JP2008300971A - データ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能な部品を用いることなく、Ｙ−００プロトコルを用いて生成された多値変調信号から情報データを復調することが可能な受信装置を提供する。
【解決手段】受信装置において、軟判定識別部２１１は、多値信号２２に対し識別レベルが固定の軟判定識別を行う。変換データ判定部２１４は、多値符号列２３の最上位ビットと、軟判定の識別結果２４にと基づき変換情報データ２５の値を論理判定する。データ再生部２１５は、変換情報データ２５と多値符号列２３の最下位ビットとの排他的論理和演算を行い、その結果を情報データ２３として出力する。これによって、受信装置は、多値符号列２３の一部のビットのみを用いて情報データ２３を識別するため、使用部品への要求精度を緩和することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ暗号通信を行う装置に関し、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データ受信装置に関する。

従来、特定者同士でのみ通信を行うためには、送信側と受信側との間で伝送すべき情報データである平文を数学的に演算（符号化）及び逆演算（復号化）するための元情報（以下、鍵情報という）を共有することによって暗号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。その方式の１つとして、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。

図１１は、特許文献１に示された、Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の一例について説明するための図である。以下では、特許文献１に示されている従来の送受信装置の構成及び動作について説明する。図１１に示す通り、従来の送受信装置は、送信部９０１と、受信部９０２と、伝送路９１０とで構成される。送信部９０１は、第１の多値符号発生部９１１と、多値処理部９１２と、変調部９１３とで構成される。受信部９０２は、復調部９１５と、第２の多値符号発生部９１４と、識別部９１６とで構成される。なお、盗聴受信部９０３は、傍受者が用いる装置であり、従来の送受信装置を構成するものではない。

まず、送信部９０１と受信部９０２とは、予め同じ内容の鍵情報である第１の鍵情報９１と第２の鍵情報９６とをそれぞれ保持しておく。以下では、まず、送信部９０１の動作について説明する。第１の多値符号発生部９１１は、第１の鍵情報９１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”（Ｍは、２以上の整数）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、擬似乱数発生器を用いて生成する。多値処理部９１２は、受信部９０２へ送信する情報データ９０及び多値符号列９２に基づいて、以下に説明する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。

図１２は、多値処理部９１２が用いる信号フォーマットを示す図である。図１２に示す通り、多値符号列９２がＭ個の場合には、信号強度を２Ｍ個の信号強度レベル（以下、単に、レベルという）に分ける。そして、これらのレベルをＭ個のペア（以下、基底という）にして、各基底の一方のレベルに情報データ９０の値“０”を割り当て、他方のレベルに情報データ９０の値“１”を割り当てる。ここで、一般に、情報データ９０の値が“０”のレベルと、情報データ９０の値が“１”のレベルとを、２Ｍ個のレベル全体で均等に分布するように割り当てる。図１２では、偶数番目の基底の低い方のレベルには“０”を割り当てて高い方のレベルには“１”を割り当てる一方で、奇数番目の基底の低い方のレベルには“１”を割り当てて高い方のレベルには“０”を割り当てることによって、２Ｍ個のレベルに、情報データ９０の値“０”と“１”とを交互に割り当てている。

多値処理部９１２は、入力した多値符号列９２の各値に対応した基底を選択した後に、情報データ９０の値に対応する、基底の一方のレベルを選択し、その選択したレベルを有する多値信号９３を出力する。多値処理部９１２としては、例えば図１３に示す構成を用いることができる。図１３において、データ変換部９３１は、情報データ９０と、多値符号列９２の最下位ビットとの排他的論理和演算を行い、その演算結果を変換情報データ６１として出力する。この処理は、レベルに、情報データ９０の値“０”と“１”とを交互に割り当てることに相当する。Ｄ／Ａ変換部９３２には、変換情報データ６１と多値符号列９２の各ビットとが入力され（変換情報データ６１が上位ビット側）、これらをＤ／Ａ変換した結果を多値信号９３として出力する。

変調部９１３は、多値処理部９１２が出力した多値信号９３を光強度変調信号である変調信号９４に変換し、伝送路９１０を介して受信部９０２へ伝送する。（なお、特許文献１では、第１の多値符号発生部９１１は「送信用疑似乱数発生部」、多値処理部９１２は「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」、変調部９１３は「レーザダイオード」、復調部９１５は「フォトディテクタ」、第２の多値符号発生部９１４は「受信用疑似乱数発生部」、識別部９１６は「判定回路」と記載されている。）

次に、受信部９０２の動作について説明する。復調部９１５は、伝送路９１０を介して伝送された変調信号９４を光信号から電気信号に変換（以下、光電変換という）し、多値信号９５として出力する。第２の多値符号発生部９１４は、第２の鍵情報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、第２の多値符号発生部９１４から入力した多値符号列９７の各値によって、多値信号９５に用いられている各基底を判断する。そして、識別部９１６は、判断した基底及び復調部９１５から入力した多値信号９５を用いて、２値識別を行い、情報データ９０と等しい情報データ９８を得る。

