МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КЛЮЧЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В КОГЕРЕНТНОЙ ДВУХПОЛОСНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ С МОДУЛЯЦИЕЙ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫМИ РАДИОСИГНАЛАМИ
DOI:
https://doi.org/10.18522/2311-3103-2026-1-%25pКлючевые слова:
Распределение ключа, когерентное излучение, конфигурация двух интерферометров Маха-Цендера, формирование двухполосного оптического излучения, квадратурный фазоманипулированный радиосигнал, поднесущая частотаАннотация
Когерентная оптическая связь с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) обеспечивает высокую скорость передачи данных синфазными и квадратурными (IQ) форматами модуляции на большие расстояния. Квадратурный оптический модулятор с двумя интерферометрами Маха-Цендера в двухтактной конфигурации при одновременном фазовом сдвиге в его плечах позволяет существенно улучшить технические характеристики и обеспечить электромагнитную совместимость трактов передачи цифровых сигналов. Двухтактная конфигурация оптического модулятора является основой для организации высокоскоростной и помехозащищённой передачи данных. Результаты исследований доказывают, что после определённой коррекции известных структур когерентной оптической передачи система может быть использована для распределения ключа. Представлена структура передающей станции когерентной двухполосной оптической системы формирования ключевой последовательности. Модель формирования оптического излучения с модуляцией фазоманипулированным радиосигналом осуществляется на основе квадратурного оптического модулятора на двух параллельно включённых интерферометрах Маха-Цендера с постоянными напряжениями смещения на всех плечах управляющих электродов. Формирование ключевой последовательности реализуется посредством модуляции синфазной и квадратурной составляющих радиосигналов на поднесущей частоте. Набор двух коэффициентов умножения амплитуд для каждого бита задаётся электронным устройством кодирования. Коэффициенты представляют сигналы, модулирующие по амплитуде соответственно синфазную и квадратурную составляющие поднесущей частоты. Формируемое оптическое излучение на выходе модулятора обеспечивает распределение ключа (задание значений нулевого «0» и единичного «1» битов в двоичной системе счислений) по протоколу c четырьмя состояниями фазы в прямоугольном и диагональном базисах. Предложен модуль управления кодированием синфазной и квадратурной составляющих радиосигнала на поднесущей частоте. Применение квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) обеспечивает помехоустойчивость к внешним воздействиям при высокой скорости передачи данных.
Библиографические ссылки
1. Bylina M.S., Glagolev S.F., Dyubov A.S. Sravnitel'nyy analiz metodov energeticheskogo i kogerentnogo priema tsifrovykh informatsionnykh opticheskikh signalov. Ch. 1. Energeticheskiy priem [Comparative analysis of methods of energy and coherent reception of digital information optical signals. Part 1. Ener-gy reception], Tr. uchebnykh zavedeniy svyazi [Transactions of educational institutions of communica-tion], 2017, Vol. 3, No. 3, pp. 12-20.
2. Bylina M.S., Glagolev S.F., Dyubov A.S. Sravnitel'nyy analiz metodov energeticheskogo i kogerentnogo priema tsifrovykh informatsionnykh opticheskikh signalov. Ch. 2. Kogerentnyy priem [Comparative analysis of methods of energy and coherent reception of digital information optical signals. Part 2. Co-herent reception], Tr. uchebnykh zavedeniy svyazi [Transactions of educational institutions of communi-cation], 2017, Vol. 3, No. 4, pp. 21-28.
3. Makhmud Kh.A.M., Rumyantsev K.E. Formirovanie odnopolosnoy kvadraturnoy fazovoy manipulyatsii radiosignalov na podnesushchikh chastotakh v kogerentnoy opticheskoy sisteme kommunikatsii [For-mation of single-sideband quadrature phase-shift keying of radio signals at subcarrier frequencies in a coherent optical communication system], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engi-neering Sciences], 2022, No. 5, pp. 209-220. DOI: 10.18522/2311-3103-2022-5-209-220.
4. Makhmud Kh.A.M., Rumyantsev K.E., Al'-Begat A.Kh.Sh. Analiz voskhodyashchego lazernogo kanala sputnikovoy kommunikatsii v usloviyakh atmosfernoy turbulentnosti [Analysis of the upward laser channel of satellite communication under atmospheric turbulence], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2023, No. 4, pp. 174-191. DOI: 10.18522/2311-3103-2023-4-174-191.
5. Sklyar Bernard. Tsifrovaya svyaz'. Teoreticheskie osnovy i prakticheskoe primenenie. Digital Commu-nications: Fundamentals and Applications [Digital Communications: Fundamentals and Applications]. 2nd ed. Moscow: Vil'yams, 2007, 1104 p. ISBN 0-13-084788-7.
6. Velichko M.A., Naniy O.E., Sus'yan A.A. Novye formaty modulyatsii v opticheskikh sistemakh svyazi [New modulation formats in optical communication systems], Lightwave Russian Edition, 2005,
No. 4, pp. 21-30.
7. Topchiy P.N., Elishev V.V., Rumyantsev D.V. Primenenie kvadraturnoy amplitudnoy manipulyatsii dlya povysheniya skorosti peredachi tsifrovoy informatsii [Application of quadrature amplitude shift keying to increase the digital information transmission rate], 79-ya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya Sankt-Peterburgskogo NTO RES im. A.S. Popova [79th scientific and technical conference of the St. Peters-burg Scientific and Technical Association of Radio Electronic Systems named after A.S. Popov], 2024, pp. 89-91.
