(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する多値符号化部と、
前記多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部と、
前記情報データ、前記多値信号、あるいは前記変調信号のいずれかにダミー信号を重畳するダミー信号重畳部とを備え、
前記多値符号化部は、
前記鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する多値処理部とを含む、データ送信装置。
【請求項２】
前記ダミー信号は、前記変調信号の信号対雑音比を制限する、所定の妨害信号である、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項３】
前記ダミー信号は、前記変調信号に同期し、予め定められた周期で発生するタイミング信号である、請求項１に記載のデータ送信装置。
【請求項４】
前記ダミー信号重畳部は、前記多値信号の１タイムスロットの長さに応じた振幅の変化パターンが異なる複数の保持信号を保持しており、不規則に生成されるダミー生成符号の値に応じて前記複数の保持信号のいずれかを、ダミー信号として前記多値信号に重畳するデータ送信装置。
【請求項５】
前記ダミー信号重畳部は、前記多値処理部と前記変調部との間に接続される同期部であ
り、
前記同期部は、
入力された同期信号を前記多値信号に多重して、同期多値信号を生成する信号同期部と、
前記同期信号の信号対雑音比が前記多値信号の信号対雑音比より高くなるように雑音を発生させて、当該雑音を同期雑音信号として出力する雑音同期部と、
前記同期多値信号と前記同期雑音信号とを合成する雑音合成部とを含む、請求項１１に記載のデータ送信装置。
【請求項６】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報から、値が略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、
情報データを入力し、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部と、
前記情報データ、前記第１の変調信号、あるいは前記第２の変調信号のいずれかにダミー信号を重畳するダミー信号重畳部と、
前記第１の変調信号と前記第２の変調信号とを合波する合波部とを備える、データ送信装置。
【請求項７】
暗号通信を行うデータ送信装置であって、
予め定められた所定の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、
情報データを入力し、前記第１の変調信号を前記情報データで変調して、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部と，
前記情報データ、前記第１の変調信号、あるいは前記第２の変調信号のいずれかにダミー信号を重畳するダミー信号重畳部とを備える、データ送信装置。
【請求項８】
データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置であって、
前記データ送信装置は、
予め定められた所定の第１の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値信号を発生する多値符号化部と、
前記第１の多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する変調部と、
前記情報データ、前記多値信号、あるいは前記変調信号のいずれかにダミー信号を重畳するダミー信号重畳部とを備え、
前記多値符号化部は、
前記第１の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する第１の多値符号列を発生する第１の多値符号発生部と、
所定の処理に従って、前記第１の多値符号列と前記情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する前記第１の多値信号に変換する多値処理部とを含み、
前記データ受信装置は、
前記所定の変調形式の変調信号を復調し、第２の多値信号を出力する復調部と、
予め定められた所定の第２の鍵情報と前記第２の多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備え、
前記多値復号化部は、
前記第２の鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する第２の多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記第２の多値符号列に基づいて前記第２の多値信号を識別し、前記情報データを出力する多値識別部とを含む、データ通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第３者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定者同志でのみ通信を行うには、送信／受信間で符号化／復号化のための鍵情報を共有し、当該鍵情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより秘密通信を実現する方法が採用されている。図６５は、当該方法に基づく、従来のデータ送信装置の構成を示すブロック図である。図６５において、従来のデータ通信装置は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２とが伝送路９１３によって接続された構成である。データ送信装置９０００１は、符号化部９１１、及び変調部９１２を備える。データ受信装置９０００２は、復調部９１４、及び復号化部９１５を備える。従来のデータ通信装置は、符号化部９１１に情報データ９０と第１の鍵情報９１とを入力し、復号化部９１５に第２の鍵情報９６を入力すると、復号化部９１５から情報データ９８を出力する。以下、図６５を参照しながら、従来のデータ通信装置の動作について説明する。
【０００３】
データ送信装置９０００１において、符号化部９１１は、第１の鍵情報９１に基づいて、情報データ９０を符号化（暗号化）する。変調部９１２は、符号化部９１１で符号化された情報データを所定の変調形式で変調して、変調信号９４として伝送路９１３を介してデータ受信装置９０００２に送出する。データ受信装置９０００２において、復調部９１４は、伝送路９１３を介して伝送されてきた変調信号９４を所定の復調方式で復調して出力する。復号化部９１５は、符号化部９１１との間で共有している第２の鍵情報９６に基づいて、復調部９１４によって復調された信号を復号化（暗号解読）して、元の情報データ９８を再生する。
【０００４】
ここで、盗聴者データ受信装置９０００３を用いて、第３者による盗聴行為について説明する。図６５において、盗聴者データ受信装置９０００３は、盗聴者復調部９１６、及び盗聴者復号化部９１７を備える。盗聴者復調部９１６は、データ送信装置９０００１とデータ受信装置９０００２との間で伝送される変調信号（情報データ）を盗聴して、盗聴した変調信号を所定の復調方式で復調する。盗聴者復号化部９１７は、第３の鍵情報９９に基づいて、盗聴者復調部９１６が復調した信号の復号化を試みる。ここで、盗聴者復号化部９１７は、符号化部９１１との間で鍵情報を共有していないため、第１の鍵情報９１と異なる第３の鍵情報９９に基づいて、盗聴者復調部９１６が復調した信号の復号化を試みることになる。このため、盗聴者復号化部９１７は、盗聴者復調部９１６が復調した信号を正しく復号化することができず、元の情報データを再生することができない。
【０００５】
このような数学的な演算に基づく数理暗号（または、計算暗号、ソフトウェア暗号とも呼ばれる）技術は、例えば、特許文献１の公報にも記されているように、アクセスシステム等に適用することができる。すなわち、１つの光送信器から送出された光信号を光カプラで分岐し、複数の光加入者宅の光受信器にそれぞれ配信するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）構成では、各光受信器に、所望の光信号以外の他加入者に向けた信号が入力される。そこで、互いに異なる鍵情報を用いて、加入者毎の情報データを暗号化することによって、互いの情報の漏洩・盗聴を防ぎ、安全なデータ通信を実現することができる。
【特許文献１】特開平９−２０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、数理暗号技術に基づく従来のデータ通信装置では、盗聴者は、たとえ鍵情報を共有しなくとも、暗号文（変調信号、または暗号化された情報データ）に対して、考え得る全ての組み合わせの鍵情報を用いた演算（総当たり攻撃）や、特殊な解析アルゴリズムの適用を試みれば、原理的に暗号解読が可能である。特に、近年の計算機の処理速度向上は目覚ましく、将来的に量子コンピュータ等の新しい原理による計算機が実現されれば、有限の時間内で、暗号文を盗聴できるという課題を有していた。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、盗聴者が暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的な計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、暗号化通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部と、ダミー信号重畳部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。ダミー信号重畳部は、情報データ、多値信号、あるいは変調信号のいずれかにダミー信号を重畳する。具体的には、多値符号化部は、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。多値符号発生部は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する。
【０００９】
好ましくは、ダミー信号重畳部は、多値処理部と変調部との間に接続され、多値信号に、第３者による多値信号のレベル判定を困難とするダミー信号を重畳する。また、ダミー信号は、多値信号の１タイムスロットの期間内において、振幅が連続的に変化する。
【００１０】
ダミー信号重畳部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに複数の信号のうちいずれか１つを、ダミー信号として多値信号に重畳する。
【００１１】
ダミー信号重畳部は、ダミー信号を発生するダミー信号発生部と、ダミー信号と多値信号とを合成する重畳部とを含む。また、ダミー信号重畳部は、所定の初期値から、乱数であるダミー生成符号を出力するダミー生成符号発生部をさらに含んでもよい。この場合、ダミー信号発生部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに、ダミー生成符号に基づいて複数の信号のうちいずれか一つを、ダミー信号として出力する。
【００１２】
好ましくは、ダミー信号の振幅は、多値信号の任意のレベルと、任意のレベルに隣接するレベルとの差のいずれか一方より大きく、かつ情報データの振幅より小さい。また、ダミー生成符号は、自然乱数系列である。
【００１３】
また、ダミー信号重畳部は、多値符号化部の前段に接続され、情報データに所定の雑音を重畳した雑音重畳情報データを、多値符号化部に出力する雑音制御部であってもよい。
【００１４】
また、ダミー信号重畳部は、多値符号発生部と多値処理部との間に挿入され、多値符号列に所定の雑音を重畳した雑音重畳多値符号列を、多値処理部に出力する雑音制御部であってもよい。
【００１５】
また、ダミー信号重畳部は、変調部の後段に接続され、変調信号に所定の雑音を重畳した雑音重畳変調信号を発生する雑音制御部であってもよい。
【００１６】
また、データ送信装置は、以下に示す多値符号化部と、変調部とを備えていてもよい。  多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。具体的には、多値符号化部は、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。多値符号発生部は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する際に、所定の雑音成分を変調信号に付与する。
【００１７】
好ましくは、変調部は、光源を含み、多値信号を光変調信号に変調する光変調部である。この場合、光源には、半導体レーザを用いることができる。
【００１８】
また、データ送信装置は、光変調信号の信号電力対雑音比を制御する光雑音制御部をさらに備えていてもよい。この場合、光雑音制御部は、所定の光雑音信号を発生する光雑音発生部と、光変調部から出力される光変調信号に、光雑音信号を重畳する光合成部とを含む。また、光雑音制御部は、光ファイバ増幅器であってもよい。また、光雑音制御部は、光変調信号を複数に分割し、複数に分割した光変調信号を互いに干渉させる光干渉部であってもよい。
【００１９】
また、光雑音制御部は、複数の反射点を有し、光変調信号を多重反射させる光多重反射部であってもよい。また、光雑音制御部は、光変調信号の一部を、光変調部に注入してもよい。光雑音制御部は、光変調信号の一部を反射して、光変調部に注入してもよい。また、光雑音制御部は、光変調部に所定の光信号を注入してもよい。
【００２０】
光雑音制御部は、所定の雑音信号を発生する雑音発生部と、雑音信号を光雑音信号に変換するとともに、光雑音信号を光変調部に注入する注入光発生部とを含む。好ましくは、光変調部が出力する光変調信号は、複数の波長の光からなる多モード光である。この場合、光雑音制御部は、多モード光の各波長の光の相対的な振幅関係または位相関係を変更することによって、光変調信号に雑音を発生させる。
【００２１】
好ましくは、光変調部が出力する光変調信号は、複数の波長の光からなる多モード光である。この場合、光雑音制御部は、多モード光から少なくとも一つの特定の波長の光を除去することによって、光変調信号に雑音を発生させる。
【００２２】
また、ダミー信号重畳部は、多値処理部と変調部との間に接続される同期部であってもよい。この場合、同期部は、入力された同期信号を多値信号に多重して、同期多値信号を生成する信号同期部と、同期信号の信号対雑音比が多値信号の信号対雑音比より高くなるように雑音を発生させて、雑音を同期雑音信号として出力する雑音同期部と、同期多値信号と同期雑音信号とを合成する雑音合成部とを含む。
【００２３】
好ましくは、雑音同期部が発生する雑音は、略ガウス分布の振幅分布を有する雑音である。また、同期信号の最大振幅は、多値信号の最大振幅より大きい。また、同期信号の最大振幅と多値信号の最大振幅との比率が一定である。
【００２４】
好ましくは、信号同期部は、多値信号と同期信号とを時分割多重する。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを周波数分割多重してもよい。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを空間分割多重してもよい。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを符号分割多重してもよい。
【００２５】
また、データ送信装置は、所定周期のタイミング信号を発生するタイミング信号発生部と、情報データ、多値符号列、あるいは多値信号のいずれかに対して、タイミング信号による振幅変調あるいはレベル変動を施す振幅変調部とをさらに備えてもよい。この場合、多値符号発生部は、タイミング信号に同期した多値符号列を発生する。
【００２６】
好ましくは、振幅変調部は、多値符号化部の前段に接続され、タイミング信号に基づいて、情報データに所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、多値符号化部に出力する。
【００２７】
あるいは、振幅変調部は、多値符号発生部と多値処理部との間に挿入され、タイミング信号に基づいて、多値符号列に所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、多値処理部に出力してもよい。
【００２８】
あるいは、振幅変調部は、多値符号化部と変調部との間に挿入され、タイミング信号に基づいて、多値信号に所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、変調部に出力してもよい。
【００２９】
あるいは、振幅変調部は、変調部の後段に接続され、タイミング信号に基づいて、変調信号に所定形式の振幅変調を施してもよい。
【００３０】
好ましくは、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、情報データに情報データの振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、多値符号列に多値符号列の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、多値信号に多値信号の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、変調信号に変調信号の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。
【００３１】
好ましくは、情報データは、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、多値符号列は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、多値信号は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、変調信号は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。
【００３２】
好ましくは、タイミング信号は、情報データ、多値符号列、あるいは多値信号に同期したクロックである。好ましくは、振幅変調部における所定の変調形式は、変調部における変調形式と異なる。
【００３３】
好ましくは、変調部における変調形式、及び振幅変調部における変調形式は、いずれか一方が強度変調または振幅変調であり、他方が角度変調である。
【００３４】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、多値符号化部の前段に接続され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、多値符号化部に出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００３５】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、多値符号化部と変調部との間に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値信号に振幅変調を施して、変調部に出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００３６】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、変調部の後段に接続され、振幅制御信号に基いて、変調信号に所定形式の変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００３７】
