WO2020202964A1 - 信号処理システム - Google Patents

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WO2020202964A1
WO2020202964A1 PCT/JP2020/008530 JP2020008530W WO2020202964A1 WO 2020202964 A1 WO2020202964 A1 WO 2020202964A1 JP 2020008530 W JP2020008530 W JP 2020008530W WO 2020202964 A1 WO2020202964 A1 WO 2020202964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
optical
unit
electric signal
radio wave
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/008530
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健 谷澤
二見　史生
Original Assignee
学校法人玉川学園
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 学校法人玉川学園 filed Critical 学校法人玉川学園
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K1/00—Secret communication
    • H04K1/02—Secret communication by adding a second signal to make the desired signal unintelligible

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing system.
  • the network systems that make up the Internet are described by the OSI reference model developed by the International Organization for Standardization.
  • OSI reference model developed by the International Organization for Standardization.
  • the physical layer of layer 1 and the application layer of layer 7 are separated, and the interface connecting each layer is standardized or standardized by de facto.
  • the lowest layer is the physical layer, which plays the role of actually transmitting and receiving signals by wire or wireless.
  • security (often relying on mathematical cryptography) is implemented at layer 2 or higher, and no security measures are taken at the physical layer. However, there is a risk of eavesdropping even in the physical layer.
  • optical fiber communication which is a typical example of wired communication
  • Patent Document 1 it is possible to take measures against eavesdropping in the physical layer using an optical fiber by transmitting multi-valued information as an optical signal, but the physical layer in wireless communication. It was not possible to take measures against eavesdropping in.
  • An object of the present invention is to take measures against eavesdropping at the physical layer in wireless communication.
  • the signal processing system of one aspect of the present invention is An optical generating means that generates multi-valued information that takes a multi-valued state based on predetermined data as an optical signal, and Photoelectric conversion means for converting the optical signal into an electric signal, A radio wave transmitting means for transmitting the multi-valued information converted into the electric signal as a radio wave, and To be equipped.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a signal transmission / reception system according to an embodiment of the signal processing system of the present invention.
  • the signal transmission / reception system of the example of FIG. 1 is configured to include a signal transmission system 1 and a signal reception system 2.
  • the signal transmission system 1 encrypts the signal to be transmitted based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol and transmits it in the form of radio wave RW.
  • the signal receiving system 2 receives the radio wave RW, decodes it based on the protocol of Y-00 optical communication quantum cryptography, and receives the signal of the above-mentioned form.
  • the Y-00 optical communication quantum cryptography is based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol, and after converting predetermined data to be transmitted into multi-valued information, it is transmitted as an optical signal.
  • This is an encryption method based on the principle that the received signal becomes an encrypted encrypted signal.
  • the signal transmission system 1 is configured to include an optical signal generation unit 11, an optical signal amplification unit 12, an O / E conversion unit 13, and a radio wave transmission unit 14.
  • the optical signal generation unit 11 generates multi-valued information in a multi-valued state based on predetermined data as an optical signal.
  • This optical signal is a signal to be transmitted, the details of which will be described later.
  • the optical signal generation unit 11 includes a Y-00 encryption output unit 111 and an E / O conversion unit 112.
  • the Y-00 encryption output unit 111 is an electric signal of multi-valued information that takes a multi-valued state based on predetermined data (hereinafter, "first electric signal” in order to clearly distinguish it from the second to fourth electric signals described later. Is called). That is, the Y-00 encryption output unit 111 generates predetermined data to be transmitted or acquires it from a generator (not shown). Using this predetermined data, the Y-00 encryption output unit 111 uses the multi-valued information generated based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol to provide the signal path LE11 in the form of a first electric signal as the multi-valued information. Output via.
  • predetermined data hereinafter, "first electric signal” in order to clearly distinguish it from the second to fourth electric signals described later. Is called. That is, the Y-00 encryption output unit 111 generates predetermined data to be transmitted or acquires it from a generator (not shown). Using this predetermined data, the Y-00 encryption output unit 111 uses the multi-value
  • the first electric signal in the signal path LE11 may be either an analog signal or a digital signal, but in the description of the present embodiment, it will be described as an analog signal.
  • the signal path LE11 has a configuration capable of transmitting a plurality of bits (for example, from a plurality of signal paths for transmitting signals in parallel or a data processing unit for transmitting signals serially). The configuration) is appropriately provided.
  • the E / O conversion unit 112 converts the first electric signal of the multi-valued information output from the Y-00 encryption output unit 111 into an optical signal. That is, the E / O conversion unit 112 converts the first electric signal of the multi-value information input via the LE 11 into an optical signal modulated by an arbitrary modulation method and outputs it via the signal path LO1A.
  • the signal path LO1A may be composed of an optical signal path using an optical communication cable.
  • the optical communication cable By using the optical communication cable as the signal path LO1A in this way, in the signal transmission system 1, the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 described later can be installed at a distance.
  • the optical signal amplification unit 12 amplifies the optical signal generated from the E / O conversion unit 112. That is, the optical signal amplification unit 12 amplifies and outputs an optical signal generated from the E / O conversion unit and transmitted by the signal path LO1A.
  • the optical signal (amplified optical signal) output from the optical signal amplification unit 12 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via the signal path LO1B.
  • the signal path LO1B may be composed of an optical signal path by an optical communication cable, similarly to the signal path LO1A. That is, the optical signal amplification unit 12 can be used as a repeater in the optical signal path capable of amplifying the attenuated optical signal by passing through the signal path LO1A.
  • the optical signal amplification unit 12 can be used as such a repeater, the distance of the optical signal path between the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 described later can be extended. In other words, the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 described later can be installed at a further distance from each other.
  • the O / E conversion unit 13 clearly defines the optical signal amplified by the optical signal amplification unit 12 and transmitted by the signal path LOB as an electric signal (the first electric signal described above and the third and fourth electric signals described later). In order to distinguish between the above, it is converted into a "second electric signal"). That is, the O / E conversion unit 13 transfers the optical signal corresponding to the multi-valued information generated based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol to the optical signal transmitted by the signal path LO1. Converts to an electric signal and outputs it. The second electric signal output from the O / E conversion unit 13 is transmitted to the radio wave transmission unit 14 via the signal path LE12.
  • the second electric signal is converted from the optical signal by the O / E conversion unit 13, and as a result, becomes an electric signal including shot noise. That is, the signal is encrypted (hereinafter referred to as "encrypted signal") according to the principle of Y-00 optical communication quantum cryptography described later.
  • the encrypted signal cannot correctly reconstruct the data unless it is decrypted in the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol. That is, even if the second electric signal is intercepted by a third party, it is difficult for the third party to decipher it.
  • the term of the encrypted signal refers to an encrypted signal regardless of the form of an electric signal, an optical signal, a radio wave, or the like.
  • the optical signal amplification unit 12 is shown by a broken line. This is because the optical signal amplification unit 12 is not an indispensable component for the signal transmission system 1, and even if the optical signal amplification unit 12 is included in the component, the number is not limited to one and is arbitrary. It means that the number is sufficient. That is, when the distance of the optical transmission line between the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 becomes long, the number of optical signal amplification units 12 serving as relay units in the optical transmission line is increased. Can be introduced individually.
  • the signal transmission system 1 may be configured not to include the optical signal amplification unit 12.
  • the signal transmission system 1 is configured not to include the optical signal amplification unit 12, and the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 are directly connected to each other in a signal path. It is assumed that they are connected via LO1A and signal path LO1B (hereinafter, these are collectively referred to as "signal path LO1").
  • the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal converted into the second electric signal by the O / E conversion unit 13 and transmitted by the signal path LE 12 in the form of radio wave RW. That is, the radio wave transmission unit 14 transmits the second electric signal, which is an encrypted signal, as a radio wave RW via a component such as an antenna after performing control such as predetermined amplification and frequency conversion. That is, the second electric signal transmitted in the form of radio wave RW is an encrypted signal.
  • the electric signal of the radio wave RW acquired by a third party converts the multi-valued information generated based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol into an optical signal, and further converts the optical signal into a second electric signal. It is an encrypted signal converted into a signal. That is, it is difficult to decipher the electric signal of the radio wave RW acquired by a third party.
  • the configuration example of the signal transmission system 1 that transmits the encrypted signal encrypted based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol in the form of the radio wave RW has been described above.
  • a configuration example of the signal receiving system 2 that receives the radio wave RW and decodes it based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol will be described.
  • the signal receiving system 2 is configured to include a radio wave receiving unit 21, an E / O conversion unit 22, an optical signal amplification unit 23, an O / E conversion unit 24, and a Y-00 encryption input unit 25. There is.
  • the radio wave receiving unit 21 receives the radio wave RW transmitted by the signal transmission system 1. That is, the radio wave receiving unit 21 receives the encrypted signal in the form of radio wave RW with an antenna or the like, and in order to clearly distinguish it from the electric signals (the first and second electric signals described above and the fourth electric signal described later), the following, It is output in the form of "third electric signal”).
  • the third electric signal output from the radio wave receiving unit 21 is transmitted to the E / O conversion unit 22 via the signal path LE 21.
  • the E / O conversion unit 22 converts the third electric signal corresponding to the radio wave RW received by the radio wave receiving unit 21 into an optical signal. That is, the E / O conversion unit 22 converts the encrypted signal in the form of the third electric signal received by the radio wave receiving unit 21 and transmitted by the signal path LE 21 into the form of an optical signal and outputs it.
  • the third electric signal output from the E / O conversion unit 22 is transmitted to the optical signal amplification unit 23 via the signal path LO2A.
  • the signal path LO2A may be composed of an optical signal path using an optical communication cable.
  • the optical communication cable By using the optical communication cable as the signal path LO2A in this way, in the signal receiving system 2, the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24 described later can be installed at a distance.
  • the optical signal amplification unit 23 amplifies the optical signal converted by the E / O conversion unit 22. That is, the optical signal amplification unit 23 amplifies and outputs an optical signal that has been converted by the E / O conversion unit and transmitted by the signal path LO2A.
  • the optical signal (amplified optical signal) output from the optical signal amplification unit 23 is transmitted to the O / E conversion unit 24 via the signal path LO2B.
  • the signal path LO2B may be composed of an optical signal path by an optical communication cable, similarly to the signal path LO2A. That is, the optical signal amplification unit 23 can be used as a repeater in the optical signal path capable of amplifying the attenuated optical signal by passing through the signal path LO2A.
  • the optical signal amplification unit 23 which is such a repeater, the distance of the optical signal path between the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24 described later can be extended. In other words, the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24, which will be described later, can be installed at a further distance from each other.
  • the optical signal amplification unit 23 is shown by a broken line. This is because the optical signal amplification unit 23 is not an indispensable component for the signal receiving system 2, and even if the optical signal amplification unit 23 is included in the components, the number is not limited to one and is arbitrary. It means that the number is sufficient. That is, when the distance of the optical transmission line between the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24 becomes long, there are a plurality of optical signal amplification units 23 as relay units in the optical transmission line. Can be introduced individually. On the other hand, when the distance of the optical transmission line between the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24 is shortened, the optical signal generated from the E / O conversion unit 22 is used.
  • the signal receiving system 2 can be configured not to include the optical signal amplification unit 23.
  • the signal receiving system 2 is configured not to include the optical signal amplification unit 23, and the E / O conversion unit 22 and the O / E conversion unit 24 are directly connected to each other in a signal path. It is assumed that they are connected via LO2A and signal path LO2B (hereinafter, these are collectively referred to as "signal path LO2").
  • the O / E conversion unit 24 describes the optical signal amplified by the optical signal amplification unit 12 and transmitted by the signal path LO2 as an electric signal (hereinafter, in order to clearly distinguish it from the first to third electric signals described above). It is converted into a "fourth electric signal"). That is, the O / E conversion unit 24 converts an optical signal corresponding to the encrypted signal of the radio wave RW and transmitted by the optical transmission line including the signal path LO2 into a fourth electric signal and outputs the signal. To do.
  • the fourth electric signal output from the O / E conversion unit 24 is transmitted to the Y-00 encryption input unit 25 via the signal path LE 22.
  • the Y-00 encryption input unit 25 inputs an encryption signal in the form of a fourth electric signal converted by the O / E conversion unit 24 via the signal path LE22, and is based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol. By decoding, it is converted into predetermined data that was the transmission target. Further, the Y-00 encryption input unit 25 acquires the decrypted predetermined data or provides it to a reception destination (not shown).
  • the radio wave receiving unit 21 and the Y-00 encryption input unit 25 are installed close to each other, the radio wave receiving unit 21 and the Y-00 encryption input unit 25 are directly connected to the signal path LE21 and the signal path LE21. It may be connected via the signal path LE22. That is, the third electric signal can be directly adopted as the fourth electric signal and input to the Y-00 encryption input unit 25.
  • optical fiber communication which is a typical wired communication, is adopted as the communication method of the optical signal.
  • a third party introduces a branch into the optical fiber and extracts a part of the signal power to obtain a large amount of information (encrypted signal here, hereinafter referred to as "encrypted signal"). In principle, it is possible to steal all at once.
  • the Y-00 optical communication quantum cryptography is a quantum cryptography associated with the particle nature of light, and can be applied to optical fiber communication. On the other hand, it could not be applied to communication having extremely small quantum property compared to light, such as wireless communication using radio wave RW.
  • the signal transmission system 1 and the signal reception system 2 transmit / receive information (encrypted signal) by wireless communication. Therefore, in the example of FIG. 1, the encrypted signal is transmitted and received by the signal transmission system 1 and the signal reception system 2 in the form of a radio wave RW for wireless communication.
  • the signal transmission / reception system of the present embodiment is configured to be able to solve such a problem.
  • a method for solving such a problem will be described.
  • the Y-00 optical communication quantum cryptography is characterized in that "the ciphertext cannot be obtained correctly due to the effect of quantum noise", and was developed by the applicant.
  • the data (plaintext) to be transmitted is represented by one or more aggregates of bit data of "0" or "1".
  • Each bit data constituting the transmission data is modulated to a predetermined value among M values (M is an integer value of 2 or more) by a predetermined algorithm. Therefore, hereinafter, this numerical value M is referred to as "modulation number M".
  • Y-00 optical communication quantum encryption at least one of the phase and amplitude of the optical signal (carrier wave) is modulated bit by bit by the encryption key on the encryption side and the decryption side to one of the values of the modulation number M. Encrypts the transmitted data (plain text).
  • the modulation number M is set to an extremely large value, the feature that "the ciphertext cannot be correctly acquired due to the effect of quantum noise" is realized.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-085028 may be referred to. Therefore, here, the outline of the principle of Y-00 optical communication quantum cryptography will be briefly described with reference to FIGS. 2 and 3 by taking phase modulation as an example.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of the principle of Y-00 optical communication quantum cryptography.
