JP2008099259A - データ送信装置及びデータ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｙ−００プロトコルを用いた秘密通信に関して、盗聴に対する安全性を向上させるデータ通信装置を提供する。
【解決手段】多値符号発生部１１１は、鍵情報１１から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２を発生する。多値処理部１１２は、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号１３を生成する。遅延波生成部１１３は、遅延プロファイル１９に基づいて多値信号１３の遅延波を生成し、生成した遅延波と多値信号１３とを合成して、マルチパス信号２０として出力する。変調部１１４は、マルチパス信号２０を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行う装置に関する。

従来、特定者同志でのみ通信を行うためには、送信／受信間で符号化／復号化のための元情報（鍵情報）を共有し、当該元情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより秘密通信を実現する構成が一般的に採用されている。

これに対して、近年、伝送路における物理現象を積極的に利用した暗号方式がいくつか提案されている。その中の１つとして、光伝送路で発生する量子雑音を利用して暗号通信を行うＹ−００プロトコルと呼ばれる方式がある。特許文献１には、Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置が開示されている。

図１０は、Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９の構成例を示すブロック図である。図１０において、従来のデータ通信装置９は、送信部９０１と、受信部９０２とが、光伝送路９１０を介して接続された構成である。送信部９０１は、多値符号発生部９１１と、多値処理部９１２と、変調部９１３とを備える。受信部９０２は、復調部９１５と、多値符号発生部９１４と、識別部９１６とを備える。なお、送信部９０１と受信部９０２とは、同じ内容の鍵情報９１、９６を予め共有しているものとする。

送信部９０１において、多値符号発生部９１１は、鍵情報９１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”までのＭ個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列９２を生成する。多値処理部９１２は、情報データ９０と多値符号列９２とを合成し、情報データ９０と多値符号列９２との組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号９３として生成する。具体的には、多値処理部９１２は、図１１に示す信号フォーマットを用いて、強度変調信号である多値信号９３を生成する。すなわち、多値処理部９１２は、多値符号列９２の信号強度を２Ｍ個のレベルに分け、これらのレベルを２つずつＭ個の組み合わせとし、各組み合わせの一方のレベルに情報データ９０の“０”を、他方のレベルに“１”を割り当てる。多値処理部９１２は、２Ｍ個のレベル全体では、情報データ９０の“０”と“１”とが均等に分布するように、各レベルに“０”と“１”とを割り当てる。この例では、各レベルに“０”と“１”とが交互に割り当てられている。

多値処理部９１２は、入力される多値符号列９２の値に基づいて、多値符号列９２のＭ個のレベルの組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。次に、多値処理部９１２は、情報データ９０の値に基づいて、先ほど選択した多値符号列９２の組み合わせの中から一方のレベルを選択し、当該選択したレベルを有する多値信号９３を生成する。なお、特許文献１には、多値符号発生部９１１が「送信用疑似乱数発生部」として、多値処理部９１２が「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」として、変調部９１３が「レーザダイオード」として、復調部９１５が「フォトディテクタ」として、多値符号発生部９１４が「受信用疑似乱数発生部」として、識別部９１６が「判定回路」として記載されている。

図１２は、従来のデータ通信装置９で用いられる信号形態を説明するための模式図である。ここでは、Ｍ＝４の場合の信号変化を図１２（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。例えば、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、情報データ９０の値が“０，１，１，
１”と、多値符号列９２の値が“０，３，２，１”と変化する場合、多値信号９３は、図１２（ｃ）に示すように、情報データ９０と多値符号列９２との組み合わせに対応したレベルを有する信号となる（図１２（ｃ）参照）。変調部９１３は、多値信号９３を光強度変調信号である変調信号９４に変換し、光伝送路９１０を介して送信する。

また、受信部９０２において、復調部９１５は、光伝送路９１０を介して伝送されてきた変調信号９４を光電変換し、多値信号９５として出力する。多値符号発生部９１４は、鍵情報９６に基づいて、多値符号列９２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列９７を生成する。識別部９１６は、多値符号列９７の値に基づいて、多値信号９５に図１１に示す信号レベルの組み合わせのうちどちらが用いられているかを判断し、組み合わせに含まれる２つの信号レベルを２値識別する。

