JP4363200B2 - 無線通信システム、無線通信方法、及び、無線通信装置 - Google Patents

Description

この発明は秘匿性を向上させた高セキュリティ無線通信装置及び高セキュリティ無線通信方法に関するものである。

近年、市場拡大が著しい近距離ワイヤレス無線通信では盗聴を防ぐために暗号化を用いている。しかしながら、その暗号強度は十分なものとは言えない。また、暗号化開始に当たって暗号化ストリームを発生するための種となる暗号化キーの交換を行わなくてはならないが、ここを狙うクラッキングの恐れがあることが指摘されている。

従来、例えば個人情報交換のネゴシエーションの際に、個人情報の送受信される期間に限り送信出力を段階的に制御し、できるだけ狭い範囲で電磁波を放射する様に工夫することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の例として、自分の周辺にいる通信装置を探索するときに、あまりに多くの通信装置が発見されると煩わしいことから、自分の近くにいる通信装置のみを発見して通信を開始するための工夫として、故意に探索用パケットの送信出力を落としたり、探索応答パケットの受信感度を下げたり、同エラー訂正強度を下げたりして、探索応答が数多く受信されない様な工夫が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１９７５６７号公報（第４〜６頁、第２，３図） 特開２００１−１９６７０４号公報（第７〜８頁、第９，１０図）

しかしながら、上述特許文献１の無線通信端末においては、自端末から遠いところに設置された相手端末と通信する場合には、送信出力を下げることができないため、結果的に秘匿性が悪化すると言う未解決の課題を有している。

また、上述特許文献２の携帯電話においては、特に通信の秘匿性を向上させることを目的としたものでは無く、また、単純に送信出力を下げているため、相手と自通信装置との間に、例えば人体の一部や移動物体が横切る等して遮蔽物が存在するとき、或いは、相手のアンテナの向きが変わったとき等に、受信電力が足りなくなって正常な通信が維持できなくなると言う未解決の課題を有している。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上することができるセキュリティ無線通信装置及び高セキュリティ無線通信方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本願では次に列挙するような技術を提案する。
（１）第１の感度受信モード、該第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード及び該第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有する第１及び第２の無線通信装置を備え、
前記第１及び第２の無線通信装置の間で相互に無線通信可能であって、
前記第１及び第２の無線通信装置は、データ送信時にデータ受信側に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、データ受信時にデータ送信側の前記第２の感度受信モード遷移要求手段からの前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受けたときに前記第２の感度受信モードに遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、データ送信時にデータ受信側の前記第２の感度受信モード遷移手段から前記第２の感度受信モードへの遷移通知を受けたときに前記第２の送信電力モードに遷移して送信データを送信する第２の送信電力モード遷移手段とを備え、
前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信システム。
上記（１）の無線通信システムでは、送信側からの第２の感度受信モードへの遷移要求に応じて受信側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移すると共に該遷移した旨送信側に遷移通知を発し、送信側は該遷移通知を受けて相対的に低い送信電力の第２の送信電力モードで送信データを送信する。そして、前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。このため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上させることができる。
（２）前記第１及び第２の無線通信装置は、暗号化キーをデータ受信側に送信するデータ送信時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段で前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う（１）の無線通信システム。
上記（２）の無線通信システムでは（１）の無線通信システムにおいて特に、暗号化キーをデータ受信側に送信するに際して受信側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移することが促される。受信側がこの促しに応じることにより、秘匿性を向上させた状態で暗号化キーの授受が行われ得る。
（３）第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードを有する第１の無線通信装置と、
第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モードを有し、前記第１の無線通信装置との間で無線通信を行う第２の無線通信装置とを有し、
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、前記第２の無線通信装置から前記第２の無線通信装置が前記第２の感度受信モードへと遷移したことを示す通知を受けた時に前記第２の送信電力モードに遷移する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置からの前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受けた時に前記第２の感度受信モードに遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、データ送信時に前記第１の無線通信装置側の前記第２の感度受信モード遷移手段から前記第２の感度受信モードへの遷移通知を受けたときに前記第２の送信電力モードに遷移して送信データを送信する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信システム。
上記（３）の無線通信システムでは、第１の無線通信装置側が第２の無線通信装置に対して相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移することを促し、第２の無線通信装置側がこの促しに応じて第２の感度受信モードに遷移すると共に該遷移した旨を第１の無線通信装置側に通知し、該通知の受信を俟って第１の無線通信装置側は相対的に低い送信電力の第２の送信電力モードで第２の無線通信装置に対して送信データを送信する。そして、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。このため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上させることができる。