  • an IQ plane representing the phase and amplitude (intensity) of an optical signal is drawn with the intersection of the vertical axis and the horizontal axis as the origin.
  • the phase and amplitude of the optical signal are uniquely determined.
  • the phase is an angle formed by a line segment whose starting point is the origin of the IQ plane and whose ending point is a point representing the optical signal, and a line segment representing phase 0.
  • the amplitude is the distance between the point representing the Shinko number and the origin of the IQ plane.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating the principle of ordinary binary modulation in order to facilitate the understanding of Y-00 optical communication quantum cryptography.
  • the plaintext transmission data
  • the optical signal carrier wave
  • the binary values shown in FIG. 2A are obtained for each of the bit data (1 or 0) constituting the plaintext. Modulation shall be performed.
  • the bit data is "0”
  • the arrangement of the points indicating the optical signal after phase modulation (hereinafter referred to as "symbol points") is 0 (0) on the right side on the horizontal axis. ), That is, the phase is 0.
  • the arrangement of the symbol points after phase modulation is the arrangement of the symbol points S12 with ⁇ (1) on the left side on the horizontal axis, that is, the arrangement of the phase of ⁇ .
  • the solid circle surrounding the symbol point S11 shows an example of the fluctuation range of the quantum noise when the optical signal of the symbol point S11 is received.
  • an example of the fluctuation range of the quantum noise is shown as a solid circle surrounding the symbol point S12.
  • one of eight random values is generated by using the encryption key for each bit data constituting the plaintext.
  • the phase of the normal binary modulation symbol point (point of phase 0 corresponding to 0 or point of phase ⁇ corresponding to 1) shown in FIG. 2A was randomly generated out of 8 values.
  • shot noise Quantum noise
  • the position of the original symbol point becomes difficult to determine from the phase information measured on the receiving side. That is, for example, it is assumed that the phase measured on the receiving side at a certain time corresponds to the position of the symbol point S22 shown in FIG. In this case, is it transmitted as an optical signal of the symbol point S22, or what is actually transmitted as an optical signal of the symbol point S21 or the symbol point S23 is measured as the symbol point S22 due to the influence of shot noise. It is indistinguishable whether it was done.
  • phase modulation is used in the examples of FIGS. 2 and 3
  • amplitude (intensity) modulation may be used instead of or in combination with this. That is, for the modulation of the optical signal using the Y-00 protocol, any modulation method such as intensity modulation, amplitude modulation, phase modulation, frequency modulation, and orthogonal amplitude modulation can be adopted.
  • the Y-00 optical communication quantum cryptography makes it possible to make the distance D between the two symbol points sufficiently smaller than the shot noise range SN in any modulation method, and "quantum noise It can have the feature that the ciphertext cannot be obtained correctly due to the effect.
  • quantum noise guarantees safety, but in reality, eavesdroppers obtain the correct ciphertext by the effect of all "noise” including classical noise such as thermal noise in addition to quantum noise. Will prevent you from doing so.
  • the noise masking amount ⁇ is defined and described as the noise masking amount ⁇ .
  • the concept of the noise masking amount ⁇ is a concept that can be applied to other than the distribution of shot noise. A method of applying the concept of noise masking amount ⁇ to other noise will be described later.
  • the noise masking amount ⁇ of this example adopts the distance (radius) corresponding to the shot noise range SN described above in FIG. 2 and the standard deviation of the Gaussian distribution of shot noise.
  • the noise masking amount ⁇ is the number of other symbol points included in the shot noise range SN. That is, the noise masking amount ⁇ indicates the number of other symbol points whose distance D is smaller than the shot noise range SN with respect to a certain symbol point. That is, the noise masking amount ⁇ is an amount proportional to the encryption strength of the encrypted signal.
  • the noise masking amount ⁇ is represented by the following equation (1). ... (1)
  • the modulation number M is the number of phase candidates to be modulated for encryption.
  • the symbol rate R is a number indicating how many symbol points are sent per unit time.
  • Planck's constant h is a physical constant and is a proportional constant related to the energy and frequency of a photon.
  • the frequency ⁇ 0 is the frequency of the signal.
  • the power P0 is a number representing the power of the signal.
  • the noise masking amount ⁇ is a sufficiently large value, masking by shot noise works. That is, the Y-00 photon cryptography works effectively as a cipher. Specifically, for example, when this value is 1 or more, the effect of masking by shot noise is exhibited, and when it is a sufficiently large value, even higher safety is achieved.
  • the noise masking amount ⁇ is proportional to the square root of the signal frequency ⁇ 0. In other words, when the frequency ⁇ 0 of the carrier wave is low, the noise masking amount ⁇ becomes small, and the security of encryption becomes low.
  • the frequency ⁇ 0 used in optical fiber transmission is 200 [THz] (wavelength is approximately 1.55 [um]).
  • the frequency ⁇ 0 used in long-wave wireless communication is 100 [kHz].
  • the frequency ⁇ 0 used in wireless communication by microwave has 10 [GHz].
  • an example of comparing the noise masking amount ⁇ under the condition that the frequency other than the frequency ⁇ 0 does not change is as follows.
  • the condition that the frequency other than the frequency ⁇ 0 does not change is the condition that the symbol rate R and the power P0 are the same.
  • the ratio of the noise masking amount ⁇ of wireless communication by the long wave divided by the noise masking amount ⁇ of optical fiber transmission is about 1 / 45,000.
  • the ratio of the noise masking amount ⁇ of wireless communication by microwaves divided by the noise masking amount ⁇ of optical fiber transmission is about 1/140.
  • the signal transmission / reception system of the present embodiment can also encrypt the radio wave RW in wireless communication in the physical layer. That is, the signal transmission system 1 of the above-described embodiment is a system (a system configured based on such a mechanism) capable of applying the Y-00 optical communication quantum cryptography to wireless communication.
  • the signal form of the predetermined data to be transmitted is converted by undergoing various conversions.
  • the encrypted signal of FIG. 1 is transmitted in the form of radio wave RW.
  • a mechanism for transmitting an encrypted signal including a timing at which predetermined data becomes an encrypted signal by Y-00 optical communication quantum cryptography will be described.
  • the optical signal generation unit 11 generates multi-value information that takes a multi-value state based on predetermined data as an optical signal. Further, even if the generated optical signal is intercepted by a third party, the ciphertext cannot be correctly acquired due to the effect of shot noise. Specifically, for example, a third party who intercepts the optical signal of the signal path LO1 acquires the optical signal as an electric signal by O / E conversion. At the timing of O / E conversion, shot noise is generated due to the particle nature of light. As a result, a third party who does not have the Y-00 optical communication quantum cryptography algorithm and its encryption key cannot decrypt the electric signal and correctly obtain the ciphertext.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 1 converts an optical signal into a second electric signal by the O / E conversion unit 13. That is, similarly to the O / E conversion by a third party described above, at the timing of the O / E conversion in the O / E conversion unit 13, the second electric signal becomes an electric signal in which shot noise is generated. Further, the signal transmission system 1 transmits a second electric signal from the radio wave transmission unit 14. As a result, the radio wave RW is encrypted including shot noise based on the frequency of the optical signal. That is, since shot noise is generated based on the frequency of the optical signal instead of the frequency of the radio wave RW, the electric signal has a large noise masking amount ⁇ .
  • the mechanism by which the Y-00 optical communication quantum cryptography can be applied to wireless communication has been described.
  • the transmission target The predetermined data is encrypted and becomes an encrypted signal.
  • the signal path LO1 can be configured by a long-distance optical fiber or the like. That is, for example, in the case of a long-distance optical fiber, even when a third party works on the optical fiber to intercept the optical signal, the optical signal is encrypted, thus ensuring safety. can do.
  • the optical signal generation unit 11 and the E / O conversion unit 13 can be provided at separate positions.
  • the optical signal amplification unit 12 when the optical signal amplification unit 12 amplifies the optical signal, noise is added to the optical signal after output. As a result, by adding noise in addition to the shot noise described above, the optical signal is encrypted with a larger noise even when a third party acquires the signal in the signal path LO1A or later. Therefore, it is difficult to decipher.
  • the first electric signal is converted into an optical signal by direct modulation of the laser or E / O conversion performed by a combination of the laser and various modulation elements.
  • the E / O conversion unit 112 includes a laser light source (not shown).
  • the laser light source of the E / O converter 112 generates a monochromatic (unmodulated) carrier wave of frequency fsig.
  • the E / O conversion unit 112 converts the first electric signal into an optical signal.
  • the radio wave transmission unit 14 can obtain an electric signal having a frequency of the radio wave RW used in wireless communication.
  • a radio wave relay device (not shown) may be configured to relay the radio wave RW as a radio wave having a different center frequency.
  • the signal transmission / reception system is configured to include the signal transmission system 1 and the signal reception system 2, but the signal transmission system 1 is provided with a function related to signal reception. It may be a signal processing system capable of transmitting and receiving. In this case, in a transmission / reception system including two or more signal processing systems, communication can be performed by an encrypted signal in the form of radio wave RW regardless of the direction of communication.
  • the encryption signal may be used in only one direction.
  • the configuration in the signal processing system and the configuration of transmission and reception do not necessarily have to be symmetrical.
  • the signal when the signal receiving system is an antenna relay station, the signal may be transmitted by the antenna (radio wave transmitting unit) again after receiving the signal by the antenna (radio wave receiving unit) and performing an operation such as amplification.
  • the signal receiving system 2 when the signal receiving system 2 is a terminal such as a PC, it is assumed that there is no E / O conversion or O / E conversion, and only electrical processing is performed. That is, the third electric signal received by the radio wave receiving unit 21 may be input to the Y-00 encryption input unit 25. At that time, the third electric signal may be appropriately converted to a center frequency suitable for the Y-00 encryption input unit 25.
  • RW radio wave
  • FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration example of the signal transmission system of FIG. 1 in which the baseband heterodyne method is adopted.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 4 further includes a laser generation unit 121, an optical combine unit 122, and signal paths LL11 to LL13 connecting each of the signal transmission system 1 of the example of FIG.
  • the Y-00 encryption output unit 111 is a multi-valued device for modulating at least one of the optical phase and the optical amplitude from the predetermined data to be transmitted and the private key based on the Y-00 optical communication quantum encryption protocol.
  • the frequencies included in the first electric signal have, for example, the distribution shown in the graph FE11.
  • the distribution shown in the graph FE11 conceptually shows the frequencies included in the signal.
  • the distribution shown in the graph FE11 has a frequency f on the horizontal axis.
  • the arrows, hemispherical shapes, and the like in the distributions shown in the graphs have the same meanings as those in the graph FE11 described above.
  • the first electric signal is a signal containing information for modulating at least one of the phase of light and the amplitude of light.
  • the optical signal of the example of FIG. 4 is transmitted to the optical combine unit 122 via the signal path LL11 configured by an optical fiber or the like.
  • the E / O conversion unit 112 has a configuration in which a laser generation unit (not shown) is combined with a phase modulator, a Machzenda modulator, an IQ modulator, or the like to modulate the phase and amplitude of light or one of them.
  • the E / O conversion unit 112 may include a modulation laser generation unit (not shown) and may be configured to directly output the modulated optical signal.
  • the frequencies included in the optical signal output from the E / O conversion unit 112 have, for example, the distribution shown in the graph FO11.
  • the carrier light of the example of FIG. 4 is transmitted to the optical combine unit 122 via the signal path LL12 composed of an optical fiber or the like.
  • the frequencies included in the carrier light generated from the laser generating unit 121 have the distribution shown in the graph FO12, for example.
  • the optical combine unit 122 combines the optical signal and the carrier light. That is, it outputs a combined optical signal that combines both the optical signal transmitted via the signal path LL11 and the carrier light transmitted via the signal path LL12.
  • the combined optical signal of the example of FIG. 4 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via the signal path LL 13 configured by an optical fiber or the like.
  • the optical combine unit 122 may be configured by an optical power combiner, an optical wavelength division multiplexing device, or the like.
  • the frequencies included in the combined optical signal output from the optical combine unit 122 have, for example, the distribution shown in the graph FO13.
  • the O / E conversion unit 13 converts the combined optical signal into a second electric signal.
  • an encrypted signal having a frequency f fRF (frequency to be wirelessly transmitted), which is a beat component of two frequencies, is generated.
  • the frequency of the second electric signal converted by the O / E conversion unit 13 has, for example, the distribution shown in the graph FE12.
  • the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal of the second electric signal in the form of radio wave RW.
  • An optical transmission medium such as an optical fiber or a component that operates a signal in the optical region such as an optical filter or an optical amplifier is inserted between the E / O conversion unit 112 and the optical combine unit 122 as necessary. May be done.
  • a light transmission medium such as an optical fiber and a component that operates a signal in the optical region such as an optical filter and an optical amplifier are required. It may be inserted according to.
  • an optical transmission medium such as an optical fiber and a component for operating a signal in an optical region such as an optical filter and an optical amplifier are inserted between the optical combine unit 122 and the O / E conversion unit 13 as necessary. May be done.
  • components such as a filter and an amplifier in the fRF frequency band may be inserted between the O / E conversion unit 13 and the radio wave transmission unit 14 as needed. ..
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration example of the signal transmission system of FIG. 1 in an example in which the intermediate frequency / heterodyne method is adopted.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 5 is the signal transmission system 1 of the example of FIG. 1, and further includes a local oscillation unit 131, a mixer unit 132, a laser generation unit 133, an optical combine unit 134, and a signal path LL21. To LL26.
  • the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 5 are basically the same as the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 4, their description is omitted here. To do. That is, the frequencies included in the first electric signal have, for example, the distribution shown in the graph FE21, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the first electric signal output by the Y-00 encryption output unit 111 is transmitted to the mixer unit 132 via the signal path LL21.
  • the local oscillation unit 131 oscillates a local oscillation signal corresponding to the intermediate frequency fIF described later.
  • the local oscillation signal oscillated by the local oscillation unit 131 is transmitted to the mixer unit 132 via the signal path LL22.
  • the intermediate frequency electric signal is transmitted to the E / O conversion unit 112 via the signal path LL23.
  • the mixer unit 132 has a configuration according to the modulation method, and outputs an intermediate frequency electric signal from the first electric signal and the local oscillation signal. That is, the specific configuration of the mixer unit 132 may be configured according to a modulation method such as intensity modulation, amplitude modulation, phase modulation, frequency modulation, or orthogonal amplitude modulation.
  • the frequencies included in the intermediate frequency electric signal output from the mixer unit 132 have, for example, the distribution shown in the graph FE22.
  • the frequencies included in the optical signal have, for example, the distribution shown in the graph FO21, which is basically the same as the distribution shown in the graph FO11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the optical signal output by the E / O conversion unit 112 is transmitted to the optical combine unit 134 via the signal path LL 24 configured by an optical fiber or the like.
  • the carrier light of the example of FIG. 4 is transmitted to the optical combine unit 134 via the signal path LL25 configured by an optical fiber or the like.
