空间多种等离子体环境对量子卫星通信性能影响的研究

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1、办姜却愛大爹硕士研究生学位论文空间多种等离子体环境对量子卫星通信性能影响的研究作者：唐守荣指导教师：聂敏教授学科（专业）：通信与信息系统提交论文曰期一：二〇八年四月单位代码11664学号1501210027分类号TN927密级西安邮电大学硕士研究生学位论文题（中、英文）目空间多种等离子体环境对量子卫星通信性能影响的研究Researchontheeffectsofmultipleplasmaenvironmentsontheperformanceofquantumsatellitecommunication作者姓名唐守荣指导教师姓名、职务聂敏、教授学科门

2、类工学学科（专业）通信与信息系统提交论文日期二○一八年四月西安邮电大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德：，本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以处，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研一究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意》一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切的法律责任。—曰期本人签名：＃＃＃：年（＞月］＾曰西安邮电大学学位论文知识产权

3、声明本人完全了解西安邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安邮电大学。本人签名：日期年月」日＿Ｌ１＿ｏｙ年（ｔ导师签名：Ｈ日期：ｉ月日摘要摘要量子通信是通过量子纠缠效应来进行信息传递的一种新型的通信方式。基于量子力学的基

4、本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可克隆性，保证了信息的不可窃听和不可破解。因此量子通信具有保密性强、安全性高等优势，是当前通信与信息领域的研究热点。2016年8月16日凌晨1时40分，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在中国酒泉卫星发射中心发射成功，这是使用量子技术构建全球性安全通信网络迈出的第一步。其中量子中继技术是组建全球量子通信网络的关键技术。由于星地量子卫星通信网络受空间环境的影响较大，为确保通信的可靠性，应准确研究空间环境对量子卫星通信的影响，及时调整卫星系统的各项指标。然而，有关空间不同等离子体环境对量子卫星通信性能影响方面的研究，迄今尚未展开。为此本文通过对不同等离

5、子体环境特性进行分析，研究等离子体环境对光量子信号传输的影响，着重讨论了在特定的环境下量子卫星链路的衰减模型，环境特性与量子卫星性能参数的定量关系，为今后量子通信发展的研究提供理论依据，为下一步研究如何解决由于空间环境造成量子通信性能衰减这一问题奠定了基础。本文的创新点主要分为：一、根据偶发E层的形成过程，得出了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，给出自由电子密度和信道容量、纠缠保真度、误码率及安全密钥产生率的定量关系。二、根据Mie散射理论得到单个带电尘埃粒子的光散射截面；然后通过粒子浓度求出总的消光截面，得

6、出了链路衰减的数学模型，提出了带电粒子特性与量子纠缠度的关系；针对退极化信道，给出了尘埃粒子半径、粒子浓度与信道容量、量子误码率的定量关系。三、首先从量子纠缠态的超密编码传输开始，提出了一种基于四光子纠缠态的量子超密编码通信协议，通过该协议，即可以建立纠缠信道，又可以传递量子信息；然后探究了星地量子链路传输损伤模型，得出了传输距离与信息传输损伤率的关系；接着提出基于平流层量子通信的量子中继修复策略。实验表明，该修复策略可降低信息传输时的损耗，增加量子信号的传输距离。关键词：量子卫星通信；电离层偶发E层；尘埃等离子体；量子中继IABSTRACTABSTRACTQuantumcommuni

7、cationisanewwayofcommunicationthroughquantumentanglementeffectforinformationtransmission.Basedonthebasicprinciplesofquantummechanics,theinalienabilityofthesinglephotonandtheunclonalityofthequantumstateensurethatinformationca