CN109462479B - 一种保密光纤通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种保密光纤通信系统。该系统中，信号发送端的信号输出端与发送端加密模块的信号输入端连接；发送端加密模块的信号输出端通过光纤链路与接收端解密模块的信号输入端连接；接收端解密模块的信号输出端与信号接收端连接；初始混沌激光发生装置的信号输出端分别与发送端混沌激光发生装置和接收端混沌激光发生装置的信号输入端连接；发送端混沌激光发生装置的信号输出端通过发送端光电探测器与发送端加密模块的控制信号输入端连接；接收端混沌激光发生装置的信号输出端通过接收端光电探测器与接收端解密模块的控制信号输入端连接。本发明能够使信号发送端和信号接收端产生同步的加密信号和解密信号，使窃密者即便了解系统结构也无法破解。

Description

一种保密光纤通信系统
技术领域
本发明涉保密通信和光纤通信技术领域，特别是涉及一种保密光纤通信系统。
背景技术
随着通信网络技术的发展，人们对通信系统传输速率的要求越来越高，同时通信系统中信息的安全性也受到世界各国的关注，如何实现高速保密通信已经成为近年来的一个热点课题。
混沌信号具有类似噪声的波形，如果将信息隐藏在混沌信号中，可以提高信息的保密性，因此近年来混沌光通信的研究十分活跃，已成为保密光纤通信研究中的一个重要分支。在保密光纤通信过程中，信息可以通过混沌掩藏、混沌键控、混沌调制三种方式隐藏在混沌到在载波中，并发送到接收端，接收端通过实现混沌载波同步对信息进行解密。当信息速率较低时，混沌信号并不能有效隐藏信息，窃密者通过低通滤波、强注入混沌同步等方式可以恢复出信息；与此同时，由于混沌信号的带宽有限，不适合高速光通信传输。因此传统混沌光通信系统的安全性和速率有待进一步提高。
正交幅度调制(QAM)、正交相位键控(QPSK)等高阶调制是提高通信系统速率的有效方式，因此近年来基于上述高阶调制的正交频分复用(OFDM)技术被广泛应用于实现高速光纤通信系统。现有的用于提高OFDM光通信系统安全性的方法主要采用随机或者伪随机密钥在产生OFDM数据帧的过程中进行扰动，使OFDM信号的星座图发生偏移或旋转，在接收端用相同的密钥对接收信号进行解扰动。但这类系统如果秘钥被拦截则无法保证通信的安全性。
发明内容
本发明的目的是提供一种保密光纤通信系统，使信号发送端和信号接收端产生同步的加密信号和解密信号，使窃密者即便了解本发明的结构也无法破解。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种保密光纤通信系统，包括：信号发送端、信号接收端、初始混沌激光发生装置、发送端混沌激光发生装置、接收端混沌激光发生装置、发送端光电探测器、接收端光电探测器、发送端加密模块和接收端解密模块；
所述信号发送端的信号输出端与所述发送端加密模块的信号输入端连接；所述发送端加密模块的信号输出端通过光纤链路与所述接收端解密模块的信号输入端连接；所述接收端解密模块的信号输出端与所述信号接收端连接；
所述初始混沌激光发生装置的信号输出端分别与所述发送端混沌激光发生装置的信号输入端和所述接收端混沌激光发生装置的信号输入端连接；所述发送端混沌激光发生装置的信号输出端与所述发送端光电探测器的信号输入端连接；所述发送端光电探测器的信号输出端与所述发送端加密模块的控制输入端连接；所述接收端混沌激光发生装置的信号输出端与所述接收端光电探测器的信号输入端连接；所述接收端光电探测器的信号输出端与所述接收端解密模块的控制输入端连接；
所述初始混沌激光发生装置用于产生两路初始混沌激光信号，并将两路所述初始混沌激光信号分别传输到所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置，驱动所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置产生同步混沌激光；所述发送端混沌激光发生装置用于将产生的同步混沌激光通过发送端光电探测器进行光电转换后输出到所述发送端加密模块，作为所述发送端加密模块的控制信号；所述发送端加密模块在所述发送端光电探测器输出的控制信号的作用下将所述信号发送端产生的携带有待发送电信息信号的光信息信号变换为类似噪声的加密信号，生成的加密信号通过所述光纤链路传输到所述接收端解密模块；所述接收端混沌激光发生装置用于将产生的同步混沌激光通过接收端光电探测器进行光电转换后输出到所述接收端解密模块，作为所述接收端解密模块的控制信号；所述接收端解密模块在所述接收端光电探测器输出的控制信号的作用下对所述加密信号进行解密，并将解密信号传输到所述信号接收端。
