高阶调制格式混沌保密通信方法技术

本发明专利技术提供了一种高阶调制格式混沌保密通信方法，包括高阶调制格式混沌保密信号的产生方法和解调方法。高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括：混沌激光的产生、光电探测、混沌加密、混沌掩盖、电光调制及偏振复用。高阶调制格式混沌保密信号的解调方法包括：同步混沌激光的产生、保密信号的相干检测及数字信号处理。本发明专利技术可在提升信号安全性的同时，实现多种高阶调制格式偏振复用保密信号的高速长距离传输。

【技术实现步骤摘要】
高阶调制格式混沌保密通信方法
本专利技术涉及光通信领域，具体涉及一种高阶调制格式混沌保密通信方法。
技术介绍
激光混沌具有类噪声特征、初始条件极为敏感、不可预测等特性，其在保密通信、高速物理随机数等领域存在重要应用。在激光混沌保密通信中可以利用混沌激光的类噪声特征通过混沌键控、混沌调制和混沌掩盖等方式实现信息的保密传输。目前，混沌掩盖的方式大多数在光域中将激光混沌信号和光信号直接叠加。如，2005年欧盟团队利用半导体激光器产生的激光混沌信号与1Gbit/sOOK光信号进行掩盖实现了120公里的保密传输(Nature,2005,vol.438,pp.343～346)。随后，于2010年将速率提升到了2.5Gbit/s(OpticsExpress,2010,vol.18,pp.5188-5198)。2010年法国团队利用光电振荡器产生的激光混沌信号与10Gbit/sOOK光信号进行掩盖实现了100公里的保密传输(IEEEJournalofLightwaveTechnology,2010,Vol.28,pp.2688～2696)。之后，国内团队将速率提升到了30Gbit/s(OpticsLetter,2018,Vol.43,pp.1323～1326)。这种光域掩盖方式要求混沌激光和信号光在掩盖的过程中必须保持偏振态正交才能在接收端实现信号的解密。这在一定程度上降低了系统的安全性。同时，这种方式只适用于简单的OOK调制格式和单一偏振态传输方式。因而，降低了系统的频谱利用率和传输速率(如目前最高传输速率为仅为30Gbit/s)。因此，新的、可实现高阶调制格式并能采用偏振复用方式的混沌保密信号的产生和解调方法对增强系统安全强度、提升系统传输速率和频谱利用率等十分必要。
技术实现思路
为增强混沌通信的安全强度、提升系统传输速率和频谱利用率，本专利技术提供了一种高阶调制格式混沌保密通信方法。为实现本专利技术的目的，本专利技术方法如下：一种高阶调制格式混沌保密通信方法，包括高阶调制格式混沌保密信号的产生方法和解调方法：所述高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括：混沌激光的产生与光电探测、混沌加密、电光调制与偏振复用；所述高阶调制格式混沌保密信号的解调方法包括同步混沌激光的产生与光电探测，保密信号的相干检测和数字信号处理；高阶调制格式混沌保密信号的产生过程：混沌激光源产生两路混沌激光Exc(t)和Eyc(t)。Exc(t)与Eyc(t)经光电转换和相应处理后得到四路电域混沌信号CxI(t)、CxQ(t)、CyI(t)和CyQ(t)。然后，四路电域混沌信号与拟发送的电域信号ixI(t)、ixQ(t)、iyI(t)和iyQ(t)进行混沌掩盖，得到混沌掩盖后的电信号i'xI(t)、i'xQ(t)、i'yI(t)和i'yQ(t)：i'xI(t)＝CxI(t)+ixI(t)i'xQ(t)＝CxQ(t)+ixQ(t)i'yI(t)＝CyI(t)+iyI(t)i'yQ(t)＝CyQ(t)+iyQ(t)上式中各变量下标，x，y分别代表两个正交偏振态，c代表混沌信号，I，Q分别代表IQ调制器的同相和正交分量。随后，混沌掩盖后的电信号i'xI(t)、i'xQ(t)、i'yI(t)和i'yQ(t)经对应的IQ调制器分别调制到两路偏振态正交的光载波上，最终经偏振合束器合成一路高阶调制格式的偏振复用混沌保密信号Es(t)，Es(t)＝xEsxc(t)+yEsyc(t)该式中，x和y分别表示两个正交偏振方向。Esxc(t)和Esyc(t)分别为正交偏振方向的光场。高阶调制格式混沌保密信号的解调过程：经过光纤链路传输后的混沌保密信号Es'(t)经相干检测后得到四路电信号Ix,I(t)、Ix,Q(t)、Iy,I(t)和Iy,Q(t)。随后，经重采样、信道均衡、偏振解复用等处理得到对应的离散信号xI(n)、xQ(n)、yI(n)和yQ(n)。然后，与光电检测后的同步混沌信号C'xI(n)、C'xQ(n)、C'yI(n)和C'yQ(n)进行混沌解密，最终得到对应的发送序列SxI(n)、SxQ(n)、SyI(n)和SyQ(n)：SxI(n)＝xI(n)-C'xI(n)SxQ(n)＝xQ(n)-C'xQ(n)SyI(n)＝yI(n)-C'yI(n)SyQ(n)＝yQ(n)-C'yQ(n)优选地，混沌保密信号产生和解调过程中激光混沌信号的电光探测可以采用直接强度检测或相干检测；优选地，用于混沌掩盖的电信号可以采用二电平或多电平双极性码。即可产生偏振复用正交相移键控(PDM-QPSK)、偏振复用多级正交相移键控(PDM-mQAM)等高阶调制格式混沌保密信号。相对于现有技术，本专利技术的有益技术效果在于：可利用直接强度检测或相干检测得到混沌电信号，并在电域对拟传输信号进行混沌掩盖。之后通过两个IQ调制器调制将相应的保密信号调制到两路正交偏振态光载波上，最终可产生偏振复用正交相移键控(PDM-QPSK)、偏振复用多级正交相移键控(PDM-mQAM)等高阶调制格式混沌保密信号。在接收端通过相干检测结合相应的数字信号处理技术恢复出原始信号。本专利技术可增强激光混沌保密通信系统的安全强度、提升系统传输速率和频谱利用率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的一种高阶调制格式混沌保密通信方法框图；图2(a)～(d)分别为x偏振态I通道、x偏振态Q通道、y偏振态I通道以及y偏振态Q通道对应混沌激光源的时域波形；图3(a)～(b)分别为无混沌掩盖x和y偏振态上信号的星座图(对应QPSK调制格式)；图4(a)～(b)分别为混沌掩盖后x和y偏振态上信号的星座图(对应QPSK调制格式)；图5(a)～(b)分别为背靠背传输下混沌解密后x和y偏振态上信号的星座图(对应QPSK调制格式)；图6(a)～(b)分别为80公里单模光纤传输下混沌解密后x和y偏振态上信号的星座图(对应QPSK调制格式)；图7(a)～(b)分别为无混沌掩盖x和y偏振态上信号的星座图(对应16QAM调制格式)；图8(a)～(b)分别为混沌掩盖后x和y偏振态上信号的星座图(对应16QAM调制格式)；图9(a)～(b)分别为背靠背传输下混沌解密后x和y偏振态上信号的星座图(对应16QAM调制格式)；图10(a)～(b)分别为80公里单模光纤传输下混沌解密后x和y偏振态上信号的星座图(对应16QAM调制格式)。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阶调制格式混沌保密通信方法，其特征在于，包括高阶调制格式混沌保密信号的产生方法和解调方法；/n所述高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括：混沌激光的产生、光电探测、混沌加密、混沌掩盖、电光调制及偏振复用；/n所述高阶调制格式混沌保密信号的解调方法包括：同步混沌激光的产生、保密信号的相干检测及数字信号处理；/n所述高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括以下步骤：混沌激光源产生两路混沌激光E