  • the frequencies included in the carrier light generated from the laser generation unit 133 have the distribution shown in the graph FO23, for example.
  • the optical combine unit 134 combines the optical signal and the carrier light. That is, it outputs a combined optical signal that combines both the optical signal transmitted via the signal path LL24 and the carrier light transmitted via the signal path LL25.
  • the combined optical signal of the example of FIG. 5 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via the signal path LL26 configured by an optical fiber or the like.
  • the optical combine unit 134 may be configured by an optical power combiner, an optical wavelength division multiplexing device, or the like.
  • the frequencies included in the combined optical signal output from the optical combine unit 134 have, for example, the distribution shown in the graph FO23.
  • the O / E conversion unit 13 converts the combined optical signal into a second electric signal.
  • the center frequency of the second electric signal is the frequency obtained by adding fIF.
  • the functions and configurations of the radio wave transmitting unit 14 and the signal path LE 12 are basically the same as the functions and configurations of the radio wave transmitting unit 14 and the signal path LE 12 in FIG. The description is omitted. Further, the frequencies included in the second electric signal transmitted by the signal path LE12 are, for example, the distribution shown in the graph FE23, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE12 in the example of FIG. The description is omitted. As a result, the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal of the second electric signal in the form of radio wave RW.
  • an optical transmission medium such as an optical fiber and a component that operates a signal in an optical region such as an optical filter and an optical amplifier may be inserted as needed.
  • components such as a filter and an amplifier in the fRF frequency band are provided in addition to a transmission medium such as an RF transmission cable, as in the example of FIG. It may be inserted as needed.
  • the E / O converter 112 By converting to an intermediate frequency electric signal, the E / O converter 112 is relatively simple, such as a combination of a laser and a light intensity modulator (Machzenda modulator or electric field absorption type modulator) or direct modulation of the laser. It can be configured as such. That is, it is relatively simpler for the E / O conversion unit 112 to convert an intermediate frequency electric signal into an optical signal as compared with the case where the first electric signal generated in the baseband is converted into an optical signal. That is, it can be converted by a relatively inexpensive configuration.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration example of the signal transmission system of FIG. 1 in which the analog / direct modulation method is adopted.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 6 further includes a local oscillation unit 141, a mixer unit 142, and signal paths LL31 to LL33 in addition to the signal transmission system 1 of the example of FIG.
  • the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 6 are basically the same as the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 4, their description is omitted here. To do. That is, the frequencies included in the first electric signal have, for example, the distribution shown in the graph FE31, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the first electric signal output by the Y-00 encryption output unit 111 is transmitted to the mixer unit 142 via the signal path LL31.
  • the local oscillation unit 141 oscillates a local oscillation signal corresponding to the intermediate frequency fRF described later. That is, the local oscillation unit 141 of the example of FIG. 6 oscillates a local oscillation signal corresponding to fRF, which is the frequency of the radio wave RW, as an intermediate frequency.
  • the local oscillation signal oscillated by the local oscillation unit 141 is transmitted to the mixer unit 142 via the signal path LL32.
  • the intermediate frequency electric signal is transmitted to the E / O conversion unit 112 via the signal path LL33.
  • the mixer unit 142 can be configured according to the modulation method, but since it is basically the same as the configuration example of the mixer unit 132 in the example of FIG. 5, their description is omitted here.
  • the frequencies included in the intermediate frequency electric signal output from the mixer unit 142 have, for example, the distribution shown in the graph FE32.
  • the frequencies included in the optical signal have, for example, the distribution shown in the graph FO3, which is basically the same as the distribution shown in the graph FO11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the optical signal output by the E / O conversion unit 112 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via a signal path LO1 configured by an optical fiber or the like.
  • the O / E conversion unit 13 converts an optical signal into a second electric signal.
  • the functions and configurations of the radio wave transmitting unit 14 and the signal path LE 12 are basically the same as the functions and configurations of the radio wave transmitting unit 14 and the signal path LE 12 in FIG. The description is omitted.
  • the frequencies included in the second electric signal transmitted by the signal path LE12 are, for example, the distribution shown in the graph FE33, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE12 in the example of FIG. The description is omitted.
  • the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal of the second electric signal in the form of radio wave RW.
  • a signal is transmitted between the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 in an optical transmission medium such as an optical fiber or an optical region such as an optical filter or an optical amplifier, as in the example of FIG.
  • Components that operate on may be inserted as needed.
  • components such as a filter and an amplifier in the fRF frequency band are provided in addition to a transmission medium such as an RF transmission cable, as in the example of FIG. It may be inserted as needed.
  • the E / O converter 112 By converting to an intermediate frequency electric signal, the E / O converter 112 is relatively simple, such as a combination of a laser and a light intensity modulator (Machzenda modulator or electric field absorption type modulator) or direct modulation of the laser. It can be configured as such. That is, it is relatively simpler for the E / O conversion unit 112 to convert an intermediate frequency electric signal into an optical signal as compared with the case where the first electric signal generated in the baseband is converted into an optical signal. That is, it can be converted by a relatively inexpensive configuration.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration example of the signal transmission system of FIG. 1 in which the analog / intermediate frequency method is adopted.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 7 is the signal transmission system 1 of the example of FIG. 1, and further includes a local oscillation unit 151, a mixer unit 152, a local oscillation unit 153, a mixer unit 154, and a signal path LL41 to It is equipped with LL46.
  • the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 7 are basically the same as the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 in the example of FIG. 4, their description is omitted here.
  • the frequencies included in the first electric signal have, for example, the distribution shown in the graph FE41, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the first electric signal output by the Y-00 encryption output unit 111 is transmitted to the mixer unit 152 via the signal path LL41.
  • the functions and configurations of the local oscillator 151 and the mixer 152 in the example of FIG. 7 are basically the same as those of the functions and configurations of the local oscillator 131 and the mixer 132 in the example of FIG. Since there are some, their explanations are omitted here. That is, the frequencies included in the first electric signal and the intermediate frequency electric signal are, for example, the distributions shown in the graph FE41 and the graph FE42, respectively, and the distributions shown in the graph FE21 and the graph FE22 in the example of FIG. Since they are basically the same, their description is omitted here.
  • the intermediate frequency electric signal is transmitted to the E / O conversion unit 112 via the signal path LL43.
  • the local oscillation signal oscillated by the local oscillation unit 151 is hereinafter referred to as a “first local oscillation signal” in order to clearly distinguish it from the second local oscillation signal described later.
  • the frequencies included in the optical signal have, for example, the distribution shown in the graph FO4, which is basically the same as the distribution shown in the graph FO11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the optical signal output by the E / O conversion unit 112 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via a signal path LO1 configured by an optical fiber or the like.
  • the O / E conversion unit 13 converts an optical signal into a second electric signal.
  • the second electric signal output by the O / E conversion unit 13 is transmitted to the mixer unit 154 via the signal path LL44.
  • the second local oscillation signal oscillated by the local oscillation unit 153 is transmitted to the mixer unit 154 via the signal path LL45.
  • the mixer unit 154 can be configured according to the modulation method, but since it is basically the same as the configuration example of the mixer unit 132 in the example of FIG. 5, their description is omitted here.
  • the frequencies included in the mixed electric signals output from the mixer unit 154 are, for example, the distribution shown in the graph FE43, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE12 in the example of FIG. The description is omitted.
  • the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal of the mixed electric signal in the form of the radio wave RW.
  • an optical transmission medium such as an optical fiber and a component that operates a signal in an optical region such as an optical filter and an optical amplifier may be inserted as needed.
  • components such as a filter and an amplifier in the fRF frequency band are provided in addition to a transmission medium such as an RF transmission cable, as in the example of FIG. It may be inserted as needed.
  • a signal is transmitted between the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 in an optical transmission medium such as an optical fiber or an optical region such as an optical filter or an optical amplifier, as in the example of FIG.
  • Components that operate on may be inserted as needed.
  • the space between the O / E conversion unit 13 and the mixer unit 154 and between the mixer unit 154 and the radio wave transmission unit 14 in addition to the transmission medium such as the RF transmission cable, as in the example of FIG. Therefore, components such as filters and amplifiers in the frequency band of fRF may be inserted as needed.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a detailed configuration example of the signal transmission system of FIG. 1 in which the analog baseband method is adopted.
  • the signal transmission system 1 of the example of FIG. 8 further includes a local oscillation unit 161 and a mixer unit 162, and signal paths LL51 to LL53, in addition to the signal transmission system 1 of the example of FIG.
  • the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 of the example of FIG. 8 are basically the same as the functions and configurations of the Y-00 encryption output unit 111 of the example of FIG. 4, their description is omitted here. To do. That is, the frequencies included in the first electric signal have, for example, the distribution shown in the graph FE51, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the first electric signal output by the Y-00 encryption output unit 111 is transmitted to the E / O conversion unit 112 via the signal path LE11.
  • the functions and configurations of the E / O conversion unit 112 of the example of FIG. 8 are basically the same as the functions and configurations of the E / O conversion unit 112 of the example of FIG. 4, their description will be omitted here. That is, the frequencies included in the optical signal have, for example, the distribution shown in the graph FO5, which is basically the same as the distribution shown in the graph FO11 in the example of FIG. 4, and thus the description thereof will be omitted here.
  • the optical signal converted by the E / O conversion unit 112 is transmitted to the O / E conversion unit 13 via the signal path LO1 configured by an optical fiber or the like.
  • the O / E conversion unit 13 converts an optical signal into a second electric signal.
  • the second electric signal converted by the O / E conversion unit 13 is transmitted to the mixer unit 162 via the signal path LL51.
  • the local oscillation unit 161 oscillates a local oscillation signal corresponding to the intermediate frequency fRF. That is, the local oscillation unit 161 in the example of FIG. 8 oscillates a local oscillation signal corresponding to fRF, which is the frequency of the radio wave RW, as an intermediate frequency.
  • the local oscillation signal oscillated by the local oscillation unit 161 is transmitted to the mixer unit 162 via the signal path LL 52.
  • the added center frequency f0 fRF. That is, the frequency of the radio wave RW to be transmitted is output as an electric signal mixed by the mixer unit 162.
  • the mixed electric signal is transmitted to the radio wave transmission unit 14 via the signal path LL53.
  • the mixer unit 162 can be configured according to the modulation method, but since it is basically the same as the configuration example of the mixer unit 132 in the example of FIG. 5, their description is omitted here.
  • the frequencies included in the mixed electric signals output from the mixer unit 162 are, for example, the distribution shown in the graph FE52, which is basically the same as the distribution shown in the graph FE12 in the example of FIG. The description is omitted.
  • the radio wave transmission unit 14 transmits the encrypted signal of the mixed electric signal in the form of the radio wave RW.
  • a signal is transmitted between the E / O conversion unit 112 and the O / E conversion unit 13 in an optical transmission medium such as an optical fiber or an optical region such as an optical filter or an optical amplifier, as in the example of FIG.
  • Components that operate on may be inserted as needed.
  • the space between the O / E conversion unit 13 and the mixer unit 154 and between the mixer unit 154 and the radio wave transmission unit 14 in addition to the transmission medium such as the RF transmission cable, as in the example of FIG. Therefore, components such as filters and amplifiers in the frequency band of fRF may be inserted as needed.
  • the signal transmission system 1 to which the present invention is applied has been described above.
  • the signal transmission system 1 to which the present invention is applied is sufficient as long as it can output an electric signal having a large noise masking amount ⁇ in the form of a radio wave RW, and its configuration is limited to the above-mentioned various embodiments.
  • it may be as follows.
  • the signal transmission system 1 encrypts the signal to be transmitted and transmits it in the form of a radio wave RW, and the signal reception system 2 receives and decodes the radio wave RW. Therefore, the signal of the above-described form is received, but the present invention is not particularly limited to this.
  • the signal processing system may have both a configuration related to transmission of radio wave RW and a configuration related to reception of radio wave RW, and may be capable of transmitting and receiving encrypted signals in the form of radio wave RW.
  • the signal transmission / reception system is composed of the signal transmission system 1 and the signal reception system 2, but is not particularly limited thereto.
  • a configuration may include a plurality of signal processing systems capable of transmitting and receiving encrypted signals in the form of radio wave RW.
  • the signal processing system can form a network.
  • the Y-00 encryption output unit 111 of the optical signal generation unit 11 uses the predetermined data to be transmitted as multi-valued information based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol.
  • multi-valued information is generated from the predetermined data to be transmitted and the private key based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol, but the present invention is not particularly limited to this.
  • the optical signal generation unit 11 may generate multi-valued information from predetermined data to be transmitted and a predetermined common key.
  • multi-valued information may be generated from predetermined data to be transmitted and predetermined rules. That is, it suffices if the optical signal generation unit 11 can generate multi-valued information based on an arbitrary protocol.
  • the noise masking amount ⁇ is "the number of symbol points within the range of the standard deviation when the distribution of shot noise is approximated as a Gaussian distribution", but the present invention is particularly limited to this. Not done. That is, the noise masking amount ⁇ is sufficient if it is the number of symbol points within an arbitrary noise range. Specifically, for example, the noise in the noise masking amount ⁇ may include any noise including classical noise such as thermal noise. Further, the range of the noise masking amount ⁇ is not limited to the range of the standard deviation when the noise distribution is approximated as a Gaussian distribution. Specifically, for example, the distribution obtained by actually measuring the noise may be acquired, and the variance of the acquired distribution may be used as the range. That is, the noise masking amount ⁇ is not limited to the above-mentioned equation (1), which is an equation when the phase modulation method is adopted.
  • the distance between two adjacent symbol points is sufficiently smaller than the range of all noise including classical noise such as thermal noise. That is, for the optical signal generated by the optical signal generation unit 11, it is sufficient that the amount of noise masking by all "noise” including classical noise such as thermal noise is 1 or more.
  • FIGS. 4 to 8 are used to illustrate a block showing a detailed configuration example in an example in which various methods are adopted in the signal transmission system 1, but the present invention is not particularly limited thereto.
  • signal processing may be performed by providing a plurality of intermediate frequencies as intermediate frequencies.
  • combining the laser beam by the optical combine unit and acquiring the beat component may be repeated a plurality of times. That is, the signal transmission system 1 can be configured to include an arbitrary number of mixer units and optical combine units.
  • the signal path for transmitting the optical signals of FIGS. 1 and 3 to 8 (for example, the signal path LO1A of FIG. 1) is composed of an optical signal path by an optical communication cable.
  • the signal path for transmitting the optical signal may be a path that propagates (transmits) the optical signal.
  • a signal path spatial propagation that propagates an optical signal in the atmosphere or a vacuum can be adopted.
