(57)【要約】【課題】電波伝搬特性が変化する場合でも、秘匿性の高い通信を実行することが可能である無線通信システム、通信方法、送信機及び受信機を提供する。【解決手段】送信機は、送信機及び受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する第１測定部と、無線リソースとパラメータとを電波環境の測定結果に基づいて決定する送信制御部と、パラメータに基づいてビット系列を分散符号化する符号化部と、決定された無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された無線リソースを用いて送信する送信部とを備え、受信機は、電波環境を無線リソースごとに測定する第２測定部と、パラメータを電波環境の測定結果に基づいて推定する受信制御部と、決定された無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された無線リソースを用いて受信する受信部と、受信されたビット系列をパラメータに基づいて復号する復号部とを備える。【選択図】図１
2020014162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機とを備える無線通信システムであって、
前記送信機は、
前記送信機及び前記受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する第１測定部と、
ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定する送信制御部と、
前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化する符号化部と、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信する送信部とを備え、
前記受信機は、
前記電波環境を前記無線リソースごとに測定する第２測定部と、
前記パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定する受信制御部と、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信する受信部と、
受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する復号部とを備える、
無線通信システム。
【請求項２】
前記第１測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、
前記送信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する、
請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
送信機と受信機とを備える無線通信システムが実行する通信方法であって、
前記送信機は、
前記送信機及び前記受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定し、
ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定し、
前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化し、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信し、
前記受信機は、
前記電波環境を前記無線リソースごとに測定し、
前記パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定し、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信し、
受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する、
通信方法。
【請求項４】
前記送信機は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する、
請求項３に記載の通信方法。
【請求項５】
自送信機及び受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する測定部と、
ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定する送信制御部と、
前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化する符号化部と、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信する送信部と
を備える送信機。
【請求項６】
前記測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、
前記送信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する、
請求項５に記載の送信機。
【請求項７】
送信機及び自受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する測定部と、
パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定する受信制御部と、
決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信する受信部と、
受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する復号部と
を備える受信機。
