[發明專利]基于可調諧微環諧振器的混沌信號發生器

有效

• 申請號: 201310084219.X
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103178951A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 張磊;楊林
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及保密通信、擴頻通信、無線通信與光纖通信等技術領域，本發明為基于可調諧微環諧振器的混沌信號發生器。

背景技術

近年來，隨著移動互聯網，高清視頻，社交網絡，云計算，電子商務與電子政務等新業務的出現與流行，接入網、城域網及骨干網對網絡容量的需求呈現快速持續增長的態勢。在對于各級傳輸網絡的升級改造過程中，不僅要達到增加網絡容量的目的，也需要重點關注網絡的安全與可靠。一方面，網絡的安全性與可靠性是傳輸網絡服務質量的重要方面。另一方面，在上述各種新興業務中，所傳輸的信息中包含大量的個人隱私信息，這使得傳輸網絡的安全性與可靠性變得更加重要。

混沌現象是在非線性動力系統中表現的確定性、類隨機的過程，這種過程既非周期又不收斂，并且對于初始值具有敏感的依賴性。混沌信號的波形是非常不規則的，表面上看來就像噪聲，但實際上它卻是由確定性的規則所產生的，這種規則有時是很簡單的，比如邏輯斯諦映射(Logistic?map)。正是這種簡單的規則產生出復雜的波形激發了人們對它極大的興趣。實踐證明，在大量的物理系統和自然系統中都存在著混沌信號。

在確定性的系統中發現混沌，改變了人們過去一直認為宇宙是一個可以預測的系統的看法。用決定論的方程，找不到穩定的模式，得到的卻是隨機的結果，徹底打破了拉普拉斯決定論式的可預測性的幻想。但人們同時發現到過去許多曾被認為是噪聲的信號，其實是一些簡單的規則生成的。這些包含內在規則的“噪聲”不同于真正的噪聲，它們的這種規則是完全可以應用的。

由于混沌具有類噪聲的特點并可實現混沌控制與同步，它的最直接的應用就是保密通信。其做法是在信息發送端將原始信號與混沌信號進行混疊，經過信道傳輸后在接收端通過混沌控制與同步技術再將混沌信號從合成信號中剔除，得到原始信息。

混沌的另一個應用是在擴頻通信中，它利用偽隨機編碼對待傳送的數據進行調制，實現頻譜擴展后再進行傳輸。接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復出原始數據。擴頻通信具有抗干擾，保密性強，可多址復用等優點。80年代初它被應用于民用通信領域，各國都紛紛提出在數字峰窩移動通信、衛星移動通信和個人通信中采用擴頻技術。混沌信號在擴頻通信中的應用便是用來產生擴展頻譜的偽隨機編碼。通過混沌同步技術，發射端與接收端采用同步混沌信號生成的偽隨機編碼來進行信號的調制與解調。

公開于1997年的專利“Method?and?apparatus?for?encrypting?and?decrypting?information?using?a?digital?chaos?signal”(United?States?Patent5696826)描述了一種利用混沌信號進行加密通信的系統。其中混沌信號的產生由某種混沌映射實現，而采用哪種混沌映射函數，以及混沌發生器的初值、延遲及其它參數均由密鑰中的某個特定參數決定。混沌映射函數可能為邏輯斯諦映射(Logistic?map)，也可能為洛倫茲映射(Lorenz?map)。這些函數的實現需要依靠計算機軟件或大規模集成電路，這將制約該方案產生混沌信號的數據速率。

公開于1999年的專利“Device?for?sending?or?receiving?a?signal?encrypted?using?deterministic?chaos”(United?States?Patent6704420)提出了一種利用馬赫-曾德爾干涉型調制器作為非線性單元實現混沌信號發生器的加密通信系統。該專利指出實現馬赫曾德爾干涉型調制器的材料可以是鈮酸鋰、砷化鎵或硅。由于采用馬赫曾德爾干涉型調制器，這一調制方式使得器件體積會比較大。另外，由于馬赫曾德爾干涉型調制器實際上是有限沖激響應濾波器，它在進行光信號的調制時，驅動信號的擺幅比較高(在3V左右或者更高，取決于采用的材料、器件長度及電光效應的強弱)。

公開于2009年的專利“Chaos?generator?for?accumulation?of?stream?entropy”(United?States?Patent7587047)提出了一種增加數據熵的混沌信號發生器。該混沌信號發生器包含一個低熵隨機數據源和一個熵增加單元。該熵增加單元通過四次映射來實現混沌信號的產生，需要進行的運算包括求冪運算與求余運算，這些運算依靠集成電路來實現，這一特點同樣將制約該方案產生混沌信號的數據速率。

發明內容