4次元ハイパカオスと次元協調最適化に基づく物理層暗号化を用いた高セキュリティOFDM-PON

High security OFDM-PON with a physical layer encryption based on 4D-hyperchaos and dimension coordination optimization.

• Jianye Zhao
• Bo Liu
• Yaya Mao
• Rahat Ullah
• Jianxin Ren
• Shuaidong Chen
• Lei Jiang
• Shun Han
• Jingyi Zhang
• Jiajia Shen

抄録

本稿では、直交周波数分割多重受動光ネットワーク(OFDM-PON)のセキュリティを、コンスタレーション、サブキャリア、シンボル、時間を含む4次元(4D)暗号化に基づいて強化し、本論文で初めて提案した。4次元ハイパーチャオティックマッピングを用いて4つのマスキング因子を生成し、4次元の超高セキュリティ暗号化を実現している。暗号化の際には、次元協調最適化を採用し、システムの時間コストを効果的に削減し、暗号化効率を3倍に向上させる。同時に、確率的シェーピング（PS）技術は、さらに効果的に約1 dBのビットエラー性能を改善しているシステムを最適化するために使用されます。提案したOFDM-PONのための暗号化技術は、実験の助けを借りて正常に実証されています。生成されたOFDM信号は、標準的なシングルモードファイバの25kmのファイバスパンにわたって16Gb/sのデータレートを送信する直交振幅変調（QAM）技術によって変調されている。実験中にビット誤り率(BER)とピーク-平均電力比(PAPR)の値を分析し、得られた結果は、提案されたセキュリティ強化OFDM-PONは、高感度とセキュリティを有し、PSとOFDM技術とよく互換性があることができることを示している。提案スキームは、非常に信頼性の高いセキュリティ性能を有しており、また、優れた利益改善効果を有しており、将来のPS-OFDM-PONにおいて非常に有望である。

In this article we have enhanced the security of an orthogonal frequency division multiplexed passive optical network (OFDM-PON) based on four dimensional (4D) encryption, including constellation, subcarrier, symbol and time, which is proposed for the first time in this paper. 4D-hyperchaotic mapping is used to generate four masking factors to achieve ultra-high security encryption in four different dimensions. During the encryption, dimension coordination optimization is adopted, which effectively reduces the time cost of the system and improves the encryption efficiency by 3 times. At the same time, probabilistic shaping (PS) technology is used to further optimize the system that has effectively improved the bit error performance by about 1 dB. The proposed encryption technique for OFDM-PON has been demonstrated successfully with the help of experiments. The generated OFDM signal is modulated by the quadrature amplitude modulation (QAM) technique, which transmitted 16 Gb/s data rate across a 25 km fiber span of standard single-mode fiber. The values of bit error rate (BER) and peak-to-average-power ratio (PAPR) are analyzed during the experiments, and the obtained results show that the proposed security-enhanced OFDM-PON has high sensitivity and security and can be well compatible with PS and OFDM technologies. The proposed scheme has very reliable security performance and also has excellent benefit improvement, which is very promising in the future PS-OFDM-PON.