可选的，所述初始混沌激光发生装置包括第一激光器、初始光耦合器、第一光耦合器、第一反射镜、第一光隔离器和第二光隔离器；所述初始光耦合器位于所述第一激光器的输出光路上，用于将所述第一激光器产生的激光分成第一路激光和第二路激光；所述第一反射镜位于所述第一路激光的传输光路上，用于将所述第一路激光反射回所述第一激光器，使所述第一激光器输出初始混沌激光信号，从而使所述第一路激光和所述第二路激光均变成混沌激光；所述第一光耦合器位于所述第二路激光的传输光路上，用于将所述第二路激光平均分成第三路激光和第四路激光；所述第三路激光经过所述第一光隔离器被传输到所述发送端混沌激光发生装置，所述第四路激光经过所述第二光隔离器被传输到所述接收端混沌激光发生装置。所述第一光隔离器和所述第二光隔离器用于保证所述第三路激光和所述第四路激光分别被单向地注入到所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置。
可选的，所述发送端混沌激光发生装置包括第二激光器、第二光耦合器和第二反射镜；
所述第二光耦合器位于所述第二激光器的输出光路以及所述第三路激光的传输光路上，用于将所述第二激光器的输出激光分成第五路激光和第六路激光，以及将所述第三路激光输入第二激光器；所述第二反射镜位于所述第五路激光的传输光路上，用于将所述第五路激光反射回所述第二激光器；所述第二激光器用于在所述第五路激光的反射激光和注入所述第二激光器的第三路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第五路激光和所述第六路激光均变成发送端同步混沌激光；在所述第六路激光的传输光路上设置有发送端光电探测器，所述发送端光电探测器用于将所述第六路激光转变成电控制信号。
可选的，所述接收端混沌激光发生装置包括第三激光器、第三光耦合器和第三反射镜；
所述第三光耦合器位于所述第三激光器的输出光路以及所述第四路激光的传输光路上，用于将所述第三激光器的输出激光分成第七路激光和第八路激光，以及将所述第四路激光输入第三激光器；所述第三反射镜位于所述第七路激光的传输光路上，用于将所述第七路激光反射回所述第三激光器；所述第三激光器用于在所述第七路激光的反射激光和注入所述第三激光器的第四路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第七路激光和所述第八路激光均变成接收端同步混沌激光；在所述第八路激光的传输光路上设置有接收端光电探测器，所述接收端光电探测器用于将所述第八路激光转变成电控制信号。
可选的，所述发送端加密模块包括第一发送端色散单元、发送端电光相位调制器和第二发送端色散单元；所述第一发送端色散单元的信号输入端与所述信号发送端的信息信号输出端连接，所述第一发送端色散单元的信号输出端与所述发送端电光相位调制器的光输入接口相连；所述发送端电光相位调制器的控制信号输入端与所述发送端光电探测器的信号输出端连接；所述发送端电光相位调制器的信号输出端与所述第二发送端色散单元的信号输入端连接；所述第二发送端色散单元信号输出端与通过光纤链路与所述接收端解密模块的信号输入端连接。
可选的，所述接收端解密模块包括第一接收端色散单元、接收端电光相位调制器和第二接收端色散单元；所述第二接收端色散单元的信号输入端通过所述光纤链路与所述第二发送端色散单元信号输出端连接；所述第二接收端色散单元的信号输出端与所述接收端电光相位调制器的光输入接口连接；所述接收端电光相位调制器的控制信号输入端与所述接收端光电探测器的信号输出端连接；所述接收端电光相位调制器的信号输出端与所述第一接收端色散单元信号输入端连接；所述第一接收端色散单元信号的输出端与所述信号接收端的信号输入端连接。
可选的，所述第一发送端色散单元与所述第一接收端色散单元的色散系数相反；所述第二发送端色散单元与所述第二接收端色散单元的色散系数相反；所述发送端电光相位调制器与所述接收端电光相位调制器的控制信号反相。
