(57)【要約】【課題】強度なセキュリティを確保した無線通信を行うこと。【解決手段】本発明によるデジタル変復調方法において、送信側は、規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して修正変調データを得る位相付加ステップと、修正変調データに対して、搬送波の位相を変化させた被変調波を得て、被変調波を送信する変調ステップと、を含む。受信側は、被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、その規則コードに従い受信信号から変調データを再生して、再生変調データを出力する再生ステップと、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側は、
規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して修正変調データを得る位相付加ステップと、
該修正変調データに応じて、搬送波の位相を変化させた被変調波を得て、該被変調波を送信する変調ステップと、
を含み
受信側は、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、
前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生ステップと、
を含む、デジタル変復調方法。
【請求項２】
前記規則コードは第三者が知りえないコードから成る、請求項１に記載のデジタル変復調方法。
【請求項３】
前記規則コードは可変に設定される、請求項１又は２に記載のデジタル変復調方法。
【請求項４】
前記位相量は少なくとも２種類ある、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデジタル変復調方法。
【請求項５】
前記送信側は、前記位相付加ステップと前記変調ステップとの間で、送信帯域制限のために前記修正変調データに対してフィルタ処理を行う、第１のルートナイキストフィルタステップを更に含み、
前記受信側は、前記復調ステップと前記再生ステップとの間で、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタステップを更に含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデジタル変復調方法。
【請求項６】
前記送信側は、送信データの所定のビットパターンに複数の位相を割り当てて前記変調データを得る位相シフトキーイング処理ステップを更に含み、
前記受信側は、前記再生変調データを復調して前記送信データを再生し、再生送信データを受信データとして出力するデータ復調ステップを更に含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデジタル変復調方法。
【請求項７】
前記再生ステップは、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生ステップと、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、回転変調データを得る位相回転ステップと、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、前記再生変調データを出力するキャリア再生ステップと、
を含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデジタル変復調方法。
【請求項８】
前記送信データは、プリアンブルとユニークワードとデータとがこの順番に付加されたフレーム構造を有し、
前記位相付加ステップは、前記データの先頭から前記変調データに対して、前記規則コードに従い周期的な位相量を付加して前記修正変調データを得、
前記受信側は、前記再生変調データから前記ユニークワードを検出して、検出信号を出力するユニークワード検出ステップを更に含み、
前記位相回転ステップは、前記検出信号に応答して、前記データの先頭から前記再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、前記回転変調データを得る
請求項７に記載のデジタル変復調方法。
【請求項９】
規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して修正変調データを得る位相付加ステップと、
該修正変調データに応じて、搬送波の位相を変化させた被変調波を得て、該被変調波を送信する変調ステップと、
を含むデジタル変調方法。
【請求項１０】
前記規則コードは第三者が知りえないコードから成る、請求項９に記載のデジタル変調方法。
【請求項１１】
前記規則コードは可変に設定される、請求項９又は１０に記載のデジタル変調方法。
【請求項１２】
前記位相量は少なくとも２種類ある、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のデジタル変調方法。
【請求項１３】
前記位相付加ステップと前記変調ステップとの間で、送信帯域制限のために前記修正変調データに対してフィルタ処理を行う、第１のルートナイキストフィルタステップを更に含む、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のデジタル変調方法。
【請求項１４】
送信データの所定のビットパターンに複数の位相を割り当てて前記変調データを得る位相シフトキーイング処理ステップを更に含む、請求項９乃至１３のいずれか１項に記載のデジタル変調方法。
【請求項１５】
前記送信データは、プリアンブルとユニークワードとデータとがこの順番に付加されたフレーム構造を有し、
前記位相付加ステップは、前記データの先頭から前記変調データに対して、前記規則コードに従い周期的な位相量を付加して前記修正変調データを得る、
請求項１４に記載のデジタル変調方法。
【請求項１６】
請求項９乃至１３に記載のデジタル変調方法によって送信された前記被変調波を復調する方法であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、
