專利名稱：光信號(hào)通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的通信裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。特別涉及使用光傳輸路徑的通信用裝置。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上用于通信的分組交換裝置被廣泛地使用在相關(guān)領(lǐng)域中。根據(jù)用途不同被稱為路由器、開關(guān)等。在這些分組交換中，近年來，隨著通信的傳輸速度提高的同時(shí)，代替以往使用電纜(銅導(dǎo)線)的通信，利用光纜的通信正在普及。
使用光纜的通信，以往，對(duì)于發(fā)送接收的光信號(hào)強(qiáng)度設(shè)置一個(gè)閾值，將大于等于該閾值的強(qiáng)度的接收信號(hào)規(guī)定為高等級(jí)，將小于等于該閾值的強(qiáng)度的接收信號(hào)規(guī)定為低等級(jí)，一般使用由高等級(jí)和低等級(jí)的2值進(jìn)行信號(hào)通信的被稱為PAM2的數(shù)字通信方式。該2值數(shù)字信號(hào)傳輸在噪聲多的通信環(huán)境中進(jìn)行通信時(shí)，通過在接收側(cè)將信號(hào)成分進(jìn)行兩階段地判別和修正，可以減少對(duì)接收信號(hào)的噪聲影響，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信號(hào)傳輸。另一方面，該2值數(shù)字信號(hào)傳輸，若要實(shí)現(xiàn)高速的信號(hào)，則必須在短時(shí)間內(nèi)用比閾值還充分大的振幅在高等級(jí)和低等級(jí)之間進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，在實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制中，信號(hào)調(diào)制電路的驅(qū)動(dòng)能力限制了調(diào)制速度的界限。例如，用10吉比特/秒實(shí)現(xiàn)2值數(shù)字傳送時(shí)，信號(hào)需要在5微微秒左右實(shí)現(xiàn)從0mW到1mW(或者其相反方向)的信號(hào)光強(qiáng)度變化(信號(hào)閾值設(shè)置在0.5mW付近)。為此，實(shí)際上在實(shí)現(xiàn)大于等于每秒10吉比特至40吉比特的速度的信號(hào)傳輸中，需要在構(gòu)成傳輸系統(tǒng)的激光發(fā)送器、光電二極管接收器以及其二者的驅(qū)動(dòng)電路上使用高成本的化合物半導(dǎo)體電路等的對(duì)策。另外，大于等于40吉比特/秒的高速光調(diào)制還沒有實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樗谕墓鈴?qiáng)度調(diào)制由于物理上的限制是很困難的原因。
因此，在實(shí)現(xiàn)以使用硅材料等的低成本半導(dǎo)體電路的信號(hào)傳輸或者在超過40吉比特/秒的高速信號(hào)傳輸中，代替以往的2值傳輸使用多值調(diào)制是有前途的。所謂多值調(diào)制就是使用大于等于3值的數(shù)字調(diào)制進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆绞健Ｍㄟ^使用多值調(diào)制，使用比2值的信號(hào)傳輸小的信號(hào)振幅，可以減輕給構(gòu)成傳輸系統(tǒng)的激光元件等的負(fù)荷(這時(shí)的信號(hào)調(diào)制成為階梯狀信號(hào)波形)，其結(jié)果，多值調(diào)制方式可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸。
作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，由在多路復(fù)用傳輸系統(tǒng)中，將2值的數(shù)字信號(hào)變換成多值光信號(hào)，在接收側(cè)將多值光信號(hào)再變換成2值的數(shù)字信號(hào)的裝置結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)(例如，參照專利文獻(xiàn)1(特開平8-79186號(hào)公報(bào)))。
作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，考慮在多路復(fù)用傳輸系統(tǒng)中，在每一預(yù)先決定的時(shí)間向接收側(cè)進(jìn)行發(fā)送的裝置結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)2(特開2000-349605號(hào)公報(bào)))。
