中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响

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聂敏, 唐守荣, 杨光, 张美玲, 裴昌幸. 2017: 中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响, 物理学报, 66(7): 232-242. doi: 10.7498/aps.66.070302
引用本文: 聂敏, 唐守荣, 杨光, 张美玲, 裴昌幸. 2017: 中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响, 物理学报, 66(7): 232-242. doi: 10.7498/aps.66.070302
Nie Min, Tang Shou-Rong, Yang Guang, Zhang Mei-Ling, Pei Chang-Xing. 2017: Influence of the ionospheric sporadic E layer on the performance of quantum satellite communication in the mid latitude region, Acta Physica Sinica, 66(7): 232-242. doi: 10.7498/aps.66.070302
Citation: Nie Min, Tang Shou-Rong, Yang Guang, Zhang Mei-Ling, Pei Chang-Xing. 2017: Influence of the ionospheric sporadic E layer on the performance of quantum satellite communication in the mid latitude region, Acta Physica Sinica, 66(7): 232-242. doi: 10.7498/aps.66.070302

中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响

Influence of the ionospheric sporadic E layer on the performance of quantum satellite communication in the mid latitude region

  • 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3×105 cm-i增加到27×105 cm-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.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-04-15

中纬度地区电离层偶发E层对量子卫星通信性能的影响

  • 西安邮电大学通信与信息工程学院,西安,710121
  • 西安邮电大学通信与信息工程学院,西安 710121;西北工业大学电子信息工程学院,西安 710072
  • 西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室,西安,710071

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3×105 cm-i增加到27×105 cm-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.

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