（４）前記第１の無線通信装置は、暗号化キーを前記第２の無線通信装置に送信する時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段にて前記第２の無線通信装置へ前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う（３）の無線通信システム。
上記（４）の無線通信システムでは（３）の無線通信システムにおいて特に、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置に暗号化キーをデータ受信側に送信するに際して第２の無線通信装置側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移することが促される。第２の無線通信装置がこの促しに応じることにより、秘匿性を向上させた状態で暗号化キーの授受が行われ得る。
（５）前記第２の感度受信モードへの遷移は、暗号化キーをデータ受信側に送信するデータ送信の前に、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したか否かに関わらずに行われる（１）および（３）の何れか一の無線通信システム。
上記（５）の無線通信システムでは（１）および（３）の何れか一の無線通信システムにおいて特に、送信側が暗号化キーをデータ受信側に送信するに際しては該送信に先立って、受信側における受信感度が相対的に高い第２の感度受信モードへと自動的に遷移する。このため、使い勝手が向上する。
（６）前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させるように構成されている（１）〜（５）の何れか一の無線通信システム。
上記（６）の無線通信システムでは、（１）〜（５）の何れか一の無線通信システムにおいて特に、第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。送信電力を通信可能な限界まで小さく調節することができる。
（７）前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記第２の送信電力モードを選択したときに、送信データを前記第１の送信電力モード時の第１の符号化方式に対して誤り訂正能力が高い第２の符号化方式で符号化して送信するように構成されている（１）〜（６）の何れか一の無線通信システム。
上記（７）の無線通信システムでは、（１）〜（６）の何れか一の無線通信システムにおいて特に、受信エラーの発生を一層低減することができる。
（８）前記第２の符号化方式は、前記第１の符号化方式よりも低い誤り訂正符号化率で符号化することを特徴とする（７）の無線通信システム。
上記（８）の無線通信システムでは、（７）の無線通信システムにおいて特に、第１の符号化方式に対して誤り訂正能力が相対的に高い第２の符号化方式として誤り訂正符号化率が第１の符号化方式よりも低い方式が採られる。
（９）前記第１の符号化方式は符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式であり、
前記第２の符号化方式は符号化率１／３の誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式であることを特徴とする（７）〜（８）の何れか一の無線通信システム。
上記（９）の無線通信システムでは、（７）〜（８）の何れか一の無線通信システムにおいて特に、第１の符号化方式には符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式が採られ、第２の符号化方式には符号化率１／３の誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式が採られる。

（１０）第１の感度受信モード、該第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード及び該第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有する第１及び第２の無線通信装置間で無線通信可能であって、データ送信側の前記第１または第２の無線通信装置が秘匿データを送信する際に、データ受信側の前記第１または第２の無線通信装置を前記第２の感度受信モードに遷移させてから前記第２の電力送信モードに遷移するようにして、データ送信側となる前記第１及び第２の無線通信装置うちの一方の無線通信装置がデータ受信側となる前記第１及び第２の無線通信装置のうちの他方の無線通信装置へのデータ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、当該他方の無線通信装置からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて前記秘匿データを送信することを特徴とする無線通信方法。
上記（１０）の無線通信方法では、送信側からの第２の感度受信モードへの遷移要求に応じて受信側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移すると共に該遷移した旨送信側に遷移通知を発し、送信側は該遷移通知を受けて相対的に低い送信電力の第２の送信電力モードで送信データを送信する。そして、データ送信側となる前記第１及び第２の無線通信装置うちの一方の無線通信装置がデータ受信側となる前記第１及び第２の無線通信装置のうちの他方の無線通信装置へのデータ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、当該他方の無線通信装置からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて前記秘匿データを送信する。このため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上させることができる。
（１１）第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードを有する第１の無線通信装置と、第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モードを有する第２の無線通信装置との間で無線通信を行い、前記第１の無線通信装置が前記第２の無線通信装置を前記第２の感度受信モードに遷移させてから前記第２の電力送信モードに遷移し、前記第２の電力送信モードでデータ送信を行ない、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信方法。
上記（１１）の無線通信方法では、第１の無線通信装置は第１の送信電力モードとこの第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードを有し、第２の無線通信装置は第１の感度受信モードとこの第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モードを有しており、第１の無線通信装置側から第２の無線通信装置へデータ送信を行うに際して第１の無線通信装置が第２の無線通信装置を相対的に受信感度の高い第２の感度受信モードに遷移させてからこのデータ送信を行う。そして、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。このため、秘匿性が高い状態でこのデータ送信が行われ得る。
（１２）第１の感度受信モード、前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード、前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有し、
通信相手の通信装置へデータ送信を行う際に、前記通信装置に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、
前記通信装置からデータ受信を行う際に、前記通信装置から前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したときは、前記第２の感度受信モードへ遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、
前記通信装置へデータ送信を行う際に、前記通信装置から、前記通信装置が前記第２の感度受信モードへの遷移した通知を受信したときは、前記第２の送信電力モードに遷移してデータ送信を行う第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信装置。
上記（１２）の無線通信装置では、送信側及び受信側にこのような無線通信装置を適用して無線通信を行う場合に、送信側からの第２の感度受信モードへの遷移要求に応じて受信側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移すると共に該遷移した旨送信側に遷移通知を発し、送信側は該遷移通知を受けて相対的に低い送信電力の第２の送信電力モードで送信データを送信する。そして、第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。このため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上させることができる。