具体的には、識別部９１６は、図１２（ｅ）に示すように、多値符号列９７の値に基づいて識別レベルを設定し、多値信号９５が識別レベルよりも大きい（上）か、あるいは小さい（下）かを判断する。この例では、識別部９１６は、“下、下、上、下”と識別している。次に、識別部９１６は、多値符号列９７が偶数の場合は、下側が“０”、上側が“１”、奇数の場合は、下側が“１”、上側が“０”と判定し、情報データ９８として出力する。この例では、多値符号列９７は、“偶数，奇数，偶数，奇数”となっているため、情報データ９８は“０，１，１，１”となる。なお、多値信号９５には、雑音が含まれているが、信号強度（情報振幅）を適切に選ぶことで、２値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑えることができる。

次に、想定される盗聴について説明する。盗聴者は、送信者と受信者とが共有する鍵情報を持たない状態で、変調信号９４から情報データ９０または鍵情報９１の解読を試みることになる。盗聴者は、正規受信者と同様の２値識別を行う場合、鍵情報を持っていないため、鍵情報が取り得る全ての値に対して識別を試みる必要がある。このような方法は、試行回数が鍵情報の長さに対して指数関数的に増大するため、鍵情報の長さが十分長い場合には現実的ではない。

そこで、より効率的な盗聴方法として、盗聴者は、図１０に示すような盗聴受信部９０３を用いて、変調信号９４から情報データ９０又は鍵情報９１の解読を試みることが考えられる。盗聴受信部９０３において、復調部９２１は、光伝送路９１０から分岐して得られる変調信号９４を復調し、多値信号９５を再生する。多値識別部９２２は、多値信号８１を多値識別し、得られた情報を受信系列８２として出力する。解読処理部９２３は、受信系列８２に対して解読処理を行い、情報データ９０又は鍵情報９１の特定を試みる。このような解読方法を用いた場合、盗聴受信部９０３は、受信系列８２を誤り無く多値識別することができれば、得られた受信系列８２から１回の試行で鍵情報９１を解読することが可能となる。

しかし、復調部９２１で光電変換する際に、ショット雑音が発生し、多値信号８１に重畳される。このショット雑音は、量子力学の原理により必ず発生することが知られている。ここで、多値信号の信号レベルの間隔（以下、ステップ幅と称する）をショット雑音のレベルよりも十分に小さくしておけば、識別誤りによって受信した多値信号が正しい信号レベル以外の様々な多値レベルを取る可能性が無視できなくなる。よって盗聴者は、正しい信号レベルが、識別によって得られた信号レベル以外の値である可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、識別誤りが無い場合と比較して解読処理に要する試行回数、すなわち計算量が増大し、結果として盗聴に対する安全性が向上する。
特開２００５−５７３１３号公報

しかしながら、光伝送路９１０及び復調部９２１での雑音はランダムな過程で発生するため、盗聴者が偶発的に正しい多値信号８１のレベルを長期に亘って識別できる可能性がある。このような場合、盗聴者は、識別した多値信号８１のレベルを元に特定した多値符号列９７に対して、擬似乱数を特定する数理アルゴリズムを適用することにより、正規受信者が持つ鍵情報９６を導き出すことが可能となる。このように、従来のデータ通信装置９は、盗聴者の盗聴動作を許容する可能性があった。

それ故に、本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、ハードウェア構成を複雑化することなく、解読処理に要する計算量を効果的に増大させ、盗聴に対する安全性を高めることのできるデータ送信装置及びデータ受信装置を提供することである。

本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、情報データと多値符号列とを合成し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、所定の遅延プロファイルに基づいて、多値信号と多値信号の遅延波とが合成されたマルチパス信号を生成する遅延波生成部と、マルチパス信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを備える。

好ましくは、遅延波生成部は、多値信号を複数の多値信号に分岐する分岐部と、分岐部で分岐された複数の多値信号のうち少なくとも１つの多値信号に、遅延プロファイルに基づいて、所定の遅延を与える遅延部と、遅延部で遅延が与えられた多値信号を所定のレベルに調整するレベル調整部と、分岐部で分岐された複数の多値信号を合成して、マルチパス信号として出力する合成部とを含む。

遅延プロファイルによって定義される遅延波の遅延時間は、多値符号列の１タイムスロット以上である。好ましくは、遅延プロファイルによって定義される遅延波の遅延時間は、多値符号列の１タイムスロットの整数倍である。

