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.     

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Optisystem的高速光纤传输系统的色散补偿

利用Optisystem软件,对40Gb/s单信道光纤传输系统中基于RZ调制格式下的色散补偿进行仿真,比较了前置补偿和后置补偿的色散补偿性能,并提出了一种对称补偿,仿真结果表明对称补偿的色散补偿性能最好,最后分析了入纤光功率和光纤光栅的带宽对色散补偿系统的影响,均取得了比较理想的结果.     

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     

基于重复混沌扩频序列的差分混沌键控系统

提出一种基于可重复混沌扩频序列的差分混沌键控保密通信系统, 并对该系统的误码率进行分析。通过复制差分混沌键控调制信号的参考信号产生重复的混沌扩频序列, 再和经串并转换后的部分数据流相乘, 其余并行数据流按照传统差分混沌键控进行调制, 两部分信号相加后发送到信道中进行传输。在接收端进行相关解调恢复出原信息。理论分析和仿真结果表明: 在多径衰落信道下, 该系统的误码率低于DCSK、CDSK和CD-DCSK系统, 且扩频因子越小, 误码率越低。信道中叠加服从高斯分布噪声时的系统误码率相比叠加服从瑞利分布噪声时的小。     

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     

准线性光纤传输系统中几种色散补偿方案的性能比较

已有研究表明,对于高速率长距离准线性色散补偿光纤传输系统,信道内非线性效应是限制系统传输性能的最主要因素。在考虑四波混频等信道内非线性效应的情况下,通过求解耦合非线性薛定谔方程组,详细比较了单信道归零码准线性色散补偿光纤传输过程中前置补偿、后置补偿以及对称补偿3种色散补偿方案的传输特性。研究表明,信道内四波混频(IFWM)是导致3种方案性能差别的主要因素;对于确定的掺铒光纤放大器间距,最佳色散补偿方案与传输速率有关。速率越高,前置补偿性能越好;相反,后置补偿最适合低速率传输。     

一种新型的双向长距离光纤混沌保密 通信系统性能研究

基于两个在驱动混沌信号注入下的响应半导体激光器之间的混沌同步, 提出了一种新型的可实现信息双向、长距离保密传输的系统, 并建立了相应的理论模型. 利用该理论模型, 研究了系统的双向传输性能、 安全性能以及系统性能随传输距离的变化. 结果表明: 两个响应激光器在受到发自同一驱动混沌激光器的混沌光注入下, 其混沌输出虽然与注入混沌信号相差很大, 但两个响应激光器的混沌输出却能实现非常好的无时间延迟的等时同步; 对窃听者可能获取信息的各个途径进行了考察, 结果显示该系统具有很好的安全性; 采用普通单模光纤作为传输信道, 信息经过50 km传输后, 解调信息Q因子可达到6以上; 采用色散位移光纤, 信息经过200 km的传输, 解调信息Q因子还可达6以上.     

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     

Dispersion compensation in an open-loop all-optical chaotic communication system

The optical chaotic communication system using open-loop fiber transmission is studied under strong injection conditions. The optical chaotic communication system with open-loop configuration is studied using fiber transmission under strong injection conditions. The performances of fiber links composed of two types of fiber segments in different dispersion compensation maps are compared by testing the quality of the recovered message with different bit rates and encrypted by chaotic modulation (CM) or chaotic shift keying (CSK). The result indicates that the performance of the pre-compensation map is always worst. Two types of symmetrical maps are identical whatever the encryption method and bit-rate of message are. For the transmitting and the recovering of message of lower bit rate (1 Gb/s), the post-compensation map is the best scheme. However, for the message of higher bit rate (2.5 Gb/s), the parameters in communication system need to be modified properly in order to adapt to the high-speed application. Meanwhile, two types of symmetrical maps are the best scheme. In addition, the CM method is superior to the CSK method for high-speed applications. It is in accordance with the result in a back-to-back configuration system.     