【請求項８】
前記測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、
前記受信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを推定する、
請求項７に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム、通信方法、送信機及び受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｏＴ（Internet of Things）関連の市場は、めざましい発展を遂げている。ＩｏＴにおいて、電波を用いた無線通信によって送信機はネットワークにアクセスする場合がある。電波が届く範囲が通信範囲となるので、送信機の通信範囲を制限することは困難である。第三者の通信端末である傍受機は、送信機の通信範囲において、その送信機から送信された電波を受信可能である。受信された電波の通信内容を傍受機に傍受されないようにするため、送信機は秘密鍵等を用いて通信内容を暗号化する場合がある。無線通信システムの送信機及び受信機は、暗号化に用いられる秘密鍵又は公開鍵（以下「暗号鍵」という。）を、通信内容が暗号化及び復号される前に共有する必要がある。
【０００３】
非特許文献１では、送信機及び受信機は、電波伝搬特性（無線のマルチパス伝搬路の特性）に基づいて、共有される暗号鍵を生成する。これによって、送信機及び受信機は、通信内容が暗号化及び復号される前に暗号鍵を共有することができる（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岩井、笹岡、「電波伝搬特性を活用した秘密情報の伝送・共有技術」、電子情報通信学会論文誌  B、Vol.J90-B、No.9、pp.770-783
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電波伝搬特性は、フェージングや雑音によって変化する。このため、送信機及び受信機は、変化する電波伝搬特性を正しく測定することができない場合がある。電波伝搬特性を正しく測定することができない場合、無線通信システムは、送信機及び受信機に共有される暗号鍵を正しく生成することができないので、秘匿性の高い通信を実行することができない。このように、従来の無線通信システムは、電波伝搬特性が変化する場合には、秘匿性の高い通信を実行することができない場合があった。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、電波伝搬特性が変化する場合でも、秘匿性の高い通信を実行することが可能である無線通信システム、通信方法、送信機及び受信機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、送信機と受信機とを備える無線通信システムであって、前記送信機は、前記送信機及び前記受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する第１測定部と、ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定する送信制御部と、前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化する符号化部と、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信する送信部とを備え、前記受信機は、前記電波環境を前記無線リソースごとに測定する第２測定部と、前記パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定する受信制御部と、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信する受信部と、受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する復号部とを備える、無線通信システムである。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記第１測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、前記送信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する。
【０００９】
本発明の一態様は、送信機と受信機とを備える無線通信システムが実行する通信方法であって、前記送信機は、前記送信機及び前記受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定し、ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定し、前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化し、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信し、前記受信機は、前記電波環境を前記無線リソースごとに測定し、前記パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定し、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信し、受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する、通信方法である。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の通信方法であって、前記送信機は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する。
