JP5254820B2 - 通信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムや通信方法に関し、特に、効果的に傍受を防止する技術に関する。

例えば、無線を使用した耐傍受対策としては、音声通信と情報通信とで若干異なる。しかしながら、音声通信をディジタル化した場合には、その方法は一般的に同じになる。すなわち、音声の場合には、音声をディジタル化して、そのディジタルデータに暗号を掛けて、通信方式によって決まる変調方式により変調し、受信では、その変調方式に対応した復調方式を用いて復調し、暗号同期をもとに、決められたアルゴリズムに従って暗号を解くことができる。なお、この場合、通信速度も決められているため、シンボルレートは送受信で同じである。
このような処理においては、傍受が可能であるか否かは、暗号器の暗号強度に依存する。

また、耐傍受対策の他の方式としては、例えば、スペクトラム拡散方式がある。すなわち、一次変調（データの変調）及び二次変調（拡散変調）を行うことにより、耐妨害、耐傍受を行うことができる。

特開２００２−２３２３９３号公報

しかしながら、耐傍受対策に関しては、未だに不十分なところもあり、更なる開発が要求されていた。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、効果的に傍受を防止することができる通信システムや通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信装置において、次のような構成とした。
すなわち、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信装置において、ランダムな符号系列を発生する第１の符号系列発生手段と、前記第１の符号系列発生手段により発生させられた符号系列に基づいて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更する順序変更手段と、を備える。
また、本発明では、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信システムにおいて、次のような構成とした。
すなわち、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信システムにおいて、送信側は、ランダムな符号系列を発生する送信側符号系列発生手段と、前記送信側符号系列発生手段により発生させられた符号系列に基づいて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更する送信側順序変更手段と、を備え、受信側は、前記送信側符号系列発生手段と同一の受信側符合系列発生手段と、前記サブキャリアに割り付けされたデータを前記受信側符号系列発生手段により発生させられた符号系列に基づいて元の配列に戻す受信側順序変更手段と、を備える。

ここで、複数のサブキャリアの数としては、種々な数が用いられてもよい。
また、ランダムな符号系列としては、種々なものが用いられてもよい。
また、１シンボル長を整数倍した値について、整数倍としては種々な倍率が用いられてもよい。
また、サブキャリアへのデータの割り付け順序の変更時間としては、例えば、シンボル長を単位として算出等される。
また、複数のサブキャリアにデータを割り付ける順序（割り付け順序）やその変更の方法としては、種々なものが用いられてもよい。

また、サブキャリアへのデータの割り付け順序の変更時間を算出するときに用いられるランダムな符号系列と、サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更するときに用いられるランダムな符号系列としては、一例として、共通のものが用いられるが、他の例として、異なるものが用いられてもよい。

また、本発明では、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信方法において、次のような構成とした。
すなわち、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信方法において、送信側において、ランダムな符号系列を発生し、当該符号系列に基づいて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更し、受信側において、前記送信側と同一のランダムな符号系列を発生し、前記サブキャリアに割り付けされたデータを当該符号系列に基づいて元の配列に戻す。

以上説明したように、本発明によると、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送するに際して、ランダムな符号系列に基づいて、サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更するとともに、その割り付け順序を変更する時間（変更時間）を制御するようにしたため、効果的に傍受を防止することができる。

本発明の一実施例に係る送／受信局の構成例を示す図である。 時間軸の発生方法を説明するための図である。 周波数軸に対するディジタルデータの割り付け方法と復調後の情報の系列の一例を説明するための図である。 時間軸発生と周波数軸を組み合わせたディジタルデータの配列の一例を示す図である。 本方式のディジタルデータの配列と元のディジタルデータの配列との比較の一例を示す図である。 一般的な通信系の一例を示す図である。 ディジタル通信の送信系（送信機）の構成例を示す図である。 ディジタル通信の受信系（受信機）の構成例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
まず、図６〜図８を参照して、背景技術について説明する。
図６には、一般的な通信系の一例を示してある。
本例の通信系では、２個の送／受信局２１、２２と、２個の傍受局３１、３２を示してある。２個の送／受信局２１、２２が本来の送信及び受信の相手（通信相手）であり、その通信の内容を傍受局３１、３２によって取得されたくない。ここで、各送／受信局２１、２２は、送信機能や受信機能を有している。

