CN113490206A - 一种5g网络中随机数加密的多址无源光网络 - Google Patents
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Abstract
本发明5G网络中随机数加密的多址无源光网络，包括：发送端包括j路结构，每路中，信号发生器与映射器相连，映射器连接两个加法器，两加法器间连接随机数发生器，加法器通过乘法器后连接第二加法器，第二加法器通过串并变换器的N个端口连接IFFT变换器，IFFT变换器j×N个端口连接并串变换器，并串变换器依次通过滤波器、循环前缀导入器、直流偏置器、光电调制器连接EDFA；EDFA依次通过光电检测器、直流偏置器、去导频循环前缀器、滤波器连接串并变换器，串并变换器j×N个端口连接FFT变换器，FFT变换器连接j路结构，每路中，FFT变换器N个端口连接并串变换器，并串变换器连接两乘法器，乘法器依次通过积分器、减法器后连接映射器，两减法器间连接随机数发生器。
Description
技术领域
本发明属于5G网络中保密通信与信息安全技术领域，具体涉及一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络。
背景技术
5G网络充分利用了频带资源，其用到的正交频分复用(OFDM)是一种利用互相正交的多子载波技术，首先将信息进行正交幅度调制(M-QAM)或者相移键控(M-PSK)调制，再调制到各个子载波上，将信号映射成复数符号，利用逆向快速傅里叶变换(IFFT)将信号变成时域信号，加上导频以及循环前缀。在接收端，去掉导频以及循环前缀，利用快速傅里叶变换(FFT)，将接收的信息转换成频域信息，再利用相干解调以及映射关系，解调出原始信息。OFDM与传统的FDM(频分复用)相比，能充分利用频率资源，并且能消除多径效应带来的符号间干扰。但在现有技术中，还存在着通信安全问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络。本发明的创新之处在于，利用混沌产生随机数，将该随机数与QAM调制产生的符号进行相加，以此对QAM产生的符号进行加密，再调制到各个子载波上，利用逆向快速傅里叶变换(IFFT)将信号变成时域信号，这样，攻击者就不能直接恢复信息；在接收端，去掉导频和循环前缀，利用快速傅里叶变换(FFT)，将接收的信息转换成频域信息，再利用相干解调，恢复加密的符号，然后减去随机数，恢复出QAM调制所产生的符号以及映射关系，解调出传输的信息。
为了达到上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，包括：
发送端，包括j路结构，每路结构如下：信号发生器与第一映射器相连，第一映射器连接两个第一加法器，两个第一加法器之间连接第一随机数发生器，每个第一加法器各通过一个第一乘法器后连接第二加法器，第二加法器连接第一串并变换器，第一串并变换器通过N个端口连接到IFFT变换器，IFFT变换器j×N个输出端口连接第一并串变换器，第一并串变换器依次通过第一滤波器、循环前缀导入器、第一直流偏置器后连接光电调制器，光电调制器将电信号变成光信号并通过光纤连接到接收端的掺饵光纤放大器；
接收端的掺饵光纤放大器依次通过光电检测器、第二直流偏置器、去导频循环前缀器、第二滤波器连接第二串并变换器，第二串并变换器j×N个输出端口连接FFT变换器，FFT变换器连接j路结构，每路结构如下：FFT变换器N个端口连接到第二并串变换器，第二并串变换器连接两个第二乘法器，两个乘法器分别依次通过一个积分器、一个减法器后连接第二映射器，两个减法器之间连接有第二随机数发生器。
作为优选方案，所述随机数产生器由对应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生，第一随机数产生器中的混沌发生器与第二随机数产生器的混沌发生器同步。
作为优选方案，在发送端，j路信号发生器产生信息序列mj传输到相应的映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成xj,yj两个符号数据。
作为优选方案，在发送端，j路第一随机数产生器产生的随机数通过两个第一加法器分别与符号xj,yj相加，得到加密后的新符号x′j,y′j实现信息的加密。
作为优选方案，在发送端，所述的输出符号x′j,y′j分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第二加法器相加，产生复数符号x′j+iy′j，完成加密的正交幅度调制(QAM)，再加上导频训练序列。这样发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度的映射。
作为优选方案，在发送端，形成的复数符号序列，通过第一串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流；利用IFFT变换器，进行快速傅里叶变换逆变换，将频域的符号变到时域上。每N个经过串并转换的符号被不同的子载波调制。