前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生ステップと、
を含む、デジタル復調方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載のデジタル変調方法によって送信された前記被変調波を復調する方法であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、
前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生ステップと、
前記再生変調データを復調して前記送信データを再生し、再生送信データを受信データとして出力するデータ復調ステップと、
を含む、デジタル復調方法。
【請求項１８】
前記復調ステップと前記再生ステップとの間で、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタステップを更に含む、
請求項１６又は１７に記載のデジタル復調方法。
【請求項１９】
前記再生ステップは、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生ステップと、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、回転変調データを得る位相回転ステップと、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、前記再生変調データを出力するキャリア再生ステップと、
を含む、請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載のデジタル復調方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載のデジタル変調方法によって送信された前記被変調波を復調する方法であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生ステップと、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、回転変調データを得る位相回転ステップと、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、再生変調データを出力するキャリア再生ステップと、
前記再生変調データから前記ユニークワードを検出して、検出信号を出力するユニークワード検出ステップと、
を含み、
前記位相回転ステップは、前記検出信号に応答して、前記データの先頭から前記再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、前記回転変調データを得る、デジタル復調方法。
【請求項２１】
前記復調ステップと前記クロック再生ステップとの間で、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタステップを更に含む、
請求項２０に記載のデジタル復調方法。
【請求項２２】
規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して修正変調データを出力する位相付加部と、該修正変調データに応じて、搬送波の位相を変化させた被変調波を得て、該被変調波を送信する変調器と、を含む送信装置と、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調器と、前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生部と、を含む受信装置と、
を備えたデジタル変復調システム。
【請求項２３】
前記規則コードは第三者が知りえないコードから成る、請求項２２に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２４】
前記規則コードは可変に設定される、請求項２２又は２３に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２５】
前記位相量は少なくとも２種類ある、請求項２２乃至２４のいずれか１項に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２６】
前記送信装置は、前記位相付加部と前記変調器との間に設けられ、送信帯域制限のために前記修正変調データに対してフィルタ処理を行う、第１のルートナイキストフィルタ部を更に含み、
前記受信装置は、前記復調器と前記再生部との間に設けられ、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタ部を更に含む、
請求項２２乃至２５のいずれか１項に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２７】
前記送信装置は、送信データの所定のビットパターンに複数の位相を割り当てて前記変調データを得る位相シフトキーイング処理部を更に含み、
前記受信装置は、前記再生変調データを復調して前記送信データを再生し、再生送信データを受信データとして出力する復調部を更に含む、
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２８】
前記再生部は、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生部と、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転して、回転変調データを出力する位相回転部と、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、再生変調データを出力するキャリア再生部と、
を含む、請求項２２乃至２７のいずれか１項に記載のデジタル変復調システム。
【請求項２９】
前記送信データは、プリアンブルとユニークワードとデータとがこの順番に付加されたフレーム構造を有し、