しかしながら、電波の周波数を探知することは可能であり、その周波数に合わせて、その通信内容を取得する局（傍受局３１、３２）が発生し得る。このような局は、本来の通信相手ではないため、傍受者の局であると表現する。
通常、周波数や変調方式は、分析することにより、復調方式を合わせて受信することが可能である。このため、傍受を不可能にするためには、ディジタルデータで暗号を掛けるしかなく、傍受可能であるか否かは暗号強度に依存する。

図７には、ディジタル通信の送信系（送信機）の構成例（送信系統の例）を示してある。
本例の送信系は、符号器４１、変調部（本例では、ディジタル変調器からなる）４２、送信部４３を備えている。
送りたいディジタル情報ｃ１が符号器４１に入力される。符号器４１は、入力されたディジタル情報ｃ１について、誤り訂正符号化、インターリーブ、フレーム同期用符号の付加、その他通信系の制御に必要な制御符号の付加、等を行い、これらが行われたディジタル信号ｃ２を変調部４２へ出力する。

変調部４２は、変調を行うことにより、入力されたディジタル信号ｃ２をアナログ信号へ変換して、変調信号ｃ３を送信部４３へ出力する。ここで、ディジタル通信系では、変調部４２は、ディジタル変調器を用いて構成される。このような変調器の変調方式としては、ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＡＭ（Ｑａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などがある。
送信部４３は、入力された変調信号ｃ３を送信周波数の信号へ変換するとともに、所要の電力まで増幅し、その後、アンテナ（図示せず）から電波として放射する。

図８には、ディジタル通信の受信系（受信機）の構成例（受信系統の例）を示してある。
本例の受信系は、受信部５１、復調部（本例では、ディジタル復調器からなる）５２、復号器５３を備えている。
受信部５１には、受信した電波（受信信号）が入力される。受信部５１は、受信信号を所要のレベルにまで増幅して、増幅信号ｄ１を復調部５２へ出力する。

復調部５２は、復調を行うことにより、入力された増幅信号ｄ１をディジタル信号へ変換して、当該ディジタル信号ｄ２を復号器５３へ出力する。ここで、ディジタル通信系では、復調部５２は、ディジタル復調器を用いて構成される。
復号器５３は、入力されたディジタル信号ｄ２について、制御に必要な制御符号を検出し、通信系の制御に必要な制御を行い、その後、同期符号の検出、デインターリーブ、誤り訂正等の処理を行った後に、最終の受信処理を行って、ディジタル情報ｄ３として出力する。

次に、本例に特徴的な構成について説明する。
図１には、本発明の一実施例に係るディジタル通信システムにおける送／受信局の構成例（通信系統の例）として、送信系（送信機）の構成例と、受信系（受信機）の構成例を示してある。
本例の送信系は、符号器１、変調部（本例では、ディジタル変調器からなる）２、送信部３、ランダム符号発生部Ｆ４、ランダム符号発生部Ｔ５を備えている。
本例の受信系は、受信部１１、復調部（本例では、ディジタル復調器からなる）１２、復号器１３、ランダム符号発生部Ｆ１４、ランダム符号発生部Ｔ１５を備えている。

ここで、本例では、変調部２の変調器や復調部１２の復調器として、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）−２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等のディジタル変調器やディジタル復調器を使用する。
なお、本例では、ＯＦＤＭ−２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等のディジタル変調やディジタル復調とは、ＯＦＤＭ変調方式における複数のキャリア（サブキャリア）のそれぞれにおいて、２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調方式が使用されることである。また、送信系、受信系に必要なランダム符号発生部Ｆ、ランダム符号発生部Ｔは本発明に使用されるもので、ＯＦＤＭの周波数軸割り当て、時間軸変更に使用される符号で送信用のＦと、受信用のＦは同じ構成のもので、送信用のＴと受信用のＴは同じ構成である。

本例の送信系で行われる動作の一例を示す。
送りたいディジタル情報ａ１が符号器１に入力される。符号器１は、入力されたディジタル情報ａ１について、誤り訂正符号化、インターリーブ、フレーム同期用符号の付加、その他通信系の制御に必要な制御符号の付加、などを行い、これらが行われたディジタル信号ａ２を変調部２へ出力する。

