(57)【要約】本発明は、カオス信号によるスペクトル拡散を用いたデータ送信に関するものである。本発明によれば、直接カオス通信システムの開発を可能とする。このシステムでは、データがデータ送信の帯域幅内で直接生成されるカオス信号に組込まれる。本発明の目的は、カオス動的システムの補助による、ブロードバンドデータ搬送波の送信に必要な構成を達成することにある。この構成は、必要なスペクトル特性を示すカオスデータ搬送波の形態で、ブロードバンド搬送波を形成する方法によって、上記データ搬送波を所定の特性と一致するように予め合成するものである。カオスデータ搬送波の変調は、送信されたデータ信号について、送信されたデータについて、所定期間、所定の時間間隔を有するカオス高周波および光インパルスを形成することにより行う。受信結果の受信および復調は、受信結果のカオス動的システムの振舞に関して調整された動的システムの補助により実行される。
2004525530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側で、所定の情報伝送帯域幅の範囲内の広帯域情報搬送波を生成するステップと、該情報搬送波を情報信号を用いて変調するステップと、該変調された情報搬送波を、通信チャネルを介して送信側から受信側へ伝送するステップと、受信側で受信された情報搬送波を復調して該情報信号を抽出するステップとを含むカオス信号を用いた情報伝達方法であって、
上記広帯域情報搬送波の所定の特性に基づいて予め合成された構成のカオス動的システムによって上記広帯域情報搬送波を形成するステップを行い、
上記カオス動的システムを合成するステップでは、上記カオス動的システムのための同一の振舞を保障する上記システムのパラメータを提示し、
上記同一のパラメータ領域に基づいて、少なくとも必要なスペクトル特性を有するカオス情報搬送波の形式で上記広帯域情報搬送波を形成するステップを保障するような上記カオス動的システムのパラメータ値を選択し、
上記情報信号に基づいて、パルス間を所定の時間間隔と共に所定の期間を有するカオス高周波または光パルスを形成した後、通信チャネルを介して上記変調された情報搬送波を送信することによって上記変調ステップを行い、
上記送信側での上記カオス動的システムの振舞に適合した動的システムによって上記受信側で受信および復調するステップを行うことを特徴とする情報伝達方法。
【請求項２】
上記カオス動的システムとして、上記広帯域情報搬送波を形成するための少なくとも１つの活性素子と補足周波数選択機構とを有する自己発振システムが用いられることを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【請求項３】
上記動的自己発振システムは、上記広帯域情報搬送搬送波を形成するモード、および／またはカオス高周波または光パルスおよびその間隔を形成するモードを選択する制御手段を用いて補足することを特徴とする請求項２に記載の情報伝達方法。
【請求項４】
上記高周波または光パルスおよびその間隔を形成するステップは、上記自己発振システムの補足フィードバック回路で行われることを特徴とする請求項２に記載の情報伝達方法。
【請求項５】
上記所定の期間および時間間隔を有する上記高周波または光パルスを形成するステップは、上記カオス動的システムの振舞を制御することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【請求項６】
上記カオス動的システムの振舞を制御するステップは、上記カオス動的システムのパラメータの変化を制御することによって行うことを特徴とする請求項５に記載の情報伝達システム。
【請求項７】
上記カオス動的システムの振舞を制御するステップは、上記カオス動的システムの位相状態空間の代表点の軌跡を制御することによって行うことを特徴とする請求項５に記載の情報伝達方法。
【請求項８】
上記軌跡を制御するステップは、上記カオス動的システム動作の初期状態を変化させることによって行うことを特徴とする請求項７に記載の情報伝達方法。
【請求項９】
上記軌跡を制御するステップは、所定期間、上記位相状態空間の所定の領域での上記カオス動的システムの位相状態空間における上記代表点の軌跡を保持することによって行うことを特徴とする請求項７に記載の情報伝達方法。
【請求項１０】
上記カオス高周波または光パルスおよび／またはその間隔の期間は、補足カオス動的システムによって生成したカオス標本と、送信される入力情報とを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【請求項１１】
上記受信側で受信および復調するステップは、上記送信側でのカオス動的システムのカオス信号を用いて少なくとも一部を同期する振舞を行うカオス動的システムを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【請求項１２】
