【doc】 PoISK调制混沌保密光通信的实验研究

【doc】 PoISK调制混沌保密光通信的实验研究 PoISK调制混沌保密光通信的实验研究 圉 中国科技核心期刊 PolSK调制混沌保密光通信的 实验研究 刘静,王陆唐巫玮佳黄肇明 (1上海电力学院计算机与信息工程学院上海200090;2上海大学通信与信息工程学院上海200072) 摘要将PolsK技术应用到混沌保密光通信中.利用半 导体光放大器(S0A)构成光纤环状激光器产生偏振 态混沌信号,并利用SOA的互相位调制(XPM)效应, 通过信号光输入到激光器中,将传输数据动态地调制 到混沌信号的偏振态上,实现数据保密通信.对PolsK 混沌保密通信的基本原理进行了说明,给出了实验系 统基本性能的测试结果,并进行了讨论. 关键词PolsK调制S0A混沌保密光通信混沌接收 光纤环状激光器 中图分类号TN248文献标识码A 1引言 在光通信系统中,利用光学系统的非线性实现混 沌保密光通信,可以在硬件上实现数据的保密通信, 不仅在通信距离,而且在数据码率方面都具有独特的 优点【l’21.光混沌传输系统参数调制可利用的参数有: 光波的强度,波长,频率,相位以及偏振态等.根据 RajarshiRoy等学者的研究成果【3】,利用混沌系统的偏 振态参数调制可以实现高保密性,高码率的信息传 输.偏振态移位键控(PolarizationShiftKeying,PolSK) 调制技术是将数字码调制到光束所指定的偏振态上, 该调制方法可实现多态调制,具有数据容量大,抗干 扰性强等优点【415一. 本文介绍采用PolSK调制技术实现混沌保密光通 信的研究成果.与目前其它的研究成果不同的是,实 验采用半导体光放大器(SOA)组成光纤环状激光器作 为混沌信号发射系统,通过信号光输入,利用SOA的 XPM机理,将所传递信息直接调制到光纤激光器输出 光的偏振态上.下面首先介绍PolSK调制混沌光传输 的工作原理以及实验系统;然后对采用二进制编码实 现比特率为630Mb/S,距离为5km主要实验结果进行 作者简介:刘静女+1976年生,助教,硕士研究生,现从事光通信方面的 研究及教学工作. 资助项目:E海市重点学科建设资助项目(2001—44) ?.允l謇筏和2005年第9期 介绍,并给出一些 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和讨论;最后给出一个结论. 2实验系统及工作原理 PolSK调制混沌光传输实验系统结构如图1所 示.发射系统部分,由于光纤内部的双折射效应和 SOA工作状态以及外界一些因素如温度,震动的变化 对光纤所造成的影响都会导致光束偏振态随时间发 生改变.因此,光纤环状激光器在光束偏振态方面是 一 个混沌动力学系统,其输出的光信号是一种混沌偏 振信号,可以作为信息载体实现保密通信. 实验系统采用了OptoSpeed公司的SOA模块,在 500mA工作电流条件下,小信号增益为30dBm,偏振 依存度小于ldB,增益峰值在1574nm附近.光纤环状 激光器的工作波长由光滤波器的中心波长所决定,实 验中定为1549.2nm.光纤环中使用了一个光循环器, 用于信号光的输入,同时起到一个光隔离器的作用, 限制光束在环中的传播方向.混沌光信号通过耦合比 为50:50的光纤耦合器OC1输出,输出平均光功率约 为0.25dBm.输入信号光波长为1560nm,仅能通过 SOA一次,传播方向与混沌信号光束的方向相反.通 过SOA的XPM效应,输入信号光能控制混沌信号光 束的相位变化以改变其偏振状态.光纤环中的偏振控 制器PC1用于调整光束的偏振状态.在没有信号光输 入时,当光纤环中的双折射率满足半波长条件时,光 纤环状激光器将产生周期性的自激开关振荡,输出为 一a itCirculatorTransmitterI八I/Jcl,c2:? O , ptic -’ alCh a0sgna , lC0 per@mm Receiver m0 叩. Pol : arizationPD-ABI*II*I PC P0l 谭c,】r1二,1二’ FibterLink CommunicationChannel 图1PolSK混沌光通信实验系统结构图 图? 一 组连续方波.方波的半周期恰好等于光束在光纤环 中传播一周所需的时间.因此可以利用方波输出测定 出光纤环中光束传播一周的时间tR,并以此来调整接 收系统中光纤延迟线的长度. 用tR 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示发射端光纤环中光束传播一周所需的 时间,表示光纤环的双折射,tR~表示接收端的延迟 时间,和表示接收端两支路的双折射.tR,JT为该 系统的初始状态,通过理论分析,当tR~=tR,且./B=JA?JT 时,两路偏振接收系统可以达到同步,通过信号强度 相减处理后就可以恢复出所传递的信息. 实验系统中信道采用的是一根5km长的普通标 准单模光纤.在接收端处为了能达到调整传输光偏振 状态的目的,使用了一个偏振控制器PC:.通过调节 PC:可以使接收系统输出达到最大值. 