光纖信道混沌激光通信關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著信息時(shí)代的到來，信息的高速、高效和安全傳輸與交換成為通信領(lǐng)域的核心問題。光纖通信以其傳輸頻帶寬、信道衰減小和抗干擾性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，而成為高速有線通信的理想載體。然而，目前處在物理層的光纖信道，無論是采用時(shí)分復(fù)用，還是波分復(fù)用，均不具有對(duì)傳輸信息的安全保密功能，因此，很容易被竊密。半導(dǎo)體激光器通過微擾，能產(chǎn)生帶寬達(dá)幾GHz到十幾GHz的高維混沌激光，可將速率達(dá)數(shù)Gb/s的信息隱藏于混沌激光載波中，從而實(shí)現(xiàn)信息的保密安全通信。由于光纖通

2、信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，所以，如何將混沌激光保密通信與現(xiàn)有光纖通信兼容、通過復(fù)用和補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，既能實(shí)現(xiàn)信息保密安全傳輸，又能提高光纖信道的頻譜效率、降低通信成本，成為混沌激光保密通信當(dāng)前迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，選擇常規(guī)光纖通信信道承載混沌激光保密通信中的波分復(fù)用和混沌光分復(fù)用、色散補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵問題，進(jìn)行了系統(tǒng)深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。具體完成如下創(chuàng)新性的工作:
　?、呕?/p>

3、沌光信號(hào)在光纖信道中傳輸會(huì)受到光纖的色散和非線性效應(yīng)等因素的影響，從而降低混沌同步和通信的質(zhì)量。為此，提出了單信道混沌激光保密通信的對(duì)稱色散補(bǔ)償方案，比較了不同傳輸速率時(shí)色散補(bǔ)償前后接收機(jī)恢復(fù)信息的質(zhì)量差異，分析了色散補(bǔ)償周期對(duì)系統(tǒng)性能的影響。仿真論證了混沌光載波經(jīng)色散位移光纖傳輸后信號(hào)的變化情況，表明采用對(duì)稱色散補(bǔ)償技術(shù)后，接收機(jī)恢復(fù)出信息的質(zhì)量有明顯提高。
　　⑵提出了常規(guī)光纖通信信道與混沌光信道波分復(fù)用的優(yōu)化方案，通過混沌鍵

4、控加載信息以提高傳輸速率、采用對(duì)稱色散補(bǔ)償減小光纖色散的影響和合理調(diào)節(jié)入纖光功率以減小光纖非線性效應(yīng)的影響。仿真實(shí)現(xiàn)了在0.8 nm的信道間隔下，混沌光信道中2.5Gb/s數(shù)字信息的保密傳輸，常規(guī)光纖通信信道中傳輸10 Gb/s的數(shù)字信息，復(fù)用傳輸距離可達(dá)500 km。
　?、翘岢隽嘶煦缂す馔ㄐ判诺啦ǚ謴?fù)用的傳輸方案，分析了光纖色散系數(shù)、非線性系數(shù)、信道間隔、信息速率和信息幅度對(duì)混沌光同步和復(fù)用通信的影響。仿真結(jié)果表明，隨著光纖鏈

5、路長(zhǎng)度的增加，混沌同步性能下降，接收機(jī)恢復(fù)出信息的Q因子減小;但信道間隔對(duì)混沌同步和Q因子影響不顯著;該系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了1 Gb/s、1.25 Gb/s和2.5 Gb/s三路信息的波分復(fù)用混沌激光通信。
　?、忍岢隽艘环N混沌光分復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方案，解決了同一波長(zhǎng)傳輸一路混沌光信號(hào)使得光纖信道的利用率仍然不高的問題，定義了同步條件和正交條件來定量衡量混沌光分復(fù)用的性能。仿真分析了混沌激光發(fā)射機(jī)輸出光功率的時(shí)序圖、功率譜、自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)

6、函數(shù)，及混沌光發(fā)射機(jī)激光器的內(nèi)部、外部參數(shù)失配和自發(fā)輻射噪聲對(duì)同步性能和正交性能的影響。結(jié)果表明，在滿足同步條件和正交條件下，激光器的參數(shù)可以連續(xù)取值，說明混沌光分復(fù)用的正交空間很大。
　?、裳兄屏?.25Gb/s速率的混沌激光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，建立混沌激光通信系統(tǒng)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先，用光纖環(huán)反饋方式，產(chǎn)生了易于和現(xiàn)有光纖信道耦合的混沌激光載波，實(shí)現(xiàn)了開環(huán)下混沌激光同步和承載1.25Gb/s信息的背對(duì)背保密通信;其次，采用設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)