逼近光子高效与带宽高效光通信的终极极限

众所周知，处于量子极限的理想自由空间光通信可以具有无限的光子信息效率（PIE），以比特每光子度量。高PIE的代价是低维度信息效率（DIE），以比特每时空偏振模式度量。若仅使用时域模式，则DIE直接转化为带宽效率。本文比较了已知调制方式和接收机结构的DIE与PIE权衡关系与终极量子极限，并在高PIE极限下找到了解析近似。分析表明，已知结构所能达到的最大DIE与可达到的最大值之间存在差距，该差距因子在高PIE时随PIE线性增长。针对二进制相干态调制，推导了Dolinar接收机的容量，并计算了开关键控（OOK）情形。与采用光子计数的OOK相比，该情形的DIE与PIE权衡关系仅有轻微改善。推导了一种用于加性本地振荡器的自适应规则，该规则最大化从一组相干态中选择符号的发射机与接收机之间的互信息。对于二进制相移键控（BPSK），证明这等效于Dolinar接收机的操作。将Dolinar接收机扩展为对编码的相干态符号序列进行自适应测量。来自先前测量的信息被用于调整后续符号的先验概率。与每个符号独立传输和Dolinar接收相比，自适应Dolinar接收机并未改善DIE与PIE的权衡关系。