JP6465391B2 - 通信装置、通信方法及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、通信方法及び通信システムに関する。

特許文献１には、基地局から端末へ送信するキャリアの位相を、受信対象となる端末において特定のキャリア位相となるように制御し、受信対象でない端末でのデータシンボルの判定を困難にする技術が記載されている。

国際公開ＷＯ２００８／１４６４９４号（特に、段落［０３４３］）

特許文献１に記載された技術は、キャリアの位相を特定の位相に制御するという比較的単純なものである。このため、悪意を持って他端末宛ての信号を受信しようとするならば、容易に受信してその復調を行える可能性がある。

本発明は、よりセキュリティに優れた通信を可能にする通信装置、通信方法及び通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る通信装置は、位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和を求め、当該和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を含む。

また、本発明の他の態様に係る通信方法は、位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を得、前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせることを、を含む。

さらに、本発明の別の態様に係る通信システムは、上述した通信装置を送信装置及び受信装置の各々として有し、送信装置における前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記シンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段であり、受信装置における前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段であり、前記送信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトが、前記受信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトによりキャンセルされるように構成されている。

また、本発明のさらに別の態様に係るデジタル変復調器は、位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を含む。

本発明によれば、よりセキュリティに優れた通信装置、通信方法及び通信システムが提供される。

ＱＰＳＫにおける信号空間ダイアグラムである。 関連技術における位相シフト処理を説明するための信号空間ダイアグラムである。 関連技術の問題点を説明するための信号空間ダイアグラムである。 関連技術の位相シフト処理を説明するための図であって、送信シンボルと、規則コードと位相シフト処理後の位相との関係を示す図である。 関連技術の問題点を説明するための図であって、クロック再生後のシンボルの位相と、その位相と理想信号点の位相との差を求めた結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る通信装置に用いられるデジタル変復調器の要部ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る通信システムの概略構成を示すブロック図である。 図７の通信システムにおいて使用される信号の一例を示すフォーマット図である。 図７の通信システムの動作を説明するための図であって、送信シンボルと、２組の規則コードと、位相シフト処理後の位相との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の効果の一つを説明するための図であって、クロック再生後のシンボルの位相と、その位相と理想信号点の位相との差を求めた結果を示す図である。 図７の通信システムにおけるキャリア再生部の動作を説明するための図である。

本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の理解を容易にするために、本願発明者らが提案した関連技術（特願２０１３‐１８２０６４）について説明する。

デジタル変調方式の一例としてＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）が知られている。この変調方式では、基準となる正弦波とそれとは９０度ずつ位相の異なる３つの正弦波の計４つの正弦波（基準波又は搬送波）にそれぞれ異なる値（２ビット）を割り当てて情報伝送を実現する。伝送する情報の単位をシンボルと呼び、ＱＰＳＫの場合、１シンボルで２ビットの情報を伝送することができる。

図１は、ＱＰＳＫにおける信号空間ダイアグラムである。横軸は実軸（Ｉ軸）、縦軸は虚軸（Ｑ軸）と呼ばれる。図１に黒丸で示される４つの（理想）信号点Ｐ０〜Ｐ３は、それぞれ１つのシンボルを表しており、２ビットの情報（００）、（０１）、（１１）及び（１０）に対応付けられている。

４つの理想信号点Ｐ０〜Ｐ３は、それぞれ対応するシンボルに使用される基準波（又は搬送波）の振幅と位相を表している。原点から理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の各々までの距離は、それぞれ対応する基準波の振幅を表す。また、各理想信号点Ｐ０〜Ｐ３と原点とを結ぶ線分が正の実軸と成す角度ａ_ｎ（ｎ＝０，１，２，３）は、対応する基準波の位相を表している。以下、角度ａ_ｎのことを信号点（又はシンボル）Ｐ_ｎの位相ａ_ｎと表現することがある。

ＱＰＳＫでは、使用される４つの基準波の振幅は一定なので、各理想信号点Ｐ０〜Ｐ３は原点を中心とする円周上に位置する。また、４つの基準波の位相は９０度ずつ位相が異なるので、原点と各理想信号点Ｐ０〜Ｐ３を結ぶ線分は互いに直交するか、または一直線となる。また、各理想信号点Ｐ_ｎの位相ａ_ｎは、次式で表すことができる。

