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一种变参数的光电相位混沌通信系统   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2021-01-25
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-06-15
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-06-14
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2041-01-25
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202110098241.4 申请日 2021-01-25
公开/公告号 CN112865952B 公开/公告日 2022-06-14
授权日 2022-06-14 预估到期日 2041-01-25
申请年 2021年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 H04L9/00H04B10/50H04B10/516H04B10/67H04B10/69 主分类号 H04L9/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 2 从权数量 7
权利要求数量 9 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2003.03.27CN 109450613 A,2019.03.08李齐良等《.基于耦合混沌半导体激光器之间双向信号传输的研究》《.中国激光》.2018,Penghua Mu ET AL.《.Concealment ofChaos Time-Delay Signature Through Phase-Conjugate Feedback and Chaos OpticalInjection》《.IEEE Photonics Journal 》.2017,Dewang Chen ET AL.《.Bidirectionalcommunication with time-delay concealmentin a system combining all-opticalintensity and electrooptical phasechaos》《.Optics Communications》.2020,;
引用专利 US2003058499A 被引证专利
专利权维持 1 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 李齐良、林郎、奚小虎、胡淼、周雪芳、唐向宏、曾然 第一发明人 李齐良
地址 浙江省杭州市经济技术开发区白杨街道2号大街1158号 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 7
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
浙江千克知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
周希良
摘要
本发明涉及一种变参数的光电相位混沌通信系统,包括:发送端,包括依次连接的第一混沌激光器、第一环形器、第一耦合器、第一马赫‑曾德尔干涉仪、第一光电检测器、第一电放大器、第一相位调制器、第二耦合器;还包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫‑曾德尔干涉仪、第二光电检测器、第二电放大器,第一电放大器与第一相位调制器连接;接收端,包括依次连接的第三耦合器、第三马赫‑曾德尔干涉仪、第三光电检测器、第三电放大器、第二相位调制器、第一光隔离器、第一分束器、第三混沌激光器;第一分束器还分别与第四光电检测器、第五光电检测器连接;第二耦合器与第三耦合器通过光纤连接。本发明具有性能稳定、保密性强等特点。
  • 摘要附图
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
  • 说明书附图:图1
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
  • 说明书附图:图2
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
  • 说明书附图:图3
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
  • 说明书附图:图4
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
  • 说明书附图:图5
    一种变参数的光电相位混沌通信系统
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-06-14 授权
2 2021-06-15 实质审查的生效 IPC(主分类): H04L 9/00 专利申请号: 202110098241.4 申请日: 2021.01.25
3 2021-05-28 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,包括:
发送端,包括依次连接的第一混沌激光器、第一环形器、第一耦合器、第一马赫‑曾德尔干涉仪、第一光电检测器、第一电放大器、第一相位调制器、第二耦合器;还包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫‑曾德尔干涉仪、第二光电检测器、第二电放大器,第一电放大器与第一相位调制器连接;第一耦合器与第一相位调制器连接;
接收端,包括依次连接的第三耦合器、第三马赫‑曾德尔干涉仪、第三光电检测器、第三电放大器、第二相位调制器、第一光隔离器、第一分束器、第三混沌激光器;第一分束器还分别与第四光电检测器、第五光电检测器连接;第三耦合器与第二相位调制器连接;
第二耦合器与第三耦合器通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一混沌激光器输出的混沌光信号通过第一环形器进入第一耦合器后分成两路,一路光信号进入第一相位调制器,另一路光信号依次进入第一马赫‑曾德尔干涉仪、第一光电检测器、第一电放大器放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x1;
第二混沌激光器输出的混沌光信号依次进入第二马赫‑曾德尔干涉仪、第二光电检测器、第二电放大器放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x2,第一相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2,同时产生延迟时间隐藏的混沌信号。

3.根据权利要求2所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一相位调制器输出信号进入第二耦合器后分成两路,一路信号通过第一环形器反馈至第一激光器,另一路信号通过光纤传输到接收端的第三耦合器后分成两路,一路进入第二相位调制器,另一路依次进入第三马赫‑曾德尔干涉仪、第三光电检测器、第三电放大器放大后对进入第二相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x2‑x1;第二相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2+x2‑x1=0,相位混沌消失,变成强度混沌信号。

