CN109743273A - 神经形态仿生调制电路和通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，提供一种神经形态仿生调制电路和通信系统，所述系统包括：数据发送模块和数据接收模块；数据发送模块的编码单元将目标信息转换为进制数据，神经形态仿生调制电路根据第一信号源的第一模拟脉冲信号和进制数据生成仿生混沌调制脉冲，发送单元将仿生混沌调制脉冲发送出去；数据接收模块的接收单元将仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号，计数单元根据目标调制信号对第二信号源的第二模拟脉冲信号计数得到目标计数序列，控制单元根据目标计数序列确定目标信息。本发明的调制电路可以对目标信息进行混沌加密，提高数据传输的安全性，通信系统抗干扰能力强，实现异步通信，提高了数据传输的安全性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，更具体地说，是涉及一种神经形态仿生调制电路和通信系统。
背景技术
脉冲超宽带(Impulse-like Radio Ultra Wide Band，IR-UWB)是超宽带技术的一种，采用直接发送短脉冲信号的方式进行通信，具有频谱共享、信道容量大、抗多径能力强、穿透力强等特点，所以脉冲超宽带的应用越来越广泛，主要应用于短距离小型网络中。
现有的通信系统，一般需要在同步的前提下完成解调工作，同步时间越短越好，但脉冲超宽带发射的脉冲宽度在0.1-1ns之间，脉冲极短且占空比低，使得接收机在找脉冲位置时需要很长的同步时间；此外，脉冲超宽带主要应用于短距离小型网络，传输信号容易被捕获，降低了数据传输的安全性。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种神经形态仿生调制电路和通信系统，旨在现有技术中通信系统的同步时间长、数据传输安全性低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种神经形态仿生调制电路，包括：脉冲输入端、译码模块、充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；
所述脉冲输入端，与外部信号源和所述充放电模块连接，用于接收所述外部信号源的模拟脉冲信号，并将模拟脉冲信号转换成电流脉冲从而对所述充放电模块进行充电；
所述译码模块，与所述充放电模块连接，用于对目标数据进行译码得到目标控制信号并发送给所述充放电模块；
所述充放电模块，分别与所述钠通道模块和所述钾通道模块并联，用于根据所述目标控制信号、所述模拟脉冲信号，进行充放电形成膜电压；
所述钠通道模块，用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；
所述钾通道模块，用于根据所述钠通道电流及所述脉冲输入端输出的电流脉冲信号进行充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；
所述充放电模块，还用于根据所述脉冲输入端产生的电流脉冲、所述钠通道电流充电以及所述钾通道电流进行放电，并输出所述目标数据的仿生混沌调制脉冲。
可选的，所述译码模块为N位译码器；
所述充放电模块包括：第一端、2N个控制端、第二端和2N个充放电单元；
所述充放电模块的第一端与所述脉冲输入端连接，2N个控制端均与所述N位译码器的输出端连接，所述充放电模块的第一端分别与所述钠通道模块的第一端和所述钾通道模块的第一端连接，所述充放电模块的第二端分别与所述钠通道模块的第二端和所述钾通道模块的第二端连接；
所述充放电模块的2N个控制端与所述2N个充放电单元的控制端一一对应连接，所述2N个充放电单元的第一端均与所述充放电模块的第一端连接，所述2N个充放电单元的第二端均与所述充放电模块的第二端和地端连接。
可选的，每个所述充放电单元均包括：开关元件和第一电容；
所述第一电容的第一端与所述充放电单元的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述开关元件的第一端连接；
所述开关元件的第二端与所述充放电单元的控制端连接，所述开关元件的第三端与所述充放电单元的第二端连接。
可选的，所述钠通道模块包括：第一端、第二端、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻和模拟钠通道平衡电压的电源；
