P₂共同決定，比特誤碼率為有最佳的n_t取值，當n_t＝n_{t_best}時，比特誤碼率(BER)會取得最小值，將n_{t_best}稱為閾值光子數最佳值。隨著背景噪聲的增強和信號光的增強，n_{t_best}都會增大，此時為了進一步降低誤碼率，就必須提高單個碼片時間閾值光子數，然而傳統單光子計數型接收裝置只能分辨單個光子，隨著閾值光子數的增高，閾值光子數將逼近傳統單光子計數型接收系統單個碼片時間能夠響應的最大光子數，在這種情況下誤碼率已不能進一步降低。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種光子數可分辨的光子計數型通信接收裝置，該裝置能提高光子計數型接收裝置單個碼片時間內能統計的光子數，從而降低接收系統的比特誤碼率。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種光子數可分辨的光子計數型通信接收裝置，由依次的接收透鏡、干涉濾光片、光電倍增管、放大器、比較器、光子計數器、解調解碼器和上位機構成，其特點在于所述的比較器為多級比較器，由2個以上的微功耗比較芯片并聯構成，每個微功耗比較芯片各設置一個比較閾值，所述的光子計數器為多光子計數器，由現場可編程邏輯門陣列構成，該現場可編程邏輯門陣列的t個I/O口作輸入端，與所述的多級比較器的t個I/O口對應相連，所述的解調解碼器的1個I/O口作輸入端與所述的多光子計數器的輸出端相連，所述的解調解碼器的2個I/O口作輸出端口通過串口與上位機相連。

所述的解調解碼器由數字信號處理器構成。

上述光子數可分辨的光子計數型通信接收裝置進行信號接收的過程是：

1)在發射端沒有發射信號時，僅有背景噪聲光子到達接收透鏡；

2)光信號經過接收透鏡、干涉濾光片后到達光電倍增管，光信號經光電倍增管后輸出模擬信號，該模擬信號經過放大器放大后輸入多級比較器；