変調部２は、ＯＦＤＭとＰＳＫ、ＦＳＫ、ＱＡＭなどのディジタル変調器で構成される。通常、ディジタル信号ａ２（信号列）の各サブキャリア（ＯＦＤＭ）の割り当て順序は一定であるが、本発明の場合はランダム符号発生部Ｆ４からの信号により決定する。また、そのランダム符号系列を時間軸（シンボルの適当な倍数）上でも変更するためにランダム符号発生部Ｔ５を使用し、時間軸、周波数軸の両方でディジタル情報の入れ替えを行う。変調部２は、入力信号ａ２を変調して、その変調信号ａ３を送信部３へ出力する。
送信部３は、入力された変調信号ａ３を送信周波数の信号へ変換するとともに、所要の電力まで増幅し、その後、アンテナ（図示せず）から電波として放射する。

本例の受信系で行われる動作の一例を示す。
受信部１１には、受信した電波（受信信号）が入力される。受信部１１は、受信信号を所要のレベルまで増幅して、増幅信号ｂ１を復調部１２へ出力する。
復調部１２は、受信信号をサブキャリア毎に復調した後、ランダム符号発生部Ｆ１４の順序とランダム符号発生部Ｔ１５で指定された順序で入れ替え、これにより得られたディジタル信号ｂ２を復号器１３へ出力する。その後、復号器１３は、誤り訂正符号化、デインターリーブ、フレーム同期検出、その他通信系の制御に必要な制御符号の検出、除去を行った後、受信データｂ３を出力する。
この際、送信用ランダム符号発生部Ｆ４と受信用ランダム符号発生部Ｆ１４、及び送信用ランダム符号発生部Ｔ５と受信用ランダム符号発生部Ｔ１５は、通信に先立ち、別の信号の授受により同期を取ることとする。

なお、復号器１３は、入力されたディジタル信号ｂ２について、制御に必要な制御符号を検出し、通信系の制御に必要な制御を行い、その後、同期符号の検出、デインターリーブ、誤り訂正等の処理を行った後に、最終の受信処理を行って、ディジタル情報ｂ３として出力する。

図２〜図５を参照して、本例の送／受信局において、傍受を防止する方法について説明する。
本例では、時間軸の発生、周波数軸の発生に、系列長６ビットのＯＣＣ（Ｏｎｅ Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｃｏｄｅ）を使用した場合を示す。

ここで、本例では、時間軸と周波数軸の両方について、共通のＯＣＣで発生した符号を用いるが、同じ符号を同時に時間軸と周波数軸の両方に適用するのではなく、全体としては同じ符号系列であるが各符号を時間軸と周波数軸にそれぞれ別々に適用する。
具体的には、周波数軸については、ｎ（ｎは複数である数値）個のキャリアのそれぞれにどのような情報を割り当てるかをＯＣＣの符号に基づいて決定し、本例では、６個のキャリアのそれぞれに対して、６ビットのＯＣＣに対応するように、割り当てる情報（例えば、対象となるデータ系列の各データ値を割り当てる順序）を切り替える。また、時間軸については、前記した周波数軸に対する同一の情報割り当て状態を継続させる時間（本例では、シンボル単位の時間とする）をＯＣＣの符号に基づいて決定し、ＯＣＣの各値毎にその値に対応した時間（本例では、その値から定められるシンボルの数）を決定する。
本例では、このような周波数軸及び時間軸に関する情報割り当ての操作を送信側で行い、受信側では送信側の当該操作に合わせて受信した信号から元の情報（送信側で当該操作が行われる前の情報）を取得する。本例では、受信側は、送信側と同じＯＣＣの機能を備えており、例えば、送信側と同期して発生させられるＯＣＣの符号を用いて、送信側とは逆の操作を行って元の情報を取得することができる。