前記位相付加部は、前記データの先頭から前記変調データに対して、前記規則コードに従い周期的な位相量を付加して、前記修正変調データを出力し、
前記受信装置は、前記再生変調データから前記ユニークワードを検出して、検出信号を出力するユニークワード検出部を更に含み、
前記位相回転部は、前記検出信号に応答して、前記データの先頭から前記再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転して、前記回転変調データを出力する、
請求項２８に記載のデジタル変復調システム。
【請求項３０】
規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して、修正変調データを出力する位相付加部と、
搬送波の位相を前記修正変調データに応じて変化させて被変調波を得て、該被変調波を送信する変調器と、
を備えたデジタル変調装置。
【請求項３１】
前記規則コードは第三者が知りえないコードから成る、請求項３０に記載のデジタル変調装置。
【請求項３２】
前記規則コードは可変に設定される、請求項３０又は３１に記載のデジタル変調装置。
【請求項３３】
前記位相量は少なくとも２種類ある、請求項３０乃至３２のいずれか１項に記載のデジタル変調装置。
【請求項３４】
前記位相付加部と前記変調器との間に設けられ、送信帯域制限のために前記付加変調データに対してフィルタ処理を行う、第１のルートナイキストフィルタ部を更に備える、請求項３０乃至３３のいずれか１項に記載のデジタル変調装置。
【請求項３５】
送信データの所定のビットパターンに複数の位相を割り当てて前記変調データを得る位相シフトキーイング処理部を更に備える、請求項３０乃至３４のいずれか１項に記載のデジタル変調装置。
【請求項３６】
前記送信データは、プリアンブルとユニークワードとデータとがこの順番に付加されたフレーム構造を有し、
前記位相付加部は、前記データの先頭から前記変調データに対して、前記規則コードに従い周期的な位相量を付加して、前記修正変調データを出力する、
請求項３５に記載のデジタル変調装置。
【請求項３７】
請求項３０乃至３４のいずれか１項に記載のデジタル変調装置から送信された前記被変調波を復調するデジタル復調装置であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調器と、
前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生部と、
を備えたデジタル復調装置。
【請求項３８】
請求項３５に記載のデジタル変調装置から送信された前記被変調波を復調するデジタル復調装置であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を出力する復調器と、
前記規則コードに従い前記受信信号から前記変調データを再生して、再生変調データを出力する再生部と、
前記再生変調データを復調して前記送信データを再生し、再生送信データを受信データとして出力する復調部と、
を備えたデジタル復調装置。
【請求項３９】
前記復調器と前記再生部との間に設けられ、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタ部を更に含む、
請求項３８に記載のデジタル復調装置。
【請求項４０】
前記再生部は、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記付加変調データを再生し、再生付加変調データを出力するクロック再生部と、
該再生付加変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、回転変調データを得る位相回転部と、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、再生変調データを出力するキャリア再生部と、
から成る、請求項３８乃至３９のいずれか１項に記載のデジタル復調装置。
【請求項４１】
請求項３６に記載のデジタル変調装置から送信された前記被変調波を復調するデジタル復調装置であって、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を出力する復調器と、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生部と、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、回転変調データを出力する位相回転部と、
前記回転変調データを回転位相補正して前記変調データを再生し、再生変調データを出力するキャリア再生部と、
前記再生変調データから前記ユニークワードを検出して、検出信号を出力するユニークワード検出部と、
を備え、
前記位相回転部は、前記検出信号に応答して、前記データの先頭から前記再生修正変調データを、前記規則コードに従い前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、前記回転変調データを出力する、デジタル復調装置。
【請求項４２】
前記復調器と前記クロック再生部との間に設けられ、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタ部を更に含む、
請求項４１に記載のデジタル復調装置。
【請求項４３】
請求項３５に記載のデジタル変調装置から送信された前記被変調波を復調するデジタル復調装置であって、
前記送信データは、プリアンブルとユニークワードとデータとがこの順番に付加されたフレーム構造を有し、
前記位相付加部は、前記送信データの先頭から前記変調データに対して、前記規則コードに従い周期的な位相量を付加して、前記付加変調データを出力し、
前記周期的な位相量は、２以上の整数であるＮ個あり、
前記デジタル復調装置は、
前記被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を出力する復調器と、
