一种利用分组码的非同步混沌保密通信系统

本发明属于光信息
技术领域：
，具体涉及一种利用分组码的非同步混沌保密通信系统。
背景技术：
：近年来，随着通信技术的快速发展，日常生活、工作、生产等已经离不开信息世界，那么信息的高速与安全传输就变得极其重要。由于混沌序列具有类噪声、相关性强、长期行为不可预测、初值敏感性，在保密通信
技术领域：
的应用较好。传统的混沌通信系统需要进行同步，需要发送端和接收端利用混沌同步产生完全相同的混沌序列，这就要求在发射端和接收端都需要有产生混沌信号的设备。而现有技术未能满足此技术要求。技术实现要素：基于现有技术中存在的上述缺点，本发明提供了一种利用分组码的非同步混沌保密通信系统。为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：一种利用分组码的非同步混沌保密通信系统，包括发送端和接收端；发送端包括混沌激光器、第一光电探测器、第一延迟器、第二延迟器、第三延时器、编码模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、调制模块、第一码型变换器、连续波激光器、光电调制器；混沌激光器连接第一光电探测器，第一光电探测器分三路连接编码模块：第一路直接连接，第二路通过第一延时器连接，第三路依次通过第二延时器、第三延时器连接；编码模块与调制模块相连；原始信号输入第一信号处理模块后，经第二信号处理模块后进入调制模块，调制模块通过第一码型变换器后与光电调制器相连，光电调制器还与连续波激光器相连；接收端包括第二光电探测器、第二码型变换器、第四延迟器、第五延时器、第六延时器、比较器、解调模块、第三信号处理模块；第二光电探测器通过光纤与光电调制器相连，第二光电探测器与第二码型变换器相连，第二码型变换器分三路连接比较器：第一路直接连接比较器，第二路通过第四延时器后连接比较器，第三路依次通过第五、第六延时器后连接比较器；比较器通过解调模块后连接第三信号处理模块，第三信号处理模块恢复信号。作为优选方案，所述编码模块的工作方式为：混沌半导体激光器产生具有高复杂度的类随机信号，通过光电探测器变成电信号。该输入的电混沌信号x1(n)、经过1个延时器延时的电混沌信号x1(n+1)以及经过2个延时器延时的电混沌信号x1(n+2)输入到编码模块中进行如下处理：将电混沌信号x1(n)、电混沌信号x1(n+1)与电混沌信号x1(n+2)取绝对值后相加，即|x1(n)|+|x1(n+1)|+|x1(n+2)|∈[a,e)；取最大最小值后，设最小值为d1，最大值为d9，所以分为8个范围，每个范围进行不同的编码。具体算法如下：作为优选方案，所述第一信号处理模块主要实现对原始信号(6，3)线性分组码的编码以及各符号的重复。定义校验子s1s2s3与错误码元位置的关系如表1所示。表1.校验子与错误码元位置关系定义(6,3)线性分组码的编码规则如表2所示。表2.(6,3)线性分组码编码规则数据位监督位码字000000000000001011001011010101010101011110011110100110100110101101101101110011110011111000111000将编码后的码字重复5次。作为优选方案，所述第二信号处理模块实现将输入的原始“0”、“1”信息转化为“-1”、“1”信号，与编码模块输出的信号一起输入到调制模块中。作为优选方案，所述调制模块主要实现将编码模块输出的信号与第二信号处理模块输出的信号对应相乘。作为优选方案，所述第一码型变换器实现将调制模块输出的信号的幅值整体搬移到“0”以上。作为优选方案，所述激光器和光电调制器实现将经过码型变换的电信号转换为光信号。光信号通过光纤传输到接收端。作为优选方案，所述第二光电探测器实现将光信号转换为电信号。作为优选方案，所述第二码型变换器实现将经过光纤传输的信号幅值变换为与调制模块输出信号的幅值相同的水平。作为优选方案，所述比较器的工作方式为，设调制后的信号为l(n)，经过第二码型变换器变换后的信号为l'(n)。比较|l'(n)|+|l'(n+1)|+|l'(n+2)|分别属于(d1,d2)，(d2,d3)，(d3,d4)，(d4,d5)，(d5,d6)，(d6,d7)，(d7,d8)，(d8,d9)中的哪一个区间，并根据比较结果将信号输入相应解调器。