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中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响

发布时间:2018-08-08 18:54
【摘要】:电离层偶发E层是指在距离地面高度80—150 km之间,在风剪切作用下,电子密度急剧增加的不规则电离薄层,它会对量子卫星光信号的传输造成极大的影响.然而,有关电离层偶发E层与星地间量子通信信道参数关系的研究,迄今尚未展开.为了研究偶发E层对量子卫星通信性能的影响,首先分析了它的形成过程,得出自由电子密度随高度变化的关系;然后建立了自由电子密度、偶发E层的厚度对量子卫星链路衰减的模型;针对振幅阻尼信道,给出自由电子密度对信道容量、纠缠保真度、误码率和安全密钥产生率的定量关系.理论分析和仿真结果表明,当偶发E层的厚度为1 km、电子密度由3×10~5cm~(-1)增加到27×10~5cm~(-1)时,信道容量由0.8304衰减到0.1319,纠缠保真度由0.9386下降到0.3606,量子误码率由0.0093增加到0.0769,安全密钥产生率由9.968×10~(-5)减小到1.91×10~(-6).由此可见,电子密度的大小和偶发E层的厚度对量子卫星通信性能有显著的影响.因此,在进行量子卫星通信时,应根据对电离层参数的探测情况,自适应调整卫星系统的各项指标,以确保量子通信的可靠性.
[Abstract]:The ionospheric accidental E layer refers to the irregular ionized thin layer in which the electron density increases sharply under wind shear between 80-150 km above the ground. It has a great influence on the transmission of quantum satellite optical signal. However, the research on the relationship between the channel parameters of the ionospheric occasional E layer and the space-to-satellite quantum communication has not been carried out. In order to study the effect of the accidental E layer on the communication performance of quantum satellite, the formation process of the free electron density is analyzed, and the relationship between the free electron density and the height is obtained, and then the free electron density is established. For amplitude damped channel, the quantitative relationship between free electron density and channel capacity, entanglement fidelity, bit error rate and security key generation rate is given. The theoretical analysis and simulation results show that the electron density increases from 3 脳 10 ~ (5) cm ~ (-1) to 27 脳 10 ~ (5) cm ~ (-1) when the thickness of the accidental E layer is 1 km, and the electron density increases from 3 脳 10 ~ (5) to 27 脳 10 ~ (5) cm ~ (-1). The channel capacity attenuates from 0.8304 to 0.1319, the entanglement fidelity decreases from 0.9386 to 0.3606, the quantum bit error rate increases from 0.0093 to 0.0769, and the security key generation rate decreases from 9.968 脳 10 ~ (-5) to 1.91 脳 10 ~ (-6). It can be seen that the size of the electron density and the thickness of the occasional E layer have a significant effect on the performance of quantum satellite communication. Therefore, in order to ensure the reliability of quantum communication, the satellite system should be adaptively adjusted according to the detection of ionospheric parameters.
【作者单位】: 西安邮电大学通信与信息工程学院;西北工业大学电子信息工程学院;西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金(批准号:61172071,61201194) 陕西省自然科学基础研究计划(批准号:2014JQ8318) 陕西省国际科技合作与交流计划项目(批准号:2015KW-013) 陕西省教育厅科研计划项目(项目编号是:16JK1711)资助的课题~~
【分类号】:TN927.2

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本文编号:2172705

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