[發明專利]基于Kramers-Kronig接收機的光直接檢測系統及高可靠通信方法

有效

• 申請號: 202010546418.8
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111711491B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 鞏小雪;胡婷;張琦涵;包海南;郭磊
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04B10/66
• 分類號: H04B10/66;H04L9/00;H04L27/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：在系統發送端，將圖片作為發送的信源，先將圖片的范圍為0-255的像素值轉化為8位的二進制數；

S2：將所述的8位二進制數轉變為一串二進制比特流；

S3：對二進制比特流進行雙混沌序列加密，包括以下內容：

利用兩個不同的混沌序列分別對圖像奇數位置的像素點和偶數位置的像素點進行加密，如果該像素點位置是奇數，則利用第一個混沌序列進行加密；如果該像素點位置是偶數，則利用第二個混沌序列進行加密；

S4：采用OFDM調制技術與加密后的數據相結合；

S5：通過馬赫曾德爾調制器MZM進行光調制得到光信號，發送到接收端；

S6：接收端通過光電二極管對光信號進行直接檢測，將其轉換為電信號；

S7：利用Kramers-Kronig接收機對得到的電信號進行SSBI消除，再進行電域的信號恢復與處理。

2.根據權利要求1所述的基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：步驟S3中，采用雙混沌序列加密方式對圖像數據進行加密，令函數f(x)的函數值呈現出混沌狀態，函數f(x)在閉區間I上滿足如下情況：

(1)f的周期點的周期沒有上界；

(2)閉區間I上存在不可數子集R，而且滿足：

①對任意x,y∈R,當x≠y時有：

②對任意x，y∈R，有：

③對任意x∈R和f的任一周期點y，有：

混沌加密是利用混沌映射表達式迭代產生混沌序列值，將這些混沌序列值作為密鑰，而這些密鑰呈現無規律性，混沌映射表達式為：

x_n+1＝μx_n(1-x_n) (4)

式中，0＜μ≤4；0＜x＜1；x_n∈[0,1]。

3.根據權利要求2所述的基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：步驟S3中所述雙混沌序列加密還包括：將產生的每個混沌序列值乘以一個數，然后將這個混沌序列值對256取余數，保證與像素值進行異或時都是8位的二進制數。

4.根據權利要求1所述的基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：步驟S4中所述OFDM調制包括星座映射、IFFT以及加CP。

5.根據權利要求1所述的基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：步驟S6-S7中，接收端首先利用光電二極管對接收到的光場信息E(t)進行平方律探測，得到電場強度I＝|E(t)|²，然后利用希爾伯特變換的原理，采用Kramers-Kronig接收機構造最小相位信號條件，利用強度信息還原出信號的相位信息，對信號進行重組，再進行信號的恢復處理。

6.根據權利要求5所述的基于Kramers-Kronig接收機和雙混沌序列的高可靠光直接檢測方法，其特征在于：步驟S7中通過Kramers-Kronig接收機進行KK算法處理，包括開根號運算、對數運算、對離散數據進行傅里葉變換、對輸入的數據進行乘以i再進行指數運算；

具體包括：

經過光電二極管產生的電流為|E(t)|²，將數據進行模數轉換，設OFDM信號帶寬為B，根據奈奎斯特抽樣定理，抽樣率至少為2B；如果一個信號為最小相位信號，保證|H₀(w)|＜|a₀|，光調制后為SSB-OOFDM信號，設通過光電二極管后信號表達式為：

b(t)＝E₀+E_s(t)e^-iπBt (5)

其中b(t)等于E(t)e^-iπBt，E₀表示激光器產生連續信號的幅度，是一個常量，E_s(t)表示OFDM信號，其帶寬為B；

當|E₀|＞|E_s(t)|，即當光載波功率大于OFDM信號功率時，保證信號b(t)為最小相位信號；此時電流為|b(t)|²，進行開根號運算，此時b(t)為最小相位信號，根據希爾伯特變換得出相位φ(t)：

其中p.v.表示柯西主值，式(6)在頻域的表達式為：

φ(w)＝i*sign(w)F{ln[|b(t)|]} (7)

其中sign(w)為符號函數，其表達式為：

F{}表示傅里葉變換；

頻域得出的相位信號φ(w)傅里葉逆變換到時域，

重組原始信號，得：

H(t)＝|H(t)|e^iφ(t) (9)

在進行KK處理前，將連續信號變成離散信號，對經過光電檢測的信號進行采樣，然后通過上采樣去處理KK算法中由于非線性運算導致帶寬變大的問題；將上采樣后的離散信號進行KK處理后，即能夠重組OFDM邊帶信號，去除SSBI。