CN101036335A

CN101036335A - 数据通信系统

Info

Publication number: CN101036335A
Application number: CNA200580034165XA
Authority: CN
Inventors: 布施优; 古泽佐登志; 生岛刚; 盐崎亨
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-09-12

Abstract

一种数据通信系统，其中通过显著增加窃听者解密密文所需的时间提高了保密性。该数据通信系统通过将数据发送设备(13105)经由传输路径(110)连接到数据接收设备(11201)而构成。在数据发送设备(13105)中，多电平编码部分(111)接收预定第一初始值(密钥信息)和信息数据并生成电平基本以随机数方式变化的多电平信号。伪信号叠加部分(118)将伪信号叠加在多电平信号上。调制部分(112)将多电平信号转换成预定调制形式的已调制信号并发送该已调制信号。数据接收设备(11201)对已调制信号进行解调以输出多电平信号，结合使用多电平信号和预定第二初始值(密钥信息)以再生信息数据。

Description

数据通信系统

技术领域

本发明涉及一种避免第三方未经授权的窃听和拦截的进行保密通信(concealed communication)的设备。更具体而言，本发明涉及一种在于经授权的发送和接收方之间选择并建立特定编码/解码(调制/解调)方法的状态下进行数据通信的设备。

背景技术

在常规技术中，为了使通信应当在指定方之间进行，采用了一种方法，在该方法中，在发送和接收中共享编码/解码的密钥信息，且在密钥信息的基础上，在被传输的信息数据(明文)上进行数学算术运算和反运算，以实现保密通信。图65为示出根据该方法的常规数据发送设备的构成的方框图。在图65中，常规数据通信系统具有如下构造：数据发送设备90001经由传输路径913连接到数据接收设备90002。数据发送设备90001包括编码部分911和调制部分912。数据接收设备90002包括解调部分914和解码部分915。在常规数据通信系统中，当把信息数据90和第一密钥信息91输入编码部分911，同时将第二密钥信息96输入解码部分915后，从解码部分915输出信息数据98。以下参考图65描述常规数据通信系统的运行。

在数据发送设备90001中，编码部分911在第一密钥信息91的基础上对信息数据90编码(加密)。调制部分912以预定调制方式调制经编码部分911编码的信息数据，并将其作为已调制信号94经由传输路径913发送到数据接收设备90002。在数据接收设备90002中，解调部分914利用预定解调方法对经由传输路径913传输的已调制信号94进行解调并将其输出。解码部分915基于和编码部分911共享的第二密钥信息96对经解调部分914解调的信号解码(解密)，并再生出原始信息数据98。

以下参考窃听数据接收设备90003描述第三方进行的窃听(wiretapping)行为。在图65中，窃听数据接收设备90003包括窃听解调部分916和窃听解码部分917。窃听解调部分916窃取在数据发送设备90001和数据接收设备90002之间传输的已调制信号(信息数据)并通过预定解调方法对窃取的已调制信号进行解调。基于第三密钥信息99，窃听解码部分917尝试对窃听解调部分916解调的信号进行解码。这里，由于窃听解码部分917不和编码部分911共享密钥信息，因此基于和第一密钥信息91不同的第三密钥信息99尝试对窃听解调部分916解调的信号解码。于是，窃听解码部分917不能正确地对窃听解调部分916解调的信号解码，不能再生出原始信息数据。

例如，如专利文献1中所述，可以将这种基于数学算术运算的数学加密技术(也称为计算加密或软件加密)应用于接入系统等。亦即，在PON(无源光网络)配置中，从一个光发送机发送的光信号被光耦合器分支并然后各个分配到多个光用户家庭的光接收机，除所希望的光信号之外的指向另一用户的信号被输入到每个光接收机。于是，利用互不相同的密钥信息对每个用户的信息数据加密，以避免信息的相互泄漏和窃听，从而实现安全数据通信。

[专利文献1]日本专利申请公开No.H9-205420

发明内容

本发明要解决的问题

虽然如此，在基于数学加密技术的常规数据通信系统中，即使在不共享密钥信息的情况下，从原理上讲，当在密文(已调制信号或加密的信息数据)上尝试利用了所有可能组合的密钥信息的算术运算后，或者当在其上施加特殊分析算法时，窃听者仍能够解密。具体而言，由于近年来计算机处理速度提高显著，出现了一个问题，即，当将来可以实现诸如量子计算机的利用新原理的计算机时，密文将会在有限的时间内被窃听。

于是，本发明的目的是提供一种具有高保密性的数据通信系统，其中，显著提高了窃听者分析密文所需的时间，从而导致天文量的计算。

解决问题的技术方案

本发明提出了一种用于进行加密通信的数据发送设备。然后，为了实现上述目的，本发明的数据发送设备包括多电平编码部分、调制部分和伪信号(dummy signal)叠加部分。多电平编码部分接收预先定义的预定密钥信息和信息数据并生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平信号。调制部分在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号。伪信号叠加部分在所述信息数据、所述多电平信号和所述已调制信号的任一个上叠加伪信号。具体而言，多电平编码部分包括多电平码发生部分和多电平处理部分。多电平码发生部分从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列。多电平处理部分根据预定处理组合所述多电平码序列和所述信息数据并生成电平对应于两个信号电平的组合的多电平信号。

优选地，所述伪信号叠加部分连接在所述多电平处理部分和所述调制部分之间并在所述多电平信号上叠加伪信号，所述伪信号导致第三方难以进行所述多电平信号的电平判决。此外，所述伪信号的振幅在所述多电平信号的一个时隙期间连续变化。

所述伪信号叠加部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述多电平信号上叠加所述多个信号中的任一个作为所述伪信号。

所述伪信号叠加部分包括：用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及用于组合所述伪信号和所述多电平信号的叠加部分。此外，所述伪信号叠加部分还可以包括：伪发生码发生部分，用于在预定初始值的基础上生成伪发生码作为随机数。在这种情况下，其中所述伪信号发生部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述伪发生码的基础上输出所述多个信号中的任一个作为伪信号。

优选地，所述伪信号的振幅大于所述多电平信号的任意电平和相邻于所述任意电平的电平之间的差异中的任一个且小于所述信息数据的振幅。此外，所述伪发生码为自然随机数序列。

此外，所述伪信号叠加部分可以是噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述多电平编码部分的前一级且向所述多电平编码部分输出叠加有噪声的信息数据，在所述叠加有噪声的信息数据中在所述信息数据上叠加有预定噪声。

此外，所述伪信号叠加部分可以是噪声控制部分，所述噪声控制部分连接在所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间且向所述多电平处理部分输出叠加有噪声的多电平码序列，在所述叠加有噪声的多电平码序列中在所述多电平码序列上叠加有预定噪声。

此外，所述伪信号叠加部分可以是噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述调制部分的下一级且生成叠加有噪声的已调制信号，在所述叠加有噪声的已调制信号中在所述已调制信号上叠加有预定噪声。

此外，所述数据发送设备可以包括如下所述的多电平编码部分和调制部分。多电平编码部分接收预先定义的预定密钥信息和信息数据并生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平信号。调制部分在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号。具体而言，多电平编码部分包括多电平码发生部分和多电平处理部分。多电平码发生部分从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列。多电平处理部分根据预定处理组合所述多电平码序列和所述信息数据并生成电平对应于两个信号电平的组合的多电平信号。在生成预定调制形式的所述已调制信号时，所述调制部分在所述多电平信号的基础上为所述已调制信号赋予预定噪声成分。

优选地，所述调制部分为包括光源且将多电平信号调制成已调制光信号的光调制部分。在这种情况下，所述光源可以采用半导体激光器。

此外，所述数据发送设备还可以包括用于控制所述已调制光信号的信噪比的光噪声控制部分。在这种情况下，所述光噪声控制部分包括：用于生成预定光噪声信号的光噪声发生部分；以及用于在从所述光调制部分输出的所述已调制光信号上叠加所述光噪声信号的光组合部分。此外，所述光噪声控制部分可以是光纤放大器。此外，所述光噪声控制部分可以是光学干涉部分，所述光学干涉部分将所述已调制光信号分成多束并使被分成多束的所述已调制光信号互相干涉。

此外，所述光噪声控制部分可以是多次光反射部分，所述多次光反射部分具有多个反射点且在所述已调制光信号中导致多次反射。此外，所述光噪声控制部分可以将所述已调制光信号的一部分注入所述光调制部分。此外，所述光噪声控制部分可以将所述已调制光信号的一部分反射并注入所述光调制部分。此外，所述光噪声控制部分可以将预定光信号注入所述光调制部分。

所述光噪声控制部分包括：用于生成预定噪声信号的噪声发生部分；以及注入光发生部分，用于将所述噪声信号转换成光噪声信号并将所述光噪声信号注入所述光调制部分。优选地，从所述光调制部分输出的所述已调制光信号为多个波长的光构成的多模光。在这种情况下，所述光噪声控制部分改变所述多模光的每个波长光的相对振幅关系或相位关系并由此在所述已调制光信号中产生噪声。

优选地，从所述光调制部分输出的所述已调制光信号为多个波长的光构成的多模光。在这种情况下，所述光噪声控制部分从所述多模光中除去至少一个特定波长的光并由此在所述已调制光信号中产生噪声。

此外，所述伪信号叠加部分可以是连接在所述多电平处理部分和所述调制部分之间的同步部分。在这种情况下，所述同步部分包括：信号同步部分，用于将输入的同步信号复用到所述多电平信号上且生成同步的多电平信号；噪声同步部分，用于用这样的方式生成噪声，使得所述同步信号的信噪比变得高于所述多电平信号的信噪比，并输出噪声作为同步的噪声信号；以及噪声组合部分，用于组合所述同步的多电平信号和所述同步的噪声信号。

优选地，由所述噪声同步部分生成的噪声为振幅分布大致是高斯分布的噪声。此外，所述同步信号的最大振幅大于所述多电平信号的最大振幅。此外，所述同步信号的最大振幅与所述多电平信号的最大振幅之比是恒定的。

优选地，所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行时分复用。此外，所述信号同步部分可以对所述多电平信号和所述同步信号进行频分复用。此外，所述信号同步部分可以对所述多电平信号和所述同步信号进行空分复用。此外，所述信号同步部分可以对所述多电平信号和所述同步信号进行码分复用。

此外，所述数据发送设备还可以包括定时信号发生部分，用于生成预定周期的定时信号；以及振幅调制部分，用于在所述信息数据、所述多电平码序列和所述多电平信号的任一个上进行振幅调制或由所述定时信号引起电平波动。在这种情况下，所述多电平码发生部分生成与所述定时信号同步的所述多电平码序列。

优选地，所述振幅调制部分连接到所述多电平编码部分的前一级并在所述定时信号的基础上为所述信息数据赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平编码部分。

或者，所述振幅调制部分可以插入于所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间并可以在所述定时信号的基础上为所述多电平码序列赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平处理部分。

或者，所述振幅调制部分可以插入于所述多多电平编码部分和所述调制部分之间并可以在所述定时信号的基础上为所述多电平信号赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述调制部分。

或者，所述振幅调制部分可以连接到所述调制部分的下一级并可以在所述定时信号的基础上在所述已调制信号上进行预定形式的振幅调制。

优选地，所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上为所述信息数据赋予大于所述信息数据的振幅的振幅波动或电平波动。此外，所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上为所述多电平码序列赋予大于所述多电平码序列的最大振幅的振幅波动或电平波动。此外，所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上为所述多电平信号赋予大于所述多电平信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。此外，所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上为所述已调制信号赋予大于所述已调制信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。

优选地，所述信息数据在预先定义的预定期间中处于固定电平。优选地，所述多电平码序列在预先定义的预定期间中处于固定电平。优选地，所述多电平信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。优选地，所述已调制信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。

优选地，所述定时信号为与所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号同步的时钟。优选地，所述振幅调制部分中的所述预定调制形式与所述调制部分中的所述调制形式不同。

优选地，对于所述调制部分中的所述调制形式和所述振幅调制部分中的所述调制形式而言，任一个为强度调制或振幅调制而另一个为角度调制。

此外，所述数据发送设备还可以包括：振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及振幅调制部分，所述振幅调制部分连接到所述多电平编码部分的前一级并在所述振幅控制信号的基础上在所述信息数据上进行振幅调制以将其输出到所述多电平编码部分。

此外，所述数据发送设备还可以包括：振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述多电平编码部分和所述调制部分之间并在所述振幅控制信号的基础上在所述多电平信号上进行振幅调制以将其输出到所述调制部分。

此外，所述数据发送设备还可以包括：振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及振幅调制部分，所述振幅调制部分连接到所述调制部分的下一级并在所述振幅控制信号的基础上在所述已调制信号上进行预定形式的调制以将其输出。

优选地，所述振幅调制部分在所述已调制信号上进行振幅调制或强度调制。

此外，所述数据发送设备可以包括：多电平码发生部分，用于从预先定义的预定密钥信息生成值基本以随机数方式变化的多电平码序列；第一调制部分，用于在所述多电平码序列的基础上生成预定调制形式的第一已调制信号；第二调制部分，用于接收信息数据并生成预定调制形式的第二已调制信号；以及混波部分，用于对所述第一已调制信号和所述第二已调制信号混波。

优选地，所述数据发送设备还可以包括：振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述第二调制部分的前一级并在所述振幅控制信号的基础上在所述信息数据上进行振幅调制以将其输出。

优选地，所述数据发送设备还可以包括：振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述第一调制部分的前一级并在所述振幅控制信号的基础上在所述多电平码序列上进行振幅调制以将其输出。

此外，所述数据发送设备可以包括：多电平码发生部分，用于从预先定义的预定密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列；第一调制部分，用于在所述多电平码序列的基础上生成预定调制形式的第一已调制信号；以及第二调制部分，用于接收信息数据并利用所述信息数据调制所述第一已调制信号，以生成预定调制形式的第二已调制信号。

优选地，所述数据发送设备还包括N元编码部分，所述N元编码部分连接到所述多电平编码部分的前一级并根据预定处理将多个信息数据构成的信息数据组编码成任意元数，以便将其作为N元已编码信号向所述多电平编码部分输出。

在将所述信息数据组编码为任意元数时，所述N元编码部分通过组合所述多个信息数据的逻辑在所述N元已编码信号的多值电平中造成波动。所述N元编码部分在所述密钥信息的基础上从所述信息数据组生成所述N元已编码信号。所述N元编码部分在不同于所述密钥信息的密钥信息的基础上从所述信息数据组生成所述N元已编码信号。

优选地，在预先定义的每个预定期间中，所述多电平编码部分生成预先定义的多个多值数中任一个多值数的多电平信号。

此外，所述数据发送设备还包括：同步信号发生部分，用于输出对应于所述多电平信号的预定同步信号；以及多电平处理控制部分，用于在所述同步信号的基础上输出指示所述多值数的多电平处理控制信号。

优选地，所述多电平编码部分至少在所述预定期间的任一个中输出二值多电平信号。优选地，所述多电平编码部分输出处于以下状态中的所述二值多电平信号，即，所述二值多电平信号的振幅大于所述多个多值数中的最大多值数的多电平信号的振幅。优选地，所述多电平编码部分输出所述信息数据作为二值多电平信号。

优选地，响应于所述多值数，所述数据发送设备改变所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。在所述数据发送设备中，当所述多值数减少时，增大所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。

此外，本发明还提出了一种用于进行加密通信的数据接收设备。然后，为了实现上述目的，本发明的数据接收设备包括：解调部分，用于对预定调制形式的已调制信号进行解调并将其作为多电平信号输出；以及多电平解码部分，用于接收预先定义的预定密钥信息和所述多电平信号并输出信息数据。具体而言，所述多电平解码部分包括：多电平码发生部分，用于从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列；以及多电平识别部分，用于在所述多电平码序列的基础上识别所述多电平信号并输出所述信息数据。

优选地，所述数据接收设备还包括伪信号删除部分，所述伪信号删除部分连接在所述解调部分和所述多电平解码部分之间并生成伪信号，所述伪信号能够删除所述多电平信号中包含的伪信号成分并导致第三方难以对所述多电平信号进行电平判决，从而用所述伪信号删除所述伪信号成分。此外，所述伪信号的振幅在所述多电平信号的一个时隙期间连续变化。

优选地，所述伪信号删除部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙利用多个信号的任一个作为伪信号删除所述伪信号成分。

优选地，所述伪信号删除部分包括：用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及用于利用所述伪信号成分删除所述伪信号的删除部分。

优选地，所述伪信号删除部分还包括伪发生码发生部分，所述伪发生码发生部分用于在预定初始值的基础上输出伪发生码作为随机数。在这种情况下，所述伪信号发生部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述伪发生码的基础上利用所述伪信号成分删除所述多个信号中任一个作为伪信号的信号。

优选地，所述多电平信号含有用于建立同步的同步信号成分和通过利用所述密钥信息加密所述信息数据获得的多电平信号成分。在这种情况下，所述同步信号成分的最大振幅为大于所述多电平信号成分的所述最大振幅的值。此外，所述多电平解码部分还包括：振幅控制部分，用于在表示所述多电平信号的振幅的振幅探测值的基础上将所述多电平信号的最大振幅控制在预定值；检测部分，用于探测从所述振幅控制部分输出的所述多电平信号的振幅并向所述振幅控制部分输出所探测的振幅作为所述振幅探测值；以及同步提取部分，所述同步提取部分在阈值的基础上识别从所述振幅控制部分输出的所述多电平信号并将振幅大于所述阈值的信号判决为所述同步信号成分，以便提取所述同步信号成分作为同步信号。所述多电平码发生部分在所述同步信号的基础上生成多电平码序列。

优选地，所述多电平信号含有用于建立同步的同步信号成分和通过利用所述密钥信息加密所述信息数据获得的多电平信号成分。在这种情况下，所述同步信号成分的最大振幅为大于所述多电平信号成分的所述最大振幅的值。此外，所述多电平解码部分还包括：探测部分，用于探测所述多电平信号的振幅并输出所探测的振幅作为振幅探测值；同步提取部分，所述同步提取部分在所述振幅探测值的基础上设置阈值并将振幅大于所述阈值的信号成分判决为所述同步信号成分，以便提取所述同步信号成分作为同步信号；以及振幅控制部分，用于在所述振幅探测值的基础上控制所述多电平码序列的最大振幅。所述多电平码发生部分在所述同步信号的基础上生成多电平码序列。