  • the optical signal is converted by using the optical signal amplification unit 12 of FIG. 1 and the optical combine unit 122 of FIG. 4, but the present invention is not particularly limited to this. That is, as the type of conversion of the optical signal, various types of conversion can be adopted. For example, it may be amplification of an optical signal, branching of an optical signal, switching of an optical signal (switching of a path), extension of a transmission path of an optical signal, or combination of an optical signal.
  • the signal processing device to which the present invention is applied is sufficient as long as it is as follows, and various various embodiments can be taken. That is, the signal processing system to which the present invention is applied (for example, the signal transmission system 1 in FIG. 1) is Optical generation that generates multi-valued information (multi-valued information generated based on the Y-00 optical communication quantum cryptography protocol) that takes a multi-valued state based on predetermined data (for example, predetermined data to be transmitted) as an optical signal.
  • Means for example, the optical signal generation unit 11 in FIG. 1
  • Photoelectric conversion means for example, O / E conversion unit 13 in FIG.
  • a radio wave transmitting means for example, a radio wave transmitting unit 14 in FIG. 1 that transmits the multi-valued information converted into the electric signal as a radio wave (for example, the radio wave RW in FIG. 1).
  • a signal processing system equipped with the above is sufficient.
  • the light generating means is The multi-value information generating means (for example, the Y-00 encryption output unit 111 in FIG. 1) that generates the first electric signal of the multi-value information, An electro-optical conversion means for converting the first electric signal of the multi-valued information into an optical signal (for example, the E / O conversion unit 112 in FIG. 1) and Have, The photoelectric conversion means converts the optical signal into a second electric signal different from the first electric signal. be able to.
  • the multi-value information generating means for example, the Y-00 encryption output unit 111 in FIG. 1
  • An electro-optical conversion means for converting the first electric signal of the multi-valued information into an optical signal for example, the E / O conversion unit 112 in FIG. 1 and Have
  • the photoelectric conversion means converts the optical signal into a second electric signal different from the first electric signal. be able to.
  • multi-valued information based on predetermined data can be generated in the form of an electric signal. Further, the multi-valued information based on the predetermined data is converted from the form of the electric signal to the form of the optical signal.
  • an optical conversion means for converting (for example, amplifying, branching, switching, extending, combining) the optical signal (for example, the optical signal amplification unit 12 in FIG. 1 and the optical combine unit 122 in FIG. 4).
  • the photoelectric conversion means converts the optical signal converted by the optical conversion means. be able to.
  • the noise of the optical signal increases due to various conversions (amplification and combine).
  • an optical signal with increased noise is converted into an electric signal, the difficulty of correctly constructing data from the electric signal increases, and the effect of measures against eavesdropping at the physical layer is improved.
  • the optical conversion means converts the optical signal into an optical signal containing components having different frequencies as compared with the optical signal.
  • the photoelectric conversion means converts the optical signal converted by the optical conversion means into an electric signal that does not contain a component having a higher frequency than the optical signal. be able to.
  • an optical signal is converted into an optical signal containing different components, and an optical signal containing components having different frequencies is converted into a second electric signal.
  • an electric signal including a frequency component which is a beat component is generated.
  • the beat component is basically a low frequency component as compared to the original frequency component.
  • the higher the frequency of the optical signal the more effective the countermeasure against eavesdropping in the physical layer is. That is, in such a signal processing system, the optical signal having a higher frequency is used. The effect of measures against eavesdropping in the physical layer is improved, and it can be transmitted as a radio wave having a frequency lower than that of an optical signal.
  • a second electric signal conversion means (for example, the local oscillator unit 153 and the mixer unit 154 in FIG. 7) that converts the second electric signal into an electric signal having a frequency different from that of the second electric signal.
  • the radio wave transmitting means transmits the second electric signal converted by the second electric signal converting means as a radio wave. be able to.
  • Such a signal processing system can convert the frequency of the second electric signal obtained by converting the optical signal into the frequency transmitted as radio waves. That is, the signal processing system generates noise at the frequency of the optical signal, so that the effect of measures against eavesdropping in the physical layer is improved by the optical signal, and the signal can be transmitted as a radio wave.

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Abstract

無線通信における物理層での盗聴の対策を行う信号処理を提供することを課題とする。　光信号発生部１１は、所定データに基づく多値の状態をとる多値情報を、光信号として発生させる。Ｅ／Ｏ変換部１１２は、前記光信号を、電気信号に変換する。光信号増幅部１２は、前記光信号を、増幅する。Ｏ／Ｅ変換部１３は、前記光信号を、電気信号に変換する。電波送信部１４は、前記電気信号に変換された前記多値情報を、電波として送信する。これにより、上記課題を解決する。

Description

信号処理システム
　本発明は、信号処理システムに関する。
　近年、情報通信においてセキュリティ対策の重要性が高まっている。インターネットを構成するネットワークシステムは、国際標準化機構に依り策定されたＯＳＩ参照モデルで記述される。ＯＳＩ参照モデルでは、レイヤ１の物理層からレイヤ７のアプリケーション層までに分離され、夫々のレイヤを結ぶインターフェースが標準化、又は、デファクトにより規格化されている。このうち最下層となるのが、有線・無線で実際に信号の送受信を行う役割を担う物理層である。
　現状、セキュリティ（多くの場合数理暗号に依る）は、レイヤ２以上で実装されており、物理層ではセキュリティ対策が施されていない。しかしながら、物理層でも盗聴の危険性がある。
　例えば、有線通信の代表である光ファイバ通信では、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで大量の情報を一度に盗み出すことが原理的に可能である。そこで、本出願人は、物理層における暗号化技術として、例えば特許文献１に挙げる所定のプロトコルの開発を行っている。
特開２０１２－０８５０２８号公報
　しかしながら、上述の特許文献１を含む従来技術では、多値の情報を光信号として送信することにより、光ファイバを用いた物理層での盗聴の対策を行うことはできるが、無線通信における物理層での盗聴の対策を行うことはできなかった。
　本発明は、無線通信における物理層での盗聴の対策を行うことを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様の信号処理システムは、
　所定データに基づく多値の状態をとる多値情報を、光信号として発生させる光発生手段と、
　前記光信号を、電気信号に変換する光電気変換手段と、
　前記電気信号に変換された前記多値情報を、電波として送信する電波送信手段と、
　を備える。
　本発明によれば、無線通信における物理層での盗聴の対策を行うことができる。
本発明の信号処理システムの一実施形態に係る信号送信システムを含む信号送受信システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の信号送信システムに適用されたＹ－００光通信量子暗号の原理の概要を説明する図である。 図２の位相変調におけるＮ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２を拡大した図である。 図１の信号送信システムのうち、ベースバンド・ヘテロダイン方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の信号送信システムのうち、中間周波数・ヘテロダイン方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の信号送信システムのうち、アナログ・直接変調方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の信号送信システムのうち、アナログ・中間周波数方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。 図１の信号送信システムのうち、アナログ・ベースバンド方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の信号処理システムの一実施形態に係る信号送受信システムの構成の一例を示すブロック図である。
　図１の例の信号送受信システムは、信号送信システム１と、信号受信システム２とを含むように構成されている。
　信号送信システム１は、送信対象の信号を、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき暗号化して、電波ＲＷの形態で送信する。また、信号受信システム２は、この電波ＲＷを受信して、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき復号して、上述の形態の信号を受信する。
　なお、詳細は後述するが、Ｙ－００光通信量子暗号とは、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づいて、送信対象である所定データを多値の情報とした後、光信号として送信することにより、受信した信号は暗号化された暗号信号となるという原理に基づいた暗号方式である。
　まず、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき暗号化した電波ＲＷを送信する信号送信システム１の構成について説明する。
　信号送信システム１は、光信号発生部１１と、光信号増幅部１２と、Ｏ／Ｅ変換部１３と、電波送信部１４とを含むように構成されている。
　光信号発生部１１は、所定データに基づく多値の状態をとる多値情報を、光信号として発生させる。この光信号は、その詳細については後述するが、送信対象の信号である。
　光信号発生部１１は、Ｙ－００暗号出力部１１１と、Ｅ／Ｏ変換部１１２とを備える。
　Ｙ－００暗号出力部１１１は、所定データに基づく多値の状態をとる多値情報の電気信号（後述の第２乃至第４電気信号と明確に区別すべく、以下、「第１電気信号」と呼ぶ）を発生する。
　即ち、Ｙ－００暗号出力部１１１は、送信対象である所定データを生成し又は図示せぬ生成元から取得する。Ｙ－００暗号出力部１１１は、この所定データを用いて、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき生成した多値の情報を、多値情報として第１電気信号の形態で信号路ＬＥ１１を介して出力する。
　なお、信号路ＬＥ１１における第１電気信号は、アナログ信号、及びデジタル信号の何れでも良いが、本実施形態の説明においては、アナログ信号であるものとして説明する。なお、第１電気信号がデジタル信号である場合、信号路ＬＥ１１は、複数のビットを送信できる構成（例えば、パラレルに信号を送信する複数の信号路や、シリアルに信号を送信するデータ処理部からなる構成）を適宜備える。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２は、Ｙ－００暗号出力部１１１から出力された多値情報の第１電気信号を、光信号に変換する。
　即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、ＬＥ１１を介して入力した、多値情報の第１電気信号を、任意の変調方式により変調された光信号に変換して信号路ＬＯ１Ａを介して出力する。
　なお、信号路ＬＯ１Ａは、光通信ケーブルによる光信号路で構成されてよい。
　このように信号路ＬＯ１Ａとして光通信ケーブルを用いることにより、信号送信システム１において、Ｅ／Ｏ変換部１１２と、後述するＯ／Ｅ変換部１３とは、距離を離して設置することができる。
