本實用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于一維混沌序列映射加密的光OFDM系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著視頻等高寬帶業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，通信系統(tǒng)的容量日益增大，使得人們對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求越來越高，光OFDM技術(shù)被提出并做了廣泛的研究。伴隨著高速率大容量的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，光纖通信竊聽技術(shù)發(fā)展迅速，數(shù)據(jù)越來越容易被竊取，因此光通信保密技術(shù)的研究與開發(fā)也越來越受到人們的重視。光混沌系統(tǒng)作為非常適合光通信的加密技術(shù)，受到了廣泛關(guān)注?；煦缇哂蟹侵芷?，連續(xù)寬頻帶、類噪聲和長期不可預(yù)測的特點?；煦缦到y(tǒng)由于對初值的敏感性，很小的初值誤差就能被系統(tǒng)放大，混沌序列具有很好的統(tǒng)計特性，可以產(chǎn)生隨機序列，輸入值的一個微小變化對輸出就有相當(dāng)大的影響。因此，混度系統(tǒng)可以產(chǎn)生很大的密鑰集合，非常適合高速遠(yuǎn)程保密通信。此外，由于混沌加密屬于流密碼的范疇，加密操作簡單，所以具有時間代價和空間代價小的優(yōu)點。近幾年國內(nèi)外研究者們針對混沌系統(tǒng)和OFDM調(diào)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對OFDM的物理層進(jìn)行加密。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn),2016年Wei Zhang,Chongfu Zhang等人在IEEE Photonics Technology Letters發(fā)表了題為”Joint PAPR Reduction and Physical Layer Security Enhancement in OFDMA-PON”的論文。該文章提出了一個最優(yōu)幀傳輸技術(shù)，其中利用Logistic二維映射產(chǎn)生二維混沌序列，對QAM映射之后正交的兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行編碼處理，從而實現(xiàn)OFDM物理層的加密。該方法具有很好的安全性，但實現(xiàn)復(fù)雜，二維Logistic映射通過數(shù)值積分的方法實現(xiàn)，在實際中有一定難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實用新型目的是提供一種基于一維混沌 序列映射加密的光OFDM系統(tǒng)。本實用新型操作簡單，是一種時間代價和空間代價較小的基于光OFDM和混沌加密的傳輸系統(tǒng)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采有的技術(shù)方案如下：

本實用新型包括信號發(fā)射端、光纖鏈路和信號接收端。信號發(fā)射端包括OFDM調(diào)制模塊、混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ和光調(diào)制模塊，且混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ、OFDM調(diào)制模塊和光調(diào)制模塊依次連接；信號接收端包括OFDM解調(diào)模塊、混沌序列發(fā)生模塊II和光接收模塊；光調(diào)制模塊連接至光纖鏈路，光線鏈路連接至光接收模塊，光接收模塊、OFDM解調(diào)模塊和混沌序列發(fā)生模塊II依次連接。信號發(fā)射端和信號接收端之間通過光纖鏈路相連接。

所述OFDM調(diào)制模塊用于完成調(diào)制功能，具體的二進(jìn)制信號在OFDM調(diào)制模塊中依次通過串并轉(zhuǎn)換單元、QAM映射單元、插入導(dǎo)頻單元、數(shù)據(jù)加密單元、IFFT單元、添加CP單元、并串轉(zhuǎn)換單元和添加PN序列單元完成調(diào)制；

所述光調(diào)制模塊包括激光器、光調(diào)制器，光調(diào)制器與OFDM調(diào)制模塊中的添加PN序列單元相連接；

所述的光接收模塊為光電探測器，用于接收光纖鏈路傳遞的信號；

OFDM解調(diào)模塊用于完成解調(diào)功能，具體的二進(jìn)制信號在OFDM解調(diào)模塊中依次通過幀同步單元、串并轉(zhuǎn)換單元、去除CP單元、FFT單元、數(shù)據(jù)解密單元、信道估計單元、QAM去映射單元和并串轉(zhuǎn)換單元完成解調(diào)；

所述的混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ和II均為混沌信號發(fā)生器，混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ與OFDM調(diào)制模塊中的數(shù)據(jù)加密單元相連接；混沌序列發(fā)生模塊II與OFDM解調(diào)模塊中的數(shù)據(jù)解密單元連接；

