基于一维混沌序列映射加密的光OFDM系统的制作方法

本实用新型涉及光通信技术领域，具体地，涉及一种基于一维混沌序列映射加密的光OFDM系统。

背景技术：

随着视频等高宽带业务的广泛应用，通信系统的容量日益增大，使得人们对数据的传输速率要求越来越高，光OFDM技术被提出并做了广泛的研究。伴随着高速率大容量的网络发展，光纤通信窃听技术发展迅速，数据越来越容易被窃取，因此光通信保密技术的研究与开发也越来越受到人们的重视。光混沌系统作为非常适合光通信的加密技术，受到了广泛关注。混沌具有非周期，连续宽频带、类噪声和长期不可预测的特点。混沌系统由于对初值的敏感性，很小的初值误差就能被系统放大，混沌序列具有很好的统计特性，可以产生随机序列，输入值的一个微小变化对输出就有相当大的影响。因此，混度系统可以产生很大的密钥集合，非常适合高速远程保密通信。此外，由于混沌加密属于流密码的范畴，加密操作简单，所以具有时间代价和空间代价小的优点。近几年国内外研究者们针对混沌系统和OFDM调制的研究主要集中在混沌序列降低OFDM的峰值功率比和混沌序列对OFDM的物理层进行加密。经检索发现,2016年Wei Zhang,Chongfu Zhang等人在IEEE Photonics Technology Letters发表了题为”Joint PAPR Reduction and Physical Layer Security Enhancement in OFDMA-PON”的论文。该文章提出了一个最优帧传输技术，其中利用Logistic二维映射产生二维混沌序列，对QAM映射之后正交的两组数据分别进行编码处理，从而实现OFDM物理层的加密。该方法具有很好的安全性，但实现复杂，二维Logistic映射通过数值积分的方法实现，在实际中有一定难度。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型目的是提供一种基于一维混沌 序列映射加密的光OFDM系统。本实用新型操作简单，是一种时间代价和空间代价较小的基于光OFDM和混沌加密的传输系统。

本实用新型解决其技术问题所采有的技术方案如下：

本实用新型包括信号发射端、光纤链路和信号接收端。信号发射端包括OFDM调制模块、混沌序列发生模块Ⅰ和光调制模块，且混沌序列发生模块Ⅰ、OFDM调制模块和光调制模块依次连接；信号接收端包括OFDM解调模块、混沌序列发生模块II和光接收模块；光调制模块连接至光纤链路，光线链路连接至光接收模块，光接收模块、OFDM解调模块和混沌序列发生模块II依次连接。信号发射端和信号接收端之间通过光纤链路相连接。

所述OFDM调制模块用于完成调制功能，具体的二进制信号在OFDM调制模块中依次通过串并转换单元、QAM映射单元、插入导频单元、数据加密单元、IFFT单元、添加CP单元、并串转换单元和添加PN序列单元完成调制；

所述光调制模块包括激光器、光调制器，光调制器与OFDM调制模块中的添加PN序列单元相连接；

所述的光接收模块为光电探测器，用于接收光纤链路传递的信号；

OFDM解调模块用于完成解调功能，具体的二进制信号在OFDM解调模块中依次通过帧同步单元、串并转换单元、去除CP单元、FFT单元、数据解密单元、信道估计单元、QAM去映射单元和并串转换单元完成解调；

所述的混沌序列发生模块Ⅰ和II均为混沌信号发生器，混沌序列发生模块Ⅰ与OFDM调制模块中的数据加密单元相连接；混沌序列发生模块II与OFDM解调模块中的数据解密单元连接；

所述的光线链路在光调制器和光电探测器之间；电探测器与帧同步单元连接。

优选的QAM映射和去QAM映射采用16QAM的格雷码映射方法。

优选的插入导频单元采用梳状导频或者块状导频的方法。

优选的信道估计单元采用LS估计算法根据导频信息估计信道的频率响应。

优选的混沌信号发生器采用不同的混沌系统，从而产生不同形式的混沌序列，以混沌序列作为密钥传递给数据加密单元和数据解密单元。

优选的数据加密单元采用混沌序列作为密钥，对QAM映射产生数据的实部进行相乘操作，实现数据相位上的加密。

优选的数据解密单元利用相同的混沌序列作为密钥，将FFT操作后的数据处以密钥，得到解密后的数据。

优选的添加CP单元的作用是防止符号见干扰和码间串扰。

优选的添加PN序列单元是为了实现帧同步操作，根据m序列的自相关性质，即可实现帧同步。

优选的激光器用来产生光载波；具体的光调制器的作用是将数据调制到激光光源产生的光载波上。

与现有技术相比本技术具有以下优点：

选取了非常适合光OFDM传输系统这种高速率大容量传输方式的加密方法，混沌系统。由于混沌系统非周期，对初值敏感性高的特点，加密方式安全性非常高。并且利用一维混沌系统替代现有的二维混沌系统作为密钥产生的根据，相比高维混沌系统利用数值积分的实现方法，减低了实现难度。本技术具有操作简单，时间空间代价小的优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的光OFDM混沌加密传输系统的结构示意图