优选地，所述探测部分采用所述多电平信号的最大振幅作为所述振幅探测值。此外，所述探测部分可以采用所述多电平信号的振幅平均值作为所述振幅探测值。

优选地，所述同步提取部分预先保持所述同步信号成分的最大振幅和所述多电平信号成分的最大振幅之比值，并利用所述振幅探测值和所述比值确定所述阈值。

此外，所述数据接收设备还可以包括定时信号再生部分，用于接收从所述解调部分输出的多电平信号并再生所述定时信号。在这种情况下，所述多电平码发生部分输出与所述定时信号同步的所述多电平码序列。

此外，所述数据接收设备还可以包括：分束部分，对所述已调制信号进行分束并将它们之一输出到所述解调部分，将另一束分束输出；第二解调部分，用于解调和输出从所述分束部分输出的另一束已调制信号；以及定时信号再生部分，用于从所述第二解调部分输出的所述电信号再生所述定时信号。在这种情况下，所述多电平码发生部分输出与所述定时信号同步的所述多电平码序列。

优选地，所述定时信号再生部分为通过对应于所述定时信号的频带的通过部分。

优选地，所述定时信号再生部分包括：通过部分，用于通过对应于所述定时信号的频带；以及同步部分，用于生成与来自所述通过部分的输出信号同步的定时信号。

优选地，所述多电平解码部分还包括振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成值基本以随机数方式变化的振幅控制信号。所述多电平识别部分在所述多电平码序列和所述振幅控制信号的基础上识别所述多电平信号并输出所述信息数据。

优选地，所述多电平识别部分在预先定义的预定期间中输入的所述多电平信号的所述多值数的基础上切换用于识别所述多电平信号的阈值。

此外，所述数据接收设备还可以包括：同步信号发生部分，用于再生对应于所述多电平信号的预定同步信号；以及多电平识别控制部分，用于在所述同步信号的基础上输出多电平识别控制信号以在所述多电平识别部分中改变所述阈值。

优选地，所述多电平编码部分至少在所述预定期间的任一个中对所述二值多电平信号进行识别。

此外，本发明还提出了一种数据通信系统，其中数据发送设备和数据接收设备进行加密通信。然后，为了实现上述目的，本发明的数据发送设备包括多电平编码部分、调制部分和伪信号叠加部分。多电平编码部分接收预先定义的预定密钥信息和信息数据并生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平信号。调制部分在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号。伪信号叠加部分在所述信息数据、所述多电平信号和所述已调制信号的任一个上叠加伪信号。具体而言，多电平编码部分包括多电平码发生部分和多电平处理部分。多电平码发生部分从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列。多电平处理部分根据预定处理组合所述多电平码序列和所述信息数据并生成电平对应于两个信号电平的组合的多电平信号。

此外，所述数据接收设备包括：解调部分，用于对预定调制形式的已调制信号进行解调并将其作为多电平信号输出；以及多电平解码部分，用于接收预先定义的预定密钥信息和所述多电平信号并输出信息数据。具体而言，所述多电平解码部分包括：多电平码发生部分，用于从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列；以及多电平识别部分，用于在所述多电平码序列的基础上识别所述多电平信号并输出所述信息数据。

所述伪信号叠加部分包括：用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及用于组合所述伪信号和所述多电平信号的叠加部分。此外，所述伪信号叠加部分还可以包括伪发生码发生部分，所述伪发生码发生部分用于在预定初始值的基础上输出伪发生码作为随机数。在这种情况下，其中所述伪信号发生部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述伪发生码的基础上输出所述多个信号中的任一个作为伪信号。

此外，所述数据发送设备还可以包括光噪声控制部分，用于控制所述已调制光信号的信噪比。在这种情况下，所述光噪声控制部分包括：用于生成预定光噪声信号的光噪声发生部分；以及用于在从所述光调制部分输出的所述已调制光信号上叠加所述光噪声信号的光组合部分。此外，所述光噪声控制部分可以是光纤放大器。此外，所述光噪声控制部分可以是光学干涉部分，所述光学干涉部分将所述已调制光信号分成多束并使被分成多束的所述已调制光信号互相干涉。

此外，所述数据发送设备还可以包括：定时信号发生部分，用于生成预定周期的定时信号；以及振幅调制部分，用于在所述信息数据、所述多电平码序列和所述多电平信号的任一个上进行振幅调制或由所述定时信号引起电平波动。在这种情况下，所述多电平码发生部分生成与所述定时信号同步的所述多电平码序列。

本发明的效果

根据本发明的数据发送设备，所述伪信号叠加部分在信息数据、多电平信号或已调制信号的任一个上叠加伪信号，所述伪信号导致第三方难以进行所述多电平信号的电平判决。如此一来，该数据发送设备能够使得第三者窃听时的接收信号质量得到极大劣化，并使得第三方解密和解码多电平信号变得困难，从而实现安全得到改善的数据通信。

此外，当伪信号叠加部分为噪声控制部分时，噪声控制部分恰当地向信息数据、多电平信号或已调制信号的任一个上赋予噪声引起的电平波动，使得第三方进行窃听变成不可能。如此一来，该数据发送设备能够使得第三者窃听时的接收信号质量得到极大劣化，并使得第三方解密和解码多电平信号变得更困难，从而实现安全得到改善的数据通信。

此外，在噪声控制部分处，数据发送设备将要传输的信息数据被编码为多电平信号，然后经编码的多电平信号被作为已调制光信号发送，从而为多电平信号赋予了因物理性质而引起的不可消除的量子噪声。此外，数据发送设备还可以为已调制光信号赋予预定噪声。此外，所述数据发送设备可以将多电平信号转换为在多个波长振荡的已调制光信号，从而为多电平信号赋予因为物理性质而不可消除的波动。如此一来，该数据发送设备能够使得第三者窃听时的接收信号质量得到极大劣化，并使得第三方解密和解码多电平信号变得更困难，从而实现安全得到改善的数据通信。

根据本发明的数据通信系统，在密钥信息的基础上将被传输的信息数据编码和调制成多电平信号。然后，发送该信号。在同样的密钥信息的基础上对接收到的多电平信号进行解调和解码，从而使多电平信号的信噪比达到适当值。于是，该数据通信系统实现了高保密性的数据通信，其中，显著提高了窃听者分析密文所需的时间，从而导致天文量的计算。

附图说明

[图1]图1为示出根据本发明第一实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图2]图2为描述根据本发明第一实施例的数据通信系统的传输信号波形的示意图。

[图3]图3为描述根据本发明第一实施例的数据通信系统的传输信号波形的示意图。

[图4]图4为描述根据本发明第一实施例的数据通信系统的传输信号质量的示意图。

[图5]图5为示出根据本发明第二实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图6]图6为示出根据本发明第三实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图7]图7为描述根据本发明第四实施例的数据通信系统的传输信号参数的示意图。

[图8]图8为示出根据本发明第五实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图9]图9为描述伪信号叠加部分118的详细工作的图示。

[图10]图10为示出在根据本发明第五实施例的数据通信系统中信息数据10、多电平信号13和已调制信号14之间的对应关系的图示。

[图11]图11为示出根据本发明第五实施例的数据通信系统中的数据发送设备13105的另一构成的图示。

[图12]图12为示出根据本发明第五实施例的数据通信系统中的数据接收设备13205的构成的方框图。

[图13]图13为示出根据本发明第六实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图14]图14为示出根据本发明第六实施例的数据通信系统的另一构成的方框图。

[图15]图15为示出根据本发明第六实施例的数据通信系统的另一构成的方框图。

[图16]图16为示出根据本发明第七实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图17]图17为示出根据本发明第七实施例的数据通信系统的另一构成的方框图。

[图18]图18为示出根据本发明第七实施例的数据通信系统的另一构成的方框图。

[图19]图19为示出根据本发明第八实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图20]图20为示出根据本发明第九实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图21]图21为示出根据本发明第十实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图22]图22为描述根据本发明第十实施例的第三噪声控制部分的工作的图示。

[图23]图23为描述根据本发明第十实施例的第三噪声控制部分的工作的图示。

[图24]图24为示出根据本发明第十一实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图25]图25为示出信息数据10的时间波形实例的图示。

[图26]图26为示出同步信号72的时间波形实例的图示。

[图27]图27为示出多电平信号13的时间波形实例的图示。

[图28]图28为示出通过组合同步信号72和多电平信号13获得的同步多电平信号74的时间波形实例的图示。

[图29]图29为示出同步噪声信号73的时间波形实例的图示。

[图30]图30为示出叠加了噪声的同步多电平信号75的时间波形实例的图示。

[图31]图31为示出同步多电平信号76的时间波形实例的图示。

[图32]图32为示出根据本发明第十二实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图33]图33为示出根据本发明第十三实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图34]图34为描述根据本发明第十三实施例的数据通信系统的信号波形的示意图。

[图35]图35为描述在预定期间内将输入到调幅部分131中的输入信号保持在固定电平的情况下数据通信系统的信号波形的示意图。

[图36]图36为示出根据本发明第十三实施例的数据通信系统的第二构成的方框图。

[图37]图37为示出根据本发明第十三实施例的数据通信系统的第三构成的方框图。

[图38]图38为示出根据本发明第十三实施例的数据通信系统的第四构成的方框图。

[图39]图39为示出根据本发明第十四实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图40]图40为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。

[图41]图41为描述根据本发明第十五实施例的数据通信系统的各部分的信号波形的示意图。

[图42]图42为描述根据本发明第十五实施例的数据通信系统的传输信号质量的示意图。

[图43]图43为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的第二示范性构成的方框图。

[图44]图44为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的第三示范性构成的方框图。

[图45]图45为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的第四示范性构成的方框图。

[图46]图46为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的第五示范性构成的方框图。

[图47A]图47A为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。

[图47B]图47B为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的另一示范性构成的方框图。

[图48A]图48A为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的另一示范性构成的方框图。

[图48B]图48B为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的另一示范性构成的方框图。

[图49]图49为示出根据本发明第十七实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图50]图50为示出输入N元编码部分131的信息数据组的示范性波形的图示。

[图51]图51为示出从N元编码部分131输出的N元编码信号52的示范性波形的图示。

[图52]图52为示出从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的示范性波形的图示。

[图53]图53为描述多电平识别部分212b中的多电平信号15的识别操作的实例的图示。

[图54]图54为示出其上叠加了噪声的多电平信号15的波形的图示。

[图55]图55为示出根据本发明第十八实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。

[图56]图56为示出根据本发明第十八实施例的数据通信系统的另一示范性构成的方框图。

[图57]图57为示出根据本发明第十九实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图58]图58为描述从多电平编码部分111输出的信号波形的示意图。

[图59]图59为示出根据本发明第二十实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图60]图60为描述根据本发明第二十实施例的数据通信系统的传输信号波形的示意图。

[图61]图61为示出根据本发明第二十一实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图62]图62为示出根据本发明第二十二实施例的数据通信系统的构成的方框图。

[图63]图63为示出其中组合了本发明的实施例的功能部件的数据通信系统构成实例的方框图。

[图64A]图64A为示出其中组合了本发明的实施例的功能部件的数据通信系统构成实例的方框图。

[图64B]图64B为示出其中组合了本发明的实施例的功能部件的数据通信系统构成实例的方框图。

[图64C]图64C为示出其中组合了本发明的实施例的功能部件的数据通信系统构成实例的方框图。

[图65]图65为示出常规数据通信系统的构成的方框图。

附图标记说明

10，18信息数据

11，16，91，96，99密钥信息

12，17多电平码序列

13，15多电平信号

14，94已调制信号

110传输路径

111多电平编码部分

111a第一多电平码发生部分

111b多电平处理部分

112，122，123，912调制部分

113第一数据反转部分

114噪声控制部分

114a噪声发生部分

114b组合部分

118伪信号叠加部分

118a伪发生码发生部分

118b伪信号发生部分

118c叠加部分

122第一调制部分

123第二调制部分

120振幅控制部分

120a第一振幅信号发生部分

120b振幅调制部分

124混波部分

125，127光调制部分

127a光源

127b外部光调制部分

128，129，130光噪声控制部分

128a光噪声发生部分

128b光组合部分

129a噪声发生部分

129b注入光发生部分

131，132N元编码部分

134同步信号发生部分

135多电平处理控制部分

211，914，916解调部分

212，218多电平解码部分

212a第二多电平码发生部分

212b多电平识别部分

212c第二振幅信号发生部分

213第二数据反转部分

214伪信号删除部分

214a伪发生码发生部分

214b伪信号发生部分

214c删除部分

219光解调部分

220，221N元解码部分

233同步信号再生部分

234多电平识别控制部分

236副解调部分

237识别部分

240检测部分

241振幅控制部分

242同步提取部分

914编码部分

915，917解码部分

10101-19108数据发送设备

10201-19207数据接收设备

具体实施方式

(第一实施例)

图1为示出根据本发明第一实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图1中，根据第一实施例的数据通信系统具有如下构造：数据发送设备10101经由传输路径110连接到数据接收设备10201。数据发送设备10101包括多电平编码部分111和调制部分112。多电平编码部分111包括第一多电平码发生部分111a和多电平处理部分111b。数据接收设备10201包括解调部分211和多电平解码部分212。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。传输路径110可以采用诸如LAN电缆和同轴电缆的金属线或者诸如光缆的光波导。此外，传输路径110不限于诸如LAN电缆的线缆，而可以是无线电信号能够通过其传播的自由空间。

图2和3为描述从调制部分112输出的已调制信号的波形的示意图。以下参考图1到3描述根据第一实施例的数据通信系统的工作。

在预先定义的第一预定密钥信息11的基础上，第一多电平码发生部分111a生成信号电平基本按随机数(random number)方式变化的多电平码序列12(图2(b))。多电平处理部分111b接收多电平码序列12(图2(b))和信息数据10(图2(a))，并根据预定程序组合两种信号，以生成电平唯一对应于两种信号电平的组合的多电平信号13(图2(c))。例如，当多电平码序列12的电平在时隙t1/t2/t3/t4如C1/C5/C3/C4那样变化时，多电平处理部分111b采用该多电平码序列12作为偏置电平添加信息数据10，从而生成电平如L1/L8/L6/L4那样变化的多电平信号13。

这里，如图3所示，信息数据10的振幅被称为“信息振幅”。多电平信号13的总振幅被称为“多电平信号振幅”。将多电平信号13能够采用的对应于多电平码序列12的电平c1/c2/c3/c4/c5的电平组(L1，L4)/(L2，L5)/(L3，L6)/(L4，L7)/(L5，L8)分别称为第一到第五“基电平(basis)”。多电平信号13的最小信号点间距被称为“步长(step width)”。

调制部分112以预定调制方式调制多电平信号13并将其作为已调制信号14发送到传输路径110。解调部分211对经由传输路径110传输的已调制信号14解调并再生出多电平信号15。第二多电平码发生部分212a预先共享与第一密钥信息11相同的第二密钥信息16。然后，在第二密钥信息16的基础上，第二多电平码发生部分212a生成对应于多电平码序列12的多电平码序列17。采用多电平码序列17作为阈值，多电平识别部分212b对多电平信号15进行识别(二值判决)并再生信息数据18。这里，当电磁波(电磁场)或光波受到多电平信号13调制后，获得了经由传输路径110在调制部分112和解调部分211之间发送和接收的预定调制形式的已调制信号14。

这里，如上所述，除了通过在多电平码序列12和信息数据10之间的叠加处理生成多电平信号13的方法之外，多电平处理部分111b还可以使用任何其他方法生成多电平信号13。例如，多电平处理部分111b可以在信息数据10的基础上在多电平码序列12的电平上进行振幅调制，以生成多电平信号13。或者，多电平处理部分111b可以从预先存储了多电平信号13的电平的存储器中串行读取对应于信息数据10和多电平码序列12组合的多电平信号13的电平，以生成多电平信号13。

此外，在图2和3中，多电平信号13的电平由八个台阶表示。不过，多电平信号13的电平不限于这种表示。此外，信息振幅被表示为多电平信号13的步长的三倍或整数倍。不过，信息振幅不限于这种表示。信息振幅可以是多电平信号13步长的任意整数倍，且不必是整数倍。此外，有关于此，在图2和3中，多电平码序列12的每个电平被大致设置在多电平信号13的电平的中心。不过，多电平码序列12的每个电平不限于这种设置。例如，多电平码序列12的每个电平不必被大致设置在多电平信号13的电平的中心，可以与多电平信号13的每个电平一样。此外，在以上描述中，假定多电平码序列12和信息数据10具有彼此相同的变化速率且处于同步关系。不过，它们之一的变化速率可以快于(或慢于)另一个的变化速率。此外，它们可以是异步的。

接下来描述第三方对已调制信号14的窃听操作。预计作为窃听者的第三方利用类似于经验证的接收方所有的数据接收设备10201，或者性能更高的数据接收设备(窃听数据接收设备)的构造解密已调制信号14。窃听数据接收设备对已调制信号14解调并由此再生多电平信号15。不过，窃听数据接收设备不与数据发送设备10101共享密钥信息，因此不能像数据接收设备10201中那样从密钥信息生成多电平码序列17。于是，窃听数据接收设备不能在多电平码序列17的基础上进行多电平信号15进行二值判决。

在这种情况下可以采用的窃听操作是这样的方法：在多电平信号15的全部电平上同时进行识别(通常被称为“强力攻击”)。亦即，窃听数据接收设备在多电平信号15能够采用的所有信号点之间准备阈值，然后进行多电平信号15的同步判决，并分析判决结果，以试图提取正确的密钥信息或信息数据。例如，窃听数据接收设备采用图2所示的多电平码序列12的电平c0/c1/c2/c3/c4/c5/c6作为阈值，并进行多电平信号15的多电平判决，以试图提取正确的密钥信息或信息数据。

虽然如此，在实际传输系统中，由于各种因素会产生噪声。然后，该噪声被叠加在已调制信号14上，使得多电平信号15的电平如图4所示随时间且瞬时地变化。在这种情况下，由多电平信号15的信息振幅和噪声量之比决定着将由经验证的接收方(数据接收设备10201)判定的将被判定的信号(多电平信号15)的信噪比(信号与噪声强度之比)。相反，由多电平信号15的步长和噪声量之比决定着将由窃听数据接收设备判定的将被判定的信号(多电平信号15)的信噪比。

