CN112202499A - 信号发送装置、信号接收装置及混沌加密光通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种信号发送装置、信号接收装置、混沌加密光通信系统及信号传输方法，所述信号发送装置包括：第一混沌激光器和调制器，所述第一混沌激光器的出射端与所述调制器的入射端连接；其中，所述第一混沌激光器，用于产生携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器；所述调制器，用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

Description

信号发送装置、信号接收装置及混沌加密光通信系统

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种信号发送装置、信号接收装置、混沌加密光通信系统及信号传输方法。

背景技术

由于社会发展对信息量的需求剧增，信息安全的重要性显著提高，小到个人隐私大到国家机密，信息安全都有着举足轻重的作用。保密通信也因此受到社会各界的广泛关注。

目前，传统的保密通信技术主要包括混沌加密通信技术、量子加密通信技术。与计算机算法加密不同，这两种技术采用纯物理的方式加密，提高了信息的安全性。但量子加密通信目前正处于起步阶段，距离商用长距离通信尚有一段距离。由于混沌具有遍历性、内随机性、对初值的敏感性及难以长期预料等特点，基于物理层面的混沌加密通信已成为相关领域研究的关注重点。目前，人们在电学混沌加密通信方面的成果比较丰富，提出了许多基于电学混沌的加密通信方案。但电学混沌的电子电路系统具有天然的电子瓶颈限制，信号速率不能很高；另外，电子信号的传递往往也伴随较高的衰减，这就导致在高速的，远程的加密通信领域中的应用受到很大的限制。而基于激光器的激光混沌系统在兼得电学混沌系统的众多优点的同时保证了高带宽，能与现有光纤系统良好兼容，以实现传播过程中的低损耗，非常适合应用于长距离加密通信中。正因此，基于激光混沌的加密通信备受国内外众多科学家的关注。

但是，混沌加密通信中的信息安全保障还很薄弱，信息很容易被窃密者攻破，因此，需要提高混沌加密通信的保密性。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种信号发送装置、信号接收装置、混沌加密光通信系统及信号传输方法。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种信号发送装置，包括：第一混沌激光器和调制器，所述第一混沌激光器的出射端与所述调制器的入射端连接；其中，

所述第一混沌激光器，用于产生携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器；

所述调制器，用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

在一种可选的实施方式中，所述第一混沌激光器，具体用于采用所述目标信息对所述第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号。

在一种可选的实施方式中，所述调制器，具体用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制。

在一种可选的实施方式中，所述调制器为电吸收调制器。

第二方面，本申请实施例提供一种信号接收装置，包括：第一减法器、第二混沌激光器和第二减法器，所述第一减法器的出射端分为第一路和第二路，所述第一路与所述第二减法器的入射端连接，所述第二路与所述第二混沌激光器的入射端连接，所述第二混沌激光器的出射端与所述第二减法器的入射端连接；其中，

所述第一减法器，用于接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至所述第二减法器和所述第二混沌激光器；

所述第二混沌激光器，用于产生混沌信号，将所述混沌信号发送至所述第二减法器；

所述第二减法器，用于将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

在一种可选的实施方式中，所述第二混沌激光器，具体用于通过所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间的公共信道判断所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间是否同步；

在判定所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间同步的情况下，将所产生的混沌信号发送至所述第二减法器。

第三方面，本申请实施例提供一种混沌加密光通信系统，所述系统包括第一方面所述的信号发送装置、传输光纤、以及第二方面所述的信号接收装置；所述信号发送装置中的调制器的出射端与所述传输光纤的入射端连接，所述传输光纤的出射端与所述信号接收装置中的第一减法器的入射端连接；其中，

所述信号发送装置，用于通过所述传输光纤将调制后的信号发送至所述信号接收装置；

所述信号接收装置，用于通过所述传输光纤接收所述信号发送装置发送的调制后的信号。

第四方面，本申请实施例提供一种信号传输方法，所述方法包括：

产生携带目标信息的混沌信号；

采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

在一种可选的实施方式中，所述产生携带目标信息的混沌信号，包括：

采用所述目标信息对第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号。

在一种可选的实施方式中，所述采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，包括：

采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制。

第五方面，本申请实施例提供一种信号传输方法，所述方法包括：

接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；

产生混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

本申请实施例的技术方案，混沌加密光通信系统包括信号发送装置、传输光纤和信号接收装置，其中，信号发送装置包括：第一混沌激光器和调制器，所述第一混沌激光器产生携带目标信息的混沌信号，调制器采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，从而完成对目标信息的加密。信号发送装置通过传输光纤发送调制后的信号至信号接收装置。信号接收装置包括第一减法器、第二混沌激光器和第二减法器，其中，第一减法器接收到调制后的信号后，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至第二减法器和第二混沌激光器；第二混沌激光器产生混沌信号，将该混沌信号发送至第二减法器；第二减法器将携带目标信息的混沌信号减去混沌信号得到所述目标信息，从而完成对目标信息的解密。通过上述技术方案，通过第一混沌激光器对目标信号进行隐藏的同时，再通过调制器对携带目标信息的混沌信号进行调制，从而进一步提高了保密性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种信号发送装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种信号接收装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种混沌加密光通信系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种信号传输方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种信号传输方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图1为本申请实施例提供的一种信号发送装置的结构示意图，如图1所示，所述信号发送装置100包括：第一混沌激光器110和调制器120，所述第一混沌激光器110的出射端与所述调制器120的入射端连接；其中，

