專利名稱：一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及混沌、光纖通信和半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，尤其是一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，適用于多信息的同時(shí)雙向并行保密傳輸。
背景技術(shù)：
基于互注入半導(dǎo)體激光器的混沌同步通信具有同時(shí)雙向傳輸特性、高保密性，而多延時(shí)互注入半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)多信道混沌同步通信的優(yōu)選系統(tǒng)之一，其中關(guān)鍵問題在于多延時(shí)互注入條件下穩(wěn)定高品質(zhì)的混沌同步的實(shí)現(xiàn)。關(guān)于多延時(shí)互注入系統(tǒng)的同步近期始有報(bào)道(A. Englert, W. Kinzel, et al. Zero lag synchronization of chaoticsystems with time delayed couplings, Physic Review Letters 104,114102,2010 ；
M. Zigzag,M. Butkovshi,A. Englert,etal. Zero-lag synchronization and multiple timedelays in two coupled chaotic systems, Physics Review E 81,036215,2010),但其混沌同步要求反饋參量和互注入?yún)⒘繚M足嚴(yán)格數(shù)學(xué)關(guān)系，且產(chǎn)生的混沌信號(hào)是低頻振蕩混沌信號(hào)，同步品質(zhì)在混沌信號(hào)強(qiáng)度下降的時(shí)間內(nèi)會(huì)降低，很難應(yīng)用于信息的傳輸，這些因素嚴(yán)重限制了基于多延時(shí)互注入系統(tǒng)的混沌同步通信的實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于以上陳述的已有系統(tǒng)的不足和擬采用系統(tǒng)技術(shù)的固有優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，為更復(fù)雜的混沌網(wǎng)絡(luò)通信提供一種雛形系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是通過如下手段來實(shí)現(xiàn)的。一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，其特征在于由一個(gè)工作在混沌狀態(tài)的外腔半導(dǎo)體激光器、兩個(gè)通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導(dǎo)體激光器、η條不同長度的光纖、光耦合器、光隔離器、光環(huán)形器、光電檢測器以及調(diào)制解調(diào)器組成；在兩個(gè)半導(dǎo)體激光器之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)的實(shí)時(shí)混沌同步和雙向多信道混沌通信；使用相同的外部混沌光信號(hào)對(duì)兩多延時(shí)互注入激光器實(shí)施單向注入，在兩多延時(shí)互注入激光器之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)的實(shí)時(shí)混沌同步；每條互注入光纖支路上均可實(shí)現(xiàn)同時(shí)雙向的信息傳送，通過η條雙向支路連接的半導(dǎo)體激光器之間可同時(shí)進(jìn)行2η個(gè)信息的傳送。一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，由一個(gè)工作在混沌狀態(tài)的外腔半導(dǎo)體激光器、兩個(gè)通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導(dǎo)體激光器、光纖、耦合器、光隔離器、光環(huán)形器、光電檢測器以及調(diào)制解調(diào)器組成；包含如下的處理步驟外腔激光器被視為驅(qū)動(dòng)激光器DSL，其輸出的混沌光被均勻地分成兩部分，分別通過兩條相同單向光纖支路注入到激光器SLl和SL2中；所述的激光器SLl和SL2之間由η條不同延時(shí)的雙向鏈路連接；調(diào)節(jié)單向支路的注入強(qiáng)度，使其注入-鎖定效應(yīng)足夠強(qiáng)，驅(qū)使SLl和SL2的輸出之間達(dá)到實(shí)時(shí)混沌同步；基于此，在所述的每條雙向支路兩端對(duì)SLl和SL2產(chǎn)生的混沌載波進(jìn)行外部調(diào)制，可將2η個(gè)信息加載到混沌載波中；相應(yīng)地，在每條雙向支路兩端利用SLl和SL2產(chǎn)生的混沌載波對(duì)接收的已調(diào)混沌載波進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)，可同時(shí)解調(diào)出2η個(gè)信息；從而實(shí)現(xiàn)簡單SL結(jié)構(gòu)中的多信道混沌通信。經(jīng)過如上的設(shè)計(jì)后，用相同的外部混沌光對(duì)多延時(shí)互注入半導(dǎo)體激光器實(shí)施單向注入，利用該注入的注入_鎖定效應(yīng)，可獲得穩(wěn)定聞品質(zhì)的實(shí)時(shí)混沛同步；在每條雙向支路兩端將信息加載至多延時(shí)互注入激光器產(chǎn)生的混沌載波中，可實(shí)現(xiàn)多信息的同時(shí)雙向傳輸，即在簡單SL結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)多信道混沌同步通信。