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公開番号2025086080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023199889
出願日2023-11-27
発明の名称変復調方法およびそれを用いる無線通信装置
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類H04L 27/36 20060101AFI20250530BHJP(電気通信技術)
要約【課題】
無線通信で用いられる変調方法にY-00暗号通信方法を適用しても、コンスタレーション上の信号点遷移過程で生じるオーバーシュートを回避できる変復調方法およびそれを用いる無線通信装置を提供する。
【解決手段】
無線通信用情報の位相変調によるY-00暗号通信方法を用いた変調方法であって、前送信データを示す前信号点のコンスタレーションにおける基準位置を判定し、信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避するように、基準位置により定まる一定範囲を禁止領域とし、禁止領域を除く範囲で現ランニング鍵と現送信データに基づき基準位置から現信号点の相対位置を決定し、現信号点からコンスタレーション上のI/Q座標を決定して変調データを生成し、多値位相変調を実行する。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
無線通信用情報の位相変調によるＹ－００暗号通信方法を用いた変調方法であって、
前送信データを示す前信号点のコンスタレーションにおける基準位置を判定し、
信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避するように、前記基準位置により定まる一定範囲を禁止領域とし、該禁止領域を除く範囲で現ランニング鍵と現送信データに基づき前記基準位置から現信号点の相対位置を決定し、
前記現信号点からコンスタレーション上のＩ／Ｑ座標を決定して変調データを生成し、多値位相変調を実行することを特徴とする変調方法。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載の変調方法において、
前記禁止領域を定める角度θの値を可変とし、信号点が遷移する領域を制限することを特徴とする変調方法。
【請求項３】
無線通信用情報の位相変調または直交振幅変調によるＹ－００暗号通信方法を用いた変調方法であって、
現送信データを示す現信号点のコンスタレーションにおける現信号点位置を判定し、前ランニング鍵と前送信データに基づき決定された前信号点位置を参照し、現信号点位置と前信号点位置とのコンスタレーションにおける中間点を算出し、
前信号点位置から現信号点位置に遷移する過程で、前記中間点を経由して多値位相変調または多値直交振幅変調を実行することを特徴とする変調方法。
【請求項４】
請求項３に記載の変調方法において、
１送信サイクル間の前記中間点の数をｎとし、１／ｎサイクル時間毎に前信号点位置と現信号点位置とのコンスタレーションにおけるｎ個の前記中間点を順次遷移することを特徴とする変調方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の変調方法において、
前記中間点を現信号点位置の位相と前信号点位置の位相との位相差により算出し、該中間点がコンスタレーションにおける同一円周上に位置するよう定めることにより、信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避することを特徴とする変調方法。
【請求項６】
請求項３または４に記載の変調方法において、
前記中間点の候補を予めコンスタレーション上の原点付近以外に複数設置し、
前信号点位置から中間点候補までのベクトルと前記中間点候補から現信号点位置までのベクトルの和が最小となる前記中間点候補を前記中間点と定め、
前記中間点を経由して前信号点位置から現信号点位置までを遷移することにより、信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避することを特徴とする変調方法。
【請求項７】
無線通信用情報の位相変調によるＹ－００暗号通信方法を用いた変調方法であって、
現送信データを示す現信号点のコンスタレーションにおける現信号点位置を判定し、前ランニング鍵と前送信データに基づき決定された前信号点位置から、現信号点位置と前信号点位置との信号点間距離を判定し、
前記信号点間距離が所定長を超える場合には、現ランニング鍵を破棄し、前記信号点間距離が前記所定長内に収まるような次以降のランニング鍵を用いて多値位相変調を実行することにより、信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避することを特徴とする変調方法。
【請求項８】
請求項７に記載の変調方法において、
前記信号点間距離が前記所定長を超える場合には、所定の法則を用いて現信号点位置を変換して多値位相変調を実行することを特徴とする変調方法。
【請求項９】
無線通信用情報の位相変調によるＹ－００暗号通信方法を用いた変調処理を行う変調部を有しベースバンド信号を生成するベースバンド処理部と、前記ベースバンド信号に意図的に雑音を重畳するとともに搬送波に重畳し無線通信用の信号を生成するＲＦ部と、前記無線通信用の信号を電波として送信するアンテナを有する無線通信装置であって、
前記変調部は、
前送信データを示す前信号点のコンスタレーションにおける基準位置を判定し、
信号点の遷移経路がコンスタレーション上の原点近傍の通過を回避するように、前記基準位置により定まる一定範囲を禁止領域とし、該禁止領域を除く範囲で現ランニング鍵と現送信データに基づき前記基準位置から現信号点の相対位置を決定し、
