CN106169951B - 基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，包括：发送端、光纤传输链路以及接收端，所述发送端通过光纤传输链路将信号发送至接收端；其中：发送端用于发送信息信号和混沌信号，接收端用于对接收到的信号进行解密。本发明基于双驱动马赫曾德尔调制器，将信息信号隐藏于电混沌信号中，利用电混沌信号优于光混沌信号的同步特性，易实现保密通信系统的同步；并综合利用电延时线、电衰减器等，增大保密光通信系统的密钥空间，提高了信息信号的隐蔽性，增强了系统的抗破译性。此外，本发明中的系统具有普适性，适用于各种调制格式的信息信号。

Description

基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体地，涉及一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统。
背景技术
随着Internet流量和带宽需求的指数级增长，在现代高速数据传输网络中,光纤通信网络已经成为了重要的通信工具。此外，网络用户、军方用户等对隐私保护和信息安全的需求大大增加，故光纤通信系统的保密性问题成为业界关注的焦点。目前的应用和研究主要针对提高介质访问控制层安全性来提高网络安全性，而针对易受攻击的物理层中的研究较少。
为了增强光通信系统物理层的保密性，基于混沌信号类噪音、高宽带等特性，混沌在保密光通信中有着广阔的应用前景。经文献检索发现，现有的光混沌通信系统，常采用将激光器产生的混沌光信号作为载波掩盖信号实现物理层的加密。然而，在研究发展过程中发现了一系列安全漏洞，突出表现在反馈环中的延迟时间容易被破解发现，即混沌光信号的同步问题。本发明提出了新型的针对物理层的混沌保密光通信系统，采用电混沌信号，综合利用双驱动马赫曾德尔调制器的电光调制克服这一问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统。
根据本发明提供的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，包括：发送端、光纤传输链路以及接收端，所述发送端通过光纤传输链路将信号发送至接收端；其中：发送端用于发送信息信号和混沌信号，接收端用于对接收到的信号进行解密。
优选地，所述发送端包括：第一激光器、第一双驱动马赫曾德尔调制器、第一混沌信号模块、信息信号模块、第一电衰减器以及电反向器；所述信息信号模块产生的信息信号经第一电衰减器驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，所述第一混沌信号模块产生的混沌信号经电反向器后驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，所述第一激光器产生的激光信号作为光载波也注入第一双驱动马赫曾德尔调制器；并通过所述第一双驱动马赫曾德尔调制器输出包含信息信号和混沌信号的混合光信号。
优选地，所述接收端包括：第一光电检测器、第二激光器、第二双驱动马赫曾德尔调制器、第二光电检测器、第二混沌信号模块，第二电衰减器以及电延时线；所述光纤传输链路将发送端发出的信号经过第一光电检测器后到达第二双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，所述第二混沌信号模块产生的电混沌信号经过第二电衰减器和电延时线后到达第二双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，所述第二激光器产生的激光信号作为电信号的载波也注入第二双驱动马赫曾德尔调制器，并通过所述第二双驱动马赫曾德尔调制器将输出信号注入第二光电检测器，由所述第二光电检测器输出授权用户所需的信息信号。
优选地，所述第一电衰减器用于衰减发送端的信息信号，且使得信息信号远小于第一混沌信号模块产生的混沌信号；即通过第一混沌信号模块产生的混沌信号和被其掩盖的信息信号共同驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器。
优选地，所述第一混沌信号模块通过第一密钥对产生的混沌信号进行加密，仅授权用户能够提前获知所述发送端用于加密的第一密钥，并在接收端将该第一密钥发送给第二混沌信号模块，完成混沌信号的解密。
优选地，还设置有第二密钥，所述第二密钥为第二电衰减器和电延时线的参数值；
具体地，将所述发送端的信息信号用第一混沌信号模块产生的混沌信号替代，调节所述接收端的第二电衰减器和延时线，当第二光电检测器的输出端得到直流分量时，得到的第二电衰减器和电延时线的参数值即为第二密钥；所述第二密钥用于对信息信号的加密，仅授权用户能够提前获知第二密钥，快速精确地完成信息信号的解调。
优选地，所述信息信号模块产生的信号包括：NRZ信号，OFDM信号等。
优选地，所述第一激光器和第二激光器工作在同一中心波长处。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明基于双驱动马赫曾德尔调制器，综合利用电延时线、电衰减器等，增大保密光通信系统的密钥空间，提高了信息信号的隐蔽性，增强了系统的抗破译性。
2、本发明提供的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统基于电混沌信号，将信息信号隐于电混沌信号中，利用电混沌信号优于光混沌信号的同步特性，易实现保密通信系统的同步，且避免了光混沌信号易受温度、噪声等外界环境干扰的问题。
3、本发明提供的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统具有普适性，适用于各种调制格式的信息信号。
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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为不同维度下电混沌信号的相轨图，具体地：
图2-1为三维视角下的混沌信号相轨图；
图2-2为XY相平面图；
图2-3为XZ相平面图；
图2-4为YZ相平面图；
图3为本发明系统中发送端中信息信号的电谱图(以NRZ信号为例)；
图4为本发明系统中窃密者非法接入链路时接收端截取的信息示意图；
图5为本发明系统中合法用户在接收端获得的信息示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，如图1所示，包括：发送端，光纤传输链路和接收端三个部分；发送端由第一激光器，第一双驱动马赫曾德尔调制器，第一混沌信号模块，信息信号模块，第一电衰减器和电反向器构成。其中：