ＱＰＳＫを用いる通信の復調は、信号空間ダイアグラム上に受信シンボルを受信信号点としてプロットした場合に、その受信信号点が、図１の理想信号点Ｐ０〜Ｐ３のいずれかを表していることを前提として行われる。つまり、信号空間ダイアグラム上の受信信号点は、最も近くに位置する理想信号点を表しているものとして復調が行われる。このため、受信信号点が、本来位置すべき理想信号点から大きくずれている場合や、ずれが一定でない場合には、復調（キャリア再生）困難又は不可能となる。

関連技術では、この点を考慮して、複数の受信信号点の各々について隣接する理想信号点からの距離が見かけ上ランダムに変化するように、送信側において各シンボルの位相をシフトさせる。そして、受信側においてシフトさせた位相を元に戻す処理を行う。ここで、受信信号点の理想信号点からのずれが実際にランダムに変化したのでは、受信側において復調が不可能になる。そこで、関連技術では、送信側と受信側とで位相シフト量に関する規則を予め定めておき、その情報を送信側と受信側で共有することによりその通信を実現する。具体的には、予め任意の位相シフト量を任意の数だけ用意し、その位相シフト量に関する情報（規則コードという）を送信側と受信側で共有する。情報量を低減するため、用意する位相シフト量の数は有限個とし、用意した有限個の位相シフト量を循環的に使用する。規則を知らない第三者は、その信号を受信しても復調を行うことができない。

関連技術における信号空間ダイアグラムの一例を図２に示す。送信シンボルを示す送信信号点ＴＰ０〜ＴＰ３の位置は、理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の位置から位相シフト量Ｃ_ｍ（ｍ：０〜１以上の任意の整数）だけずれている。位相のずれがランダムに見えるように、位相シフト量Ｃ_ｍ（ｍ：０〜１以上の任意の整数）は、互いに異なる値（Ｗ°，Ｘ°，Ｙ°，Ｚ°）に設定されている。送信信号点ＴＰ０〜ＴＰ３の位相ａ’_ｎは、次式で表すことができる。

図２及び式２から明らかなように、位相シフト量Ｃ_ｍの存在により送信信号点ＴＰ０〜ＴＰ３の位置は、理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の位置からランダムにずれているように見える。これにより、位相シフト量Ｃｍに関する情報を有していない第三者は、信号を受信しても正しく復調を行うことができない。

さて、関連技術では、上述のように搬送波の位相を所定の規則に従ってシフトさせることにより、その規則を知らない第三者には復調不可能としている。しかしながら、この関連技術には以下のような問題点がある。

即ち、ＱＰＳＫでは、図１を参照して説明したように信号空間ダイアグラム上において理想信号点の位置が決まっている。つまり、信号空間ダイアグラム上に表した受信シンボルの位置がどこであっても、その受信シンボルは４つの理想信号点Ｐ０〜Ｐ３のうちのどれかを表している。したがって、その受信シンボルが位相シフトを受けたものであるとの前提に立てば、その位相シフト量は、例えば、図３に示すように、受信シンボルＲＰ０がプロットされた場合（位相１６０度）、（ａ）２５度、（ｂ）１１５度、（ｃ）２０５度及び（ｄ）２９５度の４つの位相シフト量のうちの一つであると推定できる。このような推定を複数の受信シンボルについて実施することにより、関連技術で使用されている位相シフト量に関する規則を特定できる可能性がある。以下、具体例を挙げて説明する。

図４の上段に示すような送信シンボル１〜８・・・を考える。各送信シンボルの位相は、対応付けられた２ビットの符号に依存する。具体的には、各送信シンボルの位相は、図１に示す理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の位相（＝４５°，１３５°，２２５°，３１５°）のいずれかである。この送信シンボルの位相を、図４の中段に示す規則コードＣ０〜Ｃ３に対応付けられた角度だけ位相をシフトさせて修正送信シンボルとする。

規則コードＣ０〜Ｃ３は、それぞれ異なる位相シフト量を表している。規則コードＣ０〜Ｃ３は、１シンボルに対して１つずつ順番にかつ循環的に用いられる。即ち、複数の送信シンボルに対して、Ｃ０→Ｃ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ０→Ｃ１→・・・の順に用いられる。その結果、各修正送信シンボルの位相は、図４の下段に示すように、理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の位相とは異なるものとなる。

