两类混沌激光保密通信方案的性能分析

J4 ›› 2012, Vol. 29 ›› Issue (4): 500-506.

两类混沌激光保密通信方案的性能分析

刘培洋, 赵清春, 殷洪玺

大连理工大学信息与通信工程学院光通信与信息光子技术实验室，辽宁大连 116024

收稿日期:2011-06-09 修回日期:2011-07-25 出版日期:2012-07-28 发布日期:2012-07-01
通讯作者: 殷洪玺(1958—)教授，博士生导师，主要从事光纤通信、光网络和光器件等方面的科研工作。 E-mail:hxyin@dlut.edu.cn
作者简介:刘培洋(1986—)研究生，研究兴趣包括光纤通信和混沌激光保密通信等。E-mail:lpy.will.86@163.com
基金资助:
国家自然科学基金( 61071123和60772001)，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室(北京大学)开放基金和大连理工大学引进人才基金资助。

Performance analysis of two types of chaotic optical secure communication schemes

LIU Peiyang, ZHAO Qingchun, YIN Hongxi

Laboratory of Optical Communications and Photonic Technology, School of Information and Communication Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

Received:2011-06-09 Revised:2011-07-25 Published:2012-07-28 Online:2012-07-01

摘要/Abstract

摘要：

半导体激光器在外加扰动下，可以产生高维宽带的混沌激光信号，是实现高速保密通信的理想载波。本文数值研究了混沌调制和混沌隐藏两种信息加载方式下的混沌激光保密通信系统的性能，分析了两种信息加载方式下系统分别传输正弦信息和数字信息时的信噪比和Q因子的变化情况，研究了两种信息加载方式下系统的相关系数随调制深度的变化趋势。结果表明，不同的调制深度或调制频率/速率都会影响系统的性能，且混沌调制方式的系统性能优于混沌隐藏方式。

关键词: 光通信, 混沌同步, 混沌调制, 混沌隐藏, 半导体激光器

Abstract:

High dimensional, broadband chaotic optical signal can be generated by a semiconductor laser with external disturbance, which is ideal carrier for high-speed secure communications. The performances of chaotic optical secure communication systems are numerically studied by encrypting the message by chaos modulation (CMO) or chaos masking (CMS).The variation of the signal-to-noise ratio (SNR) and Q-factor are demonstrated when sinusoidal message and digital message are transmitted separately by CMO or CMS. The correlation coefficient as a function of modulation depth (MD) is discussed. The results show that the system performance varies for different MD or modulation frequency/rate and the performance of CMO system is better than that of CMS.

Key words: chaotic optical communication, chaotic synchronization, chaos modulation, chaos masking, semiconductor laser

中图分类号:

TN918.6

刘培洋赵清春殷洪玺. 两类混沌激光保密通信方案的性能分析[J]. J4, 2012, 29(4): 500-506.

LIU Peiyang, ZHAO Qingchun, YIN Hongxi . Performance analysis of two types of chaotic optical secure communication schemes[J]. J4, 2012, 29(4): 500-506.

参考文献

[1]Pecora L M, Carroll T L. Synchronization in chaotic systems [J]. Phys. Rev. Lett., 1990, 64(8): 821-824.
[2]Zhao Qingchun, Wang Yuncai. Research progress in security analysis of chaotic optical communication [J]. Lasers & Optoelectronics Progress(激光与光电子学进展), 2010, 47(3): 030602-1-030602-7 (in Chinese). 赵清春，王云才. 混沌激光通信的保密性能研究进展[J]. 激光与光电子学进展，2010 , 47(3): 030602-1-030602-7.
[3]Colet P, Roy R. Digital communication with synchronized chaotic lasers [J]. Opt. Lett., 1994, 19(24): 2056-2058.
[4]VanWiggeren G D, Roy R. Communication with chaotic lasers [J]. Science, 1998, 279(5354): 1198-1200.
[5]Chen H F, Liu J M. Open-loop chaotic synchronization of injection-looked semiconductor lasers with gigahertz range modulation [J]. IEEE J. Quantum Electron., 2000, 36(1): 27-34.
[6]Mirasso C R, Colet P, García-Fernández P. Synchronization of chaotic semiconductor lasers: application to encoded communications [J]. IEEE Photon. Technol. Lett., 1996, 8(2): 299-301.
[7]Liu J M, Chen H F, Tang S. Synchronized chaotic optical communications at high bit rates [J]. IEEE J. Quantum Electron., 2002, 39(9): 1184-1196.
[8]Argyris A, Syvridis D, Larger L, et al. Chaos-based communications at high bit rates using commercial fiber-optic links [J]. Nature, 2005, 438(17): 343-346.
[9]Syvridis D, Argyris A, Bogris A et al.. Integrate devices for optical chaos generation and communication applications [J]. IEEE J. Quantum Electron., 2009, 45(11): 1421-1428.
[10]Argyris A, Grivas E, Syvridis D, et al. Chaos-on-a-chip secures data transmission in optical fiber links [J]. Opt. Express, 2010, 18(5): 5188-5198.
[11]Lang R, Kobayashi K. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties [J]. IEEE J. Quantum Electron., 1980, 16(3): 347-355.
[12]Li Yanli, Wang Yuncai, Wang Anbang. Message filtering characteristics of semiconductor laser as receiver in optical chaos communication [J]. Opt. Commun., 2008, 281: 2656-2662.

