基于差分混沌键控的空间光通信系统及其保密性分析
发布时间：2021-05-28 15:58
自由空间光通信（FSO）是一种通过激光在无需光纤的情况下实现双向信息传输的通信系统。它具有带宽宽、保密性好、抗干扰性强、无需频率申请、体积小、功耗低等特点。尽管FSO通信系统有较高的安全性,但波束溢出还是会威胁到通信的安全,在通信中采用混沌加密的方式可有效地提高系统的安全性。采用差分混沌键控（DCSK）的Gamma-Gamma湍流模型来提高FSO通信系统的安全性,推导了系统误码率的表达式。通过空间信道图像数据的传输,对接收到的数据进行统计直方图、像素相关性和明文敏感性分析,结果表明系统具有很好的保密性能。
【文章来源】：红外与激光工程. 2020,49(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同湍流条件下误码率与平均SNR的关系曲线(L=1000m)Fig.4RelationshipbetweenbiterrorrateandaverageSNR
红外与激光工程第S1期www.irla.cn第49卷20200207-3图1为不同湍流强度下Gamma-Gamma的概率密度函数。从图中可以看出，在湍流强度滓R2的取值分别为0.3、1.2、4.2三种不同情况下Gamma-Gamma信道概率密度函数，Rytov方差的值会影响“拖尾”，值越大拖尾就会越长，在弱湍流的区域，Gamma-Gamma模型非常接近于高斯分布。图1不同湍流强度下Gamma-Gamma的概率密度函数Fig.1Gamma-Gammaprobabilitydensityfunctionunderdifferentturbulenceintensities1.2差分混沌移位键控模型在差分混沌移位键控(DCSK)系统中，将传输的信号分成两部分，分别是参考信息段和信息承载段，原始的信息经过调制以后再由位于参考段的混沌序列生成的载波进行扩频处理，再经过延迟半个周期进行传输，这样在接收端就可以不再进行混沌同步，这么做的目的就是为了适应各种各样复杂的通信环境，并且能够具有很好的抵抗噪声的能力[6]。DCSK系统的基本调制原理如图2所示。图2DCSK调制原理框图Fig.2BlockdiagramofDCSKmodulationDCSK系统解调原理框图如图3所示。图3DCSK解调原理框图Fig.3BlockdiagramofDCSKdemodulationprinciple图2~3为DCSK系统的调制和解调原理图。假设传输第一个符号，在系统的发送端，先将一个信号周期Tb分成两个时隙，第一个时隙用来做参考段，其作用是将混沌信号发生器产生的混沌序列x={x1,x2,…,xM茁}进行传送，第二个时隙用来传送调制后的数据，即信息承载段，此时如果发送数字信息是“1”时，后半段就成为参考混沌信号；反之如果
g.1Gamma-Gammaprobabilitydensityfunctionunderdifferentturbulenceintensities1.2差分混沌移位键控模型在差分混沌移位键控(DCSK)系统中，将传输的信号分成两部分，分别是参考信息段和信息承载段，原始的信息经过调制以后再由位于参考段的混沌序列生成的载波进行扩频处理，再经过延迟半个周期进行传输，这样在接收端就可以不再进行混沌同步，这么做的目的就是为了适应各种各样复杂的通信环境，并且能够具有很好的抵抗噪声的能力[6]。DCSK系统的基本调制原理如图2所示。图2DCSK调制原理框图Fig.2BlockdiagramofDCSKmodulationDCSK系统解调原理框图如图3所示。图3DCSK解调原理框图Fig.3BlockdiagramofDCSKdemodulationprinciple图2~3为DCSK系统的调制和解调原理图。假设传输第一个符号，在系统的发送端，先将一个信号周期Tb分成两个时隙，第一个时隙用来做参考段，其作用是将混沌信号发生器产生的混沌序列x={x1,x2,…,xM茁}进行传送，第二个时隙用来传送调制后的数据，即信息承载段，此时如果发送数字信息是“1”时，后半段就成为参考混沌信号；反之如果发送数字信息是“-1”的时候，后半段的内容就将参考混沌信号取反，以此类推，用数学表达式说明发送端发送第k个符号，如公式(9)所示：sk=xkk=1,2,…,M茁blxk-Mk=M茁+1,M茁+2,…,2M茁茁(9)这里以高斯白噪声为例，如果系统传输时经过高斯白噪声信道，接收端收到的即为：rk=xk+灼kk=1,2,…,M茁blxk-M+灼kk=M茁+1,M茁+2,?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于矢量分解和相位剪切的非对称光学图像加密[J]. 郭媛,敬世伟,许鑫,魏连锁. 红外与激光工程. 2020(04)
[2]基于柱面衍射和彩色空间转换的单通道彩色图像加密[J]. 常柯明,陈叶,王莹,王君. 红外与激光工程. 2018(06)
[3]Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究[J]. 吴君鹏,刘泉,于林韬. 红外与激光工程. 2017(03)
[4]基于激光散斑和Henon映射的图像加密方法[J]. 贺锋涛,张敏,白可,孙力. 红外与激光工程. 2016(04)
[5]部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展[J]. 柯熙政,王婉婷. 红外与激光工程. 2015(09)
[6]MIMO多径衰落信道下的多载波混沌键控混沌通信[J]. 王世练,胡登鹏,张智力,卢树军. 国防科技大学学报. 2015(02)