前記受信信号に対してシンボル同期をとって前記修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力するクロック再生部と、
該再生修正変調データを、前記規則コードに従いタイミングの異なる前記周期的な位相量だけ反対に回転させて、第１乃至第Ｎの回転変調データを出力する第１乃至第Ｎの位相回転部と、
前記第１乃至第Ｎの回転変調データをそれぞれ回転位相補正して前記変調データを再生し、第１乃至第Ｎの再生変調データを出力する第１乃至第Ｎのキャリア再生部と、
前記第１乃至第Ｎの再生変調データからそれぞれ前記ユニークワードを検出して、検出信号を出力する第１乃至第Ｎのユニークワード検出部と、
前記検出信号を出力した第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）のユニークワード検出部からのデータを選択するデータセレクタ部と、
を備えるデジタル復調装置。
【請求項４４】
前記復調器と前記クロック再生部との間に設けられ、前記受信信号から雑音を除去するともに、シンボル間干渉を生じないようにフィルタ処理を行う、第２のルートナイキストフィルタ部を更に含む、
請求項４３に記載のデジタル復調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル変復調方法及びシステム、デジタル変調方法及び装置、ならびにデジタル復調方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この技術分野において周知のように、位相偏移変調(Phase Shift Keying)とは、搬送波（基準信号）の位相または位相変化量によってデータを変調するデジタル変調方式である。
【０００３】
４相位相偏移変調ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)では、９０度の整数倍の４相を用いる。
【０００４】
図１は、ＱＰＳＫの信号空間ダイアグラム（位相平面）であるデータ点配置を示す図である。図１において、位相平面は、原点と、原点で直交する実軸および虚軸とを持つ。実軸は同相軸（Ｉ軸）とも呼ばれ、虚軸は直交軸（Ｑ軸）とも呼ばれる。ＱＰＳＫの場合、９０度単位で位相の変化が生じる。
【０００５】
例えば、ＱＰＳＫでは、図１に示されるように、４５度、１３５度、２２５度、および３１５度の位相を持つ信号点ａ０，ａ１，ａ２，およびａ３に、それぞれ、(00),(10),(11),(01)の２ビットを割り当てる。これにより、ＱＰＳＫでは、一度に２ビット分の情報を送ることができる。ここで、ｎを０〜３の整数とすると、信号点ａｎは次の式で表される。 
ａｎ  ＝  （π／４）＋９０°×ｂｎ
ｂｎ  ＝  （０，１，２，３）
この割り当てられた一つの状態の事を「シンボル」と呼び、ＱＰＳＫの場合は、１シンボル２ビットとなる。換言すれば、ＱＰＳＫは１シンボルで情報信号２ビットを表現することができる。なお、シンボルは送信シンボルや変調データとも呼ばれる。
【０００６】
図２を参照して、送信データの形式について説明する。バースト構造の無線通信では、送信データは、送信側（デジタル変調装置）から図２に示すとおりフレーム単位で伝送され、無線チャネルを介して、受信側（デジタル復調装置）で受信データとして受信される。
【０００７】
送信側において、フレームの先頭には受信データのシンボルの中心を検出する(アイパターンの最も開いた位相位置を確定する)ための「プリアンブル」と呼ばれるフィールドが付加されている。次に、送信側において、フレーム中のどのタイミングからが受信すべきデータなのかを検出するための「ユニークワード」(以下、「ＵＷ」とも略記する)が付加されている。続いて、送信側において、データを付加して、送信データを伝送する。
【０００８】
ここで、受信データのシンボルの中心位置でデータ確定できるように取り込み位相確定することを「シンボル同期」と呼び、フレーム中のどの位置からが受信すべきデータなのかを検出することを「フレーム同期」と呼ぶ。
【０００９】
本発明に関連する先行技術文献が種々知られている。
【００１０】
例えば、特開平０６−０８５８６２号公報（特許文献１）は、１６ＱＡＭ変調器と１６ＱＡＭ復調器とを備えた１６ＱＡＭ変復調方式を開示している。特許文献１に開示された１６ＱＡＭ変復調方式において、１６ＱＡＭ変調器は、１６ＱＡＭ信号点マッピング回路と、直交変調器とを備える。一方、１６ＱＡＭ復調器は、直交復調器と、復号器と、並列／直列変換器と、キャリア再生回路と、ローカル発振器と、クロック再生回路とを含む。
【００１１】
また、特開２０００−２３６３６３号公報（特許文献２）は、デジタル放送受信機等に使用して好適なフレーム同期信号検出装置及びそれを用いたキャリア再生装置を開示している。この特許文献２に開示されたキャリア再生装置は、フレーム同期信号の位置を検出する機能を有するＵＷ検出器を含む。
【００１２】
特開２００１−２５７７３３号公報（特許文献３）は、キャリア再生を高精度に行うことができるキャリア再生装置を開示している。この特許文献３に開示されたキャリア再生装置は、２つのロールオフフィルタ回路と、シンボル再生回路と、ユニークワード検出回路と、Ｃ／Ｎ検出回路と含む。シンボル再生回路は、２つのロールオフフィルタ回路から入力したキャリア再生されたＩ信号およびＱ信号のシンボルタイミングを検出する。ユニークワード検出回路は、Ｉ信号およびＱ信号に基づいて、ユニークワードの検出を行う。Ｃ／Ｎ検出回路は、キャリア再生されたＩ信号およびＱ信号のＣ／Ｎ特性の検出を行う。
【００１３】