（１３）第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードよりも低い送信電力の第２の送信電力モードを有し、
通信相手の、第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードよりも高い受信感度の第２の受信感度モードを有する通信装置に対して、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、
前記通信装置から前記通信装置が前記第２の感度受信モードへ遷移した通知を受信したときに、前記第２の送信電力モードに遷移する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて秘匿データを送信することを特徴とする無線通信装置。
上記（１３）の無線通信装置では、送信側にこのような無線通信装置を適用して無線通信を行う場合に、受信側に第２の感度受信モードへの遷移要求を発して受信側が相対的に高い受信感度の第２の感度受信モードに遷移すると共に該遷移した旨の遷移通知を返してきたときには、この受信側に相対的に低い送信電力の第２の送信電力モードで送信データを送信する。そして、第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて秘匿データを送信する。このため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上させることができる。
（１４）前記無線通信装置は、暗号化キーを前記通信装置へ送信する時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段で前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行うことを特徴とする（１２）〜（１３）の何れか一の無線通信装置。
上記（１４）の無線通信装置では、（１２）〜（１３）の何れか一の無線通信装置において特に、暗号化キーを受診側の通信装置へ送信するに際し、第２の感度受信モード遷移要求手段によって第２の感度受信モードへの遷移要求が発される。
（１５）前記第２の感度受信モードへの遷移は、暗号化キーを前記通信装置へ送信する前に、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したか否かに関わらずに行われることを特徴とする（１２）〜（１３）の何れか一の無線通信装置。
上記（１５）の無線通信装置では、（１２）〜（１３）の何れか一の無線通信装置において特に、受信側における第２の感度受信モードへの遷移は、この第２の感度受信モードへの遷移要求の受信に依存せずに、暗号化キーを通信装置へ送信する以前の時点で行われる。このため、装置の使い勝手が向上する。

（１６）前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記通信装置へデータ送信を行う際に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データを前記通信装置へ送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする特徴とする（１２）〜（１５）の何れか一の無線通信装置。
上記（１６）の無線通信装置では、（１２）〜（１５）の何れか一の無線通信装置において特に、第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させる。送信電力高い分解能で限界まで小さく調節することができる。
（１７）前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記第２の送信電力モードを選択した時に、送信データを前記第１の送信電力モード時の第１の符号化方式に対して、前記第１の符号化方式よりも誤り訂正能力が高い第２の符号化方式で符号化して送信することを特徴とする（１２）〜（１６）の何れか一の無線通信装置。
上記（１７）の無線通信装置では、（１２）〜（１６）の何れか一の無線通信装置において特に、受信エラーの発生を一層低減することができる。
（１８）前記第２の符号化方式は、前記第１の符号化方式よりも低い誤り訂正符号化率で符号化することを特徴とする（１７）の無線通信装置。
上記（１８）の無線通信装置では、（１７）の無線通信装置において特に、第２の符号化方式として第１の符号化方式よりも低い誤り訂正符号化率での符号化方式が採られる。
（１９）前記第１の符号化方式は符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式であり、
前記第２の符号化方式は符号化率１／３の誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式であることを特徴とする（１７）〜（１８）の何れか一の無線通信装置。
上記（１９）の無線通信装置では、（１７）〜（１８）の何れか一の無線通信装置において特に、第１の符号化方式は符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式が採られ、第２の符号化方式として符号化率１／３の誤り訂正符号で３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式が採られる。

図１はこの発明の高セキュリティ無線通信装置システムの無線通信装置のブロック図である。無線通信装置１００は、トランシーバ１、ベースバンドチップ２、メモリ３及びホストコントロールインターフェース４とから構成されている。ベースバンドチップ２は、さらに、コア２ａとホストＣＰＵ２ｂとを有している。メモリ３は、さらに、リンク管理用ソフトウェア３ａとＨＣＩ（Host Control Interface）ソフトウェア３ｂとを有している。この機構は、例えばBluetoothと呼ばれる無線規格向けのユニット構成としてポピュラーである。