好ましくは、振幅変調部は、変調信号に振幅変調又は強度変調を施す。
【００３８】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の鍵情報から、値が略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、情報データを入力し、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部と、第１の変調信号と第２の変調信号とを合波する合波部とを備えていてもよい。
【００３９】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第２の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【００４０】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第１の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値符号列に振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【００４１】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、情報データを入力し、第１の変調信号を情報データで変調して、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部とを備えていてもよい。
【００４２】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第２の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【００４３】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第１の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値符号列に振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【００４４】
好ましくは、データ送信装置は、多値符号化部の前段に接続され、複数の情報データからなる情報データ群を、所定の処理に従って任意の進数に符号化し、Ｎ進符号化信号として多値符号化部に出力するＮ進符号化部をさらに備える。
【００４５】
Ｎ進符号化部は、情報データ群を任意の進数に符号化するのに、複数の情報データによる論理の組み合わせによって、Ｎ進符号化信号の多値レベルを変動させる。Ｎ進符号化部は、鍵情報に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号を出力する。Ｎ進符号化部は、鍵情報とは異なる鍵情報に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号を出力する。
【００４６】
好ましくは、多値符号化部は、予め定められた所定の期間ごとに、予め定められた複数の多値数のうち、いずれか１つの多値数の多値信号を発生する。
【００４７】
また、データ送信装置は、多値信号に対応する所定の同期信号を出力する同期信号発生部と、同期信号に基づいて、多値数を指示する多値処理制御信号を出力する多値処理制御部とをさらに備える。
【００４８】
好ましくは、多値符号化部は、少なくともいずれかの所定の期間において、２値の多値信号を出力する。好ましくは、多値符号化部は、２値の多値信号を、複数の多値数のうち、最大の多値数の多値信号の振幅以上の振幅にして、２値の多値信号を出力す。好ましくは、多値符号化部は、情報データを２値の多値信号として出力する。
【００４９】
好ましくは、データ送信装置は、多値数に応じて、情報データ、多値符号列、または多値信号の転送レートを変更する。好ましくは、データ送信装置は、多値数が小さくなるにつれて、情報データ、多値符号列、または多値信号の転送レートを大きくする。
【００５０】
また、本発明は、暗号化通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ受信装置は、所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備える。具体的には、多値復号化部は、鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する多値識別部とを含む。
【００５１】
好ましくは、データ受信装置は、復調部と多値復号化部との間に接続され、多値信号に含まれる第３者による多値信号のレベル判定を困難とするダミー信号成分を相殺可能なダミー信号を生成し、ダミー信号成分とダミー信号とを相殺するダミー信号相殺部をさらに備える。また、ダミー信号は、多値信号の１タイムスロットの期間内において、振幅が連続的に変化する。
【００５２】
好ましくは、ダミー信号相殺部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに複数の信号のうちいずれか一つを、ダミー信号として、ダミー信号成分と相殺させる。
【００５３】
好ましくは、ダミー信号相殺部は、ダミー信号を発生するダミー信号発生部と、ダミー信号とダミー信号成分とを相殺する相殺部とを含む。
【００５４】
好ましくは、ダミー信号相殺部は、所定の初期値から、乱数であるダミー生成符号を出力するダミー生成符号発生部をさらに含む。この場合、ダミー信号発生部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに、ダミー生成符号に基づいて複数の信号のうちいずれか一つを、ダミー信号として、ダミー信号成分と相殺させる。
【００５５】
好ましくは、多値信号は、同期をとるための同期信号成分と、情報データを鍵情報によって暗号化して得られる多値信号成分とを含む。この場合、同期信号成分の最大振幅は、多値信号成分の最大振幅より大きい値である。また、多値復号化部は、多値信号の振幅を表す振幅検出値に基づいて、多値信号の最大振幅を所定の値に制御する振幅制御部と、振幅制御部が出力する多値信号の振幅を検出し、検出した振幅を振幅検出値として振幅制御部に出力する検出部と、振幅制御部が出力する多値信号を閾値で識別し、閾値より大きい振幅の信号が同期信号成分であると判定し、同期信号成分を同期信号として抽出する同期抽出部とをさらに備える。多値符号発生部は、同期信号に基づいて、多値符号列を発生する。
【００５６】
好ましくは、多値信号は、同期をとるための同期信号成分と情報データを所定の鍵情報によって暗号化して得られる多値信号成分とを含む。この場合、同期信号成分の最大振幅は、多値信号成分の最大振幅より大きい値である。また、多値復号化部は、多値信号の振幅を検出し、検出した振幅を振幅検出値として出力する検出部と、振幅検出値に基づいて閾値を設定し、閾値より振幅の大きい信号成分を同期信号成分であると判定し、同期信号成分を同期信号として抽出する同期抽出部と、多値符号列の最大振幅を、振幅検出値に基づいて制御する振幅制御部とをさらに備える。多値符号発生部は、同期信号に基づいて、多値符号列を発生する。
【００５７】
好ましくは、検出部は、多値信号の最大振幅を、振幅検出値とする。また、検出部は、多値信号の振幅の平均値を、振幅検出値としてもよい。
【００５８】
好ましくは、同期抽出部は、同期信号成分の最大振幅と多値信号成分の最大振幅との比率を予め保持し、振幅検出値と比率とを用いて、閾値を決定する。
【００５９】
また、データ受信装置は、復調部から出力される多値信号を入力し、タイミング信号を再生するタイミング信号再生部をさらに備えてもよい。この場合、多値符号発生部は、タイミング信号に同期して、多値符号列を出力する。
【００６０】
また、データ受信装置は、変調信号を分岐し、一方を復調部に出力すると共に、他方を分岐出力する分岐部と、分岐部から出力される他方の変調信号を復調し、出力する第２の復調部と、第２の復調部から出力される電気信号から、タイミング信号を再生するタイミング信号再生部をさらに備えてもよい。この場合、多値符号発生部は、タイミング信号に同期して、多値符号列を出力する。
【００６１】
好ましくは、タイミング信号再生部は、タイミング信号に対応する周波数帯を透過する透過部である。
【００６２】
好ましくは、タイミング信号再生部は、タイミング信号に対応する周波数帯を透過する透過部と、透過部からの出力信号に同期したタイミング信号を生成する同期部とからなる。
【００６３】
好ましくは、多値復号化部は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部をさらに含む。多値識別部は、多値符号列および振幅制御信号に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する。
【００６４】
好ましくは、多値識別部は、予め定められた所定の期間において入力される多値信号の多値数に基づいて、多値信号を識別するための閾値を切り替える。
【００６５】
また、データ受信装置は、多値信号に対応する所定の同期信号を再生する同期信号発生部と、同期信号に基づいて、多値識別部における閾値を変更する多値識別制御信号とを出力する多値識別制御部をさらに備えてもよい。
【００６６】
好ましくは、多値復号化部は、少なくともいずれかの所定期間において、２値の多値信号の識別を行う。
【００６７】
また、本発明は、データ送信装置とデータ受信装置とが暗号通信を行うデータ通信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、多値符号化部と、変調部と、ダミー信号重畳部とを備える。多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。ダミー信号重畳部は、情報データ、多値信号、あるいは変調信号のいずれかにダミー信号を重畳する。具体的には、多値符号化部は、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。多値符号発生部は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する。
また、データ受信装置は、所定の変調形式の変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、予め定められた所定の鍵情報と多値信号とを入力し、情報データを出力する多値復号化部とを備える。具体的には、多値復号化部は、鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて多値信号を識別し、情報データを出力する多値識別部とを含む。
【００６８】
好ましくは、ダミー信号重畳部は、多値処理部と変調部との間に接続され、多値信号に、第３者による多値信号のレベル判定を困難とするダミー信号を重畳する。また、ダミー信号は、多値信号の１タイムスロットの期間内において、振幅が連続的に変化する。
【００６９】
ダミー信号重畳部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに複数の信号のうちいずれか１つを、ダミー信号として多値信号に重畳する。
【００７０】
ダミー信号重畳部は、ダミー信号を発生するダミー信号発生部と、ダミー信号と多値信号とを合成する重畳部とを含む。また、ダミー信号重畳部は、所定の初期値から、乱数であるダミー生成符号を出力するダミー生成符号発生部をさらに含んでもよい。この場合、ダミー信号発生部は、振幅の変化パターンが相異なる複数の信号を保持し、多値信号の１タイムスロットごとに、ダミー生成符号に基づいて複数の信号のうちいずれか一つを、ダミー信号として出力する。
【００７１】
好ましくは、ダミー信号の振幅は、多値信号の任意のレベルと、任意のレベルに隣接するレベルとの差のいずれか一方より大きく、かつ情報データの振幅より小さい。また、ダミー生成符号は、自然乱数系列である。
【００７２】
また、ダミー信号重畳部は、多値符号化部の前段に接続され、情報データに所定の雑音を重畳した雑音重畳情報データを、多値符号化部に出力する雑音制御部であってもよい。
【００７３】
また、ダミー信号重畳部は、多値符号発生部と多値処理部との間に挿入され、多値符号列に所定の雑音を重畳した雑音重畳多値符号列を、多値処理部に出力する雑音制御部であってもよい。
【００７４】
また、ダミー信号重畳部は、変調部の後段に接続され、変調信号に所定の雑音を重畳した雑音重畳変調信号を発生する雑音制御部であってもよい。
【００７５】
また、データ送信装置は、以下に示す多値符号化部と、変調部とを備えていてもよい。  多値符号化部は、予め定められた所定の鍵情報と情報データとを入力し、信号レベルが略乱数的に変化する多値信号を発生する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する。具体的には、多値符号化部は、多値符号発生部と、多値処理部とを含む。多値符号発生部は、鍵情報から信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する。多値処理部は、所定の処理に従って、多値符号列と情報データとを合成し、両信号レベルの組み合わせに対応したレベルを有する多値信号を生成する。変調部は、多値信号に基づいて、所定の変調形式の変調信号を発生する際に、所定の雑音成分を変調信号に付与する。
【００７６】
好ましくは、変調部は、光源を含み、多値信号を光変調信号に変調する光変調部である。この場合、光源には、半導体レーザを用いることができる。
【００７７】
また、データ送信装置は、光変調信号の信号電力対雑音比を制御する光雑音制御部をさらに備えていてもよい。この場合、光雑音制御部は、所定の光雑音信号を発生する光雑音発生部と、光変調部から出力される光変調信号に、光雑音信号を重畳する光合成部とを含む。また、光雑音制御部は、光ファイバ増幅器であってもよい。また、光雑音制御部は、光変調信号を複数に分割し、複数に分割した光変調信号を互いに干渉させる光干渉部であってもよい。
【００７８】
また、光雑音制御部は、複数の反射点を有し、光変調信号を多重反射させる光多重反射部であってもよい。また、光雑音制御部は、光変調信号の一部を、光変調部に注入してもよい。光雑音制御部は、光変調信号の一部を反射して、光変調部に注入してもよい。また、光雑音制御部は、光変調部に所定の光信号を注入してもよい。
【００７９】
光雑音制御部は、所定の雑音信号を発生する雑音発生部と、雑音信号を光雑音信号に変換するとともに、光雑音信号を光変調部に注入する注入光発生部とを含む。好ましくは、光変調部が出力する光変調信号は、複数の波長の光からなる多モード光である。この場合、光雑音制御部は、多モード光の各波長の光の相対的な振幅関係または位相関係を変更することによって、光変調信号に雑音を発生させる。
【００８０】
好ましくは、光変調部が出力する光変調信号は、複数の波長の光からなる多モード光である。この場合、光雑音制御部は、多モード光から少なくとも一つの特定の波長の光を除去することによって、光変調信号に雑音を発生させる。
【００８１】
また、ダミー信号重畳部は、多値処理部と変調部との間に接続される同期部であってもよい。この場合、同期部は、入力された同期信号を多値信号に多重して、同期多値信号を生成する信号同期部と、同期信号の信号対雑音比が多値信号の信号対雑音比より高くなるように雑音を発生させて、雑音を同期雑音信号として出力する雑音同期部と、同期多値信号と同期雑音信号とを合成する雑音合成部とを含む。
【００８２】
好ましくは、雑音同期部が発生する雑音は、略ガウス分布の振幅分布を有する雑音である。また、同期信号の最大振幅は、多値信号の最大振幅より大きい。また、同期信号の最大振幅と多値信号の最大振幅との比率が一定である。
【００８３】
好ましくは、信号同期部は、多値信号と同期信号とを時分割多重する。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを周波数分割多重してもよい。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを空間分割多重してもよい。また、信号同期部は、多値信号と同期信号とを符号分割多重してもよい。
【００８４】
また、データ送信装置は、所定周期のタイミング信号を発生するタイミング信号発生部と、情報データ、多値符号列、あるいは多値信号のいずれかに対して、タイミング信号による振幅変調あるいはレベル変動を施す振幅変調部とをさらに備えてもよい。この場合、多値符号発生部は、タイミング信号に同期した多値符号列を発生する。
【００８５】
好ましくは、振幅変調部は、多値符号化部の前段に接続され、タイミング信号に基づいて、情報データに所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、多値符号化部に出力する。
【００８６】
あるいは、振幅変調部は、多値符号発生部と多値処理部との間に挿入され、タイミング信号に基づいて、多値符号列に所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、多値処理部に出力してもよい。
【００８７】
あるいは、振幅変調部は、多値符号化部と変調部との間に挿入され、タイミング信号に基づいて、多値信号に所定の振幅変動またはレベル変動を付与して、変調部に出力してもよい。
【００８８】
あるいは、振幅変調部は、変調部の後段に接続され、タイミング信号に基づいて、変調信号に所定形式の振幅変調を施してもよい。
【００８９】
好ましくは、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、情報データに情報データの振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、多値符号列に多値符号列の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、多値信号に多値信号の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。また、振幅変調部は、タイミング信号に基づいて、変調信号に変調信号の最大振幅よりも大きい振幅変動またはレベル変動を付与する。
【００９０】
好ましくは、情報データは、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、多値符号列は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、多値信号は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。好ましくは、変調信号は、予め定められた所定期間において一定のレベルである。
【００９１】
好ましくは、タイミング信号は、情報データ、多値符号列、あるいは多値信号に同期したクロックである。好ましくは、振幅変調部における所定の変調形式は、変調部における変調形式と異なる。
【００９２】
好ましくは、変調部における変調形式、及び振幅変調部における変調形式は、いずれか一方が強度変調または振幅変調であり、他方が角度変調である。
