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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
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN914.4[电子电信—通信与信息系统;电子电信—信息与通信工程]
  • 作者机构:[1]西安邮电大学通信与信息工程学院,西安710121, [2]西北工业大学电子信息工程学院,西安710072, [3]西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室,西安710071
  • 相关基金: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
中文摘要:

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.

英文摘要:

Quantum communication is a brand new way of communicating, in which the quantum entanglement effect is used to transmit information. Quantum communication is a new interdisciplinary subject between quantum theory and information theory. It has advantages of perfect information security and higher efficiency in transmission. The successful launch of the first quantum satellite named Micius laid an important foundation forconstructing a secure quantum communication network on a global scale. On the other hand, in the process of quantum satellite communication, the atmospheric environment near the ground will have a certain influence on the transmission of quantum signals, so the security of quantum communication is reduced. One of the influence factors is the ionospheric sporadic E layer. In the actual quantum communication environment, when the weak coherent state light source is simulated the single photon,the source energy is attenuated if the quantum signal passes through the ionosphere. On a space scale of 80–150 km off the ground, the ionospheric sporadic E layer is an irregular thin layer, in which there occurs a sharp increase of electron density under the action of wind shear. Sporadic E layer has a great influence on quantum satellite signal transmission. However, the research about the relationship between the sporadic E layer and quantum communication channel parameters has not yet conducted. To investigate the influence of the ionospheric sporadic E layer on the performance of quantum satellite communication, sporadic E layer formation process is first analyzed. And then the relationship between the free electron density and the height is obtained. After that, the model of the free electron density, the formation thickness and the link attenuation of quantum satellite is established. According to the amplitude damping channel, the quantitative relationships among free electron density and the channel capacity, entanglement fidelity, the quantum bit error rate and the secure key rate are put forward a

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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