【００１１】
本発明の一態様は、自送信機及び受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する第１測定部と、ビット系列の送信に使用される前記無線リソースとパラメータとを前記電波環境の測定結果に基づいて決定する送信制御部と、前記パラメータに基づいて前記ビット系列を分散符号化する符号化部と、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化された前記ビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて送信する送信部とを備える送信機。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の送信機であって、前記第１測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、前記送信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを決定する。
【００１３】
本発明の一態様は、送信機及び自受信機の間の電波環境を無線リソースごとに測定する測定部と、パラメータを前記電波環境の測定結果に基づいて推定する受信制御部と、決定された前記無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された前記無線リソースを用いて受信する受信部と、受信された前記ビット系列を前記パラメータに基づいて復号する復号部とを備える受信機である。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の受信機であって、前記測定部は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、前記電波環境の測定結果として測定し、前記受信制御部は、前記電波使用率に基づいて無線通信の品質値を前記無線リソースごとに決定し、前記無線リソースごとの前記品質値に基づいて前記パラメータを推定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、電波伝搬特性が変化する場合でも、秘匿性の高い通信を実行することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】無線通信システムの構成の例を示す図である。
【図２】送信機の構成の例を示す図である。
【図３】測定期間及び伝送期間の例を示す図である。
【図４】測定結果テーブルの例を示す図である。
【図５】電波使用率及び品質値の関係の例を示す図である。
【図６】受信機の構成の例を示す図である。
【図７】送信機の動作の例を示すフローチャートである。
【図８】受信機の動作の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、無線通信システム１の構成の例を示す図である。無線通信システム１は、電波を用いた無線通信を実行するシステムである。無線通信システム１は、１以上の送信機２と、１以上の受信機３とを備える。送信機２及び受信機３は、秘密分散処理（秘密分散法）による通信を実行する。なお、送信機２及び受信機３は、複数の無線アクセス方式を利用する通信として、マルチＲＡＴ通信（multi Radio Access Technology communication）を実行してもよい。
【００１８】
送信機２は、アンテナ２０−１〜２０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、アンテナ２１とを備える。受信機３は、アンテナ３０−１〜３０−Ｎと、アンテナ３１とを備える。以下では、Ｎは一例として３である。
【００１９】
送信機２は、送信側の通信端末である。送信機２は、情報を分散符号化（秘匿）するエンコーディング行列を用いた秘密分散処理によって、元情報（入力されたビット系列）を分散符号化する。以下、分散符号化された元情報に基づく情報を含む無線フレームを「分散符号化フレーム」という。図１では、送信機２は、元情報に基づく情報Ａを含む分散符号化フレームと、元情報に基づく情報Ｂを含む分散符号化フレームと、元情報に基づく情報Ｃを含む分散符号化フレームとを、受信機３に送信する。
【００２０】
アンテナ２０−１は、情報Ａを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ１を用いて受信機３に送信する。アンテナ２０−２は、情報Ｂを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ２を用いて受信機３に送信する。アンテナ２０−３は、情報Ｃを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ３を用いて受信機３に送信する。アンテナ２１は、送信機２及び受信機３が使用可能であるチャネルの電波を、送信機２及び受信機３の間の電波環境において受信する。
【００２１】
受信機３は、受信側の通信端末である。受信機３は、分散符号化された元情報を復号するデコーディング行列を用いた復号処理によって、分散符号化された元情報を復号する。図１では、送信機２は、元情報に基づく情報Ａを含む分散符号化フレームと、元情報に基づく情報Ｂを含む分散符号化フレームと、元情報に基づく情報Ｃを含む分散符号化フレームとを、送信機２から受信する。
【００２２】