図２（Ａ）〜図２（Ｄ）を参照して、時間軸の発生方法について説明する。
本例では、時間軸の長さを決めるコードとして、特殊なランダム符号系列であるＯＣＣを使用する。
図２（Ａ）には、発生コードの一例を示してある。本例では、符号語の長さとして、６ビットを使用している。
図２（Ｂ）には、時間軸の倍数Ｍを示してある。本例では、Ｍは、１以上の整数である。
図２（Ｃ）には、基本単位長Ｂを示してある。本例では、基本単位長Ｂはシンボル長の倍数（Ｎ倍）であるとし、すなわち、Ｂ＝（１シンボル長×Ｎ）とする。Ｎは１以上の整数であり、本例では、Ｎ＝２とする。
図２（Ｄ）には、前記した図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を使用した場合における最終の時間軸の長さ（シンボル単位、つまり、１シンボルの何倍になるか）を示してある。

具体的には、図２（Ａ）の例では、最初の系列を（１、２、３、４、５、６）とした場合に、次の系列は（５、３、１、６、４、２）になる。
また、図２（Ｄ）の例では、最終の時間軸の長さは、先頭から、２シンボル、４シンボル、６シンボル、・・・となる。つまり、Ｍ＝（１、２、３、４、５、６）、（５、３、１、６、４、２）、・・・とした場合に得られる（Ｍ×Ｂ）＝（Ｍ×Ｎ）［シンボル長］となる。

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照して、周波数軸（サブチャネル）に対するディジタルデータの割付方法（割付状態）と復調後の情報の系列の一例について説明する。
図３（Ａ）の例では、縦軸が周波数チャネルを表す。
通常、ディジタルデータは点線（１）で示すように割り付ける。すなわち、一列に示すように割り付ける（これの繰り返し）が、本発明の場合は２列、３列、・・・に示すように、送信用ランダム符号発生部Ｆ４の系列に従って配列する。この様子を（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す。（Ｂ）は（Ａ）の点線の順序を横に並べたもので、飛び先チャネルを示す。その結果、空間では（Ｃ）の状態になる。（Ｃ）の記号でａ１、ａ２、・・・の数字は元のサブチャネル状態を示す。（Ｄ）は受信のランダム符号発生部Ｆ１４の系列に従って、元の配列に戻す。この様子を（Ｄ）に示す。このように、受信（Ｄ）では元のサブチャネルの状態、すなわち１、２、３、・・・のように、元に戻る。

また、一実施例として、使用サブチャネルの使用／不使用は受信側から指定する、具体的には、受信側でサブチャネルの品質を等化誤差に基づいて判断し、使用しないサブチャネル番号の情報を送信側へ送る。送信側は、使用しないサブチャネルでダミー信号を送り、受信側ではそのサブチャネルを除去する。これらのことで、妨害の掛かったサブチャネルは使用しないようにする。

図４には、時間軸発生と周波数軸を組み合わせたディジタルデータの配列の一例を示してある。
横方向は時間方向を表しており、図中の（１）は時間軸の長さ（シンボル単位の長さ）を表し、（２）は周波数軸を表す。それぞれの時間軸の長さは、周波数方向の配列は同じ取り方になる。具体的には、最初は２シンボル分の長さの間は周波数方向の情報割り当ての配列は同一の状態が継続し、次に４シンボル分の長さの間、その次に６シンボル分の長さの間、・・・といったように、それぞれの継続時間において、周波数方向の情報割り当ての配列は同一の状態が継続する。
図５には、本方式のディジタルデータの配列と元のディジタルデータの配列との比較の一例を示してある。

本例の方式では、仮に、周波数がわかっても、時間で変調／復調方式を変更し、電波を受信しても本来のディジタルデータに復調することができないため、暗号器の強度によらないで、傍受を不可能とすることができる。なお、通常は、ディジタルデータにも暗号を掛けた場合には、より強度な耐防受を有する通信系を構築することが可能である。

本例では、具体的には、ＯＦＤＭ−２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調方式を使用した通信システムにおいて、各サブキャリアの使用／不使用、及びサブキャリアを変調する場合のディジタルデータの周波数軸上での配列順序を特殊なランダム符号系列（本例では、ＯＣＣコード）に基づいて変更する。この配列順序の切り替えをシンボルレートの整数倍で行い、その整数倍の値についてもまた、前記した特殊なランダム符号系列を使用して決定する。受信側では、その時間軸上の切り替えと、周波数軸上の組み合わせの変更を行う特殊なランダム符号系列の同期を取ることにより、正しいディジタルデータを復号する。

