[發(fā)明專利]一種基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611142768.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106788961B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王藝儒;張琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/00
• 分類號(hào): H04L9/00;H04K1/04;H04B10/116;H04B7/0413
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構(gòu)建n×n的MIMO可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，其中n表示發(fā)送端的LED陣列數(shù)量和接收端的光電探測(cè)器數(shù)量，發(fā)送端包括n個(gè)LED陣列，LED陣列用來(lái)做照明同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接收端由n個(gè)光電探測(cè)器組成，光電探測(cè)器將光功率轉(zhuǎn)換為電流；

S2：基于合法用戶的通信角度和距離設(shè)計(jì)位置信息嵌入矩陣，在位置信息嵌入矩陣中插入合法用戶的入射角發(fā)送端的發(fā)射角φ以及發(fā)送端與接收端的距離d位置信息；

S3：應(yīng)用基于混沌序列的移位矩陣對(duì)位置信息嵌入矩陣中的元素進(jìn)行交錯(cuò)得到基于位置信息的混沌置亂矩陣；

S4：將基于位置信息的混沌置亂矩陣進(jìn)行正交化分解，得到正交的置亂矩陣；

S5：采用正交的置亂矩陣對(duì)發(fā)送信息進(jìn)行置亂并傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，步驟S1中，構(gòu)建n×n的MIMO可見(jiàn)光通信系統(tǒng)時(shí)，在發(fā)送端采用直接強(qiáng)度調(diào)制方法，用數(shù)字信號(hào)直接控制通過(guò)LED陣列的電流進(jìn)而控制發(fā)送端輸出的光功率；可見(jiàn)光通信系統(tǒng)采用不歸零開(kāi)關(guān)鍵控的調(diào)制方式，LED陣列開(kāi)啟表示1，關(guān)閉表示0；因?yàn)長(zhǎng)ED陣列的輸出功率不能為負(fù)值，所以發(fā)送端發(fā)送信號(hào)時(shí)必須添加直流偏置；在接收端，采用直接檢測(cè)的方法，將探測(cè)到的光功率直接轉(zhuǎn)換為電流。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，步驟S2中，位置信息嵌入矩陣S_LIE表示為：

式中⊙表示阿達(dá)瑪乘積，表示合法用戶的入射角，Ψ表示合法用戶的入射角矩陣，φ表示發(fā)送端的發(fā)射角，Φ表示發(fā)送端的發(fā)射角矩陣，d表示發(fā)送端與接收端的距離，D表示發(fā)送端與接收端的距離矩陣；i表示發(fā)送端LED陣列的序號(hào)，j表示接收端的序號(hào)，式中(·)_i,j表示矩陣第i行第j列的元素，其中1≤i,j≤n。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，步驟S3中，具體包括以下步驟：

S3.1：把矩陣S_LIE轉(zhuǎn)換為n²×1的列向量S₁，轉(zhuǎn)換過(guò)程表示如下：

(S₁)_(i-1)×n+j＝(S_LIE)_i,j

S3.2：通過(guò)混沌序列生成一個(gè)移位矩陣M，對(duì)列向量S₁進(jìn)行移位，得到移位后的列向量表示如下：

S₂＝M×S₁

S3.3：經(jīng)過(guò)混沌置亂后，由向量S₂得到一個(gè)n×n的矩陣S₃如下：

(S₃)_i,j＝(S₂)_(i-1)×n+j。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，矩陣M由混沌序列決定，推導(dǎo)方式如下表示：

C_MS＝M×C

M＝f_S(C_MS(1～n²)[C(1～n²)]^-1)

式中，C表示通過(guò)約定映射方式產(chǎn)生的混沌序列，C_MS表示將混沌序列C中的數(shù)字按由小到大的順序排序后得到的序列，表示混沌序列C的元素，表示序列C_MS的元素，f_S為如下函數(shù)：

混沌序列C初值的選取方式如下：為了使合法用戶距離矩陣D中的元素滿足混沌序列初值需處于區(qū)間(0,1)的約束條件，用矩陣D中的最大值d_max和最小值d_min之和點(diǎn)除矩陣D如下：

式中表示點(diǎn)除，混沌序列C初值從矩陣S_UN的元素中隨機(jī)選取。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于位置信息的高安全性正交分解混沌置亂方法，其特征在于，步驟S4中，具體包括以下步驟：

應(yīng)用迭代正交非負(fù)矩陣分解方法分解矩陣S₃，得到近似正交的混沌置亂矩陣并且減弱矩陣S₃和MIMO信道之間的相關(guān)性；K表示總的迭代次數(shù)，表示基矩陣，表示編碼矩陣，并用U₀、V₀分別表示U_K、V_K的初始值，得到如下計(jì)算：

U₀＝H^T

V₀＝H^T

式中H為信道增益矩陣，(·)^T表示矩陣轉(zhuǎn)置運(yùn)算符，則第k個(gè)迭代矩陣，即U_k、V_k通過(guò)迭代得到如下：

經(jīng)過(guò)迭代，S₃可以被近似分解為S₃≈U_KV_K，并且得到正交混沌置亂矩陣如下：

S_OFCS-LIE＝V_K

迭代總次數(shù)K由正交誤差ε決定，可以如下計(jì)算：

式中I表示n×n的單位矩陣；因此，得到的S_OFCS-LIE是近似正交的，即：