【００９３】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、多値符号化部の前段に接続され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、多値符号化部に出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００９４】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、多値符号化部と変調部との間に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値信号に振幅変調を施して、変調部に出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００９５】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、変調部の後段に接続され、振幅制御信号に基いて、変調信号に所定形式の変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備えていてもよい。
【００９６】
好ましくは、振幅変調部は、変調信号に振幅変調又は強度変調を施す。
【００９７】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の鍵情報から、値が略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、情報データを入力し、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部と、第１の変調信号と第２の変調信号とを合波する合波部とを備えていてもよい。
【００９８】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第２の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【００９９】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第１の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値符号列に振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【０１００】
また、データ送信装置は、予め定められた所定の鍵情報から、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて、所定の変調形式の第１の変調信号を発生する第１の変調部と、情報データを入力し、第１の変調信号を情報データで変調して、所定の変調形式の第２の変調信号を発生する第２の変調部とを備えていてもよい。
【０１０１】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第２の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、情報データに振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【０１０２】
好ましくは、データ送信装置は、予め定められた所定の振幅制御鍵情報から、値が略乱数的に変化する振幅制御信号を発生する振幅制御信号発生部と、第１の変調部の前段に挿入され、振幅制御信号に基づいて、多値符号列に振幅変調を施して、出力する振幅変調部とをさらに備える。
【０１０３】
好ましくは、データ送信装置は、多値符号化部の前段に接続され、複数の情報データからなる情報データ群を、所定の処理に従って任意の進数に符号化し、Ｎ進符号化信号として多値符号化部に出力するＮ進符号化部をさらに備える。
【０１０４】
Ｎ進符号化部は、情報データ群を任意の進数に符号化するのに、複数の情報データによる論理の組み合わせによって、Ｎ進符号化信号の多値レベルを変動させる。Ｎ進符号化部は、鍵情報に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号を出力する。Ｎ進符号化部は、鍵情報とは異なる鍵情報に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号を出力する。
【０１０５】
好ましくは、多値符号化部は、予め定められた所定の期間ごとに、予め定められた複数の多値数のうち、いずれか１つの多値数の多値信号を発生する。
【０１０６】
また、データ送信装置は、多値信号に対応する所定の同期信号を出力する同期信号発生部と、同期信号に基づいて、多値数を指示する多値処理制御信号を出力する多値処理制御部とをさらに備える。
【０１０７】
好ましくは、多値符号化部は、少なくともいずれかの所定の期間において、２値の多値信号を出力する。好ましくは、多値符号化部は、２値の多値信号を、複数の多値数のうち、最大の多値数の多値信号の振幅以上の振幅にして、２値の多値信号を出力す。好ましくは、多値符号化部は、情報データを２値の多値信号として出力する。
【０１０８】
好ましくは、データ送信装置は、多値数に応じて、情報データ、多値符号列、または多値信号の転送レートを変更する。好ましくは、データ送信装置は、多値数が小さくなるにつれて、情報データ、多値符号列、または多値信号の転送レートを大きくする。
【発明の効果】
【０１０９】
本発明のデータ送信装置によれば、ダミー信号重畳部が、情報データ、多値信号、あるいは変調信号のいずれかに、第３者による多値信号のレベル判定を困難にするダミー信号を重畳する。これにより、データ送信装置は、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化を困難にし、より安全なデータ通信を行うことができる。
【０１１０】
また、ダミー信号重畳部が雑音制御部である場合、雑音制御部は、情報データ、多値信号、あるいは変調信号のいずれかに、雑音によるレベル変動を第３者による盗聴が不可能となるように適切に与える。これにより、データ送信装置は、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をより困難にし、より安全なデータ通信を行うことができる。
【０１１１】
また、データ送信装置は、雑音制御部の代わりに、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号を光変調信号として伝送することで、多値信号に物理的な性質によって不可避な量子雑音を付与する。また、データ送信装置は、光変調信号にさらに所定の雑音を付与してもよい。また、データ送信装置は、多値信号を複数の波長で発振する光変調信号に変換することで、多値信号に物理的な性質によって不可避な揺らぎを付与してもよい。これにより、データ送信装置は、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にし、より安全なデータ通信を行うことができる。
【０１１２】
本発明のデータ通信装置によれば、鍵情報に基づいて情報データを多値信号に符号化・変調して送信し、受信した多値信号を同一の鍵情報に基づいて復調・復号化し、多値信号の信号対雑音電力比を適正化する。これにより、データ通信装置は、暗号文の解析に要する時間を著しく増大させ、天文学的計算量に基づく秘匿性の高いデータ通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態にデータ通信装置は、データ送信装置１０１０１とデータ受信装置１０２０１とが伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１０１０１は、多値符号化部１１１、及び変調部１１２を備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａ、及び多値処理部１１１ｂを含む。データ受信装置１０２０１は、復調部２１１、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂを含む。伝送路１１０には、ＬＡＮケーブルや同軸ケーブル等の金属路線や、光ファイバケーブル等の光導波路を用いることができる。また、伝送路１１０は、ＬＡＮケーブル等の有線ケーブルに限られず、無線信号を伝搬することが可能な自由空間であってもよい。
【０１１４】
図２及び図３は、変調部１１２から出力される変調信号の波形を説明するための模式図である。以下に、第１の実施形態に係るデータ通信装置について、図１〜３を用いながら、その動作を説明する。
【０１１５】
第１の多値符号発生部１１１ａは、予め定められた所定の第１の鍵情報１１に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列１２（図２（ｂ））を発生する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２（図２（ｂ））と情報データ１０（図２（ａ））とを入力し、所定の手順に従って両信号を合成し、両信号レベルの組み合わせに一意に対応したレベルを有する多値信号１３（図２（ｃ））を生成する。例えば、多値処理部１１１ｂは、タイムスロットｔ１／ｔ２／ｔ３／ｔ４に対して、多値符号列１２のレベルがｃ１／ｃ５／ｃ３／ｃ４に変化する場合、この多値符号列１２をバイアスレベルとして、情報データ１０を加算することで、Ｌ１／Ｌ８／Ｌ６／Ｌ４にレベルが変化する多値信号１３を生成する。
【０１１６】
ここで、図３に示すように、情報データ１０の振幅を“情報振幅”、多値信号１３の全振幅を“多値信号振幅”、多値符号列１２のレベルｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５に対応して多値信号１３が取り得るレベルの組（Ｌ１、Ｌ４）／（Ｌ２、Ｌ５）／（Ｌ３、Ｌ６）／（Ｌ４、Ｌ７）／（Ｌ５、Ｌ８）をそれぞれ第１〜第５の“基底”、多値信号１３の最小信号点間距離を“ステップ幅”と呼称する。
【０１１７】
変調部１１２は、多値信号１３を所定の変調形式で変調して、変調信号１４として伝送路１１０に送出する。復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を復調し、多値信号１５を再生する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６を予め共有しており、第２の鍵情報１６に基づいて、多値符号列１２に相当する多値符号列１７を発生する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を閾値として、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、情報データ１８を再生する。ここで、変調部１１２と復調部２１１とが、伝送路１１０を介して送受信する所定の変調形式の変調信号１４は、電磁波（電磁界）または光波を多値信号１３で変調して得られたものである。
【０１１８】
なお、多値処理部１１１ｂは、上述したように、多値符号列１２と情報データ１０との加算処理によって多値信号１３を生成する以外に、いかなる方法を用いて多値信号１３を生成してもよいものとする。例えば、多値処理部１１１ｂは、情報データ１０に基づいて、多値符号列１２のレベルを振幅変調することで多値信号１３を生成してもよい。あるいは、多値処理部１１１ｂは、多値信号１３のレベルを予め記憶させたメモリから、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応した多値信号１３のレベルを逐次読み出すことで多値信号１３を生成してもよい。
【０１１９】
また、図２及び図３では、多値信号１３のレベルを８段階で表記したが、多値信号１３のレベルは、この表記に限定されるものではない。また、情報振幅を多値信号１３のステップ幅の３倍、もしくは整数倍として表記したが、情報振幅は、この表記に限定されるものではない。情報振幅は、多値信号１３のステップ幅のいかなる整数倍であってもよいし、また整数倍でなくてもよい。さらに、これに関連して、図２及び図３では、多値符号列１２の各レベルが、多値信号１３の各レベル間の略中心になるよう配置したが、多値符号列１２の各レベルは、この配置に限定されるものではない。例えば、多値符号列１２の各レベルは、多値信号１３の各レベル間の略中心でなくてもよいし、多値信号１３の各レベルに一致するものであってもよい。また、上述した説明では、多値符号列１２と情報データ１０とは、変化レートが互いに等しく、かつ同期関係にあることを前提としたが、一方の変化レートが他方の変化レートよりも高速（または低速）であってもよいし、また非同期であってもよいものとする。
【０１２０】
次に、第３者による変調信号１４の盗聴動作について説明する。盗聴者である第３者は、正規の受信者が備えるデータ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（盗聴者データ受信装置）を用いて変調信号１４を解読することが想定される。盗聴者データ受信装置は、変調信号１４を復調することにより多値信号１５を再生する。しかし、盗聴者データ受信装置は、データ送信装置１０１０１との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、鍵情報から多値符号列１７を発生させることができない。このため、盗聴者データ受信装置は、多値符号列１７を基準とした多値信号１５の２値判定を行うことができない。
【０１２１】
このような場合に考えられる盗聴動作としては、多値信号１５の全レベルに対する識別を同時に行う方法（一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる）がある。即ち、盗聴者データ受信装置は、多値信号１５が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して多値信号１５の同時判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。例えば、盗聴者データ受信装置は、図２に示した、多値符号列１２のレベルｃ０／ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５／ｃ６を閾値として、多値信号１５に対する多値判定を行うことにより、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。
【０１２２】
しかしながら、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、この雑音が変調信号１４に重畳されることによって、多値信号１５のレベルは、図４に示すように時間的・瞬時的に変動する。このような場合、正規受信者（データ受信装置１０２０１）が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比（信号対雑音強度比）は、多値信号１５の情報振幅と雑音量との比によって決まることになる。これに対して、盗聴者データ受信装置が判定する被判定信号（多値信号１５）のＳＮ比は、多値信号１５のステップ幅と雑音量との比によって決まることになる。
【０１２３】
このため、被判定信号が有する雑音レベルが同一条件下においては、盗聴者データ受信装置の方がデータ受信装置よりも、被判定信号のＳＮ比が相対的に小さくなり、伝送特性（誤り率）が劣化することになる。すなわち、データ通信装置は、この特性を利用することで、第３者の全閾値を用いた総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、データ通信装置は、多値信号１５のステップ幅を、当該雑音振幅（雑音強度分布の拡がり）に対して同オーダ、もしくはより小さく設定すれば、第３者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現できる。
【０１２４】
なお、被判定信号（多値信号１５、または変調信号１４）に重畳される雑音としては、変調信号１４に無線信号等の電磁波を用いた場合は空間場や電子部品等が有する熱雑音（ガウス性雑音）を、光波を用いた場合は熱雑音に加えて光子が発生する際の光子数ゆらぎ（量子雑音）を利用できる。特に、量子雑音を利用した信号には、その記録や複製等の信号処理を行うことができないことから、データ通信装置は、雑音量を基準にして多値信号１５のステップ幅を設定することで、第３者による盗聴を不可能として、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
【０１２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、多値信号の信号点間距離を雑音量に対して、第３者による盗聴が不可能となるように適切に設定する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化を困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１２６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１０１０２が第１のデータ反転部１１３を、データ受信装置１０２０２が第２のデータ反転部２１３をさらに備える。以下に、第２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に順ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１２７】
第１のデータ反転部１１３は、図２（ａ）に示す情報データ１０が有する“０／１”と、“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”との対応関係を固定せず、所定の手順で当該対応関係を略ランダムに変更する。例えば、第１のデータ反転部１１３は、多値符号化部１１１と同様に、所定の初期値に基づいて発生させた乱数系列（疑似乱数列）と情報データ１０との排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ＯＲ）の演算を行い、その演算結果を多値符号化部１１１に出力する。第２のデータ反転部２１３は、多値復号化部２１２から出力されたデータについて、第１のデータ反転部１１３と逆の手順で、当該“０／１”と“Ｌｏｗ／Ｈｉｇｈ”の対応関係を変更する。例えば、第２のデータ反転部２１３は、第１のデータ反転部１１３が備える初期値と同一の初期値を共有し、これに基づいて発生させた乱数のビット反転系列と、多値復号化部２１２から出力されたデータとの排他的論理和の演算を行い、その演算結果を情報データ１８として再生する。
【０１２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データの反転を略ランダムに行うことで、暗号としての多値信号の複雑性を大きくする。これにより、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難とし、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１２９】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６において、第３の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ通信装置１０１０３が雑音制御部１１４をさらに備える。雑音制御部１１４は、雑音発生部１１４ａ、及び合成部１１４ｂを含む。以下、第３の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１３０】
