【摘要】：隨著高清視頻業(yè)務(wù)的普及,移動(dòng)通信技術(shù)由4G向5G的邁進(jìn),以及物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)的萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái),信息通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量持續(xù)飛速提升。但是光網(wǎng)絡(luò)作為信息通信網(wǎng)絡(luò)的最重要的組成部分,近年來(lái)其容量增長(zhǎng)速率逐漸趨緩,同時(shí)單根光纖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中傳輸容量已經(jīng)達(dá)到單模光纖的非線性仙農(nóng)極限。光網(wǎng)絡(luò)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)必將面臨“容量危機(jī)”。空間維度作為光纖的最后一個(gè)未被利用的物理維度,通過(guò)多輸入多輸出的系統(tǒng)應(yīng)用方式,能夠成倍提升傳輸系統(tǒng)容量,是“容量危機(jī)”的潛在解決方案。其中,基于少模光纖的空分復(fù)用通常也被稱為模分復(fù)用。本論文中,作者基于Matlab軟件搭建基于少模光纖的模分復(fù)用系統(tǒng)數(shù)值仿真平臺(tái),并提出利用鏈路中點(diǎn)光相位共軛技術(shù)實(shí)現(xiàn)模分復(fù)用系統(tǒng)的非線性補(bǔ)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(fù)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(gè)方面:1.針對(duì)基于少模光纖的模分復(fù)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(tái)。通過(guò)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(chǎng)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(tái)能夠模擬少模光纖傳輸過(guò)程的模式耦合、模式色散、模式間非線性等多種模分復(fù)用系統(tǒng)中所特有的物理?yè)p傷。能夠?yàn)榛谏倌９饫w的模分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考,為模分復(fù)用信號(hào)傳輸性能的分析提供基礎(chǔ),為損傷補(bǔ)償方案及數(shù)字信號(hào)處理算法的有效性提供驗(yàn)證平臺(tái)。2.在模分復(fù)用傳輸系統(tǒng)中,信號(hào)傳輸過(guò)程中主要遭受到的物理?yè)p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(yīng)。利用鏈路中點(diǎn)光相位共軛技術(shù),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(guān),因此鏈路中點(diǎn)光相位共軛技術(shù)在模分復(fù)用系統(tǒng)中對(duì)非線性損傷的補(bǔ)償效果將依賴于少模光纖鏈路設(shè)計(jì)。此外,模分復(fù)用系統(tǒng)中的差分模式群時(shí)延也會(huì)對(duì)非線性損傷補(bǔ)償效果產(chǎn)生較大影響。在對(duì)稱信號(hào)功率演變場(chǎng)景中,不考慮差分模式群時(shí)延時(shí),單波長(zhǎng)和多波長(zhǎng)的信號(hào)Q因子提升均超過(guò)10dB。少模光纖鏈路中存在差分模式群時(shí)延時(shí),單波長(zhǎng)和多波長(zhǎng)的信號(hào)Q因子提升分別為6.6dB和2.8dB。非對(duì)稱信號(hào)功率演變場(chǎng)景中,不考慮差分模式群時(shí)延時(shí),單波長(zhǎng)和多波長(zhǎng)的信號(hào)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(shí)延時(shí),單波長(zhǎng)和多波長(zhǎng)的信號(hào)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(shí)現(xiàn)“混亂”效應(yīng)的星座圖變換算法和實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)散”效應(yīng)的符號(hào)-空間映射算法,并經(jīng)過(guò)多次迭代后,將原始符號(hào)拆分、重組、分散到模分復(fù)用系統(tǒng)各個(gè)空間信道。同時(shí),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(duì)數(shù)字混沌模分復(fù)用安全傳輸系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行分析。仿真結(jié)果顯示,雖然基于數(shù)字混沌的模分復(fù)用安全傳輸系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)傳輸方案會(huì)發(fā)生誤碼擴(kuò)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(dāng)此誤碼擴(kuò)散現(xiàn)象和模分復(fù)用系統(tǒng)的模式相關(guān)損耗相結(jié)合時(shí)將帶來(lái)更高的安全性,即無(wú)論非法接收方接收到部分光信號(hào)或得到部分混沌序列時(shí)解密后的信號(hào)誤碼率高于40%。保證當(dāng)且僅當(dāng)接收端為合法的接收者時(shí)才能夠通過(guò)算法解密得到保密信息。
【圖文】：

件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)技術(shù)的一系列重大突破，包括激光器、調(diào)制器、光纖、光學(xué)放逡逑大器、光電探測(cè)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(shì)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(hào)：2680029