[7]基于相位截断的非对称加密系统安全性的分析与改进[J]. 丁湘陵,崔永忠. 激光杂志. 2013(02)
[8]QDRTD单光子探测技术[J]. 王红培,王广龙,邱鹏,高凤岐,陈建辉. 红外与激光工程. 2012(10)
本文编号：3208334
【文章来源】：红外与激光工程. 2020,49(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同湍流条件下误码率与平均SNR的关系曲线(L=1000m)Fig.4RelationshipbetweenbiterrorrateandaverageSNR
红外与激光工程第S1期www.irla.cn第49卷20200207-3图1为不同湍流强度下Gamma-Gamma的概率密度函数。从图中可以看出，在湍流强度滓R2的取值分别为0.3、1.2、4.2三种不同情况下Gamma-Gamma信道概率密度函数，Rytov方差的值会影响“拖尾”，值越大拖尾就会越长，在弱湍流的区域，Gamma-Gamma模型非常接近于高斯分布。图1不同湍流强度下Gamma-Gamma的概率密度函数Fig.1Gamma-Gammaprobabilitydensityfunctionunderdifferentturbulenceintensities1.2差分混沌移位键控模型在差分混沌移位键控(DCSK)系统中，将传输的信号分成两部分，分别是参考信息段和信息承载段，原始的信息经过调制以后再由位于参考段的混沌序列生成的载波进行扩频处理，再经过延迟半个周期进行传输，这样在接收端就可以不再进行混沌同步，这么做的目的就是为了适应各种各样复杂的通信环境，并且能够具有很好的抵抗噪声的能力[6]。DCSK系统的基本调制原理如图2所示。图2DCSK调制原理框图Fig.2BlockdiagramofDCSKmodulationDCSK系统解调原理框图如图3所示。图3DCSK解调原理框图Fig.3BlockdiagramofDCSKdemodulationprinciple图2~3为DCSK系统的调制和解调原理图。假设传输第一个符号，在系统的发送端，先将一个信号周期Tb分成两个时隙，第一个时隙用来做参考段，其作用是将混沌信号发生器产生的混沌序列x={x1,x2,…,xM茁}进行传送，第二个时隙用来传送调制后的数据，即信息承载段，此时如果发送数字信息是“1”时，后半段就成为参考混沌信号；反之如果
g.1Gamma-Gammaprobabilitydensityfunctionunderdifferentturbulenceintensities1.2差分混沌移位键控模型在差分混沌移位键控(DCSK)系统中，将传输的信号分成两部分，分别是参考信息段和信息承载段，原始的信息经过调制以后再由位于参考段的混沌序列生成的载波进行扩频处理，再经过延迟半个周期进行传输，这样在接收端就可以不再进行混沌同步，这么做的目的就是为了适应各种各样复杂的通信环境，并且能够具有很好的抵抗噪声的能力[6]。DCSK系统的基本调制原理如图2所示。图2DCSK调制原理框图Fig.2BlockdiagramofDCSKmodulationDCSK系统解调原理框图如图3所示。图3DCSK解调原理框图Fig.3BlockdiagramofDCSKdemodulationprinciple图2~3为DCSK系统的调制和解调原理图。假设传输第一个符号，在系统的发送端，先将一个信号周期Tb分成两个时隙，第一个时隙用来做参考段，其作用是将混沌信号发生器产生的混沌序列x={x1,x2,…,xM茁}进行传送，第二个时隙用来传送调制后的数据，即信息承载段，此时如果发送数字信息是“1”时，后半段就成为参考混沌信号；反之如果发送数字信息是“-1”的时候，后半段的内容就将参考混沌信号取反，以此类推，用数学表达式说明发送端发送第k个符号，如公式(9)所示：sk=xkk=1,2,…,M茁blxk-Mk=M茁+1,M茁+2,…,2M茁茁(9)这里以高斯白噪声为例，如果系统传输时经过高斯白噪声信道，接收端收到的即为：rk=xk+灼kk=1,2,…,M茁blxk-M+灼kk=M茁+1,M茁+2,?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于矢量分解和相位剪切的非对称光学图像加密[J]. 郭媛,敬世伟,许鑫,魏连锁. 红外与激光工程. 2020(04)
[2]基于柱面衍射和彩色空间转换的单通道彩色图像加密[J]. 常柯明,陈叶,王莹,王君. 红外与激光工程. 2018(06)
[3]Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究[J]. 吴君鹏,刘泉,于林韬. 红外与激光工程. 2017(03)
[4]基于激光散斑和Henon映射的图像加密方法[J]. 贺锋涛,张敏,白可,孙力. 红外与激光工程. 2016(04)
[5]部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展[J]. 柯熙政,王婉婷. 红外与激光工程. 2015(09)
[6]MIMO多径衰落信道下的多载波混沌键控混沌通信[J]. 王世练,胡登鹏,张智力,卢树军. 国防科技大学学报. 2015(02)
[7]基于相位截断的非对称加密系统安全性的分析与改进[J]. 丁湘陵,崔永忠. 激光杂志. 2013(02)
[8]QDRTD单光子探测技术[J]. 王红培,王广龙,邱鹏,高凤岐,陈建辉. 红外与激光工程. 2012(10)
本文编号：3208334
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