仿雁群阵列量子空中通信组网构建策略

作     者：姚明辉 聂敏 杨光 张美玲 孙爱晶 裴昌幸 Yao Ming-Hui;Nie Min;Yang Guang;Zhang Mei-Ling;Sun Ai-Jing;Pei Chang-Xing

作者机构：西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室西安710071 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2022年第71卷第15期

页      面：18-29页

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 070201[理学-理论物理] 081001[工学-通信与信息系统] 0704[理学-天文学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:61971348,61201194) 陕西省国际科技合作与交流计划(批准号:2015KW-013) 陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2021JM-464)资助的课题 

主　　题：仿雁群Λ型网络结构 量子空中通信组网 能耗分析 Greenberger-Horne-Zeilinger态 

摘      要：量子卫星通信是量子通信领域的研究热点和前沿,具有覆盖面广、通信效率高和安全性强的特点.量子通信组网的构建策略是量子通信的重要组成部分,然而,有关量子空中通信组网构建策略的研究,迄今尚未展开.本文采用仿生学原理,根据雁群空中飞行阵列的特点,提出了一种仿雁群Λ型量子空中通信组网拓扑结构,该结构可分为单头节点Λ型和多头节点Λ型.基于Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)态的可认证QSDC网间通信系统和GHZ-EPR (Einstein-Podolsky-Rosen)量子卫星组网隐形传态通信系统,对该Λ型量子空中通信组网结构的误码率、能耗、吞吐率等参数进行了研究.理论分析和仿真结果表明,仿雁群单头节点Λ型组网结构,在噪声平均功率谱密度为2 dB/m的环境中,当网中头节点与子节点的通信距离小于400 m时,误码率小于0.094;若头节点与子节点的通信距离由400 m增大到1000 m时,误码率增长较快,达到0.585;当单侧子节点数由2增加到7时,吞吐率由110.6 kb/s下降到46.45 kb/s.以总节点数21为例,单头节点Λ型组网结构可节省32.6%的能量,吞吐率下降到23.9 kb/s.相比之下,总节点数为21的多头节点Λ型组网结构,可节省29.3%的能量,吞吐率达到163.4 kb/s.由此可见,采用仿雁群阵列结构的量子空中组网,具有很好的网络可扩展性、优良的信息安全性和灵活的网络结构.