在實(shí)際使用上本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)操作簡單，只需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)單向支路的注入強(qiáng)度，即可方便地實(shí)現(xiàn)多延時(shí)互注入激光器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)混沌同步；(2)由于引入了額外的注入-鎖定效應(yīng)，本實(shí)用新型中的混沌同步具有優(yōu)越的噪聲魯棒性，參數(shù)失配魯棒性以及頻率失諧容忍性；(3)具有多信息同時(shí)雙向傳輸?shù)墓δ?，為多信道混沌同步?信開辟了一種新的方式，也為實(shí)現(xiàn)混沌通信網(wǎng)絡(luò)提供了一種可行的系統(tǒng)方案。
圖I本實(shí)用新型系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。圖2SL1 (第一行)和SL2(第二行)的輸出強(qiáng)度。圖3SL1端通過雙向支路I傳輸?shù)男畔n(第一行)和通過雙向支路2傳輸?shù)男?br> 息m12 (第二行)。圖4SL2端通過雙向支路I傳輸?shù)男畔21 (第一行)和通過雙向支路2傳輸?shù)男?br> 息m22 (第二行)。圖5SL1端雙向支路I和2上的已調(diào)混沌載波Pllffl(t)(第一行)和P12ffl(t)(第二行)。圖6SL2端雙向支路I和2上的已調(diào)混沌載波P21ffl(t)(第一行)和P22ffl(t)(第二行)。圖7SL1從雙向支路I和2解調(diào)出的信息m' 21(第一行)和m' 22(第二行)。圖8SL2從雙向支路I和2解調(diào)出的信息m' n(第一行)和m' 12(第二行)。其中，單向支路注入強(qiáng)度取值為eOns—1，雙向支路I和雙向支路2的互注入強(qiáng)度都為8ns4,對(duì)應(yīng)的互注入延時(shí)分別為5ns和10ns。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。如圖I所示,本實(shí)用新型系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)激光器DSL，多延時(shí)互注入激光器SLl和SL2，外部光調(diào)制器M，光電檢測器ro，解調(diào)器D，光纖鏈路，光耦合器0C，光隔離器OI以及光環(huán)形器組成。在圖I中，適當(dāng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)激光器DSL的外部反射鏡R的反射率和位置，可使DSL工作在混沌狀態(tài)。兩多延時(shí)互注入激光器SLl和SL2通過η條雙向光纖支路連接，在DSL輸出的單向驅(qū)動(dòng)下，SLl和SL2能很容易地工作在混沌狀態(tài)，同時(shí)在該單向驅(qū)動(dòng)的注入-鎖定效應(yīng)作用下，對(duì)稱注入的SLl和SL2之間可以很容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)混沌同步。在所述的每條雙向支路的兩端，采用一個(gè)調(diào)制/解調(diào)模塊將待傳送的信息調(diào)制到混沌載波中，同時(shí)從接收到的混沌載波中解調(diào)出對(duì)面激光器通過該支路傳送的信息。所有信息的調(diào)制都采用混沌調(diào)制方式，雙向支路X上的信息調(diào)制的數(shù)學(xué)描述為[0022]SLl端信息mlx的調(diào)制SL1通過雙向支路X傳向SL2的已調(diào)混沌載波為Pixm (t) = P1 (t) [1+ δ lxmlx (t) ] (I)SL2端信息m2X的調(diào)制SL2通過雙向支路X傳向SLl的已調(diào)混沌載波為P2Xm(t) = P2(t) [1+δ 2Xm2X(t)] (2)SLl端信息m2X的解調(diào)SL1從雙向支路X解調(diào)出的信息為m'2x(0 = LPF{^-[%^-l]}(3)
P' (OSL2端信息mlx的解調(diào)SL2從雙向支路X解調(diào)出的信息為[_] m'lx(0 = LPF{-!-[%^-l]}(4)
^lX W上述式子中，下標(biāo)1，2分別表示半導(dǎo)體激光器SL1，SL2 ;下標(biāo)m表示調(diào)制后的混沌載波；下標(biāo)X表不雙向支路X ；P(t)為激光器輸出光強(qiáng)度；mlx(t)，m2X(t),分別表不信息SLl和SL2通過支路X傳向?qū)Ψ降脑葱畔?，?χ，δ2Χ為它們對(duì)應(yīng)的調(diào)制深度，通常取值10%以下！m' lx(t)，m/ 2X(t)表示信息mw(t)和m2X(t)對(duì)應(yīng)的解調(diào)信息；LPF表示用一截止頻率等于信息比特率的低通濾波器對(duì)解調(diào)運(yùn)算以后的結(jié)果進(jìn)行濾波，消除噪聲等的影響。下面以兩條雙向支路連接SLl和SL2為例，舉例分析本實(shí)用新型系統(tǒng)的同步性能，驗(yàn)證其多信道混沌同步通信能力。具體系統(tǒng)參量為激光器工作波長為1550nm，工作偏置電流為42mA，DSL的反饋強(qiáng)度和反饋延時(shí)分別為2011^1和5ns，SLl和SL2之間雙向支路I的注入延時(shí)為5ns，雙向支路2的注入延時(shí)為10ns，單向支路的注入延時(shí)設(shè)為0ns，調(diào)制深度為δ 11 = 5 12 = 5 21 = 5 22 = °· 02,信息為二進(jìn)制隨機(jī)序列。圖2至圖8給出了本實(shí)用新型系統(tǒng)中的多信道同步通信過程，其中SLl通過雙向支路I和雙向支路2向SL2傳送的信息速率分別為lGbit/s和2Gbit/s，SL2通過雙向支路I和雙向支路2向SLl傳送的信息速率分別為3Gbit/s和4Gbit/s。