JP2010154464A - 巡回符号諸元解析装置、巡回符号諸元解析方法及び巡回符号諸元解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】諸元が不明な巡回符号の解析において総当り的な手法を使うことなく、短時間で効率的に諸元を求める。
【解決手段】電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析装置が、外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る。前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析に関する。

従来、巡回符号だけでなく、誤り訂正符号の解析を実施しようとする場合には、一般的な通信において使われていそうな誤り訂正符号の諸元を総当り的に復号を実施し、復号できたものを結果として出力するという方法をとっていた。

例えば、関連する技術として、特許文献１に記載の技術が挙げられる。特許文献１に記載の技術では、可変符号化装置１０と、通信路の誤り状態を測定する方法を備えた誤り状態測定器１８と、可変符号化装置１０で用いる符号化の対象となるデータと誤り訂正符号化方式を決定する方法を備えた符号化方式選択器１９より装置を構成する。

そして、可変符号化装置１０が、音声及び画像データを、所定数ごとに１つのブロックとし、複数の誤り訂正符号化方式から１つを選択して、１ブロック中の任意の数のデータを対象として符号化を行う。

また、関連する技術として例えば、入力ビット数の制限なく高速処理する巡回符号復号回路が特許文献２に記載されている。
特開平０８−０８８６１８号公報 特開平０６−２５２７７７号公報

しかし、上述のような技術では、一般的に通信において使われている諸元が分からないことが多いため、考えられる誤り訂正符号諸元の組み合わせをすべてデータベースとして持ち、それらを全て総当り的に復号しなくてはならなかったので、
１．計算時間が非常にかかってしまう
２．ＨＰＣ（High Performance Computing）のような大型計算機を使わなくてはならないため、導入コストがかかってしまう
などの課題があった。

そこで、本発明は、諸元が不明な巡回符号の解析において総当り的な手法を使うことなく、短時間で効率的に諸元を求めることが可能な、巡回符号諸元解析装置、巡回符号諸元解析方法及び巡回符号諸元解析プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によれば、電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析装置において、外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析手段と、前記巡回符号解析手段により得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析手段と、を備えることを特徴とする諸元解析装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析方法において、外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析ステップと、前記巡回符号解析ステップにより得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析ステップと、を備えることを特徴とする諸元解析方法が提供される。

本発明の第３の観点によれば、電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析プログラムにおいて、外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析手段と、前記巡回符号解析手段により得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析手段と、を備える諸元解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする諸元解析プログラムが提供される。

本発明によれば、諸元が不明な巡回符号の解析において総当り的な手法を使うことなく、短時間で効率的に諸元を求めることが可能となる。

まず、本発明の実施形態の概略について説明する。本発明の特徴は、電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析において、代数的な解析を可能としたことである。

つまり、従来の課題に対して、計算量を大幅に低減することができるものである。具体的には、符号長をｎとした時にｎ元連立方程式をヒストグラムを積む回数Ｎだけ計算することになる。これにより、巡回符号解析において、復号など計算量が多くて時間のかかる処理を繰り返し処理する必要がなくなるため、処理時間を大幅に低減することができる。

本発明の実施形態は、例えばテロリストや犯罪者を監視する警察庁など公安組織におけるデータの改竄検出、といった用途で用いることが可能である。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１に本発明の実施形態である電波監視装置１００のブロック図を示す。

この装置は、多目的な用途に用いることができるが、特に不法な無線電波を取り締まるための装置として好適である。この点、本実施形態では電波監視装置１００の機能として、不法電波の聴音機能を有するようにしている。これは、採取した電波を元の音声まで、再生する機能である。対象となる電波がデジタル無線機を利用して通信している場合、図１のような機能構成となる。

図１を参照すると、電波監視装置１００は、アンテナ１１０、復調器１２０、内符号復号器１３０、フレーム検出・複合器１４０、巡回符号諸元解析部１５０及び巡回符号復号器１６０を有している。更に、巡回符号諸元解析部１５０は、巡回符号解析器１５１及び
頻度解析器１５２を有している。