トランシーバ１は、アンテナ４１を介して、無線信号を規定の通信周波数に合わせて受信し、さらにベースバンド信号に復調する処理、及び、ベースバンド信号を変調して、規定の通信周波数に合わせて、無線信号としてアンテナ４１から送信する処理を行う。

ベースバンドチップ２は、ホストコントロールインターフェース４を介して、主に上位層プロトコルからのデータをパケットのペイロード部分に入れ、ベースバンド信号に要求されるさまざまなデータ信号処理を行い、また、トランシーバ１から受け取った信号から、上位層プロトコルに必要なパケットのペイロード部分のデータを抽出する処理を行う。また、ベースバンドレベルの通信プロトコル制御をつかさどる。

図２は図１のトランシーバ１のブロック図である。トランシーバ１は、アンテナ４１からの無線信号をそのままの形で増幅する無線周波数増幅器１１と、無線周波数増幅器１１で増幅された無線信号をフィルタリングする中間周波濾波器１２と、中間周波濾波器１２によって抽出された入力信号をベースバンド信号に復調する復調器１３とを有している。またさらに、ベースバンド信号を規定のパルスに形成するパルス形成器１４と、パルス形成された出力信号を規定の周波数に変換するミキサー１５と、規定の周波数に変換された出力信号を増幅してアンテナ４１から送信する電力増幅部１６と、ベースバンドチップ２のコア２ａから制御信号バスを介して伝達される指令により無線通信装置１００の通信状態の遷移の管理をする制御レジスタ状態管理部１７とを有している。

図３は無線通信装置１００の状態遷移の変化の様子を示す遷移図である。無線通信装置１００は、待ち受け状態、問い合わせ状態、呼び出し状態、データ転送状態及び接続状態の各状態の間で遷移する。この遷移は、外部からのコマンド及び上位層プロトコルからのコマンドに基づいてコア２ａ及び制御レジスタ状態管理部１７により管理されている。接続状態では、データパケットの送受信は行われず、接続状態で送受信されるのは、通信リンクを設定するための制御パケット、セキュリティ関連の制御パケット、および送信電力制御パケットなどに限定される。データパケットの送受信は、データ転送状態にて行われる。

図４は図３のデータ転送状態の詳細を示す遷移図である。データ受信状態においては、さらに受信感度に係るモードとして、高感度受信モードと通常高感度受信モードとが有り、また、データ送信状態においては、送信電力に係るモードとして、低送信電力モードと通常送信電力モードとがある。

高感度受信モードとは、通信規格で定義された受信感度よりも高い受信感度での受信が行えるようにしたモードであり、ここでは、電力増幅器１６のゲインを予め決められた所定のレベルまで上げた状態である。この高感度受信モードは、受信感度は高くなるが、消費電流の増加、及び受信エラーの増加を伴うので通常状態及び長い時間での使用は好ましくない。

また、低送信電力モードとは、理想的には、高感度受信モードを使用中の相手端末で受信可能な最小送信電力まで下げた状態である。しかしながら、第１の実施形態においては、単純に現在の送信電力から所定のレベルだけ下げた送信電力の状態である。

図５は秘匿通信を要求する側の無線通信装置と秘匿通信を受諾する側の無線通信装置との間で往復するメッセージの様子を示すメッセージシーケンスチャートである。図６は秘匿通信を要求する側の無線通信装置の動作を示すフローチャートである。図７は秘匿通信を受諾する側の無線通信装置の動作を示すフローチャートである。図５，６，７に沿って両無線通信装置の秘匿通信を含むコネクション動作の説明をする。

図６及び図７の動作は、夫々秘匿通信要求側及び秘匿通信受諾側のリンク管理用ソフトウェア３ａの一部がホストＣＰＵ２ｂによって処理されて動作する。リンク管理用ソフトウェア３ａは、近距離ワイヤレス通信プロトコルを使って通信を行う。

まず、秘匿通信要求側の無線通信装置は、相手端末に対して、“通信開始要求（Page）”を送信する（ステップＳ１）。秘匿通信受諾側の無線通信装置は、このメッセージを受信し（ステップＳ２１）、メッセージ別ジャンプ判断（ステップＳ２２）により、通信開始要求処理にジャンプする（ステップＳ２３）、通信可能なときには、“応答（Page Response）”を送信する（ステップＳ２４）。この動作で秘匿通信要求側の無線通信装置と秘匿通信受諾側の無線通信装置とが、近距離ワイヤレス通信プロトコルによる接続が完了された状態となる。