作为优选方案，在发送端，IFFT变换器输出的时域符号，通过第一并串变换器，转换成串行信号，通过第一滤波器、循环前缀导入器，利用第一直流偏置器剪除负功率部分，再通过光电调制器，变成光信号在光纤中传输。
作为优选方案，在接收端，第一EDFA对信息进行放大后，利用光电检测器将光信号变成电信号，利用第二直流偏置器还原负功率部分，通过去导频循环前缀器，再利用第二滤波器进行滤波，利用第二串并变换器，将串行符号转换成并行符号。
作为优选方案，在接收端，FFT变换器输出的频域符号，通过j个第二并串变换器，转换成j路串行符号(每一路N个符号)。每一路串行符号分成两路，分别乘以cosωt和-sinωt，并利用相应的积分器在一个周期内进行积分，第一路得到x′1,y′1；…；第j路得到x′j,y′j，再减去导频训练序列。
作为优选方案，在接收端，符号x′j,y′j通过减法器减去第二随机数产生器产生的随机数，得到xj,yj。
作为优选方案，在接收端，通过第二映射器将xj,yj还原相应的原始信息mj。
本发明一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络原理与过程为：各随机数产生器由对应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生，第1随机数产生器中的混沌发生器与第j+1随机数产生器的混沌发生器同步、…、第j随机数产生器的混沌发生器与第2j随机数产生器的混沌发生器同步。在发送端，第1信号发生器产生信息序列m1传输到第1映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成x1,y1两个符号数据，…，第j信息发生器产生信息序列mj传输到第j映射器、根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成xj,yj两个符号数据。第1随机数产生器产生的随机数通过第一、第二加法器分别与符号x1,y1相加，得到加密后的新的符号x′1,y′1，…，第j随机数产生器产生的随机数通过第2j-1、第2j加法器分别与符号xj,yj相加，得到加密后的新的符号x′j,y′j。至此实现了信息的加密。然后第1、第2加法器输出符号x′1,y′1，分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第2j+1加法器相加，产生复数符号x′1+iy′1，加上导频训练符号，…，所述的第2j-1、第2j加法器输出符号x′j,y′j，分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第3j加法器相加，产生复数符号x′j+iy′j，加上导频训练符号，这样完成了加密的正交幅度调制(QAM)与加密及导频加入，这样发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度的映射。
同时，第2j+1加法器形成的复数符号序列，通过第1串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。第2j+2加法器形成的符号序列，通过第2串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流，…，第3j加法器形成的符号序列，通过第j串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。利用IFFT变换器，进行快速傅里叶变换逆变换，将数据的频谱表达式变到时域上。每N个经过串并转换的符号被不同的子载波调制。IFFT变换器输出的时域符号，通过第1并串变换器，转换成串行信号，通过第1滤波器、循环前缀导入器，利用第1直流偏置器剪除负功率部分，再通过光电调制器，变成光信号在光纤中传输。
通过光纤传输后，在接收端，损耗由EDFA进行补偿，信息进行放大后，利用光电检测器将光信号变成电信号，利用第2直流偏置器还原负功率部分，通过去循环前缀器，再利用第2滤波器进行滤波，利用第j+1串并变换器，将串行符号转换成并行符号。FFT变换器输出的频域符号，通过j个并串变换器，转换成j路串行符号(每一路N个符号)。每一路串行符号分成两路，分别乘以cosωt和-sinωt，并利用相应的积分器在一个周期内进行积分，第一路得到x′1,y′1减去训练导频。…。第j路得到x′j,y′j，减去训练导频。第一路符号x′1,y′1通过第1减法器减去第j+1个随机数产生器产生的随机数，得到x1,y1，…，第j路符号x′j,y′j通过第j减法器减去第2j个随机数产生器产生的随机数，得到xj,yj。第一路通过第j+1映射器将x1,y1还原原始信息m1，…，第j路通过第2j映射器将xj,yj还原相应的原始信息mj。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明完成了5G网络中随机数加密的多址无源光网络的安全通信，其安全性在于：解码时，混沌必须同步，才能产生相同的随机数，而混沌对电路参数和初始条件的敏感性，增强了通信的安全。