アンテナ３０−１は、情報Ａを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ１を用いて送信機２から受信する。アンテナ３０−２は、情報Ｂを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ２を用いて送信機２から受信する。アンテナ３０−３は、情報Ｃを含む分散符号化フレームを、チャネルｆ３を用いて送信機２から受信する。アンテナ３１は、送信機２及び受信機３が使用可能であるチャネルの電波を、送信機２及び受信機３の間の電波環境において受信する。
【００２３】
傍受機４は、第三者の通信端末である。傍受機４は、アンテナ４０を備える。アンテナ４０は、送信機２及び受信機３が使用可能であるチャネルの電波を、送信機２及び受信機３の間の電波環境において受信する。分散符号化された元情報は、情報Ａ、Ｂ及びＣのうちの二つ以上の情報に基づいて復号することができる。情報Ａを含む分散符号化フレームをアンテナ４０が受信した場合、傍受機４は、分散符号化された元情報を、情報Ａのみに基づいて復号することができない。これによって、送信機２は、元情報を秘匿することができる。
【００２４】
情報Ａを含む分散符号化フレームと情報Ｂを含む分散符号化フレームとをアンテナ４０が受信した場合でも、傍受機４は、送信機２において分散符号化に使用されたエンコーディング行列が傍受機４にとって既知でなければ、元情報を復号することができない。送信機２及び受信機３の間の電波環境が送信機２によって測定された場合、送信機２は、測定された電波環境（電波使用率等）の情報に基づいて、エンコーディング行列を決定する。送信機２及び受信機３の間の電波環境を傍受機４は測定することができないので、送信機２において分散符号化に使用されたエンコーディング行列は、傍受機４にとって既知ではない。これによって、送信機２は、元情報を秘匿することができる。
【００２５】
送信機２及び受信機３の間の電波環境を傍受機４が測定することができた場合、送信機２において分散符号化に使用されたエンコーディング行列は、傍受機４にとって既知である。この場合でも、傍受機４は、電波環境を表す情報をエンコーディング行列に変換する式（以下「変換式」という。）を取得することができない。変換式を取得することができない場合、電波環境を表す情報を傍受機４がエンコーディング行列に変換することができないので、傍受機４は元情報を復号することができない。これによって、送信機２は、元情報を秘匿することができる。
【００２６】
なお、無線通信システム１が複数の送信機２及び受信機３を備える場合、送信機２及び受信機３の組み合わせの数が増えるので、傍受機４が元情報を復号することは更に困難である。また、通信に使用されるチャネルの候補の数が多い場合、チャネルの組み合わせの数が増えるので、傍受機４が元情報を復号することは更に困難である。
【００２７】
図２は、送信機２の構成の例を示す図である。送信機２は、アンテナ２０−１〜２０−Ｎと、アンテナ２１と、第１測定部２２と、送信制御部２３と、符号化部２４と、送信部２５−１〜２５−Ｎとを備える。
【００２８】
第１測定部２２と送信制御部２３と符号化部２４と送信部２５との各機能部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現される。各機能部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、送信機２の記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。
【００２９】
送信機２の記憶部は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）である。送信機２の記憶部は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記録媒体を有してもよい。送信機２の記憶部は、プログラム及びテータテーブルを記憶する。
【００３０】
第１測定部２２は、アンテナ２１が受信した電波に基づいて、送信機２及び受信機３の間の電波環境を測定する。すなわち、第１測定部２２は、アンテナ２１が受信した電波に基づいて、送信機２及び受信機３が使用可能であるチャネルの電波環境を測定する。例えば、第１測定部２２は、測定期間において閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率（電波使用率）を、電波環境として測定する。したがって、電波環境の測定結果は、測定期間において閾値以上の受信電力が検出された期間を、測定期間で除算した結果である。第１測定部２２は、電波環境の測定結果を、送信制御部２３に出力する。
【００３１】
図３は、測定期間及び伝送期間の例を示す図である。図３において、横軸は時間を示す。測定期間Ｔｏは、電波環境の測定期間である。伝送期間Ｔｄは、分散符号化フレームを送信機２が伝送する期間である。送信機２及び受信機３は、測定期間と伝送期間とを、時間経過に応じて交互に繰り返す。
【００３２】
図４は、測定結果テーブルの例を示す図である。測定結果テーブルの項目には、測定チャネルと、電波環境の測定結果（電波使用率）と、無線通信の品質値とがある。測定チャネルは、電波環境が測定されるチャネルを表す。測定期間において受信電力が閾値以上である期間が長い（電波使用率が高い）場合、伝送期間において受信電力が閾値以上である期間は同様に長い。伝送期間において受信電力が閾値以上である期間は、分散符号化フレームの伝送に使用することができない期間である。このため、測定期間において閾値以上の受信電力が検出されている期間が長い測定チャネルでは、無線通信の品質値は低い。図４では、一例として、測定チャネル「１ｃｈ」と、電波環境の測定結果「８０％」と、品質値「１」とが対応付けられている。
【００３３】