可选的，所述光纤链路中设置有光信号放大器，用于补偿传输过程引起的信号功率下降。
可选的，所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器均为半导体激光器。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开保密光纤通信系统，利用初始混沌激光发生装置产生两路初始混沌激光信号，两路初始混沌激光信号分别驱动发送端混沌激光发生装置和接收端混沌激光发生装置同步产生同步混沌激光，保证了发送端加密模块和接收端解密模块所对应的加密信号和解密信号的同步性，使窃密者即便了解本发明的结构，但其解密过程无法与加密信号保持同步，也无法实现解密，从而大大提高了信号传输的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明保密光纤通信系统实施例的系统结构图；
图2为MSL混沌信号5ns内时域波形；
图3为SSL1混沌信号5ns内时域波形；
图4为SSL2混沌信号5ns内时域波形；
图5是SSL1和SSL2混沌信号的互相关函数曲线；
图6是MSL和SSL1混沌信号的互相关函数曲线；
图7是MSL和SSL2混沌信号的互相关函数曲线；
图8为发送OFDM信号的原始时域波形；
图9为加密后OFDM信号的时域波形；
图10为加密后OFDM信号的星座图；
图11为恢复后OFDM信号的时域波形；
图12为恢复后OFDM信号的星座图；
图13为不同传输速率时加密信号、链路传输后信号、以及同步解密后恢复信号的BER曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种保密光纤通信系统，通过在发送端和接收端产生同步的模拟混沌光信号作为高速光纤通信系统的同步加密和解密信号，属于信号域加密；使信号发送端和信号接收端产生同步的加密信号和解密信号，使想窃密者即便了解本发明的结构也无法破解。同时，本发明直接在现有高速光纤通信系统中即插即用，显著提高高速光纤通信系统的信息安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明光纤通信系统实施例的系统结构图。
参见图1，该保密光纤通信系统，包括：信号发送端1、信号接收端2、初始混沌激光发生装置3、发送端混沌激光发生装置4、接收端混沌激光发生装置5、发送端光电探测器PD1、接收端光电探测器PD2、发送端加密模块6和接收端解密模块7；
所述信号发送端1的信号输出端与所述发送端加密模块6的信号输入端连接；所述发送端加密模块6的信号输出端通过光纤链路与所述接收端解密模块7的信号输入端连接；所述接收端解密模块7的信号输出端与所述信号接收端2连接；
所述初始混沌激光发生装置3的信号输出端分别与所述发送端混沌激光发生装置4的信号输入端和所述接收端混沌激光发生装置5的信号输入端连接；所述发送端混沌激光发生装置4的信号输出端与所述发送端光电探测器PD1的信号输入端连接；所述发送端光电探测器PD1的信号输出端与所述发送端加密模块6的控制输入端连接；所述接收端混沌激光发生装置5的信号输出端与所述接收端光电探测器PD2的信号输入端连接；所述接收端光电探测器PD2的信号输出端与所述接收端解密模块7的控制输入端连接；
所述初始混沌激光发生装置3用于产生两路相同的初始混沌激光信号，并将两路所述初始混沌激光信号分别传输到所述发送端混沌激光发生装置4和所述接收端混沌激光发生装置5，驱动所述发送端混沌激光发生装置4和所述接收端混沌激光发生装置5产生同步混沌激光；所述发送端混沌激光发生装置4用于将产生的同步混沌激光通过发送端光电探测器PD1进行光电转换后输出到所述发送端加密模块6，作为所述发送端加密模块6的控制信号；所述发送端加密模块6在所述发送端光电探测器PD1输出的控制信号的作用下将所述信号发送端1产生的携带有待发送电信息信号的光信息信号变换为类似噪声的加密信号，生成的加密信号通过光纤链路传输到所述接收端解密模块7；所述接收端混沌激光发生装置5用于将产生的同步混沌激光通过接收端光电探测器PD2进行光电转换后输出到所述接收端解密模块7，作为所述接收端解密模块的控制信号；所述接收端解密模块7在所述接收端光电探测器PD2输出的控制信号的作用下对所述加密信号进行解密，并将解密信号传输到所述信号接收端2。