于是，如果将被判定的信号的噪声电平是相同的，在窃听数据接收设备中将被判定的信号的信噪比变得小于在数据接收设备中的信噪比。亦即，传输特性(误码率)劣化了。因此，利用这种特性，数据通信系统能够在第三方利用所有阈值进行的强力攻击中诱发识别误差，由此使得窃听变得困难。具体而言，当多电平信号15的步长与噪声振幅(噪声强度分布的分散)处于相同量级或更小时，数据通信系统可以令第三方的多电平判决成为几乎不可能，且能够实现防止窃听的理想效果。

这里，当已调制信号14为例如无线电信号的电磁波时，叠加在将被判定的信号(多电平信号15或已调制信号14)上的噪声可能是空间场、电子部件等中存在的热噪声(高斯噪声)。当使用光波时，除热噪声之外还可以利用光子生成时光子数量的波动(量子噪声)。具体而言，不能通过诸如记录和复制的信号处理来处理利用了量子噪声的信号。于是，当数据通信系统参考噪声量设置多电平信号15的步长时，第三方进行窃听变成不可能的，从而确保了数据通信的绝对安全。

如上所述，根据本实施例，当将被发送的信息数据被编码为多电平信号时，多电平信号的信号点间距相对于噪声量得到适当设置，使得第三方窃听应当变为不可能。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三者窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得困难。

(第二实施例)

图5为示出根据本发明第二实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图5中，与根据第一实施例的数据通信系统(图1)相比，在根据第二实施例的数据通信系统中，数据发送设备10102还包括第一数据反转部分113，而数据接收设备10202还包括第二数据反转部分213。以下描述根据第二实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

第一数据反转部分113不使图2(a)所示的信息数据10中的“0/1”与“低/高”之间的对应关系固定下来，而是通过预定流程大致随机地改变该对应关系。例如，与多电平编码部分111类似，第一数据反转部分113在基于预定初始值生成的随机数序列(伪随机数序列)和信息数据10之间执行排除性逻辑和(异或)算术运算，并将算术运算结果输出到多电平编码部分111。对于从多电平解码部分212输出的数据，第二数据反转部分213通过与第一数据反转部分113相反的程序改变“0/1”和“低/高”之间的对应关系。例如，第二数据反转部分213共享与第一数据反转部分113所有的初始值相同的初始值，并在基于此生成的随机位翻转序列和从多电平解码部分212输出的数据之间执行异或算术运算，以将算术运算结果再生为信息数据18。

如上所述，根据本实施例，大致随机地翻转将被发送的信息数据，从而增大了在多电平信号中加密的复杂性。这导致第三方解密和解码多电平信号更加困难，从而能够提供安全的数据通信系统。

(第三实施例)

图6为示出根据本发明第三实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图6中，与根据第一实施例的数据通信系统(图1)相比，在根据第三实施例的数据通信系统中，数据通信系统10103还包括噪声控制部分114。噪声控制部分114包括噪声发生部分114a和组合部分114b。以下描述根据第三实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

噪声发生部分114a生成预定的噪声。组合部分114b将多电平信号13和噪声组合并将其输出到调制部分112。亦即，噪声控制部分114有意识地在参考图4描述的多电平信号13中生成电平波动并将多电平信号13的信噪比控制在任意值。这里，如上所述，由噪声发生部分114a生成的噪声为热噪声、量子噪声等。此外，将其中组合(叠加)有噪声的多电平信号称为叠加有噪声的多电平信号。

如上所述，根据本实施例，将要被发送的信息数据编码为多电平信号且任意地控制被编码多电平信号的信噪比。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

(第四实施例)

图7为描述根据本发明第四实施例的数据通信系统的传输信号参数的示意图。根据第四实施例的数据通信系统具有类似于第一实施例(图1)或第三实施例(图6)的构成。以下参考图7描述根据本发明第四实施例的数据通信系统。

参考图1或图6，多电平编码部分111根据图7所示的每个电平的波动量(亦即，叠加在每个电平上的噪声强度分布)设置多电平信号13的每个步长(S1到S7)。具体而言，多电平编码部分111用这样的方式分布信号点间距，使得输入到多电平识别部分212b中的将被判定的信号(亦即多电平信号15)的两个相邻信号点之间的信噪比应当大致相同(homogeneous)。这里，当叠加在多电平信号15的每个电平上的噪声量相同时，多电平编码部分111将每个步长设置为相同的。

通常，对于从调制部分112输出的已调制信号14而言，在假定在把半导体激光器(LD)用作光源时获得光强调制信号时，已调制信号14的波动宽度(噪声量)随着输入到LD的多电平信号13的电平而变化。这是因为LD是基于利用自发发射光作为“种子光”的受激发射的原理而发光的。噪声量被定义为自发发射光的量与受激发射光的量之相对比。这里，随着激发速率(相当于注入LD的偏置电流)的增大，受激发射光的量之比也增大，从而噪声量减少。相反，随着激发速率减小，自发发射光的量之比增大，从而噪声量增大。于是，如图7所示，多电平编码部分111在多电平信号的电平小的区域将步长设置得大，而在多电平信号的电平大的区域将步长设置得小(即，非线性地设置)。结果，把将被判定的信号的相邻信号点之间的信噪比设置为大致相同。

此外，仍然在把已调制光信号用作已调制信号14时，如果由光接收机中所用的自发发射光和热噪声引起的上述噪声充分小，那么接收信号的信噪比主要取决于散粒噪声。在这种条件下，多电平信号中所含的噪声量随着多电平信号电平增大而增大。于是，与图7的情况相反，多电平编码部分111在多电平信号的电平小的区域将步长设置得小，而在多电平信号的电平大的区域将步长设置得大。结果，把将被判定的信号的相邻信号点之间的信噪比设置为大致相同。

如上所述，根据本实施例，当将被发送的信息数据被编码为多电平信号时，多电平信号的信号点间距被以如下方式设置，使得将被判定的信号的相邻信号点之间的信噪比应当大致相同。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

(第五实施例)

图8为示出根据本发明第五实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图8中，与根据第一实施例的数据通信系统(图1)相比，在根据第五实施例的数据通信系统中，数据通信系统13105还包括伪信号叠加部分118。伪信号叠加部分118包括伪发生码发生部分118a、伪信号发生部分118b和叠加部分118c。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。在以下描述中，“信号点间距”表示在多电平信号或多电平码序列中可能出现的任意信号电平与相邻信号电平之间的电平差。

此外，在图8中，示出了第二数据接收设备13305，以便描述第三方的窃听操作。第二数据接收设备13305包括第二解调部分401和第二多电平解码部分402。不过，第二数据接收设备13305是描述第三方的窃听操作时必需的构造，而不是本发明的数据通信系统必需的构造。

伪信号叠加部分118将伪信号32叠加在从多电平处理部分111b输入的多电平信号13上。伪信号是叠加在多电平信号13上的信号，目的是为了使第三者判决多电平信号13的电平困难。在伪信号叠加部分118中，向伪发生码发生部分118a输入伪信号密钥信息30。伪发生码发生部分118a从伪信号密钥信息30生成伪发生码(dummygeneration code)31并将其输出到伪信号发生部分118b。伪信号发生部分118b输出对应于伪发生码31的值的伪信号32。叠加部分118c叠加多电平信号13和伪信号32，并将叠加有伪信号的多电平信号33输出到调制部分112。

以下参考图9描述伪信号叠加部分118的工作例子。图9(a)为示出从伪发生码发生部分118a输出的伪发生码31实例的图示。伪发生码发生部分118a从输入的伪信号密钥信息30生成如图9(a)所示的伪发生码31，并与多电平信号13的一个时隙T同步以逐个比特的方式将伪发生码31输出到伪信号发生部分118b。

伪信号发生部分118b保持具有对应于多电平信号13的一个时隙的长度的不同振幅变化方式的多个信号(下文中每个被称为“保持信号”)。保持信号的振幅不断变化。此外，假定每个保持信号的振幅大于多电平信号13的信号点间距且充分小于多电平信号13的信息振幅。此外，保持信号的振幅的平均电平具有与其他信号的平均电平彼此不同的值。在本实施例中，保持信号振幅变化方式的数量为四个，即图9(c)所示的P1到P4。这里，保持信号的振幅变化方式数量不必为四。

伪信号发生部分118b输出对应于所输入的伪发生码31的值的伪信号。伪信号发生部分118b在2比特信号值和保持信号之间建起起对应关系。伪信号发生部分118b将对应于所输入的伪发生码31的前2比特的值的保持信号作为伪信号32输出。例如，当图9(b)的伪发生码31的前2比特值为“01”时，伪信号发生部分118b将图9(c)所示的保持信号P1作为伪信号32输出。这里，在伪信号32中，为了防止第三方解密伪信号32的外在模式(appearance pattern)，优选伪发生码31为伪随机数、自然随机数等。此外，伪发生码31和保持信号之间的对应关系不必是如图9所示的关系。叠加部分118c将伪信号32叠加在所输入的多电平信号13上并输出多电平信号33。

图10为示出在数据发送设备13105中信息数据10、多电平信号13、叠加有伪信号的多电平信号33和已调制信号14之间的对应关系的图示。图10(a)为示出输入到多电平处理部分111b的信息数据10一例的图示。图10(b)为示出从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的图示。图10(c)为示出叠加有伪信号的多电平信号33的图示。图10(d)为示出已调制信号14的图示。

多电平处理部分111b在图10(a)所示的信息数据10和多电平码序列12之间进行叠加处理，并输出如图10(b)所示的多电平信号13。这里，多电平处理部分111b可以在通过反转信息数据10的编码生成的信息数据10与多电平码序列12之间进行叠加处理。此外，在调节信息数据10的振幅之后，可以利用多电平码序列12进行叠加处理。在伪信号叠加部分118中，叠加部分118c叠加多电平信号13和伪信号32，并向调制部分112输出如图10(c)所示的叠加有伪信号的多电平信号33。

调制部分112将叠加有伪信号的多电平信号33转换为适于传输路径110的信号形式，并将已调制信号14发送到传输路径110。例如，当传输路径110为光传输路径时，调制部分112将叠加有伪信号的多电平信号33转换为光信号。在调制部分112中，当叠加有伪信号的多电平信号33被调制成已调制信号14时，在已调制信号14上进一步叠加诸如热噪声和量子噪声的噪声信号。于是，已调制信号14具有如图10(d)所示的波形。

以下描述数据接收设备11201的工作。经由传输路径110输入的已调制信号14被解调部分211解调成叠加有伪信号的多电平信号34。将叠加有伪信号的多电平信号34输入到多电平识别部分212b。如图10(d)所示，叠加有伪信号的多电平信号34的伪信号成分的振幅充分小于多电平信号15的信息振幅，且不超过多电平信号15的多电平识别电平(多电平码序列12的电平)。于是，几乎不受伪信号成分的影响，多电平识别部分212b能够执行叠加有伪信号的多电平信号34的二值判决并将其解码为信息数据18。于是，在数据接收设备11201中，不必从叠加有伪信号的多电平信号34除去伪信号成分。多电平识别部分212b可以在叠加有伪信号成分的状态下进行叠加有伪信号的多电平信号34的二值判决。于是，除了能够人为生成的伪随机数序列之外，伪信号密钥信息30可以是不能人为生成的自然随机数，它是理想的随机数。

考虑如下情形：第三方利用第二数据接收设备13305窃听已调制信号14。在第二解调部分401中，第三方将已调制信号14解调为叠加有伪信号的多电平信号33。然后，第三方尝试从叠加有伪信号的多电平信号41进行二值判决。不过，第三方不和数据发送设备13105共享第一密钥信息11。于是，第三方不能基于第一密钥信息实现多电平信号13的二值判决。于是，第三方尝试用如下方法进行多电平判决，即，由第二多电平解码部分402判决能够被叠加有伪信号的多电平信号41采用的所有信号电平。当正确获得了多电平信号13的信号电平时，第三方能够通过强力攻击解密第一密钥信息11。

虽然如此，如图10(c)所示，在叠加有伪信号的多电平信号41中叠加振幅大于多电平信号的信号点间距的伪信号。于是，第二多电平解码部分402不能从叠加有伪信号的多电平信号41实现多电平信号13的精确电平的多电平判决。于是，第三方也不能解密第一密钥信息11，且不能从所窃听的已调制信号14解码出信息数据10。

如上所述，根据本实施例，在将要发送的多电平信号上叠加多个伪信号，该多个伪信号具有大于多电平信号的信号点间距的平均振幅且具有小于多电平信号的信息振幅的振幅。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得困难。

这里，可以将伪信号的持续期间设置成长于多电平信号13的一个时隙。在这种情况下，即使在伪信号是单一种类时，也获得了与上述效果类似的效果。在这种情况下，伪发生码发生部分118a是不必要的。

此外，伪信号32的振幅的平均电平差异可以大于多电平信号13的信号点间距。当伪信号32振幅的平均电平的差异被设置成大于多电平信号13的信号点间距时，叠加在多电平信号13上的伪信号32的振幅以大于信号点间距的值随机变化。这提高了防止第三方进行多电平判决的效果。

此外，如图11所示，伪信号叠加部分118可以具有不包括伪发生码发生部分118a的结构。在这种情况下，多电平码序列12被输入到伪信号发生部分118b。伪信号发生部分118b在所输入的多电平码序列12的每个值和伪信号的种类之间建立起对应关系，并输出伪信号32。

此外，如图8所示的数据通信系统可以使用图12所示的数据接收设备13205代替数据接收设备11201。图12所示的数据接收设备13205具有这样的构造：在图1所示的数据接收设备11201中进一步提供伪信号删除部分214。伪信号删除部分214安装于解调部分211和多电平识别部分212b之间。伪信号删除部分214包括第二伪发生码发生部分214a、第二伪信号发生部分214b和删除部分214c。第二伪发生码发生部分214a的工作与伪发生码发生部分118a的工作相同。此外，第二伪信号发生部分214b的工作与伪信号发生部分118b的工作相同。第二伪发生码发生部分214a在伪信号密钥信息35的基础上输出伪发生码36，伪信号密钥信息35与数据发送设备13105的伪信号密钥信息30相同。第二伪信号发生部分214b生成伪信号37。删除部分214c利用所生成的伪信号37以及从解调部分211输出的叠加有伪信号的多电平信号34中所含的伪信号成分进行删除，并向多电平识别部分212b输出多电平信号15。

由于伪信号删除部分214删除了叠加有伪信号的多电平信号34的伪信号成分，因此在数据发送设备13105中，允许伪信号叠加部分118叠加具有不受多电平信号13的信息振幅限制的大振幅的伪信号。这提高了防止第三方进行多电平判决的效果。虽然如此，当使用图12所示的伪信号删除部分214时，在数据发送设备和数据接收设备中所用的伪信号密钥信息是能够人为生成的伪随机数序列而不是自然随机数。

(第六实施例)

图13为示出根据本发明第六实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图13中，与根据第三实施例的数据通信系统(图6)相比，在根据第六实施例的数据通信系统中，在数据通信系统15105中提供的噪声控制部分114的位置不同。以下以该差异为重点描述根据第五实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第三实施例(图6)。于是，用相同的附图标记表示与第三实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据发送设备15105中，噪声发生部分114a生成作为预定噪声的噪声信号21。组合部分114b组合信息数据10和噪声信号21并输出叠加有噪声的信息数据43。亦即，噪声控制部分114为信息数据10赋予电平波动并任意地控制信息数据10的噪声量。多电平处理部分111b利用叠加有噪声的信息数据43和多电平码序列12生成多电平信号。此时，由多电平处理部分111b生成的多电平信号变成了叠加有噪声的多电平信号22，在叠加有噪声的多电平信号22中生成了如图4所示的电平波动。这里，由噪声发生部分114a生成的噪声为热噪声、量子噪声等。调制部分112向传输路径110发送通过调制叠加有噪声的多电平信号22生成的已调制信号14。

在数据接收设备10201中，解调部分211对经由传输路径110传输的已调制信号14进行解调并输出叠加有噪声的多电平信号23。多电平识别部分212b执行叠加有噪声的多电平信号23的二值判决并再生信息数据18。如此一来，在本实施例中，数据发送设备15105利用叠加有噪声的信息数据43生成多电平信号，在叠加有噪声的信息数据43中噪声信号21被叠加于信息数据10上。利用这点，数据发送设备15105控制着被输入到数据接收设备10201的多电平识别部分212b中的叠加有噪声的多电平信号23(将被判定的信号)的信噪比。

如上所述，根据本实施例，将噪声引起的电平波动赋予将被传输的信息数据，从而能够任意地控制信息数据的噪声量。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

这里，只要能够控制通过解调已调制信号14获得的多电平信号的信噪比，可以将噪声控制部分114插入或连接到不同于图13所示位置的位置。例如，如图14所示的数据发送设备15105a中那样，可以将噪声控制部分114插入于第一多电平码发生部分111a和多电平处理部分111b之间。在这种情况下，噪声控制部分114向多电平处理部分111b输出叠加有噪声的多电平码序列44，其中在多电平码序列上叠加了噪声信号。利用这点，能够控制输入到数据接收设备10201的多电平识别部分212b中的叠加有噪声的多电平信号23的信噪比。

此外，如图15所示的数据发送设备15105b中那样，可以将噪声控制部分114连接到调制部分112的下一级，并可以为调制信号14赋予预定的噪声。在这种情况下，噪声控制部分114向传输路径110发送叠加有噪声的已调制信号45，在叠加有噪声的已调制信号45中将噪声信号21叠加到已调制信号14上。利用这点，能够控制输入到数据接收设备10201的多电平识别部分212b中的叠加有噪声的多电平信号23的信噪比。

此外，由噪声控制部分114叠加在信息数据10、多电平码序列12或已调制信号14上的噪声信号21是导致第三方对多电平信号进行电平判定困难的信号，因此可以被看作上述的伪信号之一。于是，可以将噪声控制部分114称为伪信号叠加部分。

(第七实施例)

图16为示出根据本发明第六实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图6中，数据发送设备15106包括多电平编码部分111和第一光调制部分125。第一光调制部分125包括光源125a。数据接收设备15206包括光解调部分219和多电平解码部分212。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。数据发送设备15106和数据接收设备15206经由光传输路径126相连。

如图16所示，数据发送设备15106包括第一光调制部分125，其代替了图1所示的数据发送设备10101的调制部分112。此外，数据接收设备15206包括光解调部分219，其代替了图1所示的数据接收设备10201的解调部分211。数据发送设备15106和数据接收设备15206经由光传输路径126而非传输路径110相连。在上述实施例中，没有指定传输路径的媒质。不过，本实施例的数据通信系统利用光信号传输信号。以下以该差异为重点描述第七实施例。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

