[发明专利]高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统

说明书

本发明公开了高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统，涉及网格编码调制技术与混沌安全加密技术领域，二进制序列进入三维网格编码调制模块，部分二进制比特流进入编码速率为R的卷积编码器，编码器输出二进制序列，选择待映射的星座图子集；剩下部分的二进制序列选择每个星座子集中的星座点进行映射，设计三维网格编码调制模块的星座图子集划分和映射方式，得到三维星座图，分数阶混沌模型模块用于星座图子集映射、三维星座图符号信息掩蔽，加密之后的三维星座图符号被送入三维载波幅度相位调制模块，利用数字滤波器组进行多路复用调制，最后送入光纤信道中传输，能够提升通信系统的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及网格编码调制技术与混沌安全加密技术领域，具体的是高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统。

背景技术

伴随物联网、虚拟现实、智慧城市、数字孪生等技术的发展，导致当今通信数据流量的需求快速增长，信息传输的可靠性和安全性也逐渐受到更多的关注。相比于传统的电互联网络，无源光网络(PON)具有高灵活性、低功耗、高传输速率等优势，能够满足光接入网中带宽和容量快速增长的需求。然而，由于无源光网络的广播机制，下行信号被所有的网络单元(ONUs)所接收，传输信息的安全无法得到保障。相比于网络层加密方式，采用基于数字信号处理(DSP)的物理层混沌加密方式可以从信源上保障安全性，并且具有低成本、伪随机性、参数敏感性和高存储容量的优势，在安全通信领域崭露头角，先进的调制格式有助于提高光通信系统的频谱效率和传输容量，目前被广泛应用的调制格式包括：脉冲幅度调制(PAM)、正交频分复用(OFDM)、离散多频调制(DMT)和载波幅度相位调制(CAP)。载波幅度相位调制格式是利用数字滤波的方式产生多路复用信号，因其在不需复杂混频器和射频源进行下变频的情况下，支持多电平和多维度的调制，成为IM/DD短距通信场景中极具吸引力的调制格式。

空间维度复用技术和高阶调制格式能够进一步提升光通信系统的传输容量，但由于信道间距缩小而导致信道间串扰的产生，降低了通信系统的可靠性，信道编码技术可以提高抗干扰能力，以牺牲通信系统有效性换取可靠性，通信系统的可靠性和有效性之间相互矛盾，促使了网格编码调制(TCM)技术的产生，网格编码调制技术同时考虑编码与调制，利用星座点集的冗余度传输卷积编码的冗余位，保持符号率和功率不变，用大星座点集传输小比特数的比特序列分组，保持卷积编码的纠错能力，星座点集划分是网格编码调制技术的核心，将星座点划分成若干星座点数相同且排列一致的子集，增大子集中星座点间的最小欧式距离。对于卷积码的译码方式主要分为代数译码和概率译码，基于最大似然估计准则的维特比译码算法属于概率译码，然而，当调制格式阶数的提升，仍采用二维星座图调制会大幅度增加信号平均功率，造成光纤信道非线性效应、功率效率降低、信号点间的欧式距离减小等问题，为此，现在提出高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：高安全可靠的三维网格编码调制混沌加密传输系统，包括三维网格编码调制模块、分数阶混沌模型模块和三维载波幅度相位调制模块，所述三维网格编码调制模块用于对二进制序列进行编码调制后生成三维星座图和星座图子集，并且将星座图子集和三维星座图发送至分数阶混沌模型模块进行加密；

所述分数阶混沌模型模块用于在接收到三维网格编码调制模块发送的星座图子集和三维星座图后，对星座图子集映射、三维星座图符号信息掩蔽加密，将加密后的三维星座图符号发送至三维载波幅度相位调制模块；

所述三维载波幅度相位调制模块用于在接收到分数阶混沌模型模块发送的加密后的三维星座图符号，对加密后的三维星座图符号利用数字滤波器组进行多路复用调制，最后送入光纤信道中传输。

进一步地，所述三维网格编码调制模块包括分集映射单元和卷积编码器，所述分集映射单元用于对二进制序列选择星座点进行映射得到三维星座图，所述卷积编码器将二进制序列进行编码后选择待映射的星座图子集。