　光信号増幅部１２は、Ｅ／Ｏ変換部１１２から発生された光信号を増幅する。
　即ち、光信号増幅部１２は、Ｅ／Ｏ変換部から発生されて信号路ＬＯ１Ａにより伝送されてきた光信号を増幅して出力する。光信号増幅部１２から出力された光信号（増幅された光信号）は、信号路ＬＯ１Ｂを介してＯ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　なお、信号路ＬＯ１Ｂは、信号路ＬＯ１Ａと同様に、光通信ケーブルによる光信号路で構成されてよい。つまり、光信号増幅部１２は、信号路ＬＯ１Ａを通ることによって減衰した光信号を増幅することが可能な、光信号路における中継器として用いることができる。このような中継器たる光信号増幅部１２を採用することで、Ｅ／Ｏ変換部１１２と、後述するＯ／Ｅ変換部１３との間の光信号路の距離を延長させることができる。換言すると、Ｅ／Ｏ変換部１１２と、後述するＯ／Ｅ変換部１３とは、更に距離を離して設置することができる。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、光信号増幅部１２で増幅されて信号路ＬＯＢにより伝送されてきた光信号を、電気信号（上述の第１電気信号や後述の第３及び第４電気信号と明確に区別すべく、以下、「第２電気信号」と呼ぶ）に変換する。
　即ち、Ｏ／Ｅ変換部１３は、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき生成された多値情報に対応した光信号であって、信号路ＬＯ１により伝送されてきた光信号を、第２電気信号に変換して出力する。
　Ｏ／Ｅ変換部１３から出力された第２電気信号は、信号路ＬＥ１２を介して電波送信部１４に伝送される。
　第２電気信号は、Ｏ／Ｅ変換部１３により光信号から変換された結果、ショット雑音を含んだ電気信号となる。即ち、後述するＹ－００光通信量子暗号の原理により、暗号化された信号（以下、「暗号信号」と呼ぶ）となる。暗号信号は、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルにおける復号を経ない限り、データを正しく再構築できない。即ち、第２電気信号は、第三者により傍受されたとしても、第三者は解読困難である。
　なお、本明細書において、暗号信号の用語は、電気信号や光信号、電波等の形態によらず、暗号化された信号のことを指す。
　なお、図１において、光信号増幅部１２は破線で示されている。これは、信号送信システム１にとって、光信号増幅部１２は必須な構成要素ではなく、仮に光信号増幅部１２を構成要素に含めた場合であってもその個数は１個に限定されず任意の個数でよいことを意味している。
　即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３との間の光伝送路の距離が長くなった場合等には、当該光伝送路内の中継部たる光信号増幅部１２は、複数個導入することができる。
　これに対して、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３との間の光伝送路の距離が短くなった場合等であって、Ｅ／Ｏ変換部１１２から発生された光信号を増幅する必要がない場合、信号送信システム１は、光信号増幅部１２を含まない構成とすることができる。
　以降、特別に記述しない限り、信号送信システム１は、光信号増幅部１２を含まず構成されており、Ｅ／Ｏ変換部１１２と、Ｏ／Ｅ変換部１３とは、直接接続された信号路ＬＯ１Ａ及び信号路ＬＯ１Ｂ（以下、これらをまとめて「信号路ＬＯ１」と呼ぶ）を介して接続されているものとする。
　電波送信部１４は、Ｏ／Ｅ変換部１３により第２電気信号に変換されて信号路ＬＥ１２により伝送されてきた暗号信号を、電波ＲＷの形態で送信する。
　即ち、電波送信部１４は、暗号信号である第２電気信号を、所定の増幅や周波数の変換等の制御を施したうえで、アンテナ等の部品を介して、電波ＲＷとして送信する。
　即ち、電波ＲＷの形態で送信された第２電気信号は、暗号信号である。
　ここで、第三者が、電波ＲＷを傍受し、電気信号に変換した場合を考える。この場合、第三者により取得された電波ＲＷの電気信号は、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき生成された多値の情報を光信号に変換し、更に、光信号を第２電気信号に変換した、暗号信号である。即ち、第三者により取得された電波ＲＷの電気信号を解読することは、困難である。
　以上、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき暗号化した暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する信号送信システム１の構成例について説明した。
　次に、電波ＲＷを受信してＹ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき復号する信号受信システム２の構成例について説明する。
　信号受信システム２は、電波受信部２１と、Ｅ／Ｏ変換部２２と、光信号増幅部２３と、Ｏ／Ｅ変換部２４と、Ｙ－００暗号入力部２５とを含むように構成されている。
　電波受信部２１は、信号送信システム１により送信された電波ＲＷを受信する。
　即ち、電波受信部２１は、電波ＲＷの形態の暗号信号をアンテナ等で受信し、電気信号（上述の第１及び第２電気信号や後述の第４電気信号と明確に区別すべく、以下、「第３電気信号」と呼ぶ）の形態で出力する。電波受信部２１から出力された第３電気信号は、信号路ＬＥ２１を介して、Ｅ／Ｏ変換部２２に伝送される。
　Ｅ／Ｏ変換部２２は、電波受信部２１で受信された電波ＲＷに対応する第３電気信号を、光信号に変換する。
　即ち、Ｅ／Ｏ変換部２２は、電波受信部２１で受信されて信号路ＬＥ２１により伝送された第３電気信号の形態の暗号信号を、光信号の形態に変換して出力する。Ｅ／Ｏ変換部２２から出力された第３電気信号は、信号路ＬＯ２Ａを介して光信号増幅部２３に伝送される。
　なお、信号路ＬＯ２Ａは、光通信ケーブルによる光信号路で構成されてよい。
　このように信号路ＬＯ２Ａとして光通信ケーブルを用いることにより、信号受信システム２において、Ｅ／Ｏ変換部２２と、後述するＯ／Ｅ変換部２４とは、距離を離して設置することができる。
　光信号増幅部２３は、Ｅ／Ｏ変換部２２で変換された光信号を増幅する。
　即ち、光信号増幅部２３は、Ｅ／Ｏ変換部で変換されて信号路ＬＯ２Ａにより伝送されてきた光信号を増幅して出力する。光信号増幅部２３から出力された光信号（増幅された光信号）は、信号路ＬＯ２Ｂを介してＯ／Ｅ変換部２４に伝送される。
　なお、信号路ＬＯ２Ｂは、信号路ＬＯ２Ａと同様に、光通信ケーブルによる光信号路で構成されてよい。
　つまり、光信号増幅部２３は、信号路ＬＯ２Ａを通ることによって減衰した光信号を増幅することが可能な、光信号路における中継器として用いることができる。このような中継器たる光信号増幅部２３を採用することで、Ｅ／Ｏ変換部２２と、後述するＯ／Ｅ変換部２４との間の光信号路の距離を延長させることができる。換言すると、Ｅ／Ｏ変換部２２と、後述するＯ／Ｅ変換部２４とは、更に距離を離して設置することができる。
　なお、図１において、光信号増幅部２３は破線で示されている。これは、信号受信システム２にとって、光信号増幅部２３は必須な構成要素ではなく、仮に光信号増幅部２３を構成要素に含めた場合であってもその個数は１個に限定されず任意の個数でよいことを意味している。
　即ち、Ｅ／Ｏ変換部２２とＯ／Ｅ変換部２４との間の光伝送路の距離が長くなった場合等には、当該光伝送路内の中継部たる光信号増幅部２３は、複数個導入することができる。
　これに対して、Ｅ／Ｏ変換部２２とＯ／Ｅ変換部２４との間の光伝送路の距離が短くなった場合等であって、Ｅ／Ｏ変換部２２から発生された光信号を増幅する必要がない場合、信号受信システム２は、光信号増幅部２３を含まない構成とすることができる。
　以降、特別に記述しない限り、信号受信システム２は、光信号増幅部２３を含まず構成されており、Ｅ／Ｏ変換部２２と、Ｏ／Ｅ変換部２４とは、直接接続された信号路ＬＯ２Ａ及び信号路ＬＯ２Ｂ（以下、これらをまとめて「信号路ＬＯ２」と呼ぶ）を介して接続されているものとする。
　Ｏ／Ｅ変換部２４は、光信号増幅部１２で増幅されて信号路ＬＯ２により伝送されてきた光信号を、電気信号（上述の第１乃至第３電気信号と明確に区別すべく、以下、「第４電気信号」と呼ぶ）に変換する。
　即ち、Ｏ／Ｅ変換部２４は、電波ＲＷの暗号信号に対応した光信号であって、信号路ＬＯ２からなる光伝送路により伝送されてきた光信号を、第４電気信号に変換して出力する。
　Ｏ／Ｅ変換部２４から出力された第４電気信号は、信号路ＬＥ２２を介してＹ－００暗号入力部２５に伝送される。
　Ｙ－００暗号入力部２５は、Ｏ／Ｅ変換部２４で変換された第４電気信号の形態の暗号信号を信号路ＬＥ２２を介して入力され、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき、復号することで、送信対象であった所定データに変換する。また、Ｙ－００暗号入力部２５は、復号された所定データを取得又は図示せぬ受信先に提供する。
　また、さらに言えば、電波受信部２１と、Ｙ－００暗号入力部２５を近くに設置する場合、電波受信部２１と、Ｙ－００暗号入力部２５とは、直接接続された信号路ＬＥ２１及び信号路ＬＥ２２を介して接続されてよい。即ち、第３電気信号を、直接、第４電気信号として採用してＹ－００暗号入力部２５に入力することができる。
　以上、信号受信システム２が、電波ＲＷを受信してＹ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき復号する信号受信システム２の構成例について説明した。
　このように、本実施形態の信号送受信システムでは、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３とが、信号路ＬＯ１により光信号を伝送するものとして採用されている。このため、図１の例では、光信号の通信方式として、有線通信の代表である光ファイバ通信が採用されている。
　光ファイバ通信では、第三者が、光ファイバに分岐を導入し、信号パワーの一部を取り出すことで、大量の情報（ここでは暗号化された信号。以下、「暗号信号」と呼ぶ）を一度に盗み出すことが原理的に可能である。
　このため、暗号信号がたとえ盗み出されたとしても、その暗号信号の意味内容、即ち平文（送信データ）の内容を第三者に認識させないようにする手法が必要である。
　本出願人は、このような手法として、Ｙ－００光通信量子暗号を用いた手法を開発している。
　詳細は後述するが、Ｙ－００光通信量子暗号は、光の粒子性に伴う量子的な暗号化であり、光ファイバ通信には適用が可能であった。一方、電波ＲＷを用いた無線通信といった、光に比べて量子性が極めて小さい通信には適用ができなかった。
　ここで、本実施形態の信号送受信システムでは、上述のように、信号送信システム１と信号受信システム２とが、無線通信により情報（暗号信号）を送受信する。このため、図１の例では、暗号信号は、無線通信のため電波ＲＷの形態で、信号送信システム１と信号受信システム２とにより送受信されるものとされている。
　無線通信では、第三者が、電波ＲＷを傍受することで、大量の情報（ここでは暗号信号）を、一度に盗み出すことが原理的に可能であるという課題が生じてしまう。
　そこで、本実施形態の信号送受信システムは、このような課題を解決することが可能なように構成されている。以下、このような課題を解決する手法について説明する。
　Ｙ－００光通信量子暗号は、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」を特徴としており、本出願人により開発されたものである。
　Ｙ－００光通信量子暗号において、送信対象のデータ（平文）は、「０」又は「１」のビットデータの１以上の集合体で表される。この送信データを構成する各ビットデータは、所定のアルゴリズムにより、Ｍ個（Ｍは２以上の整数値）の値のうち所定値に変調される。そこで、以下、この数値Ｍを「変調数Ｍ」と呼ぶ。
　Ｙ－００光通信量子暗号では、暗号側と復号側で暗号鍵により、ビット毎に光信号（搬送波）の位相と振幅のうち少なくとも一方が変調数Ｍの値のうち何れかに変調されることによって、送信データ（平文）に対する暗号化が行われる。ここで、変調数Ｍを極めて多値とすることで、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できないこと」という特徴が実現される。
　Ｙ－００光通信量子暗号で採用される「所定のプロトコル」については、例えば特開２０１２－０８５０２８号公報を参照するとよい。そこで、ここでは簡単に、Ｙ－００光通信量子暗号の原理の概要について、位相変調を例として図２及び図３を参照しつつ説明する。
　図２は、Ｙ－００光通信量子暗号の原理の概要を説明する図である。
　図２（ａ）乃至図２（ｃ）には、縦軸と横軸の交点を原点とした、光信号の位相と振幅（強度）を表すＩＱ平面が描画されている。ＩＱ平面上の一点を決めると、光信号の位相と振幅が一意に決まる。位相は、ＩＱ平面の原点を始点とし、その光信号を表す点を終点とする線分と、位相０を表す線分との成す角度となる。一方、振幅は、その信光号を表す点と、ＩＱ平面の原点との間の距離となる。
　図２（ａ）は、Ｙ－００光通信量子暗号の理解を容易なものとすべく、通常の２値変調の原理を説明する図である。
　例えば、平文（送信データ）がそのまま光信号（搬送波）に重畳されて送信される場合、平文を構成する各ビットデータ（１又は０）の夫々に対して、図２（ａ）に示す２値変調が行われるものとする。
　この場合、図２（ａ）において、ビットデータが「０」の場合、位相変調後の光信号を示す点（以下、「シンボル点」と呼ぶ）の配置は、横軸上右側の０（０）としたシンボル点Ｓ１１の配置、即ち位相が０の配置となる。一方、ビットデータが１の場合、位相変調後のシンボル点の配置は、横軸上左側のπ（１）としたシンボル点Ｓ１２の配置、即ち位相がπの配置となる。
　なお、シンボル点Ｓ１１を囲む実線の円は、シンボル点Ｓ１１の光信号を受信した場合における、量子雑音の揺らぎの範囲の例を示したものである。シンボル点Ｓ１２についても、同様に量子雑音の揺らぎの範囲の例がシンボル点Ｓ１２を囲む実線の円として示されている。
　図２（ｂ）は、Ｙ－００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝１６の位相変調の原理を説明する図である。
　図２（ｂ）の例の場合、平文を構成する各ビットデータの夫々について、暗号鍵を用いて８値のうちランダムな何れかの値が生成される。そして、図２（ａ）に示す通常の２値変調のシンボル点（０に対応する位相０の点、又は１に対応する位相πの点）の位相が、８値のうちランダムに生成された値に従ってＩＱ平面においてビット毎に回転されることで、位相変調が行われる。
　ビットデータの取り得る値は「０」又は「１」の２値であるので、結果として、図２（ｂ）の例の位相変調が行われると、シンボル点の配置は、（π／８）ずつ位相が異なる１６個（変調数Ｍ＝１６）の配置となる。
　ただし、図２（ｂ）の例の場合、ビットデータがとり得る「０」又は「１」の値が、変調数Ｍ＝１６の値のうち何れかの値に変調されただけである。このため、１６個のシンボル点の配置を取る光信号（暗号信号）が盗み出されてしまうと、その意味内容、即ち平文（送信データ）の内容が第三者に認識される恐れがある。即ち、Ｙ－００光通信量子暗号の安全性は、変調数Ｍ＝１６程度だと十分ではない。
　そこで、実際には、図２（ｃ）に示すように、変調数Ｍとして極めて多値、例えば４０９６が採用され、Ｙ－００光通信量子暗号の安全性が高められている。
　図２（ｃ）は、Ｙ－００光通信量子暗号を採用した場合における、変調数Ｍ＝４０９６の位相変調の原理を説明する図である。
　図３は、図２（ｃ）の位相変調におけるＮ＝４０９６のシンボル点の配置のうち、隣接する３つのシンボル点の配置が視認できるように、図２（ｃ）を拡大した図である。
　図３に示すように、シンボル点Ｓ２１乃至Ｓ２３の夫々において、範囲ＳＮだけショット雑音（量子雑音）による揺らぎがある。
　ショット雑音は、光が量子性をもつことに起因する雑音であり、真にランダムであり、物理法則として取り除けないという特徴を有する。
　変調数Ｍとして４０９６等の極めて多値の位相変調がなされると、図３に示すように、隣接するシンボル点がショット雑音に隠れて判別できない状況になる。
　具体的には、隣接する２つのシンボル点Ｓ２１及びＳ２２の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき（そのように小さくなるように、変調数Ｍとして極めて多値の位相変調がなされたとき）、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
　つまり、例えばある時刻に受信側で測定された位相が、図３に示すシンボル点Ｓ２２の位置に対応していたものとする。この場合、シンボル点Ｓ２２の光信号として送信されたものであるのか、それとも、実際にはシンボル点Ｓ２１やシンボル点Ｓ２３の光信号として送信されたものが、ショット雑音の影響でシンボル点Ｓ２２として測定されたのかは、区別ができない。
　以上まとめると、Ｙ－００光通信量子暗号では、変調数Ｍが極めて多値の変調が採用されている。
　なお、図２及び図３の例では位相変調であるが、これに代えて又はこれと共に振幅（強度）変調でもよい。即ち、Ｙ－００プロトコルを用いた光信号の変調には、強度変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、直交振幅変調等のあらゆる変調方式を採用できる。
　また、上述のように、Ｙ－００光通信量子暗号により、あらゆる変調方式において、２つのシンボル点の距離Ｄを、ショットノイズの範囲ＳＮより十分に小さくすることが可能であり、「量子雑音の効果で暗号文を正しく取得できない」という特徴を持つことができる。また、量子雑音は安全性を担保することになるが、実際的には、量子雑音に加えて熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」の効果によって盗聴者が正しい暗号文を取得することを防止することになる。
　以下、Ｙ－００光通信量子暗号は、光ファイバ通信には適用が可能で、無線通信には適用が不可能とされてきた理由について説明する。
　まず、Ｙ－００光量子暗号における、安全性の指標と、搬送波の周波数の関係性について説明する。以下、「ショット雑音が隣接するシンボルをいくつマスクするか」に対応する、雑音マスキング量を用いて説明する。
　具体的には、本明細書では「ショット雑音の分布をガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に入るシンボル点の数」を雑音マスキング量Γとして定義して説明する。
　なお、雑音マスキング量Γの概念は、ショット雑音の分布以外にも適用可能な概念である。他の雑音に対して雑音マスキング量Γの概念を適用する方法は、後述する。
　図２で上述したように、隣接する２つのシンボル点の距離Ｄが、ショット雑音の範囲ＳＮよりも十分小さいとき、受信側で測定された位相情報から、元のシンボル点の位置は断定困難となる。
　光通信において、高速で通信できる程度の強度の光信号を採用した場合、ショット雑音の量の分布（揺らぎの範囲）は、ガウス分布として近似することができる。即ち、この例の雑音マスキング量Γは、図２で上述したショット雑音の範囲ＳＮに対応する距離（半径）を、ショット雑音のガウス分布の標準偏差を採用する。
　換言すれば、雑音マスキング量Γは、ショット雑音の範囲ＳＮに含まれる他のシンボル点の数である。つまり、雑音マスキング量Γは、あるシンボル点に対して距離Ｄがショット雑音の範囲ＳＮより小さい他のシンボル点の数を示す。即ち、雑音マスキング量Γは、暗号信号の暗号の強度に比例する量となる。