雑音発生部１１４ａは、所定の雑音を発生する。合成部１１４ｂは、多値信号１３と雑音とを合成して、変調部１１２に出力する。すなわち、雑音制御部１１４は、図４を用いて説明した多値信号１３のレベル変動を故意に生じさせて、多値信号１３のＳＮ比を任意の値に制御する。なお、上述したように、雑音発生部１１４ａが発生する雑音としては、熱雑音や量子雑音等が用いられる。また、雑音が合成（重畳）された多値信号を雑音重畳多値信号と呼ぶことにする。
【０１３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号のＳＮ比を任意に制御する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１３２】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図である。第４の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）、または第３の実施形態（図６）に準ずる構成である。以下、図７を用いて本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。
【０１３３】
図１または図６を参照して、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号１３の各ステップ幅（Ｓ１〜Ｓ７）を、各レベルの変動量（すなわち、各レベルに重畳されている雑音強度分布）に従って設定する。具体的には、多値符号化部１１１は、多値識別部２１２ｂに入力される被判定信号（すなわち、多値信号１５）の隣り合う２つの信号点間のＳＮ比が略均一になるように、当該信号点間距離を配分する。なお、多値符号化部１１１は、多値信号１５の各レベルに重畳される雑音量が等しい場合には、各ステップ幅を均等に設定することになる。
【０１３４】
一般に、変調部１１２から出力される変調信号１４として、半導体レーザ（ＬＤ）を光源とした光強度変調信号を想定した場合、ＬＤに入力される多値信号１３のレベルに依存して、変調信号１４の変動幅（雑音量）は変化する。これは、ＬＤが自然放出光を「種光」とした誘導放出の原理に基づいて発光することに起因しており、その雑音量は、誘導放出光量に対する自然放出光量の相対比で定義されている。ここで、励起率（ＬＤに注入するバイアス電流に対応）が高い程、誘導放出光量の割合が大きくなるため、雑音量は小さくなり、逆に、励起率が低い程、自然放出光量の割合が大きくなるため、雑音量は大きくなる。そこで、多値符号化部１１１は、図７に示すように、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を大きく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を小さく（すなわち、非線形に）設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一に設定する。
【０１３５】
また、変調信号１４として光変調信号を利用した場合でも、上記の自然放出光による雑音や光受信器に用いる熱雑音が充分小さい条件下では、受信信号のＳＮ比は、主にショット雑音で決定されることになる。このような条件下では、多値信号のレベルが大きい程、多値信号に含まれる雑音量が大きくなる。このため、多値符号化部１１１は、図７の場合とは逆に、多値信号のレベルが小さい領域ではステップ幅を小さく、多値信号のレベルが大きい領域ではステップ幅を大きく設定することにより、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比を略均一に設定する。
【０１３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、被判定信号の隣り合う信号点間のＳＮ比が略均一になるように、多値信号の信号点間距離を設定する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１３７】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図８において、第５の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ通信装置１３１０５がダミー信号重畳部１１８をさらに備える。ダミー信号重畳部１１８は、ダミー生成符号発生部１１８ａ、ダミー信号発生部１１８ｂ、及び重畳部１１８ｃを含む。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。以下の説明において、「信号点間距離」とは、多値信号または多値符号列が取り得る任意の信号レベルと、隣接する信号レベルとのレベル差のことをいう。
【０１３８】
また、図８では、第３者による盗聴動作を説明するために、第２のデータ受信装置１３３０５を示している。第２のデータ受信装置１３３０５は、第２の復調部４０１、及び第２の多値復号化部４０２を備える。ただし、第２のデータ受信装置１３３０５は、第３者による盗聴動作を説明するための構成であり、本発明のデータ通信装置にとって必要な構成でない。
【０１３９】
ダミー信号重畳部１１８は、多値処理部１１１ｂから入力される多値信号１３に、ダミー信号３２を重畳する。ダミー信号とは、第３者による多値信号１３のレベルの判定を困難にするために、多値信号１３に重畳する信号のことである。ダミー信号重畳部１１８において、ダミー生成符号発生部１１８ａには、ダミー信号鍵情報３０が入力される。ダミー生成符号発生部１１８ａは、ダミー信号鍵情報３０から、ダミー生成符号３１を生成し、ダミー信号発生部１１８ｂに出力する。ダミー信号発生部１１８ｂは、ダミー生成符号３１の値に対応するダミー信号３２を出力する。重畳部１１８ｃは、多値信号１３とダミー信号３２とを重畳し、ダミー信号重畳多値信号３３を変調部１１２に出力する。
【０１４０】
図９を用いて、ダミー信号重畳部１１８の動作の一例を説明する。図９（ａ）は、ダミー生成符号発生部１１８ａが出力するダミー生成符号３１の一例を示す図である。ダミー生成符号発生部１１８ａは、入力されたダミー信号鍵情報３０から、図９（ａ）に示すようなダミー生成符号３１を生成するとともに、多値信号１３の１タイムスロットＴに同期させて、ダミー生成符号３１を１ビットずつダミー信号発生部１１８ｂに出力する。
【０１４１】
ダミー信号発生部１１８ｂは、多値信号１３の１タイムスロットの長さに応じた振幅の変化パターンが異なる信号（以下、「保持信号」という）を複数保持している。保持信号は、振幅が連続的に変化する。また、保持信号のそれぞれの振幅は、多値信号１３の信号点間距離より大きく、かつ多値信号１３の情報振幅より十分小さいものとする。また、保持信号の振幅の平均レベルは、他の信号の平均レベルと互いに異なる値である。本実施形態では、保持信号の振幅の変化パターンは、図９（ｃ）に示すＰ１〜Ｐ４の４つであるものとする。なお、保持信号の振幅の変化パターンは、４種類でなくてもよい。
【０１４２】
ダミー信号発生部１１８ｂは、入力されたダミー生成符号３１の値に対応したダミー信号を出力する。ダミー信号発生部１１８ｂは、２ビットの信号値と、保持信号とを対応づけている。ダミー信号発生部１１８ｂは、入力されたダミー生成符号３１の直前の２ビットの値に応じた保持信号をダミー信号３２として出力する。例えば、図９（ｂ）のダミー生成符号３１の直前２ビットが、“０１”であった場合、ダミー信号発生部１１８ｂは、図９（ｃ）に示す保持信号Ｐ１をダミー信号３２として出力する。なお、ダミー信号３２において、ダミー信号３２の出現パターンを第３者に解読されることを避けるため、ダミー生成符号３１は、擬似乱数又は自然乱数などであることが望ましい。また、ダミー生成符号３１と保持信号との対応関係は、図９に示す関係でなくてもよい。重畳部１１８ｃは、入力される多値信号１３にダミー信号３２を重畳し、ダミー信号重畳多値信号３３を出力する。
【０１４３】
図１０は、データ送信装置１３１０５における、情報データ１０、多値信号１３、ダミー信号重畳多値信号３３、及び変調信号１４との対応関係を示す図である。図１０（ａ）は、多値処理部１１１ｂに入力される情報データ１０の一例を示す図である。図１０（ｂ）は、多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３を示す図である。図１０（ｃ）は、ダミー信号重畳多値信号３３を示す図である。図１０（ｄ）は、変調信号１４を示す図である。
【０１４４】
多値処理部１１１ｂは、図１０（ａ）に示す情報データ１０と、多値符号列１２とを加算処理することによって、図１０（ｂ）に示す多値信号１３を出力する。なお、多値処理部１１１ｂは、情報データ１０の符号を反転させた情報データ１０と多値符号列１２との加算処理をおこなってもよい。また、情報データ１０の振幅の調整を行った上で、多値符号列１２との加算処理をおこなってもよい。ダミー信号重畳部１１８において、重畳部１１８ｃは、多値信号１３と、ダミー信号３２とを重畳し、図１０（ｃ）に示すようなダミー信号重畳多値信号３３を変調部１１２に出力する。
【０１４５】
変調部１１２は、ダミー信号重畳多値信号３３を、伝送路１１０に適した信号形態に変換し、変調信号１４を伝送路１１０に送信する。例えば、伝送路１１０が光伝送路の場合、変調部１１２は、ダミー信号重畳多値信号３３を光信号に変換する。変調部１１２において、ダミー信号重畳多値信号３３を変調信号１４に変調する際、熱雑音や量子雑音などの雑音信号がさらに変調信号１４に重畳される。このため、変調信号１４は、図１０（ｄ）に示すような波形となる。
【０１４６】
データ受信装置１１２０１の動作について説明する。伝送路１１０を介して入力された変調信号１４は、復調部２１１によって、ダミー信号重畳多値信号３４に復調される。ダミー信号重畳多値信号３４は、多値識別部２１２ｂに入力される。図１０（ｄ）に示すように、ダミー信号重畳多値信号３４におけるダミー信号成分の振幅は、多値信号１５の情報振幅より十分小さく、多値信号１５の多値識別レベル（多値符号列１２のレベル）を超えない。このため、多値識別部２１２ｂは、ダミー信号成分の影響をほとんど受けることなく、ダミー信号重畳多値信号３４の２値判定を行い、情報データ１８に復号することができる。従って、データ受信装置１１２０１は、ダミー信号重畳多値信号３４からダミー信号成分を取り除く必要がない。多値識別部２１２ｂは、ダミー信号成分が重畳された状態で、ダミー信号重畳多値信号３４の２値判定が可能である。このため、ダミー信号鍵情報３０は、人為的に生成できる擬似乱数系列だけでなく、人為的に生成することが不可能な完全乱数である自然乱数を用いることができる。
【０１４７】
第３者が、第２のデータ受信装置１３３０５を用いて、変調信号１４を傍受する場合を考える。第３者は、第２の復調部４０１において、変調信号１４を、ダミー信号重畳多値信号４１に復調する。続いて、第３者は、ダミー信号重畳多値信号４１から２値判定を試みる。しかし、第３者は、データ送信装置１３１０５との間で第１の鍵情報１１を共有していない。従って、第３者は、第１の鍵情報に基づいて、多値信号１３の２値判定を行うことはできない。このため、第３者は、第２の多値復号化部４０２において、ダミー信号重畳多値信号４１の取り得る全ての信号レベルを判別することによって、多値判定を試みる。多値信号１３の信号レベルを正確に取得することができた場合、第３者は、総当り攻撃による第１の鍵情報１１の解読が可能になる。
【０１４８】
ところが、ダミー信号重畳多値信号４１には、図１０（ｃ）に示すように、振幅が多値信号の信号点間距離より大きいダミー信号が重畳されている。このため、第２の多値復号化部４０２は、ダミー信号重畳多値信号４１から、多値信号１３のレベルの正確な多値判定を行うことができない。従って、第３者は、第１の鍵情報１１の解読も不可能となるとともに、傍受した変調信号１４から情報データ１０を復号することができない。
【０１４９】
以上のように、本実施形態によれば、送信する多値信号に、多値信号の信号点間距離より振幅の平均値が大きく、かつ多値信号の情報振幅より振幅の小さい複数のダミー信号を重畳する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化を困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１５０】
なお、ダミー信号の期間は、多値信号１３の１タイムスロットより長く設定してもよい。この場合、ダミー信号が１種類であっても、上記と同様の効果を得ることができる。この場合、ダミー生成符号発生部１１８ａは不要になる。
【０１５１】
また、ダミー信号３２の振幅の平均レベルの差は、多値信号１３の信号点間距離より大きくしてもよい。ダミー信号３２の振幅の平均レベルの差を多値信号１３の信号点間距離より大きくすることによって、多値信号１３に重畳されるダミー信号３２の振幅が、信号点間距離より大きい値でランダムに変化することになるため、第３者の多値判定を妨げる効果をより大きくすることができる。
【０１５２】
また、ダミー信号重畳部１１８は、図１１に示すように、ダミー生成符号発生部１１８ａを含まない構成としてもよい。この場合、ダミー信号発生部１１８ｂには、多値符号列１２が入力される。ダミー信号発生部１１８ｂは、入力される多値符号列１２のそれぞれの値とダミー信号の種類とを対応付けて、ダミー信号３２を出力する。
【０１５３】
さらに、図８に示すデータ通信装置は、データ受信装置１１２０１に代えて、図１２に示すデータ受信装置１３２０５を用いてもよい。図１２に示すデータ受信装置１３２０５は、図１に示すデータ受信装置１１２０１に、さらにダミー信号相殺部２１４を備えた構成である。ダミー信号相殺部２１４は、復調部２１１と多値識別部２１２ｂとの間に設置される。ダミー信号相殺部２１４は、第２のダミー生成符号発生部２１４ａ、第２のダミー信号発生部２１４ｂ、及び相殺部２１４ｃを含む。第２のダミー生成符号発生部２１４ａの動作は、ダミー生成符号発生部１１８ａの動作と同じである。また、第２のダミー信号発生部２１４ｂの動作は、ダミー信号発生部１１８ｂの動作と同じである。第２のダミー生成符号発生部２１４ａは、データ送信装置１３１０５のダミー信号鍵情報３０と同じダミー信号鍵情報３５に基づいて、ダミー生成符号３６を出力する。第２のダミー信号発生部２１４ｂは、ダミー信号３７を生成する。相殺部２１４ｃは、生成したダミー信号３７と、復調部２１１から出力されるダミー信号重畳多値信号３４に含まれるダミー信号成分とを相殺し、多値信号１５を多値識別部２１２ｂに出力する。
【０１５４】
ダミー信号相殺部２１４が、ダミー信号重畳多値信号３４のダミー信号成分を相殺するため、データ送信装置１３１０５において、ダミー信号重畳部１１８は、多値信号１３の情報振幅に制限されない大きい振幅のダミー信号を重畳することが可能となる。これにより、第３者の多値判定を妨げる効果をより大きくすることができる。ただし、図１２に示すダミー信号相殺部２１４を用いる場合、データ送信装置及びデータ受信装置で用いるダミー信号鍵情報は、自然乱数を用いず、人為的に生成できる擬似乱数系列を用いる。
【０１５５】
（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１３において、第６の実施形態に係るデータ通信装置は、第３の実施形態に係るデータ通信装置（図６）と比較して、データ通信装置１５１０５が備える雑音制御部１１４の位置が異なる。以下、この異なる部分を中心に、第６の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第３の実施形態（図６）に準ずるため、第３の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１５６】
データ送信装置１５１０５において、雑音発生部１１４ａは、所定の雑音である雑音信号２１を発生する。合成部１１４ｂは、情報データ１０と雑音信号２１とを合成し、雑音重畳情報データ４３を出力する。すなわち、雑音制御部１１４は、情報データ１０にレベル変動を与え、情報データ１０の雑音量を任意に制御する。多値処理部１１１ｂは、雑音重畳情報データ４３と多値符号列１２とを用いて、多値信号を生成する。このとき、多値処理部１１１ｂが生成する多値信号は、図４に示すようなレベル変動が生じた雑音重畳多値信号２２となる。なお、雑音発生部１１４ａで発生する雑音には、熱雑音や量子雑音等が用いられる。変調部１１２は、雑音重畳多値信号２２を変調した変調信号１４を、伝送路１１０に送出する。
【０１５７】
データ受信装置１０２０１において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を復調して、雑音重畳多値信号２３を出力する。多値識別部２１２ｂは、雑音重畳多値信号２３の２値判定を行い、情報データ１８に再生する。このように、本実施形態において、データ送信装置１５１０５は、情報データ１０に雑音信号２１を重畳した雑音重畳情報データ４３を用いて、多値信号を生成する。これにより、データ送信装置１５１０５は、データ受信装置１０２０１における多値識別部２１２ｂに入力する雑音重畳多値信号２３（被判定信号）のＳＮ比を制御する。
【０１５８】
以上のように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データに雑音によるレベル変動を与えて、情報データの雑音量を任意に制御する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をより困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１５９】
なお、変調信号１４を復調することによって得られる多値信号のＳＮ比を制御できるのであれば、雑音制御部１１４を図１３で示す位置と異なる位置に挿入または接続してもよい。例えば、図１４に示すデータ送信装置１５１０５ａように、雑音制御部１１４を第１の多値符号発生部１１１ａと多値処理部１１１ｂとの間に挿入してもよい。この場合、雑音制御部１１４は、多値符号列に雑音信号が重畳された雑音重畳多値符号列４４を多値処理部１１１ｂに出力する。これによって、データ受信装置１０２０１の多値識別部２１２ｂに入力される雑音重畳多値信号２３のＳＮ比を制御することができる。
【０１６０】
また、図１５に示すデータ送信装置１５１０５ｂように、雑音制御部１１４を変調部１１２の後段に接続して、変調信号１４に所定の雑音を付与する構成としてもよい。この場合、雑音制御部１１４は、変調信号１４に雑音信号２１が重畳された雑音重畳変調信号４５を、伝送路１１０に送出する。これによって、データ受信装置１０２０１の多値識別部２１２ｂに入力される雑音重畳多値信号２３のＳＮ比を制御することができる。
【０１６１】
また、雑音制御部１１４が情報データ１０、多値符号列１２、あるいは変調信号１４に重畳する雑音信号２１は、第３者による多値信号のレベル判定を困難にする信号であるため、上述したダミー信号の１つとして捉えることもできる。このため、雑音制御部１１４は、ダミー信号重畳部と呼ぶことができる。
【０１６２】
（第７の実施形態）
図１６は、本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６において、データ送信装置１５１０６は、多値符号化部１１１、及び第１の光変調部１２５を備える。第１の光変調部１２５は、光源１２５ａを含む。データ受信装置１５２０６は、光復調部２１９、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂを含む。データ送信装置１５１０６とデータ受信装置１５２０６とは、光伝送路１２６を介して接続される。
