CN101057436B - 数据传送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据通信系统，其中窃听者解密已加密文本所需的时间显著增加，由此提高了隐藏性。在数据发送装置(17105)中，多电平编码部件(111)切换多个密钥信息以生成多电平编码序列，其中信号电平的平均值是不同的，然后合成所生成的多电平编码序列和信息数据，以生成具有对应于两个信号电平结合的电平的多电平信号。一种光调制部件(125)将多电平信号转换为规定的调制形式的调制信号并且将其发送。在数据接收装置(17205)中，光解调部件(219)将所接收的调制信号解调为多电平信号。一种多电平解码部件(212)切换多个密钥信息以生成多电平编码序列，其中信号电平的平均值是不同的，然后基于该生成的多电平编码序列识别多电平信号以再生信息数据。

Description

数据传送装置

技术领域

本发明涉及用于执行防止第三人未授权窃听和拦截的进行秘密通信的装置。更具体地，本发明涉及执行处于在得到授权的发送人和接收人之间选择并且建立的特定编码/解码(调制/解调)方法的数据通信的装置。

背景技术

在传统技术中，为了在特定的人之间进行通信，采用这样一种方法：在发送和接收中共享用于编码/解码的密钥信息并且基于该密钥信息，应传送的信息数据(纯文本)上进行数学算法运算和逆运算，以便实现隐藏通信，图32是说明根据这种方法的传统数据发送装置结构的框图。在图32中，传统数据通信装置具有这样的结构：数据发送装置90001与数据接收装置90002通过传输路径913相连。数据发送装置90001包括编码部件911和调制部件912。数据接收装置90002包括解调部件914和解码部件915。在传统数据通信装置中，当信息数据90和第一密钥信息91被输入到编码部件911同时第二密钥信息96被输入到解码部件915时，从解码部件915输出信息数据98。下面参考图32描述了传统数据通信装置的操作。

在数据发送装置90001中，编码部件911基于第一密钥信息91编码(加密)信息数据90。调制部件912以规定的调制方案调制由编码部件911编码的信息数据，并且通过传输路径913将其作为调制信号94发送到数据接收装置90002。在数据接收装置90002中，解调部件914以规定的解调方法解调通过传输路径913发送的调制信号94，并将其输出。解码部件915基于与编码部件911共享的第二密钥信息96将解调部件914(解密)解调的信号解码，并且再生原始信息数据98。

下面参考窃听数据接收装置90003描述第三人的窃听行动。在图32中，窃听数据接收装置90003包括窃听解调部件916和窃听解码部件917。窃听解调部件916窃听在数据发送装置90001和数据接收装置90002之间传送的调制信号(信息数据)，并且通过规定的解调方法解调所窃听的已解调信号。基于第三密钥信息99，窃听解码部件917尝试对窃听解调部件916解调的信号进行解码。这里，由于窃听解码部件917不与编码部件911共享密钥信息，基于与第一密钥信息91不同的第三密钥信息99来尝试解码由窃听解调部件916解调的信号。因此，窃听解码部件917无法正确解码由窃听解调部件916解调的信号，而且不能再生原始信息数据。

这种基于数学算法运算(也称为计算加密或者软件加密)的数学加密技术可以应用于所述接入装置等，例如，在专利文件一中。即，在PON(无源光网络结构)结构中，光耦合器将从一个光发送器发送的光信号进行分流，然后单独分发到多个光用户家庭的光接收器，将定位到其他用户的信号(而不是期望的光信号)输入到每个光接收器。因此，利用彼此不同的密钥信息来加密每个用户的信息数据，从而避免了信息的相互泄漏和窃听，由此实现了安全数据通信。

[专利文件1]日本专利特许公开No.H9-205420。

发明内容

本发明将解决的问题

然而，在基于数学加密技术的传统数据通信装置中，即使在密钥信息不共享的情况下，对已加密的文本(调制信号或者已加密信息数据)尝试使用全部可能结合的密钥信息(强力攻击)的算法运算时，或者对其应用特定分析算法时，窃听者原则上可以解密。特别地，由于近年来计算机处理速度的显著进步，当在未来可以实现使用新原理的计算机时(例如量子计算机)，会存在这样的问题，即在有限的时间内可以窃听加密的文本。

因此本发明的目的在于提供一种具有高隐藏性的数据通信装置，其中窃听者分析已加密文本所需的时间明显增加，由此产生了天文计算量。

问题的解决方案

本发明提出一种用于进行加密通信的数据发送装置。然后，为了达到上述目的，本发明的数据传送装置包括：多电平编码部件，用于输入预先设定的规定的密钥信息和信息数据生成多电平信号，所述多电平信号的信号电平大致以随机数的方式变化；以及调制部件，基于所述多电平信号生成规定的调制形式的调制信号；所述规定的密钥信息是多个密钥信息，所述多电平编码部件包括：密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；多电平编码生成部件，基于所述密钥信息切换部件输出的密钥信息生成多电平编码序列，所述多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且，对于所述密钥信息切换部件输出的每个密钥信息来说，所述多电平编码的信号电平的平均值是不同的；以及多电平处理部件，根据规定的处理将所述多电平编码序列和所述信息数据合成，生成多电平信号，所述多电平信号具有对应于两个信号电平组合后的电平。

调制信号是通过用多电平信号对光波进行调制而生成的。

优选地，密钥信息切换部件以规定的时间间隔将多个密钥信息切换并输出到多电平编码生成部件。

密钥信息切换部件预先存储将多个密钥信息进行切换的顺序，并且按照该存储的顺序将多个密钥信息进行切换并输出到多电平编码生成部件。

优选地，密钥信息切换部件以比掺铒光纤放大器(erbium dopedfiber amplifier)的增益变化的响应速度更短的时间间隔来切换多个密钥信息。

而且，本发明还提出了一种用于执行加密数据的接收装置。并且，为了达到上述目的，本发明的数据接收装置包括：解调部件，解调规定的调制形式的调制信号并作为多电平信号输出；以及多电平解码部件，输入预先设定的规定的密钥信息和所述多电平信号，输出信息数据；所述规定的密钥信息是多个密钥信息，所述多电平解码部件包括：密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；多电平编码序列生成部件，从所述密钥信息切换部件输出的密钥信息生成多电平编码序列，所述多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且，对于所述密钥信息切换部件输出的每个密钥信息来说，所述多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及多电平识别部件，基于所述多电平编码序列识别所述多电平信号，输出所述信息数据。

优选地，调制信号是通过用多电平信号对光波进行调制而生成的。

优选地，密钥信息切换部件以规定的时间间隔将多个密钥信息切换并输出到多电平编码序列生成部件。

而且，数据接收装置还包括平均值检测部件，用于算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，并且用算出的平均值和对应于所述多个密钥信息而出现的所述多电平信号的电平的平均值，判定用于再生信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判断当所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述多电平编码序列生成部件。

优选地，密钥信息切换部件预先存储将所述多个密钥信息进行切换并输出的顺序，按照该存储的顺序将所述多个密钥信息切换并输出到所述多电平编码序列生成部件。

而且，数据接收装置还可以包括：平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，利用该算出的平均值、所述预先存储的顺序以及分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的所述多电平信号的电平的平均值，选择所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息，根据所述预先存储的顺序判定上述选择的密钥信息的下一个使用的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述多电平编码序列生成部件。

而且，数据接收装置还可以包括：平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，当该算出的平均值在规定的范围内时，生成用于指示输出所述多电平编码序列的控制信号，并输出到所述多电平编码序列生成部件；所述多电平编码序列生成部件仅在接收所述控制信号时生成所述多电平编码序列。

平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及控制信号生成部件，当所述算出的平均值的电平在规定的范围内时，生成所述控制信号。

而且，本发明还提出一种数据通信装置，其中数据发送装置和数据接收装置进行加密通信。然后，为了实现上述目的，本发明的数据发送装置包括：多电平编码部件，输入预先设定的规定的第一密钥信息和信息数据，生成第一多电平信号，所述第一多电平信号的信号电平大致以随机数的方式变化；以及调制部件，基于所述第一多电平信号生成规定的调制形式的调制信号；所述规定的第一密钥信息是多个密钥信息；所述多电平编码部件包括：第一密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；第一多电平编码生成部件，根据所述第一密钥信息切换部件输出的密钥信息，生成第一多电平编码序列，所述第一多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且所述第一密钥信息切换部件输出的每个密钥信息的多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及多电平处理部件，按照规定的处理将所述第一多电平编码序列和所述信息数据进行合成，并转换为所述第一多电平信号，所述第一多电平信号具有的电平对应于两个信号电平组合的电平。所述数据接收装置包括：解调部件，解调规定的调制形式的调制信号，输出第二多电平信号；以及多电平解码部件，输入预先设定的规定的第二密钥信息和所述第二多电平信号，输出信息数据；所述第二密钥信息是多个密钥信息；所述多电平解码部件包括：第二密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；第二多电平编码生成部件，根据所述第二密钥信息切换部件输出的密钥信息，生成第二多电平编码序列，所述第二多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且所述第二密钥信息切换部件输出的每个密钥信息的多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及多电平识别部件，基于所述第二多电平编码序列识别所述第二多电平信号，输出所述信息数据。

而且，本发明的数据接收装置包括：解调部件和多电平解码部件。解调部件解调规定的调制方案的调制信号并且输出第二多电平信号。多电平解码部件接收规定的第二密钥信息和第二多电平信号，并输出信息数据。第二密钥信息是多个密钥信息。多电平解码部件包括第二密钥信息切换部件、第二多电平编码生成部件和判定部件。第二密钥信息切换部件在规定的时间切换和输出多个密钥信息。第二多电平编码生成部件基于从第二密钥信息切换部件输出的密钥信息生成第二多电平编码序列，第二多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，以及其中，从第二密钥信息切换部件输出的相应密钥信息的信号电平的平均值是不同的。判定部件接收第二多电平信号，以及基于第二多电平编码序列判定信息数据的逻辑，并输出信息数据。