上記受信側で受信および復調するステップは、出力信号が上記送信側でのカオス動的システムの信号のエンベロープに一致するカオス動的システムを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の情報伝達方法。
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、カオス信号を用いたスペクトル拡散通信に関するものである。
【０００１】
〔発明の背景〕
今日では、動的カオスと通称される、非線形決定論的動的システム（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ）によって生成されたカオス信号が、情報伝達に適した信号を構成するという数々の特長を有していることが知られている。特に、カオス信号を、搬送波や変調波として使用することの利点は、以下の各文献に示されている（Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ａ．Ｉ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ．Ｏ． ＳＴＲＫＯＶ； 「現代の通信システムにおけるパラダイムとしての動的カオス」； Ｕｓｐｅｋｈｉ Ｓｏｖｒｅｍｅｎｎｏｙ Ｒａｄｉｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋｉ； １９９７年； Ｎｏ． １０； ４ページ （ロシア語）、Ｍ． ＨＡＳＬＥＲ； 「カオス理論を用いた情報伝達における成果」； Ｕｓｐｅｋｈｉ Ｓｏｖｒｅｍｅｎｎｏｙ Ｒａｄｉｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋｉ； １９９８年； Ｎｏ． １１； ３３ページ （ロシア語））。動的カオスを用いた情報伝達回路として具体的に提案されてきたものとしては、情報信号をカオスマスキング（ｃｈａｏｔｉｃ ｍａｓｋｉｎｇ）する回路（Ｌ， ＫＯＣＡＲＥＶ， Ｋ．Ｓ． ＨＡＬＬＥ， Ｋ． ＥＣＫＥＲＴ， Ｌ． ＣＨＵＡ， Ｕ． ＰＡＲＬＩＴＺ；「カオス同期による安定した通信の実験的デモンストレーション」； Ｉｎｔ． Ｊ． Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｏｓ； １９９２年； ｖ． ２； Ｎｏ． ３； ７０９ページ）、カオスモード切換 （ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｈａｏｔｉｃ ｍｏｄｅｓ）を伴う回路（Ｈ． ＤＥＤＩＥＵ， Ｍ． ＫＥＮＮＥＤＹ， Ｍ． ＨＡＳＬＥＲ； 「カオスシフトキー （ｃｈａｏｓ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）：自己同期型チュア回路を用いたカオス搬送波（ｃｈａｏｔｉｃ ｃａｒｒｉｅｒ）の変調と復調」； ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ； １９９３年１０月； ｖ． ＣＡＳ−４０； Ｎｏ． １０； ６３４ページ）、カオス信号への情報信号の非線形混合を伴う回路（Ａ．Ｒ． ＶＯＬＫＯＶＳＫＩ， Ｎ．Ｖ． ＲＵＬＫＯＶ； 「カオス搬送波による情報伝達の非線形システムにおける同期カオス応答（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｈａｏｔｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）」； Ｌｅｔｔｅｒｓ ｔｏ Ｚｈｕｒｎ． Ｔｅｃｈｎ． Ｆｉｚ．； １９９３年； ｖ． １９； Ｎｏ． ３； ７１ページ （ロシア語）、Ａ ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ａ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ． ＳＴＡＲＫＯＶ； 「音声、音楽信号のカオスを用いた伝達に関する実験」； Ｉｎｔ． Ｊ． Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｏｓ； １９９５年； ｖ． ５； Ｎｏ． ３； ３７１ページ）等がある。現在検討されているのは、直接カオス通信システム（ｄｉｒｅｃｔ ｃｈａｏｔｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ）の製造を実現することである。ここで、カオス発振は、例えばマイクロ波のような、情報伝達を行う周波数帯域に明確に生じる情報搬送波として現われる。（Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ｂ．Ｅ． ＫＹＡＲＧＩＮＳＫＩ， Ｎ．Ａ． ＭＡＫＳＩＭＯＶ， Ａ．Ｉ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ．Ｏ． ＳＴＡＲＫＯＶ； 「高帯域、超広帯域における直接カオス通信システムの構築の可能性」； Ｒａｄｉｏｔｅｋｈｎｉｃａ； ２０００年； Ｎｏ． ３； ９ページ（ロシア語））。