附图说明
图1为本发明实施例一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络安全通信系统的构架图。
图2为本发明实施例加密前的星座图。
图3为本发明实施例加密后的星座图；图中显示，加密后的星座图不能恢复出传送的信息。
图4为本发明实施例OFDM加密通信系统误码率与信噪比之间的关系。
图5(a)第一路发送的原始信号，图5(b)为解调后的信号。
其中：
第1信号发生器1-1、…第j信号发生器1-j；
第1映射器2-1、…、第j映射器2-j；
第1加法器18-1、第2加法器18-2、…第18-(2j-1)加法器18-(2j-1)、第2j加法器18-2j；第18-(2j+1)加法器18-(2j+1)、第18-3j加法器18-3j；
第1随机数产生器3-1、…、第j随机数产生器3-j；
第1乘法器4-1、第2乘法器4-2、…、第4-(2j-1)乘法器4-(2j-1)、第2j乘法器4-2j；
第1串并变换器5-1、第2串并变换器5-2、…、第j串并变换器5-j、第j+1串并变换器5-(j+1)；
IFFT变换器6；
第1并串变换器7-1、第2并串变换器7-2、…、第j+1并串变换器7-(j+1)；
第1滤波器8-1、第2滤波器8-2；
循环前缀导入器9；
第1直流偏置器10-1、第2直流偏置器10-2；
光电调制器11；
EDFA(掺铒光纤放大器)12；
光电检测器13；
去导频循环前缀器14；
FFT变换器15；
第2j+1乘法器4-(2j+1)、…、第4-(4j-1)乘法器4-(4j-1)、第4j乘法器4-4j；
第1积分器16-1、第2积分器16-2、…、第2j积分器16-2j；
第j+1映射器2-(j+1)、第j+2映射器2-(j+2)、…、第2j映射器2-2j；
第j+1随机数产生器3-(j+1)、第j+2随机数产生器3-(j+2)、…、第2j随机数发生器3-2j；
第j+1混沌发生器1-(j+1)、第j+2混沌产生器1-(j+2)、…、第2j混沌发生器1-2j；
第1减法器17-1、第2减法器17-2、…、第17-(2j-1)减法器17-(2j-1)、第2j减法器17-2j。
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。
本发明实施例一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，包括发送端和接收端，发送端和接收端之间通过光纤连接。
发送端具体包括第1信号发生器、…第j信号发生器、第1映射器、…、第j映射器、第1随机数产生器、…、第j随机数发生器、第1加法器、…、第2j加法器、第2j+1加法器、…、第3j加法器、第1乘法器、第2乘法器、…、第2j乘法器、第1串并变换器、…、第j串并变换器、IFFT变换器、第1并串变换器、第1滤波器、循环前缀导入器、第1直流偏置器、光电调制器。
接收端包括EDFA(掺铒光纤放大器)、光电检测器、第2滤波器、第2直流偏置器、去导频循环前缀器、第j+1串并变换器、FFT变换器、第2并串变换器、…、第2j+1并串变换器、第2j+1乘法器、…、第4j乘法器、第1积分器、第2积分器、…、第2j积分器、第1减法器、第2减法器、…、第2j减法器、第j+1随机数产生器、…、第2j随机数发生器、第j+1映射器、…、第2j映射器。
接收端与发射端通过光纤连接。
随机数产生器由对应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生，第1随机数产生器中的混沌发生器与第j+1随机数产生器的混沌发生器同步、…、第j随机数产生器的混沌发生器与第2j随机数产生器的混沌发生器同步。在发送端，第1信号发生器产生信息序列m1传输到第1映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成x1,y1两个符号数据，…，第j信息发生器产生信息序列mj传输到第j映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成xj,yj两个符号数据。第1随机数产生器产生的随机数通过第1、第2加法器分别与符号x1,y1相加，得到加密后的新的符号x′1,y′1，…，第j随机数产生器产生的随机数通过第2j-1、第2j加法器分别与符号xj,yj相加，得到加密后的新的符号x′j,y′j。至此实现了信息的加密。然后第1、第2加法器输出符号x′1,y′1，分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第2j+1加法器相加，产生复数符号x′1+iy′1，加上导频序列，…，所述的第2j-1、第2j加法器输出符号x′j,y′j，分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第3j加法器相加，产生复数符号x′j+iy′j，加上导频序列，这样完成了加密的正交幅度调制(QAM)以及导频引入，这样发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度的映射。