优选地，调制信号是通过用多电平信号对光波进行调制而生成的。

优选地，第一密钥信息切换部件以规定的时间间隔将多个密钥信息切换并输出到第一多电平编码生成部件。

而且，第一密钥信息切换部件预先存储将所述多个密钥信息进行切换的顺序，按照该存储的顺序切换所述多个密钥信息并输出到所述第一多电平编码生成部件。

而且，第一密钥信息切换部件以比掺铒光纤放大器(erbiumdoped fiber amplifier)的增益变化的响应速度更短的时间间隔来切换多个密钥信息。

优选地，第二密钥信息切换部件以规定的时间间隔将多个密钥信息切换并输出到第二多电平编码序列生成部件。

数据接收装置还可以包括：平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，利用该算出的平均值和分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

优选地，平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号电平的平均值；以及控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定在所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述多电平编码序列生成部件。

第二密钥信息切换部件预先存储将所述多个密钥信息切换并输出的顺序，按照该存储的顺序切换所述多个密钥信息并输出到所述第二多电平编码序列生成部件。

数据接收装置还可以包括：平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，利用该算出的平均值、所述预先存储的顺序以及分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，选择在所述算出的平均值和预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息，根据上述预先存储的顺序判定上述选择的密钥信息的下一个使用的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；所述第二密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述第二多电平编码序列生成部件。

数据接收装置还包括：平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号电平的平均值，当算出的平均值是在规定范围内时，生成用于指示输出所述多电平编码序列的控制信号，输出到所述第二多电平编码序列生成部件。所述第二多电平编码序列生成部件仅在接收控制信号时生成第二多电平编码序列。

平均值检测部件包括：积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据积分值算出所述多电平信号电平的平均值；以及控制信号生成部件，当所述算出的平均值的电平落入规定范围内时生成控制信号。

本发明的效果

根据本发明的数据通信装置，基于密钥信息将信息数据编码并调制为多电平信号。随后发送该信号。基于相同的密钥信息对所接收的多电平信号进行解调和解码，从而使得多电平信号的信噪功率比达到合适的值。因此在容许高隐藏性数据通信的数据通信装置中，窃听者分析已加密文本的所需时间显著增加，由此产生了天文计算量。

而且，当信息数据被编码为多电平信号时，本发明的数据发送装置切换多个密钥信息。而且，本发明的数据接收装置利用与数据发送装置中使用的密钥信息相同的密钥信息来解码多电平信号。因此，数据通信装置可以进行具有更高隐藏性的数据通信。而且，本发明的数据发送装置发送调制信号，其中多电平信号的电平的平均值以规定的时间间隔变化。在将规定的时间间隔设定为比掺铒光纤放大器(erbium doped fiber amplifier)的增益变化的响应速度更短的情况下，当第三人利用掺铒光纤放大器放大截获的调制信号时，可以扭曲放大的调制信号的波形。这增加了第三人确定多电平信号电平的困难度。

而且，本发明的数据接收装置以规定的时间间隔计算多电平信号的电平的平均值。数据接收装置预先保存对应于多个密钥信息中的每一个而出现的多电平信号电平的平均值，随后比较计算出的多电平信号的电平的平均值与预先保存的多电平信号电平的平均值，由此确定用于生成多电平信号的密钥信息。因此，在本发明的数据通信装置中，避免了这样的必要性，即，在数据发送装置和数据接收装置中切换密钥信息的时间应该是同步的。

而且，数据发送装置以规定的时间间隔切换多个密钥信息，由此生成多电平信号，其中在各密钥信息中信号电平的平均值是不同的，并且将所生成的多电平信号发送到多个数据接收装置。只有在基于所输入的密钥信息而生成的多电平信号的电平的平均值与所接收的多电平信号的电平的平均值一致时，数据接收装置基于所输入的密钥信息解码多电平信号。这使得数据发送装置能够将加密的数据发送到多个数据接收装置。

附图说明

图1是说明本发明第一实施例的数据通信装置结构的框图。

图2是描述本发明第一实施例的数据通信装置的传输信号波形的示意图。

图3是描述本发明第一实施例的数据通信装置的传输信号波形的示意图。

图4是描述本发明第一实施例的数据通信装置的传输信号质量的示意图。

图5是说明本发明第二实施例的数据通信装置结构的框图。

图6是说明本发明第三实施例的数据通信装置结构的框图。

图7是描述本发明第四实施例数据通信装置的传输信号参数的示意图。

图8是说明本发明第五实施例的数据通信装置结构的框图。

图9是说明基于密钥信息A或密钥信息B生成的多电平编码序列的电平和平均值的图。

图10是说明掺铒光纤放大器平均输入光电平和增益特征之间的关系的图。

图11是描述由窃听者放大的光调制信号46中的失真的图。

图12是说明本发明第六实施例的数据通信装置结构的框图。

图13是说明平均值检测部件222的结构的实例的框图。

图14是描述平均值检测部件222的操作的图。

图15是说明本发明第七实施例的数据通信装置结构的框图。

图16是说明本发明第八实施例的数据通信装置结构的框图。

图17是说明输入到N-adic编码部件131的信息数据集的典型波形的图。

图18是说明从N-adic编码部件131输出的N-adic编码信号52的典型波形的图。

图19是说明从多电平处理部件111b输出的多电平信号13的典型波形图。

图20是描述多电平识别部件212b中判定操作的实例的图。

图21是说明在其上噪声被重叠的多电平信号15的波形的图。

图22是说明本发明第九实施例的数据通信装置的典型结构的框图。

图23是说明本发明第九实施例的数据通信装置的另一个典型结构的框图。

图24是说明本发明第十实施例的数据通信装置结构的框图。

图25是描述从多电平编码部件111输出的信号波形的示意图。

图26是说明本发明第十一实施例的数据通信装置结构的框图。

图27是描述本发明第十一实施例的数据通信装置的传输信号波形的示意图。

图28是说明本发明第十二实施例的数据通信装置结构的框图。

图29是说明本发明第十三实施例的数据通信装置结构的框图。

图30A是说明与本发明实施例的特征相结合的数据通信装置的典型结构的框图。

图30B是说明与本发明实施例的特征相结合的数据通信装置的典型结构的框图。

图30C是说明与本发明实施例的特征相结合的数据通信装置的典型结构的框图。

图31A是说明与本发明实施例的特征相结合的数据通信装置的典型结构的框图。

图31B是说明与本发明实施例的特征相结合的数据通信装置的典型结构的框图。

图32是说明传统数据通信装置的结构的框图。

参考标记的说明

10、18  信息数据

11、16、91、96、99  密钥信息

12、17  多电平编码序列

13、15  多电平信号

14、94  调制信号

110  传输路径

111  多电平编码部件

111a  第一多电平编码生成部件

111b  多电平处理部件

111c  第一密钥信息切换部件

112、122、123、912  调制部件

113   第一数据转换部件

114   噪声控制部件

114a  噪声生成部件

114b  合成部件

118   假信号(dummy signal)合成部件

118a  假生成编码生成部件

118b  假信号生成部件

118c  合成部件

125   光调制部件

120   振幅控制部件

120a  第一振幅信号生成部件

120b  振幅调制部件

124   波混合部件

125   光调制部件

126   光传输路径

127   光分流(light branching)部件

131、132  N-adic编码部件

134   同步信号生成部件

135   多电平处理控制部件

211、914、916  解调部件

212、218  多电平解码部件

212a  第二多电平编码生成部件

212b  多电平识别部件

212c  第二密钥信息切换部件

213   第二数据转换部件

219、225  光解调部件

220、221  N-adic解码部件

222、226  平均值检测部件

2221  积分电路

2222  平均值算出部件

2223  控制信号生成部件

233   同步信号再生部件

234   判定控制部件

236   子解调部件

237   识别部件

240   检测部件

241   振幅控制部件

242   同步提取部件

914   编码部件

915、917  解码部件

10101-19108  数据发送装置

10201-19207  数据接收装置

具体实施方式

(第一实施例)

图1是说明本发明的第一实施例的数据通信装置的结构的框图。在图1中，第一实施例的数据通信装置具有这样的结构：数据发送装置10101与数据接收装置10201通过传输路径110连接。数据发送装置10101包括多电平编码部件111和调制部件112。多电平编码部件111包括第一多电平编码生成部件111a和多电平处理部件111b。数据接收装置10201包括解调部件211和多电平解码部件212。多电平解码部件212包括第二多电平编码生成部件212a和多电平识别部件212b。传输路径110可以使用金属线(例如，LAN电缆和同轴电缆)或者光波导(例如，光纤电缆)。而且，传输路径110不限于诸如LAN电缆之类的有线电缆，也可以是无线电信号可以通过其传播的自由空间。

图2和图3是描述从调制部件112输出的调制信号的波形的示意图。下面，参考图1至图3描述第一实施例的数据通信装置的操作。

基于预先设定的规定的第一规定的密钥信息11，第一多电平编码生成部件111a生成多电平编码序列12(图2(b))，该多电平编码序列12的信号电平大致以随机数的方式变化。多电平处理部件111b输入多电平编码序列12(图2(b))和信息数据10(图2(a))，并且按规定的顺序将两个信号合成，生成具有仅对应于两个信号电平结合的电平的多电平信号13(图2(c))。例如，当多电平编码序列12的电平在时隙t1/t2/t3/t4如c1/c5/c3/c4这样变化时，多电平处理部件111b将该多电平编码序列12作为偏移电平来添加信息数据10，生成如L1/L8/L6/L4这样的电平变化的多电平信号13。

这里，如图3所示，信息数据10的振幅可以称为“信息振幅”，多电平信号13的全部振幅称为“多电平信号振幅”，对应于多电平编码序列12的电平c1/c2/c3/c4/c5，多电平信号13具有的电平集合(L1，L4)/(L2，L5)/(L3，L6)/(L4，L7)/(L5，L8)分别被称为第一到第五“基(base)”。多电平信号13的最小信号点间距离被称为“步宽”。