【０００２】
スペクトル拡散通信方式には以下の二種類がある。一方の種類は、狭帯域の周期的情報搬送波を使う方式である。例えば、符号分割多元接続システム（ＣＤＭＡ）や、周波数変調システムなどである。この場合、伝送情報の周波数帯域は、伝送信号の周波数帯域よりも原則的に狭く構成される。もう一方のスペクトル拡散通信方式は、主に、周波数帯域が伝送情報の周波数帯域よりも広い、広帯域の搬送波を用いるものである（米国特許４３６３１３０； Ｈ ０４ Ｋ１／００； １９８２年１２月７日公開）。周波数ホッピング型スペクトル拡散システム（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｙｓｔｅｍｓ）もこれに含まれる（Ｊ． ＰＲＯＡＫＩＳ；「デジタル通信」； ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ， Ｉｎｃ．； Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ； １９９５年； ７４１ページ）。
【０００３】
上記の中で本発明に最も近い、周波数ホッピング型スペクトル拡散通信方式は、送信側で、所定の情報伝送帯域幅の範囲内の広帯域情報搬送波を生成するステップと、該情報搬送波を情報信号を用いて変調するステップと、該変調された情報搬送波を、通信チャネルを介して送信側から受信側へ伝送するステップと、受信側で受信された情報搬送波を復調して該情報信号を抽出するステップとからなっている（上記のＰＲＯＡＫＩＳを参照）。
【０００４】
この方式とは違い、本発明では、広帯域情報搬送波を生成するステップが、カオス動的システム（ｃｈａｏｔｉｃ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）によって行われる。このカオス動的システムは、情報伝達用の周波数幅全域（例えばマイクロ波の帯域）に、直接収まるようなカオス信号を生成する。このような信号を広帯域搬送波として使用するためには、電磁スペクトルにおける所要の周波数帯域の中にカオス発振が発生するという問題を解決すること、及び送信側におけるカオス信号内への情報入力する方法と受信側における該信号からの情報抽出する方法とを効果的に行うことが必要となる。現況では、このような方法に即して動作するシステムの開発への指針が示されたにとどまり、実際のマイクロ波への応用はまだ行われていない（Ｒａｄｉｏｔｅｋｈｎｉｋａ Ｍａｇａｚｉｎｅ所収の上記Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ参照）。
【０００５】
〔発明の要旨〕
したがって、本発明の課題は、カオス信号を用いた情報送信方法を開発することにある。この方法の技術的成果は、後述する直接カオス通信システムのような、情報が情報送信帯域内で直接得られるカオス信号に入力される通信システムを実施することにある。
【０００６】
上記技術成果を達成するこの課題を解決するために、カオス信号を用いた情報送信方法は、送信側で、所定の情報伝送帯域幅の範囲内の広帯域情報搬送波を生成するステップと、該情報搬送波を情報信号を用いて変調するステップと、該変調された情報搬送波を、通信チャネルを介して送信側から受信側へ伝送するステップと、受信側で受信された情報搬送波を復調して該情報信号を抽出するステップとを含んでいる。本発明によれば、上記広帯域情報搬送波の所定の特性に基づいて予め合成された構成のカオス動的システムによって上記広帯域情報搬送波を形成するステップを行い、上記カオス動的システムを合成するステップでは、上記カオス動的システムのための同一の振舞を保障する上記システムのパラメータを提示し、上記同一のパラメータ領域に基づいて、少なくとも必要なスペクトル特性を有するカオス情報搬送波の形式で上記広帯域情報搬送波を形成するステップを保障するような上記カオス動的システムのパラメータ値を選択し、上記情報信号に基づいて、パルス間を所定の時間間隔と共に所定の期間を有するカオス高周波または光パルスを形成した後、通信チャネルを介して上記変調された情報搬送波を送信しすることによって上記変調ステップを行い、上記送信側での上記カオス動的システムの振舞に適合した動的システムによって上記受信側で受信および復調する。
【０００７】
本発明の１つの特徴は、上記カオス動的システムとして、上記広帯域情報搬送波を形成するための少なくとも１つの活性素子と補足周波数選択機構とを有する自己発振システムを用いることにある。
【０００８】
このため、上記動的自己発振システムは、上記広帯域情報搬送搬送波を形成するモード、および／またはカオス高周波または光パルスおよびその間隔を形成するモードを選択する制御手段を用いて補足される、または、上記高周波または光パルスおよびその間隔を形成するステップは、受信側で、上記自己発振システムの補足フィードバック回路で行われる。