また、本発明は、所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、データ受信装置は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、複数のレベルを有する多値信号のマルチパス信号を出力する復調部と、所定の遅延プロファイルに基づいて、マルチパス信号に対して等化処理を行い、マルチパス信号から遅延波の成分を除去し、多値信号として出力する等化部と、多値符号列に基づいて、多値信号から情報データを識別する識別部とを備える。

好ましくは、等化部は、マルチパス信号をフーリエ変換し、マルチパス信号の周波数スペクトルを表す第１の信号スペクトルを出力するフーリエ変換部と、所定の遅延プロファイルをインパルス応答特性と仮定し、当該インパルス応答特性の周波数特性を演算し、第１のマルチパルス周波数特性として出力する周波数特性演算部と、第１のマルチパス周波数特性の逆特性を演算し、第２のマルチパス周波数特性として出力する周波数逆特性演算部と、第１の信号スペクトルと第２のマルチパス周波数特性とを乗算し、第２の信号スペクトルとして出力する乗算部と、第２の信号スペクトルを逆フーリエ変換し、マルチパス信号に含まれる遅延波の成分を除去した多値信号を出力する逆フーリエ変換部とを含む。

また、等化部は、マルチパルス信号から遅延波の成分を除去し、多値信号として出力する遅延成分除去部と、遅延成分除去部から出力された多値信号を分岐する分岐部と、分岐された多値信号及び遅延プロファイルに基づいて、マルチパルス信号に含まれる遅延波の成分を推定し、遅延成分除去部に与える遅延成分推定部とを含んでいてもよい。

また、上述したデータ送信装置及びデータ受信装置が備える各構成が実行するそれぞれの処理は、一連の処理手順を与えるデータ送信方法及びデータ受信方法としても捉えることができる。すなわち、本発明のデータ送信方法は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、情報データと多値符号列とを合成し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、所定の遅延プロファイルに基づいて、多値信号と多値信号の遅延波とが合成されたマルチパス信号を生成する遅延波生成ステップと、マルチパス信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調ステップとを備える。

また、本発明のデータ受信方法は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、複数のレベルを有する多値信号のマルチパス信号を出力する復調ステップと、所定の遅延プロファイルに基づいて、マルチパス信号に対して等化処理を行い、マルチパス信号から遅延波の成分を除去し、多値信号として出力する等化ステップと、多値符号列に基づいて、多値信号から情報データを識別する識別ステップとを備える。

以上のように、本発明のデータ送信装置によれば、遅延波生成部が、遅延プロファイルに基づいて、多値信号と多値信号の遅延波とが合成されたマルチパス信号を生成することで、盗聴者による暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。また、遅延波の遅延時間を多値符号列の１タイムスロット以上とすることで、マルチパス信号と多値信号との相関を失わせることができる。また、遅延波の遅延時間を多値符号列の１タイムスロットの整数倍とすることで、直接波によるレベル変動をマルチパス信号の波形から消すことができる。これによって、データ送信装置は、さらに秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。

また、本発明のデータ受信装置によれば、等化部が、遅延プロファイルに基づいて、マルチパス信号に対して等化処理を行い、マルチパス信号から遅延波の成分を除去し、多値信号として出力することで、データ送信装置から受信した変調信号から情報データを復号することができる。これによって、データ受信装置は、秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。

本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。

図１は、本発明の１実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図である。図１において、データ通信装置１は、データ送信装置１０１（以下、送信部１０１と記す）と、データ受信装置２０１（以下、受信部２０１と記す）とが、伝送路１１０を介して接続された構成である。送信部１０１は、多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２と、遅延波生成部１１３と、変調部１１４とを備える。受信部２０１は、復調部２１１と、多値符号発生部２１２と、等化部２１３と、識別部２１４とを備える。伝送路１１０には、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路が用いられる。また、伝送路１１０は、ＬＡＮケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬することが可能な自由空間であってもよい。なお、送信部１０１と受信部２０
１とは、同じ内容の鍵情報１１、１６を予め共有しているものとする。

送信部１０１において、多値符号発生部１１１は、鍵情報１１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”までのＭ個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生する。多値処理部１１２には、情報データ１０と、多値符号列１２とが入力される。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応したレベルを有する多値信号１３を生成する。