アンテナ１１０は、さまざまな電波を採取するためのアンテナである。復調器１２０は、採取したアナログ信号を復調するための復調器である。本来復調諸元は不明であるが別の手段で復調諸元は求めた前提でのブロック構成となっている。

内符号復号器１３０は、復号器である。内符号復号器１３０も復調器１２０を同様に本来復号諸元は不明であるが、別の手段で復号諸元は求めたという前提でのブロック構成となっている。

フレーム検出・複合器１４０は、フレーム検出、復号器で、データ中に同期を取る目的で周期的に埋め込まれているユニークワードを検出して、ユニークワードを除去し、出力する。これにより、データの先頭が巡回符号の開始点と同期をとることができる。

また、上述した各ブロック間でやり取りされる信号についても図１に示されている。図１におけるＳ１は復調データである。Ｓ２、Ｓ３及びＳ４は復号データである。Ｓ５は符号毎解析結果諸元である。Ｓ６は頻度解析結果諸元である。

次に、本実施形態の電波監視装置１００において使用されている通信プロトコルの一例について図２を参照して説明する。

物理層における通信方式は、図２に示されるフレーム構造をベースに通信されることが多い。すなわち一定周期毎に挿入されているユニークワードによって、符号の同期を取り、ユニークワードの間隔（フレーム長）を符号長にもつような誤り訂正符号がかけられている。よって、ユニークワードが検出された場合には、後段にかけられている誤り訂正符号は、ブロック符号である可能性が高いということが分かる。また、通信において使われるブロック符号は、ほとんどが代数的な構造を持つ巡回符号であることが分かっている。図１における巡回符号解析器１５１の入力データである符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間には、Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘ^ｎ−１の関係があるので、Ｗ（ｘ）の係数が既知、Ｈ（ｘ）の係数が未知の元での連立方程式として扱うことができる。

Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ ｍｏｄｘ^ｎ−１の関係は、Ｗ（ｘ）に誤りがのっていない場合に限って成立するので、図１におけるフレーム検出・復号器１４０の出力データに誤りがあると解が正しく求まらない。しかしながら、巡回符号は、図１における巡回符号解析器１２０内符号として畳込み符号のような訂正能力の強い符号と連接させて使うことが多い。そのため、図１における巡回符号解析器の入力データには、ほとんど誤りがないということを前提として考えてよい。よって、図１における巡回符号解析器１２０を何度か繰り返し実行し、その結果をヒストグラムとして積むことにより、統計的に諸元を解析することができる。

次に、本実施形態の動作について、図１の電波監視システムブロック図に加えて、図３及び図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、アンテナ１１０は、不法電波の入力を受け付けて、復調器１２０にアナログ信号を出力する（ステップＡ２０１）。

次いで、復調器１２０は、アンテナ１１０からのアナログ信号の入力を受け付ける。そして受け付けたアナログ信号を入力として、復調を実施して、内符号復号器１３０にビット列データを出力する（ステップＡ２０３）。ここで、復調器１２０における復調パラメータは、ユーザが設定する。

続いて、内符号復号器１３０が、復調器１２０からのビット列データの入力を受け付ける。そして受け付けたビット列データに対して、誤り訂正符号の内符号の復号を実施して、フレーム検出・復号器１４０に出力する（ステップＡ２０５）。ここで、内符号復号器１３０における復号のためのパラメータは、ユーザが設定する。

次に、フレーム検出器１４０が、内符号復号器から出力されたビット列データを受け付ける。そして受け付けたビット列データから、ユニークワードなどフレームの同期を取るための情報を検出し、復号（除去）する。そして、ビット列データを巡回符号解析器１５１に出力する（ステップＡ２０７）。ここで、フレーム検出・復号器１４０における検出のためのパラメータは、ユーザが設定する。