8. Feer K. Besprovodnaya tsifrovaya svyaz'. Metody modulyatsii i rasshireniya spektra. Wireless Dig-ital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications [Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications]. Moscow: Radio i svyaz', 2000, 552 p. ISBN 5-256-01444-7.
9. Hui R., Zhu B., Huang R., Allen C., Demarest K. and Richards D. Subcarrier multiplexing for high-speed optical transmission, IEEE Journal of Lightwave Technology, 2002, Vol. 20, No. 3, pp. 417-427.
10. Makhmud Kh.A.M., Rumyantsev K.E. Spektral'nyy analiz sistemy peredachi s mul'tipleksirovaniem op-ticheskikh podnesushchikh, ispol'zuyushchey format modulyatsii QPSK [Spectral analysis of a trans-mission system with multiplexing of optical subcarriers using the QPSK modulation format], Funda-mental'nye i prikladnye aspekty komp'yuternykh tekhnologiy i informatsionnoy bezopasnosti: Mater. VII Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Fundamental and applied aspects of computer tech-nology and information security: Proceedings of the VII All-Russian scientific and technical conference], 2021, pp. 77-81.
11. Makhmud Kh.A.M., Rumyantsev K.E. Modelirovanie mul'tipleksirovaniya podnesushchikh Naykvista dlya opticheskoy sistemy peredachi [Modeling of Nyquist subcarrier multiplexing for an optical trans-mission system], II Vserossiyskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «Digital Era» [II All-Russian scientific and practical conference "Digital Era"], 2022, pp. 77-83.
12. Hui R., Zhu B., Huang R., Allen C., Demarest K., Richards D. 10-Gb/s SCM fiber system using optical SSB modulation, IEEE Photonics Technology Letters, 2001, Vol. 13, No. 8, pp. 896-898.
13. Afanas'ev V.M. Elektroopticheskiy modulyator po skheme interferometra Makha-TSendera [Electro-optical modulator based on the Mach-Zehnder interferometer scheme], Prikladnaya fotonika [Applied Photonics], 2016, Vol. 3, No. 4, pp. 341-344.
14. Drevko D.R., Zyuryukin Yu.A., Ushakov N.M. Modifikatsii elektroopticheskogo modulyatora Makha–Tsendera dlya upravleniya lazernym izlucheniem povyshennoy moshchnosti [Modifications of the Mach-Zehnder electro-optical modulator for controlling high-power laser radiation], Nanoelektronika, nanofotonika i nelineynaya fizika: Mater. V konferentsii molodykh uchenykh [Nanoelectronics, nanopho-tonics and nonlinear physics: Proceedings of the V conference of young scientists]. Saratov, 2010, pp. 18-19.
15. Voblikov E.D., Volyntsev A.B., Zhuravlev A.A., Kichanov A.V., Ponomarev R.S., Shevtsov D.I. Inte-gral'no-opticheskiy modulyator na osnove interferometra Makha–Tsendera s asimmetrichnoy topologiey volnovodov [Integrated optical modulator based on a Mach-Zehnder interferometer with an asymmetric waveguide topology], Tr. MAI [Trudy MAI], 2011, No. 46.
16. Ponomarev R.S., Voblikov E.D. Nekotorye voprosy raboty integral'no-opticheskikh modulyatorov inten-sivnosti [Some aspects of operation of integrated-optical intensity modulators], Vestnik Permskogo un-ta. Ser.: Fizika [Bulletin of Perm University. Series: Physics], 2011, Issue 2 (17), pp. 65-68.
17. Kuz'minov Yu.S. Elektroopticheskiy i nelineyno-opticheskiy kristall niobata litiya [Electro-optical and nonlinear-optical crystal of lithium niobate]. Moscow: Nauka, 1987, 264 p.
18. Zyuryukin Yu.A., Pavlova M.V., Drevko D.R. Volnovye uravneniya dlya opisaniya effekta Pokkel'sa v kristallakh i ikh analiz na primere kristalla niobata litiya [Wave equations for describing the Pockels ef-fect in crystals and their analysis using the example of a lithium niobate crystal], Izvestie vuzov. Priklad-naya nelineynaya dinamika [News of universities. Applied nonlinear dynamics], 2010, Vol. 8, No. 5, pp. 125-137.
19. Velichko M.A., Naniy O.E., Sus'yan A.A. Novye formaty modulyatsii v opticheskikh sistemakh svyazi [New modulation formats in optical communication systems], Lightwave Russian Edition, 2005,
No. 4, pp. 21-30.
20. Afanas'ev V.M. Elektroopticheskiy modulyator po skheme interferometra Makha–Tsendera [Electro-optical modulator based on the Mach-Zehnder interferometer scheme], Prikladnaya fotonika [Applied Photonics], 2016, Vol. 3, No. 4, pp. 341-369.
21. Mahmood H.A., Rumyantsev K.Y. Effect of FBG Compensated Dispersion on SCM/ASK Radio over Fiber System, 12th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI). IEEE, 2019, pp. 1-5.
22. Makhmud Kh.A.M., Rumyantsev K.E. Formirovanie odnopolosnoy kvadraturnoy fazovoy manipulyatsii radiosignalov na podnesushchikh chastotakh v kogerentnoy opticheskoy sisteme kommunikatsii [For-mation of single-sideband quadrature phase shift keying of radio signals at subcarrier frequencies in a coherent optical communication system], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engi-neering Sciences], 2022, No. 5, pp. 209-220. DOI: 10.18522/2311-3103-2022-5-209-220.