遅延波生成部１１３には、多値信号１３と遅延プロファイル１９とが入力される。遅延波生成部１１３は、遅延プロファイル１９に基づいて多値信号１３の遅延波を生成し、生成した遅延波と多値信号１３とを合成し、マルチパス信号２０として出力する。なお、遅延プロファイル１９には、遅延波に与える遅延時間と、遅延波に与える信号レベルとが予め定義されているものとする。遅延波生成部１１３の詳細については後述する。変調部１１４には、マルチパス信号２０が入力される。変調部１１４は、マルチパス信号２０を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。ここで、所定の変調形式とは、例えば、振幅変調、周波数変調、位相変調、及び光強度変調などの形式である。

受信部２０１において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を所定の復調方式で復調し、マルチパス信号２２を再生する。ここで、所定の復調形式とは、変調部１１４の変調形式に対応した形式である。等化部２１３には、マルチパス信号２２と遅延プロファイル２１とが入力される。ただし、遅延プロファイル２１は、送信部１０１で用いられた遅延プロファイル１９と同じものである。等化部２１３は、遅延プロファイル２１に基づいて、マルチパス信号２２に含まれる遅延成分を除去し（等化し）、多値信号１５を出力する。等化部２１３の詳細については後述する。

多値符号発生部２１２は、鍵情報１６に基づいて、多値の疑似乱数系列である多値符号列１７を発生する。多値符号発生部２１２の動作は、送信部１０１の多値符号発生部１１１と同様である。識別部２１４は、多値符号列１７に基づいて、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を情報データ１８として出力する。

図２は、多値信号１３とマルチパス信号２０との時間波形の一例を示す図である。ただし、図２に示す例では、多値信号１３に合成される遅延波は１波のみで、遅延波の遅延時間Δτは１／４タイムスロットと仮定している。図２を参照して、多値信号１３（直接波）には、上述した遅延波が干渉するため、多値信号１３のレベルが８，５，６，２と変化する場合、レベル識別時刻において盗聴者が受信するマルチパス信号２０のレベルは、１６，１０，１２，４となる。従って、盗聴者は、受信したマルチパス信号２０から正しい多値符号列１２を特定することが困難となる。

ただし、多値信号１３に遅延波を合成しマルチパス信号２０を生成した場合にも、図２に示すように、レベル識別時刻におけるマルチパス信号２０のレベルは、多値信号１３の２倍となっているため、盗聴者がマルチパス信号２０のレベルを１／２倍すれば正しい多値信号１３のレベルを特定される可能性がないわけではない。そこで、送信部１０１は、盗聴者による多値信号１３の特定をより困難にするために、以下に示す動作を行ってもよい。この場合、遅延波生成部１１３には、遅延波に与える遅延時間が多値符号列１２の１タイムスロット以上に定義された遅延プロファイル１９が入力される。遅延波生成部１１３は、遅延プロファイル１９に基づいて、遅延波に与える遅延時間を多値符号列１２の１タイムスロット以上（図３では、５／４タイムスロット）とする。これによって、送信部１０１は、マルチパス信号２０にシンボル間干渉を発生させ、マルチパス信号２０と多値
信号１３との相関を失わせることができ、秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。

ただし、マルチパス信号２０にシンボル間干渉を発生させた場合でも、図３に示すように、マルチパス信号２０には、直接波によるレベル変動が波形として現れるため、この直接波に基づいて盗聴者に多値信号１３のレベルを特定される可能性がないわけではない。そこで、送信部１０１は、盗聴者による多値信号１３の特定をより困難にするために、以下に示す動作を行ってもよい。この場合、遅延波生成部１１３には、遅延波に与える遅延時間が多値符号列１２の１タイムスロットの整数倍に定義された遅延プロファイル１９が入力される。遅延波生成部１１３は、遅延プロファイル１９に基づいて、遅延波に与える遅延時間を多値符号列１２の１タイムスロットの整数倍（図４では、１タイムスロット）とする。これによって、送信部１０１は、直接波によるレベル変動をマルチパス信号２０の波形から消すことができ、さらに秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。

次に、遅延波生成部１１３の詳細について説明する。図５は、遅延波生成部１１３の構成の一例を示すブロック図である。図５において、遅延波生成部１１３は、分岐部１１５と、第１から第ｎの遅延部１１６−１〜１１６−ｎと、第１から第ｎのレベル調整部１１７−１〜１１７−ｎと、合成部１１８とを含む。ただし、ｎは１以上の任意の整数である。第ｉの遅延部１１６−ｉは、遅延プロファイル１９で定義された第ｉ番目の遅延波に対応する遅延時間を多値信号１３に与えて、第ｉの遅延波を生成する。第ｉのレベル調整部１１７−ｉは、遅延プロファイル１９で定義された第ｉ番目の遅延波に対応するレベルを第ｉの遅延波に対して与えて、第ｉの遅延波のレベルを調整する。ただし、ｉは１以上ｎ以下の任意の整数である。合成部１１８は、レベル調整された第１〜第ｎの遅延波と多値信号１３とを合成し、マルチパス信号２０として出力する。以上の構成により、遅延波生成部１１３は、多値信号１３から、遅延プロファイル１９に基づいてマルチパス信号２０を生成することができる。