这里第2j+1加法器形成的复数符号序列，通过第一串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。第2j+2加法器形成的符号序列，通过第二串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流…第3j加法器形成的符号序列，通过第j串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。利用IFFT变换器，进行快速傅里叶变换逆变换，将频域符号变到时域上。每N个经过串并转换的符号被不同的子载波调制。IFFT变换器输出的时域符号，通过第1并串变换器，转换成串行信号，通过第1滤波器、循环前缀导入器，利用第2直流偏置器剪除负功率部分，再通过光电调制器，变成光信号在光纤中传输。
信号在光纤传输后，在接收端，损耗通过EDFA进行补偿，信息进行放大后，利用光电检测器将光信号变成电信号，通过第2直流偏置器还原负功率部分，通过去循环前缀器，再利用第2滤波器进行滤波，利用第j+1串并变换器，将串行符号转换成并行符号。FFT变换器输出的频域符号，通过j并串变换器，转换成j路串行符号(每一路N个符号)。每一路串行符号分成两路，分别乘以cosωt和-sinωt，并利用相应的积分器在一个周期内进行积分。第一路得到x′1,y′1，减去导频训练符号；…；第j路得到x′j,y′j，再减去导频训练符号。第一路符号x′1,y′1通过第一减法器减去第j+1随机数产生器产生的随机数，得到x1,y1，…，第j路符号x′j,y′j通过第j减法器减去第2j随机数产生器产生的随机数，得到xj,yj。第一路通过第j+1映射器将x1,y1还原原始信息m1，…，第j路通过第2j映射器将xj,yj还原相应的原始信息mj。这样完成了基于5G的无源光网络加密与解密的安全通信。
如图1所示，本实施例一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络的具体连接关系如下：
发送端包括第1信号发生器1-1、…第j信号发生器1-j、第1映射器2-1、…、第j映射器2-j、第1随机数产生器3-1、…、第j随机数发生器3-j、第1加法器18-1、第二加法器18-2、…、第2j加法器18-2j、第2j+1加法器18-(2j+1)、第3j加法器18-3j、第1乘法器4-1、第2乘法器4-2、…、第2j乘法器4-2j、第1串并变换器5-1、…、第j串并变换器5-j、IFFT变换器6、第1并串变换器7-1、第1滤波器8-1、循环前缀导入器9、第1直流偏置器10-1、光电调制器11。
发送端，第1信号发送器1-1的右侧端口与第1映射器2-1的左侧端口连接，第1映射器2-1的右侧第一、第二端口分别连接到第1加法器18-1和第2加法器18-2左侧两个端口。第1加法器18-1下侧端口与第1随机数产生器3-1的上端口连接，第2加法器18-2上侧端口与第1随机数产生器3-1的下端口连接。第1加法器18-1右侧端口与第1乘法器4-1的左端口连接，第2加法器18-2的右侧端口与第2乘法器4-2的左端口连接，第1乘法器4-1的右侧端口与第2j+1加法器18-(2j+1)上端口连接，第2乘法器4-2的右端口与第2j+1加法器18-(2j+1)下端口连接。第2j+1加法器18-(2j+1)的右端口与第1串并变换器5-1的左端口连接、…、第j信号发送器1-j的右侧端口与第j映射器2-j的左侧端口连接，第j映射器2-j的右侧的第一、第二端口分别连接到第2j-1加法器18-(2j-1)和第2j加法器18-2j左侧两个端口。第2j-1加法器18-(2j-1)的下侧端口与第j随机数产生器3-j的上端口连接，第2j加法器18-2j上侧端口与第j随机数产生器3-j的下端口连接，第2j-1加法器18-(2j-1)右侧端口与第2j-1乘法器4-(2j-1)的左端口连接，第2j加法器18-2j的右侧端口与第2j乘法器4-2j的左端口连接，第2j-1乘法器4-(2j-1)的右侧端口与第3j加法器上端口连接，第2j乘法器4-2j的右端口与第3j加法器18+3j下端口连接。第3j加法器18+3j右端口与第j串并变换器5-j的左端口连接。通过第1串并变换器5-1分成N个并行符号，第1串并变换器5-1右侧N个端口连接到IFFT变换器6的左侧N个端口。…。通过第j串并变换器5-j分成N个并行符号，第j串并变换器5-j右侧N个端口连接到IFFT变换器6的左侧N个端口。IFFT变换器6左右两侧端口数均为j×N。
IFFT变换器6右侧j×N个端口与第1并串变换器7-1的左侧j×N个端口连接，第1并串变换器7-1将并行序列转换成串行序列，第1并串变换器7-1右侧端口与第1滤波器8-1的左侧端口连接、第1滤波器8-1右侧端口与导频与循环前缀导入器9的左侧端口连接、导频与循环前缀导入器9的右侧端口与第1直流偏置器10-1的左侧端口连接以剪除负符号、第1直流偏置器10-1的右侧端口与光电调制器11的左侧端口连接，光电调制器11将电信号变成光信号。