可选的，所述信号发送端用于产生携带有待发送电信息信号的光信息信号，即为调制光信号，如高速OFDM或OOK信号等。所述信号发送端包括信号源、连续激光器CW和信号调制器IM。所述信号源用于产生原始的待发送电信息信号。所述连续激光器CW用于产生原始光载波信号。所述信号调制器IM用于将所述待发送电信息信号调制成适合光纤链路传输的光信息信号，从而生成携带有待发送电信息信号的光信息信号。
可选的，所述初始混沌激光发生装置3包括第一激光器MSL、初始光耦合器OC0、第一光耦合器OC1、第一反射镜M1、第一隔离器OI1和第二隔离器OI2；所述初始光耦合器OC0位于所述第一激光器MSL的输出光路上，用于将所述第一激光器MSL产生的激光分成第一路激光和第二路激光；所述第一反射镜M1位于所述第一路激光的传输光路上，用于将所述第一路激光反射回所述第一激光器MSL，使所述第一激光器MSL输出初始混沌激光信号，从而使所述第一路激光和所述第二路激光均变成混沌激光；所述第一光耦合器位于所述第二路激光的传输光路上，用于将所述第二路激光平均分成第三路激光和第四路激光；所述第三路激光经过所述第一光隔离器OI1被传输到所述发送端混沌激光发生装置4，所述第四路激光经过所述第二光隔离器OI2被传输到所述接收端混沌激光发生装置5。所述第一光隔离器OI1和所述第二光隔离器OI2用于保证所述第三路激光和所述第四路激光分别被单向地注入到所述发送端混沌激光发生装置4和所述接收端混沌激光发生装置5。
可选的，所述发送端混沌激光发生装置4包括第二激光器SSL1、第二光耦合器OC2和第二反射镜M2；所述第二光耦合器OC2位于所述第二激光器SSL1的输出光路以及所述第三路激光的传输光路上，用于将所述第二激光器SSL1的输出激光分成第五路激光和第六路激光，以及将所述第三路激光输入第二激光器SSL1；所述第二反射镜M2位于所述第五路激光的传输光路上，用于将所述第五路激光反射回所述第二激光器SSL1；所述第二激光器SSL1用于在所述第五路激光的反射激光和注入所述第二激光器SSL1的第三路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第五路激光和所述第六路激光均变成发送端同步混沌激光；在所述第六路激光的传输光路上设置有发送端光电探测器PD1，所述发送端光电探测器PD1用于将所述第六路激光转变成电控制信号。
可选的，所述接收端混沌激光发生装置5包括第三激光器SSL2、第三光耦合器OC3和第三反射镜M3；所述第三光耦合器OC3位于所述第三激光器SSL2的输出光路以及所述第四路激光的传输光路上，用于将所述第三激光器SSL2的输出激光分成第七路激光和第八路激光，以及将所述第四路激光输入第三激光器SSL2；所述第三反射镜M3位于所述第七路激光的传输光路上，用于将所述第七路激光反射回所述第三激光器SSL2；所述第三激光器SSL2用于在所述第七路激光的反射激光和注入所述第三激光器SSL2的第四路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第七路激光和所述第八路激光均变成接收端同步混沌激光；在所述第八路激光的传输光路上设置有接收端光电探测器PD2，接收端光电探测器PD2用于将所述第八路激光转变成电控制信号。
SSL1通过OC2和M2构成与MSL类似的外部反馈结构；SSL2通过OC3和M3形成与MSL类似的外部反馈结构。
可选的，所述发送端加密模块6包括第一发送端色散单元1a、发送端电光相位调制器PM1和第二发送端色散单元1b；所述第一发送端色散单元1a的信号输入端与所述信号发送端1的信息信号输出端连接；所述第一发送端色散单元1a的信号输出端与所述发送端电光相位调制器PM1的光输入接口相连；所述发送端电光相位调制器PM1的控制信号输入端与所述发送端光电探测器PD1的信号输出端连接；所述发送端电光相位调制器PM1的信号输出端与所述第二发送端色散单元1b的信号输入端连接；所述第二发送端色散单元1b的信号输出端通过光纤链路与所述接收端解密模块7的信号输入端连接。待发送信号经过发送端加密模块6的调制后变成类似噪声的、与所述发送信号无相关的信号。