次に、等化部２１３の詳細について説明する。図６は、等化部２１３の構成の一例を示すブロック図である。図６において、等化部２１３は、フーリエ変換部２１５と、乗算部２１６と、逆フーリエ変換部２１７と、周波数特性演算部２１８と、周波数逆特性演算部２１９とを含む。以下、等化部２１３の動作について、図７に示す信号波形を参照しながら説明する。図７は、等化部２１３における信号波形の一例を示す図である。等化部２１３において、フーリエ変換部２１５には、復調部２１１からマルチパス信号２２が入力される（図７（ａ）参照）。フーリエ変換部２１５は、マルチパス信号２２をフーリエ変換し、第１の信号スペクトル２３−１を生成する（図７（ｂ）参照）。すなわち、第１の信号スペクトル２３−１は、マルチパス信号２２の周波数スペクトルとなる。

周波数特性演算部２１８には、遅延プロファイル２１が入力される（図７（ｃ）参照）。周波数特性演算部２１８は、遅延プロファイル２１をインパルス応答特性に見立てて、これをフーリエ変換することにより第１のマルチパス周波数特性２４−１を出力する（図７（ｄ）参照）。周波数逆特性演算部２１９は、第１のマルチパス周波数特性２４−１の逆特性を演算し、第２のマルチパス周波数特性２４−２を出力する（図７（ｅ）参照）。乗算部２１６は、第１の信号スペクトル２３−１と第２のマルチパス周波数特性２４−２とを乗算し、第２の信号スペクトル２３−２を出力する（図７（ｆ）参照）。逆フーリエ変換部２１７は、第２の信号スペクトル２３−２を逆フーリエ変換し、遅延成分が除去された多値信号１５を出力する（図７（ｇ）参照）。以上の構成により、等化部２１３は、遅延プロファイル２１に基づいて、マルチパス信号２２に含まれる遅延成分を除去（等化）し、多値信号１５を得ることができる。

また、等化部２１３は、図８に示す等化部２１３ａのように構成してもよい。図８は、
等化部２１３ａの構成の一例を示すブロック図である。図８において、等化部２１３ａは、遅延成分推定部２２０と、遅延成分除去部２２１と、分岐部２２２とを含む。遅延成分除去部２２１は、遅延成分推定部２２０で推定された遅延成分を、マルチパス信号２２から差し引くことにより、遅延成分を除去した多値信号１５を出力する。分岐部２２２は、遅延成分除去部２２１から出力された多値信号１５を分岐する。遅延成分推定部２２０は、分岐部２２２で分岐された多値信号１５と遅延プロファイル２１とに基づいて、多値信号１５に含まれる遅延成分を推定する。

ここで、図９を用いて、等化部２１３ａの動作の詳細について説明する。図９は、等化部２１３ａの動作の詳細を説明する図である。図９を参照して、情報データ１０が"１，０，１，１，０，０，１，０“であり、多値符号列１２が"７，３，５，２，３，２，１，４"であると仮定した場合、多値信号１３は"７，１１，５，１０，１１，２，１，４”となる。また、遅延プロファイル１９及び２１（信号レベルが１のインパルス応答）は、遅延時間τ＝０にレベルが１の直接波と、τ＝Ｔｓ（Ｔｓは１タイムスロットに相当する時間）にレベルが０．５の遅延波とにより構成されていると仮定した場合、マルチパス信号２０及び２２は"７，１４．５，１０．５，１２．５，１６，７．５，２，４．５“となる。

遅延成分推定部２２０は、遅延プロファイル２１に基づいて、遅延波の最大遅延時間（本説明の仮定ではＴｓ）まで過去の多値信号１５をメモリなどに蓄えている。ここで、遅延成分は、メモリに蓄えられた過去の多値信号１５を利用し、遅延プロファイル２１で定義される各遅延波のレベルと、遅延時間分だけ過去の多値信号１５のレベルとを乗算し、全ての遅延波から得られる乗算結果の和に相当する。