識別部９１６としては、例えば図１４に示す構成を用いることができる。図１４において、Ｄ／Ａ変換部９４１には、多値符号列９７の各ビットが入力され、これらをＤ／Ａ変換した結果を識別レベル７１として出力する。２値識別回路９４２は、識別レベル７１を用いて多値信号９５を２値識別し、その結果を変換情報データ７２として出力する。データ再生部９４３は、変換情報データ７２と、多値符号列９７の最下位ビットとの排他的論理和演算を行い、その結果を情報データとして出力する。

図１５は、従来の送信装置の動作について具体的に説明するための図である。図１６は、従来の受信装置の動作について具体的に説明するための図である。以下では、図１５及び図１６を参照して、多値符号列９２が６４値（Ｍ＝６４）の場合の従来の送受信装置の動作について具体的に説明する。図１５（ａ）及び（ｂ）に示す通り、情報データ９０の値が“０、１、１、１”、多値符号列９２の値が“０、６３、０、１”に変化する場合を一例として説明する。この場合には、送信部９０１の多値信号９３のレベルは、図１５（ｃ）に示すように“０、６３、６４、１”と変化をする。

具体的には、図１５（ｃ）に示すｔ１の期間では、多値符号列９２の値“０”に対応した第０の基底（レベル０とレベル６４とのペア）が選択される。その後に、情報データ９０の値“０”に対応する、第０の基底のレベル０が選択され、この選択されたレベル０がｔ１における多値信号９３のレベルとなる。同様に、ｔ２の期間では、多値符号列９２の値“６３”に対応した第６３の基底（レベル６３とレベル１２７とのペア）が選択される。その後に、情報データ９０の値“１”に対応する、第６３の基底のレベル６３が選択され、この選択されたレベル６３がｔ２における多値信号９３のレベルとなる。ｔ３及びｔ４の期間においても同様に多値信号９３のレベルが設定される。この様に、多値符号列９２の値が偶数であるｔ１及びｔ３の期間では、基底の低い方のレベルが情報データの“０”に対応して高い方のレベルが情報データの“１”に対応し、多値符号列９２の値が奇数であるｔ２及びｔ４の期間では、基底の低い方のレベルが情報データの“１”に対応して高い方のレベルが情報データの“０”に対応している。

受信部９０２の識別部９１６に入力する多値信号９５は、図１６（ｅ）に示すように変化をし、復調部９１５で光電変換する際に発生するショット雑音等の雑音を含んだ信号である。識別部９１６は、多値符号列９２と等しい多値符号列９７（図１５（ｄ）を参照）の各値に対応する各基底を選択し、図１６（ｅ）に示すように、当該各基底の中間のレベルをそれぞれ識別レベルとして設定する。そして、識別部９１６は、多値信号９５が識別レベルよりも高いか低いかを判断する。

具体的には、図１６（ｅ）に示すｔ１の期間では、識別部９１６は、多値符号列９７の値“０”に対応した第０の基底（レベル０とレベル６４とのペア）を選択し、第０の基底の中間のレベル３２を識別レベルとして設定する。そして、識別部９１６は、ｔ１において、多値信号９５が概ね識別レベルより低いレベルに分布しているので、多値信号９５は当該識別レベルよりも低いと判断する。同様に、ｔ２の期間では、識別部９１６は、多値符号列９７の値“６３”に対応した第６３の基底（レベル６３とレベル１２７とのペア）を選択し、第６３の基底の中間のレベル９５を識別レベルとして設定する。そして、識別部９１６は、ｔ２において、多値信号９５が概ね識別レベルより低いレベルに分布しているので、多値信号９５は当該識別レベルよりも低いと判断する。ｔ３及びｔ４の期間においても同様に識別が行われ、識別部９１６の２値識別結果は、“低低高低”となる。

次に、多値符号列９７の値が偶数の場合（ｔ１及びｔ３の期間の場合）には、識別部９１６は、選択した基底の低い方のレベルを“０”と判断し、高い方のレベルを“１”と判断して、判断した値を情報データ９８として出力する。一方で、多値符号列９７の値が奇数の場合（ｔ２及びｔ４の期間の場合）には、識別部９１６は、選択した基底の低い方のレベルを“１”と判断し、高い方のレベルを“０”と判断して、判断した値を情報データ９８として出力する。すなわち、多値符号列９７の値は、“０、６３、０、１”であり“偶奇偶奇”（但し、偶は偶数を示し、奇は奇数を示す）であるので、識別部９１６は、情報データ９０と等しい情報データ９８である“０１１１”を出力する（図１６（ｆ）を参照）。この様にして、識別部９１６は、多値符号列９７の値が偶数か奇数かに応じて、基底の高い方及び低い方のレベルに割り当てる情報データの値を異らせている多値信号９５から、情報データ９８を得ることができる。