接收系统部分,由传输链路输入的混沌信号光通 过耦合比为50:50的光耦合器OC,分两路接收.一路 作为A支路,另一路为B支路.在支路A中安置有一 条光纤,一个偏振控制器PC和一个检偏器Polarizer A以及一个光电探测器PD—A.在B支路中同样安置 一 个偏振控制器PC,一个检偏器PolarizerB,一个光 电探测器PD—B和一条光纤延迟线.光电探测器具有 2.5GHz的检测带宽,一28dB的检测灵敏度.两条支路 中所采用的器件尽可能选择具有相同性能指标,以保 证两支路输出的平衡性.AB两支路中的光程差应等 于发射系统中光束在光纤环中行走一周的长度,这可 通过选定光纤延迟线长度来保证.接收系统的偏振状 态必须符合.r7lD的同步条件,这可通过调整PC 和PC4来完成.混沌系统同步状态的调整应该是在无 信号光输入条件下(对应于二进制的”0”码)来完成的. 3实验结果与讨论 实验测量了光纤环状激光器的输出光谱,从测量 结果可以看出激光器的工作波长由光滤波器的中心 波长所决定.此实验系统中所采用的光滤波器波长可 调范围为1530,l570nm.因此,该实验系统不仅可以 实现输入信道数据的转换(从普通的IM/DD形式转换 到偏振态混沌形式),同时还可以实现信道波长的转 换. 要实现混沌保密传输,关键点是要求混沌通信系 统实现同步.此实验系统同步状态的实现需要两部分 来保证,一是在接收机系统部分要有与发射系统相同 的延迟时间,另一个则是要求保证接收系统的偏振状 态能满足『A『c『日或者『A『B条件.接收系统偏振 PolSK蒯制混沌保密光通信的买验研究 状态的改变可以通过支路A与支路B中的偏振控制 器的调整来实现,而作为延迟线的光纤的长度就必须 事先确定.光纤延迟线的长度可以通过手工测量并结 合一些估算大致确定.在实际操作中,首先测定支路A 与支路B的输出波形,通过两波形的比较,测量出实 际系统的延迟时间差来.然后根据该时间差来调整光 纤延迟线的长度,使支路A与支路B的时间达到一 致.我们使用了一个可调延迟线来完成延迟时间的调 整工作.实验中所测定的时间误差小于0.1ns相当予 2cm的光纤长度值.该结果表明通过这种测量方法能 够高精度地保证接收机系统部分与发射系统有相同 的延迟时间,实现系统同步.另一方面,通过对方波输 出半周期的测定获得光纤环的时延为tR>>49.92nm.图 2为所测的实验结果. 实验中,输入信号采用了一组码率为630Mb/s, 27bit伪随机Rz码循环序列,码型为l1l100l0l101l 00100100100100,进行了距离为5km的混沌数据光传 输实验研究.信号光由一个波长可调激光器(Santec’s ECL一200)产生,波长选定在1560nm处.信号光通过 一 个铌酸锂光强度调制器和一个光衰减器后直接输 入到光纤环状激光器中.输入信号光的强度可通过光 衰减器进行调节,以产生明显的混沌信号光偏振态的 变化,但又不造成过大的过增益调制.在实验中输入 信号光的平均光功率选定为2.1dBm.混沌接受检测后 的电信号通过一个l6次平均平滑处理后进行减法处 理.实验分别测量了调制光信号时间波形,光纤环状 激光器输出端处输出混沌信号的时间波形图,支路A 与支路B的时间波形及支路A与支路B信号相减后 的结果,即所恢复出的调制信号.通过波形的比较,可 以看出所恢复出的调制信号很好地反映出了原信号 的码型.另一方面,在两支路输出波形中很难找出原 调制信号的码型,表明该系统完成了传输数据的混沌 形式转变.这些结果表明,系统成功地完成了630Mb/s 码率的数据混沌光传输实验,系统具有良好的传输和 保密性能. 三 > 三一 曼 ; 0 Time(ns) 图2支路A和支路B输出波形以及两输出相减后的波形 2005年第9期兜盈信李耋.书◎ 固 PolSK调制混沌保密光通信的文验研究 4结束语 本文提出了一种采用PolSK调制技术和混沌光学 系统相结合的混沌光传输实验系统,采用SOA组成一 个光纤环状激光器作为混沌信号发射系统,利用SOA 本身的互相位调制机理,通过信号光的输入控制光纤 环中传播光束的相位,达到将传输信息调制到混沌信 号的偏振态上.在此基础上,提出了利用偏振混沌系 统的自激开关振荡效应实现系统延迟时间的校准方 案,实验表明通过这种测量方法能够高精度地保证系 统同步.实验中,我们测试了系统的性能,包括输出信 号的光谱,时间波形,功率谱以及相干分布,结果表 明,该系统具有良好的数据传输和保密性能.在今后 的研究课题中,我们将考虑将该系统和现存的DWDM 通信网络相衔接,解决包头的可读性和数据保密性相 结合这一问题,进一步延长传输距离,提高传输码率. 