次に、巡回符号諸元解析部１５０が処理を行う（ステップＡ２０９）。このステップＡ２０９における処理内容については、図４及び図５を用いて詳細に説明する。

巡回符号解析器１５１は、フレーム検出・復号器１４０から出力されたビット列データ、（ｎ，ｋ）巡回符号のｉ番目の符号語データを「Ｗ_ｉ＝（ｗ_ｉ，_ｎ−１，ｗ_ｉ，_ｎ−２，・・・，ｗ_ｉ，_０）ｉ＝０，１，・・・，ｎ」としてｎ符号語分入力する（ステップＡ３０１）。

次に、求めたい検査多項式Ｈ（ｘ）を「Ｈ（ｘ）＝ｘ^ｋ＋ｈ_ｋ−１ｘ^ｋ−１＋・・・＋ｈ_１ｘ＋ｈ_０」とする（ステップＡ３０３）。

ステップＡ３０３の処理により「ｈ_０ｗ_ｉ，ｋ＋・・・＋ｈ_ｋ−１ｗ_ｉ＋１＋ｗ_ｉ＝０（ｉ＝０，１，・・・，ｎ−１）」が成立するので、巡回符号解析器１５１は、この連立方程式を解く（ステップＡ３０５）。

巡回符号解析器１５１は、連立方程式の解が求まった場合（ステップＡ３０７においてＹｅｓ）には、解（ｈ_ｋ−１，ｈ_ｋ−２，・・・，ｈ_０）を頻度解析器１５２に出力する（ステップＡ３０９）。一方、連立方程式の解が求まらなかった場合（ステップＡ３０７においてＮｏ）には、解なしとして頻度解析器１５２に出力する（ステップＡ３１１）。

続く動作について図５を用いて説明する。

頻度解析１５２は、ｎ符号分のデータを巡回符号解析器１５１から入力される（ステップＡ４０１）。

そして、頻度解析１５２は、巡回符号解析器１５１から入力された連立方程式の解である「Ｈ（ｘ）＝ｘ^ｋ＋ｈ_ｋ−１ｘ^ｋ−１＋・・・＋ｈ_１ｘ＋ｈ_０」をヒストグラムに蓄積する（ステップＡ４０３）。

ステップＡ３０１からステップＡ４０３をＮ回繰り返す。そして、Ｎ回繰り返した後（ステップＡ４０５においてＹｅｓ）、ヒストグラムの中で、頻度の一番高い「Ｈ（ｘ）＝ｘ^ｋ＋ｈ_ｋ−１ｘ^ｋ−１＋・・・＋ｈ_１ｘ＋ｈ_０」に対して「Ｈ（ｘ）Ｇ（ｘ）＝ｘ^ｎ−１」から生成多項式Ｇ（ｘ）を求める（ステップＡ４０７）。

最後に、求めた生成多項式Ｇ（ｘ）を解析結果として巡回符号復号器１６０に出力する（ステップＡ４０９）。

そして、巡回符号復号器１６０が、頻度解析１５２の出力した情報と復号データとを用いて復号を行い、復号した情報を出力する（ステップＡ２１１）。

以上説明した本実施形態は、諸元が不明な巡回符号の解析において総当り的な手法を使うことなく、短時間で効率的に諸元を求めることが可能となる、という効果を奏する。

なお、本発明の実施形態である電波監視装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。

また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

本発明の実施形態の基本的構成を表す図である。 本発明の実施形態における通信フレーム構造の例を示す図である。 本発明の実施形態全体の基本的動作について示すフローチャートである。 本発明の実施形態における巡回符号解析部１５０の基本的動作について示すフローチャート（１／２）である。 本発明の実施形態における巡回符号解析部１５０の基本的動作について示すフローチャート（２／２）である。

符号の説明

１００ 電波監視装置
１１０ アンテナ
１２０ 復調器
１３０ 内符号復号器
１４０ フレーム検出・複合器
１５０ 巡回符号諸元解析部
１５１ 巡回符号解析器
１５２ 頻度解析器
１６０ 巡回符号復号器
Ｓ１ 復調データ
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 復号データ
Ｓ５ 符号毎解析結果諸元
Ｓ６ 頻度解析結果諸元