なお、既に述べた通り、多値信号９５には、復調部９１５での光電変換によって発生するショット雑音などの雑音が含まれているが、レベルの間隔（以下、ステップ幅という）等を適切に設定することで、上記した２値識別における誤りの発生は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（傍受を含む）について説明する。図１１に示す通り、盗聴者は、盗聴受信部９０３を用いて、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又は第１の鍵情報９１の解読を試みる。盗聴受信部９０３は、復調部９２１と多値識別部９２２と解読処理部９２３とで構成され、伝送路９１０に接続されている。

ここで、盗聴者が正規受信者（受信部９０２）と同様の２値識別を行う場合には、盗聴者は鍵情報を持たないために、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。しかし、この方法は、識別試行回数が鍵情報の長さの増加に伴い指数関数的に増大するために、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、より効率的な方法として、盗聴者は、復調部９２１を用いて光電変換して得られる多値信号８１を多値識別部９２２で多値識別し、得られた受信系列８２を解読処理部９２３によって解読処理を行うことで、情報データ９０若しくは第１の鍵情報９１の解読を試みることが考えられる。このような解読方法を用いた場合、仮に、盗聴受信部３０１が多値信号９３を受信系列８２として誤り無く受信（識別）することができれば、受信系列８２を用いて１回の試行で第１の鍵情報９１の解読を行うことが可能となる。

ここで、復調部９２１での光電変換によって発生するショット雑音が変調信号９４に重畳されるので、当該ショット雑音は、多値信号８１に含まれる。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。このことから、多値信号９３のステップ幅をショット雑音の分布幅よりも十分小さくしておけば、雑音を含む多値信号８１は、正しいレベル（多値信号９３のレベル）ではない様々なレベルに渡り分布することとなる。例えば、図１６（ｇ）に示す通り、ｔ３において、多値信号８１は、レベル６３〜６５に渡って分布している。従って、盗聴者は、正しいレベルが、識別によって得られた受信系列８２のレベルではない可能性（識別誤りの可能性）を考慮した解読処理を行う必要がある。このため、識別誤りが無い場合（第１の多値符号発生部９１１に用いられているものと同じ乱数発生器を使用したストリーム暗号）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。

以上のように、Ｙ−００プロトコルにおいては、正規受信者と盗聴者とが識別すべき信号点間距離に差を与えることにより、正規受信者の受信性能の確保と、盗聴に対する安全性の確保を両立させている。そして、この信号点間距離の差は、多値符号列９２の多値数によって決定されている。すなわち、多値符号列９２の多値数を大きくするほど、正規受信者と盗聴者の信号点間距離の差が大きくなり、より安全となる。
特開２００５−５７３１３号公報

ところで、従来の受信装置９０２においては、図１４に示したように、多値符号列９７の全てのビットを用いて、動的に変化する識別レベル７１を生成している。すなわち、多値信号９５と識別レベル７１との双方がアナログ信号となる。よって、受信性能を確保するためには、受信側のＤ／Ａ変換部９４１における識別レベル７１の生成を、極めて高精度に行う必要がある。さらに、安全性向上を目的に多値数を増加すると、多値符号列９７のビット数が増大し、識別レベル７１の生成においてより高い精度を要求される。これを実現できるＤ／Ａ変換部９４１を選別することは、歩留まりの低下をもたらし、その結果、装置の高コスト化につながるという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、Ｙ−００プロトコルを用いて生成された多値変調信号から情報データを復調するための受信装置を、高精度な部品を用いることなく実現することを目的とする。

本発明は、送信者によって、所定の鍵情報を用いて、略乱数的に値が変化する多値符号列が生成され、多値符号列を構成するビットの一部と、多値の信号である情報データとに基づいて変換情報データが生成され、変換情報データと、多値符号列とに基づき多値信号が生成され、多値信号が変調されるという一連の手順に従って生成される多値変調信号を受信し、送信者との間で共有する所定の鍵情報を用いて情報データを復元するデータ受信装置に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ受信装置は、多値変調信号を復調し多値信号に変換する復調部と、所定の鍵情報を用いて、複数のビットから構成され略乱数的に値が変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値信号に対し軟判定識別を行い、識別結果を出力する軟判定識別部と、多値符号列を構成するビットのうち一部または全部と識別結果とに基づき変換情報データの値を判定する変換データ判定部と、多値符号列を構成するビットのうちいずれかと変換情報データとに基づき、情報データを再生し、出力するデータ再生部とを備える。

好ましくは、軟判定識別部は、変換情報データの値に一意に対応する確定領域と、変換情報データの複数の値に対応する不確定領域との識別を行う。

また、好ましくは、不確定領域は、軟判定識別部に入力される多値信号が有する当該レベルの不確定幅以上の幅を有する。

また、好ましくは、変換データ判定部は、軟判定識別部において確定領域と識別した場合は、変換情報データの値を一意に決定し、軟判定識別部において不確定領域と識別した場合は、多値符号列を構成するビットのうち一部または全部に基づき、変換情報データの値を判定する。

