一种基于混沌序列导频映射的oofdm加密系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光通信加密技术领域，主要设及混浊序列在光正交频分复用传输系统 中加密应用。
【背景技术】
[0002] 光正交频分复用（Optical Orthogonal Frequen巧 Division Multiplexing, OOFDM)是将OFDM技术应用于光通信的一种新技术，可W构造出高速率、大容量、低成本的光 传输网络。OOFDM能够有效地对抗光通信系统中的色度、色散和偏振模色散引起的符号间干 扰(ISI)，而且循环前缀(CP)的引入，更进一步的增强OOFDM通信系统的抗色散能力，降低色 散管理的复杂度，同时对提高数据传输率和系统容量起到重要作用。另外，OOFDM系统中的 各个子信道的不同频谱相互叠加，更有效的利用频谱资源，提高了频带利用率。除此之外， 该系统实现简单，易于优化等优点，使CFDM技术在光通信领域，尤其是40化it/sW上的高速 光通信领域具有很好的应用前景。
[0003] 光OFDM系统中加入导频的作用在于用一些特定的先验信息来对信号的传播环境 进行准确的传播信道估计。运样才能在后期正确的均衡和解调发送的信号。由于OFDM是模 拟信号，对信道比较敏感，要想正确解调OFDM信号，必须进行信道估计，信道估计包括盲估 计W及基于导频的估计方法，然而，在实际应用中，盲估计虽不需要额外开支，但是它估计 精度比较低，难W达到系统要求。因此基于导频的估计方法是OOFDM中应用比较广泛的方 法，由于传输信道往往是衰落信道，因此需要在信道中插入导频，不断对信道进行跟踪，接 收端通过对导频信号的处理进行信道估计，此方法精度高，操作简易。然而，在OOFDM信号传 输过程中，若导频序列被窃取，信道被轻易估值，则起不到对信号的保密作用。
[0004] 与此同时，混浊系统在保密通信中的应用得到了越来越多的关注。由于光混浊系 统具有大带宽、低衰减、动力学系统复杂W及对参数高度敏感等特性，非常适合于高速远程 保密通信的要求，因此混浊保密通信的研究热点也逐渐由电路混浊系统转向了光混浊系 统。近年来，国内外研究者针对OOFDM系统的加密研究主要集中在：1)物理层加密;2)利用广 义滤波器组实现加密;3)在四维空间中用矢量调制等方面展开了大量研究。然而，作为实现 有效快速的OOFDM系统加密的实际执行中，存在W下急需解决的问题:首先，安全性高，非法 接收机无法解密出原始信号;其次，随着传输距离的增加，信道对混浊处理后的信号带来的 色散、损耗等问题;再者，混浊序列对信号处理的速率即加密解密的速率问题。至今，已有大 量的文献报道了有关如何实现信号加密及提升传输性能。然而，运些文献虽然为OOFDM系统 的加密研究发展奠定了基础，但同时存在了一些问题。
[0005] 经对现有文献检索发现，Xiaonan化等人于2015年在光子技术快报（IEEE Photonics Technology Letters)上，提出了 ('Ch曰os-B曰sed Partial Transmit Sequence Technique for曲ysical Layer Security in 0抑M-P0N"(基于混浊的部分传输序列在 (FDM-PON物理层的安全加密技术）。该文献中，作者采用了四维超混浊系统来产生混浊的分 区信息，混浊的相位加权因子W及混浊的OFDM符号同步训练序列，提供了一个巨大的密钥 空间来增强物理层的保密性能，该系统的优点，一方面，在标准单模光纤中，8.9化/s的信号 能传输20kmW上并具有有效对抗穷举攻击的鲁棒性，另一方面提高了(FDM的传输性能，但 是分区加密将不可避免地使得计算复杂度剧增。
[0006] 又经检索发现，2015年Lijia Zhang等人在光学快报(Optics letters)上，提出了 ('Secure optic曰 1 generalized filter b曰nk multi-c曰rrier system b曰sed on cubic constellation masked method"(基于立方星座掩盖方法的安全光学广义滤波器组的多载 波系统）。该文献中，作者通过立方星座掩盖方法实现了安全性，通过对滤波器组进行立方 相屏蔽可W获得巨大的密钥空间和更大的灵活性。然而，在非法接收机的测试中发现，即使 所W的掩蔽向量都是错误的，在测试中产生的误码率也仅为0.5左右，不能满足安全性高的 系统要求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，对W光纤为信道的，数据量大，传输速度极 快的光OFDM系统进行的加密。本发明解决其技术问题所采用的技术方案:将混浊序列作用 于光正交频分复用的导频部分，再在接收端用已知的密钥将导频的原始信号恢复出来，从 而进行信道估值恢复出原载波信号。
