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 SPAD-based systems compared to the existing 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的预先扭曲,可以成功消除由于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调控前和噪音正常化功能的系统。由于接收器的更多噪音正常化进程,最初信号依赖的噪音变得独立,因此为AWGN频道设计的常规信号探测技术可以用来解码信号。我们的数字结果表明,在BER性能和可实现的数据率方面,拟议的SPAD系统与现有系统相比具有优势。

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