同樣，作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，由具備多個(gè)獨(dú)立光源，將該獨(dú)立光源按照多值傳輸信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來控制發(fā)光量的傳輸裝置來實(shí)現(xiàn)(例如，參照專利文獻(xiàn)3(特開2004-112235號(hào)公報(bào)))。
同樣，作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，考慮關(guān)于多值傳輸電路的接收側(cè)的技術(shù)。在本以往技術(shù)中設(shè)置比傳輸符號(hào)數(shù)多的信號(hào)電平，在發(fā)送時(shí)，把傳輸?shù)姆?hào)加密成在此之前剛加密完的信號(hào)電平之外的信號(hào)電平。在接收時(shí)，基于接收到的信號(hào)電平與在此之前剛接收到的信號(hào)電平的差取得再生同步，基于在此之前剛接收到的信號(hào)電平，實(shí)現(xiàn)符號(hào)的解碼(例如，參照專利文獻(xiàn)4(特開2004-80827號(hào)公報(bào)))。
同樣，作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了用于將多種信息以小的延遲進(jìn)行多路復(fù)用傳輸?shù)膫鬏斞b置。在本裝置中，在發(fā)送端的選擇器中，多路復(fù)用處理由其它系統(tǒng)所輸入的指令和數(shù)據(jù)，產(chǎn)生多路復(fù)用信號(hào)列。加密部按照預(yù)先所確定的加密規(guī)則，同時(shí)基于檢測(cè)出的符號(hào)和前次產(chǎn)生的多值代碼的振幅值，確定本次的多值代碼的振幅值，產(chǎn)生多值代碼列。發(fā)送部將產(chǎn)生的多值代碼列通過傳輸路徑發(fā)送到接收端。接收端的解碼部按照預(yù)先確定的解碼規(guī)則，從由接收部輸出的多值代碼列的振幅值和上次接收到的多值代碼的振幅值解碼及再生指令及數(shù)據(jù)。解碼部將指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行分離并輸出(例如，參照專利文獻(xiàn)5(特開2004-4261號(hào)公報(bào)))。
同樣，作為有關(guān)光多值傳輸?shù)囊酝夹g(shù)，考慮按照路徑的長(zhǎng)短來增減光多值信號(hào)的值的數(shù)量(例如，參照專利文獻(xiàn)6(特開平8-130561號(hào)公報(bào)))。
進(jìn)而，通過使用光多值傳送裝置，可以期待提高傳輸速度的同時(shí)，可以附加加密功能。加密功能在趨向于提高通信時(shí)的安全性的需要日益增加中，正成為非常重要的功能。作為有關(guān)加密功能的以往技術(shù)，考慮在利用光多值傳輸?shù)膫鬏斞b置中，一邊保持發(fā)送信號(hào)與噪聲的關(guān)系使得標(biāo)準(zhǔn)得以滿足，一邊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的鑰分發(fā)的方法以及裝置。本以往技術(shù)的特征為在利用信號(hào)通信時(shí)或者信號(hào)接收時(shí)遭受的噪音的影響來發(fā)送密鑰的密鑰分發(fā)裝置中，一邊保持發(fā)送信號(hào)與噪聲的關(guān)系以使預(yù)先確定的防止竊聽標(biāo)準(zhǔn)得以滿足，一邊進(jìn)行送信信號(hào)的多段放大，在遠(yuǎn)距離范圍發(fā)送密鑰，使遠(yuǎn)距離的密鑰傳輸成為可能(例如，參照非專利文獻(xiàn)IEEE，Trans.On Information Theory，vol-49，no-12，pp3312-3317，2003)。本以往技術(shù)是被稱為量子密碼的方式的一種。量子密碼被分類為在理論上是不能竊聽讀解的信號(hào)方式，通過使用量子密碼可以實(shí)現(xiàn)高通信隱藏性。但是該使用了多值傳輸方式的密碼電路需要專用的加密/解碼電路，使裝置成本上升。另外，在本密碼電路中復(fù)用信號(hào)時(shí)，根據(jù)來自用于使竊聽困難的密碼邏輯側(cè)的請(qǐng)求，將電壓振幅小的信號(hào)變化為電壓信號(hào)大的信號(hào)。因此，失去了可以以小振幅進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊酝亩嘀祩鬏敺绞降膬?yōu)點(diǎn)，使實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)傳輸變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決兩個(gè)課題。以解決在利用了光多值傳輸?shù)拿艽a傳輸中，需要專用的硬件裝置并且為了進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理使實(shí)效傳輸速度受到較大限制的密碼傳輸裝置從傳輸系統(tǒng)的整體來看成本較高的同時(shí)不能進(jìn)行高速通信這一點(diǎn)為第一課題。
