本发明公开了一种基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，包括三个激光器，每一激光器的混沌载频分为两束光信号，两束光信号分别接入一环形器的第一端口，环形器的第三端口通过光耦合器、光电调制器后接入环形器的第四端口；环形器的第二端口依次通过部分光透射镜、分束器及光放大器后接入相邻的所述的光耦合器；所述的分束器将将一部分光送入光电检测器。本发明利用光器件实现混沌通信，具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。
1.基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征是包括：第一激光器(1-
1)、第二激光器(1-2)、第三激光器(1-3)、第一环形器(2-1)、第二环形器(2-2)、第三环形器(2-3)、第四环形器(2-4)、第五环形器(2-5)、第六环形器(2-6)、第一部分光透射镜(3-1)、第二部分光透射镜(3-2)、第三部分光透射镜(3-3)、第四部分光透射镜(3-4)、第五部分光透射镜(3-5)、第六部分光透射镜(3-6)、第一分束器(4-1)、第二分束器(4-2)、第三分束器(4-3)、第四分束器(4-4)、第五分束器(4-5)、第六分束器(4-6)、第一光耦合器(5-1)、第二光耦合器(5-2)、第三光耦合器(5-3)、第四光耦合器(5-4)、第五光耦合器(5-5)、第六光耦合器(5-6)、第一光电调制器(6-1)、第二光电调制器(6-2)、第三光电调制器(6-3)、第四光电调制器(6-4)、第五光电调制器(6-5)、第六光电调制器(6-6)、第一光电检测器(7-1)、第二光电检测器(7-2)、第三光电检测器(7-3)、第四光电检测器(7-4)、第五光电检测器(7-
5)、第六光电检测器(7-6)、第一光放大器(8-1)、第二光放大器(8-2)、第三光放大器(8-3)、第四光放大器(8-4)、第五光放大器(8-5)、第六光放大器(8-6)，连接关系如下：第一激光器(1-1)通过50：50分束器分成两路，第一路连接第一环形器(2-1)的第一端口(a1)，第一环形器(2-1)的第二端口(b1)与第一部分光透射镜(3-1)的第一端相连，第一部分光透射镜(3-1)的第二端与第一分束器(4-1)的第一端相连，第一分束器(4-1)将一部分光送入第一光电检测器(7-1)，第一分束器(4-1)的第二端连接第一光放大器(8-1)的第一端，第一光放大器(8-1)的第二端连接第一光耦合器(5-1)的第一端，第一光耦合器(5-1)的第二端连接第一光电调制器(6-1)，第一光电调制器(6-1)连接第二环形器(2-2)的第四端口(d2)，第二环形器(2-1)的第三端口(c2)连接第一光放大器(8-1)的第二端；
第一环形器(2-1)的第三端口(c1)通过第二光耦合器(5-2)、第二光调制器(6-2)后接入第一环形器(2-1)的第四端口(d1)；
第一激光器(1-1)的第二路接入第六环形器(2-6)的第一端口(a3)，第六环形器(2-6)的第二端口(b3)依次通过第六部分光透射镜(3-6)接入第六分束器(4-6)的第一端，第六分束器(4-6)将一部分光送入第六光电检测器(7-6)，第六分束(4-6)的第二端通过第六光放大器(8-6)、第六光耦合器(5-6)、第六光电调制器(6-6)后接入第五环形器(2-5)的第四端口(d6)；
第六环形器(2-6)的第三端口(c3)连接第五光耦合器(5-5)的第一端，第五光耦合器(5-5)的第二端通过第六光电调制器(6-5)后接入第六环形器(2-6)的第四端口(d3)；
第五环形器(2-5)的第三端口(c6)接入第六光耦合器(5-6)的第一端；第五环形器(2-
5)的第二端口(b5)通过第五部分光透射镜(3-5)接入第五分束器(4-5)的第一端，第五分束器(4-5)将一部分光送入第五光电检测器(7-5)，第五分束器(4-5)的第二端通过第五光放大器(8-5)后接入第五光耦合器(5-5)；
第二激光器(1-2)通过50：50分束器分成两路，第一路连接第二环形器(2-2)的第一端口(a2)，第二环形器(2-2)的第二端口(b2)通过第二部分光透射镜(3-2)接入第二分束器(4-2)的第一端，第二分束器(4-2)将一部分光送入第二光电检测器(7-2)，第二分束器(4-
2)的第二端通过第二光放大器(8-2)后接入第二光耦合器(5-2)的第一端；
第二激光器(1-2)的第二路接入第三环形器(2-3)的第二端口(b2)；