[1]	李小军, 王迪, 龚静文. 光子辅助太赫兹通信技术研究进展[J]. 量子电子学报, 2023, 40(4): 423-435.
[2]	谭业腾, 蒲涛∗, 郑吉林, 周华, 苏国瑞. PSK 量子噪声随机加密系统的实现方法研究[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 423-430.
[3]	杨祎, 刘雯∗, 阴亚芳, 贺锋涛, 张建磊. 基于改进 Gardner 算法的水下无线光 OQPSK 系统性能分析[J]. 量子电子学报, 2022, 39(3): 467-476.
[4]	贾俊亮, 张笑儒, 赵子丹, 张沛, ∗. 用旋转多普勒方法解析矢量涡旋光的偏振特征[J]. 量子电子学报, 2022, 39(2): 286-292.
[5]	陈毓锴, 蒲涛, 郑吉林∗, 李云坤, 郁楠, 曹阳. 相移键控量子噪声随机加密系统性能研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(6): 846-854.
[6]	苏国瑞, 林浩坤, 蒲涛∗, 郑吉林, 谭业腾, 牟卫峰. 抑制多用户干扰的串行反馈干扰抑制算法研究[J]. 量子电子学报, 2021, 38(6): 880-888.
[7]	朱旭飞, 陆叶∗, 李传起∗, 武康康, 陈东, 孔一卜. 相干接收机色散补偿FIR滤波器设计[J]. 量子电子学报, 2021, 38(1): 17-24.
[8]	张莉, 汪井源, 郑吉林, 张晗, 蒲涛. 大气湍流下圆偏振调制性能分析[J]. 量子电子学报, 2020, 37(6): 737-744.
[9]	黄健, ∗, 邓科, . 大气相干激光通信研究中的几个理论问题[J]. 量子电子学报, 2020, 37(5): 556-565.
[10]	张百顺, 范一松, 奚居仁, 吴碧, 郭欢, 陈春城, 郭强. 用于选通成像的半导体激光器列阵光束整形技术研究[J]. 量子电子学报, 2020, 37(2): 157-164.
[11]	张新, 车昱昕, 刘毓, 王素椅, 董昊宸. RS码在25G-EPON系统中的性能研究[J]. 量子电子学报, 2020, 37(2): 242-249.
[12]	荆玉峰, 郑建刚, 肖凯博, 严雄伟, 蒋新颖, . 边发射半导体激光器光纤耦合技术研究进展[J]. 量子电子学报, 2019, 36(6): 641-650.
[13]	钟东洲*，肖珍珍，杨广泽. 延迟耦合的三节点VCSEL网络的全局性完全混沌同步的判定[J]. 量子电子学报, 2019, 36(5): 575-583.
[14]	马志民1，*，孙峪怀2，. 立方非线性Schr\"{o}dinger方程新精确解[J]. 量子电子学报, 2019, 36(4): 416-422.
[15]	付文成1，刘懿莹1，葛维春2，于鹏浩1，伏丽娜3，陈玉1. 高温环境下光纤复合低压电缆中光纤热致损耗仿真研究[J]. 量子电子学报, 2019, 36(2): 248-256.