振幅・位相および時間情報を用いた３次元光秘匿通信技術の研究開発

利用幅度、相位、时间信息的三维光保密通信技术的研究与开发

• 批准号: 21H04547
• 负责人: 吉田 真人
• 金额: $ 26.62万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04547/
• 关键词: 光秘匿通信; デジタルコヒーレントQAM伝送; 多値変調; 時間領域変調; 物理暗号

令和４年度は、3次元光秘匿通信のリアルタイム動作の実現に向け、受信部における光注入同期回路の改良を図った。具体的には、様々な構造の半導体レーザ（LD）を局発光源として用いた場合の光位相同期動作の安定性を詳細に評価し、λ/4シフト構造を持たないグレーティング構造を有する分布帰還型LDが最適であることを明らかにした。光注入同期を利用したアナログ回路による高安定な光位相同期動作を実現したことにより、受信部のデジタル信号処理部（DSP）の負荷を大幅に軽減することが期待される。また次年度に実施する波長分割多重（WDM）伝送実験に向け、光周波数コム生成器を利用した多波長光源を構築した。信号のシンボルレートが5 Gbaudであることから、光周波数コムのコム間隔は10 GHzに設定し、10チャネル分以上の光キャリア信号の安定供給を実現した。本年度はさらに、昨年度の設計をもとにFPGA（Field Programmable Gate Array）回路を作製した。具体的には8ビットの乱数列生成器を追加し、それを用いて申請書で提案した2種類の時間拡散回路（方式１：ダミー信号を利用する方式、方式２：ダミー信号は用いず、暗号化データの順序を時間軸上で入れ替える）を既存のFPGA回路へインストールした。方式１は回路内で生成したメイン信号とダミー信号を加算するだけであるため、この信号処理に伴う時間遅延の増加はなかった。一方、方式2は生成した暗号信号を一度FPGA内のメモリに蓄え、時間軸上で入れ替え作業を行った後に出力する手順となるため、その処理時間に約5 μsの遅延が生じた。しかし、数μsの遅延は暗号通信においては大きな影響はなく、実用上問題ないと判断した。いずれの方式においても、送信部における暗号化と受信部における復号化の正常動作を確認した。

在2022财年，我们对接收器中的光学注射锁定电路进行了改进，以实现3D光学秘密通信的实时操作。具体而言，当使用各种结构的半导体激光器（LD）用作局部光发射源时，光学相锁操作的稳定性进行了详细评估，并且发现具有λ/4移位结构的光栅结构的分布式反馈LD是最佳的。通过使用使用光学注射锁定的模拟电路实现高度稳定的光学相锁操作，预计接收器的数字信号处理单元（DSP）上的负载将大大减少。另外，对于明年将进行波长的多路复用（WDM）传输实验，构建了使用光学频率梳发电机的多波长光源。由于信号符号速率为5 GBAD，因此光频率梳的梳子间隔设置为10 GHz，可实现10个或更多通道的光载流子信号的稳定供应。今年，我们还根据去年的设计制作了一个FPGA（现场可编程门阵列）电路。具体而言，添加了8位随机数序列发生器，并在应用程序中提出的两种类型的时间扩散电路（方法1：使用虚拟信号；方法2：不使用虚拟信号，而是在现有FPGA电路中安装了在时间轴上的加密数据的顺序）。由于方法1仅将电路中生成的主信号添加到虚拟信号中，因此与此信号处理相关的时间延迟没有增加。另一方面，在方法2中，生成的加密信号存储在FPGA中的内存中，并在时间轴上替换后输出信号，导致处理时间延迟约5μs。但是，延迟几μs对加密通信没有显着影响，并且确定这不是实际问题。在这两种方法中，确认了传输部分中加密的正常操作和接收部分中的解密。

项目成果

Demodulation Performance Comparison of 160 Gbaud Coherent Nyquist Pulse Signal with Analog and Digital DEMUX Schemes

160 Gbaud 相干奈奎斯特脉冲信号与模拟和数字 DEMUX 方案的解调性能比较

• 发表时间: 2022
• 作者: Masato Yoshida;Kosuke Kimura;Keisuke Kasai;Toshihiko Hirooka;and Masataka Nakazawa
• 通讯作者: and Masataka Nakazawa

Demodulation performance comparison of high-speed coherent Nyquist pulse signal with analog and digital demultiplexing schemes

高速相干奈奎斯特脉冲信号与模拟和数字解复用方案的解调性能比较

• 发表时间: 2023
• 期刊: IEICE Transactions on Communications
• 影响因子: 0.7
• 作者: Masato Yoshida;Kosuke Kimura;Toshihiko Hirooka;Keisuke Kasai;and Masataka Nakazawa
• 通讯作者: and Masataka Nakazawa

Experimental and Numerical Analysis of Ultrahigh-Speed Coherent Nyquist Pulse Transmission with Low-Nonlinearity Dispersion Compensator

低非线性色散补偿器超高速相干奈奎斯特脉冲传输的实验与数值分析

• DOI: 10.1587/transcom.2021ebp3178
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEICE Transactions on Communications
• 影响因子: 0.7
• 作者: Kosuke Kimura;Masato Yoshida;Keisuke Kasai;Toshihiko Hirooka and Masataka Nakazawa
• 通讯作者: Toshihiko Hirooka and Masataka Nakazawa

アナログおよびデジタルDEMUX方式による160 Gbaudコヒーレント光ナイキストパルス信号の復調特性の比較

使用模拟和数字 DEMUX 方法比较 160 Gbaud 相干光奈奎斯特脉冲信号的解调特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉田真人;木村光佑;葛西恵介;廣岡俊彦;中沢正隆
• 通讯作者: 中沢正隆