一种基于M-QAM调制格式的高速混沌保密传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于M

【技术实现步骤摘要】
一种基于M
‑
QAM调制格式的高速混沌保密传输系统


[0001]本专利技术涉及多种传输业务、多种调制格式的高速混沌保密通信传输系统，尤其涉及一种基于M
‑
QAM调制格式的高速混沌保密传输系统。

技术介绍

[0002]随着互联网和通信技术的快速发展，各种新型的互联网服务不断涌现，光纤传输已然成为互联网应用的核心，目前已经承载了大量的数据流量，光纤通信系统不断朝着高速率、长距离的方向发展。由于光纤网络中存在被窃听的风险，光纤传输的数据泄露问题将会带来灾难性的后果。混沌光通信作为一种物理层加密方案，利用光电振荡器实现信号的掩盖隐藏已经在现有的传输系统中得到了验证。因此，混沌光通信技术的研究对光纤传输系统有重要研究意义。
[0003]光混沌信号的产生主要基于两种方式：一种是利用半导体激光器本身的非线性特性；另一种是利用外部光电调制器件的非线性特性。后一种方式产生的混沌信号带宽主要受光电器件的带宽影响，但是通过改变反馈环路的时延、反馈强度和带通滤波器的参数或者进一步引入其他非线性器件来增大混沌信号的带宽。2005年，Apostolos Argyris等人在希腊雅典城域网中利用光电混沌振荡源加密技术，并且率先使用商用光纤实现了2.4Gb/s信号的120km加密解密传输，误码率性能达到了1e
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7以下。2009年，Romain等人在理论和实验上验证了10Gb/sDPSK相位混沌保密传输100km光纤距离。2020年，Zhao Yang等人仿真验证了利用相干解调技术以及数字信号处理算法可以将10Gb/s QPSK信号进行1000km的加密解密传输，误码率达到1e
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3以下。随后，该小组实验上进一步成功验证了通过深度学习进行混沌同步，实现了30Gb/s QPSK混沌保密通信传输超过340km。综上所述，基于光电振荡混沌源的光纤保密通信系统研究工作给未来光通信安全传输的实际应用带来的巨大可能。进一步提高信号加密安全性提高传输速率，研究一种基于M
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QAM信号的混沌保密光纤通信系统具有重要的研究意义。