【０００９】
上記方法の別の特徴は、所定の期間および時間間隔を有する上記高周波または光パルスを形成するステップが、上記カオス動的システムの振舞を制御することによって行われることにある。
【００１０】
この場合、上記カオス動的システムの振舞を制御するステップは、上記カオス動的システムのパラメータの変化を制御することによって行われる、または、上記カオス動的システムの振舞を制御するステップは、上記カオス動的システムの位相状態空間の代表点の軌跡を制御することによって行われる。
【００１１】
上記軌跡を制御するステップは、上記カオス動的システム動作の初期状態を変化させることによって行われる、または、上記軌跡を制御するステップは、所定期間、上記位相状態空間の所定の領域での上記カオス動的システムの位相状態空間における上記代表点の軌跡を保持することによって行われる。
【００１２】
この方法のさらに別の特徴は、上記カオス高周波または光パルスおよび／またはその間隔の期間は、補足カオス動的システムによって生成したカオス標本と、送信される入力情報とを用いて行うことにある。
この方法のさらに別の特徴は、上記受信側で受信および復調するステップは、上記送信側でのカオス動的システムのカオス信号を用いて少なくとも一部を同期する振舞を行うカオス動的システムを用いて行うことにある。
【００１３】
この方法のさらに別の特徴は、上記受信側で受信および復調するステップは、出力信号が上記送信側でのカオス動的システムの信号のエンベロープに一致するカオス動的システムを用いて行われることにある。
【００１４】
先行技術には、本発明の方法の重要な特徴の全構成について記載された情報源は知られていないので、この方法は新規性を有していると思料される。
【００１５】
また、先行技術には、本発明の方法に特有の特徴について記載された情報源は知られていないので、この方法は進歩性を有していると思料される。
【００１６】
〔発明の好ましい形態〕
本発明の実施の各形態について記述する前に、まずその基礎となっている動的（または決定論的）カオスについて説明する。
【００１７】
「決定論的カオス」という語は、非線形動的システムによって生み出される複雑な非周期運動を指している。このような運動は外部からのノイズが全く無い状態でも発生し、決定論的動的システム自体の特性によって完全に決定される。また、動的カオスは、連続的なパワースペクトル、指数関数的に減少する自己相関関数、長期的な周期の予測不可能性といったランダム過程の特性の多くを有している。
【００１８】
動的システムの振舞は「位相空間」という概念を用いて記述されるが、ここではシステムのある状態は点として表され、その状態からの時間変化は、前記の点の移動に沿った位相軌跡として表現される。決定論的カオスを用いるシステムは、その位相空間内に、各位相軌跡が単一の方向へと収束するアトラクタマニホールド（ａｔｔｒａｃｔｉｎｇ ｍａｎｉｆｏｌｄ）を有している。この誘引マニホールドはストレンジアトラクタと呼ばれる。
【００１９】
現在、カオス信号を生成し得る動的システムが多数考案され、研究されている。カオスを生み出しうる最も単純な動的システムは、離散時間動的システム、即ち以下の、ロジスティック関数と通称されるものである。
ｘ（Ｋ＋１）＝μｘ（ｋ）（１−ｘ（ｋ））        （１）
パラメータｘの値が所定の範囲にあるとき、式（１）は標本ｘ（ｋ）の非周期的な無限数列を生成する。
【００２０】
最も単純な連続時間カオスシステムは、三つの簡単な微分方程式によって記述されるが、少なくともその一部は、一つ以上の成分を、規則的な発振を生成する一般的なジェネレータに補足することによってなるジェネレータを表している。この他のカオス源は、従来的な電子ジェネレータと結びつけるのは容易ではなかったが、それも最新の回路素子によって実現されるようになってきている。さて、このようなカオス源で、１．５の自由度を有するものの典型例が以下のシステムである。
【００２１】
トンネル・ダイオードジェネレータ（Ａ．Ｓ． ＰＩＫＯＶＳＫＩ， Ｍ．Ｉ． ＲＡＢＩＮＯＶＩＣＨ； ＤＡＮ ＳＳＳＲ；「確率的に振舞う調和発振機」； １９７８年； ｖ． ２３９； Ｎｏ． １−２； ３０１ページ （ロシア語））。このジェネレータはの無次元式は以下のようになる。
ｘ’＝ｙ−δｚ
ｙ’＝−ｘ＋２γｙ＋αｚ＋β’        （２）
μｚ’＝ｘ−ｆ（ｚ）
式中、ｆ（ｚ）はトンネルダイオードの非線形応答、α、β、γ、δはそれぞれパラメータを表す。この場合の生成回路は図１に示されている。
【００２２】
チュア回路 （Ｔ． Ｍａｔｚｕｍｏｔｏ；「チュア回路からのカオスアトラクタ」； ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔ．； １９８４年； ｖ． ＣＡＳ−３１； Ｎｏ． １２； １０５５ページ）。この電気回路図が図２に示されている。該回路を記述する無次元式は、以下のようになる。
ｘ’＝α（ｙ−ｘ−ｈ（ｘ））