また、好ましくは、変換データ判定部に入力される多値符号列のビットは、最上位ビットとする。この場合、変換データ判定部は、多値符号列の最上位ビットと、識別結果とに基づき変換情報データの値を論理判定することができる。

また、好ましくは、情報データの多値数は２であり、軟判定識別部は、２個の確定領域と、２個の確定領域の間の１個の不確定領域との３値識別を行う。

また、本発明は、送信者によって、所定の鍵情報を用いて、略乱数的に値が変化する多値符号列が生成され、多値符号列を構成するビットの一部と、多値の信号である情報データとに基づいて変換情報データが生成され、変換情報データと、多値符号列とに基づき多値信号が生成され、多値信号が変調されるという一連の手順に従って、送信者により生成される多値変調信号を受信し、送信者との間で共有する所定の鍵情報を用いて情報データを復元するデータ受信方法にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明のデータ受信方法は、多値変調信号を復調し多値信号に変換する復調ステップと、所定の鍵情報を用いて、複数のビットから構成され略乱数的に値が変化する多値符号列を発生する多値符号列発生ステップと、多値信号に対し軟判定識別を行う軟判定識別ステップと、多値符号列を構成するビットのうち一部または全部と、軟判定識別の結果とに基づき変換情報データの値を判定する変換データ判定ステップと、多値符号列を構成するビットのうちいずれかと、変換情報データとに基づき、情報データを再生するデータ再生ステップとを備える。

本発明のデータ受信装置及びデータ受信方法によれば、多値符号列の一部のビット識別レベルが固定の軟判定識別を用いて、変調信号から情報データを復調する。よって、動的に変化する識別レベルを高精度に生成する必要のある従来の受信装置と比較して、装置に使用する部品への要求精度を緩和することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、データ受信装置（以下、受信部と記す）２０１は、伝送路１１０を介して送信装置（以下、送信部と記す）１０１と接続されている。送信部１０１は、図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明したものと同じ手順に従って、情報データ１０と、受信者との間で共有する鍵情報とに基づき変調信号２０を生成し、送信する。送信部１０１の構成は任意であるが、本実施形態では図１１及び図１３に示した従来の送信装置と同じ構成である場合を例に説明する。また、以下では、変調信号２０が光強度変調信号か、あるいは電気信号を振幅変調した振幅変調信号である場合について説明する。伝送路１１０には、光ファイバケーブル等の光導波路や、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線、あるいは無線信号を伝搬することが可能な自由空間などを用いることができる。

受信部２０１は、予め送信部と同じ内容の鍵情報２１を保持しておく。受信部２０１において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送された変調信号２０を復調して多値信号２２として出力する。多値符号発生部２１２は、鍵情報２１を用いて、多値の擬似乱数である多値符号列２３を生成し、出力する。多値符号列２３の生成方法は、送信側と同一の多値符号列を出力できる方法であれば、複数の擬似乱数発生器を組み合わせる方法や、変換用のマッピングを用いる方法など、いかなる方法を用いてもよい。また、後述する変換データ判定部２１４やデータ再生部２１５において使用する多値符号列２３のビットのみを生成し、出力しても構わない。なお、図１において、多値符号列２３はパラレル信号として表記してある。

軟判定識別部２１３は、多値信号２２に対し軟判定識別を行い、その結果を識別結果２４として出力する。変換データ判定部２１４は、識別結果２４と、多値符号列２３の最上位ビット２３Ｍとを用いて、変調信号２０の生成に用いられた変換情報データ２５の値を判定し、その結果を出力する。データ再生部２１５は、従来の受信装置におけるデータ再生部９４３と同様に、変換情報データ２５と多値符号列の最下位ビット２３Ｌとの排他的論理和演算を行い、その結果を情報データ２６として出力する。なお、受信する変調信号２０に用いられているレベルと情報データ２６との対応関係は、図１２に示したものと異なっていてもよい。この場合、データ再生部２１５は、受信する変調信号２０に用いられているレベルと情報データ２６との対応関係に応じた所定の変換処理を行う。そして、多値符号列の最下位ビット２３Ｌの代わりに、この所定の変換処理に必要な多値符号列２３のビットがデータ再生部２１５に入力される。

次に、図２及び図１３を用いて、軟判定識別部２１３の動作を詳細に説明する。図２の左側は、送信部１０１における多値信号９３のレベル（以下、送信レベルと表記）と、変換情報データ６１、及び多値符号列９２の最上位ビットの値との関係を示したものである。図２に示すように、送信レベルが取り得る範囲の上半分は変換情報データ６１の値“１”に、下半分は“０”に対応する。また、送信レベルが取り得る範囲を４等分すると、上側から順に、多値符号列９２の最上位ビットの値“１”、“０”、“１”、“０”に対応する。

