注入半导体激光器混沌调制性能与内部相位键控编码方法研究

研究注入半导体激光混沌调制解调及其性能特性，提出外部光注入半导体激光器混沌内部相位编码方法. 小信号调制分析了系统混沌调制响应函数和解调响应函数以及解调因子，系统的调制解调响应函数以及解调因子在60MHz有一个峰值，系统在高频调制时，响应函数和解调因子明显下降. 理论推导出混沌调制解调方程，给出了小信号调制时的信息信号的解，数值分析出系统在低频有一个调制解调峰值，高频调制解调效果下降，但系统仍可以进行10⁹Hz频率调制解调. 数值模拟并证明了系统在较大的参数范围内都能实现同步，模拟了混沌调制速率200Mb/s和调制频率1.4GHz的保密通信应用. 还通过键控调制注入光的相位相移对激光混沌态进行了编码，通过同步与非同步进行混沌解码，数值模拟了具有调制速率10Mb/s的混沌相位键控编码通信应用. 关键词： 混沌 同步 激光器 相位     

高速多量子阱激光器混沌保密通信系统研究

研究了外部光注入高速多量子阱激光器激光混沌全光保密通信系统,导出系统同步方程,理论证明并数值实现了系统的同步,分析了增加反馈系数以缩短同步时间且增强系统同步稳定性的方法。研究分析了多量子阱激光器混沌隐藏和混沌键控保密通信全光调制解调系统模型,数值模拟了具有正弦调制信号的调制频率0．2GHz混沌模拟保密通信和数字信号调制速率20Gb／s的混沌数字保密通信以及调制速率0．05Gb／s混沌键控保密通信的应用,系统确实具有较高的保密性能和反破译能力;分析了混沌数字信号保密通信调制带宽20Gb／s调制解调时的同步误差以及混沌键控调制速率,系统都具有非常好的调制解调特性,且在高速混沌通信中,系统解调具有相对较小的同步误差,而1Gb／s是混沌键控通信的速率上限。     

量子阱激光器混沌相位控制同步以及编码研究

提出外部光注入多量子阱激光器激光混沌相位控制同步，及其混沌相位相移键控外调制ON/ON全光保密通信系统，数值模拟了在相位控制器控制下的激光混沌同步.通过连续ON/ON键控调制相位控制器调制通过相位控制器的激光相位相移，实现激光混沌相位相移键控连续调制，设置接收系统相位控制器，控制通过接收相位控制器的激光相位相移，以实现激光混沌解调.分别数值模拟了该系统调制速率01和05Gbit/s混沌相位相移ON/ON键控通信，进行了混沌ON/ON键控调制速率分析，以及系统参数失配和系统抗噪声扰动的数值分析. 关键词： 混沌 同步 通信 多量子阱激光器     

光纤混沌相位编码保密通信系统理论研究

通过耦合激光混沌相位控制同步系统和光纤信道，提出外部光注入半导体激光器激光混沌相 位控制光纤同步以及混沌相位相移键控外调制光纤保密通信系统理论模型，数值实现了在相 位控制器控制下的远程光纤混沌同步.理论分析了光纤自相位调制对混沌信号以及对同步的 影响，导出了光纤混沌最大传输距离公式.通过连续键控调制相位控制器实现了光纤激光混 沌相位相移键控编码调制发射，设置接收系统相位控制器控制激光相位相移实现了光纤激光 混沌同步解调.数值模拟了具有比特率50Mbit/s远程光纤混沌数字编码通信系统的应用，详 细地进行了在远距离光纤传输中的系统参数失配以及系统抗噪声能力的数值分析. 关键词： 混沌 同步 光纤混沌通信 半导体激光器 相位     

