In recent years, there has been a growing interest in exploring the application of single-photon avalanche diode (SPAD) in optical wireless communication (OWC). As a photon counting detector, SPAD can provide much higher sensitivity compared to the other commonly used photodetectors. However, SPAD-based receivers suffer from significant dead-time-induced non-linear distortion and signal dependent noise. In this work, we propose a novel SPAD-based OWC system in which the non-linear distortion caused by dead time can be successfully eliminated by the pre-distortion of the signal at the transmitter. In addition, another system with joint pre-distortion and noise normalization functionality is proposed. Thanks to the additional noise normalization process, for the transformed signal at the receiver, the originally signal dependent noise becomes signal independent so that the conventional signal detection techniques designed for AWGN channels can be employed to decode the signal. Our numerical results demonstrate the superiority of the proposed systems compared to the state-of-the-art systems in terms of BER performance and achievable data rate.


翻译:近年来,人们越来越有兴趣探索光学无线通信中单一光子雪崩二极管(SPAD)的应用。作为光子计数探测器,SPAD能够提供比其他常用光检测器高得多的敏感度。然而,SPAD的接收器受到大量死时引起的非线性扭曲和信号依赖噪音的影响。在这项工作中,我们提议以SPAD为基础的新型OSWC系统,通过在发报机上对信号进行预先扭曲,可以成功消除因死亡时间造成的非线性扭曲。此外,还提议了另一个具有联合扭曲前和噪声正常化功能的系统。由于接收器增加了噪音正常化进程,对于变换的信号,最初的信号依赖噪音变得独立,因此可以使用为AWGN频道设计的常规信号探测技术解码信号。我们的数字结果表明,在BER性能和可实现的数据率方面,拟议系统相对于最先进的系统而言,其优于最先进的系统。

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