光源125a将从多电平编码部分111输入的多电平信号13调制成已调制光信号46。光源125a可以是任何类型，只要是用于产生光的元件。例如，光源125a可以是诸如半导体激光器、气体激光器和发光二极管的发光元件。从第一光调制部分125输出的已调制光信号46经由光传输路径126被传输到光解调部分219。光解调部分219对已调制光信号46解调并输出叠加有噪声的多电平信号23。

以下描述光解调部分219输出叠加有噪声的多电平信号23的原因。即使在稳定运行条件下，用于光源125a中的发光元件也受到基于固态物理性质的量子-机械“场波动”的影响。于是，如所周知，从发光元件输出的光信号的强度(或由发光元件生成的光子数量)具有与不可避免的场波动相关的噪声(量子噪声)。于是，当光源125a直接将多电平信号13调制成已调制光信号46时，就向已调制光信号46赋予了作为噪声成分的量子噪声。赋予已调制光信号46的量子噪声使得多电平信号的信噪比下降。于是，从光解调部分219输出的信号充当了叠加有噪声的多电平信号23。于是，数据发送设备15106实现了与图13所示的数据发送设备15105类似的效果。

当增大多电平信号的多值数(multi valued number)时，多电平信号的多值电平和判决阈值之间的电平差降低。当在多电平信号上叠加超过多电平信号的判决阈值的噪声信号时，多电平信号的多电平判决变为不可能。不过，在量子噪声中，噪声量与通过随后描述的自发发射引起的噪声相比是很小的。于是，将量子噪声作为噪声叠加到具有很多多值数且在多电平信号的多值电平和判决阈值之间具有小电平差的多电平信号上是有效的。

如上所述，根据本实施例，即使在不像图13所示的数据通信系统那样提供噪声控制部分114时，也能够获得类似于根据第六实施例的数据发送设备15105的效果。此外，根据本实施例，将要传输的信息数据被编码为多电平信号，然后经编码的多电平信号被作为已调制光信号发送，从而为多电平信号赋予了因物理性质而引起的不可消除的量子噪声。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

这里，数据发送设备16105可以具有如下构造：如在图17中所示的数据发送设备16105b那样，提供第二光调制部分127代替第一光调制部分125。第二光调制部分127包括光源127a和外部光调制部分127b。外部光调制部分127b利用多电平信号13调制从光源127a输出的光。像第二光调制部分127那样通过外调制方法获得的效果与利用第一光调制部分125实施的直接调制方法获得的效果相同。

此外，在数据发送设备15106中，可以将噪声控制部分114插入于图6和图13到15所示的位置。利用这点，第一光调制部分125将叠加有噪声的多电平信号22调制为已调制光信号46，其中在多电平信号13上叠加有噪声。于是，当进一步提供噪声控制部分114时，数据发送设备15106能够控制输入到数据接收设备15206中的多电平识别部分212b的叠加有噪声的多电平信号23的信噪比。

此外，数据发送设备15106可以具有这样的构造：像在图18所示的数据发送设备15106c中那样，进一步提供噪声发生部分125c。噪声发生部分125c直接连接到光源125a。在这种情况下，数据发送设备15106c和数据发送设备15105的功能和效果是相同的。

(第八实施例)

图19为示出根据本发明第八实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图19中，数据发送设备15107包括多电平编码部分111、第一光调制部分125和第一光噪声控制部分128。第一光噪声控制部分128包括光噪声发生部分128a和光组合部分128b。数据接收设备15206包括光解调部分219和多电平解码部分212。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。数据发送设备15106和数据接收设备15206经由光传输路径126相连。

如图19所示，数据发送设备15107具有这样的构造，即图16所示的数据发送设备15106还包括第一光噪声控制部分128。以下以该差异为重点描述第八实施例。这里，本实施例的构成类似于第七实施例(图16)。于是，用相同的附图标记表示与第七实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在第一光噪声控制部分128中，光噪声发生部分128a向光组合部分128b输出具有大波动性质，例如自发发射光噪声，作为预定光噪声的光。这里，光噪声发生部分128a可以使用LED或光纤放大器(EDFA)。光组合部分128b组合从第一光调制部分125输出的已调制光信号46和光噪声信号47并向光传输路径126发送叠加有噪声的已调制光信号48。与第六实施例类似，第一光调制部分125可以采用直接调制方法或外调制方法。

数据发送设备15107在已调制光信号46上叠加光噪声信号47，由此将多电平信号13的信噪比控制在任意值。如此一来，在输入到多电平识别部分212b的将被判定的信号(叠加有噪声的多电平信号23)的信噪比上进行控制。此外，如第七实施例中所述，第一光调制部分125的光源生成量子噪声。于是，量子噪声被叠加在已调制光信号46上。因此，数据发送设备15107也实现了与图16所示的数据发送设备15106类似的效果。

这里，第一光噪声控制部分128可以采用与图19所示的构造不同的原理或构造，只要能在已调制光信号46上叠加光噪声信号47或者能够控制已调制光信号46的信噪比即可。此外，在数据发送设备15107中，可以使用第二光调制部分127代替第一光调制部分125。

例如，第一光噪声控制部分128可以利用光的相干性在已调制光信号46中生成过量的噪声(excessive noise)。当利用光的相干性时，第一光噪声控制部分128可以采用光学干涉仪，光学干涉仪将已调制光信号46分成多束，并向分束后的已调制光信号46赋予延时差，并再次将它们混波。此外，第一光噪声控制部分128可以具有这样的构造：在光传输路径126上提供多个反射点，使得已调制光信号46在反射点之间被多次反射。

此外，当把半导体激光器等用作第一光调制部分125的光源时，第一光噪声控制部分128可以通过如下构造生成过量的噪声：将半导体激光器的输出光的一部分再次注入半导体激光器中。被再次注入半导体激光器的半导体激光器的输出光对光学谐振腔等中的振荡参数带来扰动。于是，在已调制光信号46的强度和波长中生成大的波动。

如上所述，根据本实施例，将要被发送的信息数据编码为多电平信号且然后将编码后的多电平信号转换为已调制光信号。。然后，在光域内为多电平信号赋予噪声。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

(第九实施例)

图20为示出根据本发明第九实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图20中，数据发送设备15108包括多电平编码部分111、第二光噪声控制部分129和第二光调制部分127。第二光噪声控制部分129包括光噪声发生部分129a和注入光发生部分129b。第二光调制部分127包括光源127a和外部光调制部分127b。数据接收设备15206包括光解调部分219和多电平解码部分212。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。数据发送设备15108和数据接收设备15206经由光传输路径126相连。

如图20所示，数据发送设备15108包括第二光噪声控制部分129，其代替了图16中所示的数据发送设备15106的第一光噪声控制部分127。此外，数据发送设备15108包括第二光调制部分127，其代替了第一光调制部分125。以下以该差异为重点描述第九实施例。这里，本实施例的构成类似于第七实施例(图16)。于是，用相同的附图标记表示与第七实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在第二光噪声控制部分129中，噪声发生部分129a生成诸如热噪声的预定噪声信号21。注入光发生部分129b将从噪声发生部分129a输入的噪声信号21转换为光噪声信号47。光噪声信号47的参数，诸如光强或光频有大的波动。

从注入光发生部分129b输出的光噪声信号47被注入到光源127a中。在光源127a中，从注入光发生部分129b输入的光信号为光源127a的振荡条件带来扰动。结果，从光源127a输出的光信号具有大的波动。在多电平信号13的基础上，外部光调制部分127b在从光源127a输出的具有大的波动的光信号上进行光调制，并将其发送到光传输路径126。如此一来，已调制光信号46是在具有大的波动的状态下，即作为叠加有噪声的已调制光信号48被传输的。于是，根据本实施例的数据发送设备15108实现了与图8所示的数据发送设备15105类似的效果。

如上所述，根据本实施例，将要被发送的信息数据编码为多电平信号且然后将编码后的多电平信号转换为具有大波动的已调制光信号。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其有意识地使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

这里，第二光噪声控制部分129可以使用另一种构造或原理，只要能够生成为光源127a的振荡条件带来扰动的光即可。此外，在本实施例中，采用了外部光调制构造，其中，独立地提供产生光振荡的光源127a以及用于在多电平信号13的基础上对来自光源127a的输出光进行调制的外部光调制部分127b。不过，与第七实施例类似，数据发送设备15108可以具有直接光调制构造，其中，多电平信号被直接输入光源并被转换为已调制光信号。

(第十实施例)

图21为示出根据本发明第十实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图21中，数据发送设备15109包括多电平编码部分111、第一光调制部分125和第三光噪声控制部分130。多电平编码部分111包括第一多电平码发生部分111a和多电平处理部分111b。数据接收设备15206包括光解调部分219和多电平解码部分212。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。数据发送设备15109和数据接收设备15206经由光传输路径126相连。

如图21所示，数据发送设备15109具有这样的构造，即，图16所示的数据发送设备15106还包括第三光噪声控制部分130。以下以该差异为重点描述第七实施例。这里，本实施例的构成类似于第七实施例(图16)。于是，用相同的附图标记表示与第七实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

第一光调制部分125将输入的多电平信号13直接调制成已调制光信号46。第一光调制部分125的光源125a(未示出)可以采用发光二极管(LED)、法布里-珀罗激光器等。LED或法布里-珀罗激光器在多个波长处振荡，因此输出由多个波长的光(模式光)构成的多模光。第三光噪声控制部分130为第一光调制部分125输出的已调制光信号46赋予预定噪声，并将叠加有噪声的已调制光信号48发送到光传输路径126。

以下详细描述本实施例的数据发送设备15109赋予噪声的方法。在第一光调制部分125中，由于将发光二极管或法布里-珀罗激光器用作光源125a，因此从第一光调制部分125输出的已调制光信号46为如图22(a)所示的由多个波长的光构成的多模光。如图22(a)所示，假定已调制光信号46为由具有八个模式m1到m8的模式光构成的多模光。在已调制光信号46中，如图22(a)所示，每种模式光的光强和光学相位参数都发生瞬时的变化。此外，每种振荡模式光的光强和光学相位中的波动成分与另一种模式光的光强和光学相位的波动成分之间具有相关性。于是，获得了一种性质，即模式光的总光强大致是恒定的。于是，已调制光信号46的光强也大致是恒定的。

第三光噪声控制部分130采用滤光器等。第三光噪声控制部分130的滤光器至少切除(cuts off)已调制光信号46的一个模式光。图22(b)为示出第三光噪声控制部分130的滤光器的传输特性一例的图示。在图22(b)所示的例子中，第三光噪声控制部分130的滤光器切除掉了模式光m6而通过其他模式光。

图22(c)为示出部分模式光被第三光噪声控制部分130除去的多模光的图示。在多模光中，当除去一部分模式光时，在光探测时就破坏了模式光的波动成分之间的相关性。于是，在已调制光信号46中发生模式分配噪声(模式分配噪声，mode partition noise)。因此，从第三光噪声控制部分130输出的叠加有噪声的已调制光信号48就以叠加有模式分配噪声的状态被输出到光传输路径126。如此一来，第三光噪声控制部分130更高效地增强了叠加有噪声的已调制光信号48的噪声，并向叠加有噪声的多电平信号23赋予了更大的电平波动，以便控制信噪比。

如上所述，根据本实施例，将要传输的信息数据被编码为多电平信号，然后经编码的多电平信号被转换为在多个波长振荡的已调制光信号，从而为多电平信号赋予了因物理性质而引起的不可消除的波动。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据通信，其有意识地使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

此外，在数据发送设备15109中，可以使用第二光调制部分127代替第一光调制部分125。

此外，第三光噪声控制部分130可以是这样的滤波器，其将图23(b)所示的预定模式的传输特性赋予每种模式光。通过具有图23(b)所示的传输特性的滤波器的每种模式光生成了如图23(c)所示的每种模式都不同的光谱。于是，在每种模式光中，作为光信号的相干性劣化了。于是，在光解调部分219中，多模光在光探测时生成过量的噪声。利用这点，能够控制输入到数据接收设备105206的多电平识别部分212b中的叠加有噪声的多电平信号23的信噪比。

(第十一实施例)

图24为示出根据本发明第十一实施例的数据通信系统的构成的方框图。图24所示的数据发送设备21105与第一实施例的数据发送设备10101(图1)不同之处在于：新提供了同步部分139。此外，数据接收设备21205与第一实施例的数据接收设备10201(图1)的不同之处在于：多电平解码部分212额外具有了探测部分240、振幅控制部分241和异步提取部分242。

在数据发送设备21105中，第一多电平码发生部分111a在第一密钥信息11和同步信号72的基础上生成多电平码序列12。多电平处理部分111b组合信息数据10和多电平码序列12并生成多电平信号13。同步部分139生成同步信号72复用在多电平信号13上的同步的多电平信号74，并生成叠加有噪声的同步的多电平信号75，在信号75中，在同步的多电平信号74上叠加了同步的噪声信号73。这里，稍后描述同步部分139的详细运行。调制部分112将叠加有噪声的同步的多电平信号75转换为预定调制形式的已调制信号14，并将其发送到传输路径110。

这里，由同步部分139生成的叠加有噪声的同步的多电平信号75是一种导致第三方难以进行多电平信号的电平判定的信号，因此可以被看作是上述伪信号之一。于是，可以将同步部分139称为伪信号叠加部分。

在数据接收设备21205中，解调部分211对经由传输路径110传输的已调制信号14进行解调并再生多电平信号15。这里，多电平信号15包含在数据发送设备21105中复用的同步信号成分。于是，在以下描述中，将多电平信号15称为同步的多电平信号76。探测部分240探测同步的多电平信号76的最大振幅。在探测部分240的探测结果的基础上，振幅控制部分241将同步的多电平信号76的最大振幅控制在预定值。同步提取部分242从同步的多电平信号76中提取同步信号77。第二多电平码发生部分212a在第二密钥信息16和同步信号77的基础上生成多电平码序列17。采用多电平码序列17作为阈值，多电平识别部分212b对同步的多电平信号76进行识别并再生信息数据18。

参考图25到30描述数据发送设备21105的详细运行。图25为示出信息数据10的时间波形实例的图示。图26为示出同步信号72的时间波形实例的图示。图27为示出图25所示的多电平信号13的时间波形的图示，其中信息数据10与多电平码序列17被组合。图28为示出通过组合图26所示的同步信号72和图27所示的多电平信号13获得的同步的多电平信号74的时间波形例的图示。图29为示出从噪声同步部分141输出的同步的噪声信号73的时间波形例的图示。图30为示出从噪声组合部分142输出的叠加有噪声的同步的多电平信号75的时间波形例的图示。在以下描述中，将多电平信号13的多值数设定为8。这里，图25到30的水平轴单位为时隙。以下描述是在假设图25到30的时间相一致的条件下给出的。

在未输入同步信号72的时候，第一多电平码发生部分111a输出利用第一密钥信息11生成的多电平码序列12。对于图26所示的同步信号72而言，在未输入同步信号时，第一多电平码发生部分111a在时刻t1到t6向多电平处理部分111b输出多电平码序列12。

多电平处理部分111b组合图25所示的信息数据10和多电平码序列12并生成多电平信号13。多电平处理部分111b基于输入多电平码序列12的时刻生成多电平信号13。在图27所示的例子中，多电平处理部分111b在t1到t6时间输出多电平信号13。

信号同步部分140组合图26所示的同步信号72和图27所示的多电平信号13，并生成如图28所示的同步的多电平信号74。在t-3到t0的时间将图26所示的同步信号72输入到信号同步部分140。在t1到t6的时间将图27所示的多电平信号13输入到信号同步部分140。如此一来，信号同步部分140组合在不同时刻输入的同步信号72和多电平信号13并生成同步的多电平信号74。这里，如图28所示，同步信号72的最大振幅大于多电平信号13的最大振幅。

噪声同步部分141生成白噪声等，并在未输入同步信号72的时候输出噪声作为同步的噪声信号73。在图29所示的例子中，在输入同步信号72的时间t-2到t0，噪声同步部分141不输出同步的噪声信号73。这里，在同步信号72的基础上，噪声同步部分141可以输出其中的噪声量有所变化的同步的噪声信号73。具体而言，噪声同步部分141可以以如下方式输出它，即，与在未输入同步信号72的时候输出的同步的噪声信号73的噪声量相比，在输入同步信号72的时候输出的同步的噪声信号73的噪声量减小。

噪声组合部分142组合同步的多电平信号74和同步的噪声信号73并生成叠加有噪声的同步的多电平信号75。如图30所示，在叠加有噪声的同步的多电平信号75中，噪声不是叠加在对应于同步信号的信号成分上，而是仅叠加在对应于同步的多电平信号的信号成分上。亦即，噪声组合部分142以如下状态输出叠加有噪声的同步的多电平信号75，即，对应于同步信号的信号成分的信噪比总是高于对应于多电平信号的信号成分的信噪比。

参考图31描述数据接收设备21205的详细运行。图31为示出由解调部分211从已调制信号解调并再生的同步的多电平信号76的时间波形例的图示。

探测部分240探测同步的多电平信号的最大振幅并将探测结果作为振幅探测值输出到振幅控制部分241。亦即，如图31所示，探测部分240探测同步的多电平信号76中对应于同步信号的信号成分(以下称为同步信号成分)(图31中时间t-2到t0的信号)。由于在数据发送设备21205中不叠加同步的噪声信号，因此同步信号成分比对应于同步的多电平信号76的多电平信号的信号成分(下文中称为多电平信号成分)具有更高的信噪比。于是，探测部分240能够精确地探测同步的多电平信号76的最大振幅。

在振幅探测值的基础上，振幅控制部分241将输入的同步的多电平信号76的最大振幅(亦即同步信号成分的最大振幅)控制在固定值。如此一来，数据接收设备21205利用探测部分240和振幅控制部分241对同步的多电平信号76的最大振幅进行反馈控制。即使在输入到数据接收设备21205的已调制信号14的电平波动时，数据接收设备21205也能控制同步信号成分的最大振幅，由此实现精确地再生同步的多电平信号76的波形。

同步提取部分242从图31所示的同步的多电平信号76中提取振幅超过同步信号判决电平的信号作为同步信号77并将其输出到第二多电平码发生部分212a。亦即，同步提取部分242提取同步信号成分作为同步信号77。同步提取部分242预先保持多电平信号成分的最大振幅并将同步信号判决电平设置到大于多电平信号成分的最大振幅的值。于是，同步提取部分242能够容易地提取同步信号成分。