调制部件112以规定的调制形式调制多电平信号13，并作为调制信号14发送到传输路径110。解调部件211解调通过传输路径110发送的调制信号14，并且再生多电平信号15。第二多电平编码生成部件212a预先共享与第一密钥信息11相同的第二密钥信息16，并基于第二密钥信息16，生成与多电平编码序列12相当的多电平编码序列17。采用多电平编码序列17作为阈值，多电平识别部件212b识别多电平信号15(二元判定)，并再生信息数据18。这里，当电磁波(电磁场)或光波由多电平信号13调制时，获得了在调制部件112和解调部件211之间通过传输路径110发送和接收的规定的调制形式的调制信号14。

这里，如上所述，除了通过多电平编码序列12和信息数据10之间的相加处理生成多电平信号13之外，多电平处理部件111b还可以利用其他方法生成多电平信号13。例如，多电平处理部件111b可以基于信息数据10，通过对多电平编码序列12的电平进行振幅调制，以生成多电平信号13。或者，多电平处理部件111b可以从预先存储了多电平信号13的电平的存储器中顺序地读取对应于信息数据10和多电平编码序列12的结合的多电平信号13的电平，以生成多电平信号13。

而且在图2和3中，用8段来表述多电平信号13的电平。但是，多电平信号13的电平不限于这种表示。而且，可以将信息振幅被表示为多电平信号13的步宽的三倍或整数倍。但是，信息振幅不限于这种表示。信息振幅可以是多电平信号13的步宽的任何整数倍，并且也可以不是整数倍。而且，与此相关，在图2和3中，多电平编码序列12的每个电平位于多电平信号13的电平之间的大致中心。但是，多电平编码序列12的每个电平不限于这种排列。例如，多电平编码序列12的每个电平也可以不位于多电平信号13的电平之间的近似中心，并且可以与多电平信号13的每个电平相一致。而且，在上述说明中，前提是多电平编码序列12和信息数据10彼此具有相同的变化率并且是在同步关系中。但是，它们中的一个的变化率可以比另外一个的变化率更快(或者更慢)。而且，它们也可以是异步的。

下面描述第三人对调制信号14的窃听操作。第三人作为窃听者希望通过使用被授权的接收人所拥有的数据接收装置10201的结构相似的结构或者更高性能的数据接收装置(例如，窃听数据接收装置)来解密调制信号14。窃听数据接收装置解调调制信号14并且由此再生多电平信号15。但是，窃听数据接收装置不与数据发送装置10101共享密钥信息，因此不能如数据接收装置10201那样生成多电平编码序列17。因此窃听数据接收装置不能基于多电平编码序列17来进行多电平信号15的二元判定(binary determination)。

在这种情况下考虑的窃听操作是一种对多电平信号15的所有电平同时执行识别的方法(通常称为“强力攻击”)。即，窃听数据接收装置在多电平信号15取得的全部信号点之间设置阈值，然后同时执行多电平信号15的判定，并且分析该判定结果以便尝试提取正确的密钥信息或信息数据。例如，窃听数据接收装置采用如图2所示的多电平编码序列12的电平c0/c1/c2/c3/c4/c5/c6作为阈值，并且执行多电平信号15的多电平判定，以便尝试提取正确的密钥信息或信息数据。

不过，在实际传输系统中，由于各种因素会产生噪声。由于这些噪声重叠在调制信号14上，使得多电平信号15的电平如图4所示随时间瞬时的变化。在这种情况下，将由被授权的接收人(数据接收装置10201)判定的被判定的信号(多电平信号15)的SN比(信噪比)是由多电平信号15的信息振幅和噪声量之间的比来确定的。与此相对，将由窃听数据接收装置判定的被判定信号(多电平信号15)的SN比是由多电平信号15的步宽和噪声量之间的比来确定的。

因此，在被判定信号中具有的噪声电平相同的条件下，被判定信号的SN比在窃听数据接收装置中比在数据接收装置中小。即，传输特征(错误率)降低。因此，使用该特性，数据通信装置可以在由第三人利用全部阈值的强力攻击中引起识别错误，因此造成窃听的困难。特别地，当以与噪声振幅(噪声强度分布的展开)相比以相同或者更小的序来设定多电平信号15的步宽时，数据通信装置可以使得第三人的多电平判定变得实际上不可能，从而实现理想的窃听阻碍。

这里，当将电磁波等的无线电信号用于调制信号14时，在被判定信号(多电平信号15或者调制信号14)上重叠的噪声可以是存在于空间场、电部件等之中的热噪声(高斯噪声)；当使用光波时，除了热噪声之外可以使用在光子生成时光子数的波动(量子噪声)。特别地，在使用量子噪声的信号中不能够进行该记录或复制等的信号处理，因此，当数据通信装置以噪声量为基准来设定多电平信号15的步宽，使第三人的窃听变得不可能，由此确保了数据通信的绝对安全。

如上所述，根据本实施例，当应传送的信息数据被编码为多电平信号时，以第三人窃听变为不可能的方式来适当设定对于噪声量的多电平信号的信号间点距。同样地，可以提供一种更安全的数据通信装置，在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，并且造成第三人在解密和解码多电平信号的困难。

(第二实施例)

图5是说明本发明第二实施例的数据通信装置的结构框图。在图5中，与第一实施例的数据通信装置(图1)相比，第二实施例的数据通信装置中，数据发送装置10102还包括第一数据反转部件113，数据接收装置10202还包括第二数据反转部件213。下面描述第二实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第一实施例中的结构相似(图1)，因此，以相同参考标记指示与进行第一实施例的操作相同的操作的框图，并且省略其描述。

第一数据反转部件113不将图2(a)所示的信息数据10中的“0/1”和“低/高”之间的对应关系固定，并且以规定的顺序使该对应关系大致随机地变化。例如，与多电平编码部件111相似，第一数据反转部件113基于规定的初始值，将信息数据10和生成的随机序列(伪随机序列)进行异或逻辑和(异或)的运算，并且将运算结果输出到多电平编码部件111。对于从多电平解码部件212输出的数据，第二数据反转部件213以与第一数据反转部件113相反的顺序来改变“0/1”和“低/高”的对应关系。例如，第二数据反转部件213共享与第一数据反转部件113拥有的初始值相同的初始值，并且基于此生成的随机位反转序列和从多电平解码部件212输出的数据进行异或逻辑和的运算，从而再生该运算结果作为信息数据18。

如上所述，根据本实施例，大致随机地翻转应传送的信息数据，由此增加多电平信号的加密的复杂度。这造成第三人对多电平信号的解密和解码的进一步困难，由此可以提供更安全的数据通信装置。

(第三实施例)

图6是说明本发明第三实施例的数据通信装置的结构的框图。在图6中，与第一实施例的数据通信装置(图1)相比，第三实施例的数据通信装置中，数据通信装置10103还包括噪声控制部件114。噪声控制部件114包括噪声生成部件114a和合成部件114b。下面描述第三实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第一实施例(图1)的结构相似，因此，以相同参考标记指示与进行第一实施例的操作相同的操作的框图，并且省略其描述。

噪声生成部件114a生成规定的噪声。合成部件114b将多电平信号13和噪声合成，并输出到调制部件112。即，如参考图4的描述，噪声控制部件114有意地使多电平信号13的电平产生波动，并且将多电平信号13的SN比控制为任意值。这里，如上所述，噪声生成部件114a生成的噪声是热噪声、量子噪声等。而且，将合成了噪声(重叠)的多电平信号称作噪声重叠多电平信号。

如上所述，根据本发明，将应传送的信息数据编码为多电平信号，并且任意控制编码的多电平信号的SN比。由此，可以提供一种更安全的数据通信装置，在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，并且造成第三人在解密和解码多电平信号时的进一步困难。

(第四实施例)

图7是描述本发明第四实施例的数据通信装置的传输信号参数的示意图。第四实施例的数据通信装置，具有与第一实施例(图1)或第三实施例(图6)的结构相似的结构。下面参考图7描述本发明第四实施例的数据通信装置。

参考图1或6，多电平编码部件111如图7所示，按照每个电平的波动量(即，在每个电平上重叠的噪声强度分布)来设定多电平信号13的每一个步宽(S1到S7)。具体地，多电平编码部件111以输入到多电平识别部件212b的被判定信号(即，多电平信号15)的两个相邻信号点之间的SN比大致均等的方式来分布该信号点间距离。这里，当在多电平信号15的每个电平上重叠的噪声量相等的时候，多电平编码部件111将每个步宽设定为相同的。

通常，对于从解调部件112输出的调制信号14，在假定使用半导体激光(LD)作为光源的光强度调制信号时，调制信号14的波动宽度(噪声量)根据输入到LD的多电平信号13的电平变化。这是因为LD基于使用自发光作为“种子光”的诱导发射的原理来发射光。噪声量被定义为自发光的数量与诱导发射光的数量的相对比。这里，激发率(对应于注入LD的偏移电流)高时，诱导发送光的数量的比例增加，使得噪声数量减小。相反，激发率低时，由于自发光的数量的比例增加，使得噪声数量也变大。因此，如图7所示，多电平编码部件111在多电平信号的电平小的区域中较大地设定步宽，而在多电平信号的电平大的区域中较小地设定步宽(即，非线性)。结果，在将被判定信号的邻近信号点间的SN比设定为近似均等。

而且，在将光调制信号用作调制信号14时，在光接收器中使用的热噪声或上述自发光的噪声足够小的条件下，所接收的信号的SN比主要由散粒噪声确定。在这种条件下，多电平信号的电平大的情况下，包含在多电平信号中的噪声量也变大。因此，与图7的情况相反，多电平编码部件111在多电平信号的电平小的区域中较小地设定步宽，而在多电平信号的电平大的区域中较大地设定步宽。结果，将在被判定信号的邻近信号点间的SN比被设定为大致均等。