次に、“応答（Page Response）”を受信した（ステップＳ２）秘匿通信を要求する秘匿通信要求側の無線通信装置は、相手端末に対して、“（１）受信感度増加要求LMPメッセージ”を送信する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、高感度受信モード遷移要求手段を構成している。

秘匿通信受諾側の無線通信装置は、この“（１）受信感度増加要求LMPメッセージ”を受信し、受信感度増加要求処理にジャンプし（ステップＳ２５）、これを受諾してもよい場合、（２）“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を送信し（ステップＳ２６）、次いで高感度受信モードに遷移する（ステップＳ２７）。ステップＳ２６は、高感度受信モード遷移手段を構成している。

（２）“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を受信した（ステップＳ４）秘匿通信要求側は、低送信電力モードに遷移する（ステップＳ５）。ステップＳ５は、低送信電力モード遷移手段を構成している。

次いで、秘匿通信要求側は、（３）“暗号化用キー交換開始メッセージ（LMP_start_encryption_req）”を送信する（ステップＳ６）。そしてさらに、高感度受信モードへ遷移する（ステップＳ７）。ステップＳ６は、暗号化キー送信手段を構成している。

秘匿通信受諾側の無線通信装置は、（３）“暗号化用キー交換開始メッセージ（LMP_start_encryption_req）”を受信し、暗号化用キー交換開始要求処理へジャンプし（ステップＳ２８）、低送信電力モードに遷移し（ステップＳ２９）、“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を送信し（ステップＳ３０）、通常感度受信モードに遷移する（ステップＳ３１）。

“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を受信した（ステップＳ８）秘匿通信要求側は、通常感度受信モードに遷移し（ステップＳ９）、次いで通常送信電力モードに遷移する（ステップＳ１０）。そして、暗号化済みデータの送信を開始する（ステップＳ１１）。

秘匿通信受諾側は、暗号化済みデータを受信すると（ステップＳ３２）、通常送信電力モードに遷移し（ステップＳ３３）暗号化済みデータを読み込む（ステップＳ３４）。

なお、例えば上述の（３）“暗号化用キー交換開始メッセージ（LMP_start_encryption_req）”及びこのコマンドの応答（４）“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を送信する場合、相手端末は高感度受信モードであり、受信エラーが発生しやすい状態にある。このように、受信エラーが発生しやすい状態である高感度受信モードの相手端末にコマンドを送る際には、より強い誤り訂正符号を付けて送信する。具体的には、通常のコマンドを送る場合に、符号化率２／３レートの誤り訂正符号として例えばハミング符号を使うのに対して、相手端末は高感度受信モードの場合には、これを符号化率１／３レートの誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法に変える。これにより、受信エラーが発生しやすい高感度受信モードにあっても受信エラーの発生を低減することができる。この誤り訂正符号の切り替えにより、必要であれば、復調器１３とパルス形成器１４を２台設けて切り替えて使用する。

以上のように、本実施形態においては、相手端末に対して高感度受信モードに遷移するように要求するコマンドを送信し、相手端末がこのコマンドを受け入れて高感度受信モードとなった後、自端末を低送信電力モードとする。そして、この状態のときに相手端末に暗号化用キーを送信する。そして、次に互いの状態を逆にして、つまり、相手端末を低送信電力モードとし、且つ、自端末を高感度受信モードとして、了解のメッセージを受け取る。そのため、正常な通信状態を維持しながら秘匿性を向上することができる。そして、この秘匿性を向上した状態で、暗号化用キーの送信及び受け取りの応答のネゴシエーションを行うので暗号化通信の安全性を高めることができる。

さらにまた、秘匿通信受諾側の無線通信装置の図６のステップＳ３に示す“受信感度増加要求LMPメッセージ”を送信するタイミングは、本実施形態のように、暗号化通信の暗号化用キー送受信の際に行われてもよいし、また、単に通信開始の最初に行うようにしてもよいし、さらには、使用者の操作入力をトリガーとして行われてもよい。また、使用するアプリケーション等によって必要に応じて行われてもよい。また、上述の秘匿通信要求側の無線通信装置の高感度受信モードへの遷移は、暗号化キーをデータ受信側に送信するデータ送信に先立ち自動的に行われるようにしても良い。

さらに、本実施形態の高感度受信モードは、電力増幅器１６のゲインを上げることによって受信感度を上げているが、これに限られるものではなく、例えばアンテナの指向性を変化させる等して受信感度を上げてもよく、一時的に所定の大きさだけ受信感度を上げるものであれば、どのような方法であってもよい。特に、送信側にてアンテナの指向性を変化させることが有効である。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態においては、送信電力制御コマンドを使って、高感度受信モードになった側の端末が、低送信電力モードとなった相手端末に向けて、相手の送信電力を自己の受信感度の下限となるまで下げる動作をする。