ｙ’＝ｘ−ｙ＋ｚ，        （３）
ｚ’＝−βｙ−ｙｚ
この式で、α、β、γはそれぞれパラメータである。上記のシステム（３）における非線形成分の応答は、区分線形であると仮定される。
【００２３】
ｈ（ｘ）＝ｍ１＋０．５（ｍ０−ｍ１）［｜ｘ＋１｜−｜ｘ１−｜］         （４）
式（４）において、ｍ０とｍ１とは標準化された区分線形関数の傾きを表している。
【００２４】
リング回路オシレータ（Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ｖ．  Ｙａ． ＫＩＳＬＯＶ； 「慣性一次時間遅延を伴う発振機の確率的発振」； Ｒａｄｉｏｔｅｋｈｎｉｋａ ｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｋａ； １９８４年； ｖ． ２９； Ｎｏ． １２； ２３８９ページ（ロシア語））。このオシレータモデルの無次元式は、下記のようになる。
Ｔｘ’＝−ｘ＋Ｍｆ（ｚ）
ｙ’＝ｘ−ｚ             （５）
ｚ’＝−ｙ−αｚ
ここで、Ｔ、Ｍ、αはパラメータ、ｆ（ｚ）は非線形成分応答とする。図３はこのようなオシレータのブロック図で、ＮＥは非線形成分、Ｆ１とＦ２はそれぞれ一次と二次のローパス・フィルタを表している。
【００２５】
カオスシステムの軌跡は初期状態に非常に敏感であり、またカオス源の発振モードは、システムのパラメータが変わると様々に違った振舞をする。システムの基本的なパラメータの数を増加させると、通常は動的モードの多様化を引き起こすが、チュアシステムはその典型的な例である。動的システムの次元の増加がカオスモードを多様化させることもある。
【００２６】
同じシステム内において多様なスペクトル特性を持った多数の発振モードは、システムのパラメータの微少な変化によってモードが変化するということである。よって、カオスシステムは、カオス信号自体の出力よりもずっと低い出力レベルで制御可能であって、これは十分な出力を持ったカオス源において無論有用である。特性を保ちつつ諸条件を変更することで、従来のシステムの変調速度に比べてカオス発振変調の速度を向上させることができる。つまり、システムのパラメータの微少な変化によってカオスモードを制御し得ることから、カオスを伴う通信システムでは従来のシステムに比べて出力効率の向上を期待することができる。
【００２７】
カオス信号は、元々広い周波数帯域にわたる連続スペクトルを有している。基本的に、従来の変調方法では、搬送周波数に比例してその１０〜２０％以下の帯域幅の信号を送信することができたが、これは技術的に複雑な操作を要していた。ところがカオス信号は基本的に広帯域である。よって、広帯域の情報信号を乗せたカオス搬送波の変調を、カオス搬送波のスペクトル特性をほぼ保ちつつ行うことが潜在的には可能である。これによって単に広帯域の通信システムだけでなく超広帯域の通信システムへの可能性が拓かれることになる。
【００２８】
本発明によるカオス信号を用いた情報伝達方法は、図４ａのブロック図に示す通信システムによって実施できる。このシステムでは、送信側の情報信号１は、この場合、カオス動的システム３で生成された広帯域情報搬送波の変調器として機能する、カオス高周波あるいは光パルスのジェネレータ２に送られる。変調された該信号は通信チャネル４を経由して受信側に伝送され、動的システム５によって処理されることで、情報信号６が取り出される。図４ｂは、図４ａの回路のいくつかの節点における各信号波形を示している。
【００２９】
本発明の方法では、カオス高周波パルスもしくはカオス光パルスである情報信号によって情報伝達が行われている。ここでは、カオス高周波パルスは、カオスフィリング（ｃｈａｏｔｉｃ ｆｉｌｌｉｎｇ）を用いたスペクトルが高周波あるいはマイクロ波の帯域にあるパルスを示す。一方、カオス光パルスは、カオスフィリングを用いたスペクトルが赤外線、可視光線、紫外線放射の周波数の少なくとも一部と重なっているパルスを示す。ここでの「カオス」は、カオス信号発振において特徴的な周期を超える期間の高周波あるいは光パルスを意味する。このようなパルスシークエンスによって伝送される情報は、時間領域におけるパルスの位置、パルスの期間、あるいはパルス間の距離などによってコード化されていてもよい。
【００３０】
本発明によるカオス信号を用いた情報伝達方法は、その実用化のための、以下の三つの基本概念を基礎としてなっている。１）カオス源が、所定の帯域の高周波、マイクロ波、赤外線、可視光線、または紫外線の帯域にちょうど収まるようなカオス発振を生成する。２）カオス信号に入力される情報信号を、対応するカオス高周波または光パルスのシークエンスの生成によって行う。３）送信側のカオスシステムを用いて、振舞の点で適合した動的システムが情報の取り出しに用いられる。
【００３１】
