[發(fā)明專利]基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置及光信號(hào)檢測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710059144.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN106788739B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪琛;汪井源;徐智勇;朱勇;趙繼勇;李建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B10/25
• 分類號(hào): H04B10/25;H04B10/2575;H04B10/60;G01J1/44;G01J11/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明涉及一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置及光信號(hào)檢測方法，該接收裝置包括光學(xué)天線、光濾波器、可變衰減器、單光子探測器觸發(fā)電路、單光子探測器、低通濾波器和判決電路，所述單光子探測器為工作于門控模式下的蓋革雪崩光電二極管，其輸出的是離散的計(jì)數(shù)脈沖序列，所述低通濾波器用于將單光子探測器輸出的離散計(jì)數(shù)脈沖序列轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電信號(hào)。本發(fā)明能夠從單光子探測器輸出的離散計(jì)數(shù)脈沖序列中提取出信號(hào)比特信息，解決了光子計(jì)數(shù)通信系統(tǒng)中信號(hào)解調(diào)問題；降低了通信系統(tǒng)成本和復(fù)雜度，提高了無線光通信系統(tǒng)通信距離，可應(yīng)用于復(fù)雜惡劣條件下的應(yīng)急通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線光通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置及光信號(hào)檢測方法。

背景技術(shù)

無線光通信是以激光為信號(hào)載體的無線通信方式，具有傳輸速率高、抗電磁干擾、方向性好、保密性強(qiáng)、無需頻譜許可、無需架設(shè)光纖、組網(wǎng)周期短、設(shè)備輕便、搭設(shè)便捷等優(yōu)點(diǎn)。由于信道中大氣分子和氣溶膠粒子對(duì)光子的吸收、散射，以及大氣湍流導(dǎo)致空氣折射率的變化會(huì)引起光束隨機(jī)漂移、光強(qiáng)起伏、光信號(hào)衰減嚴(yán)重等現(xiàn)象發(fā)生，在遠(yuǎn)距離通信時(shí)存在通信易中斷、誤碼率高、受天氣因素制約等缺點(diǎn)。檢測弱光信號(hào)時(shí)信號(hào)常常湮沒在噪聲中，傳統(tǒng)的光電探測器無法檢測，但同時(shí)弱光信號(hào)的量子性會(huì)在一定程度上表現(xiàn)出來。通常認(rèn)為在檢測弱光信號(hào)時(shí)，其光子到達(dá)服從泊松分布。弱光光子到達(dá)探測器時(shí)輸出不連續(xù)的微弱光電流，一般的檢測手段很難能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的識(shí)別提取。單光子探測器將光電探測模塊的增益增大，將輸出的離散電信號(hào)加以放大以甄別出光信號(hào)。

隨著近年來單光子檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，單光子探測器廣泛應(yīng)用于深空通信、水下通信、散射通信、量子密鑰分發(fā)等領(lǐng)域。但單光子探測器不是一種線性探測器，主要依靠弱光光子的量子性，其輸出的是離散的計(jì)數(shù)脈沖，通過統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)來表征光信號(hào)強(qiáng)弱。即探測器探測一次只能表征信號(hào)的有無，無法表示其大小，只能通過一段時(shí)間內(nèi)輸出的總計(jì)數(shù)值來確定信號(hào)大小。因此，如何從單光子探測器輸出的計(jì)數(shù)值中提取信號(hào)比特信息成為了利用光子計(jì)數(shù)技術(shù)來探測光信號(hào)的關(guān)鍵問題。

美國國家航空與航天局研制了一種火星激光通信演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過集成多個(gè)GM-APD組成單光子探測器陣列，將收集到的信號(hào)光平均傳送給每個(gè)GM-APD。這樣就能在單個(gè)檢測時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)計(jì)數(shù)值表征信號(hào)強(qiáng)弱。但此種方式需要單光子探測器陣列成本昂貴，且系統(tǒng)復(fù)雜。

2012年，Philip A.Hiskett等人通過多次重發(fā)的方案，實(shí)現(xiàn)了水下基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信。此方案中，利用單個(gè)GM-APD檢測接收端接收到的光信號(hào)。通過在信號(hào)前端加上一個(gè)同步序列，用于同步收發(fā)兩端時(shí)鐘。并且每次重發(fā)都要進(jìn)行時(shí)鐘同步，所以此方案的通信速率受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置及光信號(hào)檢測方法，用于提高接收端探測器的靈敏度，拓展無線光通信的通信距離。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置，包括光學(xué)天線、光濾波器、可變衰減器、單光子探測器觸發(fā)電路、單光子探測器、低通濾波器和判決電路；光學(xué)天線、光濾波器、可變衰減器、單光子探測器、低通濾波器和判決電路依次連接，單光子探測器觸發(fā)電路與單光子探測器連接；

所述光學(xué)天線用于接收大氣中的光信號(hào)并將光信號(hào)耦合進(jìn)光纖；所述光濾波器對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除通信波長之外的背景光；所述可變衰減器控制進(jìn)入單光子探測器的光功率大小，以保護(hù)單光子探測器；所述單光子探測器對(duì)接收到的光信號(hào)進(jìn)行檢測并輸出計(jì)數(shù)脈沖；所述單光子探測器觸發(fā)電路產(chǎn)生門信號(hào)觸發(fā)單光子探測器工作于門控模式；所述低通濾波器用于將單光子探測器輸出的離散計(jì)數(shù)脈沖序列轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬電信號(hào)，所述判決電路根據(jù)低通濾波器輸出的模擬電信號(hào)大小，設(shè)定判決門限對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決，得到信號(hào)比特信息。

一種基于光子計(jì)數(shù)的無線光通信接收裝置的光信號(hào)檢測方法，包括如下步驟：