基于光学分数阶傅里叶变换的保密光纤通信系统研究

摘要

光纤通信技术以其高带宽、低损耗、高速率等特点已成为现代通信技术中极其重要的组成部分之一。随着互联网时代的到来，信息爆炸式增长给我们的生活带来了巨大的变革。于此同时，垃圾短信的骚扰、帐号密码的丢失、私密信息的泄露威胁着人们的日常生活。为了保护民众隐私，建造和谐社会，需要一种保密光纤通信新技术，用以改善现状。光学分数阶傅里叶变换作为一种关于阶数 p的时频转换，可以在时域与频域部分显示信息，进而实现信息的隐藏，这为光学分数阶傅里叶变换用于保密光纤通信技术研究提供了可能性。
　　本文以分数阶傅里叶变换为切入点，从麦克斯韦方程组出发，运用时空二元性理论，类比空间透镜，明确了时间透镜的两种等效模型。经过相关推导，验证了利用时间透镜实现光学分数阶傅里叶变换的可行性。在此基础上，建立了光学分数阶傅里叶变换的控制数学模型，明确了关键的可控参数。通过MATLAB仿真，证明了变换阶数p=1时的时频变换特性，发现了光学分数阶傅里叶变换的扩频特性。搭建了基本的变换模块，研究了变换阶次p对于变换的影响，限定了变换阶数p的范围。运用VPI软件，通过3个可控参数的横向和纵向对比，得出了可控参数的最低要求。
　　针对整个系统的同步控制问题，研究了3种方案：基于波分复用的同步控制方法、基于延时迭代的同步控制方法、基于时钟的同步控制方法。在VPI软件和MATLAB联合仿真的基础上，分别搭建了3个方案对应的10Gbps系统，通过结果分析，3种方案都满足通信的基本要求。通过对比分析3种方案的优劣以及保密性能，明确了最优方法。最后搭建了基于时钟控制方案的4×10Gbps的光纤通信系统，各信道均满足了通信与保密的基本要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 光学分数阶傅里叶变换的研究背景和意义

1.2 光学分数阶傅里叶变换的国内外研究现状

1.3 本文选题目的及主要工作

第二章 光学分数阶傅里叶变换的实现机理

2.1 时空二元性原理

2.2 时间透镜的实现

2.3 时间透镜实现傅里叶变换

2.4 分数阶傅里叶变换的机理

2.5 光学分数阶傅里叶变换的数学模型

2.6 余弦驱动实现光学分数阶傅里叶变换

2.7本章小结

第三章 光学分数阶傅里叶变换通信系统的实现与保密分析

3.1 光学分数阶傅里叶变换模块的实现与仿真

3.2 变换阶数对于光学分数阶傅里叶变换的影响

3.3 变换时间窗对于光学分数阶傅里叶变换的影响

3.4 可变参数对于光学分数阶傅里叶变换模块的保密性能分析

3.5 本章小结

第四章 光学分数阶傅里叶变换通信系统的同步控制方法研究

4.1 引言

4.2 基于波分复用的同步控制方法

4.3 基于延时迭代的同步控制方法

4.4 基于时钟的同步控制方法

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果