所述第一混沌激光器110，用于产生携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器120；

所述调制器120，用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

在本申请实施例中，所述第一混沌激光器110，具体用于采用所述目标信息对所述第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号。这里，所述第一混沌激光器可以为分布式反馈(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器。在实际应用时，所述第一混沌激光器可以包括透反镜和分布式反馈激光器。

在本申请实施例中，所述调制器120，具体用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制。从而使混沌加密光通信系统的保密性得到提升。其中，所述调制器为电吸收调制器。电吸收调制器是基于半导体材料吸收效应的光信号调制器件，其易于集成，且其驱动电压低，而调制速率高。

本申请实施例中通过第一混沌激光器对目标信号进行隐藏的同时，再通过调制器对携带目标信息的混沌信号进行调制，从而进一步提高了保密性。混沌激光器和调制器可以组成光通信系统中信号发射端的核心模块，混沌激光器和调制器的组合既能够直接用于混沌加密，又可以与其他光通信系统结合用于进行光通信，从而可以降低制作成本，提高本申请实施例提供的信号发送装置利用率。

图2为本申请实施例提供的一种信号接收装置的结构示意图，如图2所示，所述信号接收装置200包括：第一减法器210、第二混沌激光器220和第二减法器230，所述第一减法器210的出射端分为第一路和第二路，所述第一路与所述第二减法器230的入射端连接，所述第二路与所述第二混沌激光器220的入射端连接，所述第二混沌激光器220的出射端与所述第二减法器230的入射端连接；其中，

所述第一减法器210，用于接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至所述第二减法器230和所述第二混沌激光器220；

所述第二混沌激光器220，用于产生混沌信号，将所述混沌信号发送至所述第二减法器230；

所述第二减法器230，用于将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

在本申请实施例中，所述信号接收装置接收所述信号发送装置发送的调制后的信号，对所述调制后的信号进行解调和解密，以得到所述调制后的信号中隐藏的目标信息。

在本申请实施例中，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述第二混沌激光器220信号是起到注入锁定的作用，使得第二混沌激光器220的状态与第一混沌激光器的状态相同，增强第二混沌激光器220和第一混沌激光器之间的同步性。

在本申请实施例中，所述第二混沌激光器220，具体用于通过所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间的公共信道判断所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间是否同步；

在判定所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间同步的情况下，将所产生的混沌信号发送至所述第二减法器230。

这里，所述第二混沌激光器可以为分布式反馈激光器。在实际应用时，所述第二混沌激光器可以包括透反镜和分布式反馈激光器。

在本申请实施例中，判断所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间是否同步的方法可以为通过光谱仪测量所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间的公共信道上传输的信号的中心波长，当所述第一混沌激光器和所述第二混沌激光器220输出的混沌信号的中心波长相同，则说明所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器达到混沌同步。那么此时可以将所述第二混沌激光器220输出的信号作为混沌信号，从而所述第二减法器230可以将所述携带目标信息的混沌信号减去第二混沌激光器220输出的混沌信号，得到所述目标信息。

在本申请实施例中，判断所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器之间是否同步的方法还可以为在第二混沌激光器220与第一混沌激光器的信号传输的过程中，同时对第二混沌激光器220与第一混沌激光器取一段相同时间段的时序信号，对第二混沌激光器220与第一混沌激光器的时序信号做互相关计算。当计算得到的互相关系数达到0.95以上时，则确定所述第二混沌激光器220与第一混沌激光器达到混沌同步。

图3为本申请实施例提供的一种混沌加密光通信系统的结构示意图，如图3所示，所述混沌加密光通信系统包括：信号发送装置、传输光纤320、以及信号接收装置；所述信号发送装置中的调制器311的出射端与所述传输光纤320的入射端连接，所述传输光纤320的出射端与所述信号接收装置中的第一减法器331的入射端连接；其中，

所述信号发送装置，用于通过所述传输光纤320将调制后的信号发送至所述信号接收装置；

所述信号接收装置，用于通过所述传输光纤320接收所述信号发送装置发送的调制后的信号。

在本申请实施例中，所述信号发送装置还包括第一混沌激光器312，所述第一混沌激光器312用于产生携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器311。

在本申请实施例中，所述信号接收装置还包括第二混沌激光器332和第二减法器333；所述第一减法器331的出射端分为第一路和第二路，所述第一路与所述第二减法器333的入射端连接，所述第二路与所述第二混沌激光器332的入射端连接，所述第二混沌激光器332的出射端与所述第二减法器333的入射端连接；其中，

所述第一减法器331，用于接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至所述第二减法器333和所述第二混沌激光器332；

