[發(fā)明專利]一種基于MPPC探測(cè)的光PPM異步采樣信號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)及開環(huán)同步方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011352007.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN112511287A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向勁松;張少華;張卓;胡東洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L7/00
• 分類號(hào): H04L7/00;H04J3/06;H04B10/70;H04B10/524
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1.一種基于MPPC探測(cè)的光PPM異步采樣信號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)及開環(huán)同步方法，其特征在于，用兩倍以上PPM時(shí)隙頻率的異步時(shí)鐘對(duì)MPPC輸出的電信號(hào)進(jìn)行采樣，然后對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算；分別由Quinn、Jacobsen和MacLeod三種算法估計(jì)信號(hào)的初始頻偏，進(jìn)一步求得信號(hào)的初始相偏；將采樣信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)單光子的沖激響應(yīng)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；以時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比的標(biāo)準(zhǔn)差最大為準(zhǔn)則，從三組時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比序列中選擇標(biāo)準(zhǔn)差最大的序列做為最優(yōu)值和譯碼輸出五個(gè)內(nèi)容，包括以下步驟：

S1、用兩倍以上PPM時(shí)隙頻率的異步時(shí)鐘對(duì)MPPC輸出的電信號(hào)進(jìn)行采樣，然后對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算；

S2、分別由Quinn、Jacobsen和MacLeod三種算法估計(jì)信號(hào)的初始頻偏，進(jìn)一步求得信號(hào)的初始相偏；

S3、將采樣信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)單光子的沖激響應(yīng)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，恢復(fù)光子數(shù)；

S4、以時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比的標(biāo)準(zhǔn)差最大為準(zhǔn)則，從三組時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比序列中選擇標(biāo)準(zhǔn)差最大的序列做為最優(yōu)值；

S5、最優(yōu)值做為后續(xù)糾錯(cuò)譯碼器的輸入，譯碼后輸出最終數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MPPC探測(cè)的光PPM異步采樣信號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)及開環(huán)同步方法中步驟S3所述的內(nèi)容，其特征在于，將采樣信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)單光子的沖激響應(yīng)波形進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，恢復(fù)光子數(shù)。

在步驟S2中，分別由Quinn、Jacobsen和MacLeod三種算法估計(jì)PPM異步時(shí)鐘采樣信號(hào)的初始頻偏，進(jìn)一步求得初始相偏。

圖1為光子數(shù)恢復(fù)示意圖，圖1(a)為實(shí)際信號(hào)采樣示意圖，圖1(b)為標(biāo)準(zhǔn)的單光子沖激響應(yīng)采樣示意圖。由圖1可知，以單光子沖激響應(yīng)的波形為數(shù)據(jù)窗口的長(zhǎng)度，每次在采樣數(shù)據(jù)上滑動(dòng)一個(gè)時(shí)隙；將窗口中的采樣數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的單光子信號(hào)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，最后取整，即可得該時(shí)隙的光子數(shù)目。由步驟S2中的累積時(shí)延偏差公式，忽略數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的頻率滑動(dòng)，則第m個(gè)時(shí)隙處的累積時(shí)延偏差可表示為用τ_mn表示的整數(shù)部分，τ_md表示的小數(shù)部分。則第m個(gè)時(shí)隙的光子數(shù)檢測(cè)公式可表示為：

式中：int[·]表示按四舍五入取整，x{(H(m-1)+j+τ_mn)T_c}表示窗口滑動(dòng)到第m個(gè)時(shí)隙時(shí)，該窗口內(nèi)的第j個(gè)信號(hào)采樣點(diǎn)的值，h((j+τ_md)T_c)表示(j+τ_md)T_c位置處單光子沖激響應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MPPC探測(cè)的光PPM異步采樣信號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)及開環(huán)同步方法中步驟S4所述的內(nèi)容，其特征在于，以時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比的標(biāo)準(zhǔn)差最大為準(zhǔn)則，從三組時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比序列中選擇標(biāo)準(zhǔn)差最大的序列做為最優(yōu)值。

在步驟S3中，由頻偏和相偏估計(jì)值對(duì)PPM異步時(shí)鐘采樣信號(hào)進(jìn)行光子數(shù)恢復(fù)，將經(jīng)過同步后的時(shí)隙光子數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比的形式，第m個(gè)時(shí)隙的信道似然比可表示為：

式中：k_m表示在第m個(gè)時(shí)隙的光子數(shù)，n_s為信號(hào)時(shí)隙的平均光子數(shù)，n_b為每個(gè)時(shí)隙的平均背景光子數(shù)。

LLR的標(biāo)準(zhǔn)差可表示為：

式中：表示LLR的平均值。

R越大，說明時(shí)隙對(duì)數(shù)似然比LLR的離散程度越大，恢復(fù)的γ和τ的精確度越高，把LLR送入SCPPM譯碼器后輸出的誤碼率越低。因此本發(fā)明以R作為不同算法估計(jì)值γ和τ的精確程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。