另外，以改善在利用光多值傳輸?shù)拿艽a傳輸中，與電信號(hào)傳輸相比較信號(hào)的強(qiáng)度變化較大這一點(diǎn)，通過用充分的大小確保接收側(cè)電路的動(dòng)作的充裕度，實(shí)現(xiàn)高信號(hào)傳輸質(zhì)量這一點(diǎn)為第二課題。
將高成本、使用使傳輸速度實(shí)效性的改善困難的光多值傳輸?shù)募用芑芈穬H用于密鑰的交換，要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)使用利用2值數(shù)字信號(hào)的其它線路進(jìn)行傳輸。于是，通過在多個(gè)2值數(shù)字線路中，共用一條密碼回路，使高成本的密碼回路的裝置占裝置整體的成本降低。
另外，將在多值傳輸中實(shí)現(xiàn)編碼處理的結(jié)果的光信號(hào)振幅設(shè)定為大于等于接收電路的最小靈敏度，并且小于等于光發(fā)送側(cè)電路的最小信號(hào)振幅。
通過將密碼回路與數(shù)據(jù)傳輸回路設(shè)置為不同系統(tǒng)，可以在多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸線路中共用一條密碼回路。通過共用高成本的密碼回路，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)整體的成本的降低。
另外，將在多值傳輸中實(shí)現(xiàn)編碼處理的結(jié)果的光信號(hào)振幅的強(qiáng)度設(shè)定在由裝置參數(shù)規(guī)定的范圍之內(nèi)，可以改善傳輸系統(tǒng)整體的質(zhì)量。


圖1是密碼傳輸裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是設(shè)定密碼傳輸系統(tǒng)的發(fā)送側(cè)的信號(hào)波形的例圖。
圖3是觀測(cè)密碼傳輸系統(tǒng)的接收側(cè)的信號(hào)波形的例圖。
圖4是將密碼傳輸系統(tǒng)與2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了組合的裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是在將密碼傳輸系統(tǒng)與2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了組合的裝置中，收發(fā)人之間信號(hào)交換的圖。
圖6是基準(zhǔn)信號(hào)的說明圖。
圖7是裝載了錯(cuò)誤判斷器的密碼傳輸裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是在使用基準(zhǔn)信號(hào)的密碼傳輸時(shí)，收發(fā)人之間信號(hào)交換的圖。
圖9是表示設(shè)定式1、式2各值的一個(gè)例子的圖。
圖10是表示在式3中規(guī)定的光發(fā)送器的信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系圖。
圖11是代替實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)使用波長(zhǎng)多路復(fù)用系統(tǒng)的實(shí)施方式的圖。
圖12是代替實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)使用光開關(guān)的實(shí)施方式的圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1下面，參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說明。在下面的例子中，為了易于理解使用具體數(shù)值進(jìn)行說明，但這些數(shù)值始終是示例，并不意味著本實(shí)施方式受限于這些數(shù)值。