光信号通过光纤连接到接收端的EDFA12的上侧端口。
接收端包括EDFA(掺铒光纤放大器)12、光电检测器13、第2直流偏置器10-2、去导频循环前缀器14、第2滤波器8-2、第j+1串并变换器5-(j+1)、FFT变换器15、第2并串变换器7-2、…、第j+1并串变换器7-(j+1)、第2j+1乘法器4-(2j+1)、…、第4j乘法器4-4j、第1积分器16-1、第2积分器16-2、…、第2j积分器16-2j、第1减法器17-1、…、第2j减法器17-2j、第j+1随机数产生器3-(j+1)、…、第2j随机数产生器3-2j、第j+1映射器2-(j+1)、第j+2映射器2-(j+2)、…、第2j映射器2-2j。
EDFA(掺铒光纤放大器)12的下侧端口与光电检测器13右侧端口连接、光电检测器13左侧端口与第2直流偏置器10-2右侧端口连接、第2直流偏置器10-2左侧端口与去导频循环前缀导入器14的右侧端口连接、去导频循环前缀导入器14的左侧端口与第2滤波器8-2右侧端口连接、第2滤波器8-2左侧端口与第j+1串并变换器5-(j+1)的右侧端口连接、第j+1串并变换器5-(j+1)将串行信号转换成并行信号，第j+1串并变换器左侧j×N端口与FFT变换器15右侧j×N端口连接。
FFT变换器15左侧1：N端口与第2并串变换器7-2的右侧N端口连接、第2并串变换器7-2的左侧端口输出信号分成两路，分别连接到第2j+1乘法器4-(2j+1)与第2j+2乘法器4-(2j+2)右侧两个端口，第2j+1乘法器4-(2j+1)与第2j+2乘法器4-(2j+2)左侧两个端口分别连接到第1积分器16-1与第2积分器16-2右侧两个端口、第1积分器16-1与第2积分器16-2左侧两个端口分别连接到第1减法器17-1与第2减法器17-2的右侧两个端口。第1减法器17-1下侧端口与第j+1随机数产生器3-(j+1)上侧端口连接。第2减法器17-2上侧端口与第j+1随机数产生器3-(j+1)下侧端口连接。第1减法器17-1与第2减法器17-2的左侧两个端口分别连接到第j+1映射器2-(j+1)的右侧两个端口、映射器2-(j+1)还原第一路信息m1。
…。
FFT变换器15左侧(j-1)N：jN端口与第j+1并串变换器7-(j+1)的右侧N端口连接、第j+1并串变换器7-(j+1)的左侧端口输出信号分成两路，分别连接到第4j-1乘法器4-(4j-1)与第4j乘法器4-4j右侧两个端口，第4j-1乘法器4-(4j-1)与第4j乘法器4-4j左侧两个端口分别连接到第2j-1积分器16-(2j-1)与第2j积分器16-2j右侧两个端口、第2j-1积分器16-(2j-1)与第2j积分器16-2j左侧两个端口分别连接到第2j-1减法器17-(2j-1)与第2j减法器17-2j的右侧两个端口。第2j-1减法器17-(2j-1)下侧端口与第2j随机数产生器3-2j上侧端口连接。第2j减法器17-2j上侧端口与第2j随机数产生器3-2j下侧端口连接。第2j-1减法器17-(2j-1)与第2j减法器17-2j的左侧两个端口分别连接到第2j映射器2-2j的右侧两个端口、映射器2-2j还原第一路信息mj。
下面将结合上述系统结构对本实施例的安全通信系统的原理作说明。
本发明中，随机数产生器是由相应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生，此处解码要求第1随机数产生器中的混沌发生器与第j+1随机数产生器的混沌发生器同步、…、第j随机数产生器的混沌发生器与第2j随机数产生器的混沌发生器同步。在发送端，第1信号发生器产生信息序列m1传输到第1映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成x1,y1两个符号数据，…，第j信息发生器产生信息序列mj传输到第j映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成xj,yj两个符号数据。第1随机数产生器产生的随机数通过第1、第2加法器分别与符号x1,y1相加，得到加密后的新的符号x′1,y′1，…，第j随机数产生器产生的随机数通过第2j-1、第2j加法器分别与符号xj,yj相加，得到加密后的新的符号x′j,y′j。至此实现了信息的加密。然后第1、第2加法器输出符号x′1,y′1，分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第2j+1加法器相加，产生复数符号x′1+iy′1，加上导频训练符号，…，第2j-1、第2j加法器输出符号x′j,y′j，分边乘以cosωt和-sinωt，再通过第3j加法器相加，产生复数符号x′j+iy′j，加上导频训练符号，这样完成了加密的正交幅度调制(M-QAM)和导频引入，发送端将被传输的数字信号转换成子载波幅度的映射。