また、特開２００２−２７１４３２号公報（特許文献４）は、比較的容易な構成で、安定に動作する８相ＰＳＫ搬送波位相検出装置を開示している。この特許文献４に開示された位相検出装置は、４相位相比較器と、仮位相値変換回路と、位相領域判別回路と、選択回路とを有する。４相位相比較器は、受信信号の同相信号および直交信号から４相変調方式用の基準搬送波を仮位相値として出力する。仮位相値変換回路は、送受信に用いられた８相変調方式における理想信号点の絶対値を仮位相値に加算した値を演算し、かつ、仮位相値から絶対値を減算した値も演算する。仮位相値変換回路は、位相平面における反時計回り方向を正方向と設定して仮位相値から極性を判別する。仮位相値変換回路は、極性が正の場合には加算した値を変換位相値として出力し、極性が負の場合には減算した値を変換位相値として出力する。位相領域判別回路は、４相位相比較器に入力する同相信号および直交信号、または、４相位相比較器から出力される仮位相値に基づいて、位相平面上における受信信号点の存在領域を判別し、存在領域を示す領域信号を出力する。選択回路は、領域信号に基づいて仮位相値と変換位相値とを切り替えて出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平０６−０８５８６２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３６３６３号公報（［図１］、［００２５］）
【特許文献３】特開２００１−２５７７３３号公報（［図１］、［００４２］−［００４６］）
【特許文献４】特開２００２−２７１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来のデジタル変復調方式では、通信に利用する変調方式(ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ(8-Phase Shift Keying)など)及びＵＷが既知の場合、復調処理を行うことにより、第３者がデータを入手することが可能となってしまう。
【００１６】
詳述すると、変調方式がＱＰＳＫとわかっており、かつデータレートがわかっている場合、予想位相点が９０度単位でずれた４点となることが明らかである。そのため、復調処理が可能となり、ＵＷが既知の場合、誰でもデータを入手できることになり、セキュア通信が要求されるシステムではセキュリティを確保しているとは言えない。データレートはスペクトラム波形より類推可能であり、また変調方式については、一般的な方式は限られており、電波が受信可能なエリアにおいては、復調処理は容易に可能である。
【００１７】
また、これまでのデータに対する暗号化においては、悪意を持って入手したデータに対し、試行錯誤を繰り返すことで解読されるリスクも否定できない。
【００１８】
特許文献１は、単に、１６ＱＡＭ変調器と１６ＱＡＭ復調器とを備えた１６ＱＡＭ変復調方式を開示しているに過ぎない。特許文献１において、１６ＱＡＭ信号点マッピング回路では、予め定められた４値で構成されたＩ軸データ及びＱ軸データを生成している。また、特許文献１は、ユニークワード（ＵＷ）について何ら記載していない。
【００１９】
特許文献２は、単に、フレーム同期信号の位置を検出する機能を有するＵＷ検出器を含むキャリア再生装置を開示しているに過ぎない。
【００２０】
特許文献３は、単に、２つのロールオフフィルタ回路と、シンボル再生回路と、ユニークワード検出回路と、Ｃ／Ｎ検出回路と含む、キャリア再生装置を開示しているに過ぎない。
【００２１】
特許文献４は、４相位相比較器と、仮位相値変換回路と、位相領域判別回路と、選択回路とを有する位相検出装置を開示しているに過ぎない。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、強度なセキュリティを確保した無線通信を行うことができる、デジタル変復調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一態様によるデジタル変復調方法では、送信側は、規則コードに従い変調データに対して周期的な位相量を付加して修正変調データを得る位相付加ステップと、修正変調データに対して、搬送波の位相を変化させた被変調波を得て、被変調波を送信する変調ステップと、を含み、受信側は、被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る復調ステップと、その規則コードに従い受信信号から変調データを再生して、再生変調データを出力する再生ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、強度なセキュリティを確保した無線通信ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＱＰＳＫの信号空間ダイアグラム（位相平面）であるデータ点配置を示す図である。
【図２】送信データの形式を示す図である。
【図３】関連技術のデジタル変復調システムの概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示したデジタル変復調システムに使用される復調ブロック内のキャリア再生部の動作を説明するための信号空間ダイアグラム（位相平面）であるデータ点配置を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るデジタル変復調システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示したデジタル変復調システムに使用される変調ブロック内の位相付加部の動作を説明するための信号空間ダイアグラム（位相平面）であるデータ点配置を示す図である。
【図７】図５に示したデジタル変復調システムに使用される変調ブロック内の位相付加部の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図８】図５に示したデジタル変復調システムに使用される復調ブロック内の位相回転部の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図９】図５に示したデジタル変復調システムに使用される変調ブロック内の位相付加部にてフレーム全体に周期的な位相量を付加した場合の、復調ブロック内の位相回転部の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】図５に示したデジタル変復調システムに使用される変調ブロック内の位相付加部にて、プリアンブルとユニークワードには周期的な位相量を付加せず、以降のデータの先頭から周期的な位相量の付加を開始する送信データの形式を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るデジタル変復調システムに使用される復調ブロックの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示した復調ブロック内の位相回転部の動作を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［関連技術］