ここで、送受信の間に干渉等の影響がないものと仮定すると、受信シンボルの位相は、図５の上段に示すように、図４の下段に示した修正送信シンボルの位相と同じになる。この場合、受信シンボルの位置が信号点Ｐ０〜Ｐ３の位置からずれており、また、ずれの大きさもシンボル毎に異なるため、所定の規則を知らない受信側では、正しく復調することができないように思える。しかし、所定の規則を知らなくても以下のような処理（解読処理）を実行することは可能である。

（１）第１ステップ
受信したアナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号の変換し、変換したデジタル信号を記録装置に記録する。

（２）第２ステップ
記録しておいたデジタル信号に対してダウンコンバート処理（Ｉ／Ｑ分離処理）、ルートナイキスト処理、及びクロック再生処理を行う。これにより、信号空間ダイアグラム上に受信シンボルをプロットすることができ、受信シンボルの位相を特定することができる。

（３）第３ステップ
特定した受信シンボルの位相とＱＰＳＫにおける理想信号点Ｐ０〜Ｐ３の位相との差（４個）を計算する。例えば、受信シンボルの位相が２４５°の場合、その位相差は、（ａ）２４５°−２２５°＝２０°（理想信号点Ｐ３との位相差）、（ｂ）２０°＋９０°＝１１０°（理想信号点Ｐ０との位相差）、（ｃ）１１０°＋９０°＝２００°（理想信号点Ｐ１との位相差）、（ｄ）２００°＋９０°＝２９０°（理想信号点Ｐ２との位相差）、となる。この計算は、連続する複数の受信シンボルの各々について行う。得られた結果の一例を図５の下段に示す。なお、同図において、楕円で囲まれた位相差が規則コードＣ０〜Ｃ３に対応している。

（４）第４ステップ
第３ステップにより得られた結果から循環的に使用される規則コードの数（１周期の規則コードの数）Ｎｃを推定する。図５の下段に示す例では、太線枠で囲まれた部分が繰り返し出現しており、このことから使用される規則コードの数Ｎｃ＝４個と推定できる。ここで、各受信シンボルに加えられている位相シフト量は、上記のように（ａ）〜（ｄ）の４つのうちのいずれかである。したがって、推定された規則コードの数Ｎｃが正しければ、位相シフト量の組み合わせは、４^Ｎｃ通りのうちのいずれかである。Ｎｃ＝４個であれば、その組み合わせは高々４^４＝２５６通りでしかない。そこで、これらの位相シフト量の組み合わせを総当たりで試すように復調を行えば、正しく復調できる組み合わせを見つけることができる可能性が高い。

このように、関連技術では、位相シフト量に関する所定の規則を知らない第三者であっても受信信号を正しく復調できる可能性がある。本願発明は、この可能性を著しく低下させ、事実上不可能にすることができる通信方法及びそれを採用した通信装置を提供する。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る通信装置について説明する。

図６は、第１の実施の形態に係る通信装置に用いられるデジタル変復調器６０の要部ブロック図である。図示のデジタル変復調器６０は、位相変調方式（例えば、ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）に依拠して生成されたシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力部６１と、シンボルデータ列を構成する各シンボルに対して位相シフト処理を行う位相シフト処理部６２とを有している。

デジタル変復調器６０は、デジタル変調器又はデジタル復調器として用いられる。デジタル変復調器６０がデジタル変調器として用いられる場合、シンボルデータ列出力部６１は、位相変調方式に依拠したシンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理部である。一方、デジタル変復調器６０がデジタル復調器として用いられる場合、シンボルデータ列出力部６１は、受信シンボルデータ列を出力する受信信号処理部である。

シンボルデータ列出力部６１がベースバンド信号処理部の場合、入力される送信データに基づいて、変調方式に応じた送信シンボルデータ列を生成し出力する。シンボルデータ列出力部６１が受信信号処理部の場合、入力される受信信号からクロックを再生する等、所定の処理を行うとともに受信シンボルデータ列を出力する。