具体的には、以下のように相手の送信出力を上下させる送信電力制御コマンドを用意する。

送信電力を１ステップ分増加させる旨の要求（LMP_incr_power_req）
送信電力を１ステップ分減少させる旨の要求（LMP_decr_power_req）
すでに最大送信電力で送信している旨の応答（LMP_max_power）
すでに最小送信電力で送信している旨の応答（LMP_min_power）
図８に送信電力制御機能の制御シーケンスを示す。相手端末に送信電力の増加を促す場合には“LMP_incr_power_req”のコマンドを送信する。このコマンドを受け取った相手端末は、速やかに送信電力を１ステップ分増加させなければならない。一方、すでに最大電力に達している場合には、その旨の応答として“LMP_max_power”を返す必要がある。同様にして、相手端末に送信電力の減少を促す場合には“LMP_decr_power_req”のコマンドを送信する。このコマンドを受け取った相手端末は、速やかに送信電力を１ステップ分減少させなければならない。一方、すでに最小電力に達している場合には、その旨の応答“LMP_min_power”を返す必要がある。

上述の第１の実施の形態においては、秘匿通信要求側の無線通信装置は、（１）“受信感度増加要求LMPメッセージ”を送信するとともに、その了解メッセージを受け取ると低送信電力モードに遷移する。この動作に関して、本実施の形態は、高感度受信モードとなった秘匿通信受諾側の無線通信装置は、以下の方法によって、秘匿通信要求側の無線通信装置の送信出力を自らの受信感度の下限まで下げる。

秘匿通信受諾側の無線通信装置である高感度受信モードの端末が、秘匿通信要求側の無線通信装置である低送信電力モードの相手端末を自己の受信感度の下限となるまで下げる動作を図９のフローチャートに沿って説明する。なお、フローチャートは、高感度受信モードの端末のもののみを示す。

まず、高感度受信モードとなった端末が、低送信電力モードの相手端末に、電力減少要求“LMP_decr_power_req”のコマンドを送信して送信電力の減少を促す（ステップＳ４１）。

低送信電力モードの相手端末は、“LMP_decr_power_req”のコマンドを受信し、送信電力を１ステップ分減少できるのであれば、送信電力を１ステップ分減少させた後、了解メッセージを送信する。了解メッセージを受け取った（ステップＳ４４）高感度受信モードの端末は、さらに、電力減少要求“LMP_decr_power_req”のコマンドを送信して低送信電力モードの端末に送信電力の減少を促す（ステップＳ４１）。そして、このループが１回以上繰り返される。

そして、このループの中で、最小送信電力“LMP_min_power”の応答を受信すると（ステップＳ４５）、高感度受信モードの端末は、これ以上の電力減少要求“LMPo_decr_power_req”のコマンドを送信しない。

また、所定の時間、了解メッセージが戻ってこない場合（ステップＳ４６）、或いは了解メッセージが正しい形で帰ってこない場合（ステップＳ４７）には、高感度受信モードの端末は、低送信電力モードの相手端末が送信電力を減少しすぎたと判断し、電力増加要求“LMP_incr_power_req”のコマンドを１回送信する（ステップＳ４８）。

このように、図５の（１）“受信感度増加要求LMPメッセージ”を受信し、高感度受信モードとなった秘匿通信受諾側の無線通信装置は、上述の送信電力制御コマンドを使って、相手端末である秘匿通信要求側の無線通信装置を適正なレベルの低送信電力状態まで下げた後に“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を送信するようにしてもよい。その後に行われる秘匿通信要求側の無線通信装置から“暗号化用キー交換開始メッセージ（LMP_start_encryptiono_req）”が送信されて、これに応じて、相手端末である秘匿通信受諾側の無線通信装置が低送信電力モードに遷移する場合も同様である。

このように、相手端末が低送信電力モードに遷移するときに、送信電力制御コマンドを使って相手端末とネゴシエーションを行うことで相手の送信電力を下げることにより、自端末は、高感度受信モードとなった相手端末の受信感度の下限まで送信出力を下げることができる。これにより、最も秘匿性を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施形態においては、低送信電力モードになった側の端末が、高感度電力モードとなった相手端末に対して、相手の送信電力を自己の受信感度の下限となるまで下げる動作をする。