【技术特征摘要】
1.一种高阶调制格式混沌保密通信方法，其特征在于，包括高阶调制格式混沌保密信号的产生方法和解调方法；
所述高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括：混沌激光的产生、光电探测、混沌加密、混沌掩盖、电光调制及偏振复用；
所述高阶调制格式混沌保密信号的解调方法包括：同步混沌激光的产生、保密信号的相干检测及数字信号处理；
所述高阶调制格式混沌保密信号的产生方法包括以下步骤：混沌激光源产生两路混沌激光Exc(t)和Eyc(t)，该两路混沌激光Exc(t)与Eyc(t)分别经光电探测器后生成四路电域混沌信号CxI(t)、CxQ(t)、CyI(t)和CyQ(t)，其中CxI(t)和CxQ(t)与拟发送的电域信号ixI(t)、ixQ(t)进行混沌掩盖，分别得到混沌掩盖后的电信号i'xI(t)、i'xQ(t)，另外两路CyI(t)和CyQ(t)与拟发送的域信号iyI(t)、及iyQ(t)进行混沌掩盖，分别得到混沌掩盖后的电信号i'yI(t)、i'yQ(t)，
随后，混沌掩盖后的第一电信号i'xI(t)、第二电信号i'xQ(t)、第三电信号i'yI(t)和第四电信号i'yQ(t)经对应的IQ调制器分别调制到两路偏振态正交的光载波Ex(t)和Ey(t)上，得到调制后的光信号Esxc(t)和Esyc(t)，最终经偏振合束器合成一路高阶调制格式的偏振复用混沌保密信号Es(t)：
Es(t)＝xEsxc(t)+yEsyc(t)(5)
式(5)中，x和y分别表示两个正交偏振方向，Esxc(t)和Esyc(t)分别为正交偏振方向的光场；
高阶调制格式混沌保密信号的解调方法包括如下步骤：经过光纤链路传输后的混沌保密信号Es'(t)经相干检测后得到四路电信号Ix,I(t)、Ix,Q(t)、Iy,I(t)和Iy,Q(t)，随后，经重采样、信道均衡、偏振解复用处理得到对应的离散信号xI(n)、xQ(n)、yI(n)和yQ(n)，然后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：易安林，闫连山，王安帮，盘艳，蒋林，罗斌，潘炜，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51