本発明について説明する前に、本発明の理解を容易にするために、図３および図４を参照して関連技術について説明する。
【００２７】
図３は、関連技術のデジタル変復調システム１００を示すブロック図である。図示のデジタル変復調システム１００は、ＱＰＳＫ変復調処理の例を示している。
【００２８】
デジタル変復調システム１００は、ＱＰＳＫ変復調ブロック２００と、Ｄ／Ａ変換器４０と、Ａ／Ｄ変換器４１とを備える。ＱＰＳＫ変復調ブロック２００は、変調ブロック２１０と、復調ブロック２２０とから成る。Ｄ／Ａ変換器４０は、デジタル信号をアナログ信号に変換する電子回路である。Ａ／Ｄ変換器４１は、アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路である。
【００２９】
変調ブロック２１０とＤ／Ａ変換器４０との組み合わせによって、送信装置（デジタル変調装置）が構成される。Ａ／Ｄ変換器４１と復調ブロック２２０との組み合わせによって、受信装置（デジタル復調装置）が構成される。
【００３０】
次に、図３を用いて、変調ブロック２１０について説明する。変調ブロック２１０は、送信データ生成部１０と、ＱＰＳＫ処理部２０と、ルートナイキストフィルタ部３０とから成る。
【００３１】
送信データ生成部１０は、前述した形式（図２参照）の送信データを生成し、２ビットずつに分離する。ＱＰＳＫ処理部２０は、その分離した２ビットのビット列に従い、４つの位相に割り当て、送信シンボル（変調データ）を出力する。すなわち、ＱＰＳＫ処理部２０は、送信データの所定のビットパターンに４つの位相を割り当てて、送信シンボル（変調データ）を出力する。ルートナイキストフィルタ部３０は、送信シンボル（変調データ）に対して送信帯域制限のためにフィルタ処理を行い、Ｄ／Ａ変換器４０に送信する。
【００３２】
Ｄ／Ａ変換器４０は、正弦搬送波の位相を、帯域制限された送信シンボル（変調データ）に応じて変化させて被変調波を得て、その被変調波を送信する送信部（変調器）として働く。
【００３３】
Ｄ／Ａ変換器４０から送信された被変調波は、無線通信により、Ａ／Ｄ変換器４１へ送出され、受信信号として受信される。すなわち、Ａ／Ｄ変換器４１は、被変調波を復調して、ベースバンドの受信信号を得る受信部（復調器）として働く。
【００３４】
次に、図３を用いて、復調ブロック２２０について説明する。復調ブロック２２０は、ルートナイキストフィルタ部５０と、クロック再生部６０と、キャリア再生部７０と、ＵＷ検出部８０と、復調部９０とから成る。
【００３５】
ルートナイキストフィルタ部５０は、Ａ／Ｄ変換器４１から受信した受信信号から雑音を除去するとともに、シンボル間干渉が生じないようにフィルタ処理を行い、フィルタ処理した受信信号を出力する。クロック再生部６０は、フィルタ処理した受信信号のシンボル同期をとり、シンボル同期をとった信号を出力する。
【００３６】
キャリア再生部７０は、シンボル同期をとった信号を、予想位相との位相差が０になるように回転位相補正して、上記送信シンボル（変調データ）を再生し、再生変調データ（受信シンボル）を出力する。
【００３７】
図４を参照して、キャリア再生部７０の動作について更に詳細に説明する。図４に示されるように、ＱＰＳＫの場合、ａ０〜ａ３の点が予測位相点となる。クロック再生部７０にて、図４の黒丸の点を検出した場合、ａ３が予想位相点となるので、シンボル同期をとった信号をａ３の点に回転させ、再生変調データ（受信シンボル）を得る。
【００３８】
図３に戻って、ＵＷ検出部８０は、再生変調データ（受信シンボル）からＵＷを検出する。フレーム同期に成功した場合、つまり、フレーム中に含まれるＵＷが決められた値と一致した場合、ＵＷ検出部８０は、次の受信シンボルから受信すべきデータと判断し、検出信号を出力する。復調部９０は、検出信号に基づいて、検出信号を検出した時点の受信シンボルから上記送信データを再生するようにデータ受信を行い、再生送信データを受信データとして出力する。
【００３９】
しかしながら、この関連技術のデジタル変復調システム１００では、前述したような問題がある。
【００４０】
すなわち、関連技術のデジタル変復調システム１００は、通信に利用する変調方式(ＱＰＳＫ)及びＵＷが既知であるので、復調処理を行うことにより、第３者がデータを入手することが可能となってしまう。
【００４１】
詳述すると、変調方式がＱＰＳＫとわかっており、かつデータレートがわかっている場合に、図４に示されるように、予想位相点が９０°単位でずれた４点となることが明らかである。そのため、復調処理が可能となり、ＵＷが既知の場合、誰でもデータを入手できることになり、セキュア通信が要求されるシステムではセキュリティを確保しているとは言えない。データレートはスペクトラム波形より類推可能であり、また変調方式については、一般的な方式は限られており、電波が受信可能なエリアにおいては、復調処理は容易に可能である。
【００４２】
また、これまでのデータに対する暗号化においては、悪意を持って入手したデータに対し、試行錯誤を繰り返すことで解読されるリスクも否定できない。
【００４３】
［発明の概要］
一方、本発明が提案するデジタル変復調システムは、データの復調再生処理自身を不可能とするものであり、解読を試みるデータそのものを入手させない新たな提案である。
【００４４】
すなわち、本発明が提案するデジタル変復調システムは、第３者が再生処理不可能な変調方式である。送信側は、規則コードに従いＰＳＫ変調データに対して周期的な位相量を付加する。受信側は、その規則コードに従い元の変調データに戻す（を再生する）。
【００４５】
［実施形態１］
