这篇文章主要探讨了基于盖革模式雪崩光电二极管（GM-APD）阵列的无线光通信系统性能分析，提出了一种改进的误码率（BER）模型，并通过仿真与实验数据对比验证了模型的有效性。以下是详细总结：

1. 研究背景与动机：

• 随着网络用户规模扩大及新型数据业务涌现，全球网络容量需求增长，推动长距离大容量传输技术成为研究热点。

• 传统光电探测器在远距离弱光条件下存在灵敏度不足、噪声影响显著等局限。

• GM-APD阵列因其单光子级超高灵敏度，在深空光通信、量子密钥分发、水下光通信及自由空间光通信等领域获得广泛应用。

2. GM-APD工作原理：

• GM-APD在门控模式下工作，通过周期性提升反向偏置电压至击穿电压以上来探测光子。

• 探测过程包括工作阶段（识别雪崩）、雪崩触发阶段（生成记录脉冲）、淬灭与重置阶段（淬灭雪崩并恢复工作）。

• 光子计数过程将连续信号转换为离散的二值计数脉冲序列。

3. 改进的BER模型建立：

• 针对传统泊松模型未能充分反映实际GM-APD阵列系统中的非理想特性（计数率受限、多载流子单计数效应），提出融合计数率约束与多载流子单计数机制的改进型BER模型。

• 基于二项分布推导出BER表达式，该表达式包含量子效率、平均信号光子率、平均背景光子率、暗计数率及阵列规模等参数。

4. 模型验证与特性分析：

• 仿真参数设置：基于安徽量子通信技术有限公司开发的QC-300红外单光子探测器，设定GM-APD关键参数。

• 阵列规模对BER的影响：随着GM-APD阵列规模增加，BER呈指数下降，但仅当信号光子与背景光子比值大于1时，扩大阵列规模才具有实际意义。

• 信号与背景光子数对BER的共同影响：BER水平主要受背景辐射水平影响，随着信号光子数增加，BER迅速下降并趋于稳定。

• 不同BER要求下的信号与背景光子数关系：目标BER越低，对信号光子数要求越高，背景光子容忍度越低。

• 阵列规模与信号光子数的权衡关系：将阵列规模维持在20以上但不宜过大，可在低信号功率和低系统复杂度之间取得平衡。

5. 模型优势与应用前景：

• 新模型在较高背景光条件下显著优于传统泊松模型，更贴近实际系统表现。

• 结合纠错编码，维持10⁻³量级BER可提升接收灵敏度5-8 dB。

• 模型可为未来GM-APD阵列无线光通信系统的设计与优化提供更可靠的理论依据。

6. 结论与展望：

• 本文建立的改进BER模型可快速、准确地预测新型光子计数阵列接收系统的误差性能。

• 仿真结果表明，控制背景噪声功率低于信号功率、合理设置GM-APD阵列规模对于提升系统性能至关重要。

• 未来研究可进一步探索模型在实际应用中的表现及优化策略。