【摘要】：隨著高清視頻業(yè)務的普及,移動通信技術由4G向5G的邁進,以及物聯(lián)網(wǎng)引領的萬物互聯(lián)時代的到來,信息通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量持續(xù)飛速提升。但是光網(wǎng)絡作為信息通信網(wǎng)絡的最重要的組成部分,近年來其容量增長速率逐漸趨緩,同時單根光纖系統(tǒng)實驗中傳輸容量已經(jīng)達到單模光纖的非線性仙農(nóng)極限。光網(wǎng)絡在可預見的未來必將面臨“容量危機”�？臻g維度作為光纖的最后一個未被利用的物理維度,通過多輸入多輸出的系統(tǒng)應用方式,能夠成倍提升傳輸系統(tǒng)容量,是“容量危機”的潛在解決方案。其中,基于少模光纖的空分復用通常也被稱為模分復用。本論文中,作者基于Matlab軟件搭建基于少模光纖的模分復用系統(tǒng)數(shù)值仿真平臺,并提出利用鏈路中點光相位共軛技術實現(xiàn)模分復用系統(tǒng)的非線性補償方案,以及面向光纖通信物理層安全,提出基于數(shù)字混沌函數(shù)的模分復用系統(tǒng)安全傳輸方案。主要工作和創(chuàng)新成果包括以下幾個方面:1.針對基于少模光纖的模分復用系統(tǒng),根據(jù)少模光纖的線性傳輸模型與非線性傳輸模型,搭建大容量多模式雙偏振相干光傳輸數(shù)值仿真平臺。通過構(gòu)建模塊化的發(fā)射端、少模光纖鏈路和接收端,可以靈活的變換傳輸場景。與傳統(tǒng)單模光纖傳輸仿真系統(tǒng)相比,作者搭建的仿真平臺能夠模擬少模光纖傳輸過程的模式耦合、模式色散、模式間非線性等多種模分復用系統(tǒng)中所特有的物理損傷。能夠為基于少模光纖的模分復用系統(tǒng)設計提供參考,為模分復用信號傳輸性能的分析提供基礎,為損傷補償方案及數(shù)字信號處理算法的有效性提供驗證平臺。2.在模分復用傳輸系統(tǒng)中,信號傳輸過程中主要遭受到的物理損傷包括光纖衰減、模式耦合、色度色散、模式色散和非線性效應。利用鏈路中點光相位共軛技術,在少模光纖鏈路前半段的累積的色度色散可以在傳輸?shù)暮蟀攵伪煌耆窒?少模光纖非線性因與功率密切相關,因此鏈路中點光相位共軛技術在模分復用系統(tǒng)中對非線性損傷的補償效果將依賴于少模光纖鏈路設計。此外,模分復用系統(tǒng)中的差分模式群時延也會對非線性損傷補償效果產(chǎn)生較大影響。在對稱信號功率演變場景中,不考慮差分模式群時延時,單波長和多波長的信號Q因子提升均超過10dB。少模光纖鏈路中存在差分模式群時延時,單波長和多波長的信號Q因子提升分別為6.6dB和2.8dB。非對稱信號功率演變場景中,不考慮差分模式群時延時,單波長和多波長的信號Q因子提升分別為2.2dB和1.61dB。少模光纖鏈路中存在差分模式群時延時,單波長和多波長的信號Q因子提升分別為1.9dB和0.91dB。3.利用三維混沌函數(shù)得到的混沌序列分別控制實現(xiàn)“混亂”效應的星座圖變換算法和實現(xiàn)“擴散”效應的符號-空間映射算法,并經(jīng)過多次迭代后,將原始符號拆分、重組、分散到模分復用系統(tǒng)各個空間信道。同時,分別在安全密鑰、加密系統(tǒng)信息熵和初值敏感性三方面,對數(shù)字混沌模分復用安全傳輸系統(tǒng)的安全性能進行分析。仿真結(jié)果顯示,雖然基于數(shù)字混沌的模分復用安全傳輸系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)傳輸方案會發(fā)生誤碼擴散現(xiàn)象:迭代1次和5次的傳輸誤碼率分別上升0.5dB和1.3dB。但是當此誤碼擴散現(xiàn)象和模分復用系統(tǒng)的模式相關損耗相結(jié)合時將帶來更高的安全性,即無論非法接收方接收到部分光信號或得到部分混沌序列時解密后的信號誤碼率高于40%。保證當且僅當接收端為合法的接收者時才能夠通過算法解密得到保密信息。
【圖文】：

件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)技術的一系列重大突破，包括激光器、調(diào)制器、光纖、光學放逡逑大器、光電探測器、各種調(diào)制、編碼和信道損傷管理方法。光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展逡逑趨勢如圖１－１所示［５］。逡逑１0邋ｐ邐？（Ｐ逡逑一邐Ｓｐａｃｅ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ邋（ＳＤＭ）⑩邐＾逡逑＆邋＾邋ｎｎ邋Ｔ邋Ｉｎｐｕｔ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｎｄ邋ｎ0ｎ�。椋睿＾}rP螅齲錚睿睿錚睿rP瑁恚睿rv潰rP悖�、＼3Y幛Kg恒P頡，

本文編號：2680029