一方、受信部２０１における多値信号２２のレベル（以下、受信レベルと表記）は、変調部９１３、伝送路１１０及び復調部２１１で発生する雑音や波形歪の影響により、送信レベルとは異なった値をとる可能性がある。よって、変換情報データ２５の値“１”、“０”それぞれに対応する受信レベルの範囲は、図２の右側に示すように、送信側より広がったものとなる（ここで、簡単のため、同一の基底に対応する２つのレベルの間隔は、送信側と受信側で揃えて示してある）。そのために、中間付近の受信レベルにおいては、変換情報データ２５の値が“１”、“０”のいずれの可能性もある領域（以下では、不確定領域と称する）が存在する。一方、それ以外の領域では、変換情報データ２５の値は一意に確定する（この領域を、以下では確定領域と称する）。

そこで、識別レベルを不確定領域の両端のレベルに設定し、変換情報データ２５の値が“１”に確定する場合（Ｃ１）、不確定の場合（Ｕ）、“０” に確定する場合（Ｃ０）の３通りに識別する。ところで、熱雑音等の雑音はガウス分布に従うため、厳密にはいずれの受信レベルにおいても、変換情報データ２５の値が“１”、“０”２通りの値をとる可能性は残る。しかしながら、変換情報データ２５の値“１”、“０”のうち、いずれか一方をとる可能性が、情報データ２６の所要誤り率以下であれば、その可能性は無視しても構わない。

ここで、不確定領域の幅が、多値信号２２の最大振幅の１／４以下である場合を考える。ここで、受信レベルが不確定領域に含まれる時、変換情報データ２５の値と多値符号列最上位ビットの値との間には、次のような対応関係がある。すなわち、変換情報データ２５の値が“１”であれば、多値符号列最上位ビットの値は“０”である。一方、変換情報データ２５の値が“０”であれば、多値符号列最上位ビットの値は“１”である。よって、この関係を用いれば、変換データ判定部２１４において、多値符号列最上位ビットを用いて変換情報データ２５の値を判定することが可能である。変換データ判定部２１４における、変換情報データ２５の判定方法を図３の表に示す。識別結果が“Ｃ１”及び“Ｃ０”の場合は、それぞれ変換情報データ２５の値は“１”、“０”に一意に決定される。識別結果が“Ｕ”の場合は、多値符号列最上位ビットの値が“１”であれば変換情報データ２５は“０”、多値符号列最上位ビットの値が“０”であれば変換情報データ２５は“１”と判定する。

なお、不確定領域の境界は、変換情報データ６１の値が“１”、“０”のいずれの可能性もある領域の境界に厳密に設定する必要はなく、これより広く設定しても構わない。例えば、変換情報データ６１の値が“１”、“０”のいずれの可能性もある領域の幅が、多値信号２２の最大振幅の１／４より小さい場合であっても、不確定領域の幅を、多値信号２２の最大振幅の１／４に設定することが可能である。

軟判定識別部２１３の具体的な構成方法としては、例えば識別レベルの異なる複数の２値識別回路を並列に配置し、これらに多値信号２２を入力し、これらの識別回路の出力から識別結果２４を求める構成をとることが可能である。また、複数の２値識別回路の代わりに、Ａ／Ｄ変換器を用いることも可能である。

以上では不確定領域の幅が多値信号２２の最大振幅の１／４以下である場合について説明した。一方、雑音が大きい等の理由により不確定領域の幅がこれより大きくなる場合には、以下に示す例のように、軟判定識別部２１３において不確定領域を細分化して識別し、変換データ判定部２１４において、多値符号列２３のより多くのビットを用いて判定を行うことで対応する。図４に、不確定領域の幅が、多値信号２２の最大振幅の１／４以上かつ３／８以下である場合における識別レベルの設定例を示す。この例では、不確定領域をさらに３分割した上で、多値符号列の上位２ビットを用いて判定する。送信レベルと、多値符号列の上位２ビットとの間には、図４の左側に示す対応関係がある。不確定領域のうち、中間の領域（不確定領域Ｂ、ＵＢ）の上限は、変換情報データ２５が“１”、多値符号列最上位ビットが“１”に対応するレベルの信号が送信された時、受信レベルが取り得る下限と一致するように設定する。一方、不確定領域Ｂの下限は、変換情報データ２５が“０”、多値符号列最上位ビットが“０”に対応するレベルの信号が送信された時、受信レベルが取り得る上限と一致するように設定する。

そして、不確定領域Ｂ以外の不確定領域のうち、上側の領域を不確定領域Ａ（ＵＡ）、下側の領域を不確定領域Ｃ（ＵＣ）とする。不確定領域Ａにおいては、変換情報データ２５が“０”となるのは多値符号列の上位２ビットが“１，１”である場合のみであり、逆に変換情報データ２５が“１”となるのは、多値符号列の上位２ビットが“１，１”以外の場合である。不確定領域Ｂにおいては、変換情報データ２５が“０”となるのは多値符号列の最上位ビットが“１”の場合のみであり、一方、変換情報データ２５が“１”となるのは多値符号列の最上位ビットが“０”の場合に限られる。不確定領域Ｃにおいては、変換情報データ２５が“１”となるのは多値符号列の上位２ビットが“０，０”である場合のみであり、逆に変換情報データ２５が“０”となるのは、多値符号列の上位２ビットが“０，０”以外の場合である。