所述钠通道模块的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述钾通道模块的第一端连接，所述钠通道模块的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述钾通道模块的第二端连接；
所述第一三极管的基极与所述钠通道模块的第一端和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过所述第一电阻分别与所述钠通道模块的第二端、所述模拟钠通道平衡电压的电源的第二端和地端连接；
所述第二三极管的集电极还与所述钠通道模块的第一端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第二电阻与所述模拟钠通道平衡电压的电源的第一端连接。
可选的，所述钾通道模块包括：第一端、第二端、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第二电容和模拟钾通道平衡电压的电源；
所述钾通道模块的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述钠通道模块的第一端连接，所述钾通道模块的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述钠通道模块的第二端连接；
所述第三电阻的第一端分别与所述钾通道模块的第一端和所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三三极管的集电极连接；
所述第三三极管的基极分别与所述第四电阻的第二端和所述第二电容的第一端连接，所述第三三极管的发射极通过所述模拟钾通道平衡电压的电源分别与所述钾通道模块的第二端、所述第二电容的第二端和地端连接。
本发明实施例的第二方面提供了一种通信系统，包括数据发送模块和数据接收模块，所述数据发送模块包括：编码单元、第一信号源、发送单元和如上述实施例的第一方面提供的任一种所述的神经形态仿生调制电路；
所述编码单元，用于将目标信息转换为进制数据发送给所述神经形态仿生调制电路；
所述神经形态仿生调制电路，用于接收所述第一信号源的第一模拟脉冲信号，根据所述第一模拟脉冲信号和所述进制数据生成仿生混沌调制脉冲并发送给所述发送单元，以使发送单元将所述仿生混沌调制脉冲发送给所述数据接收模块；
所述数据接收模块包括接收单元、计数单元、第二信号源和控制单元；
所述接收单元，用于将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给所述计数单元；
所述计数单元，用于接收所述第二信号源的第二模拟脉冲信号，根据所述目标调制信号对所述第二模拟脉冲信号计数，得到目标计数序列，所述第一模拟脉冲信号和所述第二模拟脉冲信号的频率相等；
所述控制单元，用于根据所述目标计数序列确定所述目标信息。
可选的，所述控制单元具体用于：
存储所述目标计数序列和多个标定数据计数序列；
利用二分法将所述目标计数序列与所述多个标定数据计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标信息。
可选的，所述发送单元包括：第一微分电路和信号发送装置；
所述第一微分电路，用于对所述仿生混沌调制脉冲进行微分得到微分调制脉冲；
所述信号发送装置，用于将所述微分调制脉冲发送给所述数据接收模块。
可选的，所述接收单元包括：信号接收装置和第二微分电路；
所述信号接收装置，用于接收所述仿生混沌调制脉冲；
所述第二微分电路，用于将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给所述计数单元。
可选的，所述第一信号源和第二信号源均包括：密钥寄存器和脉冲发生器；
所述密钥寄存器，用于向所述脉冲发生器发送频率控制信号，频率控制信号用于控制所述模拟脉冲信号的频率；
所述脉冲发生器，用于根据所述频率控制信号发送模拟脉冲信号。
本发明实施例中神经形态仿生调制电路和通信系统与现有技术相比的有益效果在于：神经形态仿生调制电路抗干扰能力强，成本小，功耗低，其中译码模块根据目标数据控制充放电模块充电使充放电模块两端形成膜电压，钠通道模块根据膜电压输出钠通道电流，钾通道模块输出钾通道电流，然后充放电模块根据脉冲输入端输出电流、钠通道电流和钾通道电流进行充放电，输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，即对目标数据进行了混沌加密，提高目标数据传输的安全性；通信系统中，数据接收模块的接收单元将仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号，然后