如上所述，根据本实施例，将应传送的信息数据编码成多电平信号时，以被判定信号的相邻信号点间的SN比大致均等的方式来设定多电平信号的信号点间距离。由此，可以提供更安全的数据通信装置，在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，并且造成第三人在解密和解码多电平信号时的进一步困难。

(第五实施例)

图8是说明本发明第五实施例的数据通信装置结构的框图。在图8中，第五实施例的数据通信装置为通过光传输路径126连接数据发送装置17105与数据接收装置17205的结构。数据发送装置17105包括多电平编码部件111和光调制部件125。多电平编码部件111包括第一多电平编码生成部件111a，多电平处理部件111b和第一密钥信息切换部件111c。数据接收装置17205包括光解调部件219和多电平解码部件212。多电平解码部件212包括第二多电平编码生成部件212a，多电平识别部件212b和第二密钥信息切换部件212c。

而且，图8示出用于描述第三人窃听操作的目的的窃听数据接收装置17305。这里，窃听数据接收装置17305不是本发明的数据通信装置的必要结构。窃听数据接收装置17305包括光放大部件403，光解调部件404和第二多电平解码部件402。

在数据发送装置17105中，第一密钥信息切换部件111c输入第一密钥信息A11a和第一密钥信息B 11b。第一密钥信息切换部件111c以规定的时间间隔切换第一密钥信息A11a和第一密钥信息B11b，并且将切换的密钥信息作为所选密钥信息53来输出。第一多电平编码生成部件111a根据所输入的选择密钥信息53来生成多电平编码序列12，并且将所生成的多电平编码序列12输出到多电平编码部件111b。多电平处理部件111b将信息数据10和多电平编码序列12合成，由此生成多电平信号13。光调制部件125将多电平信号13转换为光调制信号46，并发送到光传输路径126。

在数据接收装置17205中，通过光传输路径126将光调制信号46输入到光解调部件219。光解调部件219将输入的光调制信号46转换为多电平信号15。多电平信号15被输入到多电平识别部件212b。在第二密钥信息切换部件212c中输入第二密钥信息A16a和第二密钥信息B16b。第一密钥信息A11a和第二密钥信息A16a是相同的密钥信息。而且，第一密钥信息B11b和第二密钥信息B16b是相同的密钥信息。

第二密钥信息切换部件212c以规定的时间间隔切换第二密钥信息A16a和第二密钥信息B16b，并且输出切换的密钥信息作为所选密钥信息54。所选密钥信息54被输入到第二多电平编码生成部件212a。第二多电平编码生成部件212a基于所选密钥信息54生成多电平编码序列17。多电平编码序列17被输入到多电平识别部件212b。利用多电平编码序列17，多电平识别部件212b对多电平信号15执行二元判定，并且根据多电平信号15解码信息数据18。

下面参考图9描述在第五实施例中使用的密钥信息。图9是由密钥信息A和密钥信息B分别生成的多电平编码序列的电平和平均值的示意图。图9(a)是示出由第一密钥信息A11a和第二密钥信息A16a(下文称为“密钥信息A”)生成的多电平编码序列12(下文称为“多电平编码序列A”)中电平变化的一例的图。图9(b)是示出基于第一密钥信息B11b和第二密钥信息B16b(下文称为“密钥信息B”)生成的多电平编码序列12(下文称为“多电平编码序列B”)中电平变化的一例的图。如图9(a)所示，在多电平编码序列A中，较高的电平具有较高的出现概率。另一方面，如图9(b)所示，在多电平编码序列B中，较低的电平具有较低的出现概率。因此，多电平编码序列A的电平的平均值A1比多电平编码序列B的电平的平均值A2更大。

由密钥信息A和密钥信息B的任何一个，以规定的时间间隔，生成多电平编码序列12。在多电平编码序列12中，电平的平均值以规定的时间间隔变化。因此，在信息数据10的电平的平均值是常量时，多电平信号13的电平的平均值对应于多电平编码序列12的电平的平均值的变化，以规定的时间间隔变化。因此，与多电平信号13相同，光调制信号46的电平的平均值也以规定的时间间隔变化。

同样地，数据发送装置17105利用多个密钥信息生成多电平信号。因此，与第一实施例的数据通信装置相比，可以进行更高隐藏性的数据通信。

接下来，描述第三人的预期窃听操作。这里，第三人作为窃听者假设不具有密钥信息A和密钥信息B。

即使在解调光调制信号46并输出多电平信号15的情况下，由于作为窃听者的第三人不具有多电平判定所需的密钥信息，因此，不能解码多电平信号15并再生信息数据18。但是，如果正确地获得了多电平信号的信号电平，那么第三人可以通过强力攻击从多电平信号15中解密密钥信息。在被授权的接收人(即，数据接收装置17205)进行的多电平信号的二元判定中，由包含在多电平信号中的信息振幅和噪声之间的比来判定多电平信号的SN比。另一方面，在第三人(即，窃听数据接收装置17305)进行的多电平信号的二元判定中，由包含在多电平信号中的信号点间距离和噪声之间的比来决定多电平信号的SN比。因此，与被授权的接收人相比，第三人需要减少受窃听的多电平信号中包含的噪声的影响。因此，第三人可以在第二解调部件402的在前段中设置光扩大部件403，并且能放大多电平信号的电平。

图10是说明通常在光放大器部件中所使用的掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier：EDFA)平均输入光电平和增益特征之间的关系的图。如图10所示，EDFA的增益取决于输入光的平均电平。EDFA中的增益变化的响应速度是几kHz左右。而且，EDFA中的增益变化的响应速度与所输入的光信号的调制率相比足够低。因此，当向EDFA的输入光的平均电平没有变化时，EDFA的输出波形中不会产生失真。相反，当向EDFA的输入光的平均电平以与EDFA的响应速度相同程度的速度变化时，在输出波形中会产生失真。因此，当向EDFA的输入光的平均电平被人为改变时，在使用EDFA的光放大部件403的输出波形中会产生失真。

在下面的描述中，假设在窃听数据接收装置17305中具有的光放大部件403(参见图8)是EDFA。如上所述，数据发送装置17105切换密钥信息A和密钥信息B，生成多电平信号13，由此输出光调制信号46，其中，光调制信号46的平均值电平随时间变化。图11是描述由窃听者放大的光调制信号46中的失真的图。图11(a)示出光调制信号46的波形的一例的图。图11(b)示出在图11(a)所示的光调制信号46的电平的平均值时的时间变化的图。在图11(b)所示的光调制信号46的电平的平均值的时间的变化对应于数据发送装置17105中的密钥信息的切换速度。图11(c)是示出在数据发送装置17105中的密钥信息的切换速度接近光放大部件403的增益的响应速度的情况下光放大部件403中的增益波动的图。作为光放大部件403中增益变化的结果，从光放大信号403输出的信号具有如图11(d)中所示的失真波形。

在窃听数据接收装置17305中，光解调部件404解调具有如图11(d)中所示的失真波形的光调制信号，由此再生多电平信号。因此，从光解调部件404输出的多电平信号具有失真波形。第二多电平解码部件402试图从光解调部件404输出的多电平信号中识别多值电平。但是，由于多电平信号的波形是失真的，所以无法正确识别多电平信号的多值电平。因此，窃听者无法根据多电平信号再生信息数据。而且，窃听者也不能够解码密钥信息。

如上所述，根据本实施例的数据通信装置，数据发送装置17105以规定的时间间隔切换多个密钥信息，并且基于所切换的密钥信息生成多电平信号。数据接收装置17205以规定的时间间隔切换多个密钥信息，并且基于所切换的密钥信息识别多电平信号。由此，使用多个密钥信息，本实施例的数据通信装置可以发送和接收加密信号。

而且，数据发送装置17105以比掺铒光纤放大器的增益变化响应速度更短的时间间隔来切换多个密钥信息。据此，当第三人通过使用掺铒光纤放大器来放大所截获的调制信号时，在放大的调制信号的波形中会产生失真。这阻碍了第三人判定多电平信号的多值电平和通过强力攻击解密密钥信息。因此，与第一实施例的数据通信装置相比，本实施例的数据通信装置可以进行更高隐藏性的数据通信。

这里，在本实施例中已经描述了在数据通信装置中使用两种密钥信息的情况。但是，可使用的密钥信息不限于这两种。本实施例的数据通信装置也可以使用三种以上的密钥信息。而且，在数据通信装置中，可以预先设定使用的密钥信息的顺序。在这种情况下，第一密钥信息切换部件111c和第二密钥信息切换部件212c可以具有使多个密钥信息连续生成的电路或者用于存储多个密钥信息的存储装置。

(第六实施例)

如第五实施例所述，多电平信号的电平的平均值取决于由密钥信息生成的多电平编码序列的电平的平均值。因此，本实施例的数据接收装置使用已解调多电平信号的电平的平均值作为切换多个密钥信息有关的控制信息。由此，基于该控制信息，数据接收装置选择用于多电平信号的二元判定的密钥信息。

图12是说明本发明第六实施例的数据通信装置结构的实例的框图。在图12中，第六实施例的数据接收装置17206，除第五实施例的数据接收装置17205(图8)的结构之外，还包括平均值检测部件222。而且，多电平解码部件212还包括第二密钥信息切换部件212c。下面，着重于与第五实施例的不同，描述本实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第五实施例(图8)的结构相似。因此，进行与第五实施例的操作相同操作的框图由相同的参考标记来表示，并且省略其描述。