よって、この関係を用いれば、変換データ判定部２１４において、多値符号列２３の上位２ビットを用いて変換情報データ２５の値を判定することが可能である。図４の識別レベルを用いた場合における、変換情報データ２５の判定方法を図５の表に示す。識別結果２４が“Ｃ１”及び“Ｃ０”の場合は、それぞれ変換情報データ２５の値は“１”、“０”に一意に決定される。識別結果２４が“ＵＡ”の場合は、多値符号列２３の上位２ビットが“１，１”であれば変換情報データ２５は“０”、それ以外の値であれば変換情報データ２５は“１”と判定する。識別結果が“ＵＢ”の場合は、多値符号列最上位ビット２３Ｍの値が“１”であれば変換情報データ２５は“０”、多値符号列最上位ビット２３Ｍの値が“０”であれば変換情報データ２５は“１”と判定する。識別結果が“ＵＣ”の場合は、多値符号列２３の上位２ビットが“０，０” であれば変換情報データ２５は“１”、それ以外の値であれば変換情報データ２５は“０”と判定する。

なお、説明は省略するが、さらに雑音が増大し、不確定領域の幅が多値信号２２の最大振幅３／８以上となる場合には、不確定領域をさらに細分化して識別し、また多値符号列２３のさらに多くのビットを用いて判定を行うことで対応できる。

以上のように本実施形態によれば、識別レベルが固定の軟判定識別を用いて、変調信号２０から情報データ２６を復調する。よって、動的に変化する識別レベルを高精度に生成する必要のある従来の受信装置と比較して、装置に使用する部品への要求精度を緩和することが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、多値の情報データ１０から生成された変調信号２０を受信する場合を想定して、第１の実施形態を一般化したものである。以下では、情報データ１０の多値数が４の場合を例に説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るデータ受信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

送信部１０２の構成は、基本的に図１１に示した送信部９０１と同様であるが、多値処理部９１２の構成は、例えば図７に示す構成が用いられる。図７において、データ変換部１２１は、情報データ１０と、多値符号列３１の下位２ビットに基づき所定の変換を行い、変換情報データ３２を生成し、出力する。この変換は、情報データ１０の値“０”から“３”のレベルを、４Ｍ個のレベル全体で均等に分布するように割り当てることに相当する。Ｄ／Ａ変換部１２２には、変換情報データ３２と多値符号列３１の各ビットとが入力され（変換情報データ３２が上位ビット側）、これらをＤ／Ａ変換した結果を多値信号３３として出力する。

図８は、本実施形態において用いられる信号フォーマットの一例である。図８に示す通り、多値符号列３１がＭ個の場合には、信号強度を２Ｍ個のレベルに分ける。そして、これらのレベルを４個ずつまとめてＭ個の組合せ（以下、基底と表記）にして、各基底に含まれる４個のレベルに情報データ１０の値“０”から“３”を割り当てる。ここで、一般に、情報データ１０の値“０”から“３”のレベルを、４Ｍ個のレベル全体で均等に分布するように割り当てる。

受信部２０２については、復調部２２１、多値符号発生部２２２の機能は、第１の実施形態で説明したものと同様である。軟判定識別部２２３、及び変換データ判定部２２４については、後で詳細に説明する。データ再生部２２５は、変換情報データ２５と多値符号列の下位ビット２３ＬＳを用いて、図８に示したレベルと情報データとの対応関係に応じた所定の変換処理を行うことによって、情報データ２６を再生し、出力する。

次に、図９を用いて、軟判定識別部２２３の動作を詳細に説明する。図９の左側は、送信レベルと、変換情報データ３２、及び多値符号列３１の最上位ビットの値との関係を示したものである。図９に示すように、送信レベルが取り得る範囲を４等分すると、上側から順に、変換情報データ３２の値“３”、“２”、“１”、“０”に対応する。

一方、変換情報データ３２の値“３”、“２”、“１”、“０”にそれぞれに対応する受信レベルの範囲は、図９の右側に示すように、雑音や波形歪の影響により送信側より広がったものとなる。そのために、受信側において、変換情報データ２５の値が一意に確定する確定領域が存在する一方で、確定領域の間には、変換情報データ２５の複数の値に対応する可能性がある不確定領域が存在する。そこで、識別レベルをそれぞれの不確定領域の両端のレベルに設定し、変換情報データ２５の値が“３”に確定する場合（Ｃ３）、“２”か“３”か不確定の場合（Ｕ３）、“２”に確定する場合（Ｃ２）、“１”か“２”か不確定の場合（Ｕ２）、“１”に確定する場合（Ｃ１）、“０”か“１”か不確定の場合（Ｕ１）、“０”に確定する場合（Ｃ０）の７通りに識別する。