【０１６３】
図１６から分かるように、データ送信装置１５１０６は、図１に示すデータ送信装置１０１０１の変調部１１２に代えて、第１の光変調部１２５を備える。また、データ受信装置１５２０６は、図１に示すデータ受信装置１０２０１の復調部２１１に代えて、光復調部２１９を備える。データ送信装置１５１０６とデータ受信装置１５２０６とは、伝送路１１０に代えて、光伝送路１２６を介して接続する。これまでの実施形態では、伝送路の媒体を特定しなかったが、本実施形態のデータ通信装置は、光信号を用いて信号の伝送を行う。以下、この異なる部分を中心に、第７の実施形態について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０１６４】
光源１２５ａは、多値符号化部１１１から入力された多値信号１３を、光変調信号４６に変調する。光源１２５ａには、光を発生させる素子であれば、どれを用いてもよい。例えば、光源１２５ａとしては、半導体レーザ、気体レーザ、発光ダイオードなどの光発生素子が用いられる。第１の光変調部１２５から出力された光変調信号４６は、光伝送路１２６を介して、光復調部２１９へ伝送される。光復調部２１９は、光変調信号４６を復調して、雑音重畳多値信号２３を出力する。
【０１６５】
光復調部２１９が、雑音重畳多値信号２３を出力する理由について以下に説明する。光源１２５ａで用いられる光発生素子は、物性的な性質として、例え定常的な動作条件であっても、量子力学的な「場の揺らぎ」の影響を受ける。このため、光発生素子が出力する光信号の強度（または光発生素子が発生する光子数）は、不可避の場のゆらぎによる雑音（量子雑音）を伴うことが知られている。このため、光源１２５ａが、多値信号１３を光変調信号４６に直接変調する際に、光変調信号４６には、量子雑音が雑音成分として付与される。光変調信号４６に付与された量子雑音は、多値信号のＳＮ比を劣化させる。このため、光復調部２１９の出力する信号は、雑音重畳多値信号２３となる。従って、データ送信装置１５１０６は、図１３に示すデータ送信装置１５１０５と同様の効果を得ることができる。
【０１６６】
多値信号の多値数を大きくした場合、多値信号の多値レベルと判定閾値とのレベル差は小さくなる。多値信号の判定閾値を超えるような雑音信号が多値信号に重畳された場合、多値信号の多値判定は、不可能となる。しかし、量子雑音は、後述する自然放出光などによる雑音と比較して雑音量は小さい。このため、量子雑音は、多値数が多く、多値信号の多値レベルと判定閾値とのレベル差は小さい多値信号に重畳する雑音として有効である。
【０１６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、図１３に示すデータ通信装置のように雑音制御部１１４を備えなくても、第６の実施形態に係るデータ送信装置１５１０５と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号を光変調信号として伝送することで、多値信号に物理的な性質によって不可避な量子雑音を付与する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１６８】
なお、データ送信装置１６１０５は、図１７に示すデータ送信装置１６１０５ｂのように、第１の光変調部１２５に代えて、第２の光変調部１２７を備える構成としてもよい。第２の光変調部１２７は、光源１２７ａ、及び外部光変調部１２７ｂを含む。外部光変調部１２７ｂは、光源１２７ａから出力される光を、多値信号１３によって変調を行う。第２の光変調部１２７のような外部変調方式によって得られる効果は、第１の光変調部１２５を用いて直接変調方式を用いた場合と同じである。
【０１６９】
また、データ送信装置１５１０６は、雑音制御部１１４を図６及び図１３〜１５で示す位置に挿入してもよい。これにより、第１の光変調部１２５は、多値信号１３に雑音が重畳された雑音重畳多値信号２２を光変調信号４６に変調する。従って、データ送信装置１５１０６は、雑音制御部１１４をさらに備えた場合、データ受信装置１５２０６の多値識別部２１２ｂに入力される雑音重畳多値信号２３のＳＮ比を制御することができる。
【０１７０】
さらに、データ送信装置１５１０６は、図１８に示すデータ送信装置１５１０６ｃのように、雑音発生部１２５ｃをさらに備える構成としてもよい。雑音発生部１２５ｃは、光源１２５ａに直接接続される。この場合、データ送信装置１５１０６ｃ及びデータ送信装置１５１０５の機能及び効果は、同じである。
【０１７１】
（第８の実施形態）
図１９は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図１９において、データ送信装置１５１０７は、多値符号化部１１１、第１の光変調部１２５、及び第１の光雑音制御部１２８を備える。第１の光雑音制御部１２８は、光雑音発生部１２８ａ、及び光合成部１２８ｂを含む。データ受信装置１５２０６は、光復調部２１９、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂを含む。データ送信装置１５１０６とデータ受信装置１５２０６とは、光伝送路１２６を介して接続される。
【０１７２】
図１９から分かるように、データ送信装置１５１０７は、図１６に示すデータ送信装置１５１０６に、第１の光雑音制御部１２８をさらに備えた構成である。以下、この異なる部分を中心に、第８の実施形態について説明する。なお、本実施形態の構成は、第７の実施形態（図１６）に準ずるため、第７の実施形態と同一の動作を行うブロックには、同一の参照符号を付与してその説明を省略する。
【０１７３】
第１の光雑音制御部１２８において、光雑音発生部１２８ａは、自然放出光雑音などのゆらぎ性の大きな光を、所定の光雑音信号４７として光合成部１２８ｂに出力する。なお、光雑音発生部１２８ａは、ＬＥＤまたは光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などを用いてもよい。光合成部１２８ｂは、第１の光変調部１２５が出力した光変調信号４６と、光雑音信号４７とを合成して、雑音重畳光変調信号４８を光伝送路１２６に送出する。第１の光変調部１２５は、第６の実施形態と同様に、直接変調方式及び外部変調方式のどちらを用いてもよい。
【０１７４】
データ送信装置１５１０７は、光変調信号４６に光雑音信号４７を重畳することによって、多値信号１３のＳＮ比を任意の値に制御する。これにより、多値識別部２１２ｂに入力する被判定信号（雑音重畳多値信号２３）のＳＮ比を制御する。また、第７６の実施形態で説明したように、第１の光変調部１２５の光源は、量子雑音を発生させる。このため、光変調信号４６には、量子雑音が重畳される。これによって、データ送信装置１５１０７は、図１６に示すデータ送信装置１５１０６と同様の効果も得ることができる。
【０１７５】
なお、第１の光雑音制御部１２８は、光変調信号４６に対して光雑音信号４７を重畳させること、または光変調信号４６のＳＮ比を制御することができれば、図１９に示す構成と異なる原理または構成を用いてもよい。また、データ送信装置１５１０７は、第１の光変調部１２５に代えて、第２の光変調部１２７を用いてもよい。
【０１７６】
例えば、第１の光雑音制御部１２８は、光の干渉性を利用して、光変調信号４６に過剰な雑音を発生させてもよい。光の干渉性を利用する場合、第１の光雑音制御部１２８は、光変調信号４６を複数に分岐し、分岐した光変調信号４６に遅延差を与えた後、再合波する光干渉計などを用いてもよい。また、第１の光雑音制御部１２８は、光伝送路１２６上に複数の反射点を設け、当該反射点間で光変調信号４６を多重反射させる構成としてもよい。
【０１７７】
また、第１の光雑音制御部１２８は、第１の光変調部１２５の光源として半導体レーザレーザ等を用いる場合、半導体レーザの出力光の一部を再度半導体レーザに注入する構成によって過剰な雑音を発生させてもよい。半導体レーザに再度注入された半導体レーザの出力光は、光共振器等の発振パラメータに擾乱を与えるため、光変調信号４６の強度、波長に対して大きなゆらぎを発生させる。
【０１７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、符号化した多値信号を光変調信号に変換して、光領域で多値信号に雑音を付与する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１７９】
（第９の実施形態）
図２０は、本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２０において、データ送信装置１５１０８は、多値符号化部１１１、第２の光雑音制御部１２９、及び第２の光変調部１２７を備える。第２の光雑音制御部１２９は、雑音発生部１２９ａ、及び注入光発生部１２９ｂを含む。第２の光変調部１２７は、光源１２７ａ、及び外部光変調部１２７ｂを含む。データ受信装置１５２０６は、光復調部２１９、及び多値復号化部２１２を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂを含む。データ送信装置１５１０８とデータ受信装置１５２０６とは、光伝送路１２６を介して接続される。
【０１８０】
図２０から分かるように、データ送信装置１５１０８は、図１６に示すデータ送信装置１５１０６の第１の光雑音制御部１２７に代えて、第２の光雑音制御部１２９を備える。また、データ送信装置１５１０８は、第１の光変調部１２５に代えて、第２の光変調部１２７を備える。以下、この異なる部分を中心に、第９の実施形態について説明する。なお、本実施形態の構成は、第７の実施形態（図１６）に準ずるため、第７の実施形態と同一の動作を行うブロックには、同一の参照符号を付与してその説明を省略する。
【０１８１】
第２の光雑音制御部１２９において、雑音発生部１２９ａは、熱雑音などの所定の雑音信号２１を発生する。注入光発生部１２９ｂは、雑音発生部１２９ａから入力された雑音信号２１を、光雑音信号４７に変換する。光雑音信号４７は、光強度または光周波数などのパラメータに関して大きなゆらぎを持つ。
【０１８２】
注入光発生部１２９ｂから出力された光雑音信号４７は、光源１２７ａに注入される。光源１２７ａは、注入光発生部１２９ｂから入力された光信号によって、光源１２７ａの発振条件に擾乱が与えられる。この結果、光源１２７ａが出力する光信号は、大きなゆらぎを持つ。外部光変調部１２７ｂは、光源１２７ａが出力する大きなゆらぎを持つ光信号を、多値信号１３に基づいて光変調を行い、光伝送路１２６に送出する。このように、光変調信号４６は、大きなゆらぎを持った状態、すなわち雑音重畳光変調信号４８として伝送される。従って、本実施形態のデータ送信装置１５１０８は、図８に示すデータ送信装置１５１０５と同様の効果を得ることができる。
【０１８３】
以上に説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号をゆらぎ性の大きな光変調信号に変換する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を故意に与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１８４】
なお、第２の光雑音制御部１２９は、光源１２７ａの発振条件に擾乱を与える光を発生させることができれば、他の構成または原理を用いてもよい。また、本実施形態では、光を発振する光源１２７ａと、多値信号１３に基づいて光源１２７ａからの出力光を変調する外部光変調部１２７ｂとを独立に備える外部光変調構成としたが、第７の実施形態と同様に、データ送信装置１５１０８は、光源に直接的に多値信号を入力して光変調信号に変換する直接光変調構成であってもよい。
【０１８５】
（第１０の実施形態）
図２１は、本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２１において、データ送信装置１５１０９は、多値符号化部１１１、第１の光変調部１２５、及び第３の光雑音制御部１３０を備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａと多値処理部１１１ｂとを含む。データ受信装置１５２０６は、光復調部２１９と多値復号化部２１２とを備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと、多値識別部２１２ｂとを含む。データ送信装置１５１０９とデータ受信装置１５２０６とは、光伝送路１２６を介して接続される。
【０１８６】
図２１から分かるように、データ送信装置１５１０９は、図１６に示すデータ送信装置１５１０６に、第３の光雑音制御部１３０をさらに備えた構成である。以下、この異なる部分を中心に、第１０の実施形態について説明する。なお、本実施形態の構成は、第７の実施形態（図１６）に準ずるため、同一の動作を行うブロックには、同一の参照符号を付与してその説明を省略する。
【０１８７】
第１の光変調部１２５は、入力された多値信号１３を光変調信号４６に直接変調する。第１の光変調部１２５の光源１２５ａ（図示せず）には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、ファブリペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザなどが用いられる。ＬＥＤ及びファブリペローレーザは、複数の波長で発振するため、複数の波長の光（モード光）からなる多モード光を出力する。第３の光雑音制御部１３０は、第１の光変調部１２５から出力された光変調信号４６に対して所定の雑音を付与した、雑音重畳光変調信号４８を光伝送路１２６に出力する。
【０１８８】
本実施形態におけるデータ送信装置１５１０９が、雑音の付与する方法について詳細に説明する。第１の光変調部１２５は、光源１２５ａに発光ダイオードまたはファブリペローレーザなどを用いるため、第１の光変調部１２５が出力する光変調信号４６は、図２２（ａ）に示すような、複数の波長の光からなる多モード光となる。図２２（ａ）に示すように、光変調信号４６は、モードがｍ１〜ｍ８の８種類のモード光からなる多モード光であるとする。光変調信号４６において、各モード光は、図２２（ａ）に示すように、光強度及び光位相のパラメータが瞬時的に変動する。また、各発振モード光の光強度及び光位相の変動成分は、他のモード光の光強度及び光位相の変動成分と互いに相関性を持っている。このため、各モード光の総光強度は、略一定値を示すという性質がある。従って、光変調信号４６の光強度も略一定値となる。
【０１８９】
第３の光雑音制御部１３０は、光フィルタなどが用いられる。第３の光雑音制御部１３０の光フィルタは、光変調信号４６の少なくとも一つのモード光を遮断する。図２２（ｂ）は、第３の光雑音制御部１３０における、光フィルタの透過特性の一例を示す図である。図２２（ｂ）に示す例において、第３の光雑音制御部１３０の光フィルタは、ｍ６のモード光を遮断し、その他のモード光を透過させる。
【０１９０】
図２２（ｃ）は、第３の光雑音制御部１３０によって、一部のモード光が欠如した多モード光を示す図である。多モード光は、一部のモード光が欠如すると、光検波時に各モード光の変動成分の相関性が崩れる。このため、光変調信号４６には、モードパーティションノイズ（モード分配雑音）が発生する。このため、第３の光雑音制御部１３０から出力される雑音重畳光変調信号４８には、モード分配雑音が重畳された状態で、光伝送路１２６に出力されることになる。このように、第３の光雑音制御部１３０は、雑音重畳光変調信号４８の雑音をより効率的に増大させ、雑音重畳多値信号２３により大きなレベル変動を与えて、当該ＳＮ比を制御する。
【０１９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、符号化した多値信号を複数の波長で発振する光変調信号に変換することで、多値信号に物理的な性質によって不可避な揺らぎを付与する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を故意に与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０１９２】
なお、データ送信装置１５１０９は、第１の光変調部１２５に代えて、第２の光変調部１２７を用いてもよい。
【０１９３】
また、第３の光雑音制御部１３０は、図２３（ｂ）に示すように、各モード光に対して所定のパターンの透過特性を与えるフィルタでもよい。図２３（ｂ）に示す透過特性を持つフィルタを透過した各モード光は、図２３（ｃ）に示すような、各モードによって異なる光スペクトルを生成する。これによって、各モード光は、光信号としてのコヒーレント性が変質する。このため、光復調部２１９において、多モード光は、光検波時に過剰な雑音を発生することになる。これによって、データ受信装置１５２０６の多値識別部２１２ｂに入力される雑音重畳多値信号２３のＳＮ比を制御する。
【０１９４】
（第１１の実施形態）
図２４は、本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図２４に示すデータ送信装置２１１０５は、同期部１３９を新たに有する点が、第１の実施形態のデータ送信装置１０１０１（図１）と異なる。また、データ受信装置２１２０５は、多値復号化部２１２が、検出部２４０、振幅制御部２４１、及び同期抽出部２４２を新たに有する点が、第１の実施形態のデータ受信装置１０２０１（図１）と異なる。
【０１９５】
データ送信装置２１１０５において、第１の多値符号発生部１１１ａは、第１の鍵情報１１及び同期信号７２に基づいて、多値符号列１２を生成する。多値処理部１１１ｂは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、多値信号１３を生成する。同期部１３９は、多値信号１３に同期信号７２を多重した同期多値信号７４を生成し、同期多値信号７４に同期雑音信号７３を重畳した雑音重畳同期多値信号７５を生成する。なお、同期部１３９の詳細な動作については、後述する。変調部１１２は、雑音重畳同期多値信号７５を所定の変調形式の変調信号１４に変換して、伝送路１１０に送出する。
【０１９６】
なお、同期部１３９が生成する雑音重畳同期多値信号７５は、第３者による多値信号のレベル判定を困難にする信号であるため、上述したダミー信号の１つとして捉えることができる。このため、同期部１３９は、ダミー信号重畳部と呼ぶことができる。
【０１９７】
データ受信装置２１２０５において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送された変調信号１４を復調し、多値信号１５を再生する。なお、多値信号１５は、データ送信装置２１１０５において多重された同期信号成分を含むため、以下の説明では、多値信号１５を同期多値信号７６と記載する。検出部２４０は、同期多値信号７６の最大振幅を検出する。振幅制御部２４１は、検出部２４０の検出結果に基づいて、同期多値信号７６の最大振幅を所定値に制御する。同期抽出部２４２は、同期多値信号７６から同期信号７７を抽出する。第２の多値符号発生部２１２ａは、第２の鍵情報１６及び同期信号７７に基づいて、多値符号列１７を生成する。多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を閾値として同期多値信号７６の識別を行い、情報データ１８を再生する。
