研究了基于多像素光子计数器的光脉冲位置调制(PPM)通信系统开环同步及数据恢复技术。首先,对PPM异步采样信号进行快速傅里叶变换;然后,用Quinn、Jacobsen和MacLeod算法分别估计信号的初始频偏及时延偏差;其次,由频偏和时延偏差估计值及相关运算恢复PPM信号的光子数,进而求得三种算法对应的三组时隙对数似然比序列;最后,从三组时隙对数似然比序列中选择标准差最大的序列作为纠错译码器的输入。仿真及实验结果表明,该时隙同步方法在极低的光功率下同步精度高、运算速度快、鲁棒性强且易于实现;对于64PPM调制信号,本算法平均每信号时隙只需要探测1.33个光子,就能使误码率小于10 ^-5。

对于基于脉冲位置调制(PPM)的光子探测阵列接收的深空光通信系统, 提出了一种直接预测频偏和初始相偏的PPM时隙同步方法。该方法首先测量每个支路各个光子的到达时间, 进而得到每个光子到达时间相对于PPM时隙位置的偏移量, 统计得到不同偏移量处的光子分布。然后利用前、后半帧数据光子分布峰值点对应时隙位置差值即半帧数据频偏累积值的原理对频偏进行估计; 根据频率估计值修正光子达到时间数据后, 再根据修正后一帧数据光子分布统计图峰值位置相对于理想同步位置的偏移量大小估计出初始相偏。仿真结果表明, 在计数时钟频率大于等于四倍时隙时钟频率情况下, 该方法均能实现时隙同步。

提出了一种基于光子到达时间测量的光子探测阵列信号时隙同步方法。通过测量每个支路不同光子的到达时间, 得到每个光子的到达时间相对于脉冲位置调制时隙位置的偏移量, 统计得到不同偏移量处的光子分布。在频偏存在的情况下, 光子分布更加平坦; 在初始相偏存在的情况下, 光子分布峰值会偏离中心位置。把均方误差或二阶矩作为不同频偏和初始相偏情况下同步程度的衡量标准, 利用搜索的方式实现时隙同步。仿真结果表明, 在计数时钟频率为时隙时钟频率两倍及以上的情况下, 所提方法能实现时隙同步。

针对深空光脉冲位置调制(PPM)通信，基于最大期望(EM)定时误差估计原理，研究了一种基于串行级联脉冲位置调制(SCPPM)码辅助的光PPM时隙同步的解决方案。由于标准的SCPPM译码方法无法获得EM估计时所需的期望值，因此提出一种将SCPPM译码输出的软信息转换为PPM各时隙期望值的方法。由SCPPM译码输出先进行硬判决，再通过累加模块获得累加器状态；根据该状态选择下一个PPM映射方式，进而获得各PPM时隙的概率及期望；最后利用EM算法预测时钟偏差值从而获得最佳采样点。仿真结果表明，对于2倍PPM时隙频率的异步采样信号，当时钟误差在-0.5～0.5个PPM时隙范围内时，此方法能有效实现PPM时隙同步。