第三激光器(1-3)通过50：50分束器分成两路，第一路连接第五环形器(2-5)的第一端口(a6)；第二路连接第四环形器(2-4)的第一端口(a5)，第二端口(b5)通过第三部分光透射镜(3-3)接入第三分束器(4-3)的第一端，第三分束器(4-3)将一部分光送入第三光电检测器(7-3)，第三分束器(4-3)的第二端通过第三光放大器(8-3)、第三光耦合器(5-3)、第三光电调制器(6-3)后接入第三环形器(2-3)的第一端口(a4)；
第四环形器(2-4)的第三端口(c5)通过第四光耦合器(5-4)、第四光电调制器(6-5)后接入第四环形器的第四端口(d5)；
第三环形器(2-3)的第四端口(d4)接入第三光耦合器(5-3)的第一端；第三环形器(2-
3)的第三端口(c4)通过第四部分光透射镜(3-4)接入第四分束器(4-4)的第一端，第四分束器(4-4)将一部分光送入第四光电检测器(7-4)，第四分束器(4-4)的第二端通过第四放大器(8-4)接入第四光耦合器(5-4)的第一端。
2.如权利要求1所述基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征是：所述部分光透射镜的电光负反馈系数为0.35。
3.如权利要求2所述基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征在于：其中两个所述的激光器的光反馈时间延迟是2.5纳秒。
4.如权利要求1所述基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征在于：所述激光器的偏置电流为17.5mA。
5.如权利要求1或4所述基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征在于：所述激光器的透明载流子数1.25×108。
6.如权利要求1所述基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，其特征是：所述混沌载频光波的中心波长为1550nm。
基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统
技术领域
[0001] 本发明属于光信息技术领域，具体涉及一种基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统。
背景技术
[0002] 混沌是一种确定的类随机过程，混沌在保密通信、图像加密以及信号检测等方面都有着广阔的前景。
[0003] 经过查新，现有技术未涉及双向且具有中继的通信技术。
[0004] 基于上述现状，本申请提出了一种基于ON/OFF相移键控混沌多方环形双向通信系统，体现在环形网络中，通过ON/OFF相移键控技术，每个激光器站点都能够实现数据的分插复用。该技术能保证解密后的信号具有极低的误码率和高信噪比。
发明内容
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统。本发明通信系统实现了环形网络中任意两个激光器站点双向之间的通信，具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。
[0006] 本发明采取以下技术方案：
[0007] 基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统，包括三个激光器，每一激光器的混沌载频分为两束光信号，两束光信号分别接入一环形器的第一端口，环形器的第三端口通过光耦合器、光电调制器后接入环形器的第四端口；环形器的第二端口依次通过部分光透射镜、分束器及光放大器后接入相邻的所述的光耦合器；所述的分束器将将一部分光送入光电检测器。
[0008] 优选的，所述激光器的混沌载频通过分束器二分为所述的两束光信号。
[0009] 优选的，所述分束器二的分光比为50:50。
[0010] 优选的，所述部分光透射镜的电光负反馈系数为0.35。
[0011] 优选的，其中两个所述的激光器的光反馈时间延迟是2.5纳秒。
[0012] 优选的，所述激光器的偏置电流为17.5mA。
[0013] 优选的，所述激光器的透明载流子数1.25×108。
[0014] 优选的，所述混沌载频光波的中心波长为1550nm。在本发明系统中，每个激光器既作发射机，又当做一个接收机。每一个激光器均作为发送端，其分支器将激光器的混沌载频分为两束光信号，分别传输到两个环形器，分别经过环形器后，再通过部分透射的反射镜，一部分通过分束器、光放大器、环形器耦合到下一个激光器中；一部分反馈信号通过环形器、与另一个激光器部分透射过来的混沌载频由耦合器合波为一路，利用调制器对射频信号对其进行ON/OFF相移键控调制，经过环形器，反馈到发射激光器中，这样信息隐藏在混沌载频中，其中两端都发送是“0”或“1”时，两个激光器同步，否则，处于异步状态。解码的过程利用光电检测器检测两端激光器的功率同步误差，再与本地信号进行运算，就能解密发送端传送的比特，实现环形链路中任意两激光器之间的双向通信。