在数据接收装置17206中，通过光传输路径126将光调制信号46输入到光解调部件219。光解调部件219将所输入的光调制信号46转换为多电平信号15。将多电平信号15输入到多电平识别部件212b和平均值检测部件222。平均值检测部件222在规定的时间内算出多电平信号15的平均值，并且将对应于该平均值的控制信号55输出到第二密钥信息切换部件212c。基于控制信号55，第二密钥信息切换部件212c选择对于多电平信号15的二元判定所必须的密钥信息。将所选密钥信息输入到第二多电平编码生成部件212a。第二多电平编码生成部件212a基于所输入的密钥信息生成多电平编码序列17。将多电平编码序列17输入到多电平识别部件212b。多电平识别部件212b使用多电平编码序列17，对多电平信号15进行二元判定并再生信息数据18。

参考图13和14描述平均值检测部件222的详细信息。图13是说明平均值检测部件222的结构的一例的框图。在图13中，平均值检测部件222具有积分电路2221，平均值算出部件2222，和控制信号生成部件2223。图14(a)是说明在生成多电平信号15中使用的密钥信息的随时间改变的图。如图14(a)所示，在时间t1到t2，密钥信息B用于生成多电平信号15。而且，在时间t2到t3，密钥信息A用于生成多电平信号15。而且，在时间t3之后，密钥信息B和密钥信息A还可以交替地用于生成多电平信号15。

图14(b)是示出将重置信号输入到积分电路2221的定时(Timing)的实例的图。如图14(b)所示，以规定的时间间隔将重置信号输入到积分电路2221。积分电路2221对多电平信号15的电平积分直到重置信号被输入为止。当重置信号被输入时，积分电路2221将积分值输出到平均值算出部件2222，并且再次从0开始多电平信号15的电平的积分。图14(c)示出积分电路2221的积分波形。

平均值算出部件2222根据从积分电路2221输入的积分值来算出多电平信号15的电平的平均值，并且将算出出的平均值输出到控制信号生成部件2223。图14(d)示出多电平信号15的电平的平均值的时间变化。如图14(d)所示，平均值算出部件2222输出基于在时间t2的密钥信息B而生成的多电平信号的平均值Mb。

当多电平信号15的平均值变化时，控制信号生成部件2223判定在生成多电平信号15中使用的密钥信息。当多电平信号15的电平的平均值在规定的值的范围内时，控制信号生成部件2223判定多电平信号15是由密钥信息A而生成的。当在规定的值的范围之外时，可以判定多电平信号15是由密钥信息B而生成的。

下面参考图14来描述控制信号生成部件2223的操作的详细实例。例如，在时间t2，从平均值算出部件2222将平均值Mb输入到控制信号生成部件2223(参见图14(d))。基于所输入的平均值Mb，控制信号生成部件2223判定用于再生在时间t1到t2的信息数据18的密钥信息(下文称为“再生密钥信息”)是密钥信息B。然后，控制信号生成部件2223以关(Off)状态将控制信号55输出到第二密钥信息切换部件212c(参见图14(e))。当控制信号55是关(Off)时，第二密钥信息切换部件212c将第二密钥信息B16b输出到第二多电平编码生成部件212b。

而且，在时间t3，从平均值算出部件2222将平均值Ma输入到控制信号生成部件2223(参见图14(d))。基于所输入的平均值Ma，控制信号生成部件2223判定在时间t2到t3的再生密钥信息是密钥信息A。然后，控制信号生成部件2223以开(On)状态将控制信号55输出到密钥信息切换部件212c(参见图14(e))。当控制信号55是开(On)时，第二密钥信息切换部件212c将第二密钥信息A16a输出到第二多电平编码生成部件212b。

这里，代替上述判定方法，例如，控制信号生成部件2223可以预先保存分别对应于多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，并且可以使用预先存储的平均值和平均值算出部件2222算出的平均值，根据多个密钥信息判定再生密钥信息。下面描述在这种情况下控制信号生成部件2223的操作的详细实例。首先，控制信号生成部件2223算出多电平信号15的电平的平均值和预先存储的平均值的差分，并且判定对应于算出的差分值的绝对值为最小的情况下的密钥信息是再生密钥信息。对应判定的结果，控制信号生成部件2223生成用于唯一确定再生密钥信息的控制信号55，并输出到第二密钥信息切换部件212c。这里，当需要提出三个以上的密钥信息时，控制信号55不是上述那样的仅仅进行开/关的信号，是可以取得对应于密钥信息的数量的电平数的信号。而且，代替多电平信号的电平的平均值，控制信号生成部件2223可以预先保存分别对应于多个密钥信息而出现的多电平编码序列的平均偏移电平。

基于从控制信号生成部件2223输出的控制信号55，第二密钥信息切换部件212c切换输出到多电平编码生成部件212b的密钥信息。因此，数据接收装置16106使用所接收的多电平信号的电平的平均值，判定在多电平信号编码中使用的密钥信息，并且进行所接收的多电平信号的二元判定。

如上所述，本实施例的数据通信装置，通过数据传输装置17105以规定时间间隔切换多个密钥信息，生成多电平信号，其中各密钥信息的信号电平的平均值是不同的。基于所接收的多电平信号的电平的平均值，数据接收装置17206判定用于根据多个密钥信息识别多电平信号的密钥信息。因此，即使在数据发送装置17105和数据接收装置17206切换密钥信息的定时是不同步的时候，与第一实施例的数据通信装置相比，本实施例的数据通信装置可以进行更高隐藏性的数据通信。

这里，在图14的描述中，重置信号的发送定时已经与密钥信息的切换定时一致。但是，重置信号的发送定时可以比切换密钥信息的间隔更短。在图14的方法中，平均值检测部件222算出在密钥信息切换的定时多电平信号15的平均值，并且判定用于生成多电平信号15密钥信息。在时间t1到t2，平均值检测部件222在时间t2之后的时间判定密钥信息。因此，多电平识别部件212b在时间t2之后进行多电平信号15的二元判定。这造成了在再生信息数据18中的时间延迟t2-t1。当将重置信号的发送定时设定为比密钥信息切换间隔更短时，可以减少多电平信号的二元判定中的延迟。

而且，可以预先设定使用的密钥信息顺序。在这种情况下，平均值检测部件222可以将已判定的密钥信息的下一个使用的密钥信息的相关信息，作为控制信号55发送到第二密钥信息切换部件212c。然后，与将被判定为密钥信息相关的控制信息输出到第二密钥信息切换部件212c的情况相比，可以减少多电平信号的二元判定中的延迟。而且，这还与平均检测需要长时间的情况对应。而且，第二多电平编码生成部件212b可以存储切换密钥信息的顺序和密钥信息，因此可以省略第二密钥信息切换部件212c。

而且，图13是说明平均值检测部件222的结构的一例的框图。同样地，平均值检测部件222也可以使用其他结构，只要其实现图13和14中描述的平均值检测部件222的功能。

(第七实施例)

图15是说明本发明第七实施例的数据通信装置结构的框图。在图15中，第七实施例的数据通信装置具有这样的结构：通过光传输路径126和分流部件127连接数据传输装置17105、第一数据接收装置17207a和第二数据接收装置17207b。第一数据接收装置17207a包括光解调部件219、多电平识别部件212和平均值检测部件222。多电平识别部件212包括第二多电平编码生成部件212a和多电平识别部件212b。第二数据接收部件17207b包括光解调部件225、平均值检测部件226和多电平识别部件227。多电平识别部件227包括第二多电平编码生成部件227a和多电平识别部件227b。

如图15所示，第一数据接收装置17207a和第二数据接收装置17207b具有相同的结构。而且，在第一数据接收装置17207a和第二数据接收装置17207b中，多电平解码部件212与第六实施例的多电平解码部件212(图12)的不同点在于没有包括第二密钥信息切换部件。下面将着重于不同点来描述第七实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第六实施例(图12)的结构相似。因此，进行相同操作的框图由相同的参考标记来表示，并且省略了其描述。

多电平编码部件111以规定的时间间隔切换第一密钥信息A11a和第一密钥信息B11b，并且利用所切换的密钥信息和信息数据10来生成多电平信号13。光调制部件125将多电平信号13调制为光调制信号46，并且将其发送到光传输部件126。光分流部件127将光调制信号46一分为二。由光分流部件127分流的光调制信号46被输入到第一数据接收装置17207a和第二数据接收装置17207b。

而且，第二密钥信息A16a被输入到第一数据接收装置17207a。因此，第一数据接收装置17207a可以仅为对应于第二密钥信息A16a的多电平信号来进行二元判定。而且，第二密钥信息B16b被输入到第二数据接收装置17207b。因此，第二数据接收装置17207b可以仅为由第二密钥信息B16b生成的多电平信号来进行二元判定。下面描述了每个数据接收装置的操作细节。

第一数据接收装置17207a将光调制信号46解调为多电平信号13。平均值检测部件222检测多电平信号15的电平的平均值。在检测对应于第二密钥信息A的多电平信号的电平的平均值时，平均值检测部件222将控制信号输出到第二多电平编码生成部件212a。第二多电平编码生成部件212a仅在平均值检测部件222输出控制信号时，将多电平编码序列17输出到多电平识别部件212b。当多电平编码序列17被输入时，多电平识别部件212b进行多电平信号15的二进制判定。同样地，第一数据接收装置17207a可以进行由使用相应密钥信息的多电平处理来处理的多电平信号的二元判定。

第二数据接收装置17207b进行与第一数据接收装置17207a的操作同样的操作。这里，第二密钥信息B16b被输入到第二数据接收装置17207b。因此，在第二数据接收装置17207b中配备的平均值检测部件226检测对应于第二密钥信息B16b的多电平信号15的电平的平均值。

如上所述，本实施例的数据通信装置，数据发送装置17105以规定的时间间隔切换多个密钥信息，由此生成多电平信号，其中与多电平信号的每个密钥信息对应的多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的，并且将所生成的多电平信号发送到多个数据接收装置17207a～17207b。数据接收装置17207a～17207b仅在由所输入的密钥信息而生成的多电平信号的电平的平均值与所接收的多电平信号的电平的平均值相一致时，基于所输入的密钥信息来解码多电平信号。因此，在本发明的数据通信装置中，数据发送装置17105可以将已加密数据发送到多个数据接收装置17207a～17207b。