[0008] 本发明提供的一种基于混浊序列导频映射的OOFDM加密系统，包括依次连接的 OFDM加密模块、光调制模块、光纤传输通道、光电探测模块、OFDM解密模块。OFDM加密模块连 接到光调制模块从而产生加密的OCFDM信号；加密的OCFDM信号连接至光纤传输通道实现加 密的OOFDM信号在光纤中的传输;光纤传输通道将加密的OCFDM信号传输至光电探测模块， 从而实现将加密的OOFDM信号转化为电OFDM信号，电OFDM信号到达OFDM解密模块完成OFDM 信号的解调。
[0009] 所述OFDM加密模块包括混浊信号发生器、二值生成器;具体的OFDM加密模块的实 现过程如下：
[0010] 首先确定加密秘钥的加密秘钥值，然后将加密秘钥值输入混浊信号发生器产生混 浊信号序列流;混浊信号序列流经过二值生成器产生二值序列;对原始信号数据进行编码， 然后进行QAM映射，对映射后的原始信号数据添加导频;然后将二值序列和添加导频后的原 始信号数据进行加密运算，对加密后的数据进行逆傅里叶变换（IFFT)，再添加循环前缀，再 然后进行P/S和D/A转换，最终形成加密的OFDM信号；
[0011] 所述的二值序列和原始数据信号流的加密采用异或加密方法。
[0012] 所述光调制模块包括激光光源和光调制器；具体的光调制器的作用是将加密的 OFDM信号调制到激光光源产生的光载波上。
[0013] 所述的光电探测模块为一个光电探测器。
[0014] 所述0抑M解密模块包括混浊信号发生器、二值生成器和加密秘钥；具体的OFDM解 密模块的实现过程如下：
[0015] 将从光电探测模块输出的电OFDM信号进行包括S/P和A/D转换，然后再移除循环前 缀;接着再进行傅里叶变换(FFT);同时将同一加密秘钥值输入同一混浊信号发生器产生混 浊信号序列流，混浊信号序列流经过二值生成器产生二值序列;再然后将傅里叶变换后的 电OFDM信号和二值序列进行导频信道估计，从而获得加密的OFDM信号在光纤传输信道中的 变化。对经过导频信道估计后的信号进行信道均衡，然后再依次去映射、解码，从而恢复出 原始信号数据。
[0016] 所述混浊序列的二值化，即将混浊信号序列流通过二值生成器产生二值序列流(0 或1运两个值），和原始信号相互作用后加密信号。
[0017] 所述导频信道估计的实现具体如下：
[0018] (1)在加密模块的实现过程中加入已知导频，具体的在完成QAM映射后的原始信号 数据添加一定形式的已知导频；
[0019] (2)根据加密模块中已知的导频信息和解密模块中接收到的导频信息，从而得到 导频的信道响应信息H;
[0020] (3)在解密模块中得到导频位置的信道响应信息H后，利用数字信号处理技术得到 整个信道响应信息食。
[0021] 所述获取混浊序列可采用Logistic混浊系统产生，但不限于该方法。
[0022] 所述对光OFDM传输系统的导频部分进行混浊加密具体说明如下:在发射端对信号 进行QAM映射之后，插入导频，（1)将混浊信号序列与导频值进行相互作用，W改变每个导频 值的大小，使得每个导频值随混浊信号序列进行线性或非线性的变换，此时的混浊信号序 列相当于是一个钥匙，只有在接收端用同一个混浊信号序列（同一把钥匙)进行逆运算，否 则无法正确地恢复出原始信号数据。（2)将混浊信号序列作用于人为插入导频的位置信息， 混浊信号序列中的参数与两导频之间距离大小一一对应，从而使得只有在已知混浊信号序 列的情况下才能准确地进行信道估值。
[0023] 所述混浊加密对光传输特性的影响是在基于混浊序列加密的光正交频分复用 (00FDM)光传输系统中，其OFDM信号的幅值和峰值功率比随着加密序列的变化而变化。因 此，该加密的光OFDM信号在光纤系统中传输时，光纤色散和非线性等将会对加密信号产生 影响，因此，需要进一步研究加密的OFDM信号在光纤传输链路中的性能。
[0024] 优选的，混浊信号发生器采用的混浊系统可W是一维的，也可W是多维的，本发明 中采用一维的Logistic映射，在满足加密需求的同时又可W提高系统效率。
[00剧优选的，加密模块中的QAM映射可采用16QAM调制，可为4、16、64等不限于此值，可 W为任意的局阶调制方式。
[0026] 优选的，加密模块中加入循环前缀是用来克服载波多径而产生的色散的影响。
[0027] 优选的，光电探测器用来接收光纤传输信道中的光信号。
[002引本发明有益效果如下：
[0029] 1.本加密方案能很好的适应光OFDM传输系统高速率，大容量的性质。
[0030] 2.本加密方案安全性高。
[0031] 3.本加密方案时间空间代价低，可实现性高。
[0032] 4.可W在不占用和不改