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光通信技术 2020年第1期44卷 1-5页

作者：郑亮李秀玲王瑛剑海军工程大学电子工程学院武汉430000 91954部队湖南永州425000 忻州职业技术学院计算机系山西忻州034000

信息安全越来越受人们的重视,混沌光通信技术可以在物理层对光信号进行加密,因此成为了光纤通信的研究热点。简要介绍了混沌光通信的基本原理和关键技术,对近年来基于半导体激光器的混沌光通信研究所取得的进展进行了总结,并结合研究现... 详细信息

信息安全越来越受人们的重视,混沌光通信技术可以在物理层对光信号进行加密,因此成为了光纤通信的研究热点。简要介绍了混沌光通信的基本原理和关键技术,对近年来基于半导体激光器的混沌光通信研究所取得的进展进行了总结,并结合研究现状讨论了其未来发展方向。

关键词：半导体激光器混沌光通信光纤通信

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光网络物理层中的安全脆弱性与光混沌保密技术

光网络物理层中的安全脆弱性与光混沌保密技术

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作者：陈祺炜上海交通大学

学位级别：硕士

在现代高速数据传输网络中,光纤通信网络已经成为了重要的通信工具。然而在光网络物理层中,存在着安全脆弱性:光信号可以通过光纤弯曲、熔融拉锥等方法不被察觉地被耦合获取。将干扰信号耦合注入到光纤中,通信质量会受到损伤。混沌光通... 详细信息

在现代高速数据传输网络中,光纤通信网络已经成为了重要的通信工具。然而在光网络物理层中,存在着安全脆弱性:光信号可以通过光纤弯曲、熔融拉锥等方法不被察觉地被耦合获取。将干扰信号耦合注入到光纤中,通信质量会受到损伤。混沌光通信提供了物理层的安全加密。混沌信号具有高宽带,类噪声性质。混沌光通信系统中,混沌信号作为载波掩盖信号,加密过程在物理层实现,密钥为物理设备参数,使破解非常困难。在国际上,已有Gbit/s量级的混沌光通信系统。课题内容分为两部分,第一部分研究光泄露和光注入干扰两种物理层安全脆弱性因素。实验中,夹持式光耦合器实现了光纤耦合泄露并还原通信质量,在线熔融拉锥实现了低损耗、低分光比光接入。仿真显示,单波长光干扰能力最强。第二部分研究混沌通信系统性能。数值研究全光反馈和光电反馈混沌光通信系统,搭建光电反馈通信系统发送端。从多载波及加强保密性角度对全光反馈和光电反馈混沌系统进一步研究:针对全光反馈系统,研究带通滤波器在波分复用系统中对混沌通信的影响。当同步系数>0.9,载波间隔最小为16.8GHz。滤波器带宽为16GHz;针对光电反馈系统,研究正交频分复用信号在该系统中通信性能,仿真显示BPSK、4QAM映射带来更好的通信性能,对应最大加载比为4.2和5.6;针对电反馈系统,利用色散模块实现系统二次加密。在设计的色散曲线下,提升破解难度50倍。

关键词：光纤混沌混沌激光混沌光通信

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基于VCSELs的级联及多信道系统的混沌同步与通信

基于VCSELs的级联及多信道系统的混沌同步与通信

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作者：李丰西南交通大学

学位级别：硕士

随着混沌同步的实现,利用混沌信号作为载波进行保密通信受到了广泛关注。通过引入反馈或外部注入,半导体激光器可以产生较大带宽的高维混沌载波,从而使激光混沌通信成为目前的研究热点。垂直腔面发射激光器(VCSELs)作为一种新型的微腔... 详细信息