可选的，所述接收端解密模块7包括第一接收端色散单元2a、接收端电光相位调制器PM2和第二接收端色散单元2b；所述第二接收端色散单元2b的信号输入端与所述第二发送端色散单元1b信号输出端通过所述光纤链路相连；所述第二接收端色散单元2b的信号输出端与所述接收端电光相位调制器PM2的光输入接口连接；所述接收端电光相位调制器PM2的控制信号输入端与所述接收端光电探测器PD2的信号输出端连接；所述接收端电光相位调制器PM2的信号输出端与所述第一接收端色散单元2a的信号输入端连接；所述第一接收端色散单元2a信号输出端与所述信号接收端2的信号输入端连接。
可选的，所述第一发送端色散单元1a与所述第一接收端色散单元2a的色散系数相反；所述第二发送端色散单元1b与所述第二接收端色散单元2b的色散系数相反。第一发送端色散单元1a、第一接收端色散单元2a、第二发送端色散单元1b与第二接收端色散单元2b为色散光纤、光纤光栅等具有色散作用的光学元件。接收端电光相位调制器PM2与发送端电光相位调制器PM1的控制信号反相。
可选的，所述光纤链路中设置有光信号放大器，用于补偿传输过程引起的信号功率下降。
可选的，所述第一激光器MSL、所述第二激光器SSL1和所述第三激光器SSL2均为半导体激光器。
本发明的工作流程为：第一激光器MSL输出被初始光耦合器OC0分为两部分，一部分经第一反射镜M1反馈回第一激光器MSL，使第一激光器MSL工作在混沌态；另一部分被第一光耦合器OC1均匀分成两部分，作为第二激光器SSL1和第三激光器SSL2的注入信号，驱使第二激光器SSL1和第三激光器SSL2产生同步混沌激光信号；发送端的第二激光器SSL1输出混沌激光信号经发送端光电探测器PD1转换为电信号作为发送端加密模块6中发送端电光相位调制器PM1的控制信号，第三激光器SSL2输出同步混沌激光信号经接收端光电探测器PD2转换并反相后作为接收端解密模块7中接收端电光相位调制器PM2的控制信号。
信号发送端将高速信息信号输入加密模块，经过信号域加密后，再经过光纤链路的传输至接收端，接收端将接收信号输入解密模块，恢复出原始信息信号。
本发明的上述保密光纤通信系统进行光纤通信的具体过程为：
(1)信号发送端产生信息光信号m(t)
发送端连续激光器CW产生连续光载波，并通过信号调制器IM将信息加载到光载波上，生成信息光信号m(t)
(2)产生激光混沌同步信号x(t)和y(t)
第一激光器MSL输出激光信号，经初始光耦合器OC0分成两路，一路为输出信号，一路经第一反射镜M1反射回到第一激光器MSL中形成光反馈产生初始混沌激光信号；初始混沌激光信号被传输至第二激光器SSL1和第三激光器SSL2作为注入信号，驱使第二激光器SSL1和第三激光器SSL2产生同步混沌激光x(t)和y(t)；
(3)将光信息信号m(t)输入至第一发送端色散单元1a。
当忽略高阶次的色散时，第一发送端色散单元1a的频域传递函数表达式为：
Figure BDA0001946903150000121
其中，
Figure BDA0001946903150000122
λ0为光信息信号m(t)的波长，c为真空中的光传播速度，D1a为第一发送端色散单元1a的色散系数，L1a为用作第一发送端色散单元的长度；
将所述第一发送端色散单元1a的频域传递函数变换到时域的表达式为：
Figure BDA0001946903150000123
其中，F-1代表反傅里叶变换，C′是和β2z有关的常系数，z为光纤长度；
那么光信息信号m(t)经过第一发送端色散单元1a后变为
x1a(t)＝m(t)*hDa1(t)
其中，*表示信号卷积；
(4)将同步混沌激光信号x(t)经过光电探测器PD1后获得电信号x′(t)输入至发送端加密模块作为电光相位调制器PM1的控制信号。发送端电光相位调制器的传递函数为：
hPM1(t)＝exp[ic1x′(t)]
其中，c1为调制系数。
那么，利用发送端电光相位调制器对信息信号x1a(t)进行处理后的信号为：
xp1(t)＝x1a(t)hPM1(t)
(5)将信号xp1(t)输入至第二发送端色散单元1b
当忽略高阶次的色散时，第二发送端色散单元1b的频域传递函数表达式为：
Figure BDA0001946903150000131
其中，
Figure BDA0001946903150000132
λ0为光信息信号的波长，c为真空中的光传播速度，D1b为第二发送端色散单元1b的色散系数；L1b为用作第二发送端色散单元的长度；
