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随着带宽服务的日益增长,无源光网络正交频分复用(OFDM-PON)系统是满足下一代网络需求的候选之一。然而,由于其系统结构特性,数据的传输容易被违法用户窃听,OFDM-PON系统的大规模数据安全传输成为一个亟待解决的重要问题,同时,OFDM信号较高的峰值平均功率比(PAPR)也会影响传输性能。本论文基于这些问题,将混沌加密技术融入OFDM-PON系统中,针对系统的物理层进行加密处理。利用混沌系统的自相似性、内在随机性、对初值的敏感性、遍历性和统计特性等特点,对数据进行加密处理,提高其安全性。因此,为提高光纤传输系统中信息传输的安全性,本文提出了提高光纤传输安全和其传输性能的几种方案,并进行了理论分析和实验验证。实验结果证明了所提出的方案对未来的大规模光纤数据安全传输,具有理论的借鉴和实际的应用意义。本文的主要研究工作以及取得的研究成果主要为以下几个部分:第一、针对OFDM-PON系统的安全性和高PAPR特点,提出了基于多混沌的时频混合域加密方案,并采用了选择映射(SLM)技术来降低信号的PAPR。阐述了多混沌相比于单混沌的区别与优势,分析了时频混合域加密系统的特点与功能。采用了简单易于实现的选择映射技术来降低OFDM信号的PAPR值,实验搭建了光纤传输长度为100km的OFDM-PON强度调制直接检测(IM/DD)系统,实验结果验证了本方案能很好地提高OFDM-PON系统安全性能。第二、进一步提出了基于多涡卷混沌系统的两级加密方案。采用四阶网格多涡卷系统作为混沌密钥源,通过IQ加密和行列变换两级加密方案对传输数据进行加密处理,并使用离散傅里叶变换(DFT)预编码对加密数据进行处理,降低信号的PAPR。同时为了验证多涡卷混沌系统的涡卷数对系统加密效果的影响,改变混沌系统的参数,选取效果最优参数为实验参数值。实验搭建了光纤传输长度为50km的OFDM-PON直接检测系统,通过实验验证了本方案能有效提高系统安全性,有更大的密钥空间,并能提高系统的传输性能。