4.根据权利要求3所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述强度混沌信号依次经过第一光隔离器、第一光分束器,进入第三激光器,驱动第三激光器与第一激光器同步;同步后,将信息对第一激光器的偏置电流进行调制,实现加密,基于混沌同步的鲁棒性,利用第四、第五光电调制器对第一分束器分离的发送和本地的光混沌信号进行检测,然后相减得到同步误差,滤波后就能恢复发送的信号。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一混沌激光器外腔反馈延迟时间为2.87ns,第二混沌激光器的外腔反馈延迟时间为
2.67ns,第一混沌激光器驱动第三混沌激光器的延迟时间为4.87ns。

6.根据权利要求1‑4任一项所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一混沌激光器和第三混沌激光器的偏置电流为32mA,第二混沌激光器的偏置电流为
30mA。

7.根据权利要求1‑4任一项所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一混沌激光器、第二和第三混沌激光器产生的信号波长1550nm,功率为10mW。

8.根据权利要求1‑4任一项所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一电放大器、第二电放大器和第三电放大器的增益为10dB。

9.根据权利要求1‑4任一项所述的一种变参数的光电相位混沌通信系统,其特征在于,所述第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器、第四光电检测器和第五光电检测器的量子效率为10%。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于保密通信与信息安全技术领域,具体涉及一种变参数的光电相位混沌通信系统。

背景技术

[0002] 光混沌通信中激光器的内部和外部参数可以看成通信双方的密钥,因为能够通信的基础是混沌同步,在发送端和接收端的参数匹配,光混沌信号才能完成同步,这样就可以通过将待发送信号调制到光混沌信号中,在接收端利用混沌信号的鲁棒性将接收到的混沌信号与本地混沌信号进行相减就可以将信号解调出来。激光器通信系统的参数如果容易猜出或者测量,那么就影响了通信的安全,这样尤其是反馈延时隐藏后,就能增强混沌通信的安全。
[0003] 因此,有必要隐藏反馈时间延迟参数,提供了一种新的延时隐藏安全通信的方案。