将光纤的频域传递函数变换到时域的表达式为：
Figure BDA0001946903150000133
那么信号xp1(t)经过发送端色散介质后的信号时域包络xm(t)为：
xm(t)＝xp1(t)*hD1b(t)
(6)经过光纤链路传输后将信号xm(t)输入至第二接收端色散单元2b。第二接收端色散单元2b具有与第二发送端色散单元1b相似的传递函数：
Figure BDA0001946903150000134
其中，
Figure BDA0001946903150000135
L2b为用作第二接收端色散单元的长度；其它参数与第二发送端色散单元完全相同。
xm(t)经过第二接收端色散单元2b色散光纤后为：
x2b(t)＝xm(t)*hD2b(t)
(7)将同步混沌激光信号y(t)经过光电探测器PD2后获得电信号y′(t)，并反相后，输入至接收端解密模块作为所述接收端电光相位调制器PM2的驱动信号。接收端电光相位调制器PM2的传递函数为：
hPM2(t)＝exp[-ic2y′(t)]
其中调制系数c2＝c1。
信号x2b(t)经过接收端电光相位调制器PM2处理后信号为：
xp2(t)＝x2b(t)hPM2(t)
(8)将信号xp2(t)传输过第一接收端色散单元2a。第一接收端色散单元2a具有与第一发送端色散单元相似的传递函数
Figure BDA0001946903150000141
其中，
Figure BDA0001946903150000142
L2a＝L1a为用作第一接收端色散单元的长度；其它参数与第一发送端色散单元完全相同。
信号xp2(t)传输过第一接收端色散单元2a后变为：x2a(t)＝xp2(t)*hD2a(t)
(9)将信号x2a(t)输入至信号恢复模块得到信息。
本发明的保密光纤通信系统与方法具有以下有益效果：
(1)加密模块和解密模块可以灵活地加入光纤通信系统，也可以灵活地从光纤通信系统去除，因此能与传统光纤通信系统完美兼容。
(2)信息传输安全性好，加密模块和解密模块的相位调制器控制信号同步属于私密同步，窃密者即使知道加密解密模块结构也很难破解；
下面提供一种具体实施方式对以上实施例的方案进行举例说明：
在本实施方式中，发送端电光相位调制器PM1为具有大相移的电光相位调制器，其峰值为5π(驱动信号数值1代表相位π，0对应0相位)，发送端加密模块中第一发送端色散单元1a和第二发送端色散单元1b的长度为L1a＝L1b＝2.7km，色散值D1a＝D1b＝400ps/nm/km。传输链路由两段光纤组成，第一段为普通单模光纤，其长度为L2＝50km，色散值D2＝16ps/nm/km，第二段为色散补偿光纤，用于消除传输链路色散的信号失真；色散补偿光纤的长度为L3＝4km，色散系数为D3＝-200ps/nm/km，从而使信号失真得以补偿(D3L3+D2L2＝0)。接收端解密模块中的接收端电光相位调制器PM2与PM1相同，第一接收端色散单元2a和第二接收端色散单元2b的长度为L1a＝L1b＝2.7km，色散值D1a＝D1b＝-400ps/nm/km。
发送端产生的信息信号经过加密模块加密后，变成了不具有任何初始信息信号特征的类似噪声的信号，增强了安全性后经过光纤链路传输到解密模块完成信息解密，再送到接收端进行信号的处理接收。
在本实施方式中，激光器MSL和SSL1、SSL2的混沌信号在5ns内的时域波形分别如图2-4所示。由图2-图4可以确定SSL1、SSL2与MSL三者之间相关性，详见图5-7。图5是SSL1和SSL2的混沌信号的互相关函数曲线，可以看出两个激光器在0ns处相关性接近1，达到完全同步。图6是MSL产生的混沌信号与SSL1产生的混沌信号的互相关函数曲线；图7是MSL产生的混沌信号与SSL2产生的混沌信号的互相关函数曲线；可以看出MSL产生的混沌信号与SSL1以及SSL2产生的混沌信号的相关性不高，由于SSL1和SSL2输出的同步混沌信号不在链路上交互，第三方难于直接获取控制信号，安全性得到保障。
当待发送信号为OFDM信号时，其波形参见图8。
图9为加密后OFDM信号的时域波形，图10为加密后OFDM信号星座图。由图可知，星座图非常模糊，此时传输速率120Gb/s。