位相シフト処理部６２は、Ｎ（≧２）個の第１シフト値からなる第１コード群及びＭ（≧２，≠Ｎ）個の第２シフト値からなる第２コード群を記憶する記憶部６３と、入力されるシンボル列データに対してシンボル単位で位相をシフトさせる位相シフト部６４と、記憶部６３から第１シフト値及び第２シフト値を読み出して位相シフト部６４における位相のシフト量を制御する制御部６５とを含む。なお、位相シフト部６４と制御部６５とが位相シフト手段として機能する。

Ｎ個の第１シフト値及びＭ個の第２シフト値は、任意に定めることができる。Ｎ個の第１シフト値は互いに異なる値を持つことが望ましく、Ｍ個の第２シフト値もまた互いに異なる値を持つことが望ましい。これは、位相シフトがランダムに生じているように見せかけるためである。また、Ｍ個の第２シフト値は、９０度の倍数であることが望ましい。

Ｎ≠Ｍとした理由は、第１シフト値と第２シフト値をそれぞれ一つずつ循環的に選択して使用する方法を採用するためである。この方法では、Ｎ≠Ｍであれば、その組み合わせは(ＮとＭの最小公倍数)通りとなるが、Ｎ＝Ｍの場合、その組み合わせは、Ｎ（＝Ｍ）通りにしかならない。つまり、Ｎ＝Ｍの場合は、関連技術と同じになってしまうからである。

第２シフト値が９０度の倍数でない場合であっても、Ｎ＋Ｍ個のシフト値を用いて(ＮとＭの最小公倍数)通りの位相シフトを実現できるという効果が得られる。例えば、Ｎ＝４，Ｍ＝３の場合、７個のシフト値を用意することにより、１２通りの位相シフトを実現できる。つまり、用意したシフト値の数に比べてより多くの位相シフトを実現することができる。加えて、第２シフト値を９０度の倍数にすれば、第２シフト値を知らない第三者に、第１のシフト値のみを用いて位相シフト処理を行っているかのように見せかけることができるという効果も得られる。

制御部６５は、第１コード群から第１シフト値を一つ選択するとともに、第２コード群から第２シフト値を一つ選択する。この選択は、例えば、第１コード群がＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４の４個の第１シフト値（を示す規則コード）からなる場合、Ｃ１１→Ｃ１２→Ｃ１３→Ｃ１４→Ｃ１１→・・・のように、一つずつ順番に循環的に行う。同様に、第２コード群がＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の３個の第２シフト値（を示す規則コード）からなる場合、Ｃ２１→Ｃ２２→Ｃ２３→Ｃ２１→・・・のように、一つずつ順番に循環的に行う。そして、制御部６５は、さらに選択した第１シフト値と第２シフト値との和を求め、求めた和に応じて位相シフト部６４を制御し、対応するシンボルの位相をシフトさせる。この第１及び第２シフト値の選択と位相シフト処理は、各シンボルに対応するように行われる。

送信側と受信側とで同一の規則コードを使用し、送信側で行う位相シフトの方向と受信側で行う位相シフトの方向を互いに逆にする。これにより、送信側で施された位相シフトを受信側でキャンセルする。こうして、本実施の形態では、送信側で使用した規則コードと同じ規則コードを有する受信側において正しい復調を行うことを可能にしている。これに対して、規則コードを知らない第三者は、送信側で施された位相シフトをキャンセルできず、受信側において正しく復調を行うことができない。また、規則コードを知らない第三者が解読を試みても、循環的に使用されるコードの数がＮとＭの最小公倍数と多いので、解読困難である。特に、第２シフト値を９０度の倍数にした場合には、循環的に使用されるコードの数がＮとＭの最小公倍数であるにもかかわらず、その数はＮに見えてしまうため、事実上解読不可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る通信システムについて説明する。

図７は、第２の実施の形態に係る通信システム７００を示すブロック図である。図示の通信システム７００は、位相変調方式としてＱＰＳＫを採用する例である。この通信システム７００は、ＱＰＳＫ変復調ブロック１００と、Ｄ／Ａ変換器２００と、Ａ／Ｄ変換器３００とを備えている。