　例えば、Ｙ－００光量子暗号において、位相変調方式を採用した場合、雑音マスキング量Γは、以下の式（１）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ここで、変調数Ｍは、暗号化のために変調される位相の候補数である。また、シンボルレートＲは、単位時間当たりにシンボル点をいくつ送るかを示す数である。また、プランク定数ｈは、物理定数であって、光子の持つエネルギーと振動数に係る比例定数である。また、周波数ν０は、信号の周波数である。また、パワーＰ０は、信号のパワーを表す数である。
　雑音マスキング量Γが十分大きい値である場合、ショット雑音によるマスキングが働く。即ち、Ｙ－００光量子暗号が暗号として有効に働く。具体的には例えば、この値が１以上でショット雑音によるマスキングの効果が発揮され、十分に大きい値である場合、更に高い安全性が達成される。
　式（１）をみると、位相変調方式を採用した場合において、雑音マスキング量Γは、信号周波数ν０の平方根に比例する。換言すれば、搬送波の周波数ν０が低い場合、雑音マスキング量Γは小さくなり、暗号化の安全性は低いものとなる。
　具体的には例えば、光ファイバ伝送で用いられる周波数ν０は、２００［ＴＨｚ］（波長はおよそ、１．５５［ｕｍ］）がある。一方、例えば、長波による無線通信で用いられる周波数ν０は、１００［ｋＨｚ］がある。また、例えば、マイクロ波による無線通信で用いられる周波数ν０は、１０［ＧＨｚ］がある。
　ここで、周波数ν０以外が変わらない条件で、雑音マスキング量Γを比較した例は、以下の通りである。なお、周波数ν０以外が変わらない条件とは、シンボルレートＲ、及びパワーＰ０が、同一である条件である。
　例えば、上記の長波の例において、長波による無線通信の雑音マスキング量Γを、光ファイバ伝送の雑音マスキング量Γで割った比は、約４５０００分の１となる。また、例えば、上記のマイクロ波の例において、マイクロ波による無線通信の雑音マスキング量Γを、光ファイバ伝送の雑音マスキング量Γで割った比は、約１４０分の１となる。
　上記の通り、長波やマイクロ波といった電波を用いた無線通信においては、光ファイバ伝送と比較して、雑音マスキング量Γが小さくなってしまうため、Ｙ－００光通信量子暗号を用いることは、困難であると考えられてきた。それゆえに、Ｙ－００「光」通信量子暗号という呼び名にもなっている。つまり、可視光と電波とは共に光子の運動に基づくが、基本的に、可視光領域以上の周波数でなくては利用できないと考えられてきた。
　以上、Ｙ－００光通信量子暗号は、光ファイバ通信には適用が可能で、無線通信には適用が不可能とされてきた理由について説明した。
　上記の通り、無線通信では、第三者が、電波ＲＷを傍受することで、大量の情報（ここでは暗号信号）を、一度に盗み出すことが原理的に可能である。このため、第三者が、電波ＲＷを傍受した場合であっても、データを正しく再構築できない、物理層での暗号化を行いたいという要望がある。本実施形態の信号送受信システムは、このような要望に応えるべく、物理層のうち、無線通信における電波ＲＷに対しても暗号化を行うことができるものである。
　つまり、上述の本実施形態の信号送信システム１は、Ｙ－００光通信量子暗号を無線通信に適用が可能となるシステム（そのような可能となる仕組みに基づいて構成されたシステム）である。
　以下、本実施形態において、Ｙ－００光通信量子暗号を無線通信に適用が可能となる仕組みについて説明する。上述したように、本実施形態において、送信対象の所定データは、種々の変換を経ることで信号の形態が変換される。これらの変換の結果、図１の暗号信号が電波ＲＷの形態として送信される。以下、所定データがＹ－００光通信量子暗号により、暗号信号となるタイミングを含む、暗号信号が送信される仕組みについて説明する。
　図１に示したように、光信号発生部１１は、所定データに基づく多値の状態をとる多値情報を、光信号として発生させる。また、発生された光信号は、第三者に傍受された場合であっても、ショット雑音の効果で暗号文を正しく取得できない。
　具体的には例えば、信号路ＬＯ１の光信号を傍受した第三者は、光信号をＯ／Ｅ変換することにより電気信号として、取得する。Ｏ／Ｅ変換するタイミングにおいて、光の粒子性により、ショット雑音が発生する。これにより、Ｙ－００光通信量子暗号のアルゴリズム及びその暗号鍵を有しない第三者は、電気信号を復号して暗号文を正しく取得することができない。
　図１の例の信号送信システム１は、光信号を、Ｏ／Ｅ変換部１３により、第２電気信号に変換する。即ち、上述における第三者によるＯ／Ｅ変換と同様に、Ｏ／Ｅ変換部１３におけるＯ／Ｅ変換のタイミングにおいて、第２電気信号は、ショット雑音が発生した電気信号となる。更に、信号送信システム１は、第２電気信号を電波送信部１４から送信する。これにより、電波ＲＷは、光信号の周波数に基づいたショット雑音を含んで暗号化される。即ち、電波ＲＷの周波数ではなく、光信号の周波数に基づいたショット雑音が発生するため、雑音マスキング量Γが大きい電気信号となる。
　以上、本実施形態において、Ｙ－００光通信量子暗号を無線通信に適用が可能となる仕組みについて説明した。
　上述のタイミングにおいて、即ち、光信号を傍受した第三者がＯ／Ｅ変換するタイミングや、Ｏ／Ｅ変換部１３が光信号を第２電気信号にＯ／Ｅ変換するタイミングにおいて、送信対象の所定データが暗号化され、暗号信号となる。これにより、以下の効果を奏することができる。
　第三者が、光ファイバに分岐を導入する等して、信号路ＬＯ１を通る光信号の信号パワーの一部を取り出した場合であっても、Ｏ／Ｅ変換した電気信号は、ショット雑音が発生し、暗号化されているため、第三者が解読することは、困難である。
　従って、信号路ＬＯ１は、長距離の光ファイバ等により構成することができる。即ち、例えば、長距離の光ファイバにより構成した場合に、第三者が光ファイバに工作して光信号を傍受したときであっても、光信号は暗号化されているため、安全性を確保することができる。これにより、光信号発生部１１と、Ｅ／Ｏ変換部１３とを離れた位置に備えることができる。
　更に言えば、一般に、光信号増幅部１２は、光信号を増幅する際、出力後の光信号にノイズを載せる。これにより、上述のショット雑音に加えて、更にノイズを載せることで、信号路ＬＯ１Ａ以降において、第三者が信号を取得した場合であっても、光信号は更に大きな雑音により暗号化されているため、解読することは困難である。
　以下、図１の例の信号送信システム１における各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例を説明する。なお、信号送信システム１により送信される電波ＲＷの周波数は、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ１［Ｈｚ］であるものとして説明する。
　まず、Ｙ－００光通信量子暗号に基づく多値の状態をとる多値情報の電気信号は、ベースバンド（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）で発生する。
　即ち、例えば、Ｙ－００暗号出力部１１１で出力され、信号路ＬＥ１１を介して伝送される第１電気信号は、中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号である。
　次に、レーザの直接変調やレーザと各種変調素子の組み合わせで実施されるＥ／Ｏ変換により、第１電気信号は光信号に変換される。これにより、中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］であった第１電気信号は、レーザの周波数を中心周波数とする光信号に変換される。
　即ち、例えば、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、図示せぬレーザ光源を含んで構成される。Ｅ／Ｏ変換部１１２のレーザ光源は、周波数ｆｓｉｇの単色の（変調されていない）搬送波を発生する。Ｅ／Ｏ変換部１１２は、単色の周波数ｆｓｉｇの搬送波を、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの光信号に変調する。これにより、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、第１電気信号を光信号に変換する。
　次に、光信号は、受信に必要な光学部材とフォトディテクター（複数の場合もある）を用いたＯ／Ｅ変換により、再び電気信号に変換される。
　即ち、例えば、Ｏ／Ｅ変換部１３は、図示せぬ光学部材と１以上のフォトディテクターを含んで構成される。一般的な光ファイバ通信における、Ｏ／Ｅ変換部１３は、光信号を、中心周波数ｆ０＝０の第２電気信号に変換する。
　上述の通り、単にＯ／Ｅ変換を行っただけでは、第２電気信号は中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号となるため、信号送信システム１により送信したい中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ１の電波ＲＷの形態で直接送信することができない。そこで、図４乃至８を用いて後述する信号送信システム１の構成により、電波送信部１４は、無線通信で用いる電波ＲＷの周波数の電気信号を得ることができる。
　次に、図１の例の信号受信システム２における各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例を説明する。なお、信号受信システム２により受信される電波ＲＷの周波数は、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ２［Ｈｚ］であるものとして説明する。これは、信号送信システム１と信号受信システム２とで、異なる周波数を採用することができるためである。例えば、図示せぬ電波の中継装置が、電波ＲＷを、違う中心周波数の電波として中継する構成をとることができる。なお、信号受信システム２が、信号送信システム１により送信した電波ＲＷと同一の周波数（中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ１［Ｈｚ］）の電波ＲＷを受信することもできることは、言うまでもない。
　受信において、信号受信システム２は、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ２の無線信号（ここでは、暗号信号）を受信後、送信側と逆のプロセスで、Ｅ／Ｏ変換とＯ／Ｅ変換を行い、ベースバンドの暗号信号（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）を得る。
　なお、本実施形態において、信号送受信システムは、信号送信システム１と信号受信システム２とを含むように構成されているが、信号送信システム１は、信号の受信に係る機能を備えた、信号の送信及び受信を可能な信号処理システムであってよい。この場合、２つ以上の信号処理システムを含む送受信システムにおいて、通信の方向によらず、電波ＲＷの形態の暗号信号による通信を行うことができる。この場合、信号の送信及び受信を可能な信号処理システムにおいて、電波受信部や電波送信部（アンテナ）、Ｅ／Ｏ変換部とＯ／Ｅ変換部の間の光ファイバ等の伝送路等は、送信と受信とで共有されてもよい。なお、２つ以上の信号処理システムを含む信号送受信システムにおいて、暗号信号を用いることは、片方向のみとすることもできる。
　上述の通り、信号処理システムにおける構成や送信と受信の構成は、必ずしも対称である必要はない。例えば、信号受信システムがアンテナ中継局の場合、アンテナ（電波受信部）にて受信後に増幅等の操作の後に再びアンテナ（電波送信部）にて送信を行うこともある。特に、信号受信システム２が、ＰＣ等の端末の場合には、Ｅ／Ｏ変換やＯ／Ｅ変換はなく、電気的な処理のみを行うことも想定される。即ち、電波受信部２１で受信した第３電気信号は、Ｙ－００暗号入力部２５に入力されてよい。その際、第３電気信号は、Ｙ－００暗号入力部２５に適した中心周波数に適宜変換されてよい。
　以下、図４乃至８を用いて、信号送信システム１のＹ－００暗号出力部１１１から出力された第１電気信号（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）を、電波送信部１４から出力される電波ＲＷの形態の信号（中心周波数ｆ０＝ｆＲＦ［Ｈｚ］の信号）に変換を行う具体的な例を説明する。
　図４は、図１の信号送信システムのうち、ベースバンド・ヘテロダイン方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　図４の例の信号送信システム１は、図１の例の信号送信システム１に、更に、レーザ発生部１２１と、光コンバイン部１２２と、夫々を接続する信号路ＬＬ１１乃至ＬＬ１３とを備える。
　Ｙ－００暗号出力部１１１は、送信対象である所定データと秘密鍵から、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき、光の位相、及び光の振幅の少なくとも一方を変調するための多値情報の第１電気信号をベースバンドの信号（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）として出力する。
　第１電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ１１に示す分布となる。
　グラフＦＥ１１に示す分布は、信号に含まれる周波数を概念的に示したものである。グラフＦＥ１１に示す分布は、横軸に周波数ｆをとる。
　また、グラフＦＥ１１に示す分布における、上向きの矢印は、当該矢印の位置の周波数を多く含むことを示している。即ち、グラフＦＥ１１に示す分布は、中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号であることを示している。
　また、グラフＦＥ１１に示す分布における、上向きの矢印の周囲にある半球状の形状は、中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号の周囲に、変調に係る信号が周波数分布を持つことを示す。
　以下、グラフの夫々に示す分布における矢印や半球状の形状等は、上記のグラフＦＥ１１と同様の意味合いを持つものである。
　つまり、グラフＦＥ１１の分布をみると、第１電気信号は、光の位相、及び光の振幅の少なくとも一方を変調するための情報を含む信号である。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２は、第１電気信号を、変調方式に応じた適切なＥ／Ｏ変換により、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの光信号に変換する。図４の例の光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ１１を介して、光コンバイン部１２２に伝送される。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、図示せぬレーザ発生部と、位相変調器、マッハツェンダ変調器、ＩＱ変調器等を組み合わせて光の位相と振幅もしくはその片方を変調する構成をとる。又は、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、図示せぬ変調レーザ発生部を備え、変調された光信号を直接出力する構成をとってもよい。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２から出力される光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ１１に示す分布となる。
　グラフＦＯ１１をみると、光信号は、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの信号である。また、光信号は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持っている。即ち、光信号は、位相変調された中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの信号である。
　レーザ発生部１２１は、光信号周波数ｆ＝ｆｓｉｇ－ｆＲＦの単色のレーザ光を発生する。即ち、レーザ発生部１２１は、光信号の中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇから、無線信号として伝送したい周波数ｆ＝ｆＲＦだけ離れた、周波数ｆ＝ｆｃａｒの単色のレーザ光（キャリア光とも適宜呼ぶ）を発生する。図４の例のキャリア光は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ１２を介して、光コンバイン部１２２に伝送される。
　レーザ発生部１２１から発生されるキャリア光に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ１２に示す分布となる。
　グラフＦＯ１２をみると、キャリア光は、中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号である。また、キャリア光は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持たない。即ち、キャリア光は、単色の周波数ｆ＝ｆｃａｒの信号である。
　光コンバイン部１２２は、光信号とキャリア光を合波する。即ち、信号路ＬＬ１１を介して伝送された光信号と、信号路ＬＬ１２を介して伝送されたキャリア光との両方を合わせた合波された光信号を出力する。図４の例の合波された光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ１３を介して、Ｏ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　なお、光コンバイン部１２２は、光パワー合波器や光波長多重器等によって構成されてよい。
　光コンバイン部１２２から出力される合波された光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ１３に示す分布となる。
　グラフＦＯ１３をみると、合波された光信号は、中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号と中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの信号を含んでいる。また、合波された光信号のうち中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの前後の周波数に分布を持つ。即ち、合波された光は、光の位相、及び光の振幅の少なくとも一方が変調された中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの信号と、単色の周波数ｆ＝ｆｃａｒの信号とを含む光信号である。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、合波された光信号を第２電気信号に変換する。第２電気信号には、二つの周波数のビート成分である周波数ｆ＝ｆＲＦ（無線伝送したい周波数）の暗号信号が発生する。
　Ｏ／Ｅ変換部１３で変換された第２電気信号の周波数は、例えば、グラフＦＥ１２に示す分布となる。
　グラフＦＥ１２をみると、第２電気信号は、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの信号である。また、第２電気信号は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持っている。
　電波送信部１４は、第２電気信号の暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する。
　以上が、図４の例のベースバンド・ヘテロダイン方式を採用した場合における、信号送信システム１における各機能ブロックの夫々と、各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例である。