这里，已经描述了在数据通信装置中使用两种密钥信息的情况下的本实施例。但是，所使用的密钥信息不限于这两种。即，数据通信装置可以使用三种以上的密钥信息。而且，数据通信装置可以预先设定将被切换的密钥信息的顺序。然后，在再生密钥信息之前，检测对应于密钥信息的平均值时，平均值检测部件222可以输出用于唯一确定再生密钥信息的控制信号55。由此，即使在检测多电平信号平均值需要很长的处理时间时，数据通信装置也可以解码多电平信号。

(第八实施例)

图16是说明本发明第八实施例的数据通信装置结构的框图。在图16中，第八实施例的数据通信装置与第一实施例的数据通信装置(图1)的不同点在于数据发送装置16105还包括N-adic编码部件131并且数据接收装置16205还包括N-adic解码部件220。

下面着重于N-adic编码部件131和N-adic编码部件220来描述第十实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第一实施例(图1)的结构相似。因此，进行相同操作的框图由相同的参考标记来表示，并且省略其描述。

在数据发送装置16105中，包括多个信息数据的信息数据集被输入到N-adic编码部件131。这里，作为信息数据集，第一信息数据50和第二信息数据51被输入。图17是说明输入到N-adic编码部件131的信息数据集的波形的图。图17(a)示出输入到N-adic编码部件131的第一信息数据50。图17(b)示出输入到N-adic编码部件131的第二信息数据51。

N-adic编码部件131将第一信息数据50和第二信息数据51编码为N-adic数(在本实例中N＝4)，并且将其输出作为具有规定的多值电平的N-adic编码信号52。这里，N是任意自然数。因此，N-adic编码部件131可以将每一时隙的可传输的信息量增加到log₂N倍。图18是说明从N-adic编码部件131输出的N-adic编码信号52的波形的图。参考图18，例如，在第一信息数据50和第二信息数据51中的逻辑组合是{L，L}时，N-adic编码部件131分配多值电平00。而且，在{L，H}的情况下，分配多值电平01，在{H，L}的情况下，分配多值电平10，在{H，H}的情况下，分配多值电平11。同样地，可以输出具有四个多值电平的N-adic编码信号52。N-adic编码部件131输出的N-adic编码信号52和从第一多电平编码生成部件111a输出的多电平编码序列12(参见图2(b))被输入到多电平处理部件111b。

多电平处理部件111b根据规定的顺序将N-adic编码信号52和多电平编码序列12合成，并且将合成的信号作为多电平信号13来输出。例如，多电平处理部件111b采用多电平编码序列12的电平作为偏移电平，然后加算N-adic编码信号52来生成多电平信号13。或者，多电平处理部件111b可以对以N-adic编码信号52进行振幅调制的多电平编码序列12，以生成多电平信号13。图19是说明从多电平处理部件111b输出的多电平信号13的波形图。在图19中，多电平信号13的多值电平以规定的电平间隔(在本实例中以三电平间隔)在四个阶段中变化。这里，虚线表示范围，在该范围中，多电平信号13的多值电平参考偏移电平(多电平编码序列12)而变化。

从多电平处理部件111b输出的多电平信号13被输入到调制部件112。调制部件112将多电平信号13调制为适合于传输路径110的信号形式，并且将调制信号作为调制信号14发送到传输路径110。例如，在传输路径110是光传输路径时，调制部件12将多电平信号13调制为光信号。

在数据接收装置16205中，解调部件211通过传输路径110接收调制信号14。解调部件211解调调制信号14并输出多电平信号15。将多电平信号15输入到多电平识别部件212b。多电平识别部件212b利用从第二多电平编码生成部件212a输出的多电平编码序列17识别多电平信号15，并且输出N-adic编码信号53。图20是描述多电平识别部件212b中判定操作的一例的图。在图20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N-adic多电平信号15的判定波形。这里，细实线(判定波形2)表示多电平编码序列17的波形。

参考图20，多电平识别部件212b生成：波形(判定波形1)，其中采用多电平编码序列17(判定波形2)作为中心将多电平编码序列17向上移动规定的电平间隔；以及波形(判定波形3)，向下移动规定的电平间隔。这里，该规定的电平间隔在与数据发送装置16105中的多电平处理部件111b之间预先设定的，并且在本实例中是三电平间隔。然后，多电平识别部件212b利用判定波形1到3来识别多电平信号15。

在时隙t1中，多电平识别部件212b比较多电平信号15和判定波形1，并且判定多电平信号15相对于判定波形1是处于低电平的。而且，将多电平信号15与判定波形2进行比较，以便判定多电平信号15相对于判定波形2是处于低电平的。而且，将多电平信号15与判定波形3进行比较，以便判定多电平信号15相对于判定波形3是处于高电平的。即，在时隙t1中，多电平识别部件212b判定多电平信号15是{低，低，高}。同样的，多电平识别部件212b判定在时隙t2中，多电平信号15是{低，高，高}，和在时隙t3中，多电平信号15是{低，低，低}。在时隙t4以及之后的操作被省略但其实也是同样的。

然后，多电平识别部件212b通过将判定的低和高的数与N-adic编码信号52的多值电平对应，并且再生N-adic编码信号52。例如，多电平识别部件212b将{低，低，低}对应为多值电平00、将{低，低，高}对应为多值电平01、将{低，高，高}对应为多值电平10，将{高，高，高}对应为多值电平11，使得能够再生N-adic编码信号53。由多电平识别部件212b再生的N-adic编码信号53被输入到N-adic解码部件220。

N-adic解码部件220解码N-adic编码信号52并将其作为信息数据集来输出。具体地，N-adic解码部件220进行N-adic编码部件131的逆操作，并且由此根据N-adic编码信号52而输出第一信息数据54和第二信息数据55。

接下来描述第三人对调制信号14的窃听操作。与第一实施例中所描述的情况相似，第三人不与数据发送装置16105共享第一密钥信息11，并且因此不能根据所窃听的调制信号14来再生第一信息数据54和第二信息数据55。而且，在实际的传输系统中，由于多种因素会产生噪声。然后，该噪声在调制信号14上重叠。即，在解调了调制信号14的多电平信号15上重叠噪声。图21是说明在其上噪声被重叠的多电平信号15的波形的图。参考图21，与第一实施例中描述的情况相似，由于在多电平信号15上的噪声重叠，第八实施例的数据通信装置可以引起使用第三人全部阈值的强力攻击中的识别错误，由此在窃听过程中产生进一步困难。

如上所述，根据本实施例，在N-adic编码部件131将信息数据集共同的转换为N-adic编码信号52，在N-adic解码部件220根据N-adic编码信号53共同的再生信息数据集时。因此，与第一实施例的数据通信装置相比，本实施例的数据通信装置可以增加每个时隙的可传输的信息量。而且，通过将信息数据集转换为N-adic编码信号52，实现了高隐藏性的数据传输。

(第九实施例)

图22是说明本发明第九实施例的数据通信装置典型结构的框图。在图22中，在第九实施例的数据通信装置中，N-adic编码部件132和N-adic解码部件221的操作与第八实施例(图16)不同。在第九实施例中，N-adic编码部件132基于第一密钥信息11根据信息数据集生成N-adic编码信号52。而且，N-adic解码部件221基于第二密钥信息16根据N-adic编码信号53生成信息数据集。着重于N-adic编码部件132和N-adic解码部件221来描述第九实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第八实施例(图16)的结构相似。因此，由相同的参考标记来表示进行相同操作的框图，并且省略了其描述。

在数据发送装置16106中，第一密钥信息11被输入到N-adic编码部件132。N-adic编码部件132基于第一密钥信息11根据信息数据集来生成N-adic编码信号52。例如，基于第一密钥信息11，N-adic编码部件132改变第一信息数据50和第二信息数据51的逻辑组合、与N-adic编码信号52的多值电平的对应关系。从N-adic编码部件132输出的N-adic编码信号52被输入到多电平处理部件111b。

在数据接收装置16206中，从多电平识别部件212b输出的N-adic编码信号53被输入到N-adic解码部件221。而且，将第二密钥信息16被输入到N-adic解码部件221。基于第二密钥信息16，N-adic解码部件221根据N-adic编码信号53输出信息数据集。具体地，N-adic解码部件221进行N-adic编码部件132的逆操作，并由此根据N-adic编码信号53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，基于第一密钥信息11，N-adic编码部件132根据信息数据集生成N-adic编码信号52，同时基于第二密钥信息16，N-adic解码部件221通过N-adic编码部件132的逆操作根据N-adic编码信号53再生信息数据集。因此，与第八实施例的数据通信装置相比，本实施例的数据通信装置实现了其中窃听变得更加困难的数据通信。

这里，在第九实施例的数据通信装置中，N-adic编码部件132可以使用与第一密钥信息11不同的第三密钥信息56根据信息数据集生成N-adic编码信号52。同样的，N-adic解码部件221可以使用与第二密钥信息16不同的第四密钥信息57根据N-adic编码信号53再生信息数据集(参见图23)。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。由此，在本实施例的数据通信装置中，将在多电平处理部件111b中使用的密钥信息和在N-adic编码部件132中使用的密钥信息分离。这实现了其中窃听变得更加困难的数据通信。

(第十实施例)

图24是说明本发明第十实施例的数据通信装置结构的框图。在图24中，第十实施例的数据通信装置与第一实施例(图1)的不同点在于：数据发送装置19105还包括同步信号生成部件134和多电平处理控制部件135，以及数据接收装置19205还包括同步信号再生部件233和多电平识别控制部件234。

图25是描述从多电平编码部件111输出的信号波形的示意图。下面参考图24和25来描述第十实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第一实施例(图1)的结构相似。因此，由相同的参考标记来表示进行相同操作的框图，并省略其描述。