计数单元根据目标调制信号对第二信号源的第二模拟脉冲信号计数得到目标计数序列，通过目标计数序列确定目标信息，实现了异步通信，提高了通信传输的抗干扰能力，进而提高了数据传输的安全性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的神经形态仿生调制电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的神经形态仿生调制电路的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的电流源的电路示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种电流源的电路示意图；
图5为本发明实施例提供的通信系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的数据发送模块的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的数据接收模块的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
参见图1，本发明实施例提供的一种神经形态仿生调制电路，包括：脉冲输入端10、译码模块20、充放电模块30、钠通道模块40和钾通道模块50。
脉冲输入端10与外部信号源和充放电模块30连接，译码模块20与充放电模块30连接，充放电模块30与钠通道模块40并联，钠通道模块40与钾通道模块50并联。
其中，脉冲输入端10用于接收所述外部信号源的模拟脉冲信号，并将模拟脉冲信号转换成电流脉冲信号从而对所述充放电模块进行充电；译码模块20用于对目标数据进行译码得到目标控制信号并发送给充放电模块30；充放电模块30用于根据所述目标控制信号、所述模拟脉冲信号进行充电形成膜电压；钠通道模块40用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；钾通道模块50用于根据所述脉冲输入端10输出的电流脉冲信号和所述钠通道电流进行充电，在第二电容的充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；充放电模块30还用于根据所述脉冲输入端产生的电流脉冲、所述钠通道电流以及所述钾通道电流进行充电，并输出所述目标数据的仿生混沌调制脉冲。
示例性的，脉冲输入端10接收外部信号源的方波电压脉冲，并按照比例输出相同频率与脉宽的方波电流脉冲，译码模块20对目标数据进行译码得到目标控制信号，方波电流脉冲可以为充放电模块30提供充电电流，充放电模块30根据目标控制信号选择内部对应器件进行充电，例如根据目标控制信号运用内部一路充放电单元进行充电形成膜电压，然后钠通道模块40在膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流(当膜电压大于第一预设电压时Q1打开，Q2也打开，则V1所在支路打开，输出钠通道电流)，钾通道模块50根据脉冲输入端输出的脉冲电流和钠通道电流充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流，最后充放电模块30根据所述脉冲输入端输出的脉冲电流及所述钠通道电流充电，以及根据所述钾通道电流进行放电输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，即神经形态仿生调制电路根据目标数据对方波脉冲的时间间隔进行“混沌编码”，输出的仿生混沌调制脉冲带有神经元信息，实现了对目标数据的混沌加密。
上述神经形态仿生调制电路，译码模块20根据目标数据控制充放电模块30充放电使充放电模块30两端形成膜电压，钠通道模块40根据膜电压输出钠通道电流，钾通道模块50输出钾通道电流，然后充放电模块30根据脉冲输入端输出的脉冲电流、钠通道电流和钾通道电流进行充放电，输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，即对目标数据进行了混沌加密，提高目标数据传输的安全性；且神经形态仿生调制电路抗干扰能力强，成本小，功耗低。
一个实施例中，脉冲输入端10可以包括脉冲输入端口和电流泵。参见图2，脉冲输入端口与外部信号源和电流泵连接，电流泵与充放电模块30连接。