在本實(shí)施方式中，作為使用了光多值傳輸方式的密碼傳輸用的裝置，使用在圖1中記載的發(fā)送裝置以及接收裝置。在密碼用光信號(hào)發(fā)送器中，將由加密前的2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所構(gòu)成的發(fā)送數(shù)據(jù)在編碼器中進(jìn)行量化編碼后，在數(shù)字—模擬信號(hào)變換器(DAC)中變換為多值信號(hào)。在變換為多值信號(hào)時(shí)，按照連接在DAC上的邏輯閾值確定器產(chǎn)生信號(hào)。來自DAC的輸出在光發(fā)送器中變換為多值光信號(hào)后，向光纜輸出。在光纜中所傳輸?shù)墓庑盘?hào)在光接收器中被變換成模擬電信號(hào)，來自光接收器電信號(hào)在增幅器中變換為可以判斷的振幅的電信號(hào)后，在邏輯閾值判斷器中解碼為2值的數(shù)字信號(hào)，邏輯閾值判斷器以由邏輯閾值確定器動(dòng)態(tài)定義的邏輯閾值為基準(zhǔn)判斷2值的數(shù)字信號(hào)。經(jīng)判斷的數(shù)字信號(hào)在解碼器將量化編碼進(jìn)行解碼后，作為接收數(shù)據(jù)向后級(jí)輸出。
在本發(fā)明中使用的加密方式應(yīng)用與IEEE，Trans.On InformationTheory，vol-49，no-12，pp3312-3317，2003中所記載的加密方式相同的加密方式。
在本方式中，將用于多值傳輸?shù)男盘?hào)電平間的電壓設(shè)定為小于等于通過光發(fā)送器以及光接收器時(shí)在信號(hào)上積累的散粒噪聲的電平，還有按照只有發(fā)送人和接收人已知的規(guī)則，以在發(fā)送端和接收端同步的形式使邏輯閾值定時(shí)地變動(dòng)。由此，可以向不知道變動(dòng)的邏輯閾值的遷移規(guī)則的竊聽人提供噪聲多的授權(quán)環(huán)境，向已知遷移規(guī)則的正式接收人提供噪聲小的良好的接收環(huán)境。這樣，通過實(shí)現(xiàn)在竊聽人和正式接收人之間在噪聲環(huán)境上具有差異的接收環(huán)境，在雙方接收按照流碼的量化代碼時(shí)，竊聽人只能讀解錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而正式的接收人可以接收正確的信號(hào)。
在圖2和圖3中說明在本發(fā)明中使用的密碼通信的具體的動(dòng)作原理。在圖2中表示發(fā)送側(cè)的信號(hào)設(shè)定。假設(shè)發(fā)送人側(cè)發(fā)送5位的連續(xù)數(shù)據(jù)11001。將該連續(xù)數(shù)據(jù)以把信號(hào)振幅電平分割為14等級(jí)的多值調(diào)制進(jìn)行發(fā)送。在此，多值調(diào)制的電平特別設(shè)定為小于散粒噪聲的離散值的值。于是，使實(shí)際的發(fā)送信號(hào)變化為信號(hào)電平7、7、8、8。對(duì)此，將邏輯閾值設(shè)定變化為信號(hào)電平的4、4、11、11、4。在實(shí)際的發(fā)送信號(hào)與邏輯閾值的電平的上下關(guān)系已知的情況下，本來的數(shù)據(jù)值11011根據(jù)發(fā)送信號(hào)可以容易地判斷。
圖3表示經(jīng)由傳輸路徑接收?qǐng)D2的信號(hào)的波形例。接收信號(hào)受到散粒噪聲(離散值為信號(hào)振幅的4個(gè)電平量)的影響，接收信號(hào)的值在+/一2電平的范圍內(nèi)具有概率性的分布，根據(jù)該噪聲的影響，信號(hào)作為例如6、8、5、9、6、5的值的多值調(diào)制信號(hào)被接收。在這種情況下，對(duì)于已知邏輯閾值設(shè)定的正式接收人來說，基于接收信號(hào)可以導(dǎo)出發(fā)送用的數(shù)據(jù)11001，但對(duì)于不具有知道邏輯閾值的設(shè)定的方法的竊聽人來說，需要從接收信號(hào)模式的6、8、5、9、6、5導(dǎo)出本來的數(shù)據(jù)信號(hào)，另外還有接收信號(hào)模式由于受到噪聲的影響，在相同模式發(fā)送時(shí)也不具有重復(fù)性(即，在其它情況下，可能接收到9，8，5，8，8)。其結(jié)果，竊聽人不能在與正式接收人相同質(zhì)量的通信環(huán)境中接收信號(hào)(肯定在接收錯(cuò)誤率高的環(huán)境中接收信號(hào))，可以實(shí)現(xiàn)不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的竊聽的環(huán)境。