发明内容

[0004] 针对现有技术的不足,本发明提供一种变参数的光电相位混沌通信系统。本发明的创新之处在于,利用两个混沌激光器,产生强度混沌,通过光电转换将两个光混沌信号转为两个电信号,输入同一个马赫曾‑德尔调制器,对第一路光信号进行相位调制,再反馈至第一激光器,并发送到接收端,从而对时延签名进行隐藏,在接收端利用相位调制器对产生反相同步,抵消接收信号中的相位混沌,驱动接收端激光器,产生同步,信号的加密通过调制发送端激光器的偏置电流来实现,检测其同步误差来解密发送的信息,进而进行安全通信。
[0005] 为了达到上述发明目的,本发明采取以下技术方案:
[0006] 一种变参数的光电相位混沌通信系统,包括:
[0007] 发送端,包括依次连接的第一混沌激光器、第一环形器、第一耦合器、第一马赫‑曾德尔干涉仪、第一光电检测器、第一电放大器、第一相位调制器、第二耦合器;还包括依次连接的第二混沌激光器、第二马赫‑曾德尔干涉仪、第二光电检测器、第二电放大器,第一电放大器与第一相位调制器连接;第一耦合器与第一相位调制器连接;
[0008] 接收端,包括依次连接的第三耦合器、第三马赫‑曾德尔干涉仪、第三光电检测器、第三电放大器、第二相位调制器、第一光隔离器、第一分束器、第三混沌激光器;第一分束器还分别与第四光电检测器、第五光电检测器连接;第三耦合器与第二相位调制器连接;
[0009] 第二耦合器与第三耦合器通过光纤连接。
[0010] 作为优选方案,所述第一混沌激光器输出的混沌光信号通过第一环形器进入第一耦合器后分成两路,一路光信号进入第一相位调制器,另一路光信号依次进入第一马赫‑曾德尔干涉仪、第一光电检测器、第一电放大器放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x1;第二混沌激光器输出的混沌光信号依次进入第二马赫‑曾德尔干涉仪、第二光电检测器、第二电放大器放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为 x2,第一相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2,同时产生延迟时间隐藏的混沌信号。
[0011] 作为优选方案,所述第一相位调制器输出信号进入第二耦合器后分成两路,一路信号通过第一环形器反馈至第一激光器,另一路信号通过光纤传输到接收端的第三耦合器后分成两路,一路进入第二相位调制器,另一路依次进入第三马赫‑曾德尔干涉仪、第三光电检测器、第三电放大器放大后对进入第二相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x2‑x1;第二相位调制器输出信号的附加相位为 x1‑x2+x2‑x1=0,相位混沌消失,变成强度混沌信号。
[0012] 作为优选方案,所述强度混沌信号依次经过第一光隔离器、第一光分束器,进入第三激光器,驱动第三激光器与第一激光器同步;同步后,将信息对第一激光器的偏置电流进行调制,实现加密,基于混沌同步的鲁棒性,利用第四、第五光电调制器对第一分束器分离的发送和本地的光混沌信号进行检测,然后相减得到同步误差,滤波后就能恢复发送的信号。
[0013] 作为优选方案,所述第一混沌激光器外腔反馈延迟时间为 2.87ns,第二混沌激光器的外腔反馈延迟时间为2.67ns,第一混沌激光器驱动第三混沌激光器的延迟时间为4.87ns。
[0014] 作为优选方案,所述第一混沌激光器和第三混沌激光器的偏置电流为32mA,第二混沌激光器的偏置电流为30mA。
[0015] 作为优选方案,所述第一混沌激光器、第二和第三混沌激光器产生的信号波长1550nm,功率为10mW。
[0016] 作为优选方案,所述第一电放大器、第二电放大器和第三电放大器的增益为10dB。
[0017] 作为优选方案,所述第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器、第四光电检测器和第五光电检测器的量子效率为10%。
[0018] 本发明的信号传输原理为:第一混沌激光器输出的混沌光信号通过第一环形器,进入第一耦合器后分成两路,一路进入第一相位调制器,另一路进入第一马赫‑曾德尔干涉仪,然后进入第一光电检测器,第一电放大器,放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x1;第二混沌激光器输出的混沌光信号进入第二马赫‑曾德尔干涉仪,然后进入第二光电检测器,第二电放大器,放大后对进入第一相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x2,这样第一相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2。第一相位调制器输出信号进入第二耦合器,分成两路,一路通过第一环形器,反馈至第一激光器,另一路通过光纤传输到接收端的第三耦合器,分成两路,一路进入第二相位调制器,另一路进入第三马赫‑曾德尔干涉仪,然后进入第三光电检测器,第三电放大器,放大后对进入第二相位调制器的光信号进行相位调制,产生的附加相位为x2‑x1;这样第二相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2+x2‑x1=0,这样相位混沌消失,变成强度混沌,进过第一光隔离器,第一光分束器,进入第三激光器,驱动第三激光器与第一激光器同步;同步后,将信息对第一激光器的偏置电流进行调制,实现加密,基于混沌同步的鲁棒性,利用第四、第五光电调制器对第一分束器分离的发送和本地的光混沌信号进行检测,然后相减得到同步误差,滤波后就能恢复发送的信号。
[0019] 本发明与现有技术相比,有益效果是:
[0020] 本发明的变参数的光电相位混沌通信系统,由于两个激光器时间序列不具有相关性,利用相位调制器将两个不相关的混沌相位叠加,产生反馈置乱,反馈至第一激光器导致时间延迟签名隐藏,不仅实现了混沌同步通信的混沌时间延迟隐藏,而且具有性能稳定、保密性强等特点。