ここで、不確定領域の幅が、多値信号２２の最大振幅の１／８以下である場合を考える。ここで、受信レベルが不確定領域Ｕ３に含まれる時、変換情報データ２５の値と多値符号列最上位ビットの値との間には、次のような対応関係がある。すなわち、変換情報データ２５の値が“３”であれば、多値符号列最上位ビットの値は“０”である。一方、変換情報データ２５の値が“２”であれば、多値符号列最上位ビットの値は“１”である。不確定領域Ｕ２に関しては、変換情報データ２５の値が“２”であれば多値符号列最上位ビットの値は“０”、変換情報データ２５の値が“１”であれば多値符号列最上位ビットの値は“１”である。不確定領域Ｕ１に関しては、変換情報データ２５の値が“１”であれば多値符号列最上位ビットの値は“０”、変換情報データ２５の値が“０”であれば多値符号列最上位ビットの値は“１”である。

よって、この関係を用いれば、変換データ判定部２１４において、多値符号列最上位ビットを用いて変換情報データ２５の値を判定することが可能である。変換データ判定部２２４における、変換情報データ２５の判定方法を図１０の表に示す。図１０を参照して、識別結果２４が“Ｃ３”、“Ｃ２”、“Ｃ１”、“Ｃ０”の場合は、それぞれ変換情報データ２５の値は“３”、“２”、“１”、“０”に一意に決定される。識別結果２４が“Ｕ３”の場合は、多値符号列最上位ビットの値が“１”であれば変換情報データ２５は“２”、多値符号列最上位ビットの値が“０”であれば変換情報データ２５は“３”と判定する。識別結果２４が“Ｕ２”の場合は、多値符号列最上位ビットの値が“１”であれば変換情報データ２５は“１”、多値符号列最上位ビットの値が“０”であれば変換情報データ２５は“２”と判定する。識別結果２４が“Ｕ１”の場合は、多値符号列最上位ビットの値が“１”であれば変換情報データ２５は“０”、多値符号列最上位ビットの値が“０”であれば変換情報データ２５は“１”と判定する。

なお、不確定領域の境界は、変換情報データ３２の値が複数の値に対応する可能性がある領域の境界に厳密に設定する必要はなく、これより広く設定しても構わない。例えば、変換情報データ３２の値が複数の値に対応する可能性がある領域の幅が、多値信号２２の最大振幅の１／８より小さい場合であっても、不確定領域の幅を、多値信号２２の最大振幅の１／８に設定することが可能である。

以上では不確定領域の幅が多値信号２２の最大振幅の１／８以下である場合について説明したが、雑音が大きい等の理由により不確定領域の幅がこれより大きくなる場合には、軟判定識別部２２３においてそれぞれの不確定領域を細分化して識別し、また変換データ判定部２２４において、多値符号列２３のより多くのビットを用いて判定を行うことで対応できる。また、以上では、情報データ１０の多値数が４の場合を例に説明したが、多値数がこれより大きい場合についても、同様の考え方に基づいて確定領域と不確定領域に分けた識別を行い、不確定領域の場合は多値符号列の一部のビットを用いて変換情報データ２５の値を判定することで、同様な受信装置を実現できる。

以上のように本実施形態によれば、情報データ１０の多値数が２より大きい場合についても、第１の実施形態と同様に、従来の受信装置と比較して、装置に使用する部品への要求精度を緩和することが可能となる。

なお、以上２つの実施形態では光強度変調もしくは電気の振幅変調である場合について説明したが、これ以外の変調方式を用いた場合についても、以上に説明した方法を適用しても構わないことはいうまでもない。

本発明は、第三者による傍受を防ぐ暗号通信を行う装置等に利用可能であり、特に、伝送路上の変調信号からの解読を防止したい場合等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係るデータ受信装置の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態における軟判定識別部２１３で用いる識別レベルの設定例を示す図（１） 図２の識別レベルを用いた場合における、変換データ判定部２１４の変換情報データの判定方法を説明するための表 本発明の第１の実施形態における軟判定識別部２１３で用いる識別レベルの設定例を示す図（２） 図４の識別レベルを用いた場合における、変換データ判定部２１４の変換情報データの判定方法を説明するための表 本発明の第２の実施形態に係るデータ受信装置の構成を示すブロック図 多値の情報データを伝送する場合における多値処理部９１２の構成例を示す図 Ｙ−００プロトコルを用いて多値の情報データを伝送する場合の信号フォーマットの一例を示す図 本発明の第２の実施形態における軟判定識別部２２３で用いる識別レベルの設定例を示す図 図７の識別レベルを用いた場合における、変換データ判定部２２４の変換情報データの判定方法を説明するための表 特許文献１に示された、Ｙ−００プロトコルを用いた従来の送受信装置の一例について説明するための図 従来の送受信装置の信号フォーマットの一例を示す図 従来の送受信装置における多値処理部９１２の構成例を示す図 従来の送受信装置における識別部９１６の構成例を示す図 従来の送信装置の動作について具体的に説明するための図 従来の受信装置の動作について具体的に説明するための図