ＱＰＳＫ変復調ブロック１００は、変調ブロック１０と、復調ブロック２０を含む。Ｄ／Ａ変換器２００は、デジタル信号をアナログ信号に変換する電子回路である。Ａ／Ｄ変換器３００は、アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路である。

変調ブロック１０とＤ／Ａ変換器２００との組み合わせによって、送信装置（デジタル変調装置）が構成される。Ａ／Ｄ変換器３００と復調ブロック２０との組み合わせによって、受信装置（デジタル復調装置）が構成される。これらは送信装置及び受信装置として別々の通信装置として構成されてよいし、両者を合わせて送受信装置（通信装置）として構成されてもよい。

変調ブロック１０は、送信データ生成部１１と、ＱＰＳＫ処理部１２と、位相付加部１３と、ルートナイキストフィルタ部１４とを含む。

送信データ生成部１１は、所定のフォーマットの送信データを生成し、２ビット単位の信号に変換（シリアル／パラレル変換）する。所定のフォーマットの一例を図８に示す。このフォーマットは、プリアンブル、ユニークワード（ＵＷ）及びデータからなる。

ＱＰＳＫ処理部１２は、送信データ生成部から入力される２ビット単位のビット列に従い、ＱＰＳＫに使用される４つの位相（４５度、１３５度、２２５度、３１５度）のいずれかを示す送信シンボルを生成し、送信シンボルデータ列（変調データ）を出力する。換言すると、ＱＰＳＫ処理部１２は、送信データのビットパターンに応じて送信シンボルデータ列を出力する。送信シンボルデータ列は、位相変調方式に依拠するデータ列である。

位相付加部１３は、第１の実施の形態で説明したように、規則コードに従い、送信シンボルの各々の位相をシフトさせる（位相付加）。送信シンボルがＩ（In-phase），Ｑ（Quadrature）信号である場合は、その振幅を制御することで、位相をシフトさせたのと同じ効果を得ることができる。位相付加部１３は、各シンボルの位相をシフトさせて得た修正シンボルデータ列（修正変調データ）を出力する。

図９に、位相シフト処理の一例を示す。送信シンボル１〜８・・・に対して、第１コード群から選択された規則コードＡと第２コード群から選択された規則コードＢに基づき位相シフトを行う例である。

この例では、第１コード群（規則コードＡ）は、４個の規則コードＣ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３により構成されている。また、第２コード群（規則コードＢ）は、３個の規則コードＣ２０，Ｃ２１，Ｃ２２により構成されている。規則コードＡは、Ｃ１０→Ｃ１１→Ｃ１２→Ｃ１３→Ｃ１０→・・・、の順に使用される。したがって、規則コードＡに関しては、４個の規則コードが１周期を構成する。また、規則コードＢは、Ｃ２０→Ｃ２１→Ｃ２２→Ｃ２０→・・・、の順に使用される。したがって、規則コードＢに関しては、３個の規則コードが１周期を構成する。

各シンボルに付加される位相シフト量は、規則コードＡ＋規則コードＢにより決定される。つまり、その位相シフト量は、Ｃ１０＋Ｃ２０→Ｃ１１＋Ｃ２１→Ｃ１２＋Ｃ２２→Ｃ１３＋Ｃ２０→Ｃ１０＋Ｃ２１→Ｃ１１＋Ｃ２２→Ｃ１２＋Ｃ２０→Ｃ１３＋Ｃ２１→Ｃ１０＋Ｃ２２→Ｃ１１＋Ｃ２０→Ｃ１２＋Ｃ２１→Ｃ１３＋Ｃ２２→Ｃ１０＋Ｃ２０→・・・、となる。このように、７個の規則コードを用意することにより、１２通りの位相シフトを実現することができる。

位相シフト処理を行うことで、各シンボルの位相は、図９の最下段に示すように、３３５度，３５５度、６１５度・・・となる。これは、ＱＰＳＫの４つの位相とは全く異なるものである。こうして、各シンボルの位相を、ランダムな値であるかのように偽装することができる。

図７に戻ると、ルートナイキストフィルタ部３０は、送信シンボルデータ列（変調データ）に対して送信帯域制限のためにフィルタ処理を行い、フィルタ処理された送信シンボルデータ列をＤ／Ａ変換器２００へ出力する。

