In recent years, there has been a growing interest in the use of single-photon avalanche diode (SPAD) in optical wireless communication (OWC). SPAD operates in the Geiger mode and can act as a photon counting receiver obviating the need for a transimpedance amplifier (TIA). Although a SPAD receiver can provide higher sensitivity compared to the traditional linear photodetectors, it suffers from the dead-time-induced nonlinearity. To improve the data rates of SPAD-based OWC systems, optical orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) can be employed. This paper provides a comprehensive theoretical analysis of the SPAD-based OWC systems using OFDM signalling considering the effects of signal clipping, SPAD nonlinearity, and signal-dependent shot noise. An equivalent additive Gaussian noise channel model is proposed to describe the performance of the SPAD-based OFDM system. The statistics of the proposed channel model and the analytical expressions of the signal-to-noise ratio (SNR) and bit error rate (BER) are derived in closed forms. By means of extensive numerical results, the impact of the unique receiver nonlinearity on the system performance is investigated. The results demonstrate new insights into different optical power regimes of reliable operation for SPAD-based OFDM systems even well beyond SPAD saturation level.


翻译:近年来,人们越来越关注光学无线通信中使用单一磷雪崩二极管(SPAD)的情况。SPAD以盖格模式运作,可以作为光子计接收器,避免对移动式放大器(TIA)的需求。虽然SPAD接收器与传统线性光测器相比能够提供更高的敏感度,但它受到死时引发的非线性影响。可以使用SPAD的光学或多频分多路传输(OWC)系统的数据率来提高数据率。本文对基于SPAD的OWC系统进行了全面的理论分析,使用OWCS信号对基于SPAD的OWC系统进行了全面的理论分析,利用ODM信号信号进行计算,考虑信号剪贴的效果、SPAD的不线性、以及依赖信号的射击噪音。提议采用一个等同的添加剂高音频道模型来描述基于SPADM系统的性能。拟议频道模型的统计数据和信号对信号对音频比比(SNRDDM)的分析表达方式是以封闭的形式得出的。通过广泛的数字感光学测测度系统,对不甚甚甚甚甚甚高的系统进行。

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