【０１９８】
図２５〜３０を用いて、データ送信装置２１１０５の詳細な動作を説明する。図２５は、情報データ１０の時間波形の一例を示す図である。図２６は、同期信号７２の時間波形の一例を示す図である。図２７は、図２５に示す情報データ１０と多値符号列１７とを合成した多値信号１３の時間波形を示す図である。図２８は、図２６に示す同期信号７２と図２７に示す多値信号１３とを合成した同期多値信号７４の時間波形を示す図である。図２９、雑音同期部１４１が出力する同期雑音信号７３の時間波形の一例を示す図である。図３０は、雑音合成部１４２が出力する雑音重畳同期多値信号７５の時間波形を示す図である。以下の説明では、多値信号１３の多値数を８とする。なお、図２５〜３０の横軸は、タイムスロットを単位としている。図２５〜３０は、時間が一致しているものとして説明を行う。
【０１９９】
第１の多値符号発生部１１１ａは、同期信号７２の入力がない時間に、第１の鍵情報１１を用いて生成した多値符号列１２を出力する。図２６に示す同期信号７２の場合、第１の多値符号発生部１１１ａは、同期信号の入力がない時間ｔ１〜ｔ６に、多値符号列１２を多値処理部１１１ｂに出力する。
【０２００】
多値処理部１１１ｂは、図２５に示す情報データ１０と多値符号列１２とを合成して多値信号１３を生成する。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２が入力されるタイミングに基づいて多値信号１３を生成する。図２７に示す例では、多値処理部１１１ｂは、時間ｔ１〜ｔ６において多値信号１３を出力する。
【０２０１】
信号同期部１４０は、図２６に示す同期信号７２と図２７に示す多値信号１３とを合成して、図２８に示す同期多値信号７４を生成する。図２６に示す同期信号７２は、時間ｔ−３〜ｔ０に信号同期部１４０に入力される。図２７に示す多値信号１３は、時間ｔ１〜ｔ６に信号同期部１４０に入力される。このように、信号同期部１４０は、異なるタイミングで入力される同期信号７２と多値信号１３とを合成して、同期多値信号７４を生成する。なお、同期信号７２の最大振幅は、図２８に示すように、多値信号１３の最大振幅より大きい。
【０２０２】
雑音同期部１４１は、白色雑音等を生成し、同期信号７２の入力がない時間に、雑音を同期雑音信号７３として出力する。図２９に示す例では、雑音同期部１４１は、同期信号７２が入力される時間ｔ−２〜ｔ０に、同期雑音信号７３を出力しない。なお、雑音同期部１４１は、同期信号７２に基づいて、雑音量を変化させた同期雑音信号７３を出力してもよい。具体的には、雑音同期部１４１は、同期信号７２が入力される時間に出力する同期雑音信号７３の雑音量を、同期信号７２が入力されない時間に出力する同期雑音信号７３の雑音量より少なくして出力すればよい。
【０２０３】
雑音合成部１４２は、同期多値信号７４と同期雑音信号７３とを合成して、雑音重畳同期多値信号７５を生成する。図３０に示すように、雑音重畳同期多値信号７５は、同期信号に該当する信号成分に雑音が重畳されず、同期多値信号に該当する信号成分にのみ雑音が重畳さる。すなわち、雑音合成部１４２は、同期信号に該当する信号成分の信号対雑音比を、多値信号に該当する信号成分の信号対雑音比より常に高い状態にして、雑音重畳同期多値信号７５を出力する。
【０２０４】
図３１を用いて、データ受信装置２１２０５の詳細な動作を説明する。図３１は、復調部２１１が変調信号を復調して再生した同期多値信号７６の時間波形の一例を示す図である。
【０２０５】
検出部２４０は、同期多値信号７６の最大振幅を検出し、検出結果を振幅検出値として振幅制御部２４１に出力する。すなわち、検出部２４０は、図３１に示すように、同期多値信号７６の同期信号に該当する信号成分（以下、同期信号成分という）（図３１の時間ｔ−２〜ｔ０の信号）を検出する。同期信号成分は、データ送信装置２１２０５において同期雑音信号が重畳されないため、同期多値信号７６の多値信号に該当する信号成分（以下、多値信号成分という）よりも信号対雑音比が高い。従って、検出部２４０は、同期多値信号７６の最大振幅を高精度に検出することができる。
【０２０６】
振幅制御部２４１は、振幅検出値に基づいて、入力される同期多値信号７６の最大振幅（すなわち、同期信号成分の最大振幅）が一定の値になるように制御する。このように、データ受信装置２１２０５は、検出部２４０及び振幅制御部２４１を用いて、同期多値信号７６の最大振幅をフィードバック制御する。データ受信装置２１２０５は、データ受信装置２１２０５に入力される変調信号１４のレベルが変動しても、同期信号成分の最大振幅を制御することによって、同期多値信号７６の波形を高精度に再生することができる。
【０２０７】
同期抽出部２４２は、図３１に示す同期多値信号７６から、同期信号判定レベルを超える振幅を持つ信号を同期信号７７として抽出し、第２の多値符号発生部２１２ａに出力する。すなわち、同期抽出部２４２は、同期信号成分を同期信号７７として抽出する。同期抽出部２４２は、多値信号成分の最大振幅を予め保持しており、多値信号成分の最大振幅より大きい値を、同期信号判定レベルとして設定する。このため、同期抽出部２４２は、同期信号成分を容易に抽出することができる。
【０２０８】
第２の多値符号発生部２１２ａは、同期信号７７が入力されるタイミングに基づいて、生成した多値符号列１７を出力する。具体的には、図３１に示す時間ｔ１〜ｔ４において、多値符号列１７を多値識別部２１２ｂに出力する。
【０２０９】
多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７を用いて、多値符号列１７が入力されたタイミングと同じタイミングで入力された多値信号成分の識別を行い、情報データ１８を再生する。このように、多値識別部２１２ｂは、振幅制御部２４１が同期多値信号７６の最大振幅を振幅制御部２４１において一定値に制御することによって、最大振幅が一定である多値符号列１７を用いて同期多値信号７６を高精度に識別できる。
【０２１０】
不特定の第３者が、変調信号１４を傍受する場合を考える。第３者は、傍受した変調信号１４から同期多値信号７６を再生し、同期多値信号７６を識別することによって、情報データの再生を試みる。しかし、第３者は、第１の鍵情報１１をデータ送信装置２１２０５と共有していない。このため、第３者は、秘匿性の低い同期信号成分を検出できるが、多値信号成分を識別するための多値符号列１７を生成することができない。従って、第３者は、多値信号成分の全レベルに対する識別を同時に行うことによって、第１の鍵情報１１または情報データを抽出する必要がある。
【０２１１】
しかしながら、データ送信装置２１２０５の雑音合成部１４２が同期多値信号７４と同期雑音信号７３とを合成するため、多値信号成分の信号対雑音比は低下する。多値信号成分の信号対雑音比の低下に伴い、多値信号成分のレベルの判定の精度が制限されるため、第３者は、多値信号成分のレベルの判定誤りを避けることができない。第３者は、多値信号成分のレベルを正しく判定できず、誤って判定した結果に対して解読を試みることになる。このため、第３者は、多値信号成分から情報データを正しく再生できない。従って、第１１の実施形態に係るデータ通信装置は、情報データの秘匿化を実現することができる。
【０２１２】
以上説明したように、本実施形態によれば、データ送信装置２１２０５は、秘匿性の低い同期信号に該当する信号成分の信号対雑音比を、多値信号に該当する信号成分の信号対雑音比より高く設定する。このため、データ受信装置２１２０５は、精度の高い同期信号を抽出することができる。従って、データ受信装置２１２０５は、情報データを精度よく再生することができる。また、データ受信装置２１２０５は、同期多値信号７６の最大振幅を所定の値に制御する。これにより、データ受信装置２１２０５は、最大振幅が一定である多値符号列１７を用いて、最大振幅が一定の同期多値信号７６を識別することができるため、最大振幅が変動する同期多値信号７６の識別よりも、判定誤りを少なくすることができる。
【０２１３】
なお、第１１の実施形態において、多値符号化部１１１は、多値信号１３に同期信号７２を多重する際に時分割多重を用いるものとして説明したが、周波数多重や空間分割多重、符号分割多重などを用いてもよい。
【０２１４】
また、第１１の実施形態において、第１の多値符号発生部１１１ａに同期信号を入力しなくてもよい。この場合、信号同期部１４０は、同期信号７２が入力されるタイミングに、多値信号１３に同期信号７２を挿入すればよい。これにより、信号同期部１４０は、同期多値信号７４と同じ信号を生成することができる。
【０２１５】
また、第１１の実施形態において、データ送信装置２１１０５は、同期多値信号７４の多値信号に該当する信号成分にのみ雑音を与えることによって、同期多値信号７４の同期信号に該当する信号成分の信号対雑音比を、同期多値信号７４の多値信号に該当する信号成分の信号対雑音比より高くするものとして説明した。しかし、データ送信装置２１１０５は、同期信号７２の最大振幅を多値信号１３の最大振幅より所定の比率だけ大きくすることによって同期多値信号７４の同期信号に該当する信号成分の信号対雑音比を、同期多値信号の多値信号に該当する信号成分の信号対雑音比より大きくしてもよい。
【０２１６】
また、第１１の実施形態において、検出部２４０は、同期多値信号７６の振幅の平均値を振幅検出値としてもよい。この場合、振幅制御部２４１は、同期信号７２の最大振幅と多値信号１３の最大振幅との比である最大振幅比を予め保持する。振幅制御部２４１は、最大振幅比と振幅検出値とを用いて、同期多値信号７６の最大振幅を決定する。通常、同期多値信号７４において、同期信号７２が割り当てられる時間は、多値信号１３が割り当てられる時間より短い。このため、同期多値信号７６の振幅の平均値は、多値信号成分の平均値とみなすことができる。これにより、振幅制御部２４１は、同期多値信号の振幅の平均値の変化に応じて同期多値信号７６の最大振幅を制御することができる。このため、同期多値信号７６の最大振幅（同期信号成分の最大振幅）を検出する場合よりも、データ受信装置２１２０５を簡易な構成とすることがすることが可能となる。
【０２１７】
（第１２の実施形態）
図３２は、本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図３２に示すデータ通信装置は、データ受信装置２１２０６のみが第１１の実施形態（図２４）と異なっている。データ受信装置２１２０６において、多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、多値識別部２１２ｂ、検出部２４３、同期抽出部２４４、及び振幅制御部２４５を含む。なお、本実施形態のデータ送信装置２１１０５は、第１１の実施形態のデータ送信装置２１１０５（図２４）と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【０２１８】
データ受信装置２１２０６において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して伝送された変調信号１４を復調し、同期多値信号７６を再生する。検出部２４３は、同期多値信号７６の最大振幅を検出する。
【０２１９】
同期抽出部２４４は、同期信号７２の最大振幅と多値信号１３の最大振幅との比率である第１の最大振幅比を予め保持している。同期抽出部２４４は、検出部２４３が検出した同期多値信号の最大振幅（すなわち、同期信号成分の最大振幅）と最大振幅比とから、同期信号判定レベルを設定する。同期信号判定レベルは、多値信号成分の最大振幅より大きくなるように設定される。同期抽出部２４４は、同期信号判定レベルより振幅の大きい信号を同期信号７７として抽出し、第２の多値符号発生部２１２ａに出力する。
【０２２０】
第２の多値符号発生部２１２ａは、同期信号７７が入力されるタイミングに基づいて、多値符号列１７を出力する。振幅制御部２４５は、検出部２４３の検出結果に基づいて、多値符号列１７の最大振幅を制御する。多値識別部２１２ｂは、振幅が制御された多値符号列１７を閾値として同期多値信号７６の識別を行い、情報データ１８を再生する。
【０２２１】
第１１の実施形態では、最大振幅を制御した同期多値信号７６の識別を行っていた。しかし、第１２の実施形態において、データ受信装置２１２０６は、同期多値信号７６の最大振幅を制御せず、検出部２４３の検出結果に基づいて多値符号列１７の最大振幅を制御する点が異なる。そして、データ受信装置２１２０６は、最大振幅を制御した多値符号列１７を用いて、同期多値信号７６を直接識別する。
【０２２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、データ受信装置２１２０６は、同期多値信号７６の最大振幅に基づいて、同期多値信号７６の最大振幅の変化に応じて同期多値信号７６の識別を行うために、多値符号列１７の最大振幅を制御する。また、データ受信装置２１２０６は、第１１の実施形態にように同期多値信号７６の最大振幅のフィードバック制御を行わない。このため、データ受信装置２１２０６は、同期多値信号７６の最大振幅の急激な変化に対しても、高速に同期多値信号７６の振幅制御を対応させることが可能となる。
【０２２３】
なお、第１２の実施形態において、検出部２４３は、第１１の実施形態に係る検出部２４０と同様に、同期多値信号７６の振幅の平均値を振幅検出値としてもよい。この場合、同期抽出部２４４は、第１の最大振幅比を予め保持する。同期抽出部２４４は、振幅検出値と第１の最大振幅比とを用いて、同期信号判定レベルを決定する。また、振幅制御部２４５は、同期信号７２の最大振幅と多値符号列１７の最大振幅との比率である第２の最大振幅比を予め保持する。振幅制御部２４５は、振幅検出値と第２の最大振幅比とを用いて、多値符号列１７の最大振幅を決定する。この場合も、最大振幅を検出する場合よりも、データ受信装置２１２０６を簡易な構成とすることがすることが可能となる。
【０２２４】
（第１３の実施形態）
図３３は、本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図３３において、データ通信装置は、データ送信装置１８１０５とデータ受信装置１８２０５とが伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１８１０５は、多値符号化部１１１、変調部１１２、タイミング信号発生部１３２、及び振幅変調部１３１を備える。多値符号化部１１１は、第１の多値符号発生部１１１ａ、及び多値処理部１１１ｂを含む。データ受信装置１８２０５は、復調部２１１、多値復号化部２１２、及びタイミング信号再生部２３０を備える。多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａ、及び多値識別部２１２ｂを含む。すなわち、第１３の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１８１０５がタイミング信号発生部１３２と振幅変調部１３１とを、データ受信装置１８２０５がタイミング信号再生部２３０をさらに備える点が異なっている。
【０２２５】
図３４は、本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の各部の信号波形を説明するための模式図である。図３４（ａ）は、タイミング発生部１３２から出力されるタイミング信号６０の波形例を示している。図３４（ｂ）は、第１の多値符号発生部１１１ａから出力される多値符号列１２の波形例を示している。図３４（ｃ）は、振幅変調部１３１から出力される振幅変調情報データ３６の波形例を示している。なお、図３４（ｃ）の点線は、振幅変調部１３１に入力される情報データ１０の波形例を示している。図３４（ｄ）は、多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３の波形例を示している。なお、図３４（ｄ）の点線は、図３４（ｂ）で示される多値符号列１２の波形例を示している。図３４（ｅ）は、タイミング信号再生部２３０で再生されるタイミング信号６１の波形例を示す図である。
【０２２６】
以下に、第１３の実施形態に係るデータ通信装置について、図３４を用いて、その動作を説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２２７】
データ送信装置１８１０５において、タイミング信号発生部１３２は、所定周期のタイミング信号６０（図３４（ａ））を発生し、第１の多値符号発生部１１１ａ及び振幅変調部１３１に出力する。第１の多値符号発生部１１１ａは、タイミング信号６０に同期して多値符号列１２（図３４（ｂ））を発生する。振幅変調部１３１は、情報データ１０にタイミング信号６０に基づく振幅変調を施し、振幅変調情報データ３６（図３４（ｃ））として多値符号化部１１１に出力する。多値符号化部１１１は、振幅変調情報データ３６と多値符号列１２とを合成して、多値信号１３（図３４（ｄ））を生成する。なお、タイミング信号６０としては、多値符号列１２（または多値信号１３）に対応するクロック信号やフレーム信号が用いられる。
【０２２８】
データ受信装置１８２０５において、タイミング信号再生部２３０は、復調部２１１から多値信号１５を受信する。タイミング信号再生部２３０は、多値信号１５から上述したタイミング信号６０に相当するタイミング信号６１（図３４（ｅ））を抽出し、第２の多値符号発生部２１２ａに出力する。第２の多値符号発生部２１２ａは、タイミング信号６１に同期して、上述した多値符号列１２に相当する多値符号列１７を発生させる。
【０２２９】
なお、タイミング信号再生部２３０は、多値信号１５からタイミング信号６１を抽出できればどのような構成でもよい。例えば、タイミング信号再生部２３０は、タイミング信号６１に対応する周波数帯のみを透過するフィルタ等で構成されてもよいし、さらに透過された信号に対して周波数同期をかけて、より正確なタイミング信号６１を再生するように構成されてもよい。
【０２３０】
また、振幅変調部１３１は、多値信号１３に対して、タイミング信号６０に同期した振幅変動もしくはレベル変動を与えられるのであれば、図３３と異なるいずれの部位に挿入・接続されても良い。例えば、振幅変調部１３１は、多値符号化部１１１と変調部１１２との間に挿入され、多値信号１３に振幅変調を施しても良いし（図３６参照）。また、振幅変調部１３１は、第１の多値符号発生部１１１ａと多値処理部１１１ｂとの間に挿入され、多値符号列１２に振幅変調を施しても良い（図３７参照）。
【０２３１】
また、振幅変調部１３１は、変調部１１２の後段に接続され、変調信号１４に振幅変調を施しても良い（図３８参照）。この場合、振幅変調部１３１における変調形式と、変調部１１２における変調形式とは、異なるものであることが望ましい。例えば、データ通信装置は、一方を強度変調形式として、他方を角度変調形式とすることにより、情報データ１０とタイミング信号６０との間の干渉による波形劣化を低減し、より高品質な伝送を行うことができる。
【０２３２】
また、振幅変調部１３１は、タイミング信号再生部２３０でのタイミング信号６１の再生品質の観点から、タイミング信号６０に基づいた入力信号（情報データ１０、多値符号列１２、多値信号１３、あるいは変調信号１４）の振幅変調を、入力信号の最大振幅に対して十分に大きくすることが望ましい。
【０２３３】