Ｄ／Ａ変換器２００は、正弦搬送波の位相を、帯域制限された送信シンボルデータ列（変調データ）に応じて変化させて被変調波を得て、その被変調波を無線送信する。つまり、Ｄ／Ａ変換器２００は、送信部（変調器）として働く。送信部は、直交変調器として構成することができる。

Ｄ／Ａ変換器２００から送信された被変調波は、Ａ／Ｄ変換器３００により受信信号として受信される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３００は、被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る受信部（復調器）として働く。

Ａ／Ｄ変調器３００から出力された受信信号は、復調ブロック２０に供給される。復調ブロック２０は、ルートナイキストフィルタ部２１と、クロック再生部２２と、位相回転部２３と、キャリア再生部２４と、ＵＷ検出部２５と、復調部２６とを含む。

ルートナイキストフィルタ部２１は、Ａ／Ｄ変換器３００から受信した受信信号から雑音を除去するとともに、シンボル間干渉が生じないようにフィルタ処理を行い、フィルタ処理した受信信号を出力する。

クロック再生部２２は、フィルタ処理した受信信号のシンボル同期をとり、シンボル同期をとった信号（受信シンボルデータ列又は再生修正変調データ）を出力する。受信シンボルデータ列は、位相変調方式に依拠するデータ列である。

位相回転部２３は、クロック再生部２２からの受信シンボルデータ列の各シンボルの位相を、変調側で使用した規則コードに従いシフトさせる（位相回転）。この位相シフトは、送信側において行われた位相シフトを打ち消すように行う。つまり、位相回転部２３は、送信側で使用された規則コードと同じ規則コードを使用するが、その位相シフトの方向を送信側とは逆方向にする。上記例では、送信側において、Ｃ１０＋Ｃ２０→Ｃ１１＋Ｃ２１→Ｃ１２＋Ｃ２２→・・・、の順番に規則コードを用いたので、受信側においてもこれを使用する。しかし、その位相シフト方向は送信側とは逆である。例えば規則コードがＣ１０＋Ｃ２０の場合、送信側において（＋）２００度の位相シフトが行われている。そこで、位相回転部２３は、この規則コードに基づいて、−２００度の位相シフトを行う。こうして、位相回転部２３は、受信シンボルデータ列から修正受信シンボルデータ列を生成する。

ここで、規則コードを知らない第三者は、位相回転部２３における処理を正しく実現できないため、受信シンボルデータをＱＰＳＫの４位相に対応する状態に戻すことができない。それゆえ、その後のキャリア再生処理の段階で位相を確定できず、復調を行うことができない。

例えば、受信シンボルデータ列が、図１０の上段に示すようなもの（図９の下段と同じ）であるとする。このような受信シンボルデータ列に対して、上述した解読処理を実施すると、同図下段に示すような結果が得られる。これは、使用された規則コードが異なるにもかかわらず、図５の下段に示す結果と同じである。したがって、規則コードを知らない第三者には、この結果は、図４を参照して説明したような、４個の規則コードを１周期とする位相シフト処理が行われたものであるかのように見えてしまう。しかしながら、実際に使用された規則コードは１周期当たり１２個である。したがって、第三者にとって、正しい規則コードの組み合わせを発見することは極めて困難となる。

再度、図７に戻ると、キャリア再生部２４は、修正受信シンボルデータ列の各シンボルの位相と、理想信号点の位相との差が０になるように、修正受信シンボルデータ列の各シンボルの位相を回転補正する。例えば、図１１に示すように、あるシンボルが信号点ＲＰ１にプロットされた場合、この信号点ＲＰ１が最も近い理想信号点Ｐ３と重なるように、シンボルの位相を回転補正する。こうして、キャリア再生部２４は、修正受信シンボルデータ列の各シンボルの位相を補正して送信シンボルを再生し、再生送信シンボルデータ列を得る。キャリア再生部２４は、得られた再生送信シンボルデータ列をＵＷ検出部２５へ出力する。