Claims (12)

1. 電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析装置において、
   外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘ^ｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析手段と、
   前記巡回符号解析手段により得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析手段と、
   を備えることを特徴とする諸元解析装置。
2. 請求項１に記載の諸元解析装置において、
   前記巡回符号解析手段は、ヒストグラムを積む回数Ｎだけ前記連立方程式を解き、
   前記頻度解析手段は、前記巡回符号解析手段より得られる、Ｎ個の解をヒストグラムに積み、当該ヒストグラムにおいて頻度が最も高い前記解を用いることにより前記解析を行うことを特徴とする諸元解析装置。
3. 請求項１又は２に記載の諸元解析装置において、
   前記連立方程式は、前記解析対象のデータの符号長をｎとした時にｎ元連立方程式であることを特徴とする諸元解析装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の諸元解析装置において、
   前記頻度解析手段により求められた前記生成多項式Ｇ（ｘ）を用いて、前記解析対象のデータを復号する巡回符号復号手段を更に備えることを特徴とする諸元解析装置。
5. 電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析方法において、
   外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘ^ｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析ステップと、
   前記巡回符号解析ステップにより得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析ステップと、
   を備えることを特徴とする諸元解析方法。
6. 請求項５に記載の諸元解析方法において、
   前記巡回符号解析ステップにおいて、ヒストグラムを積む回数Ｎだけ前記連立方程式を解き、
   前記頻度解析ステップにおいて、前記巡回符号解析ステップより得られる、Ｎ個の解をヒストグラムに積み、当該ヒストグラムにおいて頻度が最も高い前記解を用いることにより前記解析を行うことを特徴とする諸元解析方法。
7. 請求項５又は６に記載の諸元解析方法において、
   前記連立方程式は、前記解析対象のデータの符号長をｎとした時にｎ元連立方程式であることを特徴とする諸元解析方法。
8. 請求項５乃至７の何れか１項に記載の諸元解析方法において、
   前記頻度解析ステップにおいて求められた前記生成多項式Ｇ（ｘ）を用いて、前記解析対象のデータを復号する巡回符号復号ステップを更に備えることを特徴とする諸元解析方法。
9. 電波監視システムにおいて用いられる誤り訂正符号の中の巡回符号の諸元解析プログラムにおいて、
   外部から入力された解析対象のデータに対して、符号多項式Ｗ（ｘ）と検査多項式Ｈ（ｘ）の間にある「Ｈ（ｘ）Ｗ（ｘ）＝０ｍｏｄ ｘ^ｎ−１」という関係を用いて、連立方程式を立て、前記連立方程式解くことにより、解を得る巡回符号解析手段と、
   前記巡回符号解析手段により得られた前記解を用いることにより生成多項式Ｇ（ｘ）を求める頻度解析手段と、
   を備える諸元解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする諸元解析プログラム。
10. 請求項９に記載の諸元解析プログラムにおいて、前記諸元解析装置を、
    前記巡回符号解析手段は、ヒストグラムを積む回数Ｎだけ前記連立方程式を解き、
    前記頻度解析手段は、前記巡回符号解析手段より得られる、Ｎ個の解をヒストグラムに積み、当該ヒストグラムにおいて頻度が最も高い前記解を用いることにより前記解析を行う諸元解析装置として機能させることを特徴とする諸元解析プログラム。
11. 請求項９又は１０に記載の諸元解析プログラムにおいて、
    前記連立方程式は、前記解析対象のデータの符号長をｎとした時にｎ元連立方程式であることを特徴とする諸元解析プログラム。
12. 請求項９乃至１１の何れか１項に記載の諸元解析プログラムにおいて、前記諸元解析装置を、
    前記頻度解析手段により求められた前記生成多項式Ｇ（ｘ）を用いて、前記解析対象のデータを復号する巡回符号復号手段を更に備える諸元解析プログラム装置として機能させることを特徴とする諸元解析プログラム。

Images