また、データ通信装置は、タイミング信号再生部２３０でのタイミング信号６１の再生品質の観点から、振幅変調部１３１への入力信号（情報データ１０、多値符号列１２、多値信号１３、あるいは変調信号１４）を所定の期間一定レベルとすることが望ましい。図３５は、振幅変調部１３１への入力信号を所定の期間一定レベルとした場合のデータ通信装置の信号波形を説明する模式図である。図３５を参照して、データ送信装置１８１０５は、振幅変調部１３１への入力信号（この例では、情報データ１０）を、所定の期間一定のレベルとする。これにより、データ受信装置１８２０５は、より高品質なタイミング信号６１を再生することができる。
【０２３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、さらにタイミング信号に同期した振幅変動もしくはレベル変動を多値信号に付与することで、多値信号復調時の同期処理を容易にすることができる。これにより、簡易な構成によるデータ通信装置を提供することができる。
【０２３５】
（第１４の実施形態）
図３９は、本発明の第１４の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図３９において、データ通信装置は、データ送信装置１８１０６とデータ受信装置１８２０６とが伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１８１０６は、第１３の実施形態に係るデータ送信装置１８１０５と同様であるので説明を省略する。データ受信装置１８２０６は、第１３の実施形態に係るデータ受信装置１８２０５に対して、分岐部２３１と第２の復調部２３２とをさらに備える。
【０２３６】
以下に、第１４の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１３の実施形態（図３３）に準ずるため、第１３の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２３７】
データ受信装置１８２０６において、分岐部２３１は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を分岐し、一方を復調部２１１に、他方を第２の復調部２３２に出力する。第２の復調部２３２は、変調信号１４を復調し、多値信号１５を再生する。タイミング信号再生部２３０は、第２の復調部２３２から出力された多値信号１５から、上述したタイミング信号６０に相当するタイミング信号６１を抽出し、第２の多値符号発生部２１２ａに出力する。
【０２３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化し、さらにタイミング信号に同期した振幅変動もしくはレベル変動を多値信号に付与することで、多値信号復調時の同期処理を容易にすることができる。これにより、簡易な構成によるデータ通信装置を提供することができる。
【０２３９】
（第１５の実施形態）
図４０は、本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図４０において、第１５の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１４１０５が振幅制御部１２０をさらに備える点が異なる。振幅制御部１２０は、第１の振幅制御信号発生部１２０ａ、及び振幅変調部１２０ｂを含む。
【０２４０】
図４１は、本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の各部の信号波形を説明するための模式図である。図４１（ａ）は、情報データ１０の波形の一例を示している。図４１（ｂ）は、振幅変調部１２０ｂから出力される振幅変調情報データ３６の波形の一例を示している。なお、図４１（ｂ）の点線は、図４１（ａ）で示される情報データ１０の波形である。図４１（ｃ）は、第１の多値符号発生部１１１ａから出力される多値符号列１２の波形の一例を示している。図４１（ｄ）は、多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３の波形の一例を示している。なお、図４１（ｄ）の点線は、図２６（ｃ）で示される多値信号１３の波形を示している。以下に、第１５の実施形態に係るデータ通信装置の動作について、図４１を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、第１の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２４１】
データ送信装置１４１０５において、第１の振幅制御信号発生部１２０ａには、第１の鍵情報１１が入力される。第１の振幅制御信号発生部１２０ａは、第１の鍵情報１１に基づいて、当該値が略乱数的に変化する振幅制御信号３５を発生する。振幅制御信号３５は、振幅変調部１２０ｂに入力される。また、振幅変調部１２０ｂには、情報データ１０（図４１（ａ））が入力される。振幅変調部１２０ｂは、振幅制御信号３５に基づいて、情報データ１０（図４１（ａ））に対して略ランダムな振幅変調を施し、振幅変調情報データ３６（図４１（ｂ））を出力する。なお、振幅変調部１２０ｂは、図４１（ａ）および図４１（ｂ）に示すように、元信号である情報データ１０の振幅中心レベルを基準レベルＲとして、当該極性を変更しない範囲で振幅変調を施す。
【０２４２】
多値処理部１１１ｂには、振幅変調情報データ３６（図４１（ｂ））と多値符号列１２（図４１（ｃ））とが入力される。多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２のレベルを、振幅情報変調データ３６の基準レベルＲに対するバイアスレベルと見なして、多値符号列１２と振幅変調情報データ３６とを加算することで、多値信号１３（図４１（ｄ））を生成する。
【０２４３】
データ受信装置１０２０１において、多値識別部２１２ｂは、復調部２１１から多値信号１５を受信する。多値識別部２１２ｂは、第１の鍵情報１１と同一の第２の鍵情報１６に基づいて生成された多値符号列１７（図４１（ｃ）に同じ）を閾値（基準レベル）として、多値信号１５の識別（２値判定）を行う。ここで、振幅変調部１２０ｂは、上述したように元信号（情報データ１０）の極性を変更していない。そのため、多値識別部２１２ｂは、多値符号列１２と同等の多値符号列１７を基準とした識別を行うことにより、情報データ１８を正しく再生することができる。
【０２４４】
次に、第３者による変調信号の盗聴動作について説明する。上述したように、第３者は
、データ受信装置１０２０１に準じた構成、もしくはさらに高性能なデータ受信装置（盗聴者データ受信装置）を用いて変調信号を解読することが想定される。盗聴者データ受信装置は、変調信号１４を復調することにより多値信号を再生する。しかし、盗聴者データ受信装置は、データ送信装置１４１０５との間で鍵情報を共有しないため、データ受信装置１０２０１のように、鍵情報から多値符号列を発生させることができない。このため、盗聴者データ受信装置は、多値符号列を基準とした多値信号の２値判定を行うことができない。
【０２４５】
このような場合に考えられる盗聴動作としては、多値信号の全レベルに対する識別を同時に行う方法（一般に「総当たり攻撃」と呼ばれる）がある。即ち、盗聴者データ受信装置は、多値信号が取り得る全ての信号点間に対する閾値を用意して多値信号の同時判定を行い、当該判定結果を解析することにより、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。例えば、盗聴者データ受信装置は、図２に示した、多値符号列１２のレベルｃ０／ｃ１／ｃ２／ｃ３／ｃ４／ｃ５／ｃ６を閾値として用いて、多値信号に対する多値判定を行うことにより、正しい鍵情報または情報データの抽出を試みる。
【０２４６】
しかしながら、上述したように、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、この雑音が変調信号に重畳されるため、多値信号のレベルは、図４に示すように時間的・瞬時的に変動する。加えて、本実施形態では、多値信号には、第１の鍵情報１１（すなわち、振幅制御信号３５）に基づいて略ランダムな振幅変調が施されている。図４２は、本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図である。図４２に示すように、データ受信装置１０２０１及び盗聴者データ受信装置が受信する多値信号のレベル変動幅（ゆらぎ量）は、第１の実施形態と比較してさらに大きくなっている。
【０２４７】
盗聴者データ受信装置が判定する被判定信号（多値信号）のＳＮ比は、多値信号のステップ幅とゆらぎ量との比によって決まるため、振幅制御信号３５に基づいて施される振幅変調効果によって当該ＳＮ比はさらに減少する。このため、本実施形態のデータ通信装置は、第３者の全閾値を用いた総当たり攻撃に対して多くの識別誤りを誘発させて、盗聴を困難にすることができる。特に、データ通信装置は、振幅変調によるレベル変動幅を、多値信号のステップ幅と同等、もしくはより大きく設定すれば、第３者による多値判定を事実上不可能にして、理想的な盗聴防止を実現し、データ通信の絶対的な安全性を確保することができる。
【０２４８】
なお、振幅制御部１２０は、盗聴者データ受信装置で判定される多値信号１５にレベル変動を生じさせ、当該ＳＮ比を制御できるのであれば、図４０とは異なるいずれの位置に挿入・接続されても良い。例えば、図４３に示すように、データ通信装置は、振幅制御部１２０を多値符号化部１１１と変調部１１２との間に挿入し、多値信号１３に所定のレベル変動を付与する構成であってもよい。
【０２４９】
また、例えば、図４４に示すように、データ通信装置は、振幅制御部１２０を変調部１１２の後段に接続して、変調信号１４にレベル変動を付与する構成であってもよい。この場合、振幅変調部１２０ｂは、伝送路１１０を介して送信する信号の種類によって、変調信号１４を振幅変調又は強度変調することになる。第１５の実施形態に係るデータ通信装置は、いずれの構成においても、多値識別時の被判定信号（多値信号）のＳＮ比を任意の値に制御できる。
【０２５０】
また、図４０において、第１の振幅制御信号発生部１２０ａは、第１の多値符号発生部１１１ａに入力される第１の鍵情報１１に基づいて振幅制御信号３５を発生したが、図４５に示すように、第１の鍵情報１１と異なる所定の第１の振幅制御鍵情報３８に基づいて振幅制御信号３５を発生しても良い。これにより、多値符号列１２のレベル変化と、振幅変調部１２０ｂによる振幅変調動作との間の相関性を抑圧し、多値信号１３のレベル変化をよりランダム化して、盗聴者データ受信装置による多値判定動作に、より理想的な識別誤りを誘発させることができる。
【０２５１】
なお、現実的には、振幅変調部１２０ｂによる振幅変調動作は、正規受信者のデータ受信装置１０２０１において識別（２値判定）される被判定信号のＳＮ比を劣化させる場合がある。このような振幅変調動作の影響を抑圧するために、データ受信装置１０２０１の構成を変更してもよい。例えば、図４６に示すように、データ受信装置１４２０５ｄにおいて、多値復号化部２１８は、第２の多値符号発生部２１２ａ及び多値識別部２１２ｂに加えて、第２の振幅制御信号発生部２１２ｃを含む構成とすることができる。即ち、第２の振幅制御信号発生部２１２ｃは、第１の振幅制御鍵情報３８と同一の第２の振幅制御鍵情報３９を予め共有し、第２の振幅制御鍵情報３９に基づいて、振幅制御信号３５に相当する振幅制御信号４０を発生する。多値識別部２１２ｂは、第２の多値符号発生部２１２ａから出力される多値符号列１７を閾値とし、かつ振幅制御信号４０によって多値信号１５の瞬時レベル、またはＳＮ比をモニタしながら、多値信号１５の最適識別（２値判定）を行い、情報データ１８を再生する。
【０２５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、多値信号の変動レベル（ゆらぎ量）を任意に制御する。これにより、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を故意に与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供することができる。
【０２５３】
（第１６の実施形態）
図４７Ａは、本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係るデータ通信装置は、第１５の実施形態において多値処理部１１１ｂと変調部１１２（図４０参照）とが行っていた、多値符号列１２と振幅変調情報データ３６とに基づいた変調信号１４への変換処理を別の構成で実現するものである。図４７Ａにおいて、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１４１０６とデータ受信装置１０２０１とが伝送路１１０によって接続された構成である。データ送信装置１４１０６は、第１の多値符号発生部１１１ａと、振幅制御部１２０と、第１の変調部１２２と、第２の変調部１２３と、合波部１２４とを備える。振幅制御部１２０は、第１の振幅制御信号発生部１２０ａと、振幅変調部１２０ｂとを含む。
【０２５４】
本実施形態の構成は、第１５の実施形態（図４０）に準ずるため、第１５の実施形態と同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。図４７Ａにおいて、第１の変調部１２２は、第１の多値符号発生部１１１ａから出力された多値符号列１２を元データとして、所定の変調形式に変換して第１の変調信号４１を出力する。第２の変調部１２３は、振幅変調部１２０ｂから出力された振幅変調情報データ３６を元データとして、所定の変調形式に変換して第２の変調信号４２を出力する。第１の変調信号４１と第２の変調信号４２とは、合波部１２４に入力される。合波部１２４は、第１の変調信号４１と第２の変調信号４２とを、振幅的もしくは強度的に合成して、伝送路１１０に送出する。すなわち、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、図４０において多値処理部１１１ｂと変調部１１２とが行っていた、多値符号列１２と振幅変調情報データ３６とに基づく変調信号１４への変換処理を、第１の変調部１２２と第２の変調部１２３と合波部１２４とで、変調信号レベルで行うことにより融通性の高い回路構成を実現している。
【０２５５】
なお、第１６の実施形態に係るデータ通信装置（図４７Ａ）は、第１の変調部１２２と第２の変調部１２３とを並列的に設置し、第１の変調信号４１と第２の変調信号４２とを合波する構成としたが、別の構成とすることもできる。図４７Ｂは、本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図である。図４７Ｂに示すように、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の変調部１２２と第２の変調部１２３とを直列的に接続して、同一の搬送波を第１の変調部１２２と第２の変調部１２３とで変調する構成としてもよい。第１の変調部１２２で搬送波を多値符号列１２で変調して第１の変調信号４１を出力し、第２の変調部１２３で第１の変調信号４１を振幅変調情報データ３６で変調する構成である。すなわち、この構成のデータ通信装置は、図４０において多値処理部１１１ｂと変調部１１２とが行っていた、多値符号列１２と振幅変調情報データ３６とに基づく変調信号１４への変換処理を、第１の変調部１２２と第２の変調部１２３とで、変調信号レベルで行うものである。
【０２５６】
図４７Ａのデータ送信装置１４１０６は、合波部１２４で第１の変調信号４１と第２の変調信号４２とを加算処理している。これに対して、図４７Ｂのデータ送信装置１４１０６ｂは、第１の変調部１２２と、第２の変調部１２３とで積算処理している。そのため、図４７Ｂのデータ送信装置１４１０６ｂは、図４７Ａのデータ送信装置１４１０６と比較して、生成する変調信号１４の信号波形に若干の違いはあるが、多値符号列１２のレベルを基準として、振幅変調情報データ３６の有するレベルを重畳する点において、ほぼ同様の効果を得ることができる。
【０２５７】
また、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、第１５の実施形態と同様に、盗聴者データ受信装置で判定される多値信号１５にレベル変動を生じさせ、当該多値信号のＳＮ比を制御できるのであれば、振幅制御部１２０を図３２Ａまたは図３３Ｂと異なるいずれの位置に挿入／接続しても良い。例えば、図４７Ａ及び図４７Ｂにおいて、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、振幅制御部１２０を第１の変調部１２２の前段に挿入して、多値符号列１２に所定のレベル変動を付与する構成とすることもできる（図４８Ａ、図４８Ｂ参照）。また、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の変調部１２２または第２の変調部１２３の後段、あるいは合波部１２４の後段に接続して、第１の変調信号４１または第２の変調信号４２、あるいはそれらの合成信号に対して、レベル変動を付与する構成としても良い。第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、いずれの構成においても、多値識別時の被判定信号（多値信号）のＳＮ比を任意の値に制御できる。
【０２５８】
またさらに、第１６の実施形態に係るデータ通信装置において、第１の振幅制御信号発生部１２０ａは、図４５と同様に、第１の鍵情報１１と異なる所定の第１の振幅制御鍵情報３８に基づいて振幅制御信号３５を発生しても良い。これにより、第１６の実施形態に係るデータ通信装置は、多値符号列１２のレベル変化と、振幅変調部１２０ｂによる振幅変調動作との間の相関性を抑圧し、多値信号１５のレベル変化をよりランダム化して、盗聴者データ受信装置による多値判定動作に、より理想的な識別誤りを誘発させることができる。
【０２５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化するとき、多値信号の変動レベル（ゆらぎ量）を任意に制御すると共に、情報データと多値符号列とに対して、それぞれ個別の変調部を設ける。これにより、よりフレキシブルな構成で、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与えて、第３者による多値信号の解読・復号化をさらに困難にする、より安全なデータ通信装置を提供するきことができる。
【０２６０】
（第１７の実施形態）
図４９は、本発明の第１７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図４９において、第１７の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置（図１）と比較して、データ送信装置１６１０５がＮ進符号化部１３１を、データ受信装置１６２０５がＮ進復号化部２２０をさらに備える点が異なっている。
【０２６１】
以下、Ｎ進符号化部１３１と、Ｎ進復号化部２２０とを中心に、第１７の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２６２】
データ送信装置１６１０５において、Ｎ進符号化部１３１には、複数の情報データから構成される情報データ群が入力される。ここでは、情報データ群として、第１の情報データ５０と、第２の情報データ５１とが入力されるものとする。図５０は、Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図である。図５０（ａ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第１の情報データ５０を示している。図５０（ｂ）は、Ｎ進符号化部１３１に入力される第２の情報データ５１を示している。