ＵＷ検出部２５は、再生送信シンボルデータ列からＵＷを検出する。即ち、再生送信シンボルデータの中から、所定の一連の値（＝ＵＷ）に一致する部分の検出を試みる。ＵＷが検出されるとフレーム同期を確立することができる。即ち、ＵＷに続くデータの開始位置を特定することができる。ＵＷ検出部２５は、ＵＷを検出すると検出信号を出力し、データの開始位置を復調部２６に通知する。なお、以上の処理を可能にするため、プリアンブル及びＵＷには、上述した位相シフト処理は施されていない。

復調部２６は、ＵＷ検出部２５からの再生送信シンボルデータと検出信号とに基づいて、送信データを再生する処理を行う。

以上のようにして、本実施の形態に係る通信システムでは、規則コードに関する情報を有する通信装置間の通信を実現しつつ、規則コードに関する情報を持たない第三者による受信復調を不可能又は困難にすることができ、高いセキュリティの通信を実現することができる。

また、本実施の形態では、２組の規則コードの組み合わせを使用することにより、用意した規則コードの数よりも多い位相シフト量の組み合わせを実現することができる。例えば、第１コード群に１０個の規則コードを用意し、第２コード群に１１個の規則コードを用意すれば、１１０通りの位相シフト量の組み合わせを実現できる。これにより、解読をより困難にし、高いセキュリティを実現することができる。

さらに、一方のコード群の規則コードを任意に定め、他方のコード群の規則コードを９０度の倍数にすることで、使用する規則コードの数を不明にすることができる。これにより、さらにセキュリティを高めることができる。

以上、本発明についていくつかの実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更・変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、ＱＰＳＫを例にして説明したが、位相変調を含む変調方式方法であれば、他の変調方式、例えば、８ＰＳＫや１６ＱＡＭ(16 Quadrature Amplitude Modulation)などにも適用できる。その場合、第２コード群として用意する規則コードは、その変調方式に対応する角度（例えば、８ＰＳＫであれば４５度）の倍数とすること望ましい。

また、上記実施の形態では、第１コード群として４個の規則コードを、第２コード群として３個の規則コードを用意する例について説明したが、これらはそれぞれ２個以上（ただし互いに異なる数）であればよい。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、
前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和を求め、当該和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を含む
ことを特徴とする通信装置。

（付記２）
前記Ｎ個の第１シフト値は、互いに異なる任意の値を持ち、
前記Ｍ個の第２シフト値は、互いに異なる９０度の倍数に等しい値を持つ
ことを特徴とする付記１に記載の通信装置。

（付記３）
前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠した前記シンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段である、ことを特徴とする付記１又は２に記載の通信装置。

（付記４）
前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段である、ことを特徴とする付記１又は２に記載の通信装置。

（付記５）
送信側と受信側にそれぞれ前記シンボルデータ列出力手段及び前記位相シフト手段を有し、
前記送信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠した前記シンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段であり、
前記受信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段であり、
前記送信側の前記位相シフト手段と前記受信側の前記位相シフト手段は、前記対応するシンボルの位相を互いに逆方向へシフトさせることを特徴とする付記１又は２に記載の通信装置。

（付記６）
前記位相変調方式は、四位相偏移変調であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか一つに記載の通信装置。

（付記７）
位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を得、
前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、
選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる
ことを特徴とする通信方法。

（付記８）
前記Ｎ個の第１シフト値は、互いに異なる任意の値を持ち、
前記Ｍ個の第２シフト値は、９０度の倍数に等しい互いに異なる値を持つ
ことを特徴とする付記７に記載の通信方法。

（付記９）
入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠して前記シンボルデータ列を得ることを特徴とする付記７又は８に記載の通信方法。

（付記１０）
入力される受信信号から前記シンボルデータ列を得ることを特徴とする付記７又は８に記載の通信方法。

（付記１１）
送信側において、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠して送信シンボルデータ列を得、
前記送信シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、
選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて前記送信シンボルデータ列の対応するシンボルの位相を第１方向へシフトさせて修正送信シンボルデータを得、
前記修正送信シンボルデータを用いて搬送波は変調して被搬送波を送信し、
前記被搬送波を受信し、受信信号から受信シンボルデータ列を得、
前記受信シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、前記第１群及び前記第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、
選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて前記受信シンボルデータ列の対応するシンボルの位相を第１方向とは逆の第２方向へシフトさせて修正受信シンボルデータを得る、
ことを特徴とする通信方法。

