摘要。自由空间光通信在部署方便和成本方面是光纤通信系统非常有前途的替代方案。中红外光具有几个与自由空间应用密切相关的特性:即使在恶劣条件下在大气中传播时吸收率也很低、长距离传播期间波前稳定、以及此波长范围不受任何管制和限制。最近已经展示了利用子带间设备进行高速传输的概念验证,但这一努力受到短距离光路(最长 1 米)的限制。在这项工作中,我们研究了使用单极量子光电子学构建长距离链路的可能性。使用了两种不同的探测器:非制冷量子级联探测器和氮冷却量子阱红外光电探测器。我们在背靠背配置中评估了链路的最大数据速率,然后添加了 Herriott 单元以将光路长度增加到 31 米。通过使用脉冲整形、预处理和后处理,我们在 31 米传播链路的两级(OOK)和四级(PAM-4)调制方案中达到了创纪录的 30 Gbit s −1 比特率,并且比特误码率与纠错码兼容。
当前汽车领域的研究已经从安全角度证明了控制器局域网 ( CAN ) 协议的局限性。应用层攻击涉及创建恶意数据包,被认为可以从远程进行,但可以被现代入侵检测系统 ( IDS ) 轻松检测到。另一方面,较新的链路层攻击更隐蔽,可能更具破坏性,但需要物理访问总线。在本文中,我们介绍了 CANflict,这是一种纯软件方法,允许从未修改的微控制器在数据链路层可靠地操纵 CAN 总线,克服了最先进工作的局限性。我们证明可以从远程受感染的 ECU 部署隐秘的 CAN 链路层攻击,目标是同一 CAN 网络上的另一个 ECU。为此,我们利用微控制器外设之间存在的引脚冲突来制作多语言帧,这允许攻击者在位级别控制 CAN 流量并绕过协议规则。我们通过实验证明了我们的方法在高端、中端和低端微控制器上的有效性,并通过发布一个可扩展的工具为未来的研究奠定了基础,该工具可用于在不同平台上实现我们的方法并在数据链路层构建 CAN 对策。
高精度和高准确度地测量、保持和分配时间的能力是科学探索的基础能力。除了基础科学之外,时间同步也是公共和私人通信、导航和测距、分布式传感等技术应用不可或缺的功能。我们建议实施一个由卫星和地面时钟组成的量子网络,该网络能够实现皮秒精度的量子时钟同步。实施拟议的 QCS 网络具有双重优势:(1) 为传统应用提供比目前更准确、更强大、更安全的时间同步网络,(2) 可满足未来量子通信网络更严格的同步要求。
– 奥地利空间局 (ASA)/奥地利。 – 比利时科学政策办公室 (BELSPO)/比利时。 – 中央机械制造研究院 (TsNIIMash)/俄罗斯联邦。 – 中国卫星发射和跟踪控制总院、北京跟踪和通信技术研究所 (CLTC/BITTT)/中国。 – 中国科学院 (CAS)/中国。 – 中国空间技术研究院 (CAST)/中国。 – 英联邦科学与工业研究组织 (CSIRO)/澳大利亚。 – 丹麦国家空间中心 (DNSC)/丹麦。 – 航空航天科学和技术部 (DCTA)/巴西。 – 电子和电信研究所 (ETRI)/韩国。 – 欧洲气象卫星应用组织 (EUMETSAT)/欧洲。 – 欧洲通信卫星组织 (EUTELSAT)/欧洲。 – 地理信息和空间技术发展局 (GISTDA)/泰国。 – 希腊国家空间委员会 (HNSC)/希腊。 – 希腊空间局 (HSA)/希腊。 – 印度空间研究组织 (ISRO)/印度。 – 空间研究所 (IKI)/俄罗斯联邦。 – 韩国航空宇宙研究院 (KARI)/韩国。 – 通信部 (MOC)/以色列。 – 穆罕默德·本·拉希德航天中心 (MBRSC)/阿拉伯联合酋长国。 – 国家信息和通信技术研究所 (NICT)/日本。 – 国家海洋和大气管理局 (NOAA)/美国。 – 哈萨克斯坦共和国国家空间局 (NSARK)/哈萨克斯坦。 – 国家空间组织 (NSPO)/中国台北。 – 海军空间技术中心 (NCST)/美国。 – 荷兰空间办公室 (NSO)/荷兰。 – 粒子与核物理研究所 (KFKI)/匈牙利。 – 土耳其科学技术研究理事会 (TUBITAK)/土耳其。 – 南非国家空间局 (SANSA)/南非共和国。 – 空间与高层大气研究委员会 (SUPARCO)/巴基斯坦。 – 瑞典空间公司 (SSC)/瑞典。 – 瑞士空间办公室 (SSO)/瑞士。 – 美国地质调查局 (USGS)/美国。
摘要 — 基于卫星的量子密钥分发 (QKD) 能够实现长距离量子安全通信的密钥传输。该技术的成熟度和工业兴趣不断增加。卫星自由空间光通信的技术准备度也在不断提高。卫星 QKD 系统包括量子通信子系统和经典通信子系统(公共信道)。两者都采用自由空间光学实现。因此,在卫星 QKD 系统设计中,应尽可能地利用强大的协同效应,并实现全光卫星 QKD 系统。在本文中,我们提出了一个这样的系统,将所有光信道定位在 ITU DWDM C 波段中。我们专注于量子和经典信号传输的总体概念设计和光信道设置。系统描述涉及发射器激光终端(Alice 终端)、接收器激光终端(Bob 终端)、公共信道实现、接口 QKD 系统和部署的加密系统的面包板。Alice 终端的设计基础是激光终端开发 OSIRISv3。 Bob 终端的设计基础是地面站开发 THRUST。后者包含自适应光学校正,以实现单模光纤耦合。这使得它能够与几乎任意的量子接收器(如所述实验中使用的 Bob 模块)进行接口。公共信道由双向 1 Gbps IM/DD 系统和调制解调器组成,