[0015] 本发明基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统为未来混沌光通信提供了基础条件，系统中混沌载频产生和系统的同步是该系统的核心技术，对信息进行成功解密是混沌通信的关键因素，在未来的混沌保密高速通信网络中将有着巨大的应用潜力。
附图说明
[0016] 图1为本发明基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统的结构示意图。mi(t)(i＝1,2,…6)为调制信号。
[0017] 图2为三个激光器产生的混沌信号，此处将第一激光器作为发送端，第二激光器作为接收端，三个激光器处于同步状态。
[0018] 图3为发送信号图。以第一激光器作为发送端，图3显示了发送端的比特。
[0019] 图4为解码信号图。以第二激光器作为接收端，一、二两激光器检测到的同步误差，与第二激光器本地比特进行运算，解码出第一激光器发送端的信号。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
[0021] 如图1所示，本实施例基于相移开关键控的混沌多方环形双向通信系统包括第一激光器1-1、第二激光器1-2、第三激光器1-3、第一环形器2-1、第二环形器2-2、第三环形器2-3、第四环形器2-4、第五环形器2-5、第六环形器2-6、第一部分光透射镜3-1、第二部分光透射镜3-2、第三部分光透射镜3-3、第四部分光透射镜3-4、第五部分光透射镜3-5、第六部分光透射镜3-6、第一分束器4-1、第二分束器4-2、第三分束器4-3、第四分束器4-4、第五分束器4-5、第六分束器4-6、第一光耦合器5-1、第二光耦合器5-2、第三光耦合器5-3、第四光耦合器(-4、第五光耦合器5-5、第六光耦合器5-6、第一光电调制器6-1、第二光电调制器6-
2、第三光电调制器6-3、第四光电调制器6-4、第五光电调制器6-5、第六光电调制器 6-6、第一光电检测器7-1、第二光电检测器7-2、第三光电检测器7-3、第四光电检测器7-4、第五光电检测器7-5、第六光电检测器7-6、第一光放大器8-1、第二光放大器8-2、第三光放大器8-
3、第四光放大器8-4、第五光放大器8-5、第六光放大器8-6。各元器件的连接关系如下：
[0022] 第一激光器1-1通过50/50分束器分成两路，一路连接第一环形器2-1 的a1端口，第一环形器2-1的b1端口与第一部分光透射镜3-1的一端相连，第一部分光透射镜3-1的另一端与第一分束器4-1的一端相连，第一分束器4-1将一部分光送入第一光电检测器7-1，第一分束器4-1的另一端连接第一光放大器8-1的第一端，第一光放大器8-1的第二端连接第一光耦合器5-1，第一光耦合器5-1的另一端连接第一光电调制器6-1，第一光电调制器6-1连接第二环形器2-2的d2端口，第二环形器2-1的c2端口连接第一光放大器8-1的第二端。
[0023] 第一环形器2-1的c1端口通过第二光耦合器5-2、第二光调制器6-2 后接入第一环形器2-1的d1端口。
[0024] 第一激光器1-1的另一路接入第六环形器2-6的a3端口，第六环形器2-6的b3端口依次通过第六部分光透射镜3-6接入第六分束器4-6的一端，第六分束器4-6将一部分光送入第六光电检测器7-6，第六分束4-6的另一端通过第六光放大器8-6第六光耦合器5-6第六光电调制器6-6后接入第五环形器2-5的d6端口。
[0025] 第六环形器2-6的c3端口连接第五光耦合器5-5的一端，第五光耦合器5-5的另一端通过第六光电调制器6-5后接入第六环形器2-6的d3端口。
[0026] 第五环形器2-5的c6端口接入第六光耦合器5-6的一端。第五环形器 2-5的b5端口通过第五部分光透射镜3-5接入第五分束器4-5的一端，第五分束器4-5将一部分光送入第五光电检测器7-5，第五分束器4-5的另一端通过第五光放大器8-5后接入第五光耦合器5-5。
[0027] 第二激光器1-2通过50/50分束器分成两路，一路连接第二环形器2-2 的a2端口，第二环形器2-2的b2端口通过第二部分光透射镜3-2接入第二分束器4-2的一端，第二分束器4-2将一部分光送入第二光电检测器7-2，第二分束器4-2的另一端通过第二光放大器8-2后接入第二光耦合器5-2 (与c1端口相连)的一端。
[0028] 第二激光器1-2的另一路接入第三环形器2-3的b2端口。
[0029] 第三激光器1-3通过50/50分束器分成两路，一路连接第五环形器2-5 的a6端口；另一种连接第四环形器2-4的a5端口，b5端口通过第三部分光透射镜3-3接入第三分束器4-