可选的，参见图3，电流泵可以包括电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Ry1、电阻Ry2和运放器U1。电阻Rx1的第一端接地，第二端与运放器U1的反相输入端连接；电阻Rx2的第一端与脉冲输入端口连接，第二端分别与运放器U1的正相输入端和充放电模块30连接；运放器U1的反相输入端通过电阻Ry1与运放器U1的输出端连接，运放器U1的正相输入端通过电阻Ry2与运放器U1的输出端连接。
一个实施例中，参见图4，电流泵还可以包括电阻Rx1、电阻Rx2、电阻Rx3、电容Cx、电阻Ry1、电阻Ry2、电阻Ry2、电容Cy和运放器U2。
电阻Ry1的第一端接地，第二端分别与运放器U2的反相输入端、电阻Ry2的第一端和电容Cy的第一端连接；电阻Ry2的第二端分别与电容Cy的第二端和电阻Ry3的第一端连接，电阻Ry3的第二端分别与运放器U2的输出端和电阻Rx3的第一端连接；电阻Rx1的第一端与脉冲输入端口连接，第二端分别与运放器U2的正相输入端、电阻Rx2的第一端和电容Cx的第一端连接，电阻Rx2的第二端分别与电容Cx的第二端、电阻Rx3的第二端和充放电模块30连接。
电流泵将模拟脉冲转换为与模拟脉冲相同频率与脉宽的电流输出给充放电模块30，在放大信号的同时稳定信号，结构简单，功耗低。
可选的，参见图2，译码模块20可以为N位译码器。具体的，N位译码器有N条输入信号线，2N种信号输出，所以也可以有2N条输出信号线。输入的N位2进制数(目标数据)控制相应输出信号线输出有效信号(例如高电平1)，其余输出信号线为零，例如，目标数据为010，译码数据为2，则控制2号输出信号线输出1，其他7(2N-1，N＝3)条输出信号线输出0(无效信号)。N位译码器的每条输出信号线控制一个充放电单元，即输出信号线与充放电单元一一对应连接。
本实施例对译码模块20的译码位数N不做限定，可以是低位译码器，例如2位译码器，也可以是高位译码器，例如8位译码器。其中，高位译码器可以使用多个低位译码器组合而成，如5位译码器可以使两个4位译码器和一个反向器组成。应理解，译码模块20可以为译码器，也可以为实现相关功能的译码电路，本实施例对译码模块20的具体结构不做限定。
一个实施例中，参见图2，充放电模块30包括：第一端、2N个控制端、第二端和2N个充放电单元。
充放电模块30的第一端与脉冲输入端10连接，2N个控制端均与所述N位译码器的输出端连接，即2N个控制端与N位译码器的2N条输出信号线一一对应连接，充放电模块30的第一端分别与所述钠通道模块的第一端和所述钾通道模块的第一端连接，所述充放电模块的第二端分别与钠通道模块40的第二端和所述钾通道模块的第二端连接。
充放电模块30的2N个控制端与2N个充放电单元的控制端一一对应连接，所述2N个充放电单元的第一端均与充放电模块30的第一端连接，所述2N个充放电单元的第二端均与充放电模块30的第二端和地端连接。2N个充放电单元之间并联。
可选的，每个充放电单元均可以包括：开关元件和第一电容。每个充放电单元的第一电容的电容值均不相同。
所述第一电容的第一端与所述充放电单元的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述开关元件的第一端连接；所述开关元件的第二端与所述充放电单元的控制端连接，所述开关元件的第三端与所述充放电单元的第二端连接。
参见图2，第一充放电单元包括开关元件K1和第一电容C1，第二充放电单元包括开关元件K2和第一电容C2，一直到第m充放电单元包括开关元件Km和第一电容Cm，其中m＝2N。每个开关元件控制着一个第一电容，当N位译码器的输出信号线输出1时，对应的开关元件闭合，对应第一电容充放电，其余充放电单元断开，例如，目标数据为010，3位译码器的第2输出信号线输出1，与第2输出信号线连接的开关元件K2闭合，第一电容C2充放电，其余充放电单元断开。
可选的，如图2，充放电模块30还可以包括泄放电阻Rn。泄放电阻Rn与各个充放电单元并联，对充放电单元放电提供泄放通道。
上述充放电模块30，根据目标数据可以控制对应第一电容充放电，每个第一电容的电容值均不相同，即每个目标数据对模拟脉冲信号的时间间隔的“编码”也不同，实现了对目标数据的有效加密。
一个实施例中，参见图2，钠通道模块40包括：第一端、第二端、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2和模拟钠通道平衡电压的电源V1。其中模拟钠通道平衡电压的电源V1具有钠离子通道特征。
钠通道模块40的第一端与充放电模块30的第一端和钾通道模块40的第一端连接，钠通道模块40的第二端分别与充放电模块30的第二端和钾通道模块40的第二端连接。第一三极管Q1的基极与钠通道模块40的第一端和第二三极管Q2的集电极连接，第一三极管Q1的集电极与第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的发射极通过第一电阻R1分别与钠通道模块40的第二端、模拟钠通道平衡电压的电源V1的第二端和地端连接。