在输入同步信号77的时刻的基础上，第二多电平码发生部分212a输出所生成的多电平码序列17。具体而言，在如图31所示的时间t1到t4将多电平码序列17输出到多电平识别部分212b。

利用多电平码序列17，多电平识别部分212b对在与输入多电平码序列17的时刻相同的时刻输入的多电平信号成分进行识别并再生信息数据18。如此一来，由于振幅控制部分241将同步的多电平信号76的最大振幅控制在振幅控制部分241中的固定值，因此多电平识别部分212b能够利用具有固定的最大振幅的多电平码序列17精确识别同步的多电平信号76。

考虑某第三方窃听已调制信号14的情形。第三方从窃听的已调制信号14再生同步的多电平信号76并识别同步的多电平信号76以试图再生出信息数据。不过，第三方不和数据发送设备21205共享第一密钥信息11。于是，第三方能过探测到保密性低的同步信号成分，但是不能生成用于识别多电平信号成分的多电平码序列17。于是，第三方需要在多电平信号成分的所有电平上进行同时识别，以便提取第一密钥信息11或信息数据。

不过，由于数据发送设备21205的噪声组合部分142组合同步的多电平信号74和同步的噪声信号73，因此多电平信号成分的信噪比降低了。由于多电平信号成分的信噪比降低，限制了判决多电平信号成分的电平的精确度。于是，第三方不能避免多电平信号成分的电平中的判决误差。第三方不能正确地判决多电平信号成分的电平，因此会错误地尝试对判决的结果进行解密。于是，第三方不能正确地从多电平信号成分中再生信息数据。于是，根据第十一实施例的数据通信系统实现了信息数据的保密。

如上所述，根据本实施例，数据发送设备21205将对应于低保密性同步信号的信号成分的信噪比设置成高于对应于多电平信号的信号成分的信噪比。于是，数据接收设备21205能够精确地提取同步信号。于是，数据接收设备21205能够精确地再生信息数据。此外，数据接收设备21205将同步的多电平信号76的最大振幅控制在预定值。于是，利用具有固定的最大振幅的多电平码序列17，数据接收设备21205能够识别具有固定的最大振幅的同步的多电平信号76。因此，与最大振幅波动的情形下识别同步的多电平信号76相比，能够减少判决误差。

这里，已经针对当在多电平信号73上复用同步信号72时多电平编码部分111采用时分复用的情况描述了第十一实施例。或者，可以使用频分复用、空分复用、码分复用等。

此外，在第十一实施例中，同步信号不必被输入到第一多电平码发生部分111a。在这种情况下，信号同步部分140可以在输入同步信号72的时刻将同步信号72插入到多电平信号13中。结果，信号同步部分140能够生成与同步的多电平信号74相同的信号。

此外，针对数据发送设备21105仅向对应于同步的多电平信号74的多电平信号的信号成分赋予噪声的情形描述了第五实施例，从而可以将对应于同步的多电平信号74的同步信号的信号成分的信噪比设置成高于对应于同步的多电平信号74的多电平信号的信号成分的信噪比。不过，数据发送设备21105可以将同步信号72的最大振幅设置为比多电平信号13的最大振幅大预定比例，使得同步的多电平信号74对应于同步信号的信号成分的信噪比可以被设置得高于同步的多电平信号对应于多电平信号的信号成分的信噪比。

此外，在第十一实施例中，探测部分240可以采用同步的多电平信号76的振幅平均值作为振幅探测值。在这种情况下，振幅控制部分241预先保持最大振幅比，最大振幅比为同步信号72的最大振幅与多电平信号13的最大振幅之比。利用最大振幅比和振幅探测值，振幅控制部分241判定同步的多电平信号76的最大振幅。通常，在同步的多电平信号74中，分配同步信号72的时间短于分配多电平信号13的时间。于是，能够将同步的多电平信号76的振幅平均值看作多电平信号成分的平均值。于是，振幅控制部分241可以对应于同步的多电平信号振幅平均值的变化控制同步的多电平信号76的最大振幅。于是，与探测同步的多电平信号76的最大振幅(同步信号成分的最大振幅)相比，能够以简单的构造构成数据接收设备21205。

(第十二实施例)

图32为示出根据本发明第十二实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图32所示的数据通信系统中，仅有数据接收设备21206不同于第十一实施例(图24)。在数据接收设备21206中，多电平编码部分111包括第一多电平码发生部分111a、多电平处理部分111b和同步部分139。同步部分139包括信号同步部分140、噪声同步部分141和噪声组合部分142。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a、多电平识别部分212b、探测部分243、同步提取部分244和振幅控制部分245。这里，本实施例的数据发送设备21206具有与第十一实施例的数据发送设备21205(图24)相同的构成，因此省略其描述。

在数据接收设备21206中，解调部分211对经由传输路径110传输的已调制信号14进行解调并再生同步的多电平信号76。探测部分243探测同步的多电平信号76的最大振幅。

同步提取部分244预先保持第一最大振幅比，第一最大振幅比为同步信号72的最大振幅与多电平信号13的最大振幅之比。同步提取部分244利用由探测部分243探测到的同步的多电平信号的最大振幅(亦即同步信号成分的最大振幅)和最大振幅比设置同步信号判决电平。同步信号判决电平被设置得大于多电平信号成分的最大振幅。同步提取部分244提取振幅大于同步信号判决电平的信号作为同步信号并将其输出到第二多电平码发生部分212a。

在输入同步信号77的时刻的基础上，第二多电平码发生部分212a输出所生成的多电平码序列17。在探测部分240的探测结果的基础上，振幅控制部分245控制多电平码序列17的最大振幅。采用振幅受到控制的多电平码序列17作为阈值，多电平识别部分212b对同步的多电平信号76进行识别并再生信息数据18。

在第十一实施例中，识别是在最大振幅受到控制的同步的多电平信号76上进行的。不过，在第十二实施例中，数据接收设备21206不同之处在于，同步的多电平信号76的最大振幅不受控制，且在探测部分243的探测结果的基础上控制多电平码序列17的最大振幅。然后，数据接收设备21206利用最大振幅受到控制的多电平码序列17直接识别同步的多电平信号76。

如上所述，根据本实施例，在同步的多电平信号76的最大振幅的基础上，数据接收设备21206控制多电平码序列17的最大振幅，以便对应于同步的多电平信号76的最大振幅的变化识别同步的多电平信号76。此外，数据接收设备21206不像在第十一实施例中那样对同步的多电平信号76的最大振幅进行反馈控制。于是，即使在同步的多电平信号的最大振幅迅速变化的情况下，数据接收设备21206也能够高速地适应对同步的多电平信号76的振幅控制。

这里，类似于根据第十一实施例的探测部分240，在第十二实施例中，探测部分243可以采用同步的多电平信号76的振幅平均值作为振幅探测值。在这种情况下，同步提取部分244预先保持第一最大振幅比。利用振幅探测值和第一最大振幅比，同步提取部分244确定同步信号判决电平。此外，振幅控制部分245预先保持第二最大振幅比，第二最大振幅比为同步信号72的最大振幅与多电平码序列17的最大振幅之比。利用振幅探测值和第二最大振幅比，同步提取部分245确定多电平码序列17的最大振幅。同样，在这种情况下，与探测最大振幅的情形相比能够以简单的构造构成数据接收设备21206。

(第十三实施例)

图33为示出根据本发明第十三实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图33中，数据通信系统具有如下构造：数据发送设备18105经由传输路径110连接到数据接收设备18205。数据发送设备18105包括多电平编码部分111、调制部分112、定时信号发生部分132和振幅调制部分131。多电平编码部分111包括第一多电平码发生部分111a和多电平处理部分111b。数据接收设备18205包括解调部分211、多电平解码部分212和定时信号再生部分230。多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。亦即，与根据第一实施例的数据通信系统(图1)相比，根据第十三实施例的数据通信系统不同之处在于，数据发送设备18105还包括定时信号发生部分132和振幅调制部分131，且数据接收设备18205还包括定时信号再生部分230。

图34为描述根据本发明第十三实施例的数据通信系统的多个部分的信号波形的示意图。图34(a)示出了从定时发生部分132输出的定时信号60的示范性波形。图34(b)示出了从第一多电平码发生部分111a输出的多电平码序列12的示范性波形。图34(c)示出了从振幅调制部分131输出的调幅信息数据36的示范性波形。这里，图34(c)中的虚线表示输入到振幅调制部分131中的信息数据10的示范性波形。图34(d)示出了从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的示范性波形。这里，图34(d)中的虚线表示图34(b)所示的多电平码序列12的示范性波形。图34(e)示出了由定时信号再生部分230再生的定时信号61的示范性波形。

以下参考图34描述根据第十三实施例的数据通信系统的运行。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据发送设备16105中，定时信号发生部分132生成预定周期的定时信号60(图34(a))并将其输出到第一多电平码发生部分111a和振幅调制部分131。第一多电平码发生部分111a生成与定时信号60同步的多电平码序列12(图34(b))。振幅调制部分131在定时信号60的基础上对信息数据10进行振幅调制并将其作为调幅信息数据36(图34(c))输出到多电平编码部分111。多电平编码部分111组合调幅信息数据36和多电平码序列12并生成多电平信号13(图34(d))。这里，定时信号60为时钟信号或对应于多电平码序列12(或多电平信号13)的帧信号。

在数据接收设备18205中，定时信号再生部分230从解调部分211接收多电平信号15。定时信号再生部分230从多电平信号15中提取对应于上述定时信号60的定时信号61(图34(e))并将其输出到第二多电平码发生部分212a。与定时信号61同步，第二多电平码发生部分212a生成对应于上述多电平码序列12的多电平码序列17。

这里，定时信号再生部分230可以为任何种类的构成，只要能够从多电平信号15中提取出定时信号61就可以。例如，定时信号再生部分230可以由仅让对应于定时信号61的频带通过的滤波器构成，或者可以具有这样的构造，即，在通过的信号上进一步进行频率同步以便能再生出更加精确的定时信号61。

此外，可以将振幅调制部分131插入或连接到与图33中不同的任何部分，只要能够将与定时信号60同步的振幅波动或电平波动赋予多电平信号13即可。例如，可以将振幅调制部分131插入于多电平编码部分111和调制部分112之间且其可以在多电平信号13上进行振幅调制(图36)。或者，振幅调制部分131可以插入于第一多电平码发生部分111a和多电平处理部分111b之间并可以在多电平码序列12上进行振幅调制(参见图37)。

此外，振幅调制部分131可以连接到调制部分112的下一级且可以在已调制信号14上进行振幅调制(参见图38)。在这种情况下，优选在振幅调制部分131中的调制形式与调制部分112中的调制形式不同。例如，在数据通信系统中，当一个部分采用强度调制形式而另一个部分采用角度调制形式时，能够减小由信息数据10和定时信号60之间的串扰造成的波形劣化，从而实现更高质量的传输。

此外，在振幅调制部分131中，从定时信号再生部分230中定时信号61的再生质量的角度来说，优选将基于定时信号60的输入信号(信息数据10、多电平码序列12、多电平信号13或已调制信号14)的振幅调制设置得相对于输入信号的最大振幅充分大。

此外，在数据通信系统中，从定时信号再生部分230中定时信号61的再生质量的角度来说，优选在预定期间内将输入到振幅调制部分131的输入信号(信息数据10、多电平码序列12、多电平信号13或已调制信号14)保持在固定电平。图35为描述在预定期间内将输入到振幅调制部分131中的输入信号保持在固定电平的情况下数据通信系统的信号波形的示意图。参考图35，数据发送设备18105在预定期间内将输入到振幅调制部分131的输入信号(在该例中为信息数据10)保持在固定电平。利用这点，数据接收设备18205能够再生更高质量的定时信号61。

如上所述，根据本实施例，将要发送的信息数据编码成多电平信号，然后向多电平信号赋予与定时信号同步的振幅波动或电平波动，从而能够简化解调多电平信号时的同步处理。这提供了一种具有简单构造的数据通信系统。

(第十四实施例)

图39为示出根据本发明第十四实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图39中，数据通信系统具有如下构造：数据发送设备18106经由传输路径110连接到数据接收设备18206。数据发送设备18106与根据第十三实施例的数据发送设备18105相同，因此省略其描述。与根据第十三实施例的数据接收设备18205相比，数据接收设备18206还包括分束部分231和第二解调部分232。

以下描述根据第十四实施例的数据通信系统的运行。这里，本实施例的构成类似于第十三实施例(图33)。于是，用相同的附图标记表示与第十三实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据接收设备18206中，分束部分231将经由传输路径110传输的已调制信号14分束并将它们之一输出到解调部分211将另一个输出到第二解调部分232。第二解调部分232对已调制信号14解调并再生多电平信号15。定时信号再生部分230从第二解调部分232输出的多电平信号15中提取对应于上述定时信号60的定时信号61并将其输出到第二多电平码发生部分212a。

(第十五实施例)

图40为示出根据本发明第十五实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。在图40中，与根据第一实施例的数据通信系统(图1)相比，在根据第十五实施例的数据通信系统中，数据发送设备14105还包括振幅控制部分120。振幅控制部分120包括第一振幅控制信号发生部分120a和振幅调制部分120b。

图41为描述根据本发明第十五实施例的数据通信系统的各部分的信号波形的示意图。图41(a)示出了信息数据10的波形例。图41(b)示出了从振幅调制部分120b输出的调幅信息数据的波形例。这里，图41(b)中的虚线表示图41(a)所示的信息数据10的波形。图41(c)示出了从第一多电平码发生部分111a输出的多电平码序列12的波形例。图41(d)示出了从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的波形例。这里，图41(d)中的虚线表示图26(c)所示的多电平信号13的波形例。以下参考图41描述根据第十五实施例的数据通信系统的工作。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据发送设备14105中，将第一密钥信息11输入到第一振幅控制信号发生部分120a。在第一密钥信息11的基础上，第一振幅控制信号发生部分120a生成振幅控制信号35，振幅控制信号35的值基本以随机数的方式变化。将振幅控制信号35输入到振幅调制部分120b。此外，将信息数据10(图41(a))输入到振幅调制部分120b。在振幅控制信号35的基础上，振幅调制部分120b在信息数据10(图41(a))上进行大致随机的振幅调制，并输出调幅信息数据36(图41(b))。这里，如图41(a)和41(b)所示，振幅调制部分120b采用原始信号的信息数据10的振幅中心电平作为基准电平R，在极性不变的范围内进行振幅调制。

将调幅信息数据36(图41(b))和多电平码序列12(图41(c))输入到多电平处理部分111b。通过将多电平码序列12的电平看作对调幅信息数据36的基准电平R的偏置电平，多电平处理部分111b叠加多电平码序列12和调幅信息数据36，并生成多电平信号13(图41(d))。

在数据接收设备10201中，多电平识别部分212b从解调部分211接收多电平信号15。采用在与第一密钥信息11相同的第二密钥信息16的基础上生成的多电平码序列17(与图41(c)相同)作为阈值(基准电平)，多电平识别部分212b对多电平信号15进行识别(二值判决)。这里，如上所述，振幅调制部分120b不改变原始信号(信息数据10)的极性。于是，当参考等价于多电平码序列12的多电平码序列17进行识别时，多电平识别部分212b能够正确再生信息数据18。

接下来描述第三方对已调制信号的窃听操作。如上所述，预计第三方利用类似于数据接收设备10201的构造，或者性能更高的数据接收设备(窃听数据接收设备)来解密已调制信号。窃听数据接收设备对已调制信号14解调并由此再生多电平信号。不过，窃听数据接收设备不与数据发送设备10101共享密钥信息，因此不能像数据接收设备10201中那样从密钥信息生成多电平码序列。于是，窃听数据接收设备不能在多电平码序列的基础上进行多电平信号进行二值判决。

在这种情况下可以采用的窃听操作是这样的方法：在多电平信号的全部电平上同时进行识别(通常被称为“强力攻击”)。亦即，窃听数据接收设备在多电平信号能够采用的所有信号点之间准备阈值，然后对多电平信号进行同时判决，并分析判决结果，以试图提取正确的密钥信息或信息数据。例如，窃听数据接收设备采用图2所示的多电平码序列12的电平c0/c1/c2/c3/c4/c5/c6作为阈值，并进行多电平信号的多电平判决，以试图提取正确的密钥信息或信息数据。

虽然如此，如上所述，在实际的传输系统中，由于各种因素会发生噪声。然后，然后，该噪声被叠加在已调制信号上，使得多电平信号的电平如图4所示随时间且瞬时地变化。此外，在本实施例中，在第一密钥信息11(即振幅控制信号35)的基础上对多电平信号进行大致随机的振幅调制。图42为描述根据本发明第八实施例的数据通信系统的传输信号质量的示意图。如图42所示，由数据接收设备10201和窃听数据接收设备接收到的多电平信号的电平波动宽度(波动量)远大于第一实施例。

将由窃听数据接收设备判决的将被判定的信号(多电平信号)的信噪比是由多电平信号的步长和波动量之比决定的。于是，通过在振幅控制信号35的基础上进行的振幅调制效应进一步降低了信噪比。亦即，本实施例的数据通信系统在第三方利用所有阈值进行强力攻击时能够诱发大量识别误差，从而导致难以窃听。具体而言，当振幅调制引起的电平波动宽度被设置成类似于或大于多电平信号的步长时，数据通信系统能够使第三方的多电平判决变成几乎不可能。这实现了理想的窃听防止效果并确保了数据通信的绝对安全。

这里，可以将振幅控制部分120插入于或连接在不同于图40所示位置的任何位置，只要能够在窃听数据接收设备中判决的多电平信号15中导致电平波动即可，以便能够控制信噪比。例如，如图43所示，数据通信系统可以具有这样的构造，即，振幅控制部分120被插入于多电平编码部分111和调制部分112之间，以为多电平信号13赋予预定电平波动。

此外，例如，如图44所示，数据通信系统可以具有这样的构造，即，振幅控制部分120被连接到调制部分112的下一级，以便为已调制信号14赋予电平波动。在这种情况下，振幅调制部分120b根据经由传输路径110传输的信号种类对已调制信号14进行振幅调制或强度调制。在每种构造中，根据第八实施例的数据通信系统都能够在多电平识别时将将被判定的信号(多电平信号)的信噪比控制在任意值。