以上のように、本例では、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信システム（或いは、通信方法）において、ランダムな符号系列を発生する機能（或いは、処理ステップ）と、前記ランダムな符号系列に１シンボル長を整数倍した値を乗算してサブキャリアの切り替え時間を算出する機能（或いは、処理ステップ）と、前記ランダムな符号系列に基づいて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更する機能（或いは、処理ステップ）と、を備えた。

具体的には、ＯＦＤＭ（例えば、２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の変調方式を用いたもの）の変調で時間軸上（シンボルの倍数）と周波数軸上を決められた規則に従って切り替えて送信する。
受信では、上記した規則に基づいて、時間軸、周波数軸を切り替えることにより受信する。
時間軸上の切り替えは、シンボルレートの倍数で行い、その倍数は適当な長さとする。その適当な長さを基本とし、基本の長さは規則性のあるランダム符号系列とする。
時間軸上のシンボルの切り替えには、通常のシンボルを利用する。
上記したような全体の切り替えをどのようなパターンで実施するかについては、例えば、本システムを利用する最初の送信者のユニークな同期用信号を検出した時点から対応するパターンで実施する。全ての受信者は、受信信号から抽出したクロックをもとに同期をとる。この場合における時間的なクロックは、受信信号から抽出したクロックを使用する。
なお、必要に応じて、時刻同期にＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの補助手段を用いることも可能である。

このように、本例のＯＦＤＭ変調方式を使用した耐傍受通信方式では、例えば暗号による対傍受対策以外に、従来においては通信方式で決まっていた変調、復調のパラメータを変更することにより、受信を不可能にする耐傍受を実現することができる。

具体的には、例えば、ＯＦＤＭ−２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等とサブキャリアの使用／不使用の制御、使用順序（周波数軸上）を時間（時間軸上）によって切り替えることより、不要な傍受を回避することができる。また、上記の組み合わせに、２相、４相、８相他、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等を組み合わせることにより、傍受回避の確率をより上げる（つまり、より傍受しづらくする）ことも可能である。また、上記した周波数軸、時間軸を重ならないようにパターン化することにより、多元接続に使用することも可能である。

なお、本例の通信システム（本例では、図１に示される送信機の変調部２）では、複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する方式としてＯＦＤＭ変調方式を用いており、ランダムな符号系列（本例では、ＯＣＣの符号系列）を発生する機能により符号系列発生手段が構成されており、発生させられたランダムな符号系列（本例では、その値Ｍ）に１シンボル長を整数倍（本例では、Ｎ倍）した値を乗算してサブキャリアへのデータの割り付け順序の変更時間（本例では、Ｍ×Ｎ［シンボル］）を算出する機能により変更時間算出手段が構成されており、発生させられたランダムな符号系列に基づいてサブキャリアへのデータの割り付け順序（本例では、図２〜図５に示されるような順序）を変更する機能により順序変更手段が構成されている。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

１、４１・・符号器、 ２、４２・・変調部、 ３、４３・・送信部、 ４、１４・・ランダム符号発生部Ｆ、 ５、１５・・ランダム符号発生部Ｔ、 １１、５１・・受信部、 １２、５２・・復調部、 １３、５３・・復号器、 ２１、２２・・送／受信局、 ３１、３２・・傍受局、

Claims (3)

1. 複数のサブキャリアにデータを割り付けて伝送する通信装置において、
   ランダムな符号系列を発生する第１の符号系列発生手段と、
   前記第１の符号系列発生手段により発生させられた符号系列に基づいて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更する順序変更手段と、
   ランダムな符号系列を発生する第２の符号系列発生手段と、
   前記第２の符号系列発生手段により発生させられた符号系列に基づき、前記割り付け順序の継続時間を算出する継続時間算出手段と、を備え、
   前記順序変更手段は、前記継続時間に基づき、前記第１の符号系列発生手段により発生させられる符号系列を切り替えて前記サブキャリアへのデータの割り付け順序を変更することを特徴とする通信装置。
2. 前記継続時間算出手段は、前記第２の符号系列発生手段により発生させられた符号系列に、１シンボル長を整数倍した値を乗算して前記継続時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の符号系列発生手段と、前記第２の符号系列発生手段とは、同一の符号系列発生手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
   

Images