【０２６３】
Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１をＮ（この例では、Ｎ＝４）進数に符号化することで、所定の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２として出力する。なお、Ｎは任意の自然数である。これによって、Ｎ進符号化部１３１は、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量をｌｏｇ2Ｎ倍に増加させることができる。図５１は、Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図である。図５１を参照して、例えば、Ｎ進符号化部１３１は、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせが、｛Ｌ、Ｌ｝の場合に多値レベル００を、｛Ｌ、Ｈ｝の場合に多値レベル０１を、｛Ｈ、Ｌ｝の場合に多値レベル１０を、｛Ｈ、Ｈ｝の場合に多値レベル１１を割り当てることで、４段階の多値レベルを有するＮ進符号化信号５２を出力することができる。Ｎ進符号化部１３１から出力されたＮ進符号化信号５２、及び第１の多値符号発生部１１１ａから出力された多値符号列１２（図２（ｂ）参照）は、多値処理部１１１ｂに入力される。
【０２６４】
多値処理部１１１ｂは、Ｎ進符号化信号５２と多値符号列１２とを所定の手順に従って合成し、合成した信号を多値信号１３として出力する。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２のレベルをバイアスレベルとして、Ｎ進符号化信号５２を加算することで多値信号１３を生成する。あるいは、多値処理部１１１ｂは、多値符号列１２をＮ進符号化信号５２で振幅変調することで多値信号１３を生成してもよい。図５２は、多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３の波形例を示す図である。図５２において、多値信号１３の多値レベルは、所定のレベル間隔（この例では３レベル間隔）で４段階に変動している。なお、点線は、バイアスレベル（多値符号列１２）を基準として、多値信号１３の多値レベルが変動する範囲を示している。
【０２６５】
多値処理部１１１ｂから出力された多値信号１３は、変調部１１２に入力される。変調部１１２は、多値信号１３を伝送路１１０に適した信号形態に変調し、変調した信号を変調信号１４として伝送路１１０に送信する。例えば、変調部１２は、伝送路１１０が光伝送路の場合、多値信号１３を光信号に変調する。
【０２６６】
データ受信装置１６２０５において、復調部２１１は、伝送路１１０を介して変調信号１４を受信する。復調部２１１は、変調信号１４を復調して多値信号１５を出力する。多値信号１５は、多値識別部２１２ｂに入力される。多値識別部２１２ｂは、第２の多値符号発生部２１２ａから出力された多値符号列１７を用いて多値信号１５を識別することで、Ｎ進符号化信号５３を出力する。図５３は、多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図である。図５３において、太実線が多値信号１５の波形を、細実線及び点線が多値信号１５を識別するための判定波形を示している。なお、細実線（判定波形２）は、多値符号列１７の波形である。
【０２６７】
図５３を参照して、多値識別部２１２ｂは、多値符号列１７（判定波形２）を中心として、多値符号列１７を所定のレベル間隔だけ上にずらした波形（判定波形１）と、所定のレベル間隔だけ下にずらした波形（判定波形３）とを生成する。なお、この所定のレベル間隔は、データ送信装置１６１０５における多値処理部１１１ｂとの間で予め定まっているものであり、この例では、３レベル間隔である。そして、多値識別部２１２ｂは、判定波形１〜３を用いて多値信号１５を識別する。
【０２６８】
多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、判定波形１と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形１よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形２と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形２よりもＬｏｗレベルであると判定する。また、判定波形３と多値信号１５とを比較して、多値信号１５が判定波形３よりもＨｉｇｈレベルであると判定する。すなわち、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ１において、多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝と判定する。同様に、多値識別部２１２ｂは、タイムスロットｔ２で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝と、タイムスロットｔ３で多値信号１５を｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝と判定する。タイムスロットｔ４以降の動作は省略するが同様である。
【０２６９】
そして、多値識別部２１２ｂは、判定したＬｏｗ及びＨｉｇｈの数と、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとを対応させることで、Ｎ進符号化信号５２を再生する。例えば、多値識別部２１２ｂは、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｌｏｗ｝を多値レベル００に、｛Ｌｏｗ、Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル０１に、｛Ｌｏｗ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１０に、｛Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ、Ｈｉｇｈ｝を多値レベル１１に対応させることで、Ｎ進符号化信号５３を再生することができる。多値識別部２１２ｂで再生されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２０に入力される。
【０２７０】
Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化信号５２を復号化して、情報データ群として出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２０は、Ｎ進符号化部１３１と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５２から第１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を出力する。
【０２７１】
次に、第３者による変調信号１４の盗聴動作について説明する。第３者は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、データ送信装置１６１０５との間で第１の鍵情報１１を共有していないため、盗聴した変調信号１４から第１の情報データ５４及び第２の情報データ５５を再生することができない。また、実際の伝送系では、種々の要因により雑音が発生し、この雑音が変調信号１４に重畳されることになる。すなわち、変調信号１４を復調した多値信号１５にも雑音が重畳されることになる。図５４は、雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図である。図５４を参照して、第１７の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態で説明した場合と同様に、多値信号１５に重畳された雑音のために、第３者の全しきい値を用いた総当たり攻撃に対して識別誤りを誘発させて、盗聴をより困難にすることができる。
【０２７２】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３１で情報データ群を一括してＮ進符号化信号５２に変換し、Ｎ進復号化部２２０でＮ進符号化信号５３から情報データ群を一括して再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、１タイムスロットあたりに伝送できる情報量を増やすことができる。また、情報データ群をＮ進符号化信号５２に変換することで、より秘匿性の高いデータ伝送を実現することができる。
【０２７３】
（第１８の実施形態）
図５５は、本発明の第１８の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図である。図５５において、第１８の実施形態に係るデータ通信装置は、第１７の実施形態（図４９）と比較して、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１の動作が異なる。第１８の実施形態において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。また、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を生成する。以下、Ｎ進符号化部１３２及びＮ進復号化部２２１を中心に、第１８の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第１７の実施形態（図４９）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【０２７４】
データ送信装置１６１０６において、Ｎ進符号化部１３２には、第１の鍵情報１１が入力される。Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成する。例えば、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１によって、第１の情報データ５０及び第２の情報データ５１における論理の組み合わせと、Ｎ進符号化信号５２の多値レベルとの対応関係を変更する。Ｎ進符号化部１３２から出力されたＮ進符号化信号５２は、多値処理部１１１ｂに入力される。
【０２７５】
データ受信装置１６２０６において、多値識別部２１２ｂから出力されたＮ進符号化信号５３は、Ｎ進復号化部２２１に入力される。また、Ｎ進復号化部２２１には、第２の鍵情報１６が入力される。Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を出力する。具体的には、Ｎ進復号化部２２１は、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作を行うことで、Ｎ進符号化信号５３から第１の情報データ５４と第２の情報データ５５とを出力する。
【０２７６】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｎ進符号化部１３２が第１の鍵情報１１に基づいて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成し、Ｎ進復号化部２２１が第２の鍵情報１６に基づいて、Ｎ進符号化部１３２と逆の動作でＮ進符号化信号５３から情報データ群を再生する。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、第１７の実施形態に係るデータ通信装置と比較して、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。
【０２７７】
なお、第１８の実施形態に係るデータ通信装置において、Ｎ進符号化部１３２は、第１の鍵情報１１と異なる第３の鍵情報５６を用いて、情報データ群からＮ進符号化信号５２を生成してもよいものとする。また同様に、Ｎ進復号化部２２１は、第２の鍵情報１６と異なる第４の鍵情報５７を用いて、Ｎ進符号化信号５３から情報データ群を再生してもよいものとする（図４１参照）。ただし、第３の鍵情報５６と第４の鍵情報５７とは、同じ鍵情報である。これによって、本実施形態に係るデータ通信装置は、多値処理部１１１ｂで用いる鍵情報とＮ進符号化部１３２で用いる鍵情報とを分けることができ、より盗聴が困難なデータ通信を実現することができる。
【０２７８】
（第１９の実施形態）
図５７は、本発明の第１９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図５７において、第１９の実施形態に係るデータ通信装置は、第１の実施形態（図１）と比較して、データ送信装置１９１０５が同期信号発生部１３４と多値処理制御部１３５とを、データ受信装置１９２０５が同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とをさらに備える点が異なっている。
【０２７９】
図５８は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第１９の実施形態に係るデータ通信装置について、図５７および図５８を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１の実施形態（図１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２８０】
図５７において、同期信号発生部１３４は、所定周期の同期信号６４を発生して、多値処理制御部１３５に出力する。多値処理制御部１３５は、同期信号６４に基づいて、多値処理制御信号６５を発生し、多値処理部１１１ｂに出力する。多値処理制御信号６５は、多値処理部１１１ｂが出力する多値信号１３のレベル数（以下、多値数という）を指定する信号である。多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５と多値符号列１２とに基づいて、情報データ１０から多値信号を生成するとともに、生成した多値信号の多値数を切り替えた信号を多値信号１３として出力する。例えば、図５８に示すように、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号を出力し、期間Ｂにおいて多値数“２”値の信号を出力する。より、具体的には、多値処理部１１１ｂは、期間ＡおよびＣでは、情報データ１０と多値符号列１２とを合成して出力し、期間Ｂでは、情報データ１０をそのまま出力しても良い。
【０２８１】
同期信号再生部２３３は、前記同期信号６４に対応する同期信号６６を再生して、多値識別制御部２３４に出力する。多値識別制御部２３４は、同期信号６６に基づいて、多値識別制御信号６７を発生し、多値識別部２１２ｂに出力する。多値識別部２１２ｂは、多値識別制御信号６７に基づいて、復調部２１１から出力される多値信号１５に対する閾値（多値符号列１７）を切り替えて識別を行い、情報データ１８を再生する。例えば、図５８に示すように、多値識別部２１２ｂは、期間ＡおよびＣにおいて多値数“８”値の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別し、期間Ｂにおいて２値信号に対して所定の一定閾値に基づく識別を行う。
【０２８２】
なお、図５８では、期間Ｂの２値信号に対する閾値（平均レベル）を、期間ＡおよびＣの多値信号の平均レベル（Ｃ３）に一致させているが、この限りではなく、いかなるレベルに設定しても良い。また、図５８では、期間Ｂにおける２値信号の振幅を、情報データ１０の振幅（情報振幅）に一致させているが、この限りではなく、多値識別部２１２ｂにおいて一定閾値で識別できる大きさであれば、いかなる振幅に設定しても良い。さらに、図５８では、期間ＡおよびＣと、期間Ｂとにおける多値信号の転送レートを同一としているが、この限りではなく、異なる転送レートとしても良い。特に、多値数が少ない程、転送レートを大きくすることが、伝送効率の点で好ましい。
【０２８３】
また、図５８において、多値処理部１１１ｂは、多値数が８の多値信号と２値信号とを切り替えた多値信号１３を出力している。しかし、多値信号１３の多値数の組み合わせは、これに限られず、いかなる多値数の組み合わせでもよい。例えば、多値処理部１１１ｂは、多値数“８”の多値信号と多値数“４”の多値信号とを切り替えて出力してもよい。さらに、図５７に示すデータ通信装置は、多値数の値に応じて、情報データ１０および１８と、多値符号列１２および１７と、多値信号１３および１５との転送レートを変更してもよい。
【０２８４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与え、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０２８５】
（第２０の実施形態）
図５９は、本発明の第２０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図５９において、第２０の実施形態に係るデータ通信装置は、第１９の実施形態（図５７）と比較して、データ受信装置１０２０１が、同期信号再生部２３３と多値識別制御部２３４とを備えない点が異なっている。
【０２８６】
図６０は、多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図である。以下、第２０の実施形態に係るデータ通信装置について、図５９及び図６０を用いて説明する。なお、本実施形態の構成は、第１９の実施形態（図５７）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２８７】
図５９において、多値処理部１１１ｂは、多値処理制御信号６５に基づいて、当該出力信号である多値信号１３の多値数を切り替えて出力すると共に、多値信号１３の多値数を小さくする場合には、当該多値信号振幅を大きく設定する。例えば、図６０に示すように、期間ＡおよびＣにおける多値数“８”に対して、期間Ｂには、多値数“２”とする一方で、当該振幅を充分大きくする。より、具体的には、期間Ｂの２値信号振幅を、期間ＡおよびＣにおける多値信号振幅と同等もしくはそれ以上に設定して出力する。
【０２８８】
多値識別部２１２ｂは、復調部２１１から出力される多値信号１５を、当該多値数に関わらず、多値符号列１７を閾値として識別（２値判定）し、情報データ１８を再生する。例えば、図６０に示すように、期間ＡおよびＣでは、総レベル数“８”の多値信号に対して、当該レベルが逐次変化する多値符号列１７を閾値として識別を行い、期間Ｂにおいても、多値符号列１７に基づいて、２値信号を識別する。
【０２８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与え、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させると同時に、当該振幅を増大することにより、多値信号受信時の閾値制御を容易にして、より簡便な構成で、安全性を必要としない通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一般通信サービスを混在して提供し、効率的かつ経済的な通信装置を提供することができる。
【０２９０】
（第２１の実施形態）
図６１は、本発明の