此外，在图40中，第一振幅控制信号发生部分120a在输入到第一多电平码发生部分111a的第一密钥信息11的基础上生成振幅控制信号35。不过，如图45所示，可以在不同于第一密钥信息11的预定的第一振幅控制密钥信息38的基础上生成振幅控制信号35。利用这点，抑制了多电平码序列12的电平变化和振幅调制部分120b的振幅调制操作之间的相关性，从而进一步使多电平信号13的电平变化随机化。于是，能够在窃听数据接收设备的多电平判决操作中诱发更为理想的识别误差。

这里，在实践中，有时振幅调制部分120b的振幅调制操作可能会劣化经认证的接收方的数据接收设备10201中识别的将被判定的信号(二值判决)的信噪比。为了抑制振幅调制操作的这种影响，可以改变数据接收设备10201的构造。例如，如图46所示，数据接收设备14205d可以具有这样的构造，即，多电平解码部分218除了包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b之外，还包括第二振幅控制信号发生部分212c。亦即，第二振幅控制信号发生部分212c预先共享与第一振幅控制密钥信息38相同的第二振幅控制密钥信息39，并在第二振幅控制密钥信息39的基础上生成对应于振幅控制信号35的振幅控制信号40。多电平识别部分212b采用从第二多电平码发生部分212a输出的多电平码序列17作为阈值，并在振幅控制信号40的基础上监测多电平信号15的瞬时电平或信噪比，从而进行多电平信号15的最佳识别(二值判决)并再生信息数据18。

如上所述，根据本实施例，当将被发送的信息数据编码为多电平信号时，任意地控制多电平信号中的电平波动(波动量)。如此一来，能够提供一种安全得到改善的数据发送设备，其有意识地使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

(第十六实施例)

图47A为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。根据本实施例的数据通信系统实现了通过另一种构造实施第十五实施例中的转化处理，即，由多电平处理部分111b和调制部分112(参见图40)在多电平码序列12和调幅信息数据36的基础上转化为已调制信号14的转化处理。在图47A中，根据第十六实施例的数据通信系统具有如下构造：数据发送设备14106经由传输路径110连接到数据接收设备10201。数据发送设备14106包括第一多电平码发生部分111a、振幅控制部分120、第一调制部分122、第二调制部分123和混波部分124。振幅控制部分120包括第一振幅控制信号发生部分120a和振幅调制部分120b。

本实施例的构成类似于第十五实施例(图40)。于是，用相同的附图标记表示与第十五实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。在图47A中，第一调制部分122采用从第一多电平码发生部分111a输出的多电平码序列12作为源数据，并将其转换为预定调制形式，以便输出第一已调制信号41。第二调制部分123采用从振幅调制部分120b输出的调幅信息数据36作为源数据，并将其转换为预定调制形式以便输出第二已调制信号42。第一已调制信号41和第二已调制信号42被输入到混波部分124。混波部分124在振幅或强度上组合第一已调制信号41和第二已调制信号42并将其发送到传输路径110。亦即，在根据第十六实施例的数据通信系统中，图40中由多电平处理部分111b和调制部分112执行的基于多电平码序列12和调幅信息数据36的转化到已调制信号14的处理是由第一调制部分122、第二调制部分123和混波部分124在已调制信号电平上实施的。这实现了具有高度灵活性的电路构造。

这里，根据第十六实施例的数据通信系统(图47A)具有这样的构造，即，并行安装第一调制部分122和第二调制部分123，从而对第一已调制信号41和第二已调制信号42进行混波。不过，可以使用另一种构造。图47B为示出根据本发明第十六实施例的数据通信系统的另一示范性构成的方框图。如图47B所示，根据本实施例的数据通信系统可以具有这样的构造，即，串行连接第一调制部分122和第二调制部分123，使得由第一调制部分122和第二调制部分123调制同一载波。在这种构造中，由第一调制部分122利用多电平码序列12对载波进行调制以输出第一已调制信号41，且由第二调制部分123利用调幅信息数据36对第一已调制信号41进行调制。亦即，这种构造的数据通信系统实现了，由第一调制部分122和第二调制部分123在已调制信号电平上实施图40中由多电平处理部分111b和调制部分112基于多电平码序列12和调幅信息数据36进行的转换到已调制信号14的处理。

图47A的数据发送设备14106在混波部分124中进行第一已调制信号41和第二已调制信号42之间的叠加处理。相反，图47B的数据发送设备14106b在第一调制部分122和第二调制部分123中进行叠加处理。于是，与图47A的数据发送设备14106相比，图47B的数据发送设备14106b在所生成的已调制信号14的信号波形上具有微小的差别，但是在于多电平码序列12的电平的基础上叠加调幅信息数据36所具有的电平这一点上实现了几乎相同的效果。

此外，在根据第十六实施例的数据通信系统中，与第十五实施例类似，可以将振幅控制部分120插入/连接在不同于图32A和33B的位置，只要能够在窃听数据接收设备判决的多电平信号15中导致电平波动就可以，以便能够控制所获得的多电平信号的信噪比。例如，在图47A和47B中，根据第十六实施例的数据通信系统可以具有这样的构造，即，振幅控制部分120被插入于第一调制部分122的前一级，以便为多电平码序列12赋予预定电平波动(参见图48A和48B)。此外，根据第十六实施例的数据通信系统可以具有这样的构造，即，其被连接到第一调制部分122和第二调制部分123的下一级或者连接到混波部分124的下一级，从而将电平波动赋予第一已调制信号41或第二已调制信号42或者赋予它们的复合信号。在每种构造中，根据第十六实施例的数据通信系统都能够在多电平识别时把将被判定的信号(多电平信号)的信噪比控制在任意值(arbitrary value)。

此外，在根据第十六实施例的数据通信系统中，类似于图45，第一振幅控制信号发生部分120a可以在不同于第一密钥信息11的预定的第一振幅控制密钥信息38的基础上生成振幅控制信号35。利用这点，在根据第十六实施例的数据通信系统中，抑制了多电平码序列12的电平变化和振幅调制部分120b的振幅调制操作之间的相关性，从而进一步使多电平信号15的电平变化随机化。于是，能够在窃听数据接收设备的多电平判决操作中诱发更为理想的识别误差。

如上所述，根据本实施例，当把被传输的信息数据编码为多电平信号时，任意地控制了多电平信号的波动电平(波动量)，同时为信息数据和多电平码序列提供了独立的调制部分。于是，能够提供一种安全得到改善的数据通信系统，其中，更为灵活的构造能够使得第三方窃听时的接收信号质量得到极大劣化，使得第三方解密和解码多电平信号变得更加困难。

(第十七实施例)

图49为示出根据本发明第十七实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图49中，根据第十七实施例的数据通信系统与根据第一实施例的数据通信系统(图1)不同之处在于，数据发送设备16105还包括N元编码部分(N-adic encoding part)131，数据接收设备16205还包括N元解码部分220。

以下重点放在N元编码部分131和N元解码部分220上描述根据第十实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示与第一实施例中执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据发送设备16105中，由多个信息数据构成的信息数据组被输入到N元编码部分131。这里，第一信息数据50和第二信息数据51被作为信息数据组输入。图50为示出输入到N元编码部分131的信息数据组的示范性波形的图示。图50(a)示出了被输入到N元编码部分131中的第一信息数据50。图50(b)示出了被输入到N元编码部分131中的第二信息数据51。

N元编码部分131将第一信息数据50和第二信息数据51编码为N元数(在本例中N＝4)，并将其作为具有预定多值电平的N元已编码信号52输出。这里，N为任意自然数。于是，N元编码部分131能够将每个时隙能够传输的信息量提高log₂N倍。图51为示出从N元编码部分131输出的N元已编码信号52的示范性波形的图示。参考图51，举例来说，当第一信息数据50和第二信息数据51中的逻辑组合为{L，L}时，N元编码部分131分配多值电平00。此外，对于{L，H}分配多值电平01，对于{H，L}分配多值电平10，且对于{H，H}分配多值电平11。如此一来，能够输出具有四个多值电平的N元已编码信号52。从N元编码部分131输出的N元已编码信号52和从第一多电平码发生部分111a输出的多电平码序列12(参见图2(b))被输入到多电平处理部分111b。

多电平处理部分111b根据预定的程序组合N元已编码信号52和多电平码序列12并将复合信号作为多电平信号13输出。例如，多电平处理部分111b采用多电平码序列12的电平作为偏置电平，并叠加N元已编码信号52以生成多电平信号13。或者，多电平处理部分111b可以利用N元已编码信号52对多电平码序列12进行振幅调制已生成多电平信号13。图52示出了从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的示范性波形。在图52中，多电平信号13的多值电平以预定的电平间隔在四个台阶上变化(在本例中为三个电平间隔)。这里，虚线表示多电平信号13的多值电平相对于偏置电平(多电平码序列12)的变化范围。

从多电平处理部分111b输出的多电平信号13被输入到调制部分112。调制部分112将多电平信号13调制为适于传输路径110的信号形式，并将已调制信号作为已调制信号14发送到传输路径110。例如，当传输路径110为光传输路径时，调制部分112将多电平信号13调制成光信号。

在数据接收设备16205中，解调部分211经由传输路径110接收已调制信号14。解调部分211对已调制信号14解调并输出多电平信号15。多电平信号15被输入到多电平识别部分212b。多电平识别部分212b利用从第二多电平码发生部分212a输出的多电平码序列17识别多电平信号15并输出N元已编码信号53。图53为描述多电平识别部分212b中的多电平信号15的识别操作的实例的图示。在图53中，粗实线表示多电平信号15的波形。细实线和虚线表示用于识别多电平信号15的判决波形。这里，细实线(判决波形2)表示多电平码序列17的波形。

参考图53，多电平识别部分212b生成：采用多电平码序列17(判决波形2)作为中心向上偏移预定电平间隔的波形(判决波形1)；以及向下偏移预定电平间隔的波形(判决波形3)。这里，该预定电平间隔是在数据发送设备16105中相对于多电平处理部分111b预先定义的，且在该例中为三电平间隔。然后，多电平识别部分212b利用判决波形1到3识别多电平信号15。

在时隙t1中，多电平识别部分212b将多电平信号15与判决波形1比较，并判定多电平信号15相对于判决波形1处在低电平。此外，将多电平信号15与判决波形2对比，判定多电平信号15相对于判决波形2处在低电平。此外，将多电平信号15与判决波形3对比，判定多电平信号15相对于判决波形3处在高电平。亦即，在时隙t1中，多电平识别部分212b判定多电平信号15为{低，低，高}。类似地，在时隙t2中，多电平识别部分212b判定多电平信号15为{低，高，高}，且在时隙t3中，多电平识别部分212b判定多电平信号15为{低，低，低}。在时隙t4及其后的操作被省略，但是是相似的。

然后，多电平识别部分212b将判定的低电平和高电平数量与N元已编码信号的多值电平建立起对应关系，并由此再生N元已编码信号52。例如，多电平识别部分212b将{低，低，低}与多值电平00对应，{低，低，高}与多值电平01对应，{低，高，高}与多值电平10对应，且{高，高，高}与多值电平11对应，从而能够再生出N元已编码信号53。由多电平识别部分212b再生的N元已编码信号被输入到N元解码部分220。

N元解码部分220对N元已编码信号52解码并将其作为信息数据组输出。具体而言，N元解码部分220执行N元编码部分131的操作的逆操作，由此从N元已编码信号52中输出第一信息数据54和第二信息数据55。

接下来描述第三方对已调制信号14的窃听操作。类似于在第一实施例中所描述的情形，第三方不和数据发送设备16105共享第一密钥信息11，因此不能从窃听到的已调制信号14再生出第一信息数据54和第二信息数据55。此外，在实际传输系统中，由于各种因素会产生噪声。然后，该噪声是叠加在已调制信号14上的。亦即，噪声也被叠加在从已调制信号14解调出的多电平信号15上。图54为示出其上叠加了噪声的多电平信号15的波形的图示。参考图54，类似于在第一实施例中描述的情形，利用叠加在多电平信号15上的噪声，根据第十七实施例的数据通信系统能够在第三方利用所有阈值进行强力攻击时诱发识别误差，由此导致窃听更加困难。

如上所述，根据本实施例，N元编码部分131将信息数据组整体(co1lectively)转换为N元已编码信号52，而N元解码部分220从N元已编码信号53整体再生出信息数据组。于是，与根据第一实施例的数据通信系统相比，根据本实施例的数据通信系统能够提高每个时隙可传输的信息量。此外，将信息数据组转换为N元已编码信号52实现了高保密性的数据传输。

(第十八实施例)

图55为示出根据本发明第十八实施例的数据通信系统的示范性构成的方框图。在图55中，在根据第十八实施例的数据通信系统中，N元编码部分132和N元解码部分221的运行与第十七实施例(图49)不同。在第十八实施例中，N元编码部分132在第一密钥信息11的基础上从信息数据组生成N元已编码信号52。此外，N元解码部分221在第二密钥信息16的基础上从N元已编码信号53生成信息数据组。以下重点放在N元编码部分132和N元解码部分221上描述根据第十八实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第十七实施例(图49)。于是，用相同的附图标记表示执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在数据发送设备16106中，第一密钥信息11被输入到N元编码部分132中。N元编码部分132在第一密钥信息11的基础上从信息数据组生成N元已编码信号52。例如，在第一密钥信息11的基础上，N元编码部分132改变第一信息数据50和第二信息数据51中的逻辑组合与N元已编码信号52的多值电平之间的对应关系。从N元编码部分132输出的N元已编码信号52被输入到多电平处理部分111b。

在数据接收设备16206中，从多电平识别部分212b输出的N元已编码信号53被输入到N元解码部分221。此外，第二密钥信息16被输入到N元解码部分221。在第二密钥信息16的基础上，N元解码部分221从N元已编码信号53输出信息数据组。具体而言，N元解码部分221执行N元编码部分132的操作的逆操作，由此从N元已编码信号53中输出第一信息数据54和第二信息数据55。

如上所述，根据本实施例，在第一密钥信息11的基础上，N元编码部分132从信息数据组生成N元已编码信号52，而在第二密钥信息16的基础上，N元解码部分221通过N元编码部分132的操作的逆操作从N元已编码信号53再生信息数据组。于是，与根据第十七实施例的数据通信系统相比，根据本实施例的数据通信系统实现了窃听更加困难的数据通信。

这里，在根据第十八实施例的数据通信系统中，N元编码部分132可以利用不同于第一密钥信息11的第三密钥信息56从信息数据组生成N元已编码信号52。类似地，N元解码部分221可以利用不同于第二密钥信息16(参见图41)的第四密钥信息57从N元已编码信号53再生信息数据组。这里，第三密钥信息56和第四密钥信息57是相同的密钥信息。利用这点，在根据本实施例的数据通信系统中，可以将多电平处理部分111b中使用的密钥信息与N元编码部分132使用的密钥信息分离开。这实现了窃听更加困难的数据通信。

(第十九实施例)

图57为示出根据本发明第十九实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图57中，根据第十九实施例的数据通信系统与第一实施例(图1)的不同之处在于，数据发送设备19105还包括同步信号发生部分134和多电平处理控制部分135，且数据接收设备19205还包括同步信号再生部分233和多电平识别控制部分234。.

图58为描述从多电平编码部分111输出的信号波形的示意图。以下参考图57和58描述根据第十九实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第一实施例(图1)。于是，用相同的附图标记表示执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在图57中，同步信号发生部分134生成预定周期的同步信号64并将其输出到多电平处理控制部分135。多电平处理控制部分135在同步信号64的基础上生成多电平处理控制信号65并将其输出到多电平处理部分111b。多电平处理控制信号65为指定从多电平处理部分111b输出的多电平信号13的电平数(在下文中称为多值数)的信号。在多电平处理控制信号65和多电平码序列12的基础上，多电平处理部分111b从信息数据10生成多电平信号并输出其中切换了所生成的多电平信号的多值数的信号作为多电平信号13。例如，如图58所示，多电平处理部分111b在期间A和C中输出具有多值数“8”的多电平信号，在期间B中输出具有多值数“2”的信号。更具体而言，在期间A和C中，多电平处理部分111b可以组合信息数据10和多电平码序列12并将其输出。在期间B中，信息数据10可以被原样输出。

同步信号再生部分233再生对应于同步信号64的同步信号66并将其输出到多电平识别控制部分234。多电平识别控制部分234在同步信号66的基础上生成多电平识别控制信号67并将其输出到多电平识别部分212b。在多电平识别控制信号67的基础上，多电平识别部分212b为从解调部分211输出的多电平信号15切换阈值(多电平码序列17)并执行识别以再生信息数据18。例如，如图58所示，对于在期间A和C中具有多值数“8”的多电平信号，多电平识别部分212b将电平依次变化的多电平码序列17识别为阈值，并在期间B中在预定的固定阈值的基础上在二值信号上进行识别。

这里，在图58中，将用于期间B中的二值信号的阈值(平均电平)设置为等于在期间A和C中的多电平信号的平均电平(C3)。不过，本发明不限于此。亦即，可以使用任何电平。此外，在图58中，将期间B中的二值信号的振幅设置为等于信息数据10的振幅(信息振幅)。不过，本发明不限于此。可以使用任何振幅，只要是能够在多电平识别部分212b中利用固定阈值被识别的幅度即可。此外，在图58中，将多电平信号的传送速率设置为在期间A和C中与在期间B中一样。不过，本发明不限于此。可以使用不同的传送速率。具体而言，从传输效率的角度来讲，优选在多值数较小时采用更高的传送速率。

此外，在图58中，多电平处理部分111b输出多电平信号13，在多电平信号13中切换具有多值数“8”的多电平信号和二值信号。不过，多电平信号13的多值数组合不限于此。可以使用多值数的任何组合。例如，多电平处理部分111b可以切换并输出具有多值数“8”的多电平信号和具有多值数“4”的多电平信号。此外，响应于多值数的值，图57所示的数据通信系统可以为信息数据10和18、多电平码序列12和17以及多电平信号13和15改变传送速率。

如上所述，根据本实施例，将被发送的信息数据被编码为多电平信号。然后，在第三方窃听时给其接收信号质量带来极大劣化，从而确保了仅针对特定接收方的安全通信信道。同时，适当地减少多值数，从而有选择地实现不要求安全性的通信。利用这点，利用同样的调制和解调系统以及传输系统能够以混合的方式提供保密通信服务和常规通信服务。这提供了一种高效的通信系统。