（付記１２）
前記位相変調方式は、四位相偏移変調であることを特徴とする付記７乃至１１のいずれか一つに記載の通信方法。

（付記１３）
送信装置として付記３に記載の通信装置を有し、受信装置として付記４に記載の通信装置を有し、
前記送信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトが、前記受信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトによりキャンセルされるように構成されていることを特徴とする通信システム。

（付記１４）
位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、
前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を含む
ことを特徴とするデジタル変復調器。

（付記１５）
前記Ｎ個の第１シフト値は、互いに異なる任意の値を持ち、
前記Ｍ個の第２シフト値は、互いに異なる９０度の倍数に等しい値を持つ
ことを特徴とする付記１４に記載のデジタル変復調器。

（付記１６）
前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠したシンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段である、ことを特徴とする付記１４又は１５に記載のデジタル変復調器。

（付記１７）
前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段である、ことを特徴とする付記１４又は１５に記載のデジタル変復調器。

（付記１８）
送信側と受信側にそれぞれ前記シンボルデータ列出力手段及び前記位相シフト手段を有し、
前記送信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠したシンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段であり、
前記受信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段であり、
前記送信側の前記位相シフト手段と前記受信側の前記位相シフト手段は、前記対応するシンボルの位相を互いに逆方向へシフトさせることを特徴とする付記１４又は１５に記載のデジタル変復調器。

１０ 変調ブロック
１１ 送信データ生成部
１２ ＱＰＳＫ処理部
１３ 位相付加部
１４ ルートナイキストフィルタ部
２０ 復調ブロック
２１ ルートナイキストフィルタ部
２２ クロック再生部
２３ 位相回転部
２４ キャリア再生部
２５ ＵＷ検出部
２６ 復調部
６０ デジタル変復調器
６１ シンボルデータ列出力部
６２ 位相シフト処理部
６３ 記憶部
６４ 位相シフト部
６５ 制御部
１００ ＱＰＳＫ変復調ブロック
２００ Ｄ／Ａ変換器
３００ Ａ／Ｄ変換器
７００ 通信システム

Claims (10)

1. 位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、
   前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和を求め、当該和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を有する
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記Ｎ個の第１シフト値は、互いに異なる任意の値を持ち、
   前記Ｍ個の第２シフト値は、互いに異なる９０度の倍数に等しい値を持つ
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠した前記シンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
5. 送信側と受信側にそれぞれ前記シンボルデータ列出力手段及び前記位相シフト手段を有し、
   前記送信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される送信データに基づいて前記位相変調方式に依拠した前記シンボルデータ列を生成するベースバンド信号処理手段であり、
   前記受信側の前記シンボルデータ列出力手段は、入力される受信信号から前記シンボルデータ列を出力する受信信号処理手段であり、
   前記送信側の前記位相シフト手段と前記受信側の前記位相シフト手段は、前記対応するシンボルの位相を互いに逆方向へシフトさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
6. 前記位相変調方式は、四位相偏移変調であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の通信装置。
7. 位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を得、
   前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、
   選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる
   ことを特徴とする通信方法。
8. 前記Ｎ個の第１シフト値は、互いに異なる任意の値を持ち、
   前記Ｍ個の第２シフト値は、９０度の倍数に等しい互いに異なる値を持つ
   ことを特徴とする請求項７に記載の通信方法。
9. 送信装置として請求項３に記載の通信装置を有し、受信装置として請求項４に記載の通信装置を有し、
   前記送信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトが、前記受信装置における前記対応するシンボルの位相のシフトによりキャンセルされるように構成されていることを特徴とする通信システム。
10. 位相変調方式に依拠するシンボルデータ列を出力するシンボルデータ列出力手段と、
    前記シンボルデータ列を構成するシンボルに各々対応するように、Ｎ（２以上の整数）個の第１シフト値を含む第１群及びＭ（２以上の整数かつ≠Ｎ）個の第２シフト値を含む第２群からそれぞれ一つずつ順番にかつ循環的に前記第１シフト値及び前記第２シフト値を選択し、選択した第１シフト値と第２シフト値の和に基づいて対応するシンボルの位相をシフトさせる位相シフト手段と、を有する
    ことを特徴とするデジタル変復調器。

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