所述第二混沌激光器332，用于产生混沌信号，将所述混沌信号发送至所述第二减法器333；

所述第二减法器333，用于将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

在本申请实施例中，需要保证第一混沌激光器312和第二混沌激光器332具有相似的内部参数，那么它们发出的混沌信号将一致，混沌加密光通信系统达到良好的对称状态，此时便可以实现第一混沌激光器312和第二混沌激光器332延时为零的等时混沌同步，如此，第一混沌激光器312和第二混沌激光器332产生相互同步的混沌信号，可作为加密通信的混沌载波信号。将同步后的混沌信号用分别用于信号的加密和解密以实现加密传输。

以下结合图3对本申请实施例中混沌加密光通信过程进行详细阐述：

采用所述目标信息对所述第一混沌激光器312的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器311，所述调制器311采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制，将调制后的信号通过所述传输光纤320发送至所述第一减法器331，所述第一减法器331接收所述调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至所述第二减法器333和所述第二混沌激光器332；所述第二混沌激光器332产生混沌信号，将所述混沌信号发送至所述第二减法器333；所述第二减法器333将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。从而实现了目标信息的加密和解密的全过程。

本申请实施例还提供一种信号传输方法，图4为本申请实施例提供的一种信号传输方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：

步骤401、产生携带目标信息的混沌信号。

在本申请实施例中，信号发送装置中的第一混沌激光器采用所述目标信息对所述第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至信号发送装置中的调制器。

步骤402、采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

在本申请实施例中，信号发送装置中的调制器采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制，发送调制后的信号。其中，所述调制器为电吸收调制器。

本申请实施例还提供一种信号传输方法，图5为本申请实施例提供的一种信号传输方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：

步骤501、接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号。

在本申请实施例中，信号接收装置中的第一减法器接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至信号接收装置中的第二减法器和第二混沌激光器。

步骤502、产生混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

在本申请实施例中，信号接收装置中的第二混沌激光器产生混沌信号，将所述混沌信号发送至信号接收装置中的第二减法器；信号接收装置中的第二减法器将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

在本申请实施例中，通过信号接收装置中的第二混沌激光器与信号发送装置中的第一混沌激光器之间的公共信道判断所述第二混沌激光器与所述第一混沌激光器之间是否同步；在判定所述第二混沌激光器与所述第一混沌激光器之间同步的情况下，将所产生的混沌信号发送至信号接收装置中的第二减法器。

在本申请实施例中，需要保证第一混沌激光器和第二混沌激光器具有相似的内部参数，那么它们发出的混沌信号将一致，混沌加密光通信系统达到良好的对称状态，此时便可以实现第一混沌激光器和第二混沌激光器延时为零的等时混沌同步，如此，第一混沌激光器和第二混沌激光器产生相互同步的混沌信号，可作为加密通信的混沌载波信号。将同步后的混沌信号用分别用于信号的加密和解密以实现加密传输。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种信号发送装置，其特征在于，包括：第一混沌激光器和调制器，所述第一混沌激光器的出射端与所述调制器的入射端连接；其中，

所述第一混沌激光器，用于产生携带目标信息的混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号发送至所述调制器；

所述调制器，用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一混沌激光器，具体用于采用所述目标信息对所述第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制器，具体用于采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制器为电吸收调制器。

5.一种信号接收装置，其特征在于，包括：第一减法器、第二混沌激光器和第二减法器，所述第一减法器的出射端分为第一路和第二路，所述第一路与所述第二减法器的入射端连接，所述第二路与所述第二混沌激光器的入射端连接，所述第二混沌激光器的出射端与所述第二减法器的入射端连接；其中，

所述第一减法器，用于接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；将所述携带目标信息的混沌信号分别发送至所述第二减法器和所述第二混沌激光器；

所述第二混沌激光器，用于产生混沌信号，将所述混沌信号发送至所述第二减法器；

所述第二减法器，用于将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二混沌激光器，具体用于通过所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间的公共信道判断所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间是否同步；

在判定所述第二混沌激光器与第一混沌激光器之间同步的情况下，将所产生的混沌信号发送至所述第二减法器。

7.一种混沌加密光通信系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1至4中任一项所述的信号发送装置、传输光纤、以及权利要求5至6中任一项所述的信号接收装置；所述信号发送装置中的调制器的出射端与所述传输光纤的入射端连接，所述传输光纤的出射端与所述信号接收装置中的第一减法器的入射端连接；其中，

所述信号发送装置，用于通过所述传输光纤将调制后的信号发送至所述信号接收装置；

所述信号接收装置，用于通过所述传输光纤接收所述信号发送装置发送的调制后的信号。

8.一种信号传输方法，其特征在于，所述方法包括：

产生携带目标信息的混沌信号；

采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，发送调制后的信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述产生携带目标信息的混沌信号，包括：

采用所述目标信息对第一混沌激光器的注入电流进行调制，生成携带目标信息的混沌信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号进行调制，包括：

采用调制信号对所述携带目标信息的混沌信号的激光强度、相位和频率中的至少之一进行调制。

11.一种信号传输方法，其特征在于，所述方法包括：

接收调制后的信号，采用调制信号对所述调制后的信号进行解调，得到携带目标信息的混沌信号；

产生混沌信号，将所述携带目标信息的混沌信号减去所述混沌信号，得到所述目标信息。

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