在图24中，同步信号生成部件134生成规定的周期的同步信号64，并将其输出到多电平处理控制部件135。多电平处理控制部件135基于同步信号64生成多电平处理控制信号65，并且将其输出到多电平处理部件111b。多电平处理控制信号65是指定从多电平处理部件111b输出的多电平信号13的电平数(下文称为多值数)的信号。基于多电平处理控制信号65和多电平编码序列12，多电平处理部件111b根据信息数据10生成多电平信号，并将切换所生成的多电平信号的多值数的信号作为多电平信号13来输出。例如，如图25所示，多电平处理部件111b在期间A和C输出具有多值数“8”的多电平信号，并且在期间B输出具有多值数“2”的信号。更具体地，在期间A和C中，多电平处理部件111b将信息数据10和多电平编码序列12合成并输出。在期间B中，信息数据10可以被保持原样地输出。

同步信号再生部件233再生对应于同步信号64的同步信号66，并且将其输出到多电平识别控制部件234。多电平识别控制部件234基于同步信号66生成多电平识别控制信号67，并将其输出到多电平识别部件212b。基于多电平识别控制信号67，多电平识别部件212b将从解调部件211输出的多电平信号15对应的阈值(多电平编码序列17)切换，并且进行识别，以再生信息数据18。例如，如图58所示，对于在期间A和C中具有多值数的值“8”的多电平信号，多电平识别部件212b识别其中电平顺序变化的多电平编码序列17作为阈值，并在期间B中，对二元信号进行基于规定的固定阈值的识别。

这里，在图25中，将用于在期间B中的二元信号对应的阈值(平均电平)设定为与期间A和C中多电平信号的平均电平(C3)一致。但是，本发明不限于此。即，可以设为任何电平。而且，在图25中，使期间B中的二元信号的振幅设定为与信息数据10的振幅(信息振幅)一致。但是，本发明不限于此。可以设定为任何振幅，只要其大小可以由多电平识别部件212b中的固定阈值能识别。而且，在图25中，多电平信号的传输率被设定为在期间A和C与在期间B中是一样的。但是，本发明不限于此。可以采用不同的传输率。特别地，从传输效率的观点来看，优选地，在多值数较小时传输率较大。

而且，在图25中，多电平处理部件111b输出多电平信号13，该多电平信号13切换多值数8的多电平信号和二元信号。但是，多电平信号13的多值数的结合不限于此。可以采用多值数的任何结合。例如，多电平处理部件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。而且，对应于多值数的值，图24中所示的数据通信装置可以改变信息数据10和18、多电平编码序列12和17以及多电平信号13和15的传输率。

如上所述，根据本实施例，将应传送的信息数据编码为多电平信号。然后，在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，以便确保仅用于特定接收人的安全通信通道。并且，适当地减少多值数，以便选择性地实现不需要安全的通信。由此，以使用相同调制和解调系统和传输系统，将隐藏通信服务和普通通信服务混合提供，能够提供高效的通信装置。

(第十一实施例)

图26是说明本发明第十一实施例的数据通信装置结构的框图。在图26中，第十一实施例的数据通信装置与第十实施例(图24)的不同点在于：数据接收装置10201没有包括同步信号再生部件233和多电平识别控制部件234。

图27是描述从多电平编码部件111输出的信号波形的示意图。下面参考图26和27描述第十一实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第十实施例(图24)的结构相似。因此，由相同参考标记来表示进行相同操作的框图，并省略了其的描述。

在图26中，基于多电平处理控制信号65，多电平处理部件111b切换并输出多电平信号13(输出信号)的多值数，并当多电平信号13的多值数较小时将多电平信号的幅度较大地设定。例如，如图27所示，在期间A和C中多值数是“8”的情况下，使用多值数“2”并且在期间B中充分大地增加幅度。更具体地，将在期间B中的二元信号幅度设定为等于或大于期间A和C中的多电平信号振幅，然后将该信号输出。

多电平识别部件212b采用多电平编码序列17识别(二元判定)从解调部件211输出的多电平信号15，与该多值数无关，再生信息数据18。例如，如图27所示，对于在期间A和C中具有全部电平数“8”的多电平信号，采用电平顺序变化的多电平编码序列17作为阈值来进行识别，同时还在期间B中基于多电平编码序列17而对二元信号进行识别。

如上所述，根据本实施例，将应传送的信息数据编码为多电平信号，并且在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，从而确保仅用于特定接收人的安全通信通道。而且，在幅度增加时适当减少多值数，从而在多电平信号接收时实现简单的阈值控制。这使得更简单的结构能够选择性地实现不要求安全性的通信。由此，以使用相同调制和解调系统和传输系统，将隐藏通信服务和普通通信服务混合提供，能够提供高效和经济的通信装置。

(第十二实施例)

图28是说明本发明第十二实施例的数据通信装置结构的框图。在图28中，第十二实施例的数据通信装置具有这样的结构：通过传输路径110和分流部件235连接数据通信装置19105、数据接收装置10201和子数据接收装置19207。与第十一实施例相比(图26)，第十二实施例的数据通信装置的不同点在于：还提供了分流部件235和子数据接收装置19207。这里，虽然在图28中未示出，但多电平解码部件212还包括第二多电平编码生成部件212a和多电平识别部件212b。下面描述第十二实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第十一实施例的结构(图26)相似。因此，以相同参考标记表示进行相同操作的框图，并且省略其描述。

在图28中，数据发送装置19105发送调制了图27所示的多电平信号的调制信号14。分流部件235通过传输路径110将调制信号14分流为m个信号(m是大于等于2的整数；在图28的实例中m＝2)。对应于从分流部件520输出的m个调制信号中的n个调制信号(n是小于等于m的整数；在图28的实例中n＝1)而设定数据接收装置10201。在期间A和C中，基于与第一密钥信息数据11相同的密钥共享的第二密钥信息16，数据接收装置10201解调和解码调制信号，并且再生信息数据18。这里，数据接收装置10201可以在期间B识别二元信号。

对应于从分流部件235输出的m个调制信号中的m-n个调制信号(在图28的实例中m-n＝2-1＝1)而设定子数据接收装置19207。子解调部件236解调所输入的调制信号并再生多电平信号15。基于规定的固定阈值，识别部件237识别从解调部件236输出的多电平信号15，并且仅在图27中所示的期间B中再生信息数据(部分信息数据68)。

这里，在图28中，数据通信装置具有这样的结构：将分流部件235中分流数设为2(即，m＝2)，并且对应于在分流部件235中分流的一个调制信号(即，n＝1)而设置数据接收装置10201，同时对应于其他调制信号(即，m-n＝1)而设置子数据接收装置19207。但是，数据通信装置的结构不限于此。即，m和n可以被设定为任意数，只要m≥n即可。

如上所述，根据本实施例，将应传送的信息数据编码为多电平信号。然后，在第三人窃听时使接收信号质量变得很差，从而确保仅用于特定接收人的安全通信通道。同时，适当地减少多值数，以便选择性地实现到许多和非指定的接收人的同步传输通信。由此，以使用相同调制和解调系统和传输系统，将隐藏通信服务和诸如同步传输通信和广播之类的通信服务混合提供，能够提供高效的通信装置。

(第十三实施例)

图29是说明本发明第十三实施例的数据通信装置结构的框图。在图29中，第十三实施例的数据通信装置具有这样的结构：通过传输路径110和分流部件235连接数据传输装置19108、多个数据接收装置10201a～10201b和子数据接收装置19207。与第十二实施例相比(图28)，数据发送装置19108还包括：密钥信息选择部件136。这里，虽然在图29中省略，多电平解码部件212包括第二多电平编码生成部件212a和多电平识别部件212b。下面描述第十三实施例的数据通信装置。这里，本实施例的结构与第十二实施例的结构相似(图28)。因此，以相同参考标记表示进行相同操作的框图，并且省略其描述。

在图29中，密钥信息选择部件136从预先定义的n个密钥信息中选择任何一个(在图29的实例中n＝2；n个密钥信息是第一密钥信息11a和第三密钥信息11b)。基于所选密钥信息，多电平编码部件111生成如图27中所示的多电平信号13。对应于分流部件235分流的m个调制信号中的n个调制信号而设置n个单元的数据接收装置10201a和10201b(在图29的实例中m＝3，n＝2)。基于作为与第一密钥信息11a共享相同密钥的第二密钥信息16a，数据接收装置10201a解调和解码调制信号，并且再生信息数据18a。同样地，基于与第一密钥信息11a共享相同的密钥的第四密钥信息16b，数据接收装置10201b解调和解码调制信号，并且再生信息数据18b。

具体地，在图27中，当数据传送装置19108通过使用第一密钥信息11a在期间A中生成多电平信号13，数据接收装置10201a解调在期间A中输入的调制信号，并且使用第二密钥信息16a再生信息数据18a。而且，当数据发送装置19108通过使用第三密钥信息11b在期间C中生成多电平信号13，数据接收装置10201b可以解调在期间C输入的调制信号，并且使用第四密钥信息16b再生信息数据18b。这里，数据接收装置10201a和10201b可以解调在期间B中输入的调制信号，以再生部分信息数据58。

对应于从分流部件235输出的m个调制信号中的m-n个调制信号(在图29的实例中m-n＝3-2＝1)设置子数据接收装置19207。子解调部件236解调所输入的调制信号并且再生多电平信号15。基于固定的固定阈值，识别部件237识别从对应的解调部件236输出的多电平信号15，并且仅在图27中所示的期间B中再生信息数据(部分信息数据58)。

这里，在图29中，数据通信装置具有这样的结构：在分流部件235中的分流数是3(即，m＝3)，并且对应于分流部件235中分流的两个调制信号(即，n＝2)而设置两个数据接收装置10201a和10201b，同时对应于其他调制信号(即，m-n＝1)设置子数据接收装置19207。但是，数据接收装置的结构不限于此。即，m和n可以被设定为任何数，只要m≥n即可。

