低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析.pdf

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1、研究与开发低轨道量子卫星通信时分交换方案及性能分析杨光，聂敏。江帆(西安邮电大学通信与信息工程学院西安710121)摘要：为解决低轨道量子卫星覆盖范围下，多个量子用户的接人与信息传输问题，提出了一种多波束时分量子交换方案，并详细给出了时分量子卫星交换机的工作原理。在不同的通信时隙上，为用户分别建立量子纠缠信道并进行量子信息传送。为克服星地链路及星际链路的时延问题．提出了基于量子信道字的交换和传输方法，从而降低单时隙量子比特传输的平均时延。系统性能分析与仿真结果表明，时隙个数、量子信道字长是影响系统的用户数量、吞吐量、呼损指标的关键因素。在一定的信道条件下，通过对

2、这些系统参数进行合理设计，能够满足特定量子卫星系统的服务需求。关键词：量子通信；卫星通信；时分多址；交换网络；量子纠缠doi：10．3969／j．issn．1000-0801．2014．04．010TimeDivisionSwitchingSchemeandPerformanceAnalysisofLowOrbitQuantumSatelliteCommunicationYangGuang，NieMin，JiangFan(SchoolofTelecommunicationandInformationEngineering，Xi’anUniversityofPos

3、tsandTelecommunications，Xi’all710121，China)Abstract：Loworbitquantumsatellitesystemisusedtorealizeaworldwidesecurecommunication．Tosolvetheproblemofmultiplequantumusers’accessandinformationtransmissioninsatellitecoverage，amulti—beamtimedivisionquantumswitchingschemewasproposed，andadeta

4、ileddescriptionofthestructureandworkingprocessofthetimedivisionquantumswitchweregiven．Indiferenttimeslot，theswitchsetupaquantumentanglementswappingchannelfordifferentusersto~ansmittheirquantuminformation．Toovercomethedelayinsatellite—earthlinkandsatellite-satellitelink，aswitchingandt

5、ransmissionmethodwasproposedbasedonquantumchannelbyte，whichdecreasedtheaveragequbittransmissiondelayforsingletimeslot．Performanceanalysisshowsthatthenumberoftimeslotandthelengthofquantumchannelbytehavethekeyinfluenceontheusernumber，thetrafficandthecallofloss．Incertainchannelcondition

6、s，byrationaldesigningoftheseparameters，thequantumsatellitecommunicationsystemcanmeetthedemandedservicerequirements．Keywords：quantumcommunication,satellitecommunication，timedivisionmultipleaccess，switchingnetwork，quantumentanglement言量子通信基于海森堡不确定性原理和量子态不可克关注的科学领域。由于光子在外层空间传播时几乎没有损国家自然科

7、学基金资助项目(No．61172071，No．61201194)，陕西省教育厅科学研究计划基金资助项目(No．2013JK1064)耗，基于卫星构建量子通信网成为实现广域范围安全保密盖区，为各个量子发送终端分配不同的通信时隙。此外，本通信的一个新思路。同步卫星通信系统由于其轨道高度达系统需要经典卫星信道的辅助，以完成卫星量子通信的终数万公里，时延长、退相干影响大，短期内不具备同步量子端位置管理、连接控制、切换控制等。卫星通信的实用化条件。而低轨道卫星系统轨道高度较2．2时分卫星量子交换机结构低，星地链路时延相对较小．是实现卫星量子通信的一种时分量子卫星交换机以多

8、波束方式工作，其结构如图