Методика снижения потерь информации в асинхронном двоичном однофотонном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-70-81
Аннотация
Приёмные модули однофотонных систем связи при измерении маломощных оптических сигналов должны обеспечивать наименьшие потери передаваемой информации. В этой связи целесообразно использовать счётчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако характеризуются ошибками регистрации данных. Цель работы – разработать методику определения интенсивности регистрируемого оптического излучения в канале однофотонной связи с приёмным модулем на основе счётчика фотонов, позволяющую уменьшить вероятность ошибочной регистрации передаваемых двоичных символов.
Разработаны методика снижения потерь информации в асинхронном двоичном однофотонном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов и устройство, её реализующее. Данная методика основана на использовании статистических распределений смеси числа темновых и сигнальных импульсов, полученных на выходе счётчика фотонов при регистрации двоичных символов «0» Pst 0 (N) и «1» Pst 1 (N). Сущность методики заключается в определении интенсивностей оптических сигналов для передачи двоичных символов («0» и «1») и пороговых уровней N1 и N2 импульсов, зарегистрированных на выходе счетчика фотонов.
Методика позволяет определить нижний и верхний пороговые уровни зарегистрированных импульсов, а также интенсивности оптических сигналов при передаче двоичных символов, обеспечивающие уменьшение вероятности ошибочной регистрации двоичных данных.
Об авторе
А. М. Тимофеев
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
Адрес для переписки: А.М. Тимофеев – Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск 220013, Беларусь. e-mail: tamvks@mail.ru
Список литературы
1. Vacca, J.R. Managing Information Security. – 2nd Edition / J.R. Vacca // Elsevier Inc: Waltham, 2014. – 372 p. DOI: 10.1016/C2011-0-08782-3
2. Дмитриев, С.А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / С.А. Дмитриев, Н.Н. Слепов. – Москва: Техносфера, 2010. – 608 с.
3. Тимофеев, А.М. Влияние времени однофотонной передачи информации на достоверность её приёма в квантово-криптографическом канале связи / А.М. Тимофеев // Системный анализ и прикладная информатика. – 2019.– № 1. – С. 67–72. DOI: 10.21122/2309-4923-2019-1-67-72
4. Тимофеев, А.М. Оценка влияния мёртвого времени счётчика фотонов на скорость передачи информации в канале однофотонной связи / А.М. Тимофеев // Вестник связи. – 2019. – № 6. – С. 55–61.
5. Yiannopoulos, K. On the photon counting error probability and its application in optical wireless communications / K. Yiannopoulos, N.C. Sagias, A.C. Boucouvalas // Physical Communication. – 2019. – Vol. 36. – P. 100756–100764. DOI: 10.1016/j.phycom.2019.100756
6. Килин, С.Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С.Я. Килин; под ред. С.Я. Килин, Д.Б. Хорошко, А.П. Низовцев. – Минск: Белорус. наука, 2007. – 391 с.
7. Hu, S. 35.88 attenuation lengths and 3.32 bits/ photon underwater optical wireless communication based on photon-counting receiver with 256-PPM / S. Hu [et al.] // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, no. 17. – P. 21685–21699. DOI: 10.1364/OE.26.021685
8. Bourennane, M. Single-photon counters in the telecom wavelength region of 1550 nm for quantum information processing / M. Bourennane [et al.] // Journal of Modern Optics. – 2001. – Vol. 48, no. 13. – P. 1983– 1995. DOI: 10.1080/09500340110075131
9. Hong, Z. Photon-counting underwater optical wireless communication for reliable video transmission using joint source-channel coding based on distributed compressive sensing / Z. Hong [et al.] // Sensors. – 2019. – Vol. 19, no. 5. – P. 1042–1054. DOI: 10.3390/s19051042
10. Калачев, А.А. Элементная база дальнодействующей квантовой связи. Часть 1 / А.А. Калачев // Фотоника. – 2017. – № 1. – С. 88–98. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.88.98
11. Калачев, А.А. Элементная база дальнодействующей квантовой связи. Часть 2 / А.А. Калачев // Фотоника. – 2017. – № 2. – С. 80–88. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.62.2.80.88
12. Zadeh, I.E. Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution / I.E. Zadeh [et al.] // APL Photonics. – 2017. – Vol. 2, iss. 11. – P. 111301-1–111301-7. DOI: 10.1063/1.5000001
13. Zhang, J. Advances in InGaAs/InP singlephoton detector systems for quantum communication / J. Zhang [et al.] // Light: Science & Applications. – 2015. – Vol. 4, iss. 5. – P. 1–13. DOI: 10.1038/lsa.2015.59
14. Гулаков, И.Р. Фотоприёмники квантовых систем: монография / И.Р. Гулаков, А.О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.