符号の説明

１０ 情報データ
２０ 変調信号
２１ 鍵情報
２２ 多値信号
２３ 多値符号列
２３Ｍ 多値符号列最上位ビット
２３Ｌ 多値符号列最下位ビット
２３ＬＳ 多値符号列下位ビット
２４ 識別結果
２５ 変換情報データ
２６ 情報データ
３１ 多値符号列
３２ 変換情報データ
３３ 多値信号
６１ 変換情報データ
７１ 識別レベル
７２ 変換情報データ
８１ 多値信号
８２ 受信系列
９０ 情報データ
９１ 第１の鍵情報
９２ 多値符号列
９３ 多値信号
９４ 変調信号
９５ 多値信号
９６ 第２の鍵情報
９７ 多値符号列
９８ 情報データ
１０１、１０２ 送信部
１１０ 伝送路
１２１ データ変換部
１２２ Ｄ／Ａ変換部
２０１、２０２ 受信部
２１１、２２１ 復調部
２１２、２２２ 多値符号発生部
２１３、２２３ 軟判定識別部
２１４、２２４ 変換データ判定部
２１５、２２５ データ再生部
９０１ 送信部
９０２ 受信部
９０３ 盗聴受信部
９１１ 第１の多値符号発生部
９１２ 多値処理部
９１３ 変調部
９１４ 第２の多値符号発生部
９１５ 復調部
９１６ 識別部
９２１ 復調部
９２２ 多値識別部
９２３ 解読処理部
９３１ データ変換部
９３２ Ｄ／Ａ変換部
９４１ Ｄ／Ａ変換部
９４２ ２値識別回路
９４３ データ再生部

Claims (7)

1. 送信者によって、
   所定の鍵情報を用いて、略乱数的に値が変化する多値符号列が生成され、
   前記多値符号列を構成するビットの一部と、多値の信号である情報データとに基づいて変換情報データが生成され、
   前記変換情報データと、前記多値符号列とに基づき多値信号が生成され、当該多値信号が変調されるという一連の手順に従って生成される多値変調信号を受信し、
   前記送信者との間で共有する前記所定の鍵情報を用いて、前記情報データを復元するデータ受信装置であって、
   前記多値変調信号を復調し多値信号に変換する復調部と、
   前記所定の鍵情報を用いて、複数のビットから構成され略乱数的に値が変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
   前記多値信号に対し軟判定識別を行い、当該識別結果を出力する軟判定識別部と、
   前記多値符号列を構成するビットのうち一部または全部と、前記識別結果とに基づき前記変換情報データの値を判定する変換データ判定部と、
   前記多値符号列を構成するビットのうちいずれかと、前記変換情報データとに基づき、前記情報データを再生し、出力するデータ再生部とを備えることを特徴とする、データ受信装置。
2. 前記軟判定識別部は、前記変換情報データの値に一意に対応する確定領域と、前記変換情報データの複数の値に対応する不確定領域との識別を行うことを特徴とする、請求項１に記載のデータ受信装置。
3. 前記不確定領域は、前記軟判定識別部に入力される前記多値信号が有する当該レベルの不確定幅以上の幅を有することを特徴とする、請求項２に記載のデータ受信装置。
4. 前記変換データ判定部は、
   前記軟判定識別部において確定領域と識別した場合は、前記変換情報データの値を一意に決定し、
   前記軟判定識別部において不確定領域と識別した場合は、前記多値符号列を構成するビットのうち一部または全部に基づき、前記変換情報データの値を判定することを特徴とする、請求項２に記載のデータ受信装置。
5. 前記変換データ判定部は、前記多値符号列の最上位ビットと、前記識別結果とに基づき前記変換情報データの値を論理判定することを特徴とする、請求項２に記載のデータ受信装置。
6. 前記情報データの多値数は２であり、
   前記軟判定識別部は、２個の確定領域と、前記２個の確定領域の間の１個の不確定領域との３値識別を行うことを特徴とする、請求項２に記載のデータ受信装置。
7. 送信者によって、
   所定の鍵情報を用いて、略乱数的に値が変化する多値符号列が生成され、
   前記多値符号列を構成するビットの一部と、多値の信号である情報データとに基づいて変換情報データが生成され、
   前記変換情報データと、前記多値符号列とに基づき多値信号が生成され、当該多値信号が変調されるという一連の手順に従って生成される多値変調信号を受信し、
   前記送信者との間で共有する前記所定の鍵情報を用いて、前記情報データを復元するデータ受信方法であって、
   前記多値変調信号を復調し多値信号に変換する復調ステップと、
   前記所定の鍵情報を用いて、複数のビットから構成され略乱数的に値が変化する多値符号列を発生する多値符号列発生ステップと、
   前記多値信号に対し軟判定識別を行う軟判定識別ステップと、
   前記多値符号列を構成するビットのうち一部または全部と、前記軟判定識別の結果とに基づき変換情報データの値を判定する変換データ判定ステップと、
   前記多値符号列を構成するビットのうちいずれかと、前記変換情報データとに基づき、前記情報データを再生するデータ再生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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