まず、時刻ｔ＝０の場合を考える。同時刻よりも過去には信号が送られていないため（メモリにはレベル０の波形が蓄えられているため）、遅延成分推定部２２０が推定する遅延成分の推定量は０となる。遅延成分除去部２２１は、遅延成分推定部２２０が推定した遅延成分をマルチパス信号２２から差し引く。この場合、時刻ｔ＝０における多値信号１５のレベルは“７−０”で７となる。この多値信号１５を識別部２１４に入力することにより、同時刻の情報データ“１”が復号される。

続いて、時刻ｔ＝Ｔｓの場合を考える。遅延成分推定部２２０のメモリには、最大遅延時間Ｔｓまで過去の多値信号、すなわち、時刻ｔ＝０の多値信号“７”が蓄えられている。従って、遅延成分の推定値は、この多値信号“７”と、遅延時間τ＝Ｔｓの（遅延プロファイル上における）遅延波のレベル“０．５”とを乗算した“３．５”となる。続いて、遅延成分除去部２２１は、時刻ｔ＝Ｔｓのマルチパス信号“１４．５”から、同時刻の遅延成分の推定値“３．５”を差し引く。この結果、遅延成分除去部２２１から出力される多値信号１５は“１１”となる。この後の処理は時刻ｔ＝０の場合と同様にして行われ、時刻ｔ＝Ｔｓの情報データ１８として“０”が復号される。受信部２０１は、上記過程を時刻ｔ＝２Ｔｓ，３Ｔｓ，・・・に対して同様に行うことにより、遅延成分が除去された多値信号１５から情報データ１８を復号する。

以上のように、本発明の１実施形態に係るデータ送信部１０１によれば、遅延波生成部１１３が、遅延プロファイル１９に基づいて、多値信号１３と多値信号１３の遅延波とが合成されたマルチパス信号２０を生成することで、盗聴者による暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。また、遅延波の遅延時間を多値符号列１２の１タイムスロット以上とすることで、マルチパス信号２０と多値信号１３との相関を失わせることができる。また、遅延波の遅延時間を多値符号列１２の１タイムスロットの整数倍とすることで、直接波によるレベル変動をマルチパス信号２０の波形から消すことができる。これによって、データ送信装置１０１は、さらに秘匿
性の高いデータ通信を実現することができる。

また、本発明の１実施形態に係るデータ受信装置２０１によれば、等化部２１３が、遅延プロファイル２１に基づいて、マルチパス信号２２に対して等化処理を行い、マルチパス信号２２から遅延波の成分を除去し、多値信号１５として出力することで、データ送信装置１０１から受信した変調信号１４から情報データ１８を復号することができる。これによって、データ受信装置２０１は、秘匿性の高いデータ通信を実現することができる。

なお、上述した実施形態に係るデータ送信装置１０１及びデータ受信装置２０１が備える各構成が行うそれぞれの処理手順は、データ送信方法及びデータ受信方法としても捉えることができる。また、それぞれの処理手順は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実行可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現されてもよい。この場合、プログラムデータは、記憶媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記憶媒体上から直接実行されてもよい。なお、記憶媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記憶媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体を含む概念である。

以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。

本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受等を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。

本発明の１実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図 多値信号１３とマルチパス信号２０との時間波形の一例を示す図 多値信号１３とマルチパス信号２０との時間波形の一例を示す図 多値信号１３とマルチパス信号２０との時間波形の一例を示す図 遅延波生成部１１３の構成の一例を示すブロック図 等化部２１３の構成の一例を示すブロック図 等化部２１３における信号波形の一例を示す図 等化部２１３ａの構成の一例を示すブロック図 等化部２１３ａの動作の詳細を説明する図 Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９の構成例を示すブロック図 Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９における多値信号の信号フォーマットを示す図 従来のデータ通信装置９で用いられる信号形態を説明するための模式図