密碼用的通信線路如從圖1至圖3進(jìn)行的說明那樣，將2值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換為14值的多值信號(hào)并進(jìn)行輸出。使用變換為14值的多值信號(hào)的電路，與將2值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接地輸出的情況比較另外需要圖1所記載的電路。還有為了高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)多值傳送，因?yàn)樾枰肼曤娖降偷膶拵щ娐?，所以?gòu)成裝置的設(shè)備難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使用于實(shí)現(xiàn)裝置的成本上升。在密碼用的通信電路中，即使使用可以以10吉比特/秒的速度進(jìn)行2值數(shù)字信號(hào)的通信，由于電路的頻率不足只能實(shí)現(xiàn)100兆比特級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸。
因此，使用密碼用的收發(fā)電路不是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自身的傳輸，而是利用圖4所記載的裝置結(jié)構(gòu)合并使用實(shí)現(xiàn)密碼通信和數(shù)據(jù)通信的兩條線路。在圖4的裝置結(jié)構(gòu)中，相對(duì)于把密碼用光信號(hào)發(fā)送器和密碼用光信號(hào)接收器進(jìn)行1系統(tǒng)設(shè)置，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有2系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)通信中，在發(fā)送數(shù)據(jù)1進(jìn)行通信時(shí)，僅通信時(shí)使用的密鑰利用光纜1、密碼用光信號(hào)發(fā)送器、密碼用光信號(hào)接收器進(jìn)行通信，實(shí)際的數(shù)據(jù)在編碼器1中用經(jīng)相互通信的密鑰進(jìn)行加密，并且使用數(shù)據(jù)發(fā)送器1、光纜1、數(shù)據(jù)接收器1進(jìn)行通信，在解碼器1中使用密鑰進(jìn)行解碼取出接收數(shù)據(jù)1。數(shù)據(jù)發(fā)送器1和數(shù)據(jù)接收器1不是加密通信用的裝置，使用通常的2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信裝置。在發(fā)送數(shù)據(jù)2進(jìn)行通信時(shí)，僅通信時(shí)使用的密鑰利用光纜3、加密用光信號(hào)發(fā)送器、加密用光信號(hào)接收器進(jìn)行通信，實(shí)際的數(shù)據(jù)在編碼器2中用經(jīng)相互通信的密鑰進(jìn)行加密，并且使用數(shù)據(jù)發(fā)送器2、光纜3、數(shù)據(jù)接收器2進(jìn)行通信，在解碼器2中使用密鑰進(jìn)行解碼取出接收數(shù)據(jù)2。數(shù)據(jù)發(fā)送器2和數(shù)據(jù)接收器2不是加密通信用的裝置，使用通常的2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信裝置。在本發(fā)明中，使用2值數(shù)字通信線路可以實(shí)現(xiàn)在加密通信中不可能實(shí)現(xiàn)的10吉比特/秒的數(shù)據(jù)通信。另外，通過將2系統(tǒng)的2值數(shù)字通信系統(tǒng)與1系統(tǒng)的密碼通信系統(tǒng)共用，把密鑰的交換和實(shí)際數(shù)據(jù)的通信與全部利用密碼通信系統(tǒng)的情況相比較，是可以用低成本來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。
實(shí)際信號(hào)傳輸?shù)男畔⒔粨Q結(jié)構(gòu)如圖5所示。首先，發(fā)送人必須向收信人發(fā)送邏輯閾值。但是，使用數(shù)據(jù)線路對(duì)該邏輯閾值進(jìn)行通信，就是成為給予可以竊聽邏輯閾值設(shè)定的機(jī)會(huì)，所以必須使用通過郵政交接數(shù)據(jù)或者使用電話線路相互通信等安全性高的通信線路進(jìn)行設(shè)定數(shù)據(jù)的相互通信。在本例中，發(fā)送人用電話線路發(fā)送設(shè)定數(shù)據(jù)，確認(rèn)到來自接收人收領(lǐng)確認(rèn)返回后，轉(zhuǎn)移到下一步驟。在下一步驟中，利用密碼通信路徑將密鑰由發(fā)送人發(fā)送到接收人。在進(jìn)行該密碼通信時(shí)，使用在通信前級(jí)利用的邏輯閾值設(shè)定的數(shù)據(jù)，通過使閾值動(dòng)態(tài)地變化，可以實(shí)現(xiàn)隱密性高的通信。