随着混沌同步的实现,利用混沌信号作为载波进行保密通信受到了广泛关注。通过引入反馈或外部注入,半导体激光器可以产生较大带宽的高维混沌载波,从而使激光混沌通信成为目前的研究热点。垂直腔面发射激光器(VCSELs)作为一种新型的微腔激光器,具有圆形出光、与光纤耦合效率高、易于二维阵列集成、易实现单纵模等优点,将它应用于混沌通信将大大改善现有系统的性能。基于以上考虑,本文对基于VCSELs的级联及多信道系统混沌同步与通信进行研究。首先,研究了开环全光级联混沌通信系统的中继性能。对系统同步条件,相关度,同步健壮性,输出功率谱进行了分析;分别就混沌掩藏(CMS)、混沌调制(CM)和混沌键控(CSK)调制方式的编解码过程及性能进行了仿真研究;通过正弦信号传输,观察了混沌滤波(CPF)效应;分析了信息的多级解码能力以及再生信号的传递。结果表明,上级激光器足够强的光注入可以保证相邻激光器足够高的同步质量,并且对参数失配具有较强的鲁棒性。发送端传送的数字信号在三种调制方式下均可很好的隐藏于混沌载波中,并在接收端得到正确恢复。相同条件下,CMS和CSK的解码性能相对好于CM。CPF效应是实现混沌解码的物理基础,跟调制频率有关。由于CPF效应,有用信号每次传递都受到衰减,经过两次传递,有用信号几乎被滤除。并且前两级的CPF效应明显,能够较好的实现信息的解码,而第三级以后无法解调出正确的信息;通过再生传输中衰变的信号,实现了多级联混沌通信。在级联系统的基础上,构建了多信道全光混沌通信系统模型,研究了信道串扰对系统混沌同步及解码性能的影响。利用描述其特性的数率方程模型,采用相似指数作为参考标准来评价同步性能,并进行了2.5Gb/s混沌掩藏方式的编解码数值模拟。结果表明,相对注入强度越小,信道间隔越大,系统同步的性能越好;双信道系统的同步质量相比主从式单信道系统会有明显下降,而进一步增加信道数量,同步品质并不发生显著改变。在同步质量足够高时,数字和模拟信号都可以得到较好的恢复。

关键词：混沌光通信垂直腔面发射激光器(VCSELs) 混沌同步级联多信道

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光纤信道对激光混沌保密通信影响的理论研究

光纤信道对激光混沌保密通信影响的理论研究

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作者：张建忠太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,以混沌信号作为载波的混沌通信由于在保密通信中的潜在应用得到了人们广泛的关注。理论和实验研究已表明半导体激光器易于产生宽带、高维的混沌激光,因此,基于半导体激光器的激光混沌通信成了目前研究的热点。更具实际意义的是,... 详细信息

近年来,以混沌信号作为载波的混沌通信由于在保密通信中的潜在应用得到了人们广泛的关注。理论和实验研究已表明半导体激光器易于产生宽带、高维的混沌激光,因此,基于半导体激光器的激光混沌通信成了目前研究的热点。更具实际意义的是,激光混沌通信必将以光纤为传输介质实现长距离、大容量信息的保密传输。本论文通过把激光混沌保密通信理论与光纤波导理论相结合,进行了混沌保密光纤通信的基本理论研究,围绕光纤信道对激光混沌保密通信的影响,完成了如下的科研工作:1.通过耦合激光混沌同步系统和光纤信道,建立了激光混沌保密通信系统理论模型,在非线性薛定谔方程的基础上,分别数值研究了色散、非线性效应以及色散和非线性效应共同对激光混沌保密通信系统同步性能以及信号提取质量的影响。研究发现:光纤的色散会展宽激光混沌脉冲,光纤的非线性效应会加大激光混沌脉冲的非线性相移,从而都会降低发射机与接收机的同步性能,以致恶化系统提取信号的质量。当光纤的色散和非线性效应共同对激光混沌保密通信系统作用时,在反常色散光纤中,自相位调制效应会降低仅有群速度色散引起的脉冲展宽速度,可以降低对系统提取信号质量的影响。2.引进均方根脉宽和峰峰值两个物理量进一步定量地研究光纤色散对混沌载波的影响,并对正常色散和反常色散分别对混沌载波的影响进行了比较。结果表明:利用反常色散光纤作为传输信道,其系统受光纤色散的影响相对较小。为了改善色散效应对激光混沌光纤保密通信系统性能的影响,我们提出了一种对称色散补偿方案来补偿激光混沌光纤保密通信系统中的色散,使系统的同步性能和系统提取出来的信号质量得到明显改善。3.数值证实并分析了混沌激光通信与现行光通信的波分复用传输。对于100GHz的信道间隔,混沌光通信系统实现了传输速率为1Gb/s数字信号的保密传输,现行光通信系统实现了传输速率为2.5Gb/s数字信号的传输。我们发现:当现行光通信数字信号的峰值功率不超过ITU-T规定的阈值功率14dBm时,混沌光通信可在传输距离100km内实现无信道串扰的远程传输。此外,随着光纤传输距离的增加,现行光通信系统解调出来的信号质量受混沌光通信的干扰很小,其对应的眼图无明显变化。

关键词：混沌光通信混沌同步光纤传输特性色散补偿信道串扰

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