如上所述，根据本发明，将应传送的信息数据编码为多电平信号，并且在第三人窃听时使接收信号质量变得很差。而且，在使用时准备和切换多个密钥信息，以便分别确保安全通信通道仅用于多个特定接收人。而且，适当减少多值数，以便选择性地实现到许多和非指定的接收人的同步传输通信。由此，能够以使用相同调制和解调系统和传输系统，将隐藏的通信服务和诸如同步传输通信和广播之类的通信服务混合提供，能够提供高效的通信装置。

这里，上面描述的第二到第十二实施例的数据通信装置可以具有实施例的特性彼此相结合这样的结构。例如，据第五到第七实施例的数据通信装置可以具有第二实施例的特征(参见，例如，图30A到30C)。例如，第五到第六实施例的数据通信装置可以具有第八实施例的特性(参见，例如，图31A到31B)。

而且，数据发送装置分别进行上述处理，第一到第十二实施例的数据接收装置和数据通信装置可以作为提供了一系列步骤的数据传输方法、数据接收方法和数据通信方法来实现。

而且，在CPU截获和进行存储在存储设备(例如ROM、RAM和硬盘)中并且可以进行上述步骤的预定程序数据时，可以实现数据通信方法、数据接收方法和上述数据通信方法。在这种情况下，可以通过存储介质将程序数据导入存储设备，或者可以直接从存储介质进行程序数据。这里，存储介质指半导体存储器(例如ROM、RAM和闪存)，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。而且，存储介质的概念包括诸如电话线和运输路径之类的通信介质。

工业应用性

根据本发明的数据通信装置作为防止窃听和截获的安全隐藏通信装置是十分有用的。

Claims (25)

1.一种数据发送装置，执行加密通信，包括：

多电平编码部件，用于输入预先设定的规定的密钥信息和信息数据生成多电平信号，所述多电平信号的信号电平大致以随机数的方式变化；以及

调制部件，基于所述多电平信号生成规定的调制形式的调制信号；

所述规定的密钥信息是多个密钥信息，

所述多电平编码部件包括：

密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；

多电平编码生成部件，基于所述密钥信息切换部件输出的密钥信息生成多电平编码序列，所述多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且，对于所述密钥信息切换部件输出的每个密钥信息来说，所述多电平编码的信号电平的平均值是不同的；以及

多电平处理部件，根据规定的处理将所述多电平编码序列和所述信息数据合成，生成多电平信号，所述多电平信号具有对应于两个信号电平组合后的电平。

2.根据权利要求1所述的数据发送装置，

所述密钥信息切换部件以规定的时间间隔将所述多个密钥信息进行切换并输出给所述多电平编码生成部件。

3.根据权利要求1所述的数据发送装置，

所述密钥信息切换部件预先存储切换所述多个密钥信息的顺序，根据所述存储的顺序切换所述多个密钥信息并将其输出给所述多电平编码生成部件。

4.根据权利要求2或3所述的数据发送装置，

所述密钥信息切换部件以比掺铒光纤放大器的增益变化的响应速度更短的时间间隔切换所述多个密钥信息。

5.一种数据接收装置，执行加密通信，包括：

解调部件，解调规定的调制形式的调制信号并作为多电平信号输出；以及

多电平解码部件，输入预先设定的规定的密钥信息和所述多电平信号，输出信息数据；

所述规定的密钥信息是多个密钥信息，

所述多电平解码部件包括：

密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；

多电平编码序列生成部件，从所述密钥信息切换部件输出的密钥信息生成多电平编码序列，所述多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且，对于所述密钥信息切换部件输出的每个密钥信息来说，所述多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及

多电平识别部件，基于所述多电平编码序列识别所述多电平信号，输出所述信息数据。

6.根据权利要求5所述的数据接收装置，

所述密钥信息切换部件以规定的时间间隔将所述多个密钥信息进行切换并输出给所述多电平编码序列生成部件。

7.根据权利要求6所述的数据接收装置，还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，并且用所述算出的平均值和分别对应于所述多个密钥信息而出现的所述多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

8.根据权利要求7所述的数据接收装置，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；

平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及

控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，将当所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息判断为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；

所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出给所述多电平编码序列生成部件。

9.根据权利要求5所述的数据接收装置，

所述密钥信息切换部件预先存储切换并输出所述多个密钥信息的顺序，并且根据所述存储的顺序将所述多个密钥信息切换并输出到所述多电平编码序列生成部件。

10.根据权利要求6所述的数据接收装置，还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，用所述算出的平均值、所述预先存储的顺序以及分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

11.根据权利要求10所述的数据接收装置，其中，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号电平的平均值；以及控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的所述多电平信号的电平的平均值，选择所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息，根据所述预先存储的顺序判定所述选择的密钥信息的下一个使用的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；

所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述多电平编码序列生成部件。

12.根据权利要求5所述的数据接收装置，还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，当所述算出的平均值在规定的范围内时，生成用于指示输出所述多电平编码序列的控制信号，并输出到所述多电平编码序列生成部件，

所述多电平编码序列生成部件仅在接收所述控制信号时生成所述多电平编码序列。

13.根据权利要求12所述的数据接收装置，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；

平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及

控制信号生成部件，当所述算出的平均值的电平在规定的范围内时，生成所述控制信号。

14.一种数据通信装置，其中，数据发送装置和数据接收装置执行加密通信，

所述数据发送装置包括：

多电平编码部件，输入预先设定的规定的第一密钥信息和信息数据，生成第一多电平信号，所述第一多电平信号的信号电平大致以随机数的方式变化；以及

调制部件，基于所述第一多电平信号生成规定的调制形式的调制信号；

所述规定的第一密钥信息是多个密钥信息；

所述多电平编码部件包括：

第一密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；

第一多电平编码生成部件，根据所述第一密钥信息切换部件输出的密钥信息，生成第一多电平编码序列，所述第一多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且所述第一密钥信息切换部件输出的每个密钥信息的所述多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及

多电平处理部件，按照规定的处理将所述第一多电平编码序列和所述信息数据进行合成，并转换为所述第一多电平信号，所述第一多电平信号具有的电平对应于两个信号电平组合的电平；

所述数据接收装置包括：

解调部件，解调规定的调制形式的调制信号，输出第二多电平信号；以及

多电平解码部件，输入预先设定的规定的第二密钥信息和所述第二多电平信号，输出信息数据；所述第二密钥信息是多个密钥信息，所述多电平解码部件包括：

第二密钥信息切换部件，在规定的定时切换并输出所述多个密钥信息；

第二多电平编码生成部件，根据所述第二密钥信息切换部件输出的密钥信息，生成第二多电平编码序列，所述第二多电平编码序列的信号电平大致以随机数的方式变化，并且所述第二密钥信息切换部件输出的每个密钥信息的所述多电平编码序列的信号电平的平均值是不同的；以及

多电平识别部件，基于所述第二多电平编码序列识别所述第二多电平信号并输出所述信息数据。

15.根据权利要求14所述的数据通信装置，

所述第一密钥信息切换部件以规定的时间间隔切换所述多个密钥信息并输出到所述第一多电平编码生成部件。

16.根据权利要求14所述的数据通信装置，

所述第一密钥信息切换部件预先存储将所述多个密钥信息进行切换的顺序，根据所述存储的顺序切换所述多个密钥信息并输出给所述第一多电平编码生成部件。

17.根据权利要求15或16所述的数据通信装置，

所述第一密钥信息切换部件以比掺铒光纤放大器的增益变化的响应速度更短的时间间隔切换所述多个密钥信息。

18.根据权利要求14所述的数据通信装置，

所述第二密钥信息切换部件以规定的时间间隔切换所述多个密钥信息并输出到所述第二多电平编码序列生成部件。

19.根据权利要求18所述的数据通信装置，

所述数据接收装置还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，用所述算出的平均值和分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

20.根据权利要求19所述的数据通信装置，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；

平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号电平的平均值；以及

控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定在所述算出的平均值和所述预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；

所述密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出给所述多电平编码序列生成部件。

21.根据权利要求14所述的数据通信装置，

所述第二密钥信息切换部件预先存储切换并输出所述多个密钥信息的顺序，根据所述存储的顺序切换所述多个密钥信息并输出到所述第二多电平编码序列生成部件。

22.根据权利要求18所述的数据通信装置，

所述数据接收装置还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，用所述计算出的平均值、所述预先存储的顺序以及分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，判定用于再生所述信息数据的密钥信息为再生密钥信息。

23.根据权利要求22所述的数据通信装置，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；

平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及

控制信号生成部件，预先保存分别对应于所述多个密钥信息而出现的多电平信号的电平的平均值，选择在所述算出的平均值和预先保存的平均值之间的差分的绝对值最小的情况下的密钥信息，根据上述预先存储的顺序判定所述选择的密钥信息的下一个使用的密钥信息为所述再生密钥信息，生成用于唯一确定所述再生密钥信息的控制信号；

所述第二密钥信息切换部件将由所述控制信号确定的密钥信息，作为所述再生密钥信息，输出到所述第二多电平编码序列生成部件。

24.根据权利要求14所述的数据通信装置，

所述数据接收装置还包括：

平均值检测部件，算出每个规定时间的所述多电平信号的电平的平均值，当所述计算出的平均值在规定的范围内时，生成用于指示输出所述多电平编码序列的控制信号，输出到所述第二多电平编码序列生成部件，

所述第二多电平编码序列生成部件仅在接收所述控制信号时生成所述第二多电平编码序列。

25.根据权利要求24所述的数据通信装置，

所述平均值检测部件包括：

积分电路，输出对每个规定时间的所述多电平信号的电平进行积分而获得的积分值；

平均值算出部件，根据所述积分值算出所述多电平信号的电平的平均值；以及

控制信号生成部件，当所述算出的平均值的电平在规定的范围内时，生成所述控制信号。

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