專利名稱：一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及混沌、光纖通信和半導體激光器領域，尤其是一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，適用于多信息的同時雙向并行保密傳輸。
背景技術：
基于互注入半導體激光器的混沌同步通信具有同時雙向傳輸特性、高保密性，而多延時互注入半導體激光器系統則是實現多信道混沌同步通信的優選系統之一，其中關鍵問題在于多延時互注入條件下穩定高品質的混沌同步的實現。關于多延時互注入系統的同步近期始有報道(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參量滿足嚴格數學關系，且產生的混沌信號是低頻振蕩混沌信號，同步品質在混沌信號強度下降的時間內會降低，很難應用于信息的傳輸，這些因素嚴重限制了基于多延時互注入系統的混沌同步通信的實現和現實應用。
實用新型內容鑒于以上陳述的已有系統的不足和擬采用系統技術的固有優點，本實用新型的目的是提供一種原理簡單，容易實現的多信道混沌同步通信系統，為更復雜的混沌網絡通信提供一種雛形系統。本實用新型的目的是通過如下手段來實現的。一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，其特征在于由一個工作在混沌狀態的外腔半導體激光器、兩個通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導體激光器、η條不同長度的光纖、光耦合器、光隔離器、光環形器、光電檢測器以及調制解調器組成；在兩個半導體激光器之間實現穩定高品質的實時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對兩多延時互注入激光器實施單向注入，在兩多延時互注入激光器之間實現穩定高品質的實時混沌同步；每條互注入光纖支路上均可實現同時雙向的信息傳送，通過η條雙向支路連接的半導體激光器之間可同時進行2η個信息的傳送。一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，由一個工作在混沌狀態的外腔半導體激光器、兩個通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導體激光器、光纖、耦合器、光隔離器、光環形器、光電檢測器以及調制解調器組成；包含如下的處理步驟外腔激光器被視為驅動激光器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條不同延時的雙向鏈路連接；調節單向支路的注入強度，使其注入-鎖定效應足夠強，驅使SLl和SL2的輸出之間達到實時混沌同步；基于此，在所述的每條雙向支路兩端對SLl和SL2產生的混沌載波進行外部調制，可將2η個信息加載到混沌載波中；相應地，在每條雙向支路兩端利用SLl和SL2產生的混沌載波對接收的已調混沌載波進行相應的解調，可同時解調出2η個信息；從而實現簡單SL結構中的多信道混沌通信。經過如上的設計后，用相同的外部混沌光對多延時互注入半導體激光器實施單向注入，利用該注入的注入_鎖定效應，可獲得穩定聞品質的實時混沛同步；在每條雙向支路兩端將信息加載至多延時互注入激光器產生的混沌載波中，可實現多信息的同時雙向傳輸，即在簡單SL結構中實現多信道混沌同步通信。在實際使用上本實用新型具有如下優點(I)操作簡單，只需要適當地調節單向支路的注入強度，即可方便地實現多延時互注入激光器系統的實時混沌同步；(2)由于引入了額外的注入-鎖定效應，本實用新型中的混沌同步具有優越的噪聲魯棒性，參數失配魯棒性以及頻率失諧容忍性；(3)具有多信息同時雙向傳輸的功能，為多信道混沌同步通 信開辟了一種新的方式，也為實現混沌通信網絡提供了一種可行的系統方案。
圖I本實用新型系統的系統示意圖。圖2SL1 (第一行)和SL2(第二行)的輸出強度。圖3SL1端通過雙向支路I傳輸的信息mn(第一行)和通過雙向支路2傳輸的信
息m12 (第二行)。圖4SL2端通過雙向支路I傳輸的信息m21 (第一行)和通過雙向支路2傳輸的信
息m22 (第二行)。圖5SL1端雙向支路I和2上的已調混沌載波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解調出的信息m' n(第一行)和m' 12(第二行)。其中，單向支路注入強度取值為eOns—1，雙向支路I和雙向支路2的互注入強度都為8ns4,對應的互注入延時分別為5ns和10ns。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施作進一步的描述。如圖I所示,本實用新型系統由驅動激光器DSL，多延時互注入激光器SLl和SL2，外部光調制器M，光電檢測器ro，解調器D，光纖鏈路，光耦合器0C，光隔離器OI以及光環形器組成。在圖I中，適當調節驅動激光器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。兩多延時互注入激光器SLl和SL2通過η條雙向光纖支路連接，在DSL輸出的單向驅動下，SLl和SL2能很容易地工作在混沌狀態，同時在該單向驅動的注入-鎖定效應作用下，對稱注入的SLl和SL2之間可以很容易地實現實時混沌同步。在所述的每條雙向支路的兩端，采用一個調制/解調模塊將待傳送的信息調制到混沌載波中，同時從接收到的混沌載波中解調出對面激光器通過該支路傳送的信息。所有信息的調制都采用混沌調制方式，雙向支路X上的信息調制的數學描述為[0022]SLl端信息mlx的調制SL1通過雙向支路X傳向SL2的已調混沌載波為Pixm (t) = P1 (t) [1+ δ lxmlx (t) ] (I)SL2端信息m2X的調制SL2通過雙向支路X傳向SLl的已調混沌載波為P2Xm(t) = P2(t) [1+δ 2Xm2X(t)] (2)SLl端信息m2X的解調SL1從雙向支路X解調出的信息為m'2x(0 = LPF{^-[%^-l]}(3)