实施方案

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
[0028] 本发明实施例的变参数的光电相位混沌通信系统,包括发送端和接收端,发送端和接收端中间通过光纤连接。
[0029] 具体地,如图1所示,安全通信系统的上述器件的具体连接关系为:
[0030] 发送端包括第一混沌激光器1‑1,第一环形器2,第一耦合器3‑1,第一马赫‑曾德尔干涉仪4‑1,第一光电检测器5‑1,第一电放大器6‑1,第二混沌激光器1‑2,第二马赫‑曾德尔干涉仪4‑2,第二光电检测器 5‑2,第二电放大器6‑2,第一相位调制器7‑1,第二耦合器3‑2。
[0031] 其中,第一混沌激光器1‑1的a1端口与第一环形器2的b1端口相连接,第一环形器2的b2端口与第一耦合器3‑1的c1端口相连接,第一耦合器3‑1的c2端口与第一马赫‑曾德尔干涉仪4‑1的d1端口相连接,第一马赫‑曾德尔干涉仪4‑1的d2端口与第一光电检测器5‑1 的e1端口相连接,第一光电检测器5‑1的e2端口与第一电放大器6‑1 的f1端口相连接,第一电放大器6‑1的f1端口与第一相位调制器7‑1 的g3端口相连接,第一耦合器3‑1的c3端口与第一相位调制器7‑1 的g1端口相连接,第一相位调制器7‑1的g4端口与第二耦合器3‑2 的c4端口连接,第二耦合器3‑2的c6端口与第一环形器2的b3端口相连接。
[0032] 第二混沌激光器1‑2的a1端口与第二马赫‑曾德尔干涉仪4‑2的 d3端口相连接,第二马赫‑曾德尔干涉仪4‑2的d4端口与第二光电检测器5‑2的e3端口相连接,第二光电检测器5‑2的e4端口第二电放大器6‑2的f3端口相连接,第二电放大器6‑2的f4端口与第一相位调制器7‑1的g4端口相连接,
[0033] 发送端与接收端通过第二光耦合器3‑2的c5端口与接收端中第三耦合器3‑3的c7端口用光纤相连接,以此构成发送端和接收端间的通信连接。
[0034] 在接收端中,包括第三耦合器3‑3、第三马赫‑曾德尔干涉仪4‑3、第三光电检测器5‑3、第三电放大器6‑3、第二相位调制器7‑2、第一光隔离器8、第四光电检测器5‑4、第五光电检测器5‑5 、第一分束器9、第三混沌激光器1‑3。具体地,第三耦合器3‑3的c9端口与第三马赫‑曾德尔干涉仪4‑3的d5端口相连接、第三马赫‑曾德尔干涉仪 4‑3的d6端口与第三光电检测器5‑3的e5端口相连接、第三光电检测器5‑3的e6端口与第三电放大器6‑3的f5端口相连接、第三电放大器6‑3的f6端口第二相位调制器7‑2的g7端口相连接、第三耦合器3‑3的c8端口与第二相位调制器7‑2的g5端口相连接,第二相位调制器7‑2的g6端口与第一光隔离器8的h1端口相连接、第一光隔离器8的h2端口与第一分束器9的i1端口相连接,第一分束器
9的 i2端口与第三混沌激光器1‑3的a3端口相连接,第一分束器9的i3 端口与第四光电检测器5‑4的e7端口相连接,第一分束器9的i4端口第五光电检测器5‑5 的e7端口相连接。
[0035] 上述器件中,发送端的第一混沌激光器与接收端的第三混沌激光器的参数相同。具体地,第一混沌激光器外腔反馈延迟时间为2.87ns,第二混沌激光器的外腔反馈延迟时间为2.67ns,第一混沌激光器驱动第三混沌激光器的延迟时间为4.87ns;
[0036] 第一混沌激光器和第三混沌激光器的偏置电流为32mA,第二混沌激光器的偏置电流为30mA;
[0037] 第一混沌激光器、第二和第三混沌激光器产生的信号波长 1550nm,功率为10mW;
[0038] 第一电放大器、第二电放大器和第三电放大器的增益为10dB;
[0039] 第一光电检测器、第二光电检测器、第三光电检测器、第四光电检测器和第五光电检测器的量子效率为10%。
[0040] 下面将结合上述系统结构对本实施例的时间延迟签名隐藏的安全通信系统的使用方式作说明。