上記のように、カオス高周波または光パルスは、それ自体の特性周期を超える期間を持ったカオス信号の一部である。カオス高周波または光パルスの周波数帯域幅は、カオス源で生成された当初のカオス信号の周波数帯域幅によって決定され、大幅にパルス期間からは独立したものである（図５参照）。このことから、カオス高周波または光パルスは、周期的搬送波の一部で補充された従来の高周波パルスとは基本的に相違しており、それ自体の長さＴによって決定されるパルスの周波数帯域Δｆは、
Δｆ＝１／Ｔ            （６）
となる。
【００３２】
パルス期間を変更してもパルスの帯域幅を維持できることにより、送信回路、受信回路において、固定された周波数パラメータでパルスストリームを変調する手順を柔軟に行うことができる。例えば、パルス期間を変更しても入力フィルタや低ノイズ増幅器の帯域を変更する必要が無くなる。
【００３３】
カオス高周波または光パルスの期間の延長は、通信手順における干渉イミュニティが向上する。この場合、パルス出力の増加によって、ピーク送信出力を変更せずに装置操作距離（ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を制御することも可能になる。
【００３４】
本発明によるカオス信号を用いた情報伝達方法を実施するための直接カオス通信システムでは、情報ビットの伝送に、単一のパルスあるいはパルスシークエンスの両方が使用可能である。どちらの場合でも、カオス高周波または光パルスのシークエンスが時間領域中に生成する。
【００３５】
カオス高周波または光パルスの期間と、パルス間の平均負荷周期とは可変パラメータである。これにより、データ伝送速度を、伝送される信号の繰り返し率と平均出力とを変更することによって、柔軟に制御することが可能となる。
【００３６】
カオス高周波または光パルスが上記のような特性を持つため、このような操作が、カオス源からの信号に比例して伝送される信号のスペクトル特性に本質的な変更を加えることはなく、伝送される信号に、何ら付加的なスペクトル成分が生じることもない。
【００３７】
本発明によるカオス信号を用いた情報伝達方法においては、情報ストリームは、パルス間の長さ、パルス期間、パルスの二乗平方根増幅、およびそれらのパラメータの組み合わせなどを変更することよって形成されてもよい。例えば、生成された高周波または光パルスの期間はＴ〜１／ΔｆからＴ→∞まで変化し得る。ただし、Δｆはカオス源によって形成された信号の周波数帯域幅である。
【００３８】
高周波または光パルスのシークエンスは、一定のパルス繰り返し率と一定のパルス期間とにおいて形成されてもよい。この場合、シークエンス中の所定の位置でのパルスの存在が送信済み符号「１」に対応し、そのパルスの不在が符号「０」に対応する。受信側では、パルスが認識され、そのパラメータやストリームの中での位置が特定され、信号から有用な情報が抽出される。
【００３９】
また、高周波または光パルスのストリームは、一定のパルス期間や、以下の式（７）に示される補正動的カオスシステム１０（図７ａ参照）の動学によって決定されるパルスΔＴｉ間のカオス間隔を用いて形成されてもよい。
ΔＴｉ＋１＝Ｆ（ΔＴｉ）          （７）
この場合、ストリームにおける所定の位置での高周波または光パルスの存在が送信済み符号「１」に対応し、そのパルスの不在が記号「０」に対応する（図７ｂ参照）。受信側では、補正動的システム１０のコピーを参照して、高周波または光パルスの到着時の予想される時間的位置を特定し、予想された位置におけるパルスの存在または不在が認識されて、有用な情報が抽出される。
【００４０】
上記のように、広帯域搬送波は動的カオスシステム３（図４参照）として表されるカオス形成源において形成される。この動的カオスシステム３は、広帯域情報搬送波の所定の特性に基づいて、予め合成される。このようなカオス動的システムを合成する際、必要なスペクトル特性を少なくとも有するカオス信号の生成に要される、該カオスシステムの同一の振舞に関連したパラメータの領域が提示される。この様子は図４のブロック７において示されている。動的カオスシステムにおける、この提示された領域に基づいて、必要とされる広帯域除法搬送波が、スペクトル拡散による情報伝達を保障するようなスペクトル特性を少なくとも保持したカオス情報搬送波として確実に生成されるように、動的カオスシステムのパラメータの値が設定される。これについては図４のブロック８で示されている。
【００４１】
さらに、図４は、カオス動的システム３の制御用の制御素子９を示している。場合によっては、このカオス動的システム３は、パラメータが図４の制御素子９によって制御される、一つの能動素子と、広帯域搬送波を生成する補足周波数選択機構（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とを少なくとも有する動的自己発振システムとして実現されることもある。
【００４２】