参考文献 1LiuJia-ruing,ChenHow-foo.TangShou.SynchronizedChaoticOptical CommunicationsatHighBitRates.Elec.2002,38:1184~1196 2TangS.LiuJM.Messageencoding-decodingat2.5Gbit/sthroughsyn- chronizationofchaoticpulsingsemiconductorlasers.Opt.Lett.2001,26(11): 1843-1845 3GregoryDVanWinggeren,RajarshiRoyHigh—SpeedFiber—OpticPolar — izationAnalyzerMeasurementsofthePolarizationDynamicsofanEr- bium—DopedFiberRingLaser.Opt.Comm.1999,164:107-120 4WangL,HuangZ.OpticalChaosCommunicationUsingaDynamical SOA-BasedFiberRingLaser.SPIEAPOC2003.2003,03:5281-95 5Benede~oS,PoggioliniP.Theoryofpolarizationshiftke~ngmodulation. IEEE’Trans.Cormnun.1992,4:708,721 6HuE,WongIC4-LevelDirect-DetectionPolarizationShift-Keying(DD- PolSIOSystemwithPhaseModulators.ECOC’01.2001,01:1--4 7GregoryDVanWinggerenandRajarshiRoy.CommunicationwithDy- namicallyFluctuatingStatesofLightPolarization.Phys.Rev.Lett.2002,88: 1~4 8GregoryDVanWinggeren,RajarshiRoyChaoticCommunicationUsing DelayedOpticalSystem.IntermationalBifurcationandChaos.1999, Time— 9:2】29-2156 ExperimentalStudyon ChaosSecure OpticalCommunicationwith PolSKModulationTechnology L/UJing~,WANGLu—tang, uWei-jia2.HUANGZhao—mmg: (1ShanghaiUniversityofElectricPower,Shang— hai;2ShanghaiUniversity,SchoolofCommuni— cationandInformationEngineering,Shanghai) AbstractThePolSKmodulationtechnologyiSusedin thechaossecureopticalcommunication.ASOA—based fiberringlaserasthetransmitterisbuilttogeneratethe chaoscarrierwithdynamicallyfluctuatingstatesoflight polarization.Inthisscheme,thedatatobetransmittedin thesecureopticalcommunicationiSdynamicallymodu— latedontothestateofthechaoticcarrier’Spolarization throughaXPMeffectintheSOAinducedbytheinput signallight.Theprinciplesofchaossecureopticalcom— municationwithPolSKmodulationtechnologyareintro— ducedandsomebasicperformancesoftheexperimental systemarealsoillustrated.Meanwhile.theexperimental resultsforchaoticallytransmittingwithabitrateof630 Mbit/sandatransmissiondistanceof5kmarepresented. Thedescriptionsanddiscussionsonthemeasurementre— sultsaregiven.Lastly,aconclusionisgiven. Keywords:PolSKmodulation;SOA;chaossecureoptical communication;chaoticallyreceiving;fiberringlaser 敬告作者 为广泛构架起作者和读者之间的桥梁,本刊加入了CNKI中国期刊 全文 企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况 录入数据库等数据期刊网,即每期刊 物出版后,我们将把同样的数据送至上述数据库或网站,使信息能以 最快的速度国际化,网络化.其中稿费已包含 于本刊一次性所附作者的稿费中. 为尊重作者的着作权,如果有作者不同意将出版后的文章再进入上 述数据库或网站,来稿时敬请注明,否则 将视为同意,谢谢合作. 《光通信技术》编辑部 ?.允霾信考1.尜2005年第9期