所述的光線鏈路在光調(diào)制器和光電探測器之間；電探測器與幀同步單元連接。

優(yōu)選的QAM映射和去QAM映射采用16QAM的格雷碼映射方法。

優(yōu)選的插入導(dǎo)頻單元采用梳狀導(dǎo)頻或者塊狀導(dǎo)頻的方法。

優(yōu)選的信道估計單元采用LS估計算法根據(jù)導(dǎo)頻信息估計信道的頻率響應(yīng)。

優(yōu)選的混沌信號發(fā)生器采用不同的混沌系統(tǒng)，從而產(chǎn)生不同形式的混沌序列，以混沌序列作為密鑰傳遞給數(shù)據(jù)加密單元和數(shù)據(jù)解密單元。

優(yōu)選的數(shù)據(jù)加密單元采用混沌序列作為密鑰，對QAM映射產(chǎn)生數(shù)據(jù)的實部進(jìn)行相乘操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)相位上的加密。

優(yōu)選的數(shù)據(jù)解密單元利用相同的混沌序列作為密鑰，將FFT操作后的數(shù)據(jù)處以密鑰，得到解密后的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的添加CP單元的作用是防止符號見干擾和碼間串?dāng)_。

優(yōu)選的添加PN序列單元是為了實現(xiàn)幀同步操作，根據(jù)m序列的自相關(guān)性質(zhì)，即可實現(xiàn)幀同步。

優(yōu)選的激光器用來產(chǎn)生光載波；具體的光調(diào)制器的作用是將數(shù)據(jù)調(diào)制到激光光源產(chǎn)生的光載波上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本技術(shù)具有以下優(yōu)點：

選取了非常適合光OFDM傳輸系統(tǒng)這種高速率大容量傳輸方式的加密方法，混沌系統(tǒng)。由于混沌系統(tǒng)非周期，對初值敏感性高的特點，加密方式安全性非常高。并且利用一維混沌系統(tǒng)替代現(xiàn)有的二維混沌系統(tǒng)作為密鑰產(chǎn)生的根據(jù)，相比高維混沌系統(tǒng)利用數(shù)值積分的實現(xiàn)方法，減低了實現(xiàn)難度。本技術(shù)具有操作簡單，時間空間代價小的優(yōu)點。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本實用新型的光OFDM混沌加密傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為混沌序列加密單元結(jié)構(gòu)原理圖

圖3為混沌序列解密單元結(jié)構(gòu)原理圖

圖4為混沌序列加密前數(shù)據(jù)星座圖

圖5為混沌序列加密后數(shù)據(jù)星座圖

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本 實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。

本實用新型利用一維混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列，與16QAM映射之后的數(shù)據(jù)實部相乘，利用混沌序列具有非周期性，對初值非常敏感等特性，實現(xiàn)對高速遠(yuǎn)程的光OFDM傳輸系統(tǒng)的加密。該發(fā)明實現(xiàn)難度小，操作簡單，安全性高，時間、空間成本小。

如圖1所示，本實用新型包括信號發(fā)射端、光纖鏈路和信號接收端。信號發(fā)射端包括OFDM調(diào)制模塊、混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ和光調(diào)制模塊，且混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ、OFDM調(diào)制模塊和光調(diào)制模塊依次連接；信號接收端包括OFDM解調(diào)模塊、混沌序列發(fā)生模塊II和光接收模塊；光調(diào)制模塊連接至光纖鏈路，光線鏈路連接至光接收模塊，光接收模塊、OFDM解調(diào)模塊和混沌序列發(fā)生模塊II依次連接。信號發(fā)射端和信號接收端之間通過光纖鏈路相連接。

所述OFDM調(diào)制模塊用于完成調(diào)制功能，具體的二進(jìn)制信號在OFDM調(diào)制模塊中依次通過串并轉(zhuǎn)換單元、QAM映射單元、插入導(dǎo)頻單元、數(shù)據(jù)加密單元、IFFT單元、添加CP單元、并串轉(zhuǎn)換單元和添加PN序列單元完成調(diào)制；

