[0030] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032] 实施例：
[0033] 如图1所示，本发明提供的基于单比特量化的光子压缩感知接收器的结构示意图，包括激光器1、调制器模块2、稀疏信号3、伪随机序列发生器4、光电探测器5、模数转换器模块和重构计算模块9；其中，激光器1、调制器模块2、光电探测器5、模数转换器模块、重构计算模块9依次相连，稀疏信号连入调制器模块2，伪随机序列发生器4连入调制器模块2 与重构计算模块9；模数转换器模块包括滤波器6、采样器7和比较器8；模数转换器模块将采样后得到的信号通过比较器提取出它的符号信息并将其量化为一位比特信息，若信号峰值大于比较器的阈值，则采样点信号量化为1，反之采样点信号量化为‑1。
[0034] 具体的，一种基于单比特量化的光子辅助压缩感知接收器的实现方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤一，稀疏信号与伪随机序列发生器4生成的双极性伪随机二进制序列通过调制器模块2调制在激光器1发出的光载波上实现两者在光域的混频，此过程也可称为对稀疏信号进行随机解调；其中，稀疏信号指的是信号需在某一个域中表示是稀疏的，假设该信号是频域稀疏信号，则该信号只有少量的频率谱线例如多载波的调制信号、声音信号；激光器1为连续波激光器、高速脉冲激光器中的任意一种；调制器模块2为单个的双驱动的马赫曾德尔调制器、级联的两个马赫曾德尔调制器，其他类型的调制器的任意一种；伪随机序列发生器4 发出的双极性伪随机二进制序列，重复速率必须大于等于稀疏信号的奈奎斯特带宽，该过程将信号离散化表示，而由于双极性伪随机二进制序列的速率大于等于稀疏信号的奈奎斯特频率，这保证了稀疏信号与伪随机序列混频后的信号得以保留原始稀疏信号的全部信息。
[0036] 步骤二，光电探测器5通过包络检测将光信号转化为电信号；所述低通滤波器6实现积分器功能，即对电信号的分段累加；所述采样器7将累加的信号依次采样出来；光电探测器 5为单个的光电探测器，包含两个探测器的平衡探测器的任意一种。
[0037] 步骤三，比较器8设置一定的阈值将之前每一个采样的信号量化为单比特；所述重构计算模块9将提取出的比特信息通过算法对稀疏信号的稀疏系数进行恢复，实现信号的接收恢复。
[0038] 如图2所示，本发明提供的基于单比特量化的光子辅助压缩感知接收器的工作原理图，本发明的工作原理如下：
[0039] 基于单比特压缩感知原理：当信号x可被稀疏表示，既信号在某一域中表示时，只有K个非零值或K个元素大于某个阈值，K＜＜N，N为信号长度，我们可通过正交稀疏基W (N×N维矩阵)可将信号x投影到稀疏域上表示为x＝Wθ，其中θ为N×1矩阵，包含K 个非零元素，表示x在W域的稀疏度为K。此时，我们构建一个观测矩阵Φ(M×N维矩阵)去观测信号x得到观测值y＝Φx，即y＝ΦWθ，且K＜M＜＜N，此时将每个观测值的符号信息提取出来量化为一比特信息得到 如果观测矩阵Φ与正交基W的乘积矩阵满足约束等距性(Restricted Isometry Property，RIP)条件，理论上可通过特定的单比特恢复算法由上式求出θ的最优解，并实现信号的重构。
[0040] 理论模型已经得到仿真证明，随机从0至5GHz的余弦信号中选取三条频率叠加为一条原始信号，期间加入20dB的随机高斯噪声，并将此原始信号通过所构造的模拟系统，通过最后的重构算法重新恢复信号的频谱信息，如图3和图4所示，分别是原始信号的频谱图与最后重构恢复得到的信号频谱图，已做归一化处理；图5为原始信号的时域图和最后重构恢复得到的信号时域图，已做归一化处理；从图中可以看出，信号的频率谱和时域图都可以得到很好的恢复。
[0041] 显而易见地，下面描述中的附图6、7、8仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0042] 实施例一：
[0043] 如图6所示，本实施例提出一种基于单个的双驱动马赫曾德尔调制器的单比特量化的光子辅助压缩感知接收器结构。在此结构中，稀疏信号3和伪随机序列发生器4产生的双极性伪随机二进制序列通过双驱动马赫曾德尔调制器2调制在激光器1发出的光载波上，光电探测器5实现对信号的包络检测，之后经过低通滤波器6、采样器7、比较器8进行单比特的量化，最后通过重构计算模块9收集信号并通过先验信息实现信号的重构恢复。这里双极性伪随机二进制序列要求电压幅度为 分别对应逻辑1和0，Vπ是单个双驱动马赫曾德尔调制器的半波电压。对于需要处理的长度为N的频域稀疏信号x，我们可通过离散逆余弦变换将其变换为x＝Wθ，W为N×N的离散逆余弦变换基。在此结构中，稀疏信号x的电压 vsignal(t)驱动调制器的上路电极，双极性伪随机二进制序列vPRBS(t)驱动下路电极，并且下路电极加上直流偏置Vdc＝Vπ，而双极性伪随机二进制序列引起的相偏容易得到调制器输出功率Po与输入功率Pi的关系
为 其中 是
稀疏信号引起的相偏，φb是调制器的直流偏置相位，经过光电探测器后可得到信号电压a和b是系统的参数，与调制器的半波电压、激光器的输出