符号の説明

１０１，９０１ データ送信装置（送信部）
１１１，９１１ 多値符号発生部
１１２，９１２ 多値処理部
１１３ 遅延波生成部
１１４，９１３ 変調部
１１５ 分岐部
１１６−１〜１１６−ｎ 遅延部
１１７−１〜１１７−ｎ レベル調整部
１１８ 合成部
２０１ データ受信装置（受信部）
２１１，９１５ 復調部
２１２，９１４ 多値符号発生部
２１３ 等化部
２１４，９１６ 識別部
２１５ フーリエ変換部
２１６ 積算部
２１７ 逆フーリエ変換部
２１８ 周波数特性演算部
２１９ 周波数逆特性演算部
２２０ 遅延成分推定部
２２１ 遅延成分除去部
２２２ 分岐部
９０３ 盗聴受信部
９２１ 復調部
９２２ 多値識別部
９２３ 解読処理部

Claims (9)

1. 所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
   前記鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
   前記情報データと前記多値符号列とを合成し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
   所定の遅延プロファイルに基づいて、前記多値信号と前記多値信号の遅延波とが合成されたマルチパス信号を生成する遅延波生成部と、
   前記マルチパス信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを備えることを特徴とする、データ送信装置。
2. 前記遅延波生成部は、
   前記多値信号を複数の多値信号に分岐する分岐部と、
   前記分岐部で分岐された複数の多値信号のうち少なくとも１つの多値信号に、前記遅延プロファイルに基づいて、所定の遅延を与える遅延部と、
   前記遅延部で遅延が与えられた多値信号を所定のレベルに調整するレベル調整部と、
   前記分岐部で分岐された複数の多値信号を合成して、前記マルチパス信号として出力する合成部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
3. 前記遅延プロファイルによって定義される前記遅延波の遅延時間は、前記多値符号列の１タイムスロット以上であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
4. 前記遅延プロファイルによって定義される前記遅延波の遅延時間は、前記多値符号列の１タイムスロットの整数倍であることを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。
5. 所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置であって、
   前記鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
   前記送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、複数のレベルを有する多値信号のマルチパス信号を出力する復調部と、
   所定の遅延プロファイルに基づいて、前記マルチパス信号に対して等化処理を行い、前記マルチパス信号から遅延波の成分を除去し、前記多値信号として出力する等化部と、
   前記多値符号列に基づいて、前記多値信号から前記情報データを識別する識別部とを備えることを特徴とする、データ受信装置。
6. 前記等化部は、
   前記マルチパス信号をフーリエ変換し、前記マルチパス信号の周波数スペクトルを表す第１の信号スペクトルを出力するフーリエ変換部と、
   所定の遅延プロファイルをインパルス応答特性と仮定し、当該インパルス応答特性の周波数特性を演算し、第１のマルチパルス周波数特性として出力する周波数特性演算部と、
   前記第１のマルチパス周波数特性の逆特性を演算し、第２のマルチパス周波数特性として出力する周波数逆特性演算部と、
   前記第１の信号スペクトルと前記第２のマルチパス周波数特性とを乗算し、第２の信号スペクトルとして出力する乗算部と、
   前記第２の信号スペクトルを逆フーリエ変換し、前記マルチパス信号に含まれる遅延波の成分を除去した多値信号を出力する逆フーリエ変換部とを含むことを特徴とする、請
   求項５に記載のデータ受信装置。
7. 前記等化部は、
   前記マルチパルス信号から遅延波の成分を除去し、前記多値信号として出力する遅延成分除去部と、
   前記遅延成分除去部から出力された多値信号を分岐する分岐部と、
   前記分岐された多値信号及び前記遅延プロファイルに基づいて、前記マルチパルス信号に含まれる遅延波の成分を推定し、前記遅延成分除去部に与える遅延成分推定部とを含むことを特徴とする、請求項５に記載のデータ受信装置。
8. 所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信方法であって、
   前記鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
   前記情報データと前記多値符号列とを合成し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理ステップと、
   所定の遅延プロファイルに基づいて、前記多値信号と前記多値信号の遅延波とが合成されたマルチパス信号を生成する遅延波生成ステップと、
   前記マルチパス信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調ステップとを備えることを特徴とする、データ送信方法。
9. 所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信方法であって、
   前記鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生ステップと、
   前記送信装置から受信した変調信号を所定の復調方式で復調し、複数のレベルを有する多値信号のマルチパス信号を出力する復調ステップと、
   所定の遅延プロファイルに基づいて、前記マルチパス信号に対して等化処理を行い、前記マルチパス信号から遅延波の成分を除去し、前記多値信号として出力する等化ステップと、
   前記多値符号列に基づいて、前記多値信号から前記情報データを識別する識別ステップとを備えることを特徴とする、データ受信方法。

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