15. Cova, S.D. Single-photon counting detectors / S.D. Cova, M. Ghioni // IEEE Photonics Journal. – 2011. – Vol. 3, no. 2. – P. 274–277. DOI: 10.1109/JPHOT.2011.2130518
16. Privitera, S. Single photon avalanche diodes: towards the large bidimensional arrays / S. Privitera [et al.] // Sensors. – 2008. – Vol. 8, iss. 8. – P. 4636–4655. DOI: 10.3390/s8084636
17. Campajola, M. Proton induced dark count rate degradation in 150-nm CMOS single-photon avalanche diodes / M. Campajola [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2019. – Vol. 947. – P. 162722–162728. DOI: 10.1016/j.nima.2019.162722
18. Stipčević, M. Characterization of a novel avalanche photodiode for single photon detection in VIS-NIR range / M. Stipčević [et al.] // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, iss. 16. – P. 17448–17459. DOI: 10.1364/OE.18.017448
19. Тимофеев, А.М. Достоверность принятой информации при ее регистрации в однофотонном канале связи при помощи счетчика фотонов / А.М. Тимофеев // Информатика. – 2019. – T. 16. – № 2. – С. 90–98.
20. Nuriyev, S. Performance of a new generation of micropixel avalanche photodiodes with high pixel density and high photon detection efficiency / S. Nuriyev [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. – 2018. – Vol. 912. – P. 320–322. DOI: 10.1016/j.nima.2017.12.006
21. Stucki, D. Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APDs / D. Stucki [et al.] // Journal of Modern Optics. – 2001. – Vol. 48, no. 13. – P. 1967–1981. DOI: 10.1080/09500340108240900
22. Castelletto, S.A. Reduced deadtime and higher rate photon-counting detection using a multiplexed detector array / S.A. Castelletto [et al.] // Journal of Modern Optics – 2007. – Vol. 54, iss. 2–3. – P. 337–352. DOI: 10.1080/09500340600779579
23. Биккенин, Р.Р. Теория электрической связи / Р.Р. Биккенин, М.Н. Чесноков. – Москва: Издательский цент «Академия», 2010. – 336 с.
24. Тимофеев, А.М. Оценка влияния продлевающегося мёртвого времени счётчика фотонов на вероятность ошибочной регистрации данных квантовокриптографических каналов связи / А.М. Тимофеев // Вестник связи. – 2018. – № 1. – С. 56–62.
25. Гулаков, И.Р. Метод счета фотонов в оптикофизических измерениях / И.Р. Гулаков, С.В. Холондырев. – Минск: Университетское, 1989. – 256 с.
Рецензия
Для цитирования:
Тимофеев А.М. Методика снижения потерь информации в асинхронном двоичном однофотонном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов. Приборы и методы измерений. 2020;11(1):70-81. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-70-81
For citation:
Timofeev A.M. Method of Achieving the Least Loss of Information in an Asynchronous Binary Single-Photon Communication Channel with a Receiver Based on a Photon Counter. Devices and Methods of Measurements. 2020;11(1):70-81. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-1-70-81
Просмотров:
955
Послать статью по эл. почте 