同时第2j+1加法器形成的复数符号序列，通过第1串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。第2j+2加法器形成的符号序列，通过第2串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流…第3j加法器形成的符号序列，通过第j串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流。利用IFFT变换器，进行快速傅里叶变换逆变换，将数据的频谱表达式变到时域上。每N个经过串并转换的符号被不同的子载波调制。IFFT变换器输出的时域符号，通过第1并串变换器，转换成串行信号，通过第1滤波器、循环前缀导入器，利用第1直流偏置器剪除负功率部分，再通过光电调制器，变成光信号在光纤中传输。
通过光纤传输后，在接收端，损耗由EDFA进行补偿，信息进行放大后，利用光电检测器将光信号变成电信号，利用第2直流偏置器还原负功率部分，通过去循环前缀器，再利用第2滤波器进行滤波，利用第j+1个串并变换器，将串行符号转换成并行符号。FFT变换器输出的频域符号，通过j个并串变换器，转换成j路串行符号(每一路N个符号)。每一路串行符号分成两路，分别乘以cosωt和-sinωt，并利用相应的积分器在一个周期内进行积分。第一路得到x′1,y′1，减去导频；…；第j路得到x′j,y′j，减去导频。第一路符号x′1,y′1通过第1减法器减去第j+1随机数产生器产生的随机数，得到x1,y1，…，第j路符号x′j,y′j通过第j减法器减去第2j随机数产生器产生的随机数，得到xj,yj。第一路通过第j+1映射器将x1,y1还原原始信息m1，…，第j路通过第2j映射器将xj,yj还原相应的原始信息mj。
加密是通过随机数对QAM产生的符号序列进行扰动实现的。收发两端必须用相同的随机数进行解密。
实现通信的过程简要归纳如下：
1、收发两端通过混沌同步产生随机数。
2、对信息进行QAM调制。
3、利用随机数对QAM调制产生的符号进行加密。
4、加导频训练符号，利用IFFT进行傅氏变换，再并串变换，加前缀。
5、加直流偏置剪除幅度为负的部分。
6、利用光电调制器，将电信号转换成光信号。
7、接收端利用检测器将光信号转换成电信号。
8、串并变换后利用FFT进行傅氏变换。
9、利用随机数对FFT数据进行解密。
10、QAM解调，得到传输信号。
以上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。
Claims (10)
1.一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，包括：
发送端，包括j路结构，每路结构如下：信号发生器与第一映射器相连，第一映射器连接两个第一加法器，两个第一加法器之间连接第一随机数发生器，每个第一加法器各通过一个第一乘法器后连接第二加法器，第二加法器连接第一串并变换器，第一串并变换器通过N个端口连接到IFFT变换器，IFFT变换器j×N个输出端口连接第一并串变换器，第一并串变换器依次通过第一滤波器、循环前缀导入器、第一直流偏置器后连接光电调制器，光电调制器将电信号变成光信号并通过光纤连接到接收端的掺饵光纤放大器；
接收端的掺饵光纤放大器依次通过光电检测器、第二直流偏置器、去导频循环前缀器、第二滤波器连接第二串并变换器，第二串并变换器j×N个输出端口连接FFT变换器，FFT变换器连接j路结构，每路结构如下：FFT变换器N个端口连接到第二并串变换器，第二并串变换器连接两个第二乘法器，两个乘法器分别依次通过一个积分器、一个减法器后连接第二映射器，两个减法器之间连接有第二随机数发生器。
2.根据权利要求1所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，所述第一随机数产生器由对应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生，所述第二随机数产生器由对应的混沌发生器产生的混沌序列通过量化产生；第一随机数产生器中的混沌发生器与第二随机数产生器的混沌发生器同步。
3.根据权利要求2所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在发送端，j路信号发生器产生信息序列mj传输到相应的映射器，根据格雷码的映射规则，将各种比特组合映射成xj,yj两个符号数据。
4.根据权利要求3所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在发送端，j路第一随机数产生器产生的随机数通过两个第一加法器分别与符号xj,yj相加，得到加密后的新符号x′j,y′j，再加上导频符号，实现信息的加密。
5.根据权利要求4所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在发送端，所述的符号x′j,y′j分边乘以cosωt和-sinωt，然后通过第二加法器相加，产生复数符号x′j+iy′j，完成加密的正交幅度调制。