图2为混沌序列加密单元结构原理图

图3为混沌序列解密单元结构原理图

图4为混沌序列加密前数据星座图

图5为混沌序列加密后数据星座图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本 实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型利用一维混沌系统产生混沌序列，与16QAM映射之后的数据实部相乘，利用混沌序列具有非周期性，对初值非常敏感等特性，实现对高速远程的光OFDM传输系统的加密。该发明实现难度小，操作简单，安全性高，时间、空间成本小。

如图1所示，本实用新型包括信号发射端、光纤链路和信号接收端。信号发射端包括OFDM调制模块、混沌序列发生模块Ⅰ和光调制模块，且混沌序列发生模块Ⅰ、OFDM调制模块和光调制模块依次连接；信号接收端包括OFDM解调模块、混沌序列发生模块II和光接收模块；光调制模块连接至光纤链路，光线链路连接至光接收模块，光接收模块、OFDM解调模块和混沌序列发生模块II依次连接。信号发射端和信号接收端之间通过光纤链路相连接。

所述OFDM调制模块用于完成调制功能，具体的二进制信号在OFDM调制模块中依次通过串并转换单元、QAM映射单元、插入导频单元、数据加密单元、IFFT单元、添加CP单元、并串转换单元和添加PN序列单元完成调制；

所述光调制模块包括激光器、光调制器，光调制器与OFDM调制模块中的添加PN序列单元相连接；

所述的光接收模块为光电探测器，用于接收光纤链路传递的信号；

OFDM解调模块用于完成解调功能，具体的二进制信号在OFDM解调模块中依次通过帧同步单元、串并转换单元、去除CP单元、FFT单元、数据解密单元、信道估计单元、QAM去映射单元和并串转换单元完成解调；

所述的混沌序列发生模块Ⅰ和II均为混沌信号发生器，混沌序列发生模块Ⅰ与OFDM调制模块中的数据加密单元相连接，即混沌序列倒入到数据加密单元，由数据加密单元对QAM映射后的数据进行加密。混沌序列发生模块II与OFDM解调模块中的数据解密单元连接；

所述的光线链路在光调制器和光电探测器之间，传输数据。电探测器与帧同步单元连接。

优选的QAM映射和去QAM映射采用16QAM的格雷码映射方法。

优选的插入导频单元采用梳状导频或者块状导频的方法。

优选的信道估计单元采用LS估计算法根据导频信息估计信道的频率响应。

优选的混沌信号发生器采用不同的混沌系统，从而产生不同形式的混沌序列，以混沌序列作为密钥传递给数据加密单元和数据解密单元。

优选的数据加密单元采用混沌序列作为密钥，对QAM映射产生数据的实部进行相乘操作，实现数据相位上的加密。

优选的数据解密单元利用相同的混沌序列作为密钥，将FFT操作后的数据处以密钥，得到解密后的数据。

优选的添加CP单元的作用是防止符号见干扰和码间串扰。

优选的添加PN序列单元是为了实现帧同步操作，根据m序列的自相关性质，即可实现帧同步。

优选的激光器用来产生光载波；具体的光调制器的作用是将数据调制到激光光源产生的光载波上。

OFDM调制和解调模块中的插入导频和信道估计单元，主要利用块状导频或梳状导频的LS信道估计算法，对信道进行估计计算。

所述的OFDM调制和解调模块中的FFT和IFFT单元使利用快速傅立叶算法实现正交频分复用技术。

OFDM调制和解调模块中的添加CP和去掉CP单元，主要是为了防止码间串扰和符号间干扰。

OFDM调制和解调模块中的加PN序列和帧同步单元，主要是利用m序列的自相关性质，实现数据起始位置的判断。

进一步的，数据加密单元，如图2所示，数据经QAM映射处理后，由数据加密模块将数据实部和虚部分开，并且将实部和混沌信号发生器产生的混沌序列相乘，加密后的实部替换原数据实部，虚部不变，组成新的数据，实现对数据相位的加密。加密效果如图4、5所示，加密后数据由固定的星座点分布在四条线段上。

数据解密单元如图3所示，数据经过FFT单元后，数据解密模块将 数据的实部和混沌信号发生器产生的混沌序列相除，解密后的实部替代原数据的实部，实现对数据的解密。其中混沌信号发生器利用混沌系统初值不变，产生的序列相同的性质，产生与发送端相同的混沌序列作为密钥。以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。