[发明专利]基于SPAD阵列非线性的SAR检测方法

说明书

本发明公开了一种基于SPAD阵列非线性的SAR检测方法，用于一光通信系统的接收端，包括门限计算步骤和符号判决步骤；所述门限计算步骤包括：根据平均光功率以及发送端星座点集合在接收端光子计数的期望集合，采用排序算法实时计算门限；所述符号判决步骤包括：根据所述门限，对接收的符号进行判决。本发明在SPAD阵列为弱光通信条件下的检测方法时，考虑由于死时间带来的非线性影响，采用排序的方法，使得提出的SAR检测方法的整体误码率性能好于一般的AR检测方法；同时，通过优化单调递减区内SLEA区域，使得检测方法的工作范围得以扩大。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于SPAD阵列非线性的SAR检测方法。

背景技术

可见光通信由于具有对人体安全、无电磁干扰以及宽的可自由使用的频谱等优势而成为一种可以补偿传统无线通信的通信技术。在可见光通信中，一般采用LED作为发射器，采用光电二极管(Photodiode，PD)作为检测器。由于光的特性，可见光通信一般使用光强度调制和直接检测(IM/DD)技术，因此，发送的信号是非负的实数。一般来说，PD检测器可以分为PIN PD和雪崩PD(APD)。但是，这些传统的PD检测器对于弱光来说没有足够的灵敏度，在弱光条件下不能很好地接收信号。

为了解决这样的问题，单光子雪崩二极管(Single-Photon AvalancheDiode，SPAD)检测器被应用于该领域。SPAD是工作在盖格模式下的APD，当光子到达时，它会输出一个很大的电流，因此可以被用作光子计数器。当一个光子被接收计数后，SPAD会转入非激活状态，开始充电以能够检测下一个光子。充电的时间被称为死时间(deadtime)。充电的电路分为主动淬火电路(Activequenching circuit，AQ)和被动淬火电路(Passive quenchingcircuit，PQ)两类。在PQ SPAD中，当一个光子在死时间内到达时，死时间将会被延长；而在AQSPAD中，死时间不会发生变化。死时间限制了一定时间内的光子计数，因而会引起非线性失真。

相较于单个SPAD来说，SPAD阵列可以提高光子计数的能力。SPAD阵列有一些基本的参数特点，激活区域与整个区域的比值C_FF可以用来表示当一束光到达时，直射在激活区域的概率；当一个光子到达激活区域之后，有一定的概率不能激发雪崩，因而不能够被检测到，这个概率用C_PDP表示。暗计数率N_DCR表示了在单位时间内，当没有光子到达时，由于器件内部的热运动而引起的雪崩，可以看出它是一种噪声。P_AP表示在接收到光子或热运动引起的雪崩之后，额外雪崩被触发的概率。基于以上的特点，SPAD的计数可以近似用泊松随机变量来表示。当不考虑死时间带来的影响时，对于从星座点集合中任意选取的发射符号s，假设符号的持续时长为T_S，则在该符号周期内持续时间长度为T_ST(T_S≥T_ST)的光子计数的期望可以被表示为：

其中，x为平均光功率，N_SPAD是阵列中SPAD的个数，是单个光子的能量，h是普朗克常量，c_L是光速，λ_L是光的波长。考虑了死时间的影响后，光子计数的期望为：

其中，τ_d是死时间。

根据上述内容可知，当平均光功率x较小时，不同星座点的期望随着星座点单调递增，该区域称为单调递增区；当平均光功率x增大到一定程度时，不同星座点的期望曲线将会出现相交情况，期望变得不再单调递增，该区域被称为交点区，近似使用第一个和最后一个符号期望的最大值之间的区域表示。在交点区后，又会出现不同星座点的期望随着星座点单调递减的情况，也即单调递减区。最后，由于光功率较大，SPAD会快速的达到饱和，因而最终会出现几乎重叠的情况。