通信工程中光纤通信技术分析

陈万红

四川德源石油天然气工程有限公司  四川成都 610041

摘要：光纤通信技术是现代通信工程领域的重要组成部分，保证信号传输的稳定、安全、迅速是该领域永远的目标。本文对通信工程中的光纤通信技术进行了简单介绍，围绕激光混沌同步的实现、光纤保密通信模型的构建方式、光纤保密通信的实现过程，阐述了一种基于相位隐藏编码方式的数据保密传输方式，以供参考。

关键词：通信工程；光纤通信技术；相位隐藏编码；激光混同同步

引言：通信工程又被称为远距离通信工程，主要针对信息传输和信号处理的原理及应用展开研究。其核心目的在于提升信号传输的速率，尽可能维持信号的强度和准确性。随着技术的发展，电缆等传统的信号传输方式已经退出了历史舞台，而光纤通信技术由于具备保密性良好，传输速度快等优势，故而得到了广泛应用。

1 通信工程中光纤通信技术简介

通信工程中的光纤通信技术全称为光导纤维通信技术，其主要原理为将光导纤维作为载体，用以传输信号，最终目的在于将隐含在信号中的目标信息传递给特定的人群或是既定位置。随着技术的发展，光纤通信已经发展为将许多光纤聚集在一起而组成的光缆，传输过程不仅稳定、迅速，还具备较强的抗干扰能力。光纤通信技术下一步的发展重点在于，进一步提升信号传输过程的安全性，避免用户的信息被不法分子拦截、窃取。

目前，光纤通信技术已经广泛应用于人们的日常生活中。人们最熟悉的莫过于传输有线互联网“光纤宽带”。与传统的低速、低带宽的电缆通信不同，光纤由纤芯、包层和涂层组成，其内芯一般为几十微米甚至几微米；中间的夹层被称为包层，通过纤芯和包层的折射率存在差异。因此，光信号能够在纤芯内形成全反射，从而实现光信号的传输。涂层的主要作用在于提升光纤的韧性，保护光纤不会受到自然环境的侵蚀。

总体来看，光纤通信技术将光波作为载波，以光纤作为传输媒质，实现信息的远距离传播。在传统的电缆传输模式下，信息被转换成电信号，不仅传播速度慢，还容易受到干扰；而在光纤通信技术的支撑下，信息被转化为光信号，传播速度得到了质的飞跃，且受到干扰的几率较小，故而在未来的通信领域，光纤通信必然成为主流方式。

2 通信工程中基于相位隐藏编码的数据保密传输方式分析

前文提到，信息在传输之前，必须根据不同的传输方式，被制作成特定的信号，传递至接收端后，还需加以解析，将之恢复成初始的信息状态，并提供给接受方。在现代光纤通信技术下，信息与信号之间调制、解调过程消耗的时间非常短，往往使人们忽略。但此过程必不可少，否则信息传播的过程将会面临极大的安全隐患。因此，现代光纤技术面临的最大挑战并非传输速度及稳定性，而是传输过程的安全性。本文介绍了一种基于相位隐藏编码的数据保密传输方式，分三个步骤加以阐述。

2.1激光混沌同步实现方法

通过相位隐藏编码方式，可以使光纤通信网络实现激光混沌同步。此举的目的在于，令光纤频谱域的双信道双向混沌通信方式得以实现。此种方式具主要流程为：首先，通过相位隐藏编码方法，使光纤通信网络的双向通信信道改变原有的信息传输模式，得到两条全新的通信信道；其次，当此两条信道中同时有光信号经过时，受交叉相位调制的影响，两条信道内流经光信号的光脉冲必然发生相互干扰现象；最后，此种设计的目的在于，使两条信道内流经的光信号不受光脉冲的影响，实现双信道双向混沌通信。在此过程中，可以适用垂直腔面发射激光器（VCSELs）作为双向通信的激光光源。此种激光器的性价比极高，与光纤的契合度较高，其波长为1550nm，应用于长距离的光纤通信极为合适。故而在实际运行时，将垂直墙面发射激光器作为激光驱动的“源动力”，能够使双向通信信道中存在的具备响应功能的激光器具备混沌同步的功能，从而实现激光同步^[1]。

2.2光纤保密通信模型的构建方式

当光纤通信网络实现激光混沌同步之后，需要围绕双信道，着手建立光纤保密通信结构。该结构的原理如图1所示。实现此过程需要用到半导体激光器，其主要应用于光纤保密通信结构的发射系统，其各项参数如下：注入系数为0.2/0.5ps^-1；反馈系数为0.01、0.02ps^-1；外腔回转一周的时间为0.2ns；偏置电流的大小为23、40mA；光子寿命为2ps；透明载流子数为1.5×10⁸；电子电荷达到1.6×10^-19C；激光器振荡频率为1.21×10¹⁵rads^-1。半导体激光器受到外部光的反馈作用时，能够产生混沌载波。之后，经过目标跟踪算法（CSK）计算之后，能够光纤通信网络中的目标信息转化为加密信号，经由光纤链路、光纤保密通信结构，实现混沌光波式的加密传送。

图 1 基于双信道的光纤保密通信原理示意图

2.3光纤保密通信的实现过程

上述内容仅仅处于前期的设想阶段，若要真正实现光纤保密通信，还需经过 以下流程：首先，整理将要传输的信息，将之放置于双信道双向光纤保密通信结构处，完成信息的加密处理后，准备传输。此时，信息接收端也需要做好准备，必须拥有配套的信息秘钥。当成功接收信息之后，通过该秘钥破解信号，还原信息的初始状态。其次，该秘钥的本质是光纤保密通信结构的发射系统、接收系统在信息传输过程中同期产生的混沌噪声同步信号。该信号的隐藏性较强，设计的参数敏感度较高，如果出现被其他信号接收设备误接或是被有心人拦截的情况，由于解密过程极其繁琐，故而造成信息失窃的几率较低。一般来说，光纤保密通信结构的发射系统端将会产生输出信号y（t），传输的目标信息经过调制过程后，形成信息信号S（t），经过非线性变化、直接相加等混合加密处理之后，实际应用于“传输”的信号M（t）已经生成。其中，y（t）与S（t）都包含于其中，如果没有秘钥（解调方式），则任何人和设备都无法精确判断y（t）和S（t）。在此过程中，M（t）的生成方式没有固定格式，除了本文提到的非线性变化之外，使用者可以任意选用其他方式（或者自己创造），只需保证同步信号解密的模式不变即可

^[2]。

结语：通信的本质是实现信号的远距离传输，而信号中往往隐含着诸多具有私密性的信息，故如何保证信号安全、迅速、稳定（即时）地传送到目标位置，传达给特定的人群至关重要。随着光纤通信的热度逐渐提高，人们应该对有关原理进行了解，提升对信息领域的认知水平，以更大的热情应对即将到来的5G时代。

参考文献：

[1]张文亮,卢社阶.光纤通信系统的数据保密方法研究[J].激光杂志,2020,41(05):149-152.

[2]匡洲玲.浅谈当前光纤通信技术的现状与发展趋势[J].中国新通信,2020,22(10):20.