然后，使用相互通信的密鑰，經(jīng)由數(shù)據(jù)通信用的2值數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信路徑，加密數(shù)據(jù)并進(jìn)行相互通信。然后，經(jīng)過了由用戶設(shè)定的一定的時(shí)間(比如1分鐘)的情況下，暫時(shí)中斷數(shù)據(jù)通信，再次，由發(fā)送人向接收人再相互通信與上次不同的密鑰，利用新的密鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過切換每個(gè)一定時(shí)間所使用的密鑰，對(duì)竊聽人來說，因?yàn)楸绕鸾庾x密鑰，密鑰自身快速地被切換了，所以可以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上的不可能竊聽的環(huán)境。
實(shí)施方式2在本實(shí)施方式1中所使用的該密碼通信中，使用利用光傳輸路徑的多值傳輸，但光信號(hào)由于傳輸路徑的溫度環(huán)境、力學(xué)變形的影響或者激光發(fā)送器、光電二極管的特性偏移的影響，信號(hào)的振幅發(fā)生變動(dòng)。因此，接收側(cè)閾值也因?yàn)樾盘?hào)振幅自身的變動(dòng)，需要進(jìn)行調(diào)整。
于是，在發(fā)送加密數(shù)據(jù)之前，傳輸決定數(shù)據(jù)上限值和下限值的基準(zhǔn)信號(hào)。在圖6中示出基準(zhǔn)信號(hào)的波形的例子。設(shè)多值傳輸信號(hào)的電平為9等級(jí)的情況下，基準(zhǔn)信號(hào)1輸出最高位的電平9的強(qiáng)度信號(hào)，基準(zhǔn)信號(hào)2輸出最低位的電平1的強(qiáng)度信號(hào)。在接收側(cè)觀測(cè)的基準(zhǔn)信號(hào)1以及2的強(qiáng)度，因?yàn)榘凑諅鬏斅窂降奶匦宰儎?dòng)而變動(dòng)，所以通過在接收側(cè)觀測(cè)基準(zhǔn)信號(hào)1和基準(zhǔn)信號(hào)2的強(qiáng)度，可以在接收側(cè)進(jìn)行應(yīng)觀測(cè)的多值傳輸?shù)男盘?hào)電平設(shè)定。
在本發(fā)明中，如圖7所示，在接收側(cè)的密碼用光信號(hào)接收器的后級(jí)裝載錯(cuò)誤判斷器。錯(cuò)誤判斷器在圖1記載的密碼用光信號(hào)接收器的解碼器中發(fā)生錯(cuò)誤的情況下，到解除錯(cuò)誤為止，在判斷器的后級(jí)裝載不輸出信號(hào)的結(jié)構(gòu)。作為錯(cuò)誤的原因，可以認(rèn)為是由于光纜斷破的原因使光信號(hào)的強(qiáng)度顯著減弱使接收側(cè)沒有可以判斷的信號(hào)振幅的情況或者由于光纜的溫度偏移的影響等引起的接收側(cè)的信號(hào)變化的結(jié)果，使得在接收側(cè)基于編碼規(guī)則的數(shù)據(jù)信號(hào)沒有像想像的那樣被接收的情況等。
在圖8中，示出發(fā)送人和接收人之間的基準(zhǔn)信號(hào)的交換順序。在密碼信號(hào)發(fā)送之前，發(fā)送人向接收人側(cè)發(fā)送基準(zhǔn)信號(hào)，接收人側(cè)進(jìn)行閾值的判斷。發(fā)送人側(cè)在經(jīng)過了大于等于預(yù)想的接收人側(cè)的處理時(shí)間的一定時(shí)間后，發(fā)送加密信號(hào)。然后，接收人側(cè)基于基準(zhǔn)信號(hào)按照所決定的閾值規(guī)則接收密碼。
實(shí)施方式3在本實(shí)施方式1中所使用的該加密通信中，多值信號(hào)在接收側(cè)的振幅，若以通信為前提的的話，有必要滿足以下的條件式(這種情況的α1、α2、α3、α4是大于等于1的系數(shù)，約設(shè)定為1.5)。
多值信號(hào)的步進(jìn)值×α1＜接收側(cè)的跳動(dòng)成分中的散粒噪聲的分散(式1)接收側(cè)的跳動(dòng)成分中的散粒噪聲的離散值×α2＜接收多值信號(hào)和邏輯閾值設(shè)定值的差分的下限 (式2)發(fā)送多值信號(hào)的變動(dòng)范圍的最大值×α4＜發(fā)送側(cè)光信號(hào)的振幅的界限值 (式3)式1是用于實(shí)現(xiàn)密碼傳輸環(huán)境的條件，通過將多值信號(hào)的步進(jìn)值設(shè)定為小于等于散粒噪聲的離散值(半值)，對(duì)于不知道邏輯閾值的設(shè)定的竊聽人，成為實(shí)現(xiàn)不能除去噪聲的通信環(huán)境。