(第二十实施例)

图59为示出根据本发明第二十实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图59中，根据第二十实施例的数据通信系统与根据第十九实施例的数据通信系统(图57)不同之处在于，数据接收设备10201不包括同步信号再生部分233和多电平识别控制部分234。

图60为描述从多电平编码部分111输出的信号波形的示意图。以下参考图59和60描述根据第二十实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第十九实施例(图57)。于是，用相同的附图标记表示执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在图59中，在多电平处理控制信号65的基础上，多电平处理部分111b切换并输出作为输出信号的多电平信号13的多值数，并在多电平信号13的多值数减少时将多电平信号振幅设置为较大。例如，如图60所示，在期间A和C中多值数为“8”的情况下，在期间B中使用多值数“2”且增大振幅。更具体而言，将期间B中的二值信号振幅设置为等于和大于期间A和C中的多电平信号振幅，然后输出该信号。

不论多值数为多少，多电平识别部分212b采用多电平码序列17作为阈值识别(二值判决)从解调部分211输出的多电平信号15并再生信息数据18。例如，如图60所示，对于在期间A和C中具有总电平数“8”的多电平信号，采用电平依次变化的多电平码序列17作为阈值进行识别，而在期间B中也在多电平码序列17的基础上在二值信号上进行识别。

如上所述，根据本实施例，将被发送的信息数据被编码为多电平信号，在第三方窃听时对其接收信号质量带来极大劣化，从而仅为特定接收方确保安全的通信信道。此外，适当减少多值数并增大振幅，在接收多电平信号时实现简单的阈值控制。这允许更简单的构造来有选择地实现不需要安全性的通信。利用这点，利用同样的调制和解调系统以及传输系统能够以混合的方式提供保密通信服务和常规通信服务。这提供了高效和经济的通信系统。

(第二十一实施例)

图61为示出根据本发明第二十一实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图61中，根据第二十一实施例的数据通信系统具有这样的构造，即，数据发送设备19105、数据接收设备10201和副数据接收设备19207经由传输路径110和分束部分235而连接。与第二十实施例(图59)相比，根据第二十一实施例的数据通信系统不同之处在于，额外提供了分束部分235和副数据接收设备19207。这里，尽管在图61省略了，但多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。以下描述根据第二十一实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第二十实施例(图59)。于是，用相同的附图标记表示执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在图61中，数据发送设备19105发送从图60所示的多电平信号调制得到的已调制信号14。分束部分235将经由传输路径110传输的已调制信号14分束成m束(m为大于等于2的整数，在图61中m＝2)并输出它们。与从分束部分520输出的m个已调制信号中的n个已调制信号(n为小于m的整数；在图61中n＝1)相对应提供数据接收设备10201。在期间A和C中，在共享的作为与第一密钥信息11相同的密钥的第二密钥信息16的基础上，数据接收设备10201对已调制信号解调并解码，并再生信息数据18。这里，数据接收设备10201可以在期间B中识别二值信号。

与从分束部分235输出的m个已调制信号中的m-n个已调制信号(在图61中m-n＝2-1＝1)相对应提供副数据接收设备19207。副解调部分236对已调制信号解调并再生多电平信号。在预定的固定阈值的基础上，识别部分237识别从对应的解调部分236输出的多电平信号15，并仅在图60所示的期间B中再生信息数据(部分信息数据68)。

这里，在图61的构造中，分束部分235中的分束数量为m＝2，而数据接收设备10201是对应于它们中的n＝1个已调制信号提供的，副数据接收设备19207是对应于m-n＝1个已调制信号提供的。不过，本发明不限于此。亦即，只要m≥n，可以任意设置它们。然后，可以提供对应数量的数据接收设备和副数据接收设备。

如上所述，根据本实施例，将被发送的信息数据被编码为多电平信号。然后，在第三方窃听时给其接收信号质量带来极大劣化，从而确保了仅针对特定接收方的安全通信信道。同时，适当减少多值数，可以有选择地实现同时向很多未指定接收方提供传输通信。利用这点，利用同样的调制和解调系统以及传输系统能够以混合的方式提供保密通信服务和诸如同时传输通信和广播的通信服务。这提供了一种高效的通信系统。

(第二十二实施例)

图62为示出根据本发明第二十二实施例的数据通信系统的构成的方框图。在图62中，根据第二十二实施例的数据通信系统具有这样的构造，即，数据发送设备19108、多个数据接收设备10201a到10201b和副数据接收设备19207经由传输路径110和分束部分235而连接。与第二十一实施例(图61)相比，数据发送设备19108还包括密钥信息选择部分136。这里，尽管在图62省略了，但多电平解码部分212包括第二多电平码发生部分212a和多电平识别部分212b。以下描述根据第二十二实施例的数据通信系统。这里，本实施例的构成类似于第二十一实施例(图61)。于是，用相同的附图标记表示执行相同操作的方框，且省略它们的描述。

在图62中，密钥信息选择部分136从n条预先定义的预定密钥信息中选择任一个(在图62中n＝2；第一密钥信息11a和第三密钥信息11b)。在所选密钥信息的基础上，多电平编码部分111生成如图60所示的多电平信号13。对应于从分束部分235分束输出的m个已调制信号(在图62中m＝3)中的n个已调制信号提供n个数据接收设备(10201a和10201b)。在各自分别作为与第一密钥信息11a和第三密钥信息11b相同的密钥而共享的第二密钥信息16a和第四密钥信息16b的基础上，数据接收设备对已调制信号进行解调和解码，并再生对应的信息数据(18a和18b)。

具体而言，在图60中，当数据发送设备19108在期间A中利用第一密钥信息11a生成多电平信号13时，数据接收设备10201a对在期间A中输入的已调制信号进行解调，并利用第二密钥信息16a再生信息数据18a。此外，当数据发送设备19108在期间C中利用第三密钥信息11b生成多电平信号13时，数据接收设备10201b对在期间C中输入的已调制信号进行解调并利用第四密钥信息16b再生信息数据18b。这里，数据接收设备10201a和10201b可以对在期间B中输入的已调制信号进行解调以再生部分信息数据58。

对应于从分束部分235输出的m个已调制信号中的m-n个已调制信号(在图62中m-n＝3-2＝1)提供副数据接收设备19207，然后副数据接收设备19207对已调制信号解调，然后在预定固定阈值的基础上识别，并仅在图60所示的期间B中再生信息数据(部分信息数据58)。

这里，在图62的构造中，分束部分235中的分束数量为m＝3，而数据接收设备10201是对应于它们中的n＝2个已调制信号提供的，副数据接收设备19207是对应于m-n＝1个已调制信号提供的。不过，本发明不限于此。只要m≥n，可以任意设置它们。然后，可以提供对应数量的数据接收设备和副数据接收设备。

如上所述，根据本实施例，将被发送的信息数据被编码为多电平信号，并在第三者窃听时对其接收信号质量带来极大劣化。此外，在使用期间准备并切换多条密钥信息，从而逐个确保仅针对多个特定接收方的安全通信信道。此外，适当减少多值数，可以有选择地实现到很多未指定接收方的同时传输通信。利用这点，利用同样的调制和解调系统以及传输系统能够以混合的方式提供保密通信服务和诸如同时传输通信和广播的通信服务。这提供了一种高效的通信系统。

这里，根据上述第二到第二十二实施例的数据通信系统可以具有诸实施例的特征彼此组合的构造。例如，根据第二到第四实施例以及第六到第二十二实施例的数据通信系统可以具有第五实施例的特征(例如，参见图63)。例如，根据第二到第十二实施例以及第十四到第二十二实施例的数据通信系统可以具有第十三实施例的特征(例如，参见图64A到图64C)。

此外，可以将各个由根据第一到第二十二实施例的数据发送设备、数据接收设备和数据通信系统执行的上述处理看作提供一系列程序的数据发送方法、数据接收方法和数据通信方法。

此外，上述数据发送方法、数据接收方法和数据通信方法是在CPU解释并执行预定程序数据时实现的，该预定程序数据存储在存储装置(例如ROM、RAM和硬盘)中且能够实施上述流程。在这种情况下，程序数据可以经由存储介质被引入存储装置中，或者可以直接从存储介质执行。这里，存储介质表示半导体存储器(例如ROM、RAM和闪速存储器)、磁盘存储器(例如软盘和硬盘)、光盘存储器(例如CD-ROM、DVD和BD)、存储卡等。此外，存储介质的概念包括诸如电话线和传输路径的通信媒质。

工业实用性

根据本发明的数据通信系统可用作避免窃听和截取的安全和保密通信系统。

Claims

1.一种用于进行加密通信的数据发送设备，包括：

多电平编码部分，用于接收预先定义的预定密钥信息和信息数据，并生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平信号；

调制部分，用于在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号；以及

伪信号叠加部分，用于在所述信息数据、所述多电平信号和所述已调制信号的任一个上叠加伪信号，并且其中

所述多电平编码部分包括：

多电平码发生部分，用于从所述密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列；以及

多电平处理部分，用于根据预定处理组合所述多电平码序列和所述信息数据并生成电平对应于两个信号电平的组合的多电平信号。

2.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中所述伪信号叠加部分连接在所述多电平处理部分和所述调制部分之间，并在所述多电平信号上叠加伪信号，所述伪信号导致第三方难以进行所述多电平信号的电平判决。

3.根据权利要求2所述的数据发送设备，其中所述伪信号的振幅在所述多电平信号的一个时隙期间中连续变化。

4.根据权利要求2所述的数据发送设备，其中所述伪信号叠加部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述多电平信号上叠加所述多个信号中的任一个作为所述伪信号。

5.根据权利要求2所述的数据发送设备，其中

所述伪信号叠加部分包括：

用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及

用于组合所述伪信号和所述多电平信号的叠加部分。

6.根据权利要求5所述的数据发送设备，其中

所述伪信号叠加部分还包括伪发生码发生部分，所述伪发生码发生部分用于在预定初始值的基础上输出伪发生码作为随机数，并且其中

所述伪信号发生部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号，并在所述多电平信号的每个时隙中在所述伪发生码的基础上输出所述多个信号中的任一个作为所述伪信号。

7.根据权利要求2所述的数据发送设备，其中所述伪信号的振幅大于所述多电平信号的任意电平和相邻于所述任意电平的电平之间的差异中的任一个且小于所述信息数据的振幅。

8.根据权利要求6所述的数据发送设备，其中所述伪发生码为自然随机数序列。

9.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述多电平编码部分的前一级，且向所述多电平编码部分输出叠加有噪声的信息数据，在所述叠加有噪声的信息数据中在所述信息数据上叠加有预定噪声。

10.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接在所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间，且向所述多电平处理部分输出叠加有噪声的多电平码序列，在所述叠加有噪声的多电平码序列中在所述多电平码序列上叠加有预定噪声。

11.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述调制部分的下一级，且生成叠加有噪声的已调制信号，在所述叠加有噪声的已调制信号中在所述已调制信号上叠加有预定噪声。

12.一种用于进行加密通信的数据发送设备，包括：

多电平编码部分，用于接收预先定义的预定密钥信息和信息数据，并生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平信号；以及

调制部分，用于在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号，其中

所述多电平编码部分包括：

多电平处理部分，用于根据预定处理组合所述多电平码序列和所述信息数据，并生成电平对应于两个信号电平的组合的多电平信号，并且其中

在生成预定调制形式的所述已调制信号时，所述调制部分在所述多电平信号的基础上为所述已调制信号赋予预定噪声成分。

13.根据权利要求12所述的数据发送设备，其中

所述调制部分包括光源，

且所述调制部分为用于将所述多电平信号调制成已调制光信号的光调制部分。

14.根据权利要求13所述的数据发送设备，其中所述光源为半导体激光器。

15.根据权利要求13所述的数据发送设备，还包括光噪声光噪声控制部分，用于控制所述已调制光信号的信噪比。

16.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中

所述光噪声光噪声控制部分包括：

用于生成预定光噪声光噪声信号的光噪声发生部分；以及

用于在从所述光调制部分输出的所述已调制光信号上叠加所述光噪声光噪声信号的光组合部分。

17.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分为光纤放大器。

18.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分为光学干涉部分，所述光学干涉部分将所述已调制光信号分成多个并使被分成多个的所述已调制光信号互相干涉。

19.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分为多次光反射部分，所述多次光反射部分具有多个反射点且在所述已调制光信号中导致多次反射。

20.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分将所述已调制光信号的一部分注入所述光调制部分。

21.根据权利要求20所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分将所述已调制光信号的一部分反射并注入所述光调制部分。

22.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中所述光噪声光噪声控制部分将预定光信号注入所述光调制部分。

23.根据权利要求22所述的数据发送设备，其中

所述光噪声光噪声控制部分包括：

用于生成预定噪声信号的噪声发生部分；以及

注入光发生部分，用于将所述噪声信号转换成光噪声光噪声信号并将所述光噪声光噪声信号注入所述光调制部分。

24.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中

从所述光调制部分输出的所述已调制光信号为多个波长的光构成的多模光，并且其中

所述光噪声光噪声控制部分改变所述多模光的每个波长光的相对振幅关系或相位关系并由此在所述已调制光信号中产生噪声。

25.根据权利要求15所述的数据发送设备，其中

所述光噪声光噪声控制部分从所述多模光中除去至少一个特定波长的光并由此在所述已调制光信号中产生噪声。

26.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中

所述伪信号叠加部分为连接在所述多电平处理部分和所述调制部分之间的同步部分，并且其中

所述同步部分包括：

信号同步部分，用于将输入的同步信号复用到所述多电平信号上并且生成同步的多电平信号；

噪声同步部分，用于用这样的方式生成噪声，即，使得所述同步信号的信噪比变得高于所述多电平信号的信噪比，并输出噪声作为同步的噪声信号；以及

噪声组合部分，用于组合所述同步的多电平信号和所述同步的噪声信号。

27.根据权利要求26所述的数据发送设备，其中由所述噪声同步部分生成的噪声为振幅分布是近似高斯分布的噪声。

28.根据权利要求26或27所述的数据发送设备，其中所述同步信号的最大振幅大于所述多电平信号的最大振幅。

29.根据权利要求28所述的数据发送设备，其中所述同步信号的最大振幅与所述多电平信号的最大振幅之比是恒定的。

30.根据权利要求26所述的数据发送设备，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行时分复用。

31.根据权利要求26所述的数据发送设备，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行频分复用。

32.根据权利要求26所述的数据发送设备，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行空分复用。

33.根据权利要求26所述的数据发送设备，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行码分复用。

34.根据权利要求1所述的数据发送设备，还包括：

定时信号发生部分，用于生成预定周期的定时信号；以及

振幅调制部分，用于在所述信息数据、所述多电平码序列和所述多电平信号的任一个上通过所述定时信号进行振幅调制或电平波动，其中

所述多电平码发生部分生成与所述定时信号同步的所述多电平码序列。

35.根据权利要求34所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并在所述定时信号的基础上向所述信息数据赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平编码部分。

36.根据权利要求34所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分插入于所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间，并在所述定时信号的基础上向所述多电平码序列赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平处理部分。

37.根据权利要求34所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分插入于所述多电平编码部分和所述调制部分之间，并在所述定时信号的基础上向所述多电平信号赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述调制部分。

38.根据权利要求34所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分连接到所述调制部分的下一级并在所述定时信号的基础上在所述已调制信号上进行预定形式的振幅调制。

39.根据权利要求35所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述信息数据赋予大于所述信息数据的振幅的振幅波动或电平波动。

40.根据权利要求36所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述多电平码序列赋予大于所述多电平码序列的最大振幅的振幅波动或电平波动。

41.根据权利要求37所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述多电平信号赋予大于所述多电平信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。

42.根据权利要求38所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述已调制信号赋予大于所述已调制信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。

43.根据权利要求34到42的任一项所述的数据发送设备，其中所述信息数据在预先定义的预定期间中处于固定电平。

44.根据权利要求34到42的任一项所述的数据发送设备，其中所述多电平码序列在预先定义的预定期间中处于固定电平。

45.根据权利要求34到42的任一项所述的数据发送设备，其中所述多电平信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。

46.根据权利要求34到42的任一项所述的数据发送设备，其中所述已调制信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。

47.根据权利要求34到46的任一项所述的数据发送设备，其中所述定时信号为与所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号同步的时钟。

48.根据权利要求38所述的数据发送设备，其中所述振幅调制部分中的所述预定调制形式与所述调制部分中的所述调制形式不同。

49.根据权利要求48所述的数据发送设备，其中对于所述调制部分中的所述调制形式和所述振幅调制部分中的所述调制形式而言，任一个为强度调制或振幅调制而另一个为角度调制。

50.根据权利要求1所述的数据发送设备，还包括：

振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成其值基本以随机数方式变化的振幅控制信号；以及

振幅调制部分，所述振幅调制部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并在所述振幅控制信号的基础上在所述信息数据上进行振幅调制以将其输出到所述多电平编码部分。

51.根据权利要求1所述的数据发送设备，还包括：

振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述多电平编码部分和所述调制部分之间，并在所述振幅控制信号的基础上在所述多电平信号上进行振幅调制以将其输出到所述调制部分。

52.根据权利要求1所述的数据发送设备，还包括：

振幅调制部分，所述振幅调制部分连接到所述调制部分的下一级，并在所述振幅控制信号的基础上在所述已调制信号上进行预定形式的调制以将其输出。

53.根据权利要求52所述的数据发送设备，

其中所述振幅调制部分在所述已调制信号上进行振幅调制或强度调制。

54.一种用于进行加密通信的数据发送设备，包括：

多电平码发生部分，用于从预先定义的预定密钥信息生成其值基本以随机数方式变化的多电平码序列；

第一调制部分，用于在所述多电平码序列的基础上生成预定调制形式的第一已调制信号；

第二调制部分，用于接收信息数据并生成预定调制形式的第二已调制信号；以及

混波部分，用于对所述第一已调制信号和所述第二已调制信号进行混波。

55.根据权利要求54所述的数据发送设备，还包括：

振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述第二调制部分的前一级，并在所述振幅控制信号的基础上在所述信息数据上进行振幅调制以将其输出。

56.根据权利要求54所述的数据发送设备，还包括：

振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述第一调制部分的前一级，并在所述振幅控制信号的基础上在所述多电平码序列上进行振幅调制以将其输出。