上述の第１の実施の形態においては、秘匿通信要求側の無線通信装置は、（１）“受信感度増加要求LMPメッセージ”を送信するとともに、その了解メッセージを受け取ると低送信電力モードに遷移する。この動作に関して、本実施の形態は、低送信電力モードとなった秘匿通信要求側の無線通信装置は自らの送信出力を、以下の方法によって、秘匿通信要求側の無線通信装置の受信感度の下限まで下げる。この動作を図１０のフローチャートに沿って説明する。なお、フローチャートは、低送信電力モードの端末のもののみを示す。まず、低送信電力モードとなった端末が、自己の送信電力を１ステップ分減少させ（ステップＳ５１）、その後、確認メッセージを送信する（ステップＳ５１）。

これに対して、了解メッセージを受け取った（ステップＳ５２）低送信電力モードの端末は、さらに、自己の送信電力を１ステップ分減少させ（ステップＳ５１）、その後、確認メッセージを送信する（ステップＳ５１）。そして、このループを１回以上繰り返す。

そして、このループの中で、所定の時間、了解メッセージが戻ってこない場合（ステップＳ５３）、低送信電力モードの端末は、自己の送信電力を１ステップ分増加させ（ステップＳ５４）処理を終了する。

このように、図５の（２）“了解LMPメッセージ（LMP_accepted）”を受信した秘匿通信要求側は、低送信電力モードに遷移する際に、本実施形態の動作を行って、高感度電力モードとなった相手端末に対して、相手の送信電力を自己の受信感度の下限となるまで下げてもよい。

このように、低送信電力モードに遷移するときに、相手端末とネゴシエーションを行うことで自己の送信電力を下げることにより、自端末は、高感度受信モードとなった相手端末の受信感度の下限まで送信出力を下げることができる。これにより、最も秘匿性を向上させることができる。

この発明の高セキュリティ無線通信装置システムの無線通信装置のブロック図である。 図１のトランシーバ１のブロック図である。 無線通信装置１００の状態遷移の変化の様子を示す遷移図である。 図３のデータ転送状態の詳細を示す遷移図である。 秘匿通信要求側と秘匿通信受諾側の両無線通信装置の間で往復するメッセージの様子を示すメッセージシーケンスチャートである。 秘匿通信要求側無線通信装置の動作を示すフローチャートである。 秘匿通信受諾側無線通信装置の動作を示すフローチャートである。 送信電力制御機能の制御シーケンスである。 高感度受信モードの端末が低送信電力モードの相手端末を自己の受信感度の下限となるまで下げる動作を示すフローチャートである。 低送信電力モードの端末が自己の受信感度を高感度受信モードの相手端末の受信感度の下限となるまで下げる動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 無線通信装置１００、１ トランシーバ、２ ベースバンドチップ、３ メモリ、 ４ ホストコントロールインターフェース。

Claims (19)

