基于混沌的数据加密与PAPR降低的OFDM-PON系统算法研究
发布时间：2020-08-08 16:25
【摘要】：光纤通信技术由于具有高速率、大容量、低损耗等优点,在其诞生的50多年里逐渐成为全球数字通信的骨干,为人类提供了高可靠的信息传输服务。与此同时,随着终端用户对宽带业务需求的不断增长,光纤通信系统中引入了频谱利用率高、抗色散能力强等优点的正交频分复用(OFDM)技术,并将基于OFDM的光纤通信技术应用到下一代无源光网络(PON)系统中,引起国内外学者的广泛研究。然而,在实际的PON传输系统中,由于其所具有的广播特性使得数据在传输过程中极易遭到非法窃取,从而威胁用户的信息安全。与此同时,OFDM信号的高峰均功率比(PAPR)使光电器件无法保证始终工作在线性区域,使信号的幅度和相位产生非线性失真,大幅降低了传输系统的性能。混沌映射所特有的随机性、初值敏感性等特征可有效与数据加密算法结合,实现信息的安全传输。因而,基于混沌的数据加密与PAPR降低算法作为OFDM-PON系统的安全传输方案,可同时实现OFDM-PON系统的安全传输与性能提升。为此,本文针对如何同时实现OFDM-PON系统中基于混沌映射的数据加密与PAPR降低算法展开了研究。首先通过理论和仿真分析了基于混沌映射的密钥空间扩展算法、PAPR降低与数据加密结合算法、抗选择明文攻击和密钥保护算法的可行性。然后通过实验验证上述方案在OFDM-PON系统中的传输特性。主要包括以下几个部分的内容:(1)首先介绍了 OFDM-PON和混沌加密的研究意义和背景、基本原理以及部分关键技术,详细阐述了 OFDM-PON系统中混沌加密与PAPR降低的国内外研究现状。(2)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌映射的密钥空间扩展加密算法:针对OFDM-PON系统物理层数据加密的密钥空间小易遭受暴力攻击的问题,利用混沌映射所独有的特性,充分置乱OFDM时频域与导频位置信息以获取较大的密钥空间,可有效抵抗暴力攻击并增强系统安全性,通过速率为1OG/s的OFDM-PON传输实验验证了两种算法的可行性。(3)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌映射的数据加密与PAPR降低结合算法:在OFDM-PON系统中将混沌映射与离散傅里叶变换(DFT)矩阵和格雷互补序列这两种传统的PAPR降低算法相结合,在降低OFDM信号PAPR的同时,对DFT矩阵和格雷序列进行加密,实现数据安全传输与系统性能提升。通过速率为1OG/s的OFDM-PON系统实验验证了混沌DFT矩阵与混沌格雷互补加密算法的实际可行性。(4)研究了 OFDM-PON系统中基于混沌的抗选择明文攻击与密钥保护算法:为有效防止攻击者以选择明文攻击的方式窃取数据,在OFDM-PON系统中提出一种非线性动态加密算法以抵抗选择明文攻击。同时为了防止非法攻击者窃取混沌映射密钥破解加密系统,基于混沌映射改进拉格朗日密钥保护算法从而实现加密系统的密钥保护,并通过速率为10G/s的OFDM-PON传输实验验证了抗选择明文攻击与混沌拉格朗日密钥保护算法的可行性。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TN918.4
【图文】：
逡逑种状态。图１．１分别给出了邋４－ＱＡＭ、１６－ＱＡＭ、３２ＱＡＭ和６４－ＱＡＭ星座图。逡逑＇逦７１逦３Ｐ￣￣；逦；￣￣ｒ逡逑２逡逑￡逦２邋１邋４逦＋逦４逡逑Ｉ邋0■逦■邋Ｉ邋0？逡逑（０逦０５逡逑＾逦＾－１邋？逦？逦？逡逑－２逡逑１邋？邋？逦－３逡逑－１逦０逦１逦－３－２－１０逦１逦２逦３逡逑Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ逦Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ逡逑（ａ）４ＱＡＭ逦（ｂ）１６ＱＡＭ逡逑５邋ｒ邋？逦？邋￣￣１＂＂＂？逦？邋ｉ邋８逦１逦１逦１逦：逡逑？逦？？？？？？？逡逑６逡逑３邋－？逦？逦？逦？逦？逦？－逦？？？？？？？？逡逑４邋？逡逑？逦？？？？？？？逡逑■２逦Ｂ逦？？？？？？？？逡逑Ｉ逦Ｉ逦0■逡逑？逦？逦？逦？逦？．逦！邋？？？？？？？？逡逑0逦Ｏ逦－２邋■逡逑？逦？？？？？？？逡逑－３邋？逦？逦？逦？逦？逦？逦＂＂？？？？？？？？逡逑－６邋■逡逑－ｓｉ．邋？…？．］逡逑－５逦－３逦－１逦－５逦０逦５逡逑Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ逦Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ逡逑（ｃ）３２ＱＡＭ逦（ｄ）６４ＱＡＭ逡逑图邋１．１４ＱＡＭ，邋１６ＱＡＭ，邋３２ＱＡＭ，邋６４ＱＡＭ邋星座图逡逑（２）导频插入技术逡逑ＯＦＤＭ－ＰＯＮ系统中数据经由发送端传输到接收端时，由于信道中噪声的影响，接收信号逡逑需要经过信道估计才能被完整的解调恢复。基于导频的时频域信道估计能够有效降低多径衰逡逑落对信号带来的影响能最大限度拟合信道响应，从而恢复出原始数据。下面给出ＯＦＤＭ逡逑系统中基于时频域的几种信道估计
逡逑图１．２给出了邋ＯＦＤＭ信号中基于时域内插的块状导频结构，块状导频在时间轴上以等时逡逑间间隔插入一个ＯＦＤＭ信号作为导频，且时间间隔符合抽样定理，即某个时间点上传输的信逡逑号均为导频信号［ｂ＿ｍ］。由块状导频的特性可知，等时间间隔插入导频的方式只适用于相邻符逡逑号间传输函数变化较小的慢衰落信道。本文中基于信道的估计算法均采用块状导频结构。逡逑２）梳状导频逡逑个逡逑
本文编号：2785807
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TN918.4
【图文】：
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逡逑图１．２给出了邋ＯＦＤＭ信号中基于时域内插的块状导频结构，块状导频在时间轴上以等时逡逑间间隔插入一个ＯＦＤＭ信号作为导频，且时间间隔符合抽样定理，即某个时间点上传输的信逡逑号均为导频信号［ｂ＿ｍ］。由块状导频的特性可知，等时间间隔插入导频的方式只适用于相邻符逡逑号间传输函数变化较小的慢衰落信道。本文中基于信道的估计算法均采用块状导频结构。逡逑２）梳状导频逡逑个逡逑
本文编号：2785807
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