第二三极管Q2的集电极还与钠通道模块40的第一端连接，第二三极管Q2的发射极通过第二电阻R2与模拟钠通道平衡电压的电源V1的第一端连接。
一个实施例中，参见图2，钾通道模块50包括：第一端、第二端、第三电阻R3、第四电阻R4、第三三极管Q3、第二电容Ck和模拟钾通道平衡电压的电源V2。钾通道模块50的第一端分别与充放电模块30的第一端和钠通道模块40的第一端连接，钾通道模块50的第二端分别与充放电模块30的第二端和钠通道模块40的第二端连接。
第三电阻R3的第一端分别与钾通道模块50的第一端和第四电阻R4的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第三三极管Q3的集电极连接。
第三三极管Q3的基极分别与第四电阻R4的第二端和第二电容Ck的第一端连接，第三三极管Q3的发射极通过模拟钾通道平衡电压的电源V2分别与钾通道模块50的第二输入端、第二电容Ck的第二端和地端连接。
结合上述实施例中的神经形态仿生调制电路的具体电路结构，对本实施的神经形态仿生调制电路的工作原理进行说明，详述如下：
参见图2，去极化过程：根据模拟脉冲信号和目标控制信号对对应的第一电容充电并在第一电容两端形成膜电压，膜电压逐渐升高直到超过第一三极管Q1的开启电压，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2也导通，模拟钠通道平衡电压的电源V1经第二电阻R2和第二三极管Q2产生正的钠通道电流输出，膜电压快速升高，模拟了生物神经元细胞膜外钠离子迅速内流而使膜电压快速升高的去极化过程。
复极化过程：钠通道电流和电流泵输出的模拟脉冲信号(电流脉冲)还通过第四电阻R4对钾通道模块50的第二电容Ck充电，当第二电容Ck两端的电压大于第三三极管Q3的开启电压时，第三三极管Q3导通，模拟钾通道平衡电压的电源V2产生负的钾通道电流，第一电容根据钾通道电流快速放电，膜电压迅速下降，此过程模拟了神经元细胞膜内钾离子迅速外流而使膜电压Vmem快速降低的复极化过程。
超极化过程：当膜电压下降到阈值电压时，第一三极管Q1和第二三极管Q2截止，模拟了生物神经元细胞膜上钠离子通道的关闭过程。当膜电压下降到静息电位时，第二电容Ck通过第四电阻R4放电，第二电容Ck两端电压仍然大于第三三极管Q3的开启电压，模拟钾通道平衡电压的电源V2通过第三电阻R3和第三三极管Q3输出负的钾通道电流，膜电压继续降低，从而使膜电压小于静息电位，模拟了神经元膜电压的超极化过程；
电流泵输出的模拟电流脉冲继续对充放电模块30中的第一电容充电，又开启“去极化过程——复极化过程——超极化过程”的过程，即产生下一个仿生混沌调制脉冲。
充放电模块的第一端、钠通道模块的第一端和钾通道模块的第一端，为同一端(因为是并联的关系)，在所述三个第一端中，任意一端监测的电压均为膜电压，监测膜电压随时间的变化波形，即神经形态仿生调制电路输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，神经形态仿生调制电路输出仿生混沌调制脉冲的过程模仿了生物神经元动作电位产生的动力学行为，输出的模拟脉冲信号的时间间隔具有混沌分布的特点，进行了神经形态信息的加密，实现了对模拟脉冲信号的仿生调制。
上述实施例中，译码模块20根据目标数据控制充放电模块30充电使充放电模块30两端形成膜电压，钠通道模块40根据膜电压输出钠通道电流，钾通道模块50输出钾通道电流，然后充放电模块30根据电流泵产生的脉冲电流、钠通道电流和钾通道电流进行充放电，输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，即对目标数据进行了混沌加密，提高目标数据传输的安全性；且神经形态仿生调制电路抗干扰能力强，成本小，功耗低。
实施例二
基于上述实施例一提供的神经形态仿生调制电路，本实施例提供了的一种通信系统。参见图5，本实施例的通信系统包括：数据发送模块100和数据接收模块200。
数据发送模块100包括：第一信号源110、编码单元120和发送单元140，还包括如实施例一提供的任一种神经形态仿生调制电路130。编码单元120、第一信号源110均与神经形态仿生调制电路130连接，神经形态仿生调制电路130与发送单元140连接。
其中，编码单元120将目标信息转换为进制数据发送给神经形态仿生调制电路130；神经形态仿生调制电路130接收第一信号源110的第一模拟脉冲信号，根据所述第一模拟脉冲信号和所述进制数据生成仿生混沌调制脉冲并发送给发送单元140，以使发送单元140将所述仿生混沌调制脉冲发送给数据接收模块200。