　上述の構成により、ベースバンド（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）で発生された第１電気信号が、送信される電波ＲＷの周波数である中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの第２電気信号（ここでは暗号信号）に変換され、電波ＲＷの形態で送信される。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２と光コンバイン部１２２との間には、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　同様に、キャリア光を発生させるレーザ発生部１２１と光コンバイン部１２２との間にも、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　また、光コンバイン部１２２とＯ／Ｅ変換部１３との間にも、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３と電波送信部１４との間には、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　図５は、図１の信号送信システムのうち、中間周波数・ヘテロダイン方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　図５の例の信号送信システム１は、図１の例の信号送信システム１に、更に、局部発振部１３１と、ミキサ部１３２と、レーザ発生部１３３と、光コンバイン部１３４と、信号路ＬＬ２１乃至ＬＬ２６とを備える。
　図５の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成は、図４の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、第１電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ２１に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｙ－００暗号出力部１１１が出力する第１電気信号は、信号路ＬＬ２１を介してミキサ部１３２に伝送される。
　局部発振部１３１は、後述する中間周波数ｆＩＦに対応する局部発振信号を発振する。局部発振部１３１により発振された局部発振信号は、信号路ＬＬ２２を介してミキサ部１３２に伝送される。
　ミキサ部１３２は、第１電気信号と局部発振信号とを、混合して中間周波数である周波数ｆ＝ｆＩＦを中心周波数とした中間周波数の電気信号を出力する。中間周波数の電気信号は、信号路ＬＬ２３を介して、Ｅ／Ｏ変換部１１２に伝送される。
　なお、ミキサ部１３２は、変調方式に応じた構成をとり、第１電気信号と局部発振信号とから、中間周波数の電気信号を出力する。即ち、ミキサ部１３２の具体的な構成は、強度変調、振幅変調、位相変調、周波数変調、直交振幅変調等の変調方式に応じた構成をとってよい。
　ミキサ部１３２から出力される中間周波数の電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ２２に示す分布となる。
　グラフＦＥ２２をみると、中間周波数の電気信号は、中心周波数ｆ０＝ｆＩＦの信号である。また、中間周波数の電気信号は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持っている。即ち、中間周波数の電気信号は、光の位相、及び光の振幅の少なくとも一方を変調するための情報をもつ中心周波数ｆ０＝ｆＩＦの信号である。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２は、中間周波数の電気信号を、変調方式に応じた適切なＥ／Ｏ変換により、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの光信号に変換する。図５のＥ／Ｏ変換部１１２の他の機能や構成は、図４の例のＥ／Ｏ変換部１１２の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ２１に示す分布となり、図４の例のグラフＦＯ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２が出力する光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ２４を介して光コンバイン部１３４に伝送される。
　レーザ発生部１３３は、光信号周波数ｆ＝ｆｓｉｇ－ｆＲＦ＋ｆＩＦの単色のレーザ光を発生する。即ち、レーザ発生部１２１は、光信号の中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇから、無線信号として伝送したい周波数ｆ＝ｆＲＦと中間周波数ｆＩＦとの差だけ離れた、周波数ｆ＝ｆｃａｒ＝ｆｓｉｇ－ｆＲＦ＋ｆＩＦの単色のレーザ光（キャリア光と適宜呼ぶ）を発生する。図４の例のキャリア光は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ２５を介して、光コンバイン部１３４に伝送される。
　レーザ発生部１３３から発生されるキャリア光に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ２３に示す分布となる。
　グラフＦＯ２３をみると、キャリア光は、中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号である。また、キャリア光は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持たない。即ち、キャリア光は、単色の周波数ｆ＝ｆｃａｒの信号である。
　光コンバイン部１３４は、光信号とキャリア光を合波する。即ち、信号路ＬＬ２４を介して伝送された光信号と、信号路ＬＬ２５を介して伝送されたキャリア光との両方を合わせた合波された光信号を出力する。図５の例の合波された光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＬ２６を介して、Ｏ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　なお、光コンバイン部１３４は、光パワー合波器や光波長多重器等によって構成されてよい。
　光コンバイン部１３４から出力される合波された光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ２３に示す分布となる。
　グラフＦＯ２３をみると、合波された光信号は、中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号と中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの信号を含んでいる。また、合波された光信号のうち中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの前後の周波数に分布を持つ。即ち、合波された光は、周波数変調された中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号と、単色の周波数ｆ＝ｆｓｉｇの信号とを含む光信号である。なお、上述の通り、キャリア光の周波数ｆ＝ｆｃａｒ＝ｆｓｉｇ－ｆＲＦ＋ｆＩＦであるため、周波数変調された中心周波数ｆ０＝ｆｃａｒの信号と、単色の周波数ｆ＝ｆｓｉｇの信号との周波数との差は、ｆＲＦ－ｆＩＦとなっている。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、合波された光信号を第２電気信号に変換する。第２電気信号には、二つの周波数のビート成分である周波数ｆ＝ｆＲＦ－ｆＩＦの暗号信号が発生する。なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２には、中間周波数の電気信号である位相変調された中心周波数ｆ０＝ｆＩＦの信号が入力されていたため、第２電気信号の中心周波数はｆＩＦだけ足された周波数となる。つまり、第２電気信号は、ビート成分である周波数ｆ＝ｆＲＦ－ｆＩＦであって、中心周波数はｆＩＦだけ足されるので、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの信号となる。
　電波送信部１４と、信号路ＬＥ１２との夫々の機能や構成は、図４の電波送信部１４と、信号路ＬＥ１２との夫々の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　また、信号路ＬＥ１２により伝送される第２電気信号に含まれる周波数は例えば、グラフＦＥ２３に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１２に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　これにより、電波送信部１４は、第２電気信号の暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２と光コンバイン部１３４との間や、レーザ発生部１３３と光コンバイン部１３４との間、光コンバイン部１３４とＯ／Ｅ変換部１３との間との夫々には、図４の例と同様に、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３と電波送信部１４との間には、図４の例と同様に、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　以上が、図５の例の中間周波数・ヘテロダイン方式を採用した場合における、信号送信システム１における各機能ブロックの夫々と、各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例である。
　上述の構成により、ベースバンド（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）で発生された第１電気信号が、中間周波数の電気信号を介して、送信される電波ＲＷの周波数である中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの第２電気信号（ここでは暗号信号）に変換され、電波ＲＷの形態で送信される。
　中間周波数の電気信号に変換することで、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、レーザと光の強度変調器（マッハツェンダ変調器や電界吸収型の変調器）の組み合わせやレーザの直接変調等、比較的簡便な構成とすることができる。即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、ベースバンドで発生された第１電気信号を光信号に変換する場合と比較して、中間周波数の電気信号を光信号に変換する方が、比較的簡便（即ち、比較的安価）な構成により変換することができる。
　図６は、図１の信号送信システムのうち、アナログ・直接変調方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　図６の例の信号送信システム１は、図１の例の信号送信システム１に、更に、局部発振部１４１と、ミキサ部１４２と、信号路ＬＬ３１乃至ＬＬ３３とを備える。
　図６の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成は、図４の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、第１電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ３１に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｙ－００暗号出力部１１１が出力する第１電気信号は、信号路ＬＬ３１を介してミキサ部１４２に伝送される。
　局部発振部１４１は、後述する中間周波数ｆＲＦに対応する局部発振信号を発振する。即ち、図６の例の局部発振部１４１は、中間周波数として電波ＲＷの周波数であるｆＲＦに対応する局部発振信号を発振する。局部発振部１４１により発振された局部発振信号は、信号路ＬＬ３２を介してミキサ部１４２に伝送される。
　ミキサ部１４２は、第１電気信号と局部発振信号とを、混合して中間周波数である周波数ｆ＝ｆＲＦを中心周波数とした中間周波数の電気信号を出力する。即ち、中間周波数として、送信される電波ＲＷの周波数が採用される。中間周波数の電気信号は、信号路ＬＬ３３を介して、Ｅ／Ｏ変換部１１２に伝送される。
　なお、ミキサ部１４２は、変調方式に応じた構成をとることができるが、図５の例のミキサ部１３２の構成の例と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　ミキサ部１４２から出力される中間周波数の電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ３２に示す分布となる。
　グラフＦＥ３２をみると、中間周波数の電気信号は、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの信号である。また、中間周波数の電気信号は、中心周波数ｆ０の前後の周波数に分布を持っている。即ち、中間周波数の電気信号は、光の位相、及び光の振幅の少なくとも一方を変調するための情報をもつ中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの信号である。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２は、中間周波数の電気信号を、変調方式に応じた適切なＥ／Ｏ変換により、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの光信号に変換する。図６のＥ／Ｏ変換部１１２の他の機能や構成は、図４の例のＥ／Ｏ変換部１１２の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ３に示す分布となり、図４の例のグラフＦＯ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２が出力する光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＯ１を介してＯ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、光信号を第２電気信号に変換する。第２電気信号には、中間周波数の電気信号である中間周波数ｆ＝ｆＲＦの暗号信号が発生する。即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２には、中間周波数である中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの信号が入力されていたため、第２電気信号の中心周波数は、ベースバンドで発生された第１電気信号からｆＲＦだけ足された周波数となる。
　電波送信部１４と、信号路ＬＥ１２との夫々の機能や構成は、図４の電波送信部１４と、信号路ＬＥ１２との夫々の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　また、信号路ＬＥ１２により伝送される第２電気信号に含まれる周波数は例えば、グラフＦＥ３３に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１２に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　これにより、電波送信部１４は、第２電気信号の暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３との間には、図４の例と同様に、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３と電波送信部１４との間には、図４の例と同様に、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　以上が、図６の例のアナログ・直接変調方式を採用した場合における、信号送信システム１における各機能ブロックの夫々と、各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例である。
　上述の構成により、ベースバンド（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）で発生された第１電気信号が、中間周波数の電気信号を介して、送信される電波ＲＷの周波数である中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの第２電気信号（ここでは暗号信号）に変換され、電波ＲＷの形態で送信される。
　中間周波数の電気信号に変換することで、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、レーザと光の強度変調器（マッハツェンダ変調器や電界吸収型の変調器）の組み合わせやレーザの直接変調等、比較的簡便な構成とすることができる。即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２は、ベースバンドで発生された第１電気信号を光信号に変換する場合と比較して、中間周波数の電気信号を光信号に変換する方が、比較的簡便（即ち、比較的安価）な構成により変換することができる。
　図７は、図１の信号送信システムのうち、アナログ・中間周波数方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　図７の例の信号送信システム１は、図１の例の信号送信システム１に、更に、局部発振部１５１と、ミキサ部１５２と、局部発振部１５３と、ミキサ部１５４と、信号路ＬＬ４１乃至ＬＬ４６とを備える。
　図７の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成は、図４の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、第１電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ４１に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｙ－００暗号出力部１１１が出力する第１電気信号は、信号路ＬＬ４１を介してミキサ部１５２に伝送される。
　図７の例の局部発振部１５１と、ミキサ部１５２との機能や構成の夫々は、図５の例の局部発振部１３１と、ミキサ部１３２との機能や構成の夫々と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、第１電気信号及び中間周波数の電気信号に含まれる周波数の夫々は、例えば、グラフＦＥ４１及びグラフＦＥ４２の夫々に示す分布となり、図５の例のグラフＦＥ２１及びグラフＦＥ２２の夫々に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。中間周波数の電気信号は、信号路ＬＬ４３を介して、Ｅ／Ｏ変換部１１２に伝送される。
　なお、図７の例において、局部発振部１５１が発振する局部発振信号は、後述の第２局部発振信号と明確に区別すべく、以下、「第１局部発振信号」と呼ぶ。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２は、中間周波数の電気信号を、変調方式に応じた適切なＥ／Ｏ変換により、中心周波数ｆ０＝ｆｓｉｇの光信号に変換する。図５のＥ／Ｏ変換部１１２の他の機能や構成は、図４の例のＥ／Ｏ変換部１１２の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ４に示す分布となり、図４の例のグラフＦＯ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２が出力する光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＯ１を介してＯ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、光信号を第２電気信号に変換する。第２電気信号には、中間周波数の電気信号である中間周波数ｆ＝ｆＩＦの暗号信号が発生する。即ち、Ｅ／Ｏ変換部１１２には、中間周波数の電気信号である位相変調された中心周波数ｆ０＝ｆＩＦの信号が入力されていたため、第２電気信号の中心周波数は、ベースバンドで発生された第１電気信号からｆＩＦだけ足された周波数となる。
