[发明专利]一种光正交频分复用网络中的时变导频系统

说明书

本发明公开了一种光正交频分复用网络中的时变导频系统，通过量子随机数生成器产生量子随机数，在需要信道估计时，按间隔周期Δt持续同步发送所述量子随机数到收发双方，收发双方的导频序列生成器根据同步接收到的量子随机数更新导频序列存储器中当前的私密导频序列。相比较于单纯的检测信道中是否存在导频攻击，本发明既可以保证在导频通信时免受导频攻击干扰；又能够克服当前量子通信的速率低于普通光纤通信和无线通信的速率。

技术领域

本发明涉及一种光正交频分复用网络中的导频系统。

背景技术

随着互联网平台不断增强如第五代通信技术(The 5generation wirelesscommunication technology,5G)、人工智能(Artificial Intelligence,AI)、区块链(Blockchain)、增强现实(Augmented reality,AR)/虚拟现实(Virtual reality,VR)等新兴技术的支持能力，同时互联网安全备受关注，提升互联网产业安全保障，完善互联网应用安全体系也十分重要。而网络物理层安全(Physical Layer Security,PLS)技术通过利用通信介质的内在随机特性来保护互联网安全，可有效对抗拥有无限计算能力的网络攻击者，并且PLS不需要考虑如何执行安全协议，也不需要在物理层之上的其他层上实现任何额外的安全机制。所以PLS可以为日新月异的互联网平台带来高效保护。

在光网络物理层，光正交频分复用(Optical orthogonal frequency divisionmultiplexing，OOFDM)因其高频谱效率、传输扩展性和灵活性成为十分受欢迎的光通信调整/解调技术。同时，在OOFDM传输系统中，通常采用导频辅助的信道估计方法，来消除信道中色散、偏振色散、啁啾以及光纤非线性效应等传输影响。通常需要在发送数据前插入导频序列，接着先后经过快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)和OOFDM调制发送到接收端，而接收端需要使用跟发送端一致的导频序列，才能无信道估计误差地恢复出原始数据，否则会影响OOFDM信号的正确接收。

在网络物理层面临窃听、干扰等诸多估计的同时，传输数据前的导频序列也面临导频欺骗和导频干扰的攻击。两种攻击都要求攻击者需对导频信号具有精确的先验知识，如导频序列长度和导频序列编码，或混淆基站或破坏合法信道。因此有人提出一种以相移键控(Phase Shift Keying，PSK)信号作为导频信号进行检测攻击的方案，但检测效果不理想；也有研究者们提出了利用秘钥来扩展导频序列的可选范围，同时能够使得导频序列不被攻击者知晓，但是实施过程复杂。

由于近年来，在光网络物理层光量子密钥技术可以产生无条件安全的密钥，但因其密钥生成速率过低，匹配不上光通信速率而不被重视。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出了一种光正交频分复用网络中的时变导频系统，实现在网络物理层中发送方与接收方在进行信道状态估计之前，保护OOFMD系统收发端能够安全传输数据。

技术方案：一种光正交频分复用网络中的时变导频系统，通过量子随机数生成器产生量子随机数，在需要信道估计时，按间隔周期Δt持续同步发送所述量子随机数到收发双方，收发双方的导频序列生成器根据同步接收到的所述量子随机数更新导频序列存储器中当前的私密导频序列。

进一步的，若导频序列长度为m，则私密导频序列由m位0/1码组成；若当前的私密导频序列为SP_ij，则导频序列生成器根据实时接收到的所述量子随机数k生成新的私密导频序列SP_ij+1来覆盖所述导频序列存储器中当前的私密导频序列SP_ij；所述新的私密导频序列SP_ij+1生成方法包括如下步骤：将n段私密导频序列SP_ij首尾相接组成序列在序列中每隔k位0/1码取一位二进制码，共取m位0/1码组成所述新的私密导频序列SP_ij+1。