式2的條件是正式接收人正確接收信號(hào)用的條件式。通過將多值信號(hào)和邏輯閾值設(shè)定值的差分的下限設(shè)定為比散粒噪聲的離散值大，對(duì)于已知邏輯閾值的設(shè)定的正式接收人，可以從多值傳輸信號(hào)無錯(cuò)誤地檢測(cè)出數(shù)據(jù)。在圖9中示出各信號(hào)間的強(qiáng)度關(guān)系的一個(gè)例子。
式3將發(fā)信側(cè)的激光信號(hào)振幅進(jìn)行規(guī)定，比在圖10規(guī)定的激光的性能有必要將加密發(fā)送的信號(hào)的振幅減小。
圖10表示發(fā)送側(cè)激光性能的規(guī)定方法。設(shè)在發(fā)信用時(shí)假設(shè)的時(shí)鐘周期為t1，在t0(t1的10％的時(shí)間)內(nèi)光信號(hào)有必要實(shí)現(xiàn)該強(qiáng)度變化。并且，在t0時(shí)間之內(nèi)，將預(yù)定使用的激光可以輸出變動(dòng)的光信號(hào)的強(qiáng)度變化幅度在信號(hào)上升時(shí)規(guī)定為Vup，在信號(hào)下降時(shí)規(guī)定為Vdown。并且，把在Vup和Vdown的兩個(gè)值中小的一個(gè)規(guī)定為在3式中所使用的發(fā)送側(cè)光信號(hào)的振幅的界限值。
在實(shí)施方式1所示的密碼通信中，通過用同時(shí)滿足式1、式2、式3的3個(gè)式子的條件實(shí)行信號(hào)通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)竊聽人來說是不可避免的噪聲環(huán)境，對(duì)正式的接收人來說是沒有錯(cuò)誤的正常的信號(hào)接收可以被實(shí)現(xiàn)的環(huán)境。
實(shí)施方式4在實(shí)施方式1中所記載的傳送裝置中，3個(gè)光發(fā)送接收系統(tǒng)，使用各自不同的光纜來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，在圖11所記載的實(shí)施例中，代替使用3個(gè)不同的光纜的發(fā)送結(jié)構(gòu)，在實(shí)施方式1的光發(fā)送端的后級(jí)設(shè)置合波器，在光接收端的前級(jí)設(shè)置分波器，將在密碼用光信號(hào)發(fā)送器、數(shù)據(jù)發(fā)送器1、數(shù)據(jù)發(fā)送器2的3個(gè)光發(fā)送器上設(shè)置的激光發(fā)送器的波長(zhǎng)設(shè)定為相互不同的值。
通過采用本結(jié)構(gòu)，利用波長(zhǎng)多路復(fù)用通信技術(shù)，是可以在一條光纜上并用密碼通信和2值數(shù)字通信系統(tǒng)來構(gòu)成通信系統(tǒng)。本實(shí)施方式因?yàn)榭梢栽谝粭l光纜上構(gòu)成傳輸系統(tǒng)，所以在遠(yuǎn)距離傳輸中光纜的鋪設(shè)成本變大的情況下，通過與實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)相比較減少鋪設(shè)光纜數(shù)目，可以使設(shè)置成本減低。
實(shí)施方式5在實(shí)施方式1中所記載的傳輸裝置中，由1對(duì)密碼發(fā)送接收器和2個(gè)2值數(shù)字傳輸系統(tǒng)構(gòu)成信號(hào)傳輸裝置，在圖12所記載的實(shí)施例中，由1對(duì)密碼發(fā)送接收器和1對(duì)2值數(shù)字傳輸系統(tǒng)合計(jì)2系統(tǒng)構(gòu)成裝置。并且，在發(fā)送端和接收端分別設(shè)置光開關(guān)1和2，在密碼傳輸和2值數(shù)據(jù)傳輸時(shí)分別切換路徑來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送和接收。為了不同時(shí)使用密碼發(fā)送接收器和2值數(shù)字發(fā)送接收器，光開關(guān)1，2具有2對(duì)1的通道口的結(jié)構(gòu)。與構(gòu)成波長(zhǎng)多路復(fù)用系統(tǒng)的情況相比較，因?yàn)樵诒狙b置構(gòu)成中，密碼用光信號(hào)發(fā)送器和數(shù)據(jù)發(fā)送器上設(shè)置的激光發(fā)送器的激發(fā)波長(zhǎng)無需不同，另外，高成本的合波器、分波器也無需設(shè)置，所以可以低成本地構(gòu)成裝置整體。
權(quán)利要求