図５は、電波使用率及び品質値の関係の例を示す図である。送信制御部２３は、電波使用率及び品質値の関係を表すデータテーブルのテンプレートを予め取得する。送信制御部２３は、電波環境の測定結果（電波使用率）に基づいて、無線通信の品質値を測定チャネルごとに定める。送信制御部２３は、送信機２の測定結果テーブルに、無線通信の品質値を記録する。
【００３４】
送信制御部２３は、各分散符号化フレームの送信に使用される複数のチャネル（無線リソース）を選択する。例えば、送信制御部２３は、無線通信の品質値と所定条件とに基づいて、複数のチャネルを選択する。送信制御部２３は、選択されたチャネル（無線リソース）に基づいて、複数の送信部２５を選択する。送信制御部２３は、送信部２５の選択結果（無線リソースを表す情報）を、選択された送信部２５に通知する。これによって、選択された送信部２５は、分散符号化された情報を符号化部２４から取得することができる。
【００３５】
送信制御部２３は、元情報の分散符号化に使用されるエンコーディング行列を、測定期間ごとに生成する。送信制御部２３がエンコーディング行列を生成する方法は、特定の方法に限定されない。エンコーディング行列における各列は、各チャネルに対応する。各列には、品質値の数だけ１が含まれる。エンコーディング行列における各行には、１個だけ１が含まれる。
【００３６】
例えば、送信制御部２３は、図４に示された測定結果テーブルにおける測定チャネルと品質値とを（１ｃｈ−１，２ｃｈ−７，３ｃｈ−９）のように組み合わせるエンコーディング行列Ａを生成する。各チャネルの出力のビット系列と、各チャネルの入力のビット系列と、エンコーディング行列Ａとの関係は、式（１）のように表される。
【００３７】
【数１】
2020014162.tif 000003
【００３８】
ここで、左辺の（ｃ１，ｃ２，ｃ３）は、各チャネル（１ｃｈ，２ｃｈ，３ｃｈ）の出力のビット系列を表す。右辺の（ｓ１，…，ｓ１７）は、各チャネルの入力のビット系列を表す。右辺の最も右側の行列は、エンコーディング行列Ａを表す。
【００３９】
例えば、送信制御部２３は、図４に示された測定結果テーブルにおける測定チャネルと品質値とを（１ｃｈ−１，３ｃｈ−９，５ｃｈ−３）のように組み合わせるエンコーディング行列Ｂを生成する。各チャネルの出力のビット系列と、各チャネルの入力のビット系列と、エンコーディング行列Ｂとの関係は、式（２）のように表される。
【００４０】
【数２】
2020014162.tif 000004
【００４１】
ここで、左辺の（ｃ１，ｃ３，ｃ５）は、各チャネル（１ｃｈ，３ｃｈ，５ｃｈ）の出力のビット系列を表す。右辺の（ｓ１，…，ｓ１３）は、各チャネルの入力のビット系列を表す。右辺の最も右側の行列は、エンコーディング行列Ｂを表す。
【００４２】
送信制御部２３は、電波環境の測定結果に基づいて、元情報の分散符号化に使用されるエンコーディング行列を測定期間ごとに選択する。例えば、チャネルの１ｃｈ、２ｃｈ及び３ｃｈを使用して通信する場合、送信制御部２３は、エンコーディング行列Ａを選択する。例えば、チャネルの１ｃｈ、３ｃｈ及び５ｃｈを使用して通信する場合、送信制御部２３は、エンコーディング行列Ｂを選択する。送信制御部２３は、選択されたエンコーディング行列を表す情報を、符号化部２４に送信する。
【００４３】
符号化部２４は、元情報を表すビット系列を取得する。符号化部２４は、送信制御部２３から指示されたエンコーディング行列を用いた秘密分散処理によって、元情報（入力のビット系列）を分散符号化する。
【００４４】
符号化部２４は、エンコーディング行列Ａの行数（１７行）と同じ数の要素に入力のビット系列が分割された結果（ｓ１，…，ｓ１７）と、選択されたエンコーディング行列Ａとの積を、式（１）のように算出する。符号化部２４は、エンコーディング行列Ｂの行数（１３行）と同じ数の要素に入力のビット系列が分割された結果（ｓ１，…，ｓ１３）と、選択されたエンコーディング行列Ｂとの積を、式（２）のように算出してもよい。符号化部２４は、選択された送信部２５に出力されるビット系列を、送信部２５ごとに生成する。
【００４５】
符号化部２４は、分散符号化された元情報の情報Ａを、送信部２５−１に出力する。符号化部２４は、分散符号化された元情報の情報Ｂを、送信部２５−２に出力する。符号化部２４は、分散符号化された元情報の情報Ｃを、送信部２５−Ｎに出力する。
【００４６】
送信部２５は、送信制御部２３によって選択される。各送信部２５は、無線通信に使用されるチャネル（無線リソース）を表す情報を、送信制御部２３から取得する。選択された送信部２５は、無線通信に使用されるチャネルを表す情報を含む無線フレームを、受信機３に送信する。選択された送信部２５は、分散符号化フレームの送信処理を実行する。
【００４７】
送信部２５−ｎ（ｎは、１からＮまでのいずれか）は、アンテナ２０−ｎと、変調部２５０−ｎと、無線送信部２５１−ｎとを備える。変調部２５０−１は、分散符号化された元情報の情報Ａを変調する。変調部２５０−１は、変調された元情報の情報Ａの周波数をアップコンバートする。無線送信部２５１−１は、変調部２５０によってアップコンバートが実行された元情報の情報Ａを、送信制御部２３よって選択されたチャネル（無線リソース）に割り当てる。無線送信部２５１−１は、情報Ａを含む分散符号化フレームを、アンテナ２０−１から送信する。
【００４８】
送信部２５−２は、分散符号化された元情報の情報Ｂに関して、送信部２５−１と同様に動作する。送信部２５−Ｎは、分散符号化された元情報の情報Ｃに関して、送信部２５−１と同様に動作する。
【００４９】
なお、各送信部２５は、互いに異なる無線方式に基づいて、分散符号化フレームを送信してもよい。例えば、送信部２５−１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に基づいて、分散符号化フレームを送信してもよい。例えば、送信部２５−２は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）規格に基づいて、分散符号化フレームを送信してもよい。