信息信号模块的输出端连接至第一电衰减器，第一电衰减器的输出端连接至第一双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，第一混沌信号模块的输出端经过电反向器后，驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，第一激光器的输出注入第一双驱动马赫曾德尔调制器作为光载波，完成信息信号和混沌信号的发送。发送端中的第一双驱动马赫曾德尔调制器的输出经光纤链路传输至接收端，完成信号的接收与解密。接收端包括第一光电检测器、第二激光器、第二双驱动马赫曾德尔调制器、第二光电检测器、第二混沌信号模块，第二电衰减器，电延时线。其中：光纤传输链路的输出注入第一光电检测器的输入端，第一光电检测器的输出端连接至第二双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，第二混沌信号模块的输出端分别经过第二电衰减器和电延时线后驱动第二双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，第二激光器的输出端连至第二双驱动马赫曾德尔调制器作为电信号的载波，第二双驱动马赫曾德尔调制器的输出端注入第二光电检测器，第二光电检测器的输出信号即合法用户得到的信息信号。
进一步地，第一电衰减器的作用是衰减发送端的信息信号使其远小于第一混沌信号，即第一混沌信号与被掩盖的信息信号共同驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器。
进一步地，该系统有两个密钥，密钥一为第一混沌信号模块的密钥，密钥二为第二电衰减器和电延时线的参数值。合法用户获知密钥一后将其给接收端的第二混沌信号模块，用于信号的正确解密。合法用户获取密钥二的方式为：将发送端的信息信号用第一混沌信号替代，调节接收端的第二电衰减器和延时线，当第二光电检测器的输出端得到直流分量时，此时的第二电衰减器和电延时线参数值即为密钥二。
进一步地，信息信号模块普遍适用于任何信号如NRZ信号，OFDM信号等。
进一步地，第一激光器和第二激光器工作在同一中心波长处。
以NRZ信息信号为实施例，对本发明做进一步说明。图2-1、2-2、2-3、2-4分别为不同维度下电混沌信号的相轨图；图3给出了本发明系统中发送端信息信号的电谱图；图4给出了本发明系统中窃密者非法接入链路时接收端截取的信息；图5为本发明系统中合法用户在接收端获得的信息。可以看出被混沌信号隐藏的信息信号得到了很好的恢复，且非法接入很难正确截取信息，这说明合法接入通信的抗破译型较强。
本实施例提供的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，具有以下的优点：
1)相比于现有的全光混沌保密通信系统，本加密系统基于电混沌信号将信息信号隐于其中，避开了光混沌信号易受温度、噪声等外界环境干扰的缺点，又利用了混沌信号独特的保密性和同步特性，易实现保密通信系统的同步。
2)相比于现有的全电混沌保密通信系统，本加密系统采用基于双驱动马赫曾德尔调制器的电光调制、电衰减器、电延时线等，增大了保密系统的密钥空间，即合法用户为了准确快速地解密信息信号，既需要电混沌信号的密钥，也需要电衰减器、电延时线等器件参数值，提高了信息信号的隐蔽性，系统抗破译性好。
3)该系统具有普适性，各种调制格式的用户数据(信息信号)均可采用此加密技术。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，其特征在于，包括：发送端、光纤传输链路以及接收端，所述发送端通过光纤传输链路将信号发送至接收端；其中：发送端用于发送信息信号和混沌信号，接收端用于对接收到的信号进行解密；
所述接收端包括：第一光电检测器、第二激光器、第二双驱动马赫曾德尔调制器、第二光电检测器、第二混沌信号模块，第二电衰减器以及电延时线；所述光纤传输链路将发送端发出的信号经过第一光电检测器后到达第二双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，所述第二混沌信号模块产生的电混沌信号经过第二电衰减器和电延时线后到达第二双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，所述第二激光器产生的激光信号作为电信号的载波也注入第二双驱动马赫曾德尔调制器，并通过所述第二双驱动马赫曾德尔调制器将输出信号注入第二光电检测器，由所述第二光电检测器输出授权用户所需的信息信号；
所述发送端包括：第一激光器、第一双驱动马赫曾德尔调制器、第一混沌信号模块、信息信号模块、第一电衰减器以及电反向器；所述信息信号模块产生的信息信号经第一电衰减器驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器的一个臂，所述第一混沌信号模块产生的混沌信号经电反向器后驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器的另一个臂，所述第一激光器产生的激光信号作为光载波也注入第一双驱动马赫曾德尔调制器；并通过所述第一双驱动马赫曾德尔调制器输出包含信息信号和混沌信号的混合光信号；
所述第一电衰减器用于衰减发送端的信息信号，且使得信息信号远小于第一混沌信号模块产生的混沌信号；即通过第一混沌信号模块产生的混沌信号和被其掩盖的信息信号共同驱动第一双驱动马赫曾德尔调制器。
2.根据权利要求1所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，其特征在于，所述第一混沌信号模块通过第一密钥对产生的混沌信号进行加密，仅授权用户能够提前获知所述发送端用于加密的第一密钥，并在接收端将该第一密钥发送给第二混沌信号模块，完成混沌信号的解密。
3.根据权利要求2所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，其特征在于，还设置有第二密钥，所述第二密钥为第二电衰减器和电延时线的参数值；
具体地，将所述发送端的信息信号用第一混沌信号模块产生的混沌信号替代，调节所述接收端的第二电衰减器和延时线，当第二光电检测器的输出端得到直流分量时，得到的第二电衰减器和电延时线的参数值即为第二密钥；所述第二密钥用于对信息信号的加密，仅授权用户能够提前获知第二密钥，快速精确地完成信息信号的解调。
4.根据权利要求1所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，其特征在于，所述信息信号模块产生的信号包括：NRZ信号，OFDM信号。
5.根据权利要求1所述的基于双驱动马赫曾德尔调制器的混沌保密光通信系统，其特征在于，所述第一激光器和第二激光器工作在同一中心波长处。
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