【摘 要】
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随着5G移动通信技术的迅猛发展,物联网、云计算和云存储等业务的兴起,全球数据流量呈爆发式增长。然而,层出不穷的光纤窃听技术和攻击手段给光纤通信带来了严重的安全隐患。安全通信逐渐成为人们关注的重点。本文提出了一种新型的物理层加密技术,即量子噪声流密码（quantum noise stream cipher,QNSC）,并将其应用于两种不同的通信场景,分别是基于数据中心的中短距高速的强度调制直接探测（
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随着5G移动通信技术的迅猛发展,物联网、云计算和云存储等业务的兴起,全球数据流量呈爆发式增长。然而,层出不穷的光纤窃听技术和攻击手段给光纤通信带来了严重的安全隐患。安全通信逐渐成为人们关注的重点。本文提出了一种新型的物理层加密技术,即量子噪声流密码（quantum noise stream cipher,QNSC）,并将其应用于两种不同的通信场景,分别是基于数据中心的中短距高速的强度调制直接探测（IM/DD）光纤通信系统,以及长距高速相干光纤通信系统。这些内容对于研究满足现有通信速率要求的物理层安全加密技术具有一定的指导意义。主要的工作内容以及研究成果如下:（1）在IM/DD系统中分别提出了基于光耦合器（optical coupler,OC）和偏振合束器（Polarization Beam Combiner,PBC）的光域粗细调制方案来提高QNSC系统的安全性能和传输性能。（2）搭建了基于数据中心的中短距高速IM/DD光纤安全通信平台。利用量子噪声流密码技术实现了速率为100Gb/s的PAM4-QNSC信号传输。为了抑制链路色散对信号质量产生的功率衰落的影响,系统发射机利用双驱的马赫曾德调制器（DD-MZM）通过希尔伯特变换的理论对射频信号采用单边带调制,延长了信号的传输距离。为了提高系统的安全性能,发射机采用了两个并联的DD-MZM,实现了基于PBC的QNSC信号的光域粗细调制方案,克服了传统的粗细调制方案中细调制臂信号信噪比太差的缺点并且不会存在基于OC的光域粗细调制方案中对环境变化敏感的问题。最终实现了100Gb/s214电平PAM4-QNSC信号50km的传输。（3）搭建了基于长距高速相干16QAM-QNSC光纤安全通信平台。在使用高线宽激光器（100k Hz）的情况下,分析了使用沃尔特拉（Volterra）均衡算法和传统相干通信技术中的半径指向算法（Radius-Directed Algorithm,RDA）对信号进行均衡误码率性能差异。在使用Volterra均衡器对IQ路信号进行均衡,减小相位噪声对信号解密的影响之后,最终利用QNSC技术实现了速率为80Gb/s的16QAM-QNSC信号传输10km。
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