[發明專利]一種基于混沌序列導頻映射的OOFDM加密系統

有效

• 申請號: 201610157784.8
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105577359B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發明（設計）人: 畢美華;李躍新;王曉亮;趙志偉;牟小華;楊國偉;周雪芳;魏一振;李齊良
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了一種基于混沌序列導頻映射的OOFDM加密系統。本發明包括依次連接的OFDM加密模塊、光調制模塊、光纖傳輸通道、光電探測模塊、OFDM解密模塊。OFDM加密模塊連接到光調制模塊從而產生加密的OOFDM信號；加密的OOFDM信號連接至光纖傳輸通道實現加密的OOFDM信號在光纖中的傳輸；光纖傳輸通道將加密的OOFDM信號傳輸至光電探測模塊，從而將加密的OOFDM信號轉化為電OFDM信號，電OFDM信號到達OFDM解密模塊完成OFDM信號的解調。本發明能夠適應光頻分復用傳輸系統高速率大容量的傳輸特性，且安全性高時間空間代價低，能在不占用、不改變原有信號分布的情況下實現系統加密，可實現性高。

技術領域

本發明屬于光通信加密技術領域，主要涉及混沌序列在光正交頻分復用傳輸系統中加密應用。

背景技術

光正交頻分復用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OOFDM)是將OFDM技術應用于光通信的一種新技術，可以構造出高速率、大容量、低成本的光傳輸網絡。OOFDM能夠有效地對抗光通信系統中的色度、色散和偏振模色散引起的符號間干擾(ISI)，而且循環前綴(CP)的引入，更進一步的增強OOFDM通信系統的抗色散能力，降低色散管理的復雜度，同時對提高數據傳輸率和系統容量起到重要作用。另外，OOFDM系統中的各個子信道的不同頻譜相互疊加，更有效的利用頻譜資源，提高了頻帶利用率。除此之外，該系統實現簡單，易于優化等優點，使OFDM技術在光通信領域，尤其是40Gbit/s以上的高速光通信領域具有很好的應用前景。

光OFDM系統中加入導頻的作用在于用一些特定的先驗信息來對信號的傳播環境進行準確的傳播信道估計。這樣才能在后期正確的均衡和解調發送的信號。由于OFDM是模擬信號，對信道比較敏感，要想正確解調OFDM信號，必須進行信道估計，信道估計包括盲估計以及基于導頻的估計方法，然而，在實際應用中，盲估計雖不需要額外開支，但是它估計精度比較低，難以達到系統要求。因此基于導頻的估計方法是OOFDM中應用比較廣泛的方法，由于傳輸信道往往是衰落信道，因此需要在信道中插入導頻，不斷對信道進行跟蹤，接收端通過對導頻信號的處理進行信道估計，此方法精度高，操作簡易。然而，在OOFDM信號傳輸過程中，若導頻序列被竊取，信道被輕易估值，則起不到對信號的保密作用。

與此同時，混沌系統在保密通信中的應用得到了越來越多的關注。由于光混沌系統具有大帶寬、低衰減、動力學系統復雜以及對參數高度敏感等特性，非常適合于高速遠程保密通信的要求，因此混沌保密通信的研究熱點也逐漸由電路混沌系統轉向了光混沌系統。近年來，國內外研究者針對OOFDM系統的加密研究主要集中在：1)物理層加密；2)利用廣義濾波器組實現加密；3)在四維空間中用矢量調制等方面展開了大量研究。然而，作為實現有效快速的OOFDM系統加密的實際執行中，存在以下急需解決的問題:首先，安全性高，非法接收機無法解密出原始信號；其次，隨著傳輸距離的增加，信道對混沌處理后的信號帶來的色散、損耗等問題；再者，混沌序列對信號處理的速率即加密解密的速率問題。至今，已有大量的文獻報道了有關如何實現信號加密及提升傳輸性能。然而，這些文獻雖然為OOFDM系統的加密研究發展奠定了基礎，但同時存在了一些問題。

經對現有文獻檢索發現，Xiaonan Hu等人于2015年在光子技術快報(IEEEPhotonics Technology Letters)上，提出了“Chaos-Based Partial Transmit SequenceTechnique for Physical Layer Security in OFDM-PON”(基于混沌的部分傳輸序列在OFDM-PON物理層的安全加密技術)。該文獻中，作者采用了四維超混沌系統來產生混沌的分區信息,混沌的相位加權因子以及混沌的OFDM符號同步訓練序列,提供了一個巨大的密鑰空間來增強物理層的保密性能，該系統的優點，一方面，在標準單模光纖中，8.9Gb/s的信號能傳輸20km以上并具有有效對抗窮舉攻擊的魯棒性，另一方面提高了OFDM的傳輸性能，但是分區加密將不可避免地使得計算復雜度劇增。