技术实现思路

[0004]这对上述问题，本专利技术提供一种基于M
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QAM调制格式的高速混沌保密传输系统。
[0005]本专利技术的一种基于M
‑
QAM调制格式的高速混沌保密传输系统，包括三大部分：M
‑
QAM调制格式的加密混沌源、光纤传输链路部分、混沌开环同步以及接收端相干检测数字信号处理部分。具体传输步骤为：
[0006]步骤1：根据传统强度OEO混沌源原理构建本方案的混沌延迟微分方程，其数学模型如下：
[0007][0008]其中，V(t)为强度调制器MZM、相位调制器PM的射频驱动信号，是反馈环
路的增益，V
π
为强度调制器的半波电压，V
DC
为MZM的直流偏置电压，P为连续波激光器的输出功率，G为射频放大器的增益，η为发射端混沌源反馈环路的损耗，R为反馈环路中光电探测器的响应度；τ和θ分别为反馈环路的高频、低频截止响应时间，α为发送端加密掩盖效率；T为发送端反馈环路的延迟时间；m(t)为M
‑
QAM信号；t0为计算混沌载波的初始时刻。
[0009]通过对公式(1)进行四阶龙格
‑
库塔算法求解得到混沌射频驱动信号V(t)，MZM输出信号可表示为式(2)，即为强度混沌载波信号c(t)。
[0010][0011]其中，E
in
为连续波激光器输出电场。
[0012]光耦合得到的混沌掩盖信号c(t)+m(t)，输出信号表示如下：
[0013][0014]光耦合器输出的信号c(t)+m(t)再通过相位调制器进一步扰乱相位信息的方式提升混沌加密掩盖的安全性，即发送端输出为强度和相位均为混沌的加密信号，相位调制器输出信号表示如下：
[0015][0016]步骤2：发送端输出的混沌加密信号进入光纤传输链路进行传输。在光纤传输的过程中，本专利技术考虑到在传输链路中存在光纤色散、非线性效应对传输信号的损伤。因此，在光域上采用色散补偿光纤(DCF)对传输的混沌信号进行色散补偿，保证混沌载波在光纤传输前后的相关系数尽可能的高。由非线性薛定谔方程可知，光纤的非线性效应于光纤的注入光功率有关，即通过降低入纤光功率抑制非线性效应。
[0017]步骤3：在混沌保密通信系统的接收端，先通过开环混沌同步的方式进行混沌消除，接收端混沌同步的数学模型如下：
[0018][0019]其中τ、θ、β、V
DC
、α与发送端参数设置相同，V(t)为发送端产生的混沌信号。
[0020]混沌消除后得到M
‑
QAM信号m(t)。再通过相干解调、数字信号处理(进行信号均衡、补偿)以及解码判决实现M
‑
QAM信号解密。
[0021]本专利技术的一种基于M
‑
QAM调制格式的高速混沌保密传输系统，用于对M
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QAM信号进行加密传输。
[0022]本专利技术的有益技术效果为：从强度和相位两个维度进行多维加密，提高了混沌保密光通信系统的安全性，同时混沌同步采用开环同步的方式，较波分复用以及光注入同步方式，也进一步提高了光通信双方的通信安全性。
[0023]本专利技术通过采用新的混沌掩盖方，在接收端采用开环混沌同步实现混沌同步，然后结合数字信号处理方式进一步降低解密误码率，从而实现高速混沌保密信号的长距离传
输与解密。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的基于M
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QAM调制格式的高速混沌保密传输系统框图。
[0025]图2为传输链路中不同色散补偿失配比率下，112Gb/s 16QAM信号进行光纤传输后解密后的误码率影响曲线图。
[0026]图3为不同掩盖效率条件下，112Gb/s 16QAM信号加密背靠背和进行光纤传输后解密后的误码率影响曲线图。
[0027]图4为收发两端混沌源各参数不同失配值下，112Gb/s 16QAM信号传输后混沌载波相关系数和解密后误码率影响曲线图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0029]本专利技术的一种基于M
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QAM调制格式的高速混沌保密传输系统，通过采用新的混沌掩盖方，在接收端采用开环混沌同步方式实现混沌同步，然后结合数字信号处理方式进一步降低解密误码率，从而实现高速混沌保密信号的长距离传输与解密。具体实现步骤为：1)在混沌保密光纤通信系统的发射端，光混沌载波c(t)与消息信号m(t)通过光耦合器进行耦合，从而得到混沌掩盖信号c(t)+m(t)，再通过相位调制器进一步扰乱相位信息的方式提升混沌加密掩盖的安全性，即发送端输出为强度和相位均为混沌的加密信号。2)发送端输出的混沌加密信号进入光纤传输链路进行传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于M
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QAM调制格式的高速混沌保密传输系统，其特征在于，包括三大部分：M
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QAM调制格式的加密混沌源、光纤传输链路部分、混沌同步以及接收端相干检测数字信号处理部分；具体传输步骤为：步骤1：根据传统强度OEO混沌源原理构建本方案的混沌延迟微分方程，其数学模型如下：其中，V(t)为强度调制器MZM、相位调制器PM的射频驱动信号，是反馈环路的增益，V
π
为强度调制器的半波电压，V
DC
为MZM的直流偏置电压，P为连续波激光器的输出功率，G为射频放大器的增益，η为发射端混沌源反馈环路的损耗，R为反馈环路中光电探测器的响应度；τ和θ分别为反馈环路的高频、低频截止响应时间，α为发送端加密掩盖效率；T为发送端反馈环路的延迟时间；m(t)为M
‑
QAM信号；t0为计算混沌载波的初始时刻；通过对公式(1)进行四阶龙格
‑
库塔算法求解得到混沌射频驱动信号V(t)，MZM输出信号表示为式(2)，即为强度混沌载波信号c(t)；其中，E
in
为连续波激光器输出电场；光耦合得到的混沌掩盖信号c(t)+m(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林，郝楠，闫连山，易安林，潘炜，罗斌，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：