激光混沌串联同步以及混沌中继器系统理论研究

提出混沌通信中继器设想，建立半导体激光器激光混沌全光中继器物理模型，理论证明了激光混沌中继器系统的同步.数值实现了发射系统、中继器系统、接收系统的混沌同步，分析了系统反馈系数和同步误差以及同步时间的关系.模拟了中继器系统在激光混沌保密通信中的应用，分别给出了具有正弦信号调制频率0.2GHz和数字信号0.2Gb/s速率的混沌通信以及同步误差分析，表明混沌中继器系统确能改善和提高激光混沌通信的解码质量.分析了中继器系统的带宽和20Gb/s高速率数字信号混沌通信以及同步误差，给出了具有正弦信号调制频率0.1—2 关键词： 混沌 同步 激光器 中继器     

非相干光反馈与非相干光注入混沌同步通信系统仿真分析

本文对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统进行了理论仿真研究.本系统为Pecora-Carroll混沌同步系统,基于Lang-Kobayashi速率方程,建立了发送激光器和接收激光器的理论模型.利用该模型分析了同步建立时间、同步误差,混沌键控编码/解码以及调制速率等特性.仿真结果表明系统具有很好的同步性能和保密性,混沌同步时间约为1 ns,混沌键控编码速率可达1 Gbit/s.研究结果对非相干光反馈与非相干光注入激光混沌同步保密通信系统的设计具有重要参考价值.     

基于状态观测器的参数调制混沌数字通信

用状态观测器构造两个与混沌系统同步的子系统，将数字信号调制发送系统的参数，两同步系统交替与发送端同步. 在接收端，利用同步误差解调出信号. 以Henon混沌为例构造基于状态观测器的参数调制与解调系统，进行数值模拟，验证了该方法的有效性. 关键词： 状态观测器 混沌同步 参数调制     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

开环全光混沌通信系统中的光纤信道结构

根据外光反馈半导体激光器及光纤传输方程,构建了基于光纤信道的开环全光混沌通信系统.考虑混沌调制和混沌键控两种信息加密方法,采用先进的校正相减解调法恢复信息,并且通过解调Q因子衡量系统性能.以不同次序排列单模光纤和色散补偿光纤构成4种结构的光纤信道,通过数值仿真分析信道结构对系统通信性能的影响.结果表明,为光纤信道保留少量的负累积色散有利于改善远程传输性能;两端补偿和中间补偿这两种对称结构的性能一致,对称结构优于非对称结构即预补偿和后补偿,适用于远程高速开环全光混沌通信.另外,无论光纤信道结构怎样,在远程高速激光混沌通信中混沌调制方法总是优于混沌键控方法.     

光纤混沌双芯双向保密通信系统研究

把量子阱激光混沌耦合反馈同步系统应用于光纤保密通信中,提出光纤混沌双芯双向保密通信设想.通过耦合外部光注入多量子阱激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双芯双向通信系统物理模型.理论和数值证明了激光混沌同步,理论分析指出光纤中的自相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,并推导出混沌信号双芯双向传输中的非线性相移以及混沌激光功率限制和传输距离公式.数值实现了该系统在长距离二根光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.模拟了调制频率06 GHz的混沌模拟通 关键词： 混沌 同步 光纤 保密通信     

Chaotic modulations and performance analysis for digital underwater acoustic communications

Two modulation schemes, M-ary phase shift keying (MPSK) and M-ary frequency shift keying (MFSK), are commonly used for coherent and incoherent digital communications, respectively. Despite wide applications in underwater acoustic (UWA) communications, they are not suitable for confidential applications for their well-known generating processes and signal features. In this paper, two corresponding chaotic modulation methods are proposed to improve their security, namely chaotic MPSK (CMPSK) and chaotic MFSK (CMFSK). By application of chaotic sequences into the modulation procedures, they can prevent the unauthorized receivers from extracting information from the intercepted signals even with high SNR. The confidential performance of chaotic modulations is evaluated by a designed automatic modulation classification (AMC) system. Simulation results indicate a success identification rate of more than 90% for the MPSK and MFSK signal at the SNR from −10 dB to 40 dB, but only an identification rate of nearly zero for the CMPSK and CMFSK signal. Therefore, chaotic modulations have lower available probability and can achieve higher confidential performance. Also, an experiment was conducted to verify the performance of chaotic modulations in actual UWA communications. The experimental results show that chaotic modulations can achieve similar bit error ratio (BER) compared with conventional digital modulations, which verifies potential applications of chaotic modulations in confidential UWA communications.     