P' (OSL2端信息mlx的解調SL2從雙向支路X解調出的信息為[_] m'lx(0 = LPF{-!-[%^-l]}(4)
^lX W上述式子中，下標1，2分別表示半導體激光器SL1，SL2 ;下標m表示調制后的混沌載波；下標X表不雙向支路X ；P(t)為激光器輸出光強度；mlx(t)，m2X(t),分別表不信息SLl和SL2通過支路X傳向對方的源信息，δ1χ，δ2Χ為它們對應的調制深度，通常取值10%以下！m' lx(t)，m/ 2X(t)表示信息mw(t)和m2X(t)對應的解調信息；LPF表示用一截止頻率等于信息比特率的低通濾波器對解調運算以后的結果進行濾波，消除噪聲等的影響。下面以兩條雙向支路連接SLl和SL2為例，舉例分析本實用新型系統的同步性能，驗證其多信道混沌同步通信能力。具體系統參量為激光器工作波長為1550nm，工作偏置電流為42mA，DSL的反饋強度和反饋延時分別為2011^1和5ns，SLl和SL2之間雙向支路I的注入延時為5ns，雙向支路2的注入延時為10ns，單向支路的注入延時設為0ns，調制深度為δ 11 = 5 12 = 5 21 = 5 22 = °· 02,信息為二進制隨機序列。圖2至圖8給出了本實用新型系統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，且它們的輸出完全相同，實時同步；分別用如圖3所示的隨機二進制序列mn (lGbit/s)和m12(2Gbit/s)對SLl輸出的混沌載波進行外部調制，得到如圖5所示的已調混沛載波；另一方面，用如圖4所示的隨機二進制序列m21(3Gbit/s)和m22(4Gbit/s)對SL2輸出的混沌載波進行外部調制，得到如圖6所示的已調混沌載波；可以看出調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)描述的解調方法，SLl恢復出的雙向支路I和2傳輸信息m' 21和m' 22如圖7所不；SL2恢復出的雙向支路I和2傳輸信息m' n和m' 12如圖8所不；結果表明，SLl和SL2之間可成功地實現多信息的同時雙向傳輸，即實現了多信道混沌同步通信。綜合以上陳述，本實用新型具有如下特征1)在適當的單向注入條件下，多延時互注入半導體激光器之間可以很容易地實現穩定高品質的實時混沌同步，原理簡單，操作方便，且實現的混沌同步具有良好的噪聲魯棒性、參數失配魯棒性以及頻率失諧魯棒性；2)支持簡單拓撲結構條件下的多信道混沌同步通信，可以大大地提高系統的傳輸容量；3)本實用新型具有較強的可擴展性，其原理可用于實現更復雜的多信道混沌通信系統；4)本實用新型的同步和通信原理不僅僅適用于混沌半導體激光器系統，對其它形式的混沌系統同樣適用。[0034]以上所陳述的僅僅是本實用新型方法的優選實施方式，應當指出，在不脫離本實用新型方法物理原理的前提下，在實際實施中可以做出若干更改和潤色(比如采用其它調 制/解調方法、將單路信息通過串并轉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、以及采用電路或其它形式的混沌系統等)也應包含在本實用新型的保護范圍以內。
權利要求1.一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，其特征在于由一個工作在混沌狀態的外腔半導體激光器、兩個通過η條雙向光纖支路連接的互注入半導體激光器、η條不同長度的光纖、光耦合器、光隔離器、光環形器、光電檢測器以及調制解調器組成；在兩個半導體激光器之間實現實時混沌同步和雙向多信道混沌通信。
2.根據權利要求I所述的一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，其特征在于，使用相同的外部混沌光信號對兩多延時互注入激光器實施單向注入，在兩多延時互注入激光器之間實現實時混沌同步。
3.根據權利要求I所述的一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統，其特征在于，每條互注入光纖支路上均可實現同時雙向的信息傳送，通過η條雙向支路連接的半導體激光器之間可同時進行2η個信息的傳送。
專利摘要本實用新型公開了一種簡單拓撲結構的多信道混沌同步通信系統。一工作在混沌狀態的半導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由n條不同延時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-鎖定效應作用下，所述的兩多延時互注入激光器之間可實現穩定高品質的混沌同步；基于此，每個互注入激光器可同時發送n個并接收n個信息，從而實現多信道混沌同步通信。本實用新型在簡單結構的多延時互注入系統中很容易地實現了混沌同步，解決了傳統多延時互注入系統中實現同步需要注入和反饋滿足嚴格的數學關系的疑難；而且本實用新型支持兩個激光器之間的多信息同時雙向傳輸，對實現混沌網絡通信具有指導意義。
文檔編號H04L7/00GK202663408SQ20112030023
公開日2013年1月9日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者江寧, 潘煒, 項水英, 楊磊 申請人:西南交通大學