[发明专利]一种基于光子计数的弱光通信接收机及通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信接收机，特别涉及一种弱光通信接收机。

背景技术

可见光通信技术(Visible Light Communication,VLC)是采用发光二级管(LightEmitting Diode,LED) 作为发射级，光电探测器接收转换为电信号，交给接收机进行解调的一种近来发起的光无线通信技术。可见光通信技术较射频无线通信技术而言，具有无污染，无电磁辐射，高精确度以及无带宽限制等优点，故具有广泛应用的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光子计数的弱光通信接收机及通信方法，使得通信精度更高。

本发明的目的是这样实现的：一种基于光子计数的弱光通信接收机及通信方法，所述通信接收机包括光电倍增管，所述光电倍增管的接收光路上由近及远依次设置有滤光片、汇聚透镜，所述光电倍增管经跨阻放大器与光子计数器电连接；

所述汇聚透镜用以收集信号光；

所述滤光片用以滤除带外背景光噪声；

所述光电倍增管用以接收光信号，实现光信号中单个光子脉冲信号的检测，输出电流脉冲信号；

所述跨阻放大器用以放大其电流脉冲信号，并将转化为电压信号；

所述光子计数器用以对电压信号在比特时间内计数，判决发送的比特信号；

所述通信方法包括以下步骤：

步骤1）使用汇聚透镜收集接收信号光；

步骤2）使用滤光片滤除带外背景光噪声；

步骤3）使用光电倍增管将光信号转换为电流脉冲信号；

步骤4）使用跨阻放大器放大电流脉冲信号并将其转化为电压信号；

步骤5）使用光子计数器对电压信号进行计数，判决发送的比特信号。

作为本发明进一步限定，所述光电倍增管输出的电流脉冲信号幅度不超过100uA。

作为本发明进一步限定，步骤5）的具体方法为：

步骤a）按照设定的扫描步长对扫描窗口内的采样数据进行扫描，每个扫描步长即为一个采样点，当扫描窗口中出现采样点大于判决门限时，则判定存在一个光子脉冲；

步骤b）计算比特时间内的光子脉冲数量，累积求和；

步骤c）将单个比特时间内的光子脉冲数量与最佳判决数进行比较，若大于最佳判决数则发射“1”比特信号，若小于最佳判决数则发射为“0”比特信号。

作为本发明进一步限定，步骤a）的具体方法为：设置门限值为光子脉冲平均幅度的1/3~1/5，识别采样点中光子脉冲的幅度是否大于门限值，若大于则判定存在一个光子脉冲，连续的确定存在光子脉冲的采样点中的极大值点对应的位置即为光子的位置，记为一个光子脉冲。

作为本发明进一步限定，步骤c）中最佳判决数的确定方法为：假设在发射“1”比特信号时的平均计数为K₁，发射“0”比特信号的平均计数为K₀，这两个平均计数K₀和K₁可以通过训练序列获得，则设定最佳的判决数为：。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明可以有效的降低光电倍增管（PMT）的随机增益效应和光子计数热噪声效应，在系统误码率方面要优于比特时间积分方案，可以逼近泊松光学信道的误码率性能极限；该接收方案可以广泛应用于弱光信号接收场景，如深海环境下的远距离光通信（百米距离），夜间大气远距离光通信（公里级），深紫外波段的大气非视距散射通信。

附图说明

图1为本发明中通信接收机结构示意图。

图2为本发明接收到的信号示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种基于光子计数的弱光通信接收机，包括光电倍增管，所述光电倍增管的接收光路上由近及远依次设置有滤光片、汇聚透镜，所述光电倍增管经跨阻放大器与光子计数器电连接；所述汇聚透镜用以收集信号光；所述滤光片用以滤除带外背景光噪声；所述光电倍增管用以接收光信号，实现光信号中单个光子脉冲信号的检测，输出电流脉冲信号，电流脉冲信号幅度不超过100uA；所述跨阻放大器用以放大其电流脉冲信号，并将转化为电压信号；所述光子计数器用以对电压信号在比特时间内计数，判决发送的比特信号。

一种基于光子计数的弱光通信方法，包括以下步骤：

步骤1）使用汇聚透镜收集接收信号光；

步骤2）使用滤光片滤除带外背景光噪声；

步骤3）使用光电倍增管将光信号转换为电流脉冲信号；

步骤4）使用跨阻放大器放大电流脉冲信号并将其转化为电压信号；