1. 第１の感度受信モード、該第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード及び該第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有する第１及び第２の無線通信装置を備え、
   前記第１及び第２の無線通信装置の間で相互に無線通信可能であって、
   前記第１及び第２の無線通信装置は、データ送信時にデータ受信側に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、データ受信時にデータ送信側の前記第２の感度受信モード遷移要求手段からの前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受けたときに前記第２の感度受信モードに遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、データ送信時にデータ受信側の前記第２の感度受信モード遷移手段から前記第２の感度受信モードへの遷移通知を受けたときに前記第２の送信電力モードに遷移して送信データを送信する第２の送信電力モード遷移手段とを備え、
   前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１及び第２の無線通信装置は、暗号化キーをデータ受信側に送信するデータ送信時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段で前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う請求項１に記載の無線通信システム。
3. 第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードを有する第１の無線通信装置と、
   第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モードを有し、前記第１の無線通信装置との間で無線通信を行う第２の無線通信装置とを有し、
   前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、前記第２の無線通信装置から前記第２の無線通信装置が前記第２の感度受信モードへと遷移したことを示す通知を受けた時に前記第２の送信電力モードに遷移する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
   前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置からの前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受けた時に前記第２の感度受信モードに遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、データ送信時に前記第１の無線通信装置側の前記第２の感度受信モード遷移手段から前記第２の感度受信モードへの遷移通知を受けたときに前記第２の送信電力モードに遷移して送信データを送信する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
   前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信システム。
4. 前記第１の無線通信装置は、暗号化キーを前記第２の無線通信装置に送信する時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段にて前記第２の無線通信装置へ前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記第２の感度受信モードへの遷移は、暗号化キーをデータ受信側に送信するデータ送信の前に、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したか否かに関わらずに行われる請求項１および３の何れか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させるように構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の無線通信システム。
7. 前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記第２の送信電力モードを選択したときに、送信データを前記第１の送信電力モード時の第１の符号化方式に対して誤り訂正能力が高い第２の符号化方式で符号化して送信するように構成されている請求項１〜６の何れか一項に記載の無線通信システム。
8. 前記第２の符号化方式は、前記第１の符号化方式よりも低い誤り訂正符号化率で符号化することを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記第１の符号化方式は符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式であり、
   前記第２の符号化方式は符号化率１／３の誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式であることを特徴とする請求項７〜８の何れか一項に記載の無線通信システム。
10. 第１の感度受信モード、該第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード及び該第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有する第１及び第２の無線通信装置間で無線通信可能であって、データ送信側の前記第１または第２の無線通信装置が秘匿データを送信する際に、データ受信側の前記第１または第２の無線通信装置を前記第２の感度受信モードに遷移させてから前記第２の電力送信モードに遷移するようにして、データ送信側となる前記第１及び第２の無線通信装置うちの一方の無線通信装置がデータ受信側となる前記第１及び第２の無線通信装置のうちの他方の無線通信装置へのデータ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、当該他方の無線通信装置からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて前記秘匿データを送信することを特徴とする無線通信方法。
11. 第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードを有する第１の無線通信装置と、第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モードを有する第２の無線通信装置との間で無線通信を行い、前記第１の無線通信装置が前記第２の無線通信装置を前記第２の感度受信モードに遷移させてから前記第２の電力送信モードに遷移し、前記第２の電力送信モードでデータ送信を行ない、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信方法。
12. 第１の感度受信モード、前記第１の感度受信モードより高い受信感度の第２の感度受信モード、第１の送信電力モード、前記第１の送信電力モードより低い送信電力の第２の送信電力モードの４つのモードを有し、
    通信相手の通信装置へデータ送信を行う際に、前記通信装置に対して前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、
    前記通信装置からデータ受信を行う際に、前記通信装置から前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したときは、前記第２の感度受信モードへ遷移する第２の感度受信モード遷移手段と、
    前記通信装置へデータ送信を行う際に、前記通信装置から、前記通信装置が前記第２の感度受信モードへの遷移した通知を受信したときは、前記第２の送信電力モードに遷移してデータ送信を行う第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
    前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする無線通信装置。
13. 第１の送信電力モード及び前記第１の送信電力モードよりも低い送信電力の第２の送信電力モードを有し、
    通信相手の、第１の感度受信モード及び前記第１の感度受信モードよりも高い受信感度の第２の受信感度モードを有する通信装置に対して、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行う第２の感度受信モード遷移要求手段と、
    前記通信装置から前記通信装置が前記第２の感度受信モードへ遷移した通知を受信したときに、前記第２の送信電力モードに遷移する第２の送信電力モード遷移手段とを有し、
    前記第２の送信電力モード遷移手段は、データ送信時に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データをデータ受信側に送信することを繰り返すネゴシエーションにより、データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させて秘匿データを送信することを特徴とする無線通信装置。
14. 前記無線通信装置は、暗号化キーを前記通信装置へ送信する時に、前記第２の感度受信モード遷移要求手段で前記第２の感度受信モードへの遷移要求を行うことを特徴とする請求項１２〜１３の何れか一項に記載の無線通信装置。
15. 前記第２の感度受信モードへの遷移は、暗号化キーを前記通信装置へ送信する前に、前記第２の感度受信モードへの遷移要求を受信したか否かに関わらずに行われることを特徴とする請求項１２〜１３の何れか一項に記載の無線通信装置。
16. 前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記通信装置へデータ送信を行う際に、送信電力を所定電力分下げた状態で、受信確認データを前記通信装置へ送信することを繰り返し、データ受信側から送達確認データの正規の受信が不能になったときに1回発される送信電力増加要求コマンドに応じるネゴシエーションによって、当該データ受信側からの送達確認データの受信が可能な最小送信電力まで送信電力を低下させることを特徴とする請求項１２〜１５の何れか一項に記載の無線通信装置。
17. 前記第２の送信電力モード遷移手段は、前記第２の送信電力モードを選択した時に、送信データを前記第１の送信電力モード時の第１の符号化方式に対して、前記第１の符号化方式よりも誤り訂正能力が高い第２の符号化方式で符号化して送信することを特徴とする請求項１２〜１６の何れか一項に記載の無線通信装置。
18. 前記第２の符号化方式は、前記第１の符号化方式よりも低い誤り訂正符号化率で符号化することを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
19. 前記第１の符号化方式は符号化率２／３の誤り訂正符号としてハミング符号を用いた符号化方式であり、
    前記第２の符号化方式は符号化率１／３の誤り訂正符号として３回同じ情報を送信する単純繰り返し法を用いた符号化方式であることを特徴とする請求項１７〜１８の何れか一項に記載の無線通信装置。

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