数据接收模块200包括接收单元210、计数单元230、第二信号源220和控制单元240；接收单元210与计数单元230的复位端连接，第二信号源220与计数单元230的时钟端连接，计数单元230的输出端与控制单元240连接。
接收单元210将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给计数单元230；计数单元230接收第二信号源220的第二模拟脉冲信号，根据所述目标调制信号对所述第二模拟脉冲信号计数，得到目标计数序列，所述第一模拟脉冲信号和所述第二模拟脉冲信号的频率相等；控制单元240根据所述目标计数序列确定所述目标信息。
生物神经系统作为产生感觉、学习、记忆和思维等认知功能的器官，其信息处理过程主要由大量神经元和神经突触组成的神经网络实现。神经元之间利用动作电位脉冲序列作为信号载体传递信息，即动作电位脉冲序列的时间间隔编码神经信息，同时神经元之间不存在同步时钟，所以不需要同步通信就能完成可靠的信息传递，并且动作电位序列的时间间隔具有混沌特征，可实现混沌加密的效果而不易被破译。所以本实施例将神经形态仿生调制电路130应用在通信系统的数据传输中，即可以实现对数据的加密，也可以实现异步通信。
示例性的，编码单元120将目标信息转换为二进制数据发送给神经形态仿生调制电路130；神经形态仿生调制电路130根据二进制数据将第一模拟脉冲信号进行调制输出仿生混沌调制脉冲，发送单元140将所述仿生混沌调制脉冲利用脉冲超宽带技术发送，此时的超宽带脉冲信号的时间间隔序列就等于动作电位之间的时间间隔序列；接收单元210接收脉冲并将仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给计数单元230的时钟端，计数单元230根据目标调制信号对第二模拟脉冲信号计数，得到目标计数序列，超宽带脉冲信号的时间间隔序列就等于动作电位之间的时间间隔序列，此时间间隔序列编码调制了输入的N位2进制数，最后控制单元240根据所述目标计数序列确定所述目标信息。
上述通信系统，神经形态仿生调制电路130输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，实现了对目标数据的加密，提高目标数据传输的安全性；数据接收模块200的接收单元210将仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号，然后计数单元230根据目标调制信号对第二信号源220的第二模拟脉冲信号计数得到目标计数序列，通过目标计数序列确定目标信息，实现了异步通信，提高了通信传输的抗干扰能力，进而提高了数据传输的安全性和稳定性。
具体的，控制单元240具体用于：存储所述目标计数序列和多个标定数据计数序列；利用二分法将所述目标计数序列与所述多个标定数据计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标信息。
标定数据计数序列是指预先将多个已知的数据经过上述通信系统计数后得到的序列。在传输目标数据得到目标计数序列后，将目标计数序列与多个标定数据计数序列进行一一匹配，由于标定数据计数序列较多，所以本实施例采用二分法将目标计数序列与多个标定数据计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标信息，即在标定数据计数序列中找到与目标计数序列相同的序列，即确定了该目标信息。
一个实施例中，参见图6，发送单元140包括：第一微分电路141和信号发送装置142。
第一微分电路141用于对所述仿生混沌调制脉冲进行微分得到微分调制脉冲。可选的，第一微分电路141可以是微分电路，也可以是微分器等设备。信号发送装置142用于将所述微分调制脉冲发送给数据接收模块200。可选的，信号发送装置142可以为超宽带脉冲发送机。
一个实施例中，参见图7，接收单元210包括：信号接收装置211和第二微分电路212。
信号接收装置211用于接收所述仿生混沌调制脉冲，可选的，信号接收装置211可以为超宽带脉冲接收机；第二微分电路212用于将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给计数单元230，可选的，第二微分电路212可以是微分电路，也可以是微分器等设备。
一个实施例中，第一信号源110和第二信号源220均包括：密钥寄存器和脉冲发生器。密钥寄存器用于向所述脉冲发生器发送频率控制信号，频率控制信号用于控制所述模拟脉冲信号的频率；脉冲发生器用于根据所述频率控制信号发送模拟脉冲信号。