前記現信号点からコンスタレーション上のＩ／Ｑ座標を決定して変調データを生成し、多値位相変調を実行することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信装置において、
前記禁止領域を定める角度θの値を可変とし、信号点が遷移する領域を制限することを特徴とする無線通信装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｙｕｅｎ量子暗号を用いた無線通信装置及びその変復調方法に係り、特に無線通信で用いられる変調方法を用いて変調を行う際に、Ｙｕｅｎ量子暗号特有のコンスタレーション上の信号点の遷移過程で生じるオーバーシュートを回避する手法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
Ｙｕｅｎ量子暗号（Ｙ－００）は、主に光通信の分野において適用が検討されてきている。光通信においては、信号光の量子ゆらぎ（量子ショット雑音）が発生し、信号光のレベルが微小に変化する。一般的な光通信では、信号は‘０’‘１’の二値を表し、前述の量子ゆらぎはそれら二値を表現する振幅（若しくは位相）に対し微弱なものであるため、受信者が二値を識別する上で、顕著な悪影響は及ぼさない。
【０００３】
ここでＹｕｅｎ量子暗号では、前述の二値を表現する信号を一つのセット（基底という）とし、この基底を複数のＭ個用意し、何れの基底を使ってデータを送るかは暗号鍵に従う疑似乱数によって不規則に決める。このＭ個の基底によって生じる信号の各レベル間隔（信号間距離）を、前述の量子ゆらぎによって識別が出来なくなるほど小さく設計することで、盗聴者は受信信号からデータを識別・復元することが出来なくなる。一方、正規の受信者は、前述の暗号鍵を送信者と共有しており、同じ疑似乱数アルゴリズムによって同一の基底を用いることが出来るため、基底が表現する二値の識別さえ出来ればよい。二値の判定には、量子ゆらぎは十分微弱なものであるため、正規の受信者は、この雑音の影響を無視することが出来、正確な通信が可能となる。
【０００４】
このように、Ｙｕｅｎ量子暗号は、送信と受信の間で共通の暗号鍵及び疑似乱数アルゴリズムを保有することで通信を可能とする共通鍵暗号の類と考えることが出来、この変調方法による暗号化のプロトコルは、Ｙｕｅｎ－２０００暗号通信プロトコル（Ｙ－００暗号通信方法と略称）と呼ばれる。
【０００５】
このＹ－００暗号通信方法は、電波による無線通信への応用も考慮されている。例えば、無線通信で主流の変調方法である位相変調や直交振幅変調でもＹ－００暗号通信方法は実現可能である。ここで、Ｙ－００暗号通信方法を適用するに当たって、無線通信の場合は、光の量子ゆらぎに相当する雑音は生じ得ないと考えられており、その代替として、送信側で意図的に雑音を重畳する手法が考え得る。具体的な雑音重畳の例としては、特許文献１に記載された方法が挙げられる。
【０００６】
ここで、無線通信における位相変調方法として一般的なＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調)を例に取ると、ＱＰＳＫは４つの信号点で“００”“０１”“１０”“１１”の４値を表現する。一般的なＱＰＳＫでは、信号点の遷移過程で、コンスタレーション上での信号点位置より外側に信号が大きくはみ出すオーバーシュートが発生する。これは、信号点が原点を通過して遷移する際に顕著に生じるものである。オーバーシュートが大きく生じる信号形式の場合、無線通信機の出力を定めるパワーアンプの入力や出力電力を過剰な範囲で動作させることとなり、パワーアンプを低電力側の領域で使用せざるを得なくなる。そのため、一般的に電力効率が低下し、特に低消費電力化が重要視される移動体無線での使用に制約を生じるという弊害がある。そのため、一般的な無線通信における技術として、コンスタレーション上の原点近傍の通過を回避するために、π／４シフトＱＰＳＫやオフセットＱＰＳＫの方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－８０７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｙ－００暗号通信方法を適用した位相変調方法として、例えばＹ－００暗号通信方法を適用したＱＰＳＫ（以降Ｙ－００ＱＰＳＫと称する）の場合、従来のπ／４シフトＱＰＳＫやオフセットＱＰＳＫの手法では、コンスタレーション上の原点近傍の通過を回避できない。すなわち、Ｙ－００ＱＰＳＫの場合、信号点が基底によって－π／４～π／４の範囲で任意の位相角度を持つ。これによってπ／４シフトＱＰＳＫのように位相角を交互にπ／４シフトしても、遷移前後の基底の値によっては、原点近傍を通過する状況が生じ得る。また、オフセットＱＰＳＫのような手法を採っても、同様に基底によって信号点が複数の位相角度を取りうるので、例えばＱ軸上でのＱが正の値の信号点から負の値の信号点への遷移が生じ得るため、原点を経由することを回避できない。
【０００９】
以上のように、Ｙ－００暗号通信方法を適用した位相変調では、基底によって信号点の配置には膨大な数の候補があり、従来の変調方法では原点近傍を通過しないように経路を制限することが出来ないという課題がある。これは、無線通信で用いられる直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）でも、Ｙ－００暗号通信方法を適用した場合、同様の課題がある。
【００１０】
そこで、本発明では、無線通信で用いられる変調方法にＹ－００暗号通信方法を適用しても、コンスタレーション上の信号点遷移過程で生じるオーバーシュートを回避できる変復調方法およびそれを用いる無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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