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光通信系统与网络技术
基于神经网络同步的全光混沌通信
杨云朋
,
柯俊翔
,
义理林
(
上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室
,
上海
)
摘要
:
全光混沌由于产生结构简单和混沌复杂度高等特点
,
在混沌保密通 信 中起着 重 要的作 用
。
由于 全 光混沌 需 要发射 端 与
接收端激光器参数几乎完全一致才可达到很好的同 步 效 果
,
一 直 没 有 在 保 密 通 信 方 向 取 得 很 好 的 应 用
。
文 章 提 出 了 一 种 利
用神经网络对激光器进行建模同步的方法
,
在发射端利用大量已知混沌信号 和混沌 加 密信号 对 神经网 络 进行训 练
,
得到 一 个
与发射端激光器结构相似的神经网络模型
,
在接收端利 用 此 神 经 网 络 模 型 对 加 密 信 息 进 行 解 密
,
并 通 过 实 验 成 功 对
/
信号进行了混沌加密和解密
。
此方法大大降低了全光混沌同步的复杂度
,
并为点到多点全光混沌通信提供了可能
。
关键词
:
全光混沌通信
;
神经网络
;
混沌预测
中图分类号
:
文献标志码
:
文章编号
:
(
)
All-O
p
ticalChaoticCommunicationb
y
NeuralNetwork-basedS
y
nchronization
YANGYun-
p
en
g
KEJun-xian
g
YILi-lin
Abstract
Ke
y
words
0
引
言
自
年第一次提出混沌同步以来
混沌系统
在光通信中被用作硬件加密就引起了人们的广泛关
注
混沌加密的主 要 方式有 混 沌掩盖
混沌调 制 和
混沌相移键 控
但达到 很 好解密 效 果 的 前 提 都
需要发射端和接收端激光器参数极其相似
由于很
难找到两个参数完全相 同 的激光 器
所以混 沌 保密
通信的发展一直很缓慢
有相 关方 法提 出可 以
对发射端和接收端进行均衡来减少激光器参数不匹
配带来的同步困难
但这种 方 式没有 从 根本上 解 决
混沌同步困难的问题
接收端依旧很复杂
很难在实
际应用中使用
本文提出了一种用神经网络简化接
收端的办法
在发射端 获 取混沌 和 混沌加 密 后的信
号
并利用该信号对神经网络进行监督训练
使得该
神经网络获得与发射端 激 光器相 似 的参数
并利用
训练好的神经网络进行 混 沌同步
进而达 到 信号解
密的效果
1
实验设计
1.1
全光混沌硬件加密和解密结构介绍
混沌 是由 确定 性动 力学 方程 产生 的物 理现 象
其对初始状态敏感
波形为类噪声
因此在长期演变
过程中难以预测
而全光混沌则是一种基于激光器
内腔非线性效应产生的混沌现象
比较常用的自反
馈型全光混沌结构是激光器产生的光源通过环行器
反射注入回无隔离器激 光 器中
并通过 光 衰减器 控
制反馈光强
在合适的反馈强度下
激光器内腔和外
腔的共同作用可以激发出混沌信号
该全光混沌的
动力学方程如下
E
t
=
-
α
G
-
γ
E
t
+
kE
t
-
τ
ωτ
N
t
=
I
q
-
N
τ
-
G
|
E
t
|
式中
E
为激光器波导内的电场
t
为时间
为虚数
收稿日期
基金项目
国家自然科学基金资助项目
作者简介
杨云朋
男
黑龙江大庆人
硕士
主要研究方向为保密光通信
通信作者
义理林
教授
年
第
期
总第
期
光 通 信 研 究
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