この動的自己発振システム３の具体例は、例えば前記文献（Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ｂ．Ｅ． ＫＹＡＲＧＩＮＳＫＩ， Ｎ．Ａ． ＭＡＫＳＩＭＯＶ， Ａ．Ｉ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ．Ｏ． ＳＴＡＲＫＯＶ；「高帯域、超高帯域における直接カオス通信システムの構築の可能性」； Ｒａｄｉｏｔｅｋｈｎｉｃａ； ２０００年； Ｎｏ． ３； ９ページ（ロシア語））に記述されており、その外観は図８ａに示されている。該動的自己発振システムは、超高周波数帯域においてカオス発振を生成し、共振素子が含まれるコネクタとエミッタの間にある単一トランジスタの三点回路によって実施される。この機構は、連結ストリップ線路共振器（ｃｏｕｐｌｅｄ ｓｔｒｉｐ ｌｉｎｅ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）で行われる。
コレクタとエミッタの間に結合ストリップ線路共振器によって作動させられる（図８ｂ参照）。このうちの後者の特性は、この場合キャパシタＣ３として表される、リアクタンス素子によって変化する。一方、回路のモードも、可変キャパシタＣ１、Ｃ２、及び電圧ＶＥ、ＶＣの変更によって調整される。このカオス動的システムの等価回路を図８ｃに示す。
【００４３】
一般的に、標準的な単トランジスタ三点回路は周期的な信号の生成を目的としている。しかしながら、この回路は、低周波数もしくは高周波数、超高周波数のカオス発振を生成することもできる。このようなジェネレータのカオスモードの特徴は、その内部で励起される発振が広帯域であるという性質を有していることである。該発振のパワースペクトルは、非常に低周波数の領域から、基礎生成周波数（ｂａｓｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ） ｆ０の何倍もの高周波数の領域にまで及んでいる。周波数帯域Δｆ内に収まったカオス信号を得るために、前記共振素子（ＲＥ）が該ジェネレータの回路に含まれており、ＲＥの働きによって、生成される発振が共振素子ＲＥの帯域幅にほぼ収まるように調整がなされる。こうして生成されたカオス信号のパワースペクトルを図９に示す。このような、所定のパワースペクトルを有するカオス発振の原理については、以下の研究で報告されている（Ｙｕ． Ｌ． ＢＥＬＳＫＩ， Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ａ．Ｉ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ．Ｏ． ＳＴＡＲＫＯＶ； 「自己発振システムにおける帯域通過信号の合成」； Ｒａｄｉｏｔｅｋｈｎｉｋａ ｉ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｋａ； １９９２年； ｖ． ３７； Ｎｏ． ４； ６６０ページ（ロシア語）、Ａ．Ｓ． ＤＭＩＴＲＩＥＶ， Ａ．Ｉ． ＰＡＮＡＳ， Ｓ．Ｏ． ＳＴＡＲＫＯＶ； 「リング発振システムとそのカオス生成の合成への適用」； Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ． Ｊ． Ｂｉｆ ａｎｄ Ｃｈａｏｓ； １９９６年； ｖ． ６； Ｎｏ． ５； ８５１ページ）。
【００４４】
制御素子９（図８ｂでは共振素子ＲＥ）を用いたカオス動的システム３のパラメータを変化させることで、カオス動的システム３の振舞が制御される。カオス動的システム３の制御の他の方法としては、該カオス動的システム３の位相状態空間（ｐｈａｓｅ ｓｔａｔｅ ｓｐａｃｅ）内の代表点の軌跡の制御によるものがある（参照文献として、例えばＡ．Ｌ． ＦＲＡＤＫＯＶ， Ａ． Ｙｕ． ＰＯＧＲＯＭＳＫＩ； 「発振及びカオスの制御に関する概説」；Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ； Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ； Ｓｅｒｉｅｓ Ａ； ｖ． ３５； １９９８年）。
【００４５】
よって、上記構成のカオス動的システム３は出力側において、広帯域搬送波を示し、所定のパワースペクトルを有しているカオス発振を生成する。この補助で情報を伝達するには、該搬送波がある二つの方法のどちらかで変調されなければならない。このような、伝達されるべき情報を有した広帯域情報搬送波の変調は、該広帯域搬送波が生成された後か、もしくはその生成の過程で行うことができる。前者の方法では、カオスパルスジェネレータ（ｃｈａｏｔｉｃ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ） ２（図４参照）は、例えば、システム３のカオス発振を、必要な期間及びパルス間の間隔を有したカオス高周波または光パルスへと変換する、該方法における主要な要素になっている。一方、後者の方法では、ジェネレータ２はカオス動的システム３の一部を構成する。例えばキャパシタＣ１あるいはＣ２で表され、その容量の変化は図８ｂの回路における生成の励起もしくは失敗をもたらし得る。