6.根据权利要求5所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在发送端，所述的复数符号序列，通过第一串并转换器将串行的符号序列转换为并行符号流；利用IFFT变换器，进行快速傅里叶变换逆变换，将频域的符号变到时域上。
7.根据权利要求6所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在发送端，IFFT变换器输出的时域符号，通过第一并串变换器，转换成串行信号，通过第一滤波器、循环前缀导入器，利用第一直流偏置器剪除负功率部分，再通过光电调制器，变成光信号在光纤中传输。
8.根据权利要求4-7任一项所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在接收端，掺饵光纤放大器对信息进行放大后，利用光电检测器将光信号变成电信号，利用第二直流偏置器还原负功率部分，通过去导频循环前缀器，再利用第二滤波器进行滤波，利用第二串并变换器，将串行符号转换成并行符号。
9.根据权利要求8所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在接收端，FFT变换器输出的频域符号，通过j个第二并串变换器，转换成j路串行符号，每一路N个符号，每一路串行符号分成两路，分别乘以cosωt和-sinωt，并利用相应的积分器在一个周期内进行积分，j路得到j组x′j,y′j，再减去导频符号。
10.根据权利要求9所述的一种5G网络中随机数加密的多址无源光网络，其特征在于，在接收端，符号x′j,y′j通过减法器减去第二随机数产生器产生的随机数，得到xj,yj；通过第二映射器将xj,yj还原相应的原始信息mj。
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|---|---|---|---|---|
| CN114024677A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-08 | 杭州电子科技大学 | 一种具有双密钥的椭圆曲线加密的ofdm通信系统 |
| CN114221750A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-22 | 杭州电子科技大学 | 一种基于ofdm-pon多混沌置乱的安全通信系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105577359A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-05-11 | 杭州电子科技大学 | 一种基于混沌序列导频映射的oofdm加密系统 |
| CN205792618U (zh) * | 2016-04-07 | 2016-12-07 | 杭州电子科技大学 | 基于一维混沌序列映射加密的光ofdm系统 |
| CN112328205A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-05 | 郑州信大捷安信息技术股份有限公司 | 混沌随机数发生器及发生方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105577359A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-05-11 | 杭州电子科技大学 | 一种基于混沌序列导频映射的oofdm加密系统 |
| CN205792618U (zh) * | 2016-04-07 | 2016-12-07 | 杭州电子科技大学 | 基于一维混沌序列映射加密的光ofdm系统 |
| CN112328205A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-05 | 郑州信大捷安信息技术股份有限公司 | 混沌随机数发生器及发生方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114024677A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-08 | 杭州电子科技大学 | 一种具有双密钥的椭圆曲线加密的ofdm通信系统 |
| CN114024677B (zh) * | 2021-10-26 | 2024-02-02 | 杭州电子科技大学 | 一种具有双密钥的椭圆曲线加密的ofdm通信系统 |
| CN114221750A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-22 | 杭州电子科技大学 | 一种基于ofdm-pon多混沌置乱的安全通信系统 |
| CN114221750B (zh) * | 2021-12-22 | 2024-02-02 | 杭州电子科技大学 | 一种基于ofdm-pon多混沌置乱的安全通信系统 |
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