[发明专利]一种弱光或者远距离单光子训练检测系统和检测方法

权利要求书

1.一种弱光或者远距离单光子训练检测系统，包括发送端和接收端，其特征在于，

所述发送端的数据包括训练比特“1”以及数据序列，且采用单载波OOK调制，利用单个训练比特“1”对接收到的信号进行信道估计，之后对接收到的光子计数信号进行最大似然检测；

所述接收端采用具有高灵敏度和高光电检测效率的单光子雪崩二极管SPAD；

在死时间限制下的SPAD输出模型为

τ为死时间，T_d为数据比特持续时间，δ为死时间率，为最大计数值；对于弱光检测，出现SPAD输出光子数等于k_max的概率忽略不计，简化上式为

则第一个训练比特估计的信道信息表示为

n_b为背景光噪声和暗计数噪声引起的光子计数，通过观测一段时间内噪声光子计数，再除以相对应的时间计算出；y_t为训练比特“1”对应接收到的光子数，

则实际的最大似然检测门限为

λ₁表示如果接受符号为1的光子数，λ₀表示如果接受符号为0的光子数。

2.根据权利要求1所述的一种弱光或者远距离单光子训练检测系统，其特征在于，所述训练比特“1”以及数据序列，两者组成一个帧结构。

3.根据权利要求1所述的一种弱光或者远距离单光子训练检测系统，其特征在于，所述数据序列用于承载有效的数据信息。

4.根据权利要求1所述的一种弱光或者远距离单光子训练检测系统，其特征在于，所述训练比特“1”用于估算出信道信息，而后根据给出的信道估计值，给出最大似然检测的门限。

5.一种弱光或者远距离单光子训练检测方法，其特征在于，

在死时间限制下的SPAD输出模型为

τ为死时间，T_d为数据比特持续时间，δ为死时间率，为最大计数值；对于弱光检测，出现SPAD输出光子数等于k_max的概率忽略不计，简化上式为

则第一个训练比特估计的信道信息表示为

n_b为背景光噪声和暗计数噪声引起的光子计数，通过观测一段时间内噪声光子计数，再除以相对应的时间计算出；y_t为训练比特“1”对应接收到的光子数，

则实际的最大似然检测门限为

λ₁表示如果接受符号为1的光子数，λ₀表示如果接受符号为0的光子数。

6.根据权利要求5所述的一种弱光或者远距离单光子训练检测方法，其特征在于，实际SPAD的概率分布为一个和数据速率相关的函数。