我们提出了一个现实的设置,灵感来自现有的实验,在此设置中我们开发了一种实现分布式量子门的通用形式。通过在远距离节点之间建立双向量子通道的量子链路,我们的提案既适用于节点间通信,也适用于节点内通信,并可处理从量子链路的少数模式到多数模式极限的各种场景。我们能够在每种操作范围内设计快速可靠的状态传输协议,再加上对散射过程的详细描述,我们能够设计两组确定性的通用分布式量子门:这些门在量子网络中的实现不需要纠缠分布或测量。通过采用对物理设置的真实描述,我们可以确定量子链路中最相关的缺陷以及最佳操作点,从而导致不完整性为 1 − F ≈ 10 − 2 –10 − 3 。
太空自由空间光通信 (FSOC),或称激光通信,在带宽、尺寸、重量、功耗节省以及不受管制的频谱方面,比射频 (RF) 通信具有关键优势。与 RF 通信相比,理论和演示的激光通信系统在 SWaP 相似或相同的情况下,数据速率更高。新的太空网络架构,例如 SpaceX 和 Telesat 等公司目前正在部署的宽带星座,利用光学卫星间链路来提高系统总吞吐量并减少地面站数量,从而降低整体系统成本。除了 LEO 之外,Artemis 计划基础设施还包括猎户座太空舱和地球之间的光通信中继,最终计划扩展到月球轨道器以实现连续表面覆盖。尽管性能优势明显且在各个应用中的采用率不断提高,但最先进的 RF 通信系统目前的表现优于激光通信系统,部分原因是光通信系统无法支持多个同时链路。频率重用、访问方法和动态波束形成等技术使 RF 通信系统能够绕过带宽限制并与网络内的其他节点(例如多个地面站、用户终端等)建立同时链接。这项工作着眼于将此功能扩展到激光通信系统,评估支持多个同时光链路所需的技术,并量化网络配置中多用户激光通信的影响。我们开发了一个模型来模拟这种系统的性能,并根据现有模型和数据对其进行验证。然后将该模型应用于 LEO 和深空网络场景,该场景分析不同的访问方法、网络配置和终端技术,例如光纤放大器与光子集成电路。我们进行权衡研究以确定所提方法的局限性和约束。然后,我们根据关键性能参数为每种场景提出架构建议。例如,我们发现对于 LEO 情况,一组四颗 6U 立方体卫星可以在网状网络配置中通过波分多址实现 12 Gbps 的总系统吞吐量。此外,通过使用基于光子的收发器而不是基于光纤的收发器,可以额外节省约 2.5 倍的质量。
图(a)按国际电信联盟(ITU,1985)分类如下: A1:地面站传输,可能对地球站接收造成干扰 A2:地球站传输,可能对地面站接收造成干扰 B1:一个空间系统的空间站传输,可能对另一个空间系统的地球站接收造成干扰 B2:一个空间系统的地球站传输,可能对另一个空间系统的空间站接收造成干扰 C1:空间站传输,可能对地面站接收造成干扰 C2:地面站传输,可能对空间站接收造成干扰 E:一个空间系统的空间站传输,可能对另一个空间系统的空间站接收造成干扰 F:一个空间系统的地球站传输,可能对另一个空间系统的地球站接收造成干扰
– 奥地利空间局 (ASA)/奥地利。 – 比利时科学政策办公室 (BELSPO)/比利时。 – 中央机械制造研究院 (TsNIIMash)/俄罗斯联邦。 – 中国卫星发射和跟踪控制总院、北京跟踪和通信技术研究所 (CLTC/BITTT)/中国。 – 中国科学院 (CAS)/中国。 – 中国空间技术研究院 (CAST)/中国。 – 英联邦科学与工业研究组织 (CSIRO)/澳大利亚。 – 丹麦国家空间中心 (DNSC)/丹麦。 – 航空航天科学和技术部 (DCTA)/巴西。 – 电子和电信研究所 (ETRI)/韩国。 – 欧洲气象卫星应用组织 (EUMETSAT)/欧洲。 – 欧洲通信卫星组织 (EUTELSAT)/欧洲。 – 地理信息和空间技术发展局 (GISTDA)/泰国。 – 希腊国家空间委员会 (HNSC)/希腊。 – 希腊空间局 (HSA)/希腊。 – 印度空间研究组织 (ISRO)/印度。 – 空间研究所 (IKI)/俄罗斯联邦。 – 韩国航空宇宙研究院 (KARI)/韩国。 – 通信部 (MOC)/以色列。 – 穆罕默德·本·拉希德航天中心 (MBRSC)/阿拉伯联合酋长国。 – 国家信息和通信技术研究所 (NICT)/日本。 – 国家海洋和大气管理局 (NOAA)/美国。 – 哈萨克斯坦共和国国家空间局 (NSARK)/哈萨克斯坦。 – 国家空间组织 (NSPO)/中国台北。 – 海军空间技术中心 (NCST)/美国。 – 荷兰空间办公室 (NSO)/荷兰。 – 粒子与核物理研究所 (KFKI)/匈牙利。 – 土耳其科学技术研究理事会 (TUBITAK)/土耳其。 – 南非国家空间局 (SANSA)/南非共和国。 – 空间与高层大气研究委员会 (SUPARCO)/巴基斯坦。 – 瑞典空间公司 (SSC)/瑞典。 – 瑞士空间办公室 (SSO)/瑞士。 – 美国地质调查局 (USGS)/美国。