次に、図５乃至図１０を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００４６】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るデジタル変復調システム１００Ａを示すブロック図である。図示のデジタル変復調システム１００Ａでも、図３と同様に、ＱＰＳＫ変復調処理の例を示している。
【００４７】
デジタル変復調システム１００Ａは、ＱＰＳＫ変復調ブロックの構成が後述するように変更されている点を除いて、図３に示した関連技術のデジタル変復調システム１００と同様の構成を有し動作をする。したがって、ＱＰＳＫ変復調ブロックに２００Ａの参照符号を付してある。図３に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のために、以下では相違点についてのみ説明する。
【００４８】
ＱＰＳＫ変復調ブロック２００Ａは、変調ブロック２１０Ａと、復調ブロック２２０Ａとから成る。
【００４９】
変調ブロック２１０Ａは、位相付加部２０ａが付加されている点を除いて、図３に図示した変調ブロック２１０と同様の構成を有し、動作をする。変調ブロック２１０Ａは、送信データ生成部１０と、ＱＰＳＫ処理部２０と、位相付加部２０ａと、ルートナイキストフィルタ部３０とから成る。すなわち、変調ブロック２１０Ａでは、ＱＰＳＫ処理部２０とルートナイキストフィルタ部３０との間に位相付加部２０ａが付加されている。
【００５０】
復調ブロック２２０Ａは、位相回転部７０ａが付加されている点を除いて、図３に図示した復調ブロック２２０と同様の構成を有し、動作をする。復調ブロック２２０は、ルートナイキストフィルタ部５０と、クロック再生部６０と、位相回転部７０ａと、キャリア再生部７０と、ＵＷ検出部８０と、復調部９０とから成る。すなわち、復調ブロック２２０Ａでは、クロック再生部６０とキャリア再生部７０との間に位相回転部７０ａが付加されている。
【００５１】
まず、変調ブロック２１０Ａについて説明する。位相付加部２０ａは、第３者が知りえない規則コードに従い、図６に示すように、ＱＰＳＫ変調データ（送信シンボル）に周期的な位相量を付加し、修正変調データを出力する。
【００５２】
例えば、付加する周期的な位相量をＣ０,Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３とすると、位相付加部２０ａは、送信シンボルにＣ０→Ｃ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ０→Ｃ１→Ｃ２→・・・と順番に位相を付加することにより、受信側がキャリア再生を不可能にする。これにより、ＱＰＳＫ変調方式(４状態)ではなくなっており、４点に位相確定できない為、復調再生時にキャリア再生を完了できない。なお、その他の処理は従来と同様である。
【００５３】
次に、復調ブロック２２０Ａについて説明する。
【００５４】
クロック再生部６０は、フィルタ処理した受信信号に対してシンボル同期をとって修正変調データを再生し、再生修正変調データを出力する。位相回転部７０ａは、クロック再生部６０からのシンボルデータ（再生修正変調データ）を、変調側で使用した規則コードに従い回転して、回転変調データを出力する。つまり、クロック再生部６０からシンボル（再生修正変調データ）を受信するごとに、位相回転部７０aは、Ｃ０→Ｃ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ０→Ｃ１→Ｃ２→・・・と順番に位相を反対に回転する。キャリア再生部７０は、回転変調データを回転位相補正して変調データを再生し、再生変調データ（受信シンボル）をする。
【００５５】
ここで、位相回転部７０ａにおいて反対に回転させる理由は、例えばＣ０＝３０°とした場合、変調側で＋３０°位相を回転させているので、復調側ではー３０°位相を回転させて元に戻す（ＱＰＳＫの４状態に戻す）必要があるからである。もし、変調側と異なる規則コードを用いた場合、ＱＰＳＫの４状態に戻らないので、キャリア再生部７０ではキャリア再生処理で４点に位相確定できず、復調が不可能となる。
【００５６】
クロック再生部６０と位相回転部７０ａとキャリア再生部７０との組み合わせは、規則コードに従い受信信号から変調データを再生して、再生変調データ（受信シンボル）を出力する再生部として働く。
【００５７】
なお、その他の処理は従来と同様である。
【００５８】
本発明は、ＱＰＳＫに限らず、８ＰＳＫや１６ＱＡＭ(16 Quadrature Amplitude Modulation)などのその他の変調方式にも適用できる。
【００５９】
次に、本第１の実施形態の構成と動作について説明する。
【００６０】
デジタル変復調システム１００Ａの全体の構成は、図５のブロック図に示すとおりであり、以下では、関連技術からの追加処理である、位相付加部２０ａと位相回転部７０ａとについて説明する。
【００６１】
まず、図７を参照して、位相付加部２０ａについて説明する。ここで、前提条件として、４５度,１３５度,２２５度,３１５度の位相にそれぞれ、(00),(10),(11),(01)の２ビットを割り当てるＱＰＳＫ変調方式とする。
【００６２】
図７に示すように、位相付加部２０ａは、送信シンボル（変調データ）にＣ０〜Ｃ３を１周期とする周期的な位相量を付加して、修正変調データを出力する。ここでは、付加する位相量を４種類にしているが、２種類以上ならいくつでもよい。その結果、変調ブロック２１０Ａは、７０度、１８８度、１２９度、・・・のランダムな位相で送信することとなり、もはやＱＰＳＫの４状態(４５度,１３５度,２２５度,３１５度)ではなくなっている。このように処理することにより、復調側は、変調側で使用した周期的な位相量を知らない限り、正しくキャリア再生ができなくなる。
【００６３】
次に、図８と図９と図１０とを参照して、位相回転部７０ａについて説明する。図８に示すように、位相回転部７０ａは、クロック再生後のシンボル（再生修正変調データ）の位相に対して、位相付加部２０ａで使用した周期的な位相量にしたがって回転し、回転変調データを出力する。その結果、回転後の位相が、４５度、１３５度、４５度、・・・となり、９０度単位で位相が変化する４状態のＱＰＳＫとなり、後段のキャリア再生部にて正しくキャリア再生ができる。
