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。     

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     

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     

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.     

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     

基于双光反馈垂直腔面发射激光器的双信道混沌同步通信

利用双光反馈垂直腔面发射半导体激光器(VCSELs) 两个正交偏振模式输出的两个混沌信号作为混沌载波, 构建了一个双信道的混沌保密通信系统, 并对该系统的通信性能进行了数值仿真研究.研究结果表明: 通过合理的选取反馈参量, 双光反馈VCSELs两个偏振模式输出的混沌信号能很好地隐藏外腔反馈延时特性; 双光反馈VCSEL两个偏振模式输出的混沌信号通过偏振保持注入到接收VCSEL中, 在强注入锁定条件下可以实现很好的混沌同步, 同步性能对频率失谐的容忍性随着注入强度的增加而加强; 在附加混沌调制加密方式下, 500 Mbit/s的信号在传输过程中能够得到很好的隐藏, 同时在接收端可以成功解调; 随着通信速率的增加, Q因子呈现下降的趋势, 但对于 6 Gbit/s的信息, Q因子仍大于6. 关键词： 垂直腔面发射激光器 双光反馈 双信道 混沌通信     

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     

激光混沌同步和解码以及优化

进行了激光混沌模拟信号(0.1—10GHz)和数字信号(0.2和0.3Gbit/s)以及频率键控调制解调等研究，优化分析了调制信号的频率和幅度等对同步误差和解调的影响以及激光器混沌键控速率极限；分析了彻底同步和伪同步，并优化分析了系统参数失配、反馈系数对同步误差以及同步时间的影响. 关键词： 激光 混沌 同步 解码 优化     

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.     

一种基于强跟踪滤波的混沌保密通信方法

提出了一种基于强跟踪滤波器的混沌保密通信方法. 在发送端, 混沌映射和信息符号被建模成非线性状态空间模型, 信息符号被加性混沌掩盖或乘性混沌掩盖调制, 然后通过信道输出. 在接收端, 驱动信号被接收, 使用带有贝叶斯分类器(信息符号估计)的强跟踪滤波器算法动态地恢复信息符号. Logistic混沌映射的仿真表明, 当信息符号为二进制编码时, 不管是加性混沌掩盖调制还是乘性混沌掩盖调制, 强跟踪滤波器均能较好地从混沌信号中恢复信息符号. 与扩展卡尔曼滤波器相比, 由于卡尔曼滤波器对于离散的信息符号跟踪能力差, 混沌映射中信息符号难以恢复, 比特误码率高. 因此, 这种基于强跟踪滤波器的混沌保密通信方法是有效的.     

Small-Signal Analysis of Performance Characterization of Chaotic Masking Decoding in Injected Semiconductor Lasers

Performance characterization of chaotic masking encoding and decoding is studied in synchronization injected semiconductor lasers under condition of injected-feedback. The modulation response function of chaotic masking encoding and its response factor are theoretically deduced and analysed by small-signal analysis. It is numerically demonstrated that there are peak values between 1.52 GHz and 3.18 GHz when the injection coefficient is between 0.2 and 0.8. The chaotic synchronization error equation is theoretically deduced and its root is given by small- signal analysis under condition of chaotic masking encoding. The chaotic decoding formula is also theoretically demonstrated. There are the least dale values of synchronization errors between the modulation frequencies of 0.79GHz and 1.91 GHz when the injection coefficient is between 0.1 and 0.8 in numerical simulation. The numerical result is well consistent with the theoretical demonstration.     

Electro-optic intensity chaotic system with varying parameters

We propose a kind of chaotic system based on electro-optical oscillator with varying parameters, the results show that the system can enter chaos with a low gain, and can hide the delay time effectively. Furthermore, the system is more complex than the general one (with higher Lyapunov exponents and dimension). The system can achieve synchronous communication with information rate 10 Gbit/s, in 400 km optical fiber transmission distance. Furthermore, we find the system is more sensitive than the conventional system when the delay time is mismatched.     

基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信

提出了一种利用半导体环形激光器(SRLs)的新型高速双向、双信道混沌保密通信系统. 在该系统中, 首先利用交叉双光反馈对驱动激光器的顺时针模式和逆时针模式的混沌延时特征进行抑制. 然后将此混沌信号注入到一对响应激光器对应的顺时针模和逆时针模中, 以实现带宽的增强及混沌同步. 最后基于响应激光器之间的混沌同步, 实现高速率、双向、双信道的混沌保密通信. 通过对驱动激光器在交叉双光反馈作用下的混沌特性、以及响应激光器在不同条件下的同步特性进行了相关理论和仿真研究, 结果表明: 驱动激光器在合适的交叉双光反馈作用下可以产生延时特性被良好隐藏的顺时针模式和逆时针模式混沌信号; 在该混沌信号的注入下, 响应激光器输出的混沌信号带宽可以得到明显增强; 通过设置合适注入强度值和频率失谐值, 响应激光器之间可实现高质量的等时混沌同步. 最后, 对系统的双向、双信道混沌保密通信特性进行了讨论. 当10 Gbit/s信号传输距离为10 km时, 解调信息Q因子值仍可保持在6以上.     