【００５０】
図６は、受信機３の構成の例を示す図である。受信機３は、アンテナ３０−１〜３０−Ｎと、アンテナ３１と、第２測定部３２と、受信制御部３３と、受信部３４−１〜３４−Ｎと、復号部３５とを備える。なお、受信機３が備える受信部３４の個数と、送信機２が備える送信部２５の個数とは、異なっていてもよい。
【００５１】
第２測定部３２と受信制御部３３と受信部３４と復号部３５との各機能部は、例えば、ＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェアを用いて実現される。各機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサが、受信機３の記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。
【００５２】
受信機３の記憶部は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤなどの不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）である。受信機３の記憶部は、例えば、ＲＡＭやレジスタなどの揮発性の記録媒体を有してもよい。受信機３の記憶部は、プログラム及びテータテーブルを記憶する。
【００５３】
第２測定部３２は、アンテナ３１が受信した電波に基づいて、送信機２及び受信機３の間の電波環境を測定する。すなわち、第２測定部３２は、アンテナ３１が受信した電波に基づいて、送信機２及び受信機３が使用可能であるチャネルの電波環境を測定する。例えば、第２測定部３２は、測定期間において閾値以上の受信電力が検出された時間を、電波環境として測定する。第２測定部３２は、電波環境の測定結果（電波使用率等）を、受信制御部３３に出力する。
【００５４】
第２測定部３２と送信機２の第１測定部２２とは、測定期間及び伝送期間を表す時刻情報を予め共有する。すなわち、第２測定部３２が使用する時刻情報と、第１測定部２２が使用する時刻情報とは同期している。これによって、第１測定部２２が電波環境を測定している期間において、第２測定部３２は、第１測定部２２が測定している電波環境を同様に測定することができる。
【００５５】
第２測定部３２は、無線通信に使用されるチャネルを表す情報を含む無線フレームを、送信機２から受信する。第２測定部３２は、無線通信に使用されるチャネルを表す情報を、受信制御部３３に出力する。
【００５６】
受信制御部３３は、電波使用率及び品質値の関係を表すデータテーブルのテンプレートを予め取得する。受信制御部３３は、電波環境の測定結果（電波使用率）に基づいて、無線通信の品質値を測定チャネルごとに定める。受信制御部３３は、受信機３の測定結果テーブルに、無線通信の品質値を記録する。
【００５７】
受信制御部３３は、第２測定部３２によって測定された電波環境を表す情報と、受信部３４によって使用されているチャネル（無線リソース）を表す情報とに基づいて、符号化部２４によって分散符号化に使用されたエンコーディング行列（エンコードのパラメータ）を推定する。受信制御部３３は、送信機２において分散符号化に使用されたエンコーディング行列を、測定期間ごとに推定する。受信制御部３３は、エンコーディング行列の推定結果を、復号部３５によって復号処理に使用されるデコーディング行列（デンコードのパラメータ）とする。
【００５８】
受信部３４−ｎは、アンテナ３０−ｎと、無線受信部３４０−ｎと、復調部３４１−ｎとを備える。無線受信部３４０−１は、情報Ａを含む分散符号化フレームを、アンテナ３０−１から受信する。無線受信部３４０−１は、変調された元情報の情報Ａの周波数をダウンコンバートする。復調部３４１−１は、周波数がダウンコンバートされた情報Ａを復調する。
【００５９】
受信部３４−２は、分散符号化された元情報の情報Ｂに関して、受信部３４−１と同様に動作する。受信部３４−Ｎは、分散符号化された元情報の情報Ｃに関して、受信部３４−１と同様に動作する。
【００６０】
復号部３５は、推定されたデコーディング行列を表す情報を、受信制御部３３から取得する。復号部３５は、復調された情報Ａを復調部３４１−１から取得する。復号部３５は、復調された情報Ｂを復調部３４１−２から取得してもよい。復号部３５は、復調された情報Ｃを復調部３４１−３から取得してもよい。
【００６１】
復号部３５は、情報Ａ、Ｂ及びＣのうちの二つ以上の情報と、推定されたデコーディング行列とを用いて、元情報を復号する。例えば、復号部３５は、エンコーディング行列Ａの推定結果であるデコーディング行列を用いて式（１）の逆演算を実行することによって、送信機２に入力されたビット系列を算出する。復号部３５は、エンコーディング行列Ｂの推定結果であるデコーディング行列を用いて式（２）の逆演算を実行することによって、送信機２に入力されたビット系列を算出してもよい。復号部３５は、このようにして算出されたビット系列を、出力のビット系列として、所定の外部装置に出力する。
【００６２】
次に、無線通信システム１の動作の例を説明する。
図７は、送信機２の動作の例を示すフローチャートである。第１測定部２２は、送信機２及び受信機３の間の電波環境を測定する（ステップＳ１０１）。送信制御部２３は、各分散符号化フレームの送信に使用される複数のチャネル（無線リソース）を決定する。選択された送信部２５は、使用されるチャネル（無線リソース）を表す情報を含む無線フレームを、受信機３に送信する（ステップＳ１０２）。
【００６３】