【００６４】
ここで、もし位相付加部２０ａにてフレーム全体(プリアンブル、ユニークワードも含め)に周期的な位相量を付加すると、どのシンボル（再生修正変調データ）から周期的な位相量の付加を開始したのか判断できなくなり、位相回転部７０ａにて周期的な位相量を再生するタイミングによっては、９０度単位で変化する位相にならない。その例を図９に示す。
【００６５】
そこで、位相付加部２０ａでは、プリアンブルとユニークワードとには周期的な位相量を付加せず、以降のデータの先頭から周期的な位相量の付加を開始する(図１０参照)。そうすることで、図５の復調ブロック２２０ＡのＵＷ検出部８０にてＵＷを検出し、その情報からデータの開始位置が特定できるので、その位置から位相回転部７０ａにて周期的な位相量の再生を開始し回転させることで、キャリア再生部７０にて正しくキャリア再生ができる。
【００６６】
尚、位相付加部２０ａおよび位相回転部７０ａは、規則コードを可変設定できる機能を有していることが好ましい。
【００６７】
本発明の第１の実施形態の効果について説明する。
【００６８】
本第１の実施形態では、送信する変調データが規則コードによる周期的な位相量の付加により、受信側は、規則コードを知らないとキャリア再生ができず正確に復調できなくなり、強度なセキュリティを確保した無線通信ができる。また、規則コードの数を増やせば増やすほど、より強度なセキュリティを確保した無線通信ができるようになる。また、規則コードに関し、デジタル変調装置、デジタル復調装置において可変設定機能を付与することにより、適宜変更が可能となり、さらにセキュリティ強化が可能となる。
【００６９】
［実施形態２］
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００７０】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るデジタル変復調システムに使用される復調ブロック２２０Ｂの概略構成を示すブロック図である。尚、変調ブロックの構成は図５と同様であるので、その図示を省略している。
【００７１】
図示の復調ブロック２２０Ｂは、位相回転部、キャリア再生部、およびＵＷ検出部が４個あり、さらにデータセレクタ部８０ａが付加されている点を除いて、図５に示した復調ブロック２２０Ａと同様の構成を有し、動作をする。
【００７２】
すなわち、復調ブロック２２０Ｂは、ルートナイキストフィルタ部５０と、クロック再生部６０と、第１乃至第４の位相回転部７０ａ−１、７０ａ−２、７０ａ−３、７０ａ−４と、第１乃至第４のキャリア再生部７０−１、７０−２、７０−３、７０−４と、第１乃至第４のＵＷ検出部８０−１、８０−２、８０−３、８０−４と、データセレクタ部８０ａと、復調部９０とから成る。
【００７３】
前述した本発明の第１の実施形態に係る方法では、データのみに周期的な位相量を付加している。これに対して、本発明の第２の実施形態に係る方法は、プリアンブルとユニークワードとを含めたフレーム全体（送信データ）に周期的な位相量を付加した場合の方法である。
【００７４】
本ケースでは、どのシンボル（送信シンボル）から周期的な位相量の付加を開始しているかわからないため、位相回転部７０ａでは、周期的な位相量の再生タイミングを、周期的な位相量の数(本例では４個)について考慮する必要がある。周期的な位相量を、それぞれ、「周期的な位相量１、２、３、４」と呼ぶことにする(図１１を参照)。さらに、キャリア再生部７０とＵＷ検出部８０を、それぞれ、周期的な位相量の数だけ(本例では4個)用意し、それぞれの周期的な位相量(「周期的な位相量１、２、３、４」)で独立に処理させる(図１２を参照)。この場合、キャリア再生が正しく行われ、ＵＷ検出部にてフレーム同期が成功するのは１つだけであることを利用し、データセレクタ部８０ａにて、フレーム同期が成功したＵＷ検出部からのデータを選択して後段処理にデータをわたす方法である。
【００７５】
本発明の第２の実施形態も、上述した本発明の第１の実施形態の効果と同様の効果を奏する。
【００７６】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態（実施例）に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、強度なセキュリティを確保した無線通信を必要とする分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０    送信データ生成部
２０    ＱＰＳＫ処理部
２０ａ    位相付加部
３０    ルートナイキストフィルタ部
４０    Ｄ／Ａ変換器（変調器）
４１    Ａ／Ｄ変換器（復調器）
５０    ルートナイキストフィルタ部
６０    クロック再生部
７０ａ、７０ａ−１〜７０ａ−４    位相回転部
７０、７０−１〜７０−４    キャリア再生部
８０、８０−１〜８０−４    ＵＷ検出部
８０ａ    データセレクタ部
９０    復調部
１００Ａ    デジタル変復調方式
２００Ａ    ＱＰＳＫ変復調ブロック
２１０Ａ    変調ブロック
２２０Ａ、２２０Ｂ    復調ブロック
【図１】
2015050686.tif 000003
【図２】
2015050686.tif 000004
【図３】
2015050686.tif 000005
【図４】
2015050686.tif 000006
【図５】
2015050686.tif 000007
【図６】
2015050686.tif 000008
【図７】
2015050686.tif 000009
【図８】
2015050686.tif 000010
【図９】
2015050686.tif 000011
【図１０】
2015050686.tif 000012
【図１１】
2015050686.tif 000013
【図１２】
2015050686.tif 000014