CN116318614A - 一种基于scma-ocdm的码本与啁啾联合扰动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SCMA‑OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，包括信号加密方法和解密方法；其中，信号加密方法包括在发射端，通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列；用旋转矩阵对母码本进行加密；通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号；使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密；在接收端，通过混沌序列B将接收到的信号恢复成未加密的时域啁啾信号，再通过ODCM解调将信号转变成SCMA信号；利用加密后的母码将SCMA信号恢复成所需的二进制数据。本发明解决了现有OCDM光通信系统可接入用户数不足和频谱效率较低的问题，同时提高了系统的安全性。

Description

一种基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域中的光传输技术，特别是涉及一种基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法。
背景技术
正交啁啾分割多路复用OCDM(orthogonal chirp division multiplexing)是一种较新的数字信号处理器(DSP)技术，跟正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing,OFDM)相比，OCDM不仅有更好的抗色散能力，还在实现相同的频谱利用率的情况之下具有更优的抗干扰能力。
现有技术中，光通信中可使用的频谱是极其有限的，有限的频谱带宽限制了啁啾的数量，OCDM能够将信息调制到不同的啁啾上，但不能很好地提升啁啾的利用率进而提升频谱效率，从而限制了OCDM通信系统传输容量的提升；同时在使用OCMD调制信息时，一个用户只能使用一个啁啾，也限制了用户接入数的上限。
随着光通信系统的快速发展和光纤传输能力的不断提高，通信系统的安全性受到越来越多的关注，但现有技术中OCDM的安全性却很少被考虑，导致OCDM系统存在安全性不高的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种频谱效率、安全性高，适用于多用户接入的基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，包括以下步骤：
步骤S1：在发射端，通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列；
步骤S2：用旋转矩阵对母码本进行加密；
步骤S3：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号；
步骤S4：使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密；
步骤S5：在接收端，通过混沌序列B将接收到的信号恢复成未加密的时域啁啾信号，再通过ODCM解调将信号转变成SCMA信号；
步骤S6：利用加密后的母码将SCMA信号恢复成所需的二进制数据。
其中，步骤S1所述的通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列，包括以下子步骤：
步骤S101：对蔡氏混沌模型不断迭代得到的一系列的x值，x＝x1,x2,x3……，
蔡氏混沌模型为：
Figure BDA0004135581590000021
Figure BDA0004135581590000022
Figure BDA0004135581590000023
f(x)＝bx+0.5(a-b)(|x+1|-|x-1|)；
其中，α、β、a、b是自定义的四个常量，x、y、z是关于t的变量，t为迭代次数；
在x值中每隔一个值抽取一个数用来生成旋转矩阵的新序列A＝A1,A2,A3……；A1＝x1,A2＝x3,A3＝x5……；通过序列A小数部分乘以2π得到旋转角序列θ：
θ＝mod(A,1)*2π；
由此得到旋转矩阵为：
Figure BDA0004135581590000024
步骤S102：将x值剩余的数用来作为扰乱时域啁啾信号的混沌序列B＝B1,B2,B3……；B1＝x2,B2＝x4,B3＝x6……。
其中，步骤S2所述的用旋转矩阵对码本进行加密，具体为：
将旋转矩阵R与母码本的母星座坐标
Figure BDA0004135581590000025
相乘，得到加密后的码本星座/>
Figure BDA0004135581590000026
Figure BDA0004135581590000027
其中，θ为旋转角序列。
其中，步骤S3所述的通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号，具体为：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息进行SCMA码本映射，将二进制信息转变为更利于传输的形式，SCMA码本映射将不同用户的信息叠加，得到超载的SCMA信号。
其中，步骤S4所述的使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密，具体为：
在OCDM调制过程中，将SCMA信号经过逆离散菲涅耳变换后转变为时域啁啾信号，再用混沌序列对时域啁啾信号进行加密：
Sn*＝Sn×(0.5+(mod(Bn,1)))，
其中，n＝1,2,3……,Sn为加密前时域啁啾信号符号，Sn*为加密后时域啁啾信号符号，实现了啁啾信号的时域扰动。
有益效果：本发明具有如下优点：1、本发明出的联合扰动方法属于物理层加密中的混沌安全通信方案，利用蔡氏混沌模型生成混沌序列，再由此产生旋转矩阵和新序列对母码本的星座和啁啾时域信号进行改变，对信息进行加密，提高了系统安全性；
2、本发明所述的啁啾信号能够在一个频谱上进行二次重叠，具有较高抗干扰能力及宽频带、脉冲压缩、鲁棒性强等优点，能够对抗噪声、多径衰落、多普勒效应等不利的因素；
3、本发明所述的SCMA有更高的频谱利用率和更多的用户接入数，将其应用到本发明提出的方法中，频谱效率和接入用户数。
附图说明
图1为本发明信号加密方法流程示意图；
图2为本发明信号解密方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作详细说明。
如图1和图2所示，本发明所述的一种基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，包括以下步骤：
步骤S1：在发射端，通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列；
步骤S2：用旋转矩阵对母码本进行加密；
步骤S3：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号；
步骤S4：使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密；
步骤S5：在接收端，通过混沌序列B将接收到的信号恢复成未加密的时域啁啾信号，再通过ODCM解调将信号转变成SCMA信号；
步骤S6：利用加密后的母码将SCMA信号恢复成所需的二进制数据。
其中，步骤S1所述的通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列，包括以下子步骤：
步骤S101：对蔡氏混沌模型不断迭代得到的一系列的x值，x＝x1,x2,x3……，
蔡氏混沌模型为：
Figure BDA0004135581590000041
Figure BDA0004135581590000042
Figure BDA0004135581590000043
f(x)＝bx+0.5(a-b)(|x+1|-|x-1|)；
其中，α、β、a、b是自定义的四个常量，x、y、z是关于t的变量，t为迭代次数；
在x值中每隔一个值抽取一个数用来生成旋转矩阵的新序列A＝A1,A2,A3……；A1＝x1,A2＝x3,A3＝x5……；通过序列A小数部分乘以2π得到旋转角序列θ：
θ＝mod(A,1)*2π；
由此得到旋转矩阵为：
Figure BDA0004135581590000044
步骤S102：将x值剩余的数用来作为扰乱时域啁啾信号的混沌序列B＝B1,B2,B3……；B1＝x2,B2＝x4,B3＝x6……。
其中，步骤S2所述的用旋转矩阵对码本进行加密，具体为：
将旋转矩阵R与母码本的母星座坐标
Figure BDA0004135581590000045
相乘，得到加密后的码本星座/>
Figure BDA0004135581590000046
Figure BDA0004135581590000047
其中，步骤S3所述的通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号，具体为：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息进行SCMA码本映射，将二进制信息转变为更利于传输的形式，SCMA码本映射可以将不同用户的信息叠加，得到超载的SCMA信号。
其中，步骤S4所述的使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密，具体为：
在OCDM调制过程中，将SCMA信号经过逆离散菲涅耳变换后转变为时域啁啾信号，再用混沌序列对时域啁啾信号进行加密：
Sn*＝Sn×(0.5+(mod(Bn,1)))，
其中，n＝1,2,3……,Sn为加密前时域啁啾信号符号，Sn*为加密后时域啁啾信号符号，如此便实现了啁啾信号的时域扰动。
本发明出的联合扰动方法属于物理层加密中的混沌安全通信方案，利用蔡氏混沌模型生成混沌序列，再由此产生旋转矩阵和新序列对母码本的星座和啁啾时域信号进行改变，对信息进行加密，提高了系统安全性；所述的啁啾信号能够在一个频谱上进行二次重叠，具有较高抗干扰能力及宽频带、脉冲压缩、鲁棒性强等优点，能够对抗噪声、多径衰落、多普勒效应等不利的因素；所述的SCMA有更高的频谱利用率和更多的用户接入数，将其应用到本发明提出的方法中，频谱效率和接入用户数量。

