[发明专利]一种偏振、相位和模式动态扰动方法

权利要求书

1.一种偏振、相位和模式动态扰动方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）首先将来自用户的比特数据流进行正交幅度调制由比特数据映射为符号数据；

2）然后利用蔡氏多涡卷混沌系统和Logistic混沌系统联合得出置乱向量；

3）利用步骤2）中的置乱向量对步骤1）中符号数据的偏振、相位和模式进行混沌置乱实现数据加密，置乱过程分为子载波内和子载波间置乱；

4）将通过步骤3）加密后的符号数据映射到各自的子载波上，之后使用IFFT实现OFDM调制；此时完成了OFDM符号的加密映射；

5）将步骤4）中加密的OFDM符号通过电光转换调制到模式被置乱的光信号上；再通过光纤链路后传入接收端，此时完成了加密信号的传输；

6）在接收端，首先对通过步骤5）传输的加密信息模式进行重组解密，再通过光电转换将光信号转换为电信号；

7）在OFDM符号解映射单元，对步骤6）转化的电信号利用偏振和相位置换向量进行解密，此时正确地提取符号并解映射；

8）通过并串变换对步骤7）解映射后的信号进行处理恢复出原始数据；

所述的蔡氏多涡卷混沌系统定义如下：（1）；

其中，函数f（x）为：

（2）；

式中参数x，y，z，t是变量，取值区间为(0,1)，k=1,2,3……6；当常量参数α,β,δ,ε设置为时，系统处于混沌状态；所述的Logistic混沌系统生成密钥h_i+1：

（3）；

通过公式（1）-（3）得到原始的x, y, z, h不同的混沌序列，具有三个参数的混沌序列x, y, z用来生成置乱向量；其中μ为Logistic映射的控制参数；

所述的x, y用于子载波内置乱，z用于子载波间置乱，h用于模式间置乱；将x, y, h进行如下预处理后可得到序列，其中是将序列x, y, h进行运算后得到的序列，将序列应用于步骤2）中计算得到置乱向量：

（4）；

（5）；

（6）；

通过如下操作可得到置乱后的模式置乱密钥序列l：

（7）；

式中，函数为将序列和序列进行比特位异或操作；

步骤3）中，包括如下步骤：

3.1）将庞加莱球的极化状态用于子载波内置乱，使用蔡氏多涡卷系统生成置乱向量，置乱过程如下：

对第n个子载波上的星座和Stokes矢量进行置乱，使用庞加莱球的极化状态来表示4D空间调制置乱的原理，六个Stokes矢量，SOP1、SOP2、SOP3、SOP4、SOP5、SOP6，是正交的，每个SOP有一个复IQ平面，有四个点映射；置乱在子载波内部执行；假设S_k,n是第n个子载波上第k个Stokes向量符号，对第n个子载波上的星座和Stokes矢量进行置乱，步骤3.1）中的置乱过程表示为：

（8）；

其中和分别为星座和斯托克斯置乱向量，表示将进行转置，S'_k,n为在步骤3.1）中置乱后的信号，由下式表示：

（9）；

式中N_x为随机整数；元素表示为：

（10）；

（11）；

其中，函数sort（）表示根据y的混沌序列生成的序号；使用y的小数部分生成元素，增加元素序列的随机性；星座置乱是对原星座分布的随机干扰，复IQ平面内的星座是QAM星座；

3.2）采用OFDM多载波格式实现子载波间的置乱，使用置乱向量H对不同的子载波进行置乱；

步骤3.2）中，所述的子载波间的置乱是Stokes置乱，采用OFDM多载波格式实现子载波间置乱，考虑六个子载波间置乱；由于置乱过程是在不同子载波的6个偏振态上实现的，因此用于步骤3.2）中的子载波间置乱向量H表示为：

（12）；

其中H¹_k,m和H²_n,n是两个大小分别为6×6和N×N的矩阵；矩阵元素的值使用公式（5）和（6）套用｛z｝的序列得出；置乱后的加密信号如公式（13）所示，此时完成了信号中子载波的加密；通过步骤3.2）置乱后的加密信号s'（t）表示为：

（13）；

其中f_n为第n个子载波的中心频率，j为虚数单位，t为系统中的时间向量，T为周期，k=1,2,3……6；在接收端，将与发送端相同的初始值套用公式（8）-（13）应用反向操作，正确地重新生成安全密钥，来解密得到正确的信息。