1.一種光信號(hào)通信裝置，其特征在于包括第一發(fā)送器，加密密碼通信用的密鑰并進(jìn)行發(fā)送；以及第二發(fā)送器，發(fā)送使用上述密鑰所加密的數(shù)據(jù)，從開始使用上述第二發(fā)送器的通信起，經(jīng)過一定時(shí)間后，中斷使用上述第二發(fā)送器的通信，從上述第一發(fā)送器發(fā)送新的密鑰后，重新進(jìn)行使用上述第二發(fā)送器的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的光信號(hào)通信裝置其特征在于上述第一發(fā)送器，可以以使用大于等于3個(gè)的輸出值的某一個(gè)的多值傳輸來發(fā)送上述密鑰，使用上述多值傳輸所發(fā)送的上述密鑰的連續(xù)的2個(gè)信號(hào)間的強(qiáng)度差小于接收上述密鑰的接收器的散粒噪聲的離散值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于上述密鑰，以在上述多值傳輸中所使用的大于等于3個(gè)的輸出值中的某一個(gè)輸出值作為閾值的信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，上述閾值，在上述密鑰的發(fā)送器和接收器中是共同的閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于上述閾值，以上述密鑰的發(fā)送器和接收器中共同的定時(shí)，變動(dòng)為上述3個(gè)的輸出值中的某一個(gè)輸出值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于上述第一發(fā)送器，在發(fā)送上述密鑰之前，把在發(fā)送上述密鑰時(shí)使用的信號(hào)的最大以及最小的輸出值中至少一個(gè)的輸出值的基準(zhǔn)值進(jìn)行發(fā)送，并且，在上述密鑰發(fā)送中也以一定時(shí)間間隔發(fā)送上述基準(zhǔn)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于在上述多值傳輸中所使用的上述大于等于3個(gè)的輸出值的強(qiáng)度差小于上述接收器的跳動(dòng)成分中的散粒噪聲的離散值，在上述多值傳輸中所使用的信號(hào)與上述閾值的強(qiáng)度差大于上述散粒噪聲的離散值，在上述多值傳輸中所使用的信號(hào)強(qiáng)度的變動(dòng)范圍小于上述第一發(fā)送器可以發(fā)送的光信號(hào)的振幅的最大值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于還包括合波器，將從上述第一發(fā)送器所發(fā)送的上述密鑰的信號(hào)和從上述第二發(fā)送器發(fā)送的使用上述密鑰所加密的上述數(shù)據(jù)的信號(hào)，用上述合波器進(jìn)行波長(zhǎng)多路復(fù)用處理，用上述密鑰和上述數(shù)據(jù)在共同的光傳輸路徑上進(jìn)行發(fā)送。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的光信號(hào)通信裝置，其特征在于還包括光開關(guān)，將從上述第一發(fā)送器所發(fā)送的上述密鑰的信號(hào)和從上述第二發(fā)送器發(fā)送的使用上述密鑰所加密的上述數(shù)據(jù)的信號(hào)，用上述光開關(guān)進(jìn)行切換，用上述密鑰和上述數(shù)據(jù)在共同的光傳輸路徑上進(jìn)行發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明提供光信號(hào)通信裝置。在使用以往的光傳輸裝置的密碼傳輸中存在如下問題，即，所使用的專用的硬件裝置為了處理復(fù)雜的信號(hào)處理，難以實(shí)現(xiàn)高速的傳輸速度，另外使利用密碼的傳輸系統(tǒng)整體變?yōu)楦叱杀?。將使用高成本、傳輸速度?shí)效性的改善困難的光多值傳輸?shù)拿艽a用光信號(hào)發(fā)送器和密碼用光信號(hào)接收器僅用于密鑰的交換，實(shí)際應(yīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)用其它線路進(jìn)行傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸之前用密碼傳輸用發(fā)送器實(shí)施密鑰的通信后，使用交換的密鑰，利用在密碼傳輸電路中其它系統(tǒng)的高速信號(hào)傳輸線路發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1758592SQ200510053068
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月5日
發(fā)明者西村信治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所