　Ｏ／Ｅ変換部１３が出力する第２電気信号は、信号路ＬＬ４４を介してミキサ部１５４に伝送される。
　局部発振部１５３は、中間周波数ｆＲＦ－ｆＩＦに対応する局部発振信号（上述の第１局部発振信号と明確に区別すべく、以下、「第２局部発振信号」と呼ぶ。）を発振する。即ち、図７の例の局部発振部１５３は、中間周波数として電波ＲＷの周波数であるｆＲＦと第１局部発進周波数の中心周波数ｆ０＝ｆＩＦとの差に対応する第２局部発振信号を発振する。局部発振部１５３により発振された第２局部発振信号は、信号路ＬＬ４５を介してミキサ部１５４に伝送される。
　ミキサ部１５４は、第２電気信号と第２局部発振信号とを、混合して中間周波数として電波ＲＷの周波数であるｆＲＦの電気信号を出力する。即ち、ミキサ部１５４により混合された電気信号の中心周波数は、ベースバンドで発生された第１電気信号からｆＩＦだけ足された周波数と、中間周波数ｆＲＦ－ｆＩＦに対応する第２局部発振信号とが足された、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦとなる。
　即ち、ミキサ部１５４により混合された電気信号として、送信される電波ＲＷの周波数が出力される。混合された電気信号は、信号路ＬＬ４６を介して、電波送信部１４に伝送される。
　なお、ミキサ部１５４は、変調方式に応じた構成をとることができるが、図５の例のミキサ部１３２の構成の例と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　ミキサ部１５４から出力される混合された電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ４３に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１２に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　電波送信部１４の機能や構成は、図４の電波送信部１４の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　これにより、電波送信部１４は、混合された電気信号の暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２と光コンバイン部１３４との間や、レーザ発生部１３３と光コンバイン部１３４との間、光コンバイン部１３４とＯ／Ｅ変換部１３との間との夫々には、図４の例と同様に、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３と電波送信部１４との間には、図４の例と同様に、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３との間には、図４の例と同様に、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３とミキサ部１５４との間や、ミキサ部１５４と電波送信部１４との間の夫々には、図４の例と同様に、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　以上が、図７の例のアナログ・中間周波数方式を採用した場合における、信号送信システム１における各機能ブロックの夫々と、各機能ブロックの夫々の間で入力や出力される信号の夫々の、具体的な周波数の例である。
　上述の構成により、ベースバンド（中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の信号）で発生された第１電気信号が、中間周波数の電気信号を介して、送信される電波ＲＷの周波数である中心周波数ｆ０＝ｆＲＦの混合された電気信号（ここでは暗号信号）に変換され、電波ＲＷの形態で送信される。
　図８は、図１の信号送信システムのうち、アナログ・ベースバンド方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロック図である。
　図８の例の信号送信システム１は、図１の例の信号送信システム１に、更に、局部発振部１６１と、ミキサ部１６２と、信号路ＬＬ５１乃至ＬＬ５３とを備える。
　図８の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成は、図４の例のＹ－００暗号出力部１１１の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、第１電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ５１に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｙ－００暗号出力部１１１が出力する第１電気信号は、信号路ＬＥ１１を介してＥ／Ｏ変換部１１２に伝送される。
　図８の例のＥ／Ｏ変換部１１２の機能や構成は、図４の例のＥ／Ｏ変換部１１２の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。即ち、光信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＯ５に示す分布となり、図４の例のグラフＦＯ１１に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　Ｅ／Ｏ変換部１１２が変換した光信号は、光ファイバ等により構成された信号路ＬＯ１を介して、Ｏ／Ｅ変換部１３に伝送される。
　Ｏ／Ｅ変換部１３は、光信号を、第２電気信号に変換する。第２電気信号には、第１電気信号と同様の中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］の暗号信号が発生する。
　Ｏ／Ｅ変換部１３で変換された第２電気信号は、信号路ＬＬ５１を介して、ミキサ部１６２に伝送される。
　局部発振部１６１は、中間周波数ｆＲＦに対応する局部発振信号を発振する。即ち、図８の例の局部発振部１６１は、中間周波数として電波ＲＷの周波数であるｆＲＦに対応する局部発振信号を発振する。局部発振部１６１により発振された局部発振信号は、信号路ＬＬ５２を介してミキサ部１６２に伝送される。
　ミキサ部１６２は、第２電気信号と局部発振信号とを、混合して中間周波数として電波ＲＷの周波数であるｆＲＦの電気信号を出力する。即ち、ミキサ部１６２により混合された電気信号の中心周波数は、ベースバンドで発生された第１電気信号と同様の中心周波数ｆ０＝０［Ｈｚ］と、中間周波数ｆＲＦに対応する局部発振信号とが足された、中心周波数ｆ０＝ｆＲＦとなる。
　即ち、ミキサ部１６２により混合された電気信号として、送信される電波ＲＷの周波数が出力される。混合された電気信号は、信号路ＬＬ５３を介して、電波送信部１４に伝送される。
　なお、ミキサ部１６２は、変調方式に応じた構成をとることができるが、図５の例のミキサ部１３２の構成の例と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　ミキサ部１６２から出力される混合された電気信号に含まれる周波数は、例えば、グラフＦＥ５２に示す分布となり、図４の例のグラフＦＥ１２に示す分布と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　電波送信部１４の機能や構成は、図４の電波送信部１４の機能や構成と基本的に同様であるので、ここではそれらの説明は省略する。
　これにより、電波送信部１４は、混合された電気信号の暗号信号を電波ＲＷの形態で送信する。
　なお、Ｅ／Ｏ変換部１１２とＯ／Ｅ変換部１３との間には、図４の例と同様に、光ファイバ等の光の伝送媒体や、光フィルタ、光増幅器等の光領域で信号を操作するコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　さらに、Ｏ／Ｅ変換部１３とミキサ部１５４との間や、ミキサ部１５４と電波送信部１４との間の夫々には、図４の例と同様に、ＲＦ伝送ケーブル等の伝送媒体に加えて、ｆＲＦの周波数帯のフィルタや増幅器等のコンポーネントが必要に応じて挿入されてよい。
　以上、本発明が適用される信号送信システム１の各種各様な実施形態を説明してきた。しかしながら、本発明が適用される信号送信システム１は、雑音マスキング量Γが大きい電気信号を電波ＲＷの形態で出力することが達成できるものであれば足り、その構成は上述の各種実施形態に限定されず、例えば次のようなものであってよい。
　例えば上述の実施形態では、説明の便宜上、信号送信システム１は、送信対象の信号を暗号化して、電波ＲＷの形態で送信し、信号受信システム２は、この電波ＲＷを受信して復号することで、上述の形態の信号を受信するとしたが、特にこれに限定されない。
　例えば、信号処理システムは、電波ＲＷの送信に係る構成と電波ＲＷの受信に係る構成の両方を備えて、電波ＲＷの形態の暗号信号の送受信が可能であってよい。
　また例えば、上述の実施形態では、信号送受信システムは、信号送信システム１と、信号受信システム２とから構成されたが、特にこれに限定されない。
　例えば、電波ＲＷの形態の暗号信号の送受信が可能な信号処理システムを複数含む構成としてよい。これにより、信号処理システムは、ネットワークを形成することができる。
　また例えば、上述の実施形態では、光信号発生部１１のＹ－００暗号出力部１１１は、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づいて、送信対象である所定データを多値の情報とするとしたが、特にこれに限定されない。
　即ち、上述の実施形態では、送信対象である所定データと秘密鍵から、Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき、多値情報を生成するとしたが、とくにこれに限定されない。具体的には例えば、光信号発生部１１は、送信対象である所定データと所定の共通鍵から、多値情報を生成してもよい。また、例えば、送信対象である所定データと所定の規則から、多値情報を生成してもよい。即ち、光信号発生部１１は、任意のプロトコルに基づき多値情報を生成できれば足りる。
　また例えば、本実施形態の説明において、雑音マスキング量Γは、「ショット雑音の分布をガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に入るシンボル点の数」であるとしたが、特にこれに限定されない。
　即ち、雑音マスキング量Γは、任意の雑音の範囲に入るシンボル点の数であれば足りる。具体的には例えば、雑音マスキング量Γにおける雑音は、熱雑音等の古典雑音を含むあらゆる雑音を含んでよい。
　また、雑音マスキング量Γにおける範囲は、雑音の分布はガウス分布として近似したときの標準偏差の範囲に限定されない。具体的には例えば、雑音を実際に計測した分布を取得し、取得された分布の分散を、範囲としてよい。
　即ち、雑音マスキング量Γは、位相変調方式を採用した場合の式である上述の式（１）に限定されない。
　上記をまとめると、隣接する２つのシンボル点の距離が、熱雑音等の古典雑音を含むあらゆる雑音の範囲よりも十分小さければ足りる。即ち、光信号発生部１１が発生する光信号は、熱雑音等の古典雑音も含めたすべての「雑音」による雑音マスキング量が１以上とれば足りる。
　また例えば、上述の実施形態では、図４乃至８を用いて、信号送信システム１のうち、種々の方式を採用した例における詳細な構成例を示すブロックを図示したが、特にこれに限定されない。
　例えば、中間周波数として複数段階の中間周波数を備えて信号処理をしてもよい。また例えば、レーザ光を光コンバイン部により合波することとビート成分を取得することを複数回繰り返してもよい。即ち、信号送信システム１は、ミキサ部や光コンバイン部は任意の数含むように構成することができる。
　換言すれば、電波ＲＷの周波数ではなく、光信号の周波数に基づいたショット雑音が発生し、雑音マスキング量Γが大きい電気信号を電波ＲＷの形態で送信できれば足りる。即ち、各機能ブロックや各信号路における信号の周波数は、任意である。
　また例えば、上述の実施形態では、図１、及び図３乃至図８の光信号を伝送する信号路（例えば、図１の信号路ＬＯ１Ａ）は、光通信ケーブルによる光信号路で構成されるとしたが、特にこれに限定されない。即ち、光信号を伝送する信号路は、光信号を伝搬（伝送）する経路であれば足りる。例えば、信号路として、大気中や真空中に光信号を伝搬させる、空間伝搬を採用することができる。
　また例えば、上述の実施形態では、光信号を、図１の光信号増幅部１２や、図４の光コンバイン部１２２を用いて変換するとしたが、特にこれに限定されない。即ち、光信号の変換の種類は、各種各様の変換の種類を採用できる。例えば、光信号の増幅や、光信号の分岐、光信号のスイッチ（経路の切替）、光信号の伝送路の延長、光信号のコンバインであってよい。
　以上まとめると、本発明が適用される信号処理装置は、次のようなものであれば足り、各種各様な実施形態をとることができる。
　即ち、本発明が適用される信号処理システム（例えば、図１の信号送信システム１）は、
　所定データ（例えば、送信対象の所定データ）に基づく多値の状態をとる多値情報（Ｙ－００光通信量子暗号のプロトコルに基づき生成した多値の情報）を、光信号として発生させる光発生手段（例えば、図１の光信号発生部１１）と、
　前記光信号を、電気信号（例えば、第２電気信号）に変換する光電気変換手段（例えば、図１のＯ／Ｅ変換部１３）と、
　前記電気信号に変換された前記多値情報を、電波（例えば、図１の電波ＲＷ）として送信する電波送信手段（例えば、図１の電波送信部１４）と、
　を備える信号処理システムであれば足りる。
　このような信号処理システムを採用することで、所定データに基づく多値情報は、光信号の形態に変換される。光信号を電気信号の形態に変換した場合、雑音により、第三者には、電気信号からデータを正しく構築できない。信号処理システムは、第三者にはデータを正しく構築できない電気信号に基づき、電波として送信する。これにより、このような信号処理システムが送信する電波は、第三者にはデータを正しく構築できない。即ち、電波の形態の所定データが、暗号化される。
　また、このような信号処理システムにおいて、光信号を傍受して電気信号に変換した第三者であっても、電気信号からデータを正しく構築できない。即ち、光信号の形態の所定データが、暗号化される。
　前記光発生手段は、
　　前記多値情報の第１電気信号を発生する多値情報発生手段（例えば、図１のＹ－００暗号出力部１１１）と、
　　前記多値情報の前記第１電気信号を、光信号に変換する電気光変換手段（例えば、図１のＥ／Ｏ変換部１１２）と、
　を有し、
　前記光電気変換手段は、前記光信号を、前記第１電気信号とは異なる第２電気信号に変換する、
　ことができる。
　このような信号処理システムを採用することで、所定データに基づく多値情報を、電気信号の形態で発生することができる。更に、所定データに基づく多値情報は、電気信号の形態から、光信号の形態に変換される。
　更に、前記光信号を、変換（例えば、増幅、分岐、スイッチ、延長、コンバイン）する光変換手段（例えば、図１の光信号増幅部１２や図４の光コンバイン部１２２）、
　をさらに備え、
　前記光電気変換手段は、前記光変換手段により変換された前記光信号を、変換する、
　ことができる。
　光信号は、各種の変換（増幅やコンバイン）により、ノイズが増加する。ノイズが増加した光信号を電気信号に変換した場合、電気信号からデータを正しく構築する難度が増加し、物理層での盗聴の対策の効果が向上する。
　更に、前記光変換手段は、前記光信号を、前記光信号と比較して周波数の異なる成分を含む光信号に変換し、
　前記光電気変換手段は、前記光変換手段により変換された前記光信号を、前記光信号と比較して周波数の高い成分を含まない電気信号に変換する、
　ことができる。
　このような信号処理システムを採用することで、光信号を異なる成分を含む光信号に変換し、周波数の異なる成分を含む光信号を第２電気信号に変換する。これにより、例えば、ビート成分である周波数の成分を含む電気信号が、発生する。ビート成分は、基本的に元の周波数の成分と比較して、低い周波数の成分である。また、一般的に、このような信号処理システムは、光信号の周波数が高いほど、物理層での盗聴の対策の効果が向上する即ち、このような信号処理システムは、高い周波数の光信号により物理層での盗聴の対策の効果が向上して、光信号の周波数と比較して低い周波数の電波として送信することができる。
　更に、前記第２電気信号を、前記第２電気信号と異なる周波数の電気信号に変換する、第２電気信号変換手段（例えば、図７の局部発振部１５３やミキサ部１５４）、
　をさらに備え、
　前記電波送信手段は、前記第２電気信号変換手段により変換された前記第２電気信号を、電波として送信する、
　ことができる。
　このような信号処理システムは、光信号を変換した第２電気信号の周波数を、電波として送信する周波数に変換することができる。即ち、信号処理システムは、光信号の周波数において雑音を発生することで、光信号により物理層での盗聴の対策の効果が向上して、電波として送信することができる。
　１・・・信号送信システム、１１・・・光信号発生部、１１１・・・Ｙ－００暗号出力部、１１２・・・Ｅ／Ｏ変換部、１２・・・光信号増幅部、１３・・・Ｏ／Ｅ変換部、１４・・・電波送信部、２・・・信号受信システム、２１・・・電波受信部、２２・・・Ｅ／Ｏ変換部、２３・・・光信号増幅部、２４・・・Ｏ／Ｅ変換部、２５・・・Ｙ－００暗号入力部、ＲＷ・・・電波、１２１・・・レーザ発生部、１２２・・・光コンバイン部、１３１・・・局部発振部、１３２・・・ミキサ部、１３３・・・レーザ発生部、１３４・・・光コンバイン部、１４１・・・局部発振部、１４２・・・ミキサ部、１５１・・・局部発振部、１５２・・・ミキサ部、１５３・・・局部発振部、１５４・・・ミキサ部、１６１・・・局部発振部、１６２・・・ミキサ部

Claims (6)

  1. 　所定データに基づく多値の状態をとる多値情報を、光信号として発生させる光発生手段と、
    　前記光信号を、電気信号に変換する光電気変換手段と、
    　前記電気信号に変換された前記多値情報を、電波として送信する電波送信手段と、
    　を備える信号処理システム。
  2. 　前記光発生手段は、
    　　前記多値情報の第１電気信号を発生する多値情報発生手段と、
    　　前記多値情報の前記第１電気信号を、光信号に変換する電気光変換手段と、
    　を有し、
    　前記光電気変換手段は、前記光信号を、前記第１電気信号とは異なる第２電気信号に変換する、
    　請求項１に記載の信号処理システム。
  3. 　前記第１電気信号を、前記第１電気信号と比較して周波数の高い成分を含む電気信号に変換する第１電気信号変換手段、
    　をさらに備え、
    　前記電気光変換手段は、前記第１電気信号変換手段により変換された前記第１電気信号を、光信号に変換する、
    　請求項２に記載の信号処理システム。
  4. 　前記光信号を、変換する光変換手段、
    　をさらに備え、
    　前記光電気変換手段は、前記光変換手段により変換された前記光信号を、変換する、
    　請求項２又は３に記載の信号処理システム。
  5. 　前記光変換手段は、前記光信号を、前記光信号と比較して周波数の異なる成分を含む光信号に変換し、
    　前記光電気変換手段は、前記光変換手段により変換された前記光信号を、前記光信号と比較して周波数の高い成分を含まない電気信号に変換する、
    　請求項４に記載の信号処理システム。
  6. 　前記第２電気信号を、前記第２電気信号と異なる周波数の電気信号に変換する、第２電気信号変換手段、
    　をさらに備え、
    　前記電波送信手段は、前記第２電気信号変換手段により変換された前記第２電気信号を、電波として送信する、
    　請求項２乃至５のうち何れか１項に記載の信号処理システム。
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