作为优选方案，所述解调器中设有四种解调电路，分别为：对应于比较器(d1,d2)，(d2,d3)，(d3,d4)，(d4,d5)，(d5,d6)，(d6,d7)，(d7,d8)，(d8,d9)的8个区间，对应的依序分别使用解调电路1、2、3、4、5、6、7、8。具体解调算法表3所示。表3.解调器算法作为优选方案，信号处理模块的工作方式为：将还原信号分为6个比特一组，将每5组的各个相同位置的比特进行大数判决：若“1”的个数多于“0”，则将该位置判决为“1”；若“0”的个数多于“1”，则将该位置判决为“0”。然后对判决后的码组使用(6,3)线性分组码进行纠错并恢复出原始信号作为优选方案，混沌激光器外腔反馈延迟时间为1.2ns。作为优选方案，混沌激光器的阈值电流均为38.06ma。作为优选方案，混沌激光器透明载流子数1.25×108。作为优选方案，混沌激光器产生的信号波长1550nm，功率为10mw。作为优选方案，光电探测器量子效率10％。本发明采用相应的算法，使得该系统的接收端不需要与发射端同步的混沌信号也能解调出原始信息信号。本发明首先使用线性分组码对传输的原始信号进行加密，然后通过本发明算法调制到混沌载波上，接收端利用逆向算法从混沌载波上恢复数据后，使用大数解码对解调信号进行判决，最终恢复出原始的信息。本发明大大降低了噪声对非同步系统的影响。同时，更为复杂的编码方式对混沌信号进行编码，增加了系统整体的复杂度、密钥空间，使得该系统更加难以被破解。本发明实现了接收端不需要同步的混沌保密通信，具有较好的抗噪声性能以及较强的保密性能。附图说明图1为本发明一种优选实施例利用分组码的非同步混沌保密通信系统的结构示意图。图2为经过编码和调制的传输信号示意图。图3为发送的原始信息与还原的信息对比示意图。图中：1.混沌激光器；2-1.第一光电探测器；2-2.第二光电探测器；3-1.第一延时器；3-2.第二延时器；3-3.第三延时器；3-4.第四延时器；3-5.第五延时器；3-6.第六延时器；4.编码模块；5.调制模块；6-1.第一码型变换器；6-2.第二码型变换器；7-1.第一信号处理模块；7-2.第二信号处理模块；7-3.第三信号处理模块；8.连续波激光器；9.光电调制器；10.比较器；11.解调模块。具体实施方式为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。如图1所示，本实施例涉及一种利用分组码的非同步保密通信系统，其由可通信连接的发射端和接收端构成，包括混沌激光器1、第一光电探测器2-1、第二光电探测器2-2、第一延时器3-1、第二延时器3-2、第三延时器3-3、第四延时器3-4、第五延时器3-5、第六延时器3-6、编码模块4、调制模块5、第一码型变换器6-1、第二码型变换器6-2、第一信号处理模块7-1、第二信号处理模块7-2、第三信号处理模块7-3、连续波激光器8、光电调制器9、比较器10，解调模块11。本实施例中，混沌激光器1的延迟为1.2ns，阈值电流为38.06ma，透明载流子数为1.25×108。混沌激光器的工作波长均为1550nm，功率为10mw。光电探测器量子效率10％。混沌激光器产生的光混沌信号，经过光电转化后变为电混沌信号，从而可以生成比单纯使用电路所产生的混沌信号更为复杂的原始混沌信号。本实施例中，发送端包括混沌激光器1、第一光电探测器2-1、第一延时器3-1、第二延时器3-2、第三延时器3-3、编码模块4、调制模块5、第一码型变换器6-1、第一信号处理模块7-1、第二信号处理模块7-2、连续波激光器8、光电调制器9。接收端包括第二光电探测器2-2、第四延时器3-4、第五延时器3-5、第六延时器3-6、第二码型变换器6-2、第三信号处理模块7-3、比较器10、解调模块11。发送端的混沌激光器1的a端与第一光电探测器2-1的端口b1相连。所述第一光电探测器的端口b2、b3、b4分别与第一延时器3-1的端口c1、第二延时器3-2的端口d1、编码模块4的端口f1相连。所述第一延时器3-1的端口c2与编码模块4的端口f2相连。所述第二延时器3-2的端口d2与第三延时器的端口e1相连。