所述光調(diào)制模塊包括激光器、光調(diào)制器，光調(diào)制器與OFDM調(diào)制模塊中的添加PN序列單元相連接；

所述的光接收模塊為光電探測器，用于接收光纖鏈路傳遞的信號；

OFDM解調(diào)模塊用于完成解調(diào)功能，具體的二進(jìn)制信號在OFDM解調(diào)模塊中依次通過幀同步單元、串并轉(zhuǎn)換單元、去除CP單元、FFT單元、數(shù)據(jù)解密單元、信道估計單元、QAM去映射單元和并串轉(zhuǎn)換單元完成解調(diào)；

所述的混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ和II均為混沌信號發(fā)生器，混沌序列發(fā)生模塊Ⅰ與OFDM調(diào)制模塊中的數(shù)據(jù)加密單元相連接，即混沌序列倒入到數(shù)據(jù)加密單元，由數(shù)據(jù)加密單元對QAM映射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密?；煦缧蛄邪l(fā)生模塊II與OFDM解調(diào)模塊中的數(shù)據(jù)解密單元連接；

所述的光線鏈路在光調(diào)制器和光電探測器之間，傳輸數(shù)據(jù)。電探測器與幀同步單元連接。

優(yōu)選的QAM映射和去QAM映射采用16QAM的格雷碼映射方法。

優(yōu)選的插入導(dǎo)頻單元采用梳狀導(dǎo)頻或者塊狀導(dǎo)頻的方法。

優(yōu)選的信道估計單元采用LS估計算法根據(jù)導(dǎo)頻信息估計信道的頻率響應(yīng)。

優(yōu)選的混沌信號發(fā)生器采用不同的混沌系統(tǒng)，從而產(chǎn)生不同形式的混沌序列，以混沌序列作為密鑰傳遞給數(shù)據(jù)加密單元和數(shù)據(jù)解密單元。

優(yōu)選的數(shù)據(jù)加密單元采用混沌序列作為密鑰，對QAM映射產(chǎn)生數(shù)據(jù)的實部進(jìn)行相乘操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)相位上的加密。

優(yōu)選的數(shù)據(jù)解密單元利用相同的混沌序列作為密鑰，將FFT操作后的數(shù)據(jù)處以密鑰，得到解密后的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的添加CP單元的作用是防止符號見干擾和碼間串?dāng)_。

優(yōu)選的添加PN序列單元是為了實現(xiàn)幀同步操作，根據(jù)m序列的自相關(guān)性質(zhì)，即可實現(xiàn)幀同步。

優(yōu)選的激光器用來產(chǎn)生光載波；具體的光調(diào)制器的作用是將數(shù)據(jù)調(diào)制到激光光源產(chǎn)生的光載波上。

OFDM調(diào)制和解調(diào)模塊中的插入導(dǎo)頻和信道估計單元，主要利用塊狀導(dǎo)頻或梳狀導(dǎo)頻的LS信道估計算法，對信道進(jìn)行估計計算。

所述的OFDM調(diào)制和解調(diào)模塊中的FFT和IFFT單元使利用快速傅立葉算法實現(xiàn)正交頻分復(fù)用技術(shù)。

OFDM調(diào)制和解調(diào)模塊中的添加CP和去掉CP單元，主要是為了防止碼間串?dāng)_和符號間干擾。

OFDM調(diào)制和解調(diào)模塊中的加PN序列和幀同步單元，主要是利用m序列的自相關(guān)性質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)起始位置的判斷。

進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)加密單元，如圖2所示，數(shù)據(jù)經(jīng)QAM映射處理后，由數(shù)據(jù)加密模塊將數(shù)據(jù)實部和虛部分開，并且將實部和混沌信號發(fā)生器產(chǎn)生的混沌序列相乘，加密后的實部替換原數(shù)據(jù)實部，虛部不變，組成新的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)相位的加密。加密效果如圖4、5所示，加密后數(shù)據(jù)由固定的星座點分布在四條線段上。

數(shù)據(jù)解密單元如圖3所示，數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT單元后，數(shù)據(jù)解密模塊將 數(shù)據(jù)的實部和混沌信號發(fā)生器產(chǎn)生的混沌序列相除，解密后的實部替代原數(shù)據(jù)的實部，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的解密。其中混沌信號發(fā)生器利用混沌系統(tǒng)初值不變，產(chǎn)生的序列相同的性質(zhì)，產(chǎn)生與發(fā)送端相同的混沌序列作為密鑰。以上對本實用新型的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實用新型并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容。