Signal synchronous transmission of current-modulated semiconductor laser under bounded noise

The synchronous transmission problem of chaotic signal between current-modulated semiconductor lasers is investigated using variable coupling method. The theoretical analysis about characteristics of current-modulated semiconductor lasers is derived. According to Lyapunov theory, the condition which can realize synchronous transmission between semiconductor lasers is derived through determining maximum Lyapunov exponent of the coupling system. Further study the synchronization performance between semiconductor lasers under the influence of bounded noise, the results show that it has a strong anti-interference ability.     

Study of dual-directional high rate secure communication systems using chaotic multiple-quantum-well lasers

A scheme of synchronized injection multi-quantum-well (MQW) laser system using optical coupling-feedback is presented for performing chaotic dual-directional secure communication. The performance characterization of chaos masking is investigated theoretically, the equation of synchronization demodulation is deduced and its root is also given. Chaos masking encoding with a rate of 5\,Gbit/s and a modulation frequency of 1\,GHz, chaos modulation with a rate of 0.2\,Gbit/s and a modulation frequency of 0.2\,GHz and chaos shifting key with a rate of 0.2\,Gbit/s are numerically simulated, separately. The ratio of the signal to the absolute synchronous error and the time for achieving synchronous demodulation are analysed in detail. The results illustrate that the system has stronger privacy and good performances so that it can be applied in chaotic dual-directional high rate secure communications.     

距离无关的高精度混沌激光测距

研究了利用类噪声混沌激光的相关特性实现目标距离的测定方法.数值分析了混沌激光自相关曲线的半峰全宽和旁瓣水平与表征其混沌状态的最大李雅普诺夫指数及关联维数的关系.同时,模拟研究了波形误差对混沌激光测距的影响,并分析了不同混沌态的波形误差的临界值.结果表明,具有窄半峰全宽和低旁瓣水平的自相关曲线的高维混沌激光序列是理想的测距激光,其测量分辨率可达1.5 cm以下,且波形误差容忍度大,测量范围大.在测量范围内,精度与距离无关.     

基于金属氧化物半导体晶体管Colpitts混沌振荡电路及其同步研究

用金属氧化物半导体(MOS)晶体管模型取代传统Colpitts混沌振荡电路中的三极管模型, 提出了一种基于MOS管的Colpitts混沌振荡电路. 通过合适的归一化方法, 得到了与基于三极管电路类似的状态模型. 平衡点的指标说明两种结构产生混沌的机理并不相同. 然后, 通过参数反演, 得到了详细的电路参数, 并用Pspice软件仿真得到了混沌吸引子和混沌信号的频谱图, 说明了此结构可在低电压下工作并且能产生高频率的混沌信号. 最后, 用误差反馈的方法实现了这种结构的同步. 关键词： Colpitts混沌 金属氧化物半导体晶体管 低电压 误差反馈同步     

Chaos synchronization and communication of mutual coupling lasers ring based on incoherent injection

A chaos secure communication system of mutual coupling lasers ring based on incoherent optical injection is proposed, in which fine tuning of optical frequency is not required compared with other schemes based on coherent optical injection. Therefore the secure communication scheme is attractive for experimental investigation. The dynamics of semiconductor lasers in the coupling ring are examined. Numerical investigations indicate that zero lag synchronization can be achieved under equal coupling time and strength of mutual coupling. Furthermore, by chaos shift keying (CSK), secure communication is simulated with a random bit stream of 1.0 Gbit/s. The results confirm the possibility of applying incoherent schemes of mutual coupling lasers ring to realize chaotic secure communication.