如圖2所示，SLl和SL2均工作在混沌狀態(tài)，且它們的輸出完全相同，實(shí)時(shí)同步；分別用如圖3所示的隨機(jī)二進(jìn)制序列mn (lGbit/s)和m12(2Gbit/s)對(duì)SLl輸出的混沌載波進(jìn)行外部調(diào)制，得到如圖5所示的已調(diào)混沛載波；另一方面，用如圖4所示的隨機(jī)二進(jìn)制序列m21(3Gbit/s)和m22(4Gbit/s)對(duì)SL2輸出的混沌載波進(jìn)行外部調(diào)制，得到如圖6所示的已調(diào)混沌載波；可以看出調(diào)制以后的混沌載波和初始混沌載波[圖2]差別很小，說明信息能被很好地隱藏在混沌載波中；最后，通過式(3)-(4)描述的解調(diào)方法，SLl恢復(fù)出的雙向支路I和2傳輸信息m' 21和m' 22如圖7所不；SL2恢復(fù)出的雙向支路I和2傳輸信息m' n和m' 12如圖8所不；結(jié)果表明，SLl和SL2之間可成功地實(shí)現(xiàn)多信息的同時(shí)雙向傳輸，即實(shí)現(xiàn)了多信道混沌同步通信。綜合以上陳述，本實(shí)用新型具有如下特征1)在適當(dāng)?shù)膯蜗蜃⑷霔l件下，多延時(shí)互注入半導(dǎo)體激光器之間可以很容易地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)的實(shí)時(shí)混沌同步，原理簡單，操作方便，且實(shí)現(xiàn)的混沌同步具有良好的噪聲魯棒性、參數(shù)失配魯棒性以及頻率失諧魯棒性；2)支持簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)條件下的多信道混沌同步通信，可以大大地提高系統(tǒng)的傳輸容量；3)本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，其原理可用于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的多信道混沌通信系統(tǒng)；4)本實(shí)用新型的同步和通信原理不僅僅適用于混沌半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)，對(duì)其它形式的混沌系統(tǒng)同樣適用。[0034]以上所陳述的僅僅是本實(shí)用新型方法的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本實(shí)用新型方法物理原理的前提下，在實(shí)際實(shí)施中可以做出若干更改和潤色(比如采用其它調(diào) 制/解調(diào)方法、將單路信息通過串并轉(zhuǎn)換以后在多條雙向支路上傳輸、采用自由空間鏈路取代光纖鏈路完成本系統(tǒng)、以及采用電路或其它形式的混沌系統(tǒng)等)也應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，其特征在于由一個(gè)工作在混沌狀態(tài)的外腔半導(dǎo)體激光器、兩個(gè)通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導(dǎo)體激光器、η條不同長度的光纖、光耦合器、光隔離器、光環(huán)形器、光電檢測器以及調(diào)制解調(diào)器組成；在兩個(gè)半導(dǎo)體激光器之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)混沌同步和雙向多信道混沌通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，其特征在于，使用相同的外部混沌光信號(hào)對(duì)兩多延時(shí)互注入激光器實(shí)施單向注入，在兩多延時(shí)互注入激光器之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)混沌同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)，其特征在于，每條互注入光纖支路上均可實(shí)現(xiàn)同時(shí)雙向的信息傳送，通過η條雙向支路連接的半導(dǎo)體激光器之間可同時(shí)進(jìn)行2η個(gè)信息的傳送。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多信道混沌同步通信系統(tǒng)。一工作在混沌狀態(tài)的半導(dǎo)體激光器的輸出被均勻分為兩部分，分別由兩條相同的單向光纖支路注入到兩個(gè)由n條不同延時(shí)的雙向光纖支路連接的互注入激光器中；在單向注入的注入-鎖定效應(yīng)作用下，所述的兩多延時(shí)互注入激光器之間可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高品質(zhì)的混沌同步；基于此，每個(gè)互注入激光器可同時(shí)發(fā)送n個(gè)并接收n個(gè)信息，從而實(shí)現(xiàn)多信道混沌同步通信。本實(shí)用新型在簡單結(jié)構(gòu)的多延時(shí)互注入系統(tǒng)中很容易地實(shí)現(xiàn)了混沌同步，解決了傳統(tǒng)多延時(shí)互注入系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)同步需要注入和反饋滿足嚴(yán)格的數(shù)學(xué)關(guān)系的疑難；而且本實(shí)用新型支持兩個(gè)激光器之間的多信息同時(shí)雙向傳輸，對(duì)實(shí)現(xiàn)混沌網(wǎng)絡(luò)通信具有指導(dǎo)意義。
文檔編號(hào)H04L7/00GK202663408SQ20112030023
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者江寧, 潘煒, 項(xiàng)水英, 楊磊 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)