57.一种用于进行加密通信的数据发送设备，包括：

多电平码发生部分，用于从预先定义的预定密钥信息生成信号电平基本以随机数方式变化的多电平码序列；

第一调制部分，用于在所述多电平码序列的基础上生成预定调制形式的第一已调制信号；以及

第二调制部分，用于接收信息数据并利用所述信息数据调制所述第一已调制信号，以生成预定调制形式的第二已调制信号。

58.根据权利要求57所述的数据发送设备，还包括：

59.根据权利要求57所述的数据发送设备，还包括：

60.根据权利要求1所述的数据发送设备，还包括N元编码部分，所述N元编码部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并根据预定处理将多个信息数据构成的信息数据组编码成任意元数，以便将其作为N元已编码信号输出到所述多电平编码部分。

61.根据权利要求60所述的数据发送设备，其中在将所述信息数据组编码为任意元数时，所述N元编码部分通过组合所述多个信息数据的逻辑在所述N元已编码信号的多值电平中造成波动。

62.根据权利要求60所述的数据发送设备，其中所述N元编码部分在所述密钥信息的基础上从所述信息数据组输出所述N元已编码信号。

63.根据权利要求60所述的数据发送设备，其中所述N元编码部分在不同于所述密钥信息的密钥信息的基础上从所述信息数据组输出所述N元已编码信号。

64.根据权利要求1所述的数据发送设备，其中在预先定义的每个预定期间中，所述多电平编码部分生成预先定义的多个多值数中任一个多值数的多电平信号。

65.根据权利要求64所述的数据发送设备，还包括：

同步信号发生部分，用于输出对应于所述多电平信号的预定同步信号；以及

多电平处理控制部分，用于在所述同步信号的基础上输出指示所述多值数的多电平处理控制信号。

66.根据权利要求64或65所述的数据发送设备，其中所述多电平编码部分至少在所述预定期间的任一个中输出二值多电平信号。

67.根据权利要求66所述的数据发送设备，其中所述多电平编码部分输出处于以下状态中的所述二值多电平信号，即，所述二值多电平信号的振幅大于所述多个多值数中的最大多值数的多电平信号的振幅。

68.根据权利要求66所述的数据发送设备，其中所述多电平编码部分输出所述信息数据作为所述二值多电平信号。

69.根据权利要求65所述的数据发送设备，其中响应于所述多值数改变所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。

70.根据权利要求69所述的数据发送设备，其中当所述多值数减小时，增大所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。

71.一种用于进行加密通信的数据接收设备，包括：

解调部分，用于对预定调制形式的已调制信号进行解调并将其作为多电平信号输出；以及

多电平解码部分，用于接收预先定义的预定密钥信息和所述多电平信号并输出信息数据，其中

所述多电平解码部分包括：

多电平识别部分，用于在所述多电平码序列的基础上识别所述多电平信号并输出所述信息数据。

72.根据权利要求71所述的数据接收设备，还包括伪信号删除部分，所述伪信号删除部分连接在所述解调部分和所述多电平解码部分之间并生成伪信号，所述伪信号能够删除所述多电平信号中包含的导致第三方难以对所述多电平信号进行电平判决的伪信号成分，从而利用所述伪信号删除所述伪信号成分。

73.根据权利要求72所述的数据接收设备，其中所述伪信号的振幅在所述多电平信号的一个时隙期间中连续变化。

74.根据权利要求72所述的数据接收设备，其中所述伪信号删除部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号，并在所述多电平信号的每个时隙利用所述伪信号成分删除所述多个信号中作为伪信号的任一个信号。

75.根据权利要求72所述的数据接收设备，其中

所述伪信号删除部分包括：

用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及

用于利用所述伪信号成分删除所述伪信号的删除部分。

76.根据权利要求75所述的数据接收设备，其中

所述伪信号删除部分还包括：

伪发生码发生部分，用于在预定初始值的基础上生成伪发生码作为随机数，并且其中

所述伪信号发生部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号，并在所述多电平信号的每个时隙中在所述伪发生码的基础上利用所述伪信号成分删除所述多个信号中作为伪信号的任一个信号。

77.根据权利要求71所述的数据接收设备，其中

所述多电平信号含有用于建立同步的同步信号成分和通过利用所述密钥信息加密所述信息数据所获得的多电平信号成分，其中

所述同步信号成分的最大振幅为大于所述多电平信号成分的所述最大振幅的值，其中

所述多电平解码部分还包括：

振幅控制部分，用于在表示所述多电平信号的振幅的振幅探测值的基础上将所述多电平信号的最大振幅控制在预定值；

检测部分，用于探测从所述振幅控制部分输出的所述多电平信号的振幅，并向所述振幅控制部分输出所探测的振幅作为所述振幅探测值；以及

同步提取部分，所述同步提取部分在阈值的基础上识别从所述振幅控制部分输出的所述多电平信号并将振幅大于所述阈值的信号判决为所述同步信号成分，以便提取所述同步信号成分作为同步信号，并且其中

所述多电平码发生部分在所述同步信号的基础上生成所述多电平码序列。

78.根据权利要求71所述的数据接收设备，其中

所述多电平信号含有用于建立同步的同步信号成分和通过利用所述预定密钥信息加密所述信息数据所获得的多电平信号成分，其中

所述同步信号成分的最大振幅为大于所述多电平信号成分的最大振幅的值，其中

所述多电平解码部分还包括：

探测部分，用于探测所述多电平信号的振幅并输出所探测的振幅作为振幅探测值；

同步提取部分，所述同步提取部分在所述振幅探测值的基础上设置阈值并将振幅大于所述阈值的信号成分判决为所述同步信号成分，以便提取所述同步信号成分作为同步信号；以及

振幅控制部分，用于在所述振幅探测值的基础上控制所述多电平码序列的最大振幅，并且其中

79.根据权利要求77或78所述的数据接收设备，其中所述探测部分采用所述多电平信号的最大振幅作为所述振幅探测值。

80.根据权利要求77或78所述的数据接收设备，其中所述探测部分采用所述多电平信号的振幅平均值作为所述振幅探测值。

81.根据权利要求80所述的数据接收设备，其中所述同步提取部分预先保持所述同步信号成分的最大振幅和所述多电平信号成分的最大振幅之间的比值，并利用所述振幅探测值和所述比值确定所述阈值。

82.根据权利要求71所述的数据接收设备，还包括：

定时信号再生部分，用于接收从所述解调部分输出的多电平信号并再生所述定时信号，其中

所述多电平码发生部分与所述定时信号同步地输出所述多电平码序列。

83.根据权利要求71所述的数据接收设备，还包括：

分束部分，对所述已调制信号进行分束并将它们之一输出到所述解调部分，并将另一束分束输出；

第二解调部分，用于解调和输出从所述分束部分输出的另一束已调制信号；以及

定时信号再生部分，用于从所述第二解调部分输出的所述电信号再生所述定时信号，其中

84.根据权利要求82或83的任一项所述的数据接收设备，其中所述定时信号再生部分为通过对应于所述定时信号的频带的通过部分。

85.根据权利要求82或83的任一项所述的数据接收设备，其中所述定时信号再生部分包括：

通过部分，用于通过对应于所述定时信号的频带；以及

同步部分，用于与来自所述通过部分的输出信号同步地生成定时信号。

86.根据权利要求71所述的数据接收设备，其中

所述多电平解码部分还包括振幅控制信号发生部分，用于从预先定义的预定振幅控制密钥信息生成其值基本以随机数方式变化的振幅控制信号，并且其中

所述多电平识别部分在所述多电平码序列和所述振幅控制信号的基础上识别所述多电平信号并输出所述信息数据。

87.根据权利要求71所述的数据接收设备，其中所述多电平识别部分在预先定义的预定期间中输入的所述多电平信号的所述多值数的基础上切换用于识别所述多电平信号的阈值。

88.根据权利要求87所述的数据接收设备，还包括：

同步信号发生部分，用于再生对应于所述多电平信号的预定同步信号；以及

多电平识别控制部分，用于在所述同步信号的基础上输出多电平识别控制信号以改变所述多电平识别部分中的所述阈值。

89.根据权利要求87或88所述的数据接收设备，其中所述多电平解码部分至少在所述预定期间的任一个中对所述二值多电平信号进行识别。

90.一种数据通信系统，其中数据发送设备和数据接收设备进行加密通信，其中

所述数据发送设备包括：

多电平编码部分，用于接收预先定义的预定第一密钥信息和信息数据，并生成信号电平基本以随机数方式变化的第一多电平信号；

调制部分，用于在所述第一多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号；以及

伪信号叠加部分，用于在所述信息数据、所述多电平信号和所述已调制信号的任一个上叠加伪信号，其中

所述多电平编码部分包括：

第一多电平码发生部分，用于从所述第一预定密钥生成信号电平基本以随机数方式变化的第一多电平码序列；以及

多电平处理部分，用于根据预定处理组合所述第一多电平码序列和所述信息数据，并将其转换成电平对应于两个信号电平的组合的所述第一多电平信号，其中

所述数据接收设备包括：

解调部分，用于对预定调制形式的已调制信号进行解调并输出第二多电平信号；以及

多电平解码部分，用于接收预先定义的预定第二密钥信息和所述第二多电平信号并输出信息数据，其中

所述多电平解码部分包括：

第二多电平码发生部分，用于从所述第二预定密钥生成信号电平基本以随机数方式变化的第二多电平码序列；以及

多电平识别部分，用于在所述第二多电平码序列的基础上识别所述第二多电平信号并输出所述信息数据。

91.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中所述伪信号叠加部分连接在所述多电平处理部分和所述调制部分之间并在所述多电平信号上叠加伪信号，所述伪信号导致第三方难以进行所述多电平信号的电平判决。

92.根据权利要求91所述的数据通信系统，其中所述伪信号的振幅在所述多电平信号的一个时隙期间中连续变化。

93.根据权利要求91所述的数据通信系统，其中所述伪信号叠加部分保持多个振幅变化模式彼此不同的信号并在所述多电平信号的每个时隙中在所述多电平信号上叠加所述多个信号中的任一个作为所述伪信号。

94.根据权利要求91所述的数据通信系统，其中

所述伪信号叠加部分包括：

用于生成伪信号的伪信号发生部分；以及

用于组合所述伪信号和所述多电平信号的叠加部分。

95.根据权利要求94所述的数据通信系统，其中

96.根据权利要求91所述的数据通信系统，其中所述伪信号的振幅大于所述多电平信号的任意电平和相邻于所述任意电平的电平之间的差异中的任一个，并且小于所述信息数据的振幅。

97.根据权利要求95所述的数据通信系统，其中所述伪发生码为自然随机数序列。

98.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并且向所述多电平编码部分输出叠加有噪声的信息数据，在所述叠加有噪声的信息数据中在所述信息数据上叠加有预定噪声。

99.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接在所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间，并且向所述多电平处理部分输出叠加有噪声的多电平码序列，在所述叠加有噪声的多电平码序列中在所述多电平码序列上叠加有预定噪声。

100.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中所述伪信号叠加部分为噪声控制部分，所述噪声控制部分连接到所述调制部分的下一级，并且生成叠加有噪声的已调制信号，在所述叠加有噪声的已调制信号中在所述已调制信号上叠加有预定噪声。

101.一种数据通信系统，其中数据发送设备和数据接收设备进行加密通信，其中

所述数据发送设备包括：

调制部分，用于在所述多电平信号的基础上生成预定调制形式的已调制信号；其中

所述多电平编码部分包括：

在生成预定调制形式的所述已调制信号时，所述调制部分在所述多电平信号的基础上向所述已调制信号赋予预定噪声成分。

102.根据权利要求101所述的数据通信系统，其中

所述调制部分包括光源，

103.根据权利要求102所述的数据通信系统，其中所述光源为半导体激光器。

104.根据权利要求102所述的数据通信系统，还包括光噪声光噪声控制部分，用于控制所述已调制光信号的信噪比。

105.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中

所述光噪声光噪声控制部分包括：

用于生成预定光噪声光噪声信号的光噪声发生部分；以及

106.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分为光纤放大器。

107.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分为光学干涉部分，所述光学干涉部分将所述已调制光信号分成多个并使被分成多个的所述已调制光信号互相干涉。

108.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分为多次光反射部分，所述多次光反射部分具有多个反射点且在所述已调制光信号中导致多次反射。

109.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分将所述已调制光信号的一部分注入所述光调制部分。

110.根据权利要求109所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分将所述已调制光信号的一部分反射并注入所述光调制部分。

111.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中所述光噪声光噪声控制部分将预定光信号注入所述光调制部分。

112.根据权利要求111所述的数据通信系统，其中

所述光噪声光噪声控制部分包括：

用于生成预定噪声信号的噪声发生部分；以及

113.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中

114.根据权利要求104所述的数据通信系统，其中

115.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中

所述同步部分包括：

116.根据权利要求115所述的数据通信系统，其中由所述噪声同步部分生成的噪声为振幅分布是近似高斯分布的噪声。

117.根据权利要求115或116所述的数据通信系统，其中所述同步信号的最大振幅大于所述多电平信号的最大振幅。

118.根据权利要求117所述的数据通信系统，其中所述同步信号的最大振幅与所述多电平信号的最大振幅之比是恒定的。

119.根据权利要求115所述的数据通信系统，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行时分复用。

120.根据权利要求115所述的数据通信系统，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行频分复用。

121.根据权利要求115所述的数据通信系统，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行空分复用。

122.根据权利要求115所述的数据通信系统，其中所述信号同步部分对所述多电平信号和所述同步信号进行码分复用。

123.根据权利要求90所述的数据通信系统，还包括：

定时信号发生部分，用于生成预定周期的定时信号；以及

振幅调制部分，用于在所述信息数据、所述多电平码序列和所述多电平信号的任一个上利用所述定时信号进行振幅调制或电平波动，其中

所述多电平码发生部分与所述定时信号同步地生成所述多电平码序列。

124.根据权利要求123所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并在所述定时信号的基础上向所述信息数据赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平编码部分。

125.根据权利要求123所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分插入于所述多电平码发生部分和所述多电平处理部分之间，并在所述定时信号的基础上向所述多电平码序列赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述多电平处理部分。

126.根据权利要求123所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分插入于所述多电平编码部分和所述调制部分之间，并在所述定时信号的基础上向所述多电平信号赋予预定的振幅波动或电平波动以将其输出到所述调制部分。

127.根据权利要求123所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分连接到所述调制部分的下一级，并在所述定时信号的基础上在所述已调制信号上进行预定形式的振幅调制。

128.根据权利要求124所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述信息数据赋予大于所述信息数据的振幅的振幅波动或电平波动。

129.根据权利要求125所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述多电平码序列赋予大于所述多电平码序列的最大振幅的振幅波动或电平波动。

130.根据权利要求126所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述多电平信号赋予大于所述多电平信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。

131.根据权利要求127所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分在所述定时信号的基础上向所述已调制信号赋予大于所述已调制信号的最大振幅的振幅波动或电平波动。

132.根据权利要求123到131的任一项所述的数据通信系统，其中所述信息数据在预先定义的预定期间中处于固定电平。

133.根据权利要求123到131的任一项所述的数据通信系统，其中所述多电平码序列在预先定义的预定期间中处于固定电平。

134.根据权利要求123到131的任一项所述的数据通信系统，其中所述多电平信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。

135.根据权利要求123到131的任一项所述的数据通信系统，其中所述已调制信号在预先定义的预定期间中处于固定电平。

136.根据权利要求123到135的任一项所述的数据通信系统，其中所述定时信号为与所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号同步的时钟。

137.根据权利要求127所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分中的所述预定调制形式与所述调制部分中的所述调制形式不同。

138.根据权利要求137所述的数据通信系统，其中对于所述调制部分中的所述调制形式和所述振幅调制部分中的所述调制形式而言，任一个为强度调制或振幅调制而另一个为角度调制。

139.根据权利要求90所述的数据通信系统，还包括：

140.根据权利要求90所述的数据通信系统，还包括：

141.根据权利要求90所述的数据通信系统，还包括：

142.根据权利要求141所述的数据通信系统，其中所述振幅调制部分在所述已调制信号上进行振幅调制或强度调制。

143.一种数据通信系统，其中数据发送设备和数据接收设备进行加密通信，其中

所述数据发送设备包括：

144.根据权利要求143所述的数据通信系统，还包括：

145.根据权利要求143所述的数据通信系统，还包括：

振幅调制部分，所述振幅调制部分插入于所述第一调制部分的前一级并在所述振幅控制信号的基础上在所述多电平码序列上进行振幅调制以将其输出。

146.一种数据通信系统，其中数据发送设备和数据接收设备进行加密通信，其中

所述数据发送设备包括：

147.根据权利要求146所述的数据通信系统，还包括：

148.根据权利要求146所述的数据通信系统，还包括：

149.根据权利要求90所述的数据通信系统，还包括N元编码部分，所述N元编码部分连接到所述多电平编码部分的前一级，并根据预定处理将多个信息数据构成的信息数据组编码成任意元数，以便将其作为N元已编码信号输出到所述多电平编码部分。

150.根据权利要求149所述的数据通信系统，其中在将所述信息数据组编码为任意元数时，所述N元编码部分通过组合所述多个信息数据的逻辑在所述N元已编码信号的多值电平中造成波动。

151.根据权利要求149所述的数据通信系统，其中所述N元编码部分在所述密钥信息的基础上从所述信息数据组输出所述N元已编码信号。

152.根据权利要求149所述的数据通信系统，其中所述N元编码部分在不同于所述密钥信息的密钥信息的基础上从所述信息数据组输出所述N元已编码信号。

153.根据权利要求90所述的数据通信系统，其中在预先定义的每个预定期间中，所述多电平编码部分生成预先定义的多个多值数中任一个多值数的多电平信号。

154.根据权利要求153所述的数据通信系统，还包括：

155.根据权利要求153或154所述的数据通信系统，其中所述多电平编码部分至少在所述预定期间的任一个中输出二值多电平信号。

156.根据权利要求155所述的数据通信系统，其中所述多电平编码部分输出处于以下状态中的所述二值多电平信号，即，所述二值多电平信号的振幅大于所述多个多值数中的最大多值数的多电平信号的振幅。

157.根据权利要求155所述的数据通信系统，其中所述多电平编码部分输出所述信息数据作为所述二值多电平信号。

158.根据权利要求154所述的数据通信系统，其中响应于所述多值数改变所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。

159.根据权利要求158所述的数据通信系统，其中当所述多值数减小时，增大所述信息数据、所述多电平码序列或所述多电平信号的传送速率。