所述第三延时器3-3的端口e2与编码模块4的端口f3相连。所述编码模块4的端口f4与调制模块5的端口g1相连。所述调制模块5的端口g3与第一码型变换器6-1的端口h1相连。原始信号输入第一信号处理模块7-1的端口i1，第一信号处理模块7-1的i2与第二信号处理模块7-2的端口j1相连。所述第二信号处理模块7-2的端口j2与调制模块5的端口g2相连。第一码型变换器6-1的端口h2与光电调制器9的端口l1相连。所述连续波激光器8的端口k1与光电调制器9的端口l2相连。所述光电调制器9的端口l3与第二光电探测器2-2的端口m1通过光纤相连。第二探测器2-2的端口m2与第二码型变换器6-2的端口n1相连。所述第二码型变换器6-2的端口n3、n2、n4分别与第四延时器3-3的端口o1、第五延时器3-5的端口p1、比较器10的端口r4相连。第四延时器3-4的端口o2与比较器10的端口r1相连。所述第五延时器3-5的端口p2与第六延时器3-6的端口q1相连。所述第六延时器3-6的端口q2与比较器10的端口r2相连。所述比较器10的端口r3与解调模块11的端口s1相连。所述解调模块11的端口s2与第三信号处理模块7-3的端口t1相连。所述第三信号处理模块7-3的端口t2输出恢复信号。在编码模块4中，根据输入的电混沌信号x1(n)，经过1个延时器延时的电混沌信号x1(n+1)，n表示一定时间间隔，以及经过2个延时器延时的电混沌信号x1(n+2)输入到编码模块中进行如下处理：将电混沌信号x1(n)、电混沌信号x1(n+1)与电混沌信号x1(n+2)取绝对值后相加，即|x1(n)|+|x1(n+1)|+|x1(n+2)|∈[a,e)；取最大值和最小值后，设最小值为d1，最大值为d9，分为8个范围，每个范围进行不同的编码。具体编码方式如下式所示。经过此编码，使得编码出的信号能够不断切换。编码完成后再将编码后的信号发送出去。经过上述延时后比较、再对信号进行编码，可以实现不同的编码方式，从而使发送的信号以各种不同的方式切换。原始信号经过第一信号处理器7-1进行(6,3)线性分组码的编码和重复后再将编码后的信号输入第二信号处理模块7-2，编码规则如表2所示。在第二信号处理器7-2中，编码后的信号中的“0”变为“-1”，“1”依然保持为“1”。处理后的原始信号与编码模块发出的编码信号共同发送至调制模块，由调制模块进行处理，生成的调制信号图像如图2所示，该调制信号用于信号传输。表2.(6,3)线性分组码编码规则数据位监督位码字000000000000001011001011010101010101011110011110100110100110101101101101110011110011111000111000接收端如图1所示，在接收端，在接收端，将收到的光信号通过第二光电探测器转换为电信号后，将电信号输入第二码型变换器。然后将第二码型变换器的输出分为三路，其中第一路直接送至比较器，第二路经过第四延时器后送至比较器，第三路经过第五、第六延时器后送至比较器。在比较器中，比较|l'(n)|+|l'(n+1)|+|l'(n+2)|分别属于(d1,d2)，(d2,d3)，(d3,d4)，(d4,d5)，(d5,d6)，(d6,d7)，(d7,d8)，(d8,d9)中的哪一个区间，并根据比较结果将信号输入相应解调器。解调器算法如表3所示。表3.解调器算法解调完成后，将还原信号送至信号处理模块7-3。第三信号处理模块7-3的工作方式为：将还原信号分为6个比特一组，将每5组的各个相同位置的比特进行大数判决：若“1”的个数多于“0”，则将该位置判决为“1”；若“0”的个数多于“1”，则将该位置判决为“0”。然后对判决后的码组使用(6,3)线性分组码进行纠错并恢复出原始信号本发明一种利用分组码的非同步保密通信系统包括发送端和接收端，发送端与接收端通过光纤连接，通过本发明相应的算法，使得接收端在解调与解密时无需采用同步的混沌信号。本发明解决了非同步保密通信中的编码、解码、调制、解调算法问题，并降低了信道中噪声对系统的影响。应当说明的是，以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。当前第1页12