功率、光纤的损耗、光电探测器的响应度有关，可由测量获得，且当信号足够小时，sinφs≈φs，令 革除直流后，
建立矩阵 调制过程可表示为x→Rx，之后的滤波操作可被建模
为信号y′与滤波器冲激响应的卷积，随机调制的滤波信号由HRx给出，其中H表示N×N 维滤波器矩阵，
[0044] L表示信号的压缩系数，后一步是模拟仅仅需要采样 个点的降采样过程，由M×N矩阵D表示，提取信号的符号信息
由比较器完成。整个过程可由矩阵方程ysign＝sign(DHRWθ)表示，其中观测矩阵Φ＝DHR，作为调制、滤波、采样的模型。最后选择二进制迭代硬阈值(BIHT)算法对观测得到的ysign进行重构计算，此算法的模型为
[0045]
[0046] 其中y1bit＝sign(DHRWθ+e)，e是叠加的噪声，表示哈达玛积，[]‑表示负函数。该算法对结果的准确性和对噪声的鲁棒性已得到证明。此结构可得到稀疏信号与双极性伪随机二进制序列的纯期望乘法项。
[0047] 实施例二：
[0048] 如图7所示，本实施例提出另一种基于单个的马赫曾德尔调制器的单比特量化的光子辅助压缩感知接收器结构。在此结构中，在RF结合器10结合的稀疏信号3和伪随机序列发生器4产生的双极性伪随机二进制序列通过马赫曾德尔调制器2调制在激光器1发出的光载波上，光电探测器5实现信号的包络检测，之后经过低通滤波器6、采样器7、比较器8进行单比特的量化，最后通过重构计算模块9收集信号并通过先验信息实现信号的重构恢复。该结构的主要特点在于首先使用射频结合器将频域稀疏信号与伪随机序列发生器产生的双极性伪随机二进制序列结合起来，然后将结合信号通过单个马赫曾德尔调制器调制在光载波上控制光功率大小，该调制器偏置在null上。这里双极性伪随机二进制序列要求电压幅度为 分别对应逻辑1和0，Vπ是单个马赫曾德尔调制器的半波电压。则输入光信号功率Pi与输出光信号功率Po的关系可表示为： 其中是稀疏信号引起的相位改变， 是双极性伪随机二进制序列引起的相位改
变，φb是调制器的直流偏置相位，由于此调制器偏置在null，所以φb＝0。从而可得而 所
以 经过理想PD后，输出电压与光功率成线性正比，对于
实际输出(非理想PD)，输出电压可表示为 a和b是系统的参
数，与调制器的半波电压、激光器的输出功率、光纤的损耗、光电探测器的响应度有关，可由测量获得，且当信号足够小时，sinφs≈φs，令 革除直流后，
建立矩阵 调
制过程可表示为x→Rx，之后过程与实施例一相同。此结构也可得到稀疏信号与双极性伪随机二进制序列的纯期望乘法项。
[0049] 实施例三：
[0050] 如图6所示，本实施例提出另一种基于级联马赫曾德尔调制器的单比特量化的光子辅助压缩感知接收器结构。在此结构中，稀疏信号3通过第一马赫曾德尔调制器2a调制在激光器 1发出的光载波上，伪随机序列发生器4产生双极性伪随机二进制序列通过第二马赫曾德尔调制器2b在光载波上与稀疏信号发生混频，光电探测器5实现信号的包络检测，之后经过低通滤波器6、采样器7、比较器8进行单比特的量化，最后通过重构计算模块9收集信号并通过先验信息实现信号的重构恢复。两个MZM调制器都正交偏置，众所周知，对于理想的正交偏置MZM调制器，输入电压Vi、输入功率Pi与输出功率Po的关系为其中Vπ是半波电压。经过理想PD之后，输出电压与光功率成
线性正比，对于实际输出(非理想PD)，输出电压可表示为vout＝a+bsin(φ)，系数a与b 可通过实验得到，系数的测量精度对信号重构有着重要的影响。当两个MZM调制器级联时，输出的是两者的乘积，所以图中PD输出电压可表示为vout(t)＝(a+bsinφs)(c+dsinφm)，其中是稀疏信号引起的相偏， 是双极性伪随机二进制序列引起
的相偏，Vπsignal和VπPRBS分别是第一马赫曾德尔调制器和第二马赫曾德尔调制器的半波电压， vsignal(t)是我们希望恢复的信号电压，vPRBS(t)是双极性伪随机二进制序列的电压。而且由于 PD的输出是交流耦合的，所以不存在直流分量ac，所以输出信号可表示为 vout(t)＝ad×sinφm+[bc+bd×sinφm]sinφs，a、b、c、d是系统的参数，与调制器的半波电压、激光器的输出功率、光纤的损耗、光电探测器的响应度有关，可通过测量获得，且当信号足够小时，sinφs≈φs，将已知项从观测值中减去，可得y′＝φs(bc+bdsinφm)，建立N×N维矩阵调制过程可表示为x→Rx。之后过程与实施例一相同。
请注意，此模型稀疏信号调制在来自激光器的光载波，而伪随机信号调制在已调稀疏信号的光载波上，也适用于先将伪随机信号调制在来自激光器的光载波，而稀疏信号调制在已调伪随机信号的光载波上。
[0051] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0052] 尽管本文较多地使用了图中附图标记：1.激光器，2.调制器模块3.稀疏信号，4.伪随机序列发生器，5.光电探测器，6.低通滤波器，7.采样器，8.比较器，9.重构计算模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