系统增益对光混沌通信系统性能影响的研究

针对强注入开环结构的外腔反馈半导体激光器混沌通信系统,数值计算得到系统增益与注入系数的定量关系曲线.对比是否使用系统增益对接收系统输出进行校正两种情况下系统的解调性能,表明使用增益校正的相减解调法获得的信息更接近原始信息.通过采用不同频率的正弦信号进行调制,表明信息频率对系统增益没有影响;用不同调制方法对0.2?Gbit/s数字信号加密,结果表明系统增益与信号类型及调制方法无关. 关键词： 光混沌通信 强注入 系统增益 同步     

单向耦合洛伦兹混沌遮掩保密数字通信电路

给出了一种可高质量传送数字信号的保密通信系统,该系统利用耦合同步洛伦兹混沌电路系统进行数字信号的混沌遮掩传送.模拟实验表明,传送信息保密性好,在接收端用同步的混沌信号将信息信号检出并整形后可无失真的恢复所传送的数字信号.     

基于1550 nm垂直腔面发射激光器的长距离双向双信道光纤混沌保密通信研究

基于同一混沌信号光注入下两个1550 nm垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 中两对应线性偏振模式之间的混沌同步, 提出了一种可实现信息的长距离双向双信道光纤混沌保密通信的系统模型, 并对该系统的同步、双向双信道通信以及光纤信道对信息传输的影响等性能进行了相关仿真研究. 结果表明: 在由驱动混沌激光器所产生的同一混沌光注入下, 两响应激光器中对应的两线偏振模式之间均可实现高质量的等时混沌同步, 且驱动激光器与两响应激光器间的同步系数较低; 基于两响应激光器之间对应线偏振模式的高质量混沌同步, 可实现双向双信道混沌通信; 采用单模保偏光纤 (或色散位移保偏光纤) 作为通信信道, 2.5 Gbit/s信息在传输60 km (或200 km) 后解调信息的Q因子能保持在6以上. 关键词： 垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 双向双信道 混沌通信 光纤     

Generation of higher degree chaos by controlling harmonics of the modulating signal in EDFRL

Erbium doped fiber ring lasers (EDFRL) are being used to generate optical chaos for secure communication by modulating the cavity loss/pump power or exploiting nonlinearities. The security level in chaotic communication depends on degree of chaos quantified by the Lyapunov exponent and its variability which is determined by the number of tuneable system parameters which were limited to five main parameters, i.e. modulation index, modulation frequency, pump power, cavity gain and loss. In this study we have increased the number of tuneable parameters using square, triangular and sum of harmonics waveforms. We have analysed the effect on degree of chaos of phase and duty cycle of square modulating signal with gradual addition of harmonics. For the given cavity parameters, the Lyapunov exponents can be increased by more than fifteen times using square wave modulating signal and a duty cycle of 60%. The electrical parameters identified make generation of new chaotic sequences more flexible in a field deployed EDFRL chaotic system.     

基于广义局部频率的Duffing系统频域特征分析

针对传统功率谱在频率概念上的局限性及傅氏变换的固有缺陷, 提出一种新的广义局部频率概念,在自适应峰值分解方法的基础上, 研究周期激励下Duffing系统随阻尼参数r变化的频域动力学特征,发现了频率分岔现象, 并且不同参数r下的混沌时间序列在中心频率附近出现连续频段, 其形状具有相似性.通过厄米解调分析,总结出混沌时间序列具有频率调制特性和频率调制的相似性. 上述研究表明:提出的基于自适应峰值分解的广义局部频率方法, 能够有效提取Duffing系统的频域特征,为观察非线性系统混沌状态下频率连续分布规律提供一种新方法.     

EMR对混沌同步保密通信系统干扰的初步研究

 使用GTEM Cell实验系统,研究了连续波电磁辐射对基于混沌同步理论的保密通信系统的电磁干扰。混沌保密通信系统采用由典型的Chua氏混沌电路构造混沌同步系统,采用掩盖法对模拟信号进行加密传输。实验发现：在100MHz~150MHz的频率范围内,超过一定功率密度的电磁辐射会导致系统的混沌加密功能失效,此后即使停止电磁辐射,系统仍无法自行恢复到混沌加密状态。