图11是恢复后OFDM信号的时域波形，图12是恢复后OFDM信号的星座图，从图中可知，每个点很清晰，信号得到完全恢复。图13是不同传输速率时加密信号、链路传输后信号、以及同步解密后恢复信号的误比特率(BER)曲线，可以看出随着传输速率的增加，加密后信号BER和经过链路传输后信号BER数值一直较大，接近0.5，而解密恢复信号的BER则非常小，信息信号能够被正常恢复，因此高速信号的传输是安全的，并且是可以完全恢复接收的。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所公开保密光纤通信系统，利用初始混沌激光发生装置产生两路初始混沌激光信号，两路初始混沌激光信号分别驱动发送端混沌激光发生装置和接收端混沌激光发生装置同步产生同步混沌激光，保证了发送端加密模块和接收端解密模块所对应的加密信号和解密信号的同步性；由于加密模块和解密模块中用于加密和解密的信号不在链路上传输，因此保证了加密和解密的安全性，使窃密者即便了解本发明的结构，但其解密过程无法与加密信号保持同步，也无法实现解密，从而大大提高了信号传输的安全性。本系统对信息调制格式透明，所有适合光调制的调制格式均适用。本系统支持同时双向通信；同时本系统支持高速通信。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种保密光纤通信系统，其特征在于，包括：信号发送端、信号接收端、初始混沌激光发生装置、发送端混沌激光发生装置、接收端混沌激光发生装置、发送端光电探测器、接收端光电探测器、发送端加密模块和接收端解密模块；
所述信号发送端的信号输出端与所述发送端加密模块的信号输入端连接；所述发送端加密模块的信号输出端通过光纤链路与所述接收端解密模块的信号输入端连接；所述接收端解密模块的信号输出端与所述信号接收端连接；
所述初始混沌激光发生装置的信号输出端分别与所述发送端混沌激光发生装置的信号输入端和所述接收端混沌激光发生装置的信号输入端连接；所述发送端混沌激光发生装置的信号输出端与所述发送端光电探测器的信号输入端连接；所述发送端光电探测器的信号输出端与所述发送端加密模块的控制输入端连接；所述接收端混沌激光发生装置的信号输出端与所述接收端光电探测器的信号输入端连接；所述接收端光电探测器的信号输出端与所述接收端解密模块的控制输入端连接；
所述初始混沌激光发生装置用于产生两路初始混沌激光信号，并将两路所述初始混沌激光信号分别传输到所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置，驱动所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置产生同步混沌激光；所述发送端混沌激光发生装置用于将产生的同步混沌激光通过发送端光电探测器进行光电转换后输出到所述发送端加密模块，作为所述发送端加密模块的控制信号；所述发送端加密模块在所述发送端光电探测器输出的控制信号的作用下将所述信号发送端产生的携带有待发送电信息信号的光信息信号变换为类似噪声的加密信号，生成的加密信号通过所述光纤链路传输到所述接收端解密模块；所述接收端混沌激光发生装置用于将产生的同步混沌激光通过接收端光电探测器进行光电转换后输出到所述接收端解密模块，作为所述接收端解密模块的控制信号；所述接收端解密模块在所述接收端光电探测器输出的控制信号的作用下对所述加密信号进行解密，并将解密信号传输到所述信号接收端；
所述控制信号对待加密信号的作用方式为所述控制信号进行特定指数函数运算后与待加密信号相乘，所述控制信号对待解密信号的作用方式为所述控制信号反相后进行特定指数函数运算并与待解密信号相乘；
所述发送端加密模块包括第一发送端色散单元、发送端电光相位调制器和第二发送端色散单元；所述第一发送端色散单元的信号输入端与所述信号发送端的信息信号输出端连接，所述第一发送端色散单元的信号输出端与所述发送端电光相位调制器的光输入接口相连；所述发送端电光相位调制器的控制信号输入端与所述发送端光电探测器的信号输出端连接；所述发送端电光相位调制器的信号输出端与所述第二发送端色散单元的信号输入端连接；所述第二发送端色散单元信号输出端与通过光纤链路与所述接收端解密模块的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述初始混沌激光发生装置包括第一激光