【００４６】
送信側で生成されたカオス信号は通信チャネル４を通って伝送される（図４ａ参照）。
【００４７】
受信側におけるカオス信号からの有用な情報の抽出は、受信パルスの期間の制限内で、該受信パルスの出力を積分することによって行われる。即ち、この場合、本発明の方法を用いた通信システムは、カオス高周波または光パルスを非干渉受信する。この非干渉受信とは、生成した出力信号が受信側のカオス動的システムによって生成された信号のエンベロープと一致している場合に、受信信号を復調することをいう。
【００４８】
図１０ａに非干渉受信回路の一例を示す。同図では各番号は以下の各部材に対応する。即ち、１１−カオス高周波パルスのストリームに向けられたアンテナ：１２−伝送されたカオス信号の帯域幅に調整されたフィルタ：１３−増幅器：１４−二次検出器などの検出器：１５−カオス高周波パルスの間隔において標準的な積分時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を持つ積分器：１６−閾値検出器（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｄｅｖｉｃｅ）：１７−カオス高周波パルスによって使用された位置に対応する「１」及び高周波パルスが不在である位置に対応する「０」に関連するデコーダ、となっている。図１０ｂは、該回路（図１０ａ）内における種々の点での信号の形状を図示している。
【００４９】
本発明の通信システムは干渉受信にも対応可能である。この場合、受信側での受信と変調の両方が、送信側のカオス動的システム３のカオス信号と少なくとも一部に同期した振舞をする、カオス動的システムを使って行われる。このような受信を実施する回路の一例を図１１に示す。同図では、各番号は以下の各部材に対応する。即ち、１１−カオス高周波パルスのストリームに向けられたアンテナ：１２−伝送されたカオス信号の帯域幅に調整されたフィルタ：１３−増幅器：１８−送信側のカオス動的システムに類似したカオス動的システム：１５−カオス高周波パルスの期間において標準的な積算時間を有する積算器：１６−閾値検出器：１７−カオス高周波パルスによって占められた位置に対応する「１」及び高周波パルスが不在である位置に対応する「０」に関連するデコーダ、となっている。
【００５０】
図１２ａは、図８のカオス動的システムによって生成された、通信チャネル内におけるカオス高周波パルスのオシログラムを例示している。図１２ｂは、非干渉受信（図１０ａ参照）によって抽出されたカオス高周波パルスのエンベロープを示している。
【００５１】
〔産業上の利用〕
本発明のカオス信号を用いた情報送信方法は、送信情報の速度およびノイズイミュニティを増加するための通信技術として利用できる。
【００５２】
以上、本発明について例示して説明してきたが、特許請求の範囲に記載された方法に制限されるものではなく、その範囲は、それと同等の特徴を取り入れた特許請求の範囲内で規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
トンネルダイオードを用いたカオス信号生成回路の回路図である。
【図２】
チュア回路形式の、カオス信号生成回路の回路図である。
【図３】
自由度１．５の環状回路のカオス信号生成回路の回路図である。
【図４ａ】
本発明の方法を実施するための情報伝送システムの概略図である。
【図４ｂ】
図４ａの回路内のいくつかの節点における信号プロフィールである。
【図５】
カオス高周波あるいは光パルスの波形を示している。
【図６】
情報二進信号を用いて生成した各カオスパルスの波形図である。
【図７】
補正カオス動的システムを用いて生成したカオス高周波あるいは光パルスストリームを示す図である。
【図８ａ】
本発明の方法を実施するための可能な動的自己発振システムの外観図である。
【図８ｂ】
本発明の方法を実施するための可能な動的自己発振システムの概略図である。
【図８ｃ】
本発明の方法を実施するための可能な動的自己発振システムの概略図である。
【図９】
図８のカオス自己発振システムによって生成されたカオス信号の、典型的なパワースペクトルである。
【図１０ａ】
本発明の非干渉受信を行う回路の例を示す図である。
【図１０ｂ】
図１０ａの回路内のいくつかの節点における各信号のプロフィールである。
【図１１】
本発明の方法のための、カオス動的システム同期による受信用回路の例を示している。
【図１２ａ】
通信チャネルにおける各カオス高周波パルスのオシログラムである。
【図１２ｂ】
受信側で抽出された通信チャネルにおける高周波パルスのエンベロープである。
【図８ｃ】
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【図１０ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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