Claims (5)

1.一种基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：在发射端，通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列；
步骤S2：用旋转矩阵对母码本进行加密；
步骤S3：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号；
步骤S4：使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密；
步骤S5：在接收端，通过混沌序列B将接收到的信号恢复成未加密的时域啁啾信号，再通过ODCM解调将信号转变成SCMA信号；
步骤S6：利用加密后的母码将SCMA信号恢复成所需的二进制数据。
2.根据权利要求1所述的基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，其特征在于，步骤S1所述的通过对蔡氏混沌模型迭代得到旋转矩阵和混沌序列，包括以下子步骤：
步骤S101：对蔡氏混沌模型不断迭代得到的一系列的x值，x＝x1,x2,x3……，
蔡氏混沌模型为：
Figure FDA0004135581570000011
Figure FDA0004135581570000012
Figure FDA0004135581570000013
f(x)＝bx+0.5(a-b)(|x+1|-|x-1|)；
其中，α、β、a、b是自定义的四个常量，x、y、z是关于t的变量，t为迭代次数；
在x值中每隔一个值抽取一个数用来生成旋转矩阵的新序列A＝A1,A2,A3……；A1＝x1,A2＝x3,A3＝x5……；通过序列A小数部分乘以2π得到旋转角序列θ：
θ＝mod(A,1)*2π；
由此得到旋转矩阵为：
Figure FDA0004135581570000014
步骤S102：将x值剩余的数用来作为扰乱时域啁啾信号的混沌序列B＝B1,B2,B3……；B1＝x2,B2＝x4,B3＝x6……。
3.根据权利要求1所述的基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，其特征在于，步骤S2所述的用旋转矩阵对码本进行加密，具体为：
将旋转矩阵R与母码本的母星座坐标
Figure FDA0004135581570000021
相乘，得到加密后的码本星座/>
Figure FDA0004135581570000022
Figure FDA0004135581570000023
其中，θ为旋转角序列。
4.根据权利要求1所述的基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，其特征在于，步骤S3所述的通过加密后的母码本将要传输的二进制信息转化为SCMA信号，具体为：通过加密后的母码本将要传输的二进制信息进行SCMA码本映射，将二进制信息转变为更利于传输的形式，SCMA码本映射将不同用户的信息叠加，得到超载的SCMA信号。
5.根据权利要求1所述的基于SCMA-OCDM的码本与啁啾联合扰动方法，其特征在于，步骤S4所述的使用OCDM调制信号，将SCMA信号转变为时域啁啾信号，用混沌序列对时域啁啾信号进行加密，具体为：
在OCDM调制过程中，将SCMA信号经过逆离散菲涅耳变换后转变为时域啁啾信号，再用混沌序列B对时域啁啾信号进行加密：
Sn*＝Sn×(0.5+(mod(Bn,1)))，
其中，n＝1,2,3……,Sn为加密前时域啁啾信号符号，Sn*为加密后时域啁啾信号符号，实现了啁啾信号的时域扰动。
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CN117713944A (zh) * 2024-02-05 2024-03-15 南京信息工程大学 一种基于多功率密度啁啾信号的高性能光传输方法及装置

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