Performance of optical chaotic communication systems using multimode vertical cavity surface emitting lasers

Influence of side modes on the performance of optical chaotic communication systems is studied theoretically. Three coding techniques, namely chaotic modulation, chaotic masking and chaotic shift keying, are also considered in the investigation. It can be shown that communication system using chaotic shift keying has better immunity to side mode. On the other hand, frequency division multiplexing using multimode vertical cavity surface emitting laser is proposed to double the transmission capacity of the communication system.     

Performance analysis of dense wavelength division multiplexing secure communications with multiple chaotic optical channels

The performance of dense wavelength division multiplexing secure communications with multiple chaotic optical channels is numerically analyzed in this paper. Taking the multiplexing of three chaotic optical channels as an example, we investigate the effects of second-order dispersion coefficient and nonlinear coefficient of fiber, channel spacing, message amplitude and bit rates on chaotic synchronization and multiplexing communications. Chaotic synchronization quality and Q-factor of the recovered message decrease with the increasing fiber length. A 1.25 Gbits/s non-return-to-zero (NRZ) sequence can be securely transmitted up to 60 km under the influence of the other two chaotic optical channels. Compared with the fiber dispersion, the cross-phase modulation is the primary factor which deteriorates the quality of communications. The results also show that the quality of communications is unlimited to the channel spacing as long as chaotic synchronization can be maintained. In addition, the effect of the amplitude of encrypted message on Q-factor and the confidentiality is demonstrated.     

基于非相干光反馈与注入的级联混沌系统研究

提出了基于延迟非相干光反馈与非相干光注入的级联混沌同步方案,与相干方案相比,该方案不需要频率完全匹配.数值研究结果表明,在其他参量匹配的情况下,发送机与接收机能实现完全同步.通过混沌键控方法,实现了信息的编码与解码.由于该级联方案具有非相干,宽带宽和多信息点传输的特点,所以在物理实现上很有吸引力,在全光中继通信方面也存在着很大的潜力.     

面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究

基于混沌激光实现全光物理随机数发生器的物理基础是完成对混沌光信号的高速实时全光采样. 本文利用偏振无关的SOA构建出TOAD全光采样门, 以光反馈半导体激光器产生混沌激光, 对混沌激光的全光采样可行性进行了原理性实验论证, 实现了对光反馈半导体激光器产生的6.4 GHz带宽的混沌激光5 GSa/s的实时、高保真全光采样. 进一步研究显示, 光采样周期与外腔反馈时间成比例与否对混沌信号弱周期性的抑制水平影响显著. 当两者不成比例时, 可有效消除原始混沌信号的弱周期性, 有利于高质量物理随机数的产生.     

Cryptanalyzing chaotic secure communications using return maps

In chaotic secure communications, message signals are scrambled by chaotic dynamical systems. The interaction between the message signals and the chaotic systems results in changes of different kinds of return maps. In this paper, we use return map based methods to unmask some chaotic secure communication systems; namely, chaotic shift keying (chaotic switching), chaotic parameter modulation and non-autonomous chaotic modulation. These methods are used without knowing the accurate knowledge of chaotic transmitters and without reconstructing the dynamics or identifying the parameters of chaotic transmitters. These methods also provide a criterion of deciding whether a chaotic secure communication scheme is secure or not. The effects of message signals on the changes of different return maps are studied. Fuzzy membership functions are used to characterize different kinds of changes of return maps. Fuzzy logic rules are used to extract message signals from the transmitted signal. The computer experimental results are provided. The results in this paper show that the security of chaotic secure communication not only depends on the complexity of the chaotic system but also depends on the way the message is scrambled. A more complex chaotic system is not necessary to provide a higher degree of security if the transmitted signal has simple and concentrated return maps. We also provide examples to show that a chaotic system with complicated return maps can achieve a higher degree of security to the attacks presented in this paper.     

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