器、初始光耦合器、第一光耦合器、第一反射镜、第一光隔离器和第二光隔离器；所述初始光耦合器位于所述第一激光器的输出光路上，用于将所述第一激光器产生的激光分成第一路激光和第二路激光；所述第一反射镜位于所述第一路激光的传输光路上，用于将所述第一路激光反射回所述第一激光器，使所述第一激光器输出初始混沌激光信号，从而使所述第一路激光和所述第二路激光均变成混沌激光；所述第一光耦合器位于所述第二路激光的传输光路上，用于将所述第二路激光平均分成第三路激光和第四路激光；所述第三路激光经过所述第一光隔离器被传输到所述发送端混沌激光发生装置，所述第四路激光经过所述第二光隔离器被传输到所述接收端混沌激光发生装置；所述第一光隔离器和所述第二光隔离器用于保证所述第三路激光和所述第四路激光分别被单向地注入到所述发送端混沌激光发生装置和所述接收端混沌激光发生装置。
3.根据权利要求2所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述发送端混沌激光发生装置包括第二激光器、第二光耦合器和第二反射镜；
所述第二光耦合器位于所述第二激光器的输出光路以及所述第三路激光的传输光路上，用于将所述第二激光器的输出激光分成第五路激光和第六路激光，以及将所述第三路激光输入第二激光器；所述第二反射镜位于所述第五路激光的传输光路上，用于将所述第五路激光反射回所述第二激光器；所述第二激光器用于在所述第五路激光的反射激光和注入所述第二激光器的第三路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第五路激光和所述第六路激光均变成发送端同步混沌激光；在所述第六路激光的传输光路上设置有发送端光电探测器，所述发送端光电探测器用于将所述第六路激光转变成电控制信号。
4.根据权利要求3所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述接收端混沌激光发生装置包括第三激光器、第三光耦合器和第三反射镜；
所述第三光耦合器位于所述第三激光器的输出光路以及所述第四路激光的传输光路上，用于将所述第三激光器的输出激光分成第七路激光和第八路激光，以及将所述第四路激光输入第三激光器；所述第三反射镜位于所述第七路激光的传输光路上，用于将所述第七路激光反射回所述第三激光器；所述第三激光器用于在所述第七路激光的反射激光和注入所述第三激光器的第四路激光的共同作用下输出混沌激光，从而使所述第七路激光和所述第八路激光均变成接收端同步混沌激光；在所述第八路激光的传输光路上设置有接收端光电探测器，所述接收端光电探测器用于将所述第八路激光转变成电控制信号。
5.根据权利要求1所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述接收端解密模块包括第一接收端色散单元、接收端电光相位调制器和第二接收端色散单元；所述第二接收端色散单元的信号输入端通过所述光纤链路与所述第二发送端色散单元信号输出端连接；所述第二接收端色散单元的信号输出端与所述接收端电光相位调制器的光输入接口连接；所述接收端电光相位调制器的控制信号输入端与所述接收端光电探测器的信号输出端连接；所述接收端电光相位调制器的信号输出端与所述第一接收端色散单元的信号输入端连接；所述第一接收端色散单元信号输出端与所述信号接收端的信号输入端连接。
6.根据权利要求5所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述第一发送端色散单元与所述第一接收端色散单元的色散系数相反；所述第二发送端色散单元与所述第二接收端色散单元的色散系数相反；所述发送端电光相位调制器与所述接收端电光相位调制器的控制信号反相。
7.根据权利要求1所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述光纤链路中设置有光信号放大器，用于补偿传输过程引起的信号功率下降。
8.根据权利要求4所述的保密光纤通信系统，其特征在于，所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器均为半导体激光器。
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