参见图6和图7，第一信号源110包括密钥寄存器111和脉冲发生器112，第二信号源220包括密钥寄存器221和脉冲发生器222。不同的密钥值控制不同的频率，模拟脉冲信号的频率不同，则计数结果也就不同，参见表1。本实施例中第一信号源110和第二信号源220的密钥寄存器的频率控制信号相同，第一模拟脉冲信号和第二模拟脉冲信号的频率相等。示例性的，表1示出了模拟脉冲信号为方波信号，密钥寄存器的3种密钥值、4种第一电容取值和2位译码器对应得到的标定数据计数序列，即为目标数据的“序列字典”。
表1“序列字典”
示例性的，密钥寄存器控制脉冲发生器输出第一频率的方波脉冲，目标信息转换为二进制数据控制神经形态仿生调制电路的第一电容充电，经过神经形态仿生调制产生动作电位脉冲序列(仿生混沌调制脉冲)输出，经过第一微分电路141进行微分通过超宽带脉冲发送机发送，此动作电位脉冲序列调制了输入的二进制数据(目标信息)，对目标信息进行了混沌加密处理。
超宽带脉冲接收机将接收的仿生混沌调制脉冲(目标调制信号)输入计数器的复位端，第二信号源的方波脉冲输入到计数器的时钟端，方波脉冲的上升沿触发计数器的时钟端计数并锁存，当目标调制信号输出一个逻辑信号给计数器的复位端，计数器在收到清零信号时，先将其计数值输出给控制单元240，然后再将其计数值清零，方波脉冲的上升沿触发计数器的时钟端计数。循环上述过程，超宽带脉冲信号就会使控制单元240对应记录一串“计数值”序列，即目标计数序列，然后将目标计数序列与多个标定数据计数序列进行一一匹配，在标定数据计数序列中找到与目标计数序列相同的序列，即确定了该目标信息。
由表1可知，目标信息的目标计数序列由密钥寄存器的密钥(模拟脉冲信号的频率)、2N种第一电容取值和译码器真值表共同决定，控制单元240将此对应关系(标定数据计数序列)存储，然后将目标计数序列与多个标定数据计数序列进行一一匹配，完成仿生解调工作，确定目标信息。
上述实施例中，神经形态仿生调制电路130输出目标数据的仿生混沌调制脉冲，实现了对目标数据的加密，提高目标数据传输的安全性；数据接收模块200的接收单元210将仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号，然后计数单元230根据目标调制信号对第二信号源220的第二模拟脉冲信号计数得到目标计数序列，通过目标计数序列确定目标信息，实现了异步通信，提高了通信传输的抗干扰能力，进而提高了数据传输的安全性和稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种神经形态仿生调制电路，其特征在于，包括：脉冲输入端、译码模块、充放电模块、钠通道模块和钾通道模块；
所述脉冲输入端，与外部信号源和所述充放电模块连接，用于接收所述外部信号源的模拟脉冲信号，并将模拟脉冲信号转换成电流脉冲从而对所述充放电模块进行充电；
所述译码模块，与所述充放电模块连接，用于对目标数据进行译码得到目标控制信号并发送给所述充放电模块；
所述充放电模块，分别与所述钠通道模块和所述钾通道模块并联，用于根据所述目标控制信号、所述模拟脉冲信号，进行充放电形成膜电压；
所述钠通道模块，用于在所述膜电压大于第一预设电压时输出钠通道电流；
所述钾通道模块，用于根据所述钠通道电流及所述脉冲输入端输出的电流脉冲信号进行充电，在充电电压大于第二预设电压时输出钾通道电流；
所述充放电模块，还用于根据所述脉冲输入端产生的电流脉冲、所述钠通道电流充电以及所述钾通道电流进行充放电，并输出所述目标数据的仿生混沌调制脉冲。
2.如权利要求1所述的神经形态仿生调制电路，其特征在于，所述译码模块为N位译码器；
所述充放电模块包括：第一端、2N个控制端、第二端和2N个充放电单元；
所述充放电模块的第一端与所述脉冲输入端连接，2N个控制端均与所述N位译码器的输出端连接，所述充放电模块的第一端分别与所述钠通道模块的第一端和所述钾通道模块的第一端连接，所述充放电模块的第二端分别与所述钠通道模块的第二端和所述钾通道模块的第二端连接；
所述充放电模块的2N个控制端与所述2N个充放电单元的控制端一一对应连接，所述2N个充放电单元的第一端均与所述充放电模块的第一端连接，所述2N个充放电单元的第二端均所述充放电模块的第二端和地端连接。
3.如权利要求2所述的神经形态仿生调制电路，其特征在于，每个所述充放电单元均包括：开关元件和第一电容；
所述第一电容的第一端与所述充放电单元的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述开关元件的第一端连接；