送信制御部２３は、電波環境の測定結果に基づいて、元情報の分散符号化に使用されるエンコーディング行列を測定期間ごとに選択する。すなわち、送信制御部２３は、電波環境の測定結果に基づいて、パラメータを測定期間ごとに決定する（ステップＳ１０３）。符号化部２４は、送信制御部２３から指示されたエンコーディング行列を用いた秘密分散処理によって、元情報（入力のビット系列）を分散符号化する（ステップＳ１０４）。
【００６４】
送信部２５は、無線通信に使用されるチャネル（無線リソース）を表す情報を、送信制御部２３から取得する（ステップＳ１０５）。変調部２５０は、分散符号化された元情報の情報を変調する（ステップＳ１０６）。無線送信部２５１は、変調された情報を含む分散符号化フレームを、アンテナ２０から送信する（ステップＳ１０７）。
【００６５】
図８は、受信機３の動作の例を示すフローチャートである。第２測定部３２は、送信機２及び受信機３の間の電波環境を測定する（ステップＳ２０１）。受信制御部３３は、第２測定部３２によって測定された電波環境を表す情報と、受信部３４によって使用されているチャネル（無線リソース）を表す情報とに基づいて、符号化部２４によって分散符号化に使用されたエンコーディング行列（パラメータ）を推定する（ステップＳ２０２）。
【００６６】
第２測定部３２は、無線通信に使用されるチャネル（無線リソース）を表す情報を含む無線フレームを、送信機２から受信する。受信制御部３３は、無線通信に使用されるチャネルを表す情報を、第２測定部３２から取得する（ステップＳ２０３）。無線受信部３４０は、分散符号化フレームをアンテナ３０から受信する。無線受信部３４０は、変調された元情報の情報の周波数をダウンコンバートする（ステップＳ２０４）。
【００６７】
復調部３４１は、周波数がダウンコンバートされた情報を復調する（ステップＳ２０５）。復号部３５は、情報Ａ、Ｂ及びＣのうちの二つ以上の情報と、推定されたデコーディング行列とを用いて、元情報を復号する（ステップＳ２０６）。
【００６８】
以上のように、実施形態の無線通信システム１は、送信機２と、受信機３とを備える。送信機は、第１測定部２２と、送信制御部２３と、符号化部２４と、送信部２５とを備える。第１測定部２２は、送信機２及び受信機３の間の電波環境を、無線リソースごとに測定する。送信制御部２３は、ビット系列の送信に使用される無線リソースとパラメータとを、電波環境の測定結果に基づいて決定する。符号化部２４は、パラメータに基づいてビット系列を分散符号化する。送信部２５は、決定された無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された無線リソースを用いて送信する。受信機３は、第２測定部３２と、受信制御部３３と、受信部３４と、復号部３５とを備える。第２測定部３２は、電波環境を無線リソースごとに測定する。受信制御部３３は、パラメータを電波環境の測定結果に基づいて推定する。受信部３４は、決定された無線リソースを表す情報と分散符号化されたビット系列とを、決定された無線リソースを用いて受信する。復号部３５は、受信されたビット系列を、パラメータに基づいて復号する。
【００６９】
これによって、実施形態の無線通信システム１は、電波伝搬特性が変化する場合でも、秘匿性の高い通信を実行することが可能である。
【００７０】
第１測定部２２は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、電波環境の測定結果として測定する。送信制御部２３は、電波使用率に基づいて無線通信の品質値を無線リソースごとに決定する。送信制御部２３は、無線リソースごとの品質値に基づいてパラメータを決定する。
【００７１】
第２測定部３２は、閾値以上の受信電力が検出された期間と測定期間との時間比率である電波使用率を、電波環境の測定結果として測定する。受信制御部３３は、電波使用率に基づいて無線通信の品質値を無線リソースごとに決定する。受信制御部３３は、無線リソースごとの品質値に基づいてパラメータを推定する。
【００７２】
送信機２は、送信機２及び受信機３の間の電波環境を表す情報に基づいて、エンコーディング行列を暗号鍵として生成する。受信機３は、送信機２及び受信機３の間の電波環境を表す情報に基づいて、エンコーディング行列の推定結果であるデコーディング行列を、暗号鍵として生成する。これによって、送信機２及び受信機３は、電波伝搬特性が変化する場合でも、暗号鍵を事前に共有することなく、秘匿性の高い通信を実行することが可能である。
【００７３】
送信機２及び受信機３は、複数の無線方式を用いて元情報を分散して通信する。これによって、送信機２及び受信機３は、傍受機４が分散符号化フレームを受信した場合でも、秘匿性の高い通信を実行することが可能である。
【００７４】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００７５】
上述した実施形態における送信機及び受信機をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、無線通信システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…無線通信システム、２…送信機、３…受信機、４…傍受機、２０…アンテナ、２１…アンテナ、２２…第１測定部、２３…送信制御部、２４…符号化部、２５…送信部、３０…アンテナ、３１…アンテナ、３２…第２測定部、３３…受信制御部、３４…受信部、３５…復号部、２５０…変調部、２５１…無線送信部、３４０…無線受信部、３４１…復調部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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