3的一端，第三分束器4-3将一部分光送入第三光电检测器7-3，第三分束器4-3的另一端通过第三光放大器8-3、第三光耦合器5-3、第三光电调制器6-3后接入第三环形器2-3的a4端口。
[0030] 第四环形器2-4的c5端口通过第四光耦合器5-4、第四光电调制器6-5 后接入第四环形器的d5端口。
[0031] 第三环形器2-3的d4端口接入第三光耦合器5-3的一端。第三环形器 2-3的c4端口通过第四部分光透射镜3-4接入第四分束器4-4的一端，第四分束器4-4将一部分光送入第四光电检测器7-4，第四分束器4-4的另一端通过第四放大器8-4接入第四光耦合器5-4的一端。
[0032] 第一激光器1-1与第二激光器1-2之间进行通信时，利用50/50分束器将第一激光器(1-1)发射的混沌载频分作两路，一路通过光纤连接到第一环形器2-1的a1端口，第一环形器2-1的b1端口与通过光纤与第一部分光透射镜3-1的一端连接，一部分光信号被反射到第一环形器2-1的b1端口，由第一环形器2-1的c1端口流出。第一个部分光透射镜3-1的另一端与第一分束器4-1的一端连接，将另一部分光输入到第一分束器4-1，第一分束器4-1将一部分光送入第一光电检测器7-1，用于检测第一激光器 1-1的光功率，第一分束器4-1的另一端与第一光放大器8-1的一端连接，将光信号进行放大。类似地，利用50/50分束器将第二激光器1-2发射的混沌载频分作两路，一路通过光纤连接到第二环形器2-2的a2端口，第二环形器2-2的b2端口与通过光纤与第二个部分光透射镜3-2的一端连接，一部分光信号被反射到第二环形器2-2的b2端口，由第二环形器2-2的 c2端口流出。第二个部分光透射镜3-2的另一端与第二分束器4-2的一端连接，将另一部分光输入到第二分束器4-2，第二分束器4-2将一部分光送入第二光电检测器7-2，用于检测第二激光器1-2的光功率，第二分束器4-
2的另一端与第二光放大器8-2的一端连接，将光信号进行放大。
[0033] 第一光放大器8-1放大后的信号与第二环形器2-2的c2端口来的信号通过第一耦合器5-1合为一路，第一耦合器5-1的另一端与第一相位调制器6-1的一端连接，第一相位调制器6-1的另一端连接到第二环形器2-2 的d2端口，来自第一激光器1-1和第二激光器1-2分别被耦合和反馈到第二激光器1-2。同样，第二光放大器8-2放大后的信号与第一环形器2-1 的c1端口来的信号通过第二耦合器5-2合为一路，第二耦合器5-2的另一端与第二相位调制器6-2的一端连接，第二相位调制器6-2的另一端连接到第一环形器2-1的d1端口，来自第二激光器1-2和第二激光器1-1分别被耦合和反馈到第一激光器1-1。另外，激光器1-1与激光器1-3、激光器 1-2与激光器1-3之间的连接类似，可参考上述。
[0034] 对于大于三个激光器之间的连接，也类似形成这样的环网连接，业务在每个站点实现分插复用。
[0035] 本实施例，第一激光器与第二激光器的光反馈时间延迟均为2.5纳秒。三个激光器8
的阈值电流均为17.5mA。激光器透明载流子数1.25×10。分束器的分光比为50:50。部分反射镜的发射系数为 混沌载频光波的中心波长为1550nm。
[0036] 本发明基于ON/OFF相移键控混沌多方环形双向通信系统实现过程：
[0037] 三个激光器分别作为发送端和接收端。当作为发送端时，其分束器将激光器的混沌信号分为两束光信号，均通过环形器，部分光通过透射镜，反馈到发射激光器，另一部分透射光经过放大后与来自接受机端的反馈光一起耦合到对应的接收激光器当中。
[0038] 在本发明技术方案中，反馈光与来自发送端一部分透射光的相位通过相位调制器进行ON/OFF相移键控调制，随后隐藏在混沌载频中，两个激光器都发送是“0”或“1”时，两个激光器同步，否则，处于异步状态。解码的过程从检测两端激光器的功率误差，再与本地信号进行运算，就能解密发送端传送的比特，实现环形网络中任意两激光器之间的双向通信。简要归纳如下：
[0039] 1、激光器之间通过部分光透射镜实现耦合与反馈，最终实现混沌同步。
[0040] 2、当两个端发射不同比特时，存在同步误差。
[0041] 3、根据同步误差与本地信号的运算恢复发送端传输的信号。
[0042] 本发明利用混沌原理，解码时将监测到的光功率差与本地信号进行对比运算，才能将所要传输的信息还原，其增加了系统的保密性，假使信号在传输途中被截获，因为没有线索知道任何一方发送的信息，从而也就无法成功解码出发送端要传递的比特信息。
[0043] 本发明利用光器件实现混沌通信，具有成本低、性能稳定、误码率低、保密性强等特点。
[0044] 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。