所述开关元件的第二端与所述充放电单元的控制端连接，所述开关元件的第三端与所述充放电单元的第二端连接。
4.如权利要求1所述的神经形态仿生调制电路，其特征在于，所述钠通道模块包括：第一端、第二端、第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻和模拟钠通道平衡电压的电源；
所述钠通道模块的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述钾通道模块的第一端连接，所述钠通道模块的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述钾通道模块的第二端连接；
所述第一三极管的基极与所述钠通道模块的第一端和所述第二三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过所述第一电阻分别与所述钠通道模块的第二端、所述模拟钠通道平衡电压的电源的第二端和地端连接；
所述第二三极管的集电极还与所述钠通道模块的第一端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第二电阻与所述模拟钠通道平衡电压的电源的第一端连接。
5.如权利要求1至4任一项所述的神经形态仿生调制电路，其特征在于，所述钾通道模块包括：第一端、第二端、第三电阻、第四电阻、第三三极管、第二电容和模拟钾通道平衡电压的电源；
所述钾通道模块的第一端分别与所述充放电模块的第一端和所述钠通道模块的第一端连接，所述钾通道模块的第二端分别与所述充放电模块的第二端和所述钠通道模块的第二端连接；
所述第三电阻的第一端分别与所述钾通道模块的第一端和所述第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三三极管的集电极连接；
所述第三三极管的基极分别与所述第四电阻的第二端和所述第二电容的第一端连接，所述第三三极管的发射极通过所述模拟钾通道平衡电压的电源分别与所述钾通道模块的第二端、所述第二电容的第二端和地端连接。
6.一种通信系统，包括数据发送模块和数据接收模块，其特征在于，所述数据发送模块包括：编码单元、第一信号源、发送单元和如权利要求1至5任一项所述的神经形态仿生调制电路；
所述编码单元，用于将目标信息转换为进制数据发送给所述神经形态仿生调制电路；
所述神经形态仿生调制电路，用于接收所述第一信号源的第一模拟脉冲信号，根据所述第一模拟脉冲信号和所述进制数据生成仿生混沌调制脉冲并发送给所述发送单元，以使发送单元将所述仿生混沌调制脉冲发送给所述数据接收模块；
所述数据接收模块包括接收单元、计数单元、第二信号源和控制单元；
所述接收单元，用于将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给所述计数单元；
所述计数单元，用于接收所述第二信号源的第二模拟脉冲信号，根据所述目标调制信号对所述第二模拟脉冲信号计数，得到目标计数序列，所述第一模拟脉冲信号和所述第二模拟脉冲信号的频率相等；
所述控制单元，用于根据所述目标计数序列确定所述目标信息。
7.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述控制单元具体用于：
存储所述目标计数序列和多个标定数据计数序列；
利用二分法将所述目标计数序列与所述多个标定数据计数序列进行匹配，根据匹配结果确定所述目标信息。
8.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述发送单元包括：第一微分电路和信号发送装置；
所述第一微分电路，用于对所述仿生混沌调制脉冲进行微分得到微分调制脉冲；
所述信号发送装置，用于将所述微分调制脉冲发送给所述数据接收模块。
9.如权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述接收单元包括：信号接收装置和第二微分电路；
所述信号接收装置，用于接收所述仿生混沌调制脉冲；
所述第二微分电路，用于将所述仿生混沌调制脉冲转换为目标调制信号发送给所述计数单元。
10.如权利要求6至9任一项所述的通信系统，其特征在于，所述第一信号源和第二信号源均包括：密钥寄存器和脉冲发生器；
所述密钥寄存器，用于向所述脉冲发生器发送频率控制信号，频率控制信号用于控制所述模拟脉冲信号的频率；
所述脉冲发生器，用于根据所述频率控制信号发送模拟脉冲信号。
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