随着信息通信技术的快速发展,通信网络的信息安全已经成为全世界关心的战略问题。我国《网络强国战略》和《网络空间安全战略》都将网络信息安全列为重要发展内容。光纤接入网作为通信网络的重要组成部分,距离用户端最近,因此保障光纤接入网的信息安全传输尤为重要。目前,光纤接入网的信息安全主要依靠MAC层及其上层的数据加密,对物理层的信息安全研究还不多见;然而物理层是防止信息泄露和防窃听的“前沿阵地”,因此研究光纤接入网物理层信息安全对保障整个通信网络信息安全具有重要意义。近年来,正交频分复用无源光网络(OFDM-PON)因其简单、灵活、高速等优势被国内外广泛关注,成为下一代光纤接入网的关键技术之一。本文围绕提升OFDM-PON物理层信息安全性,结合混沌技术和三维星座图,对OFDM-PON的物理层安全问题进行了研究,利用数字混沌对三维星座图中的数据进行加密,丰富了加密的维度,提高了传输的安全性。论文的主要工作如下:1、分析了混沌的基本特性和应用于安全领域的优势,讨论了两种主流的数字加密技术:星座图掩盖技术和星座图变换技术,并对这两种技术的优劣进行了比较和总结。2、基于格理论,分析了影响星座图性能的两种因素:基础编码增益和边界成形增益,并根据两种因素设计了两类新型的三维16QAM星座图,两类星座图相较于现有的星座图都有更好的性能。3、基于提出的新型三维16QAM星座图,结合三维星座图掩盖加密技术,提出了 一种基于混沌星座旋转加密的安全OFDM-PON,能够有效地对数据进行加密,提高系统的安全性。4、基于提出的新型三维16QAM星座图,结合三维的星座图变换加密技术,提出了一种基于混沌选择映射加密的安全OFDM-PON。混沌选择映射提升了星座图的信息熵,有效地隐藏了符号信息,保证了系统的安全性。理论分析和仿真验证结果显示,两种结合混沌三维星座调制的安全OFDM-PON都有至少1060大小的密钥空间,能够有效地保障系统的安全性;与此同时,采用新型三维星座图的安全OFDM-PON相比于传统的OFDM-PON在同等误码率条件下也具有更好的信噪比性能。