[0041] 发送端中第一混沌激光器1‑1输出的混沌光信号通过第一环形器 2,进入第一耦合器3‑1后分成两路,一路进入第一相位调制器7‑1,另一路进入第一马赫‑曾德尔干涉仪4‑1,再依次进入第一光电检测器 5‑1,第一电放大器6‑1,放大后对进入第一相位调制器7‑1的另一路光信号进行相位调制,产生附加相位为x1;第二混沌激光器1‑2输出的混沌光信号进入第二马赫‑曾德尔干涉仪4‑2,然后进入第二光电检测器5‑2,第二电放大器6‑2,放大后对进入第一相位调制器7‑1的光信号进行相位调制,产生附加相位x2,这样第一相位调制器输出信号总的附加相位为x1‑x2。
[0042] 第一相位调制器7‑1输 出信号进入第二耦合器3‑2,分成两路,一路通过第一环形器2,反馈至第一激光器1‑1,另一路通过光纤传输到接收端的第三耦合器3‑3,分成两路,一路进入第二相位调制器 7‑2,另一路进入第三马赫‑曾德尔干涉仪4‑3,然后进入第三光电检测器5‑3,第三电放大器6‑3,放大后对进入第二相位调制器7‑2的光信号进行相位调制,产生附加相位为x2‑x1;这样第二相位调制器输出信号的附加相位为x1‑x2+x2‑x1=0,这样相位混沌消失,变成强度混沌,进过第一光隔离器8,第一光分束器9,进入第三激光器1‑3,驱动第三激光器与第一激光器同步。同步后,将信息对第一激光器1‑1 的偏置电流进行调制,实现加密,基于混沌同步的鲁棒性,利用第四光电调制器5‑4、第五光电调制器5‑5对第一分束器9分离的发送和本地的光混沌信号进行检测,然后相减得到同步误差,滤波后就能恢复发送的信号。
[0043] 如图2所示,发送端被信息调制后的混沌信号;如图3所示,接收端产生的混沌信号;如图4、5所示,发送端传送的原始信号与接收端解密的信号是一致的,说明本发明的光电相位混沌通信系统能应用于保密通信。
[0044] 实现通信的过程简要归纳如下:
[0045] 1、发送端两个激光器产生混沌信号,变成电信号,对相位调制器进行调制,并利用相位调制器对相位进行叠加,反馈到激光器,产生延时隐藏混沌信号。
[0046] 2、接收端消除相位混沌,信号为强度混沌信号。
[0047] 3、将强度混沌信号驱动接收端第三激光器,与接收的混沌信号同步。
[0048] 4、收发两端同步以后,收发两端同步以后,信息对发送端的激光器偏置电流进行调制,实现信息加密。
[0049] 5、利用光电检测器检测本地和接收的光功率信号,减去同步误差,经过低通滤波,恢复发送端的信息。
[0050] 本发明利用常见器件实现混沌通信,具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。
[0051] 以上对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明,对本领域的普通技术人员而言,依据本发明提供的思想,在具体实施方式上会有改变之处,而这些改变也应视为本发明的保护范围。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例的光电相位混沌通信系统的构架示意图;
[0022] 图2为本发明实施例的发送端混沌激光器被信号调制后输出的混沌信号示意图;
[0023] 图3为本发明实施例的接收端混沌激光器输出的混沌信号示意图;
[0024] 图4为本发明实施例的发送端发送的二进制信号示意图;
[0025] 图5为本发明实施例的接收端恢复的二进制信号示意图;
[0026] 其中:1‑1、1‑2和1‑3分别表示第一混沌激光器、第二混沌激光器和第三混沌激光器;2为第一环形器;3‑1、3‑2和3‑3分别为第一、第二和第三耦合器;4‑1、4‑2和4‑3分别为第一、第二和第三马赫‑曾德尔干涉仪;5‑1、5‑2、5‑3以及5‑4和5‑5为第一、第二、第三和第四、第五光电检测器;6‑1、6‑2和6‑3分别为第一、第二和第三电放大器;7‑1和7‑2分别表示第一和第二相位调制器;8为第一光隔离器;9为第一分束器。
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