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等突出優(yōu)點，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，無論是采用時分復用，還是波分復用，均不具有對傳輸信息的安全保密功能，因此，很容易被竊密。半導體激光器通過微擾，能產(chǎn)生帶寬達幾GHz到十幾GHz的高維混沌激光，可將速率達數(shù)Gb/s的信息隱藏于混沌激光載波中，從而實現(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、通過復用和補償?shù)燃夹g(shù)，既能實現(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前迫切需要解決的關(guān)鍵科學和技術(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用和混沌光分復用、色散補償?shù)汝P(guān)鍵問題，進行了系統(tǒng)深入的理論和實驗研究。具體完成如下創(chuàng)新性的工作:
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3、沌光信號在光纖信道中傳輸會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稱色散補償方案，比較了不同傳輸速率時色散補償前后接收機恢復信息的質(zhì)量差異，分析了色散補償周期對系統(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的變化情況，表明采用對稱色散補償技術(shù)后，接收機恢復出信息的質(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、采用對稱色散補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，復用傳輸距離可達500 km。
　?、翘岢隽嘶煦缂す馔ㄐ判诺啦ǚ謴陀玫膫鬏敺桨?，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混沌光同步和復用通信的影響。仿真結(jié)果表明，隨著光纖鏈

5、路長度的增加，混沌同步性能下降，接收機恢復出信息的Q因子減小;但信道間隔對混沌同步和Q因子影響不顯著;該系統(tǒng)同時實現(xiàn)了1 Gb/s、1.25 Gb/s和2.5 Gb/s三路信息的波分復用混沌激光通信。
　?、忍岢隽艘环N混沌光分復用的實現(xiàn)方案，解決了同一波長傳輸一路混沌光信號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用的性能。仿真分析了混沌激光發(fā)射機輸出光功率的時序圖、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)射機激光器的內(nèi)部、外部參數(shù)失配和自發(fā)輻射噪聲對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，說明混沌光分復用的正交空間很大。
　　⑸研制了1.25Gb/s速率的混沌激光發(fā)射機和接收機，建立混沌激光通信系統(tǒng)并進行了實驗。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，實現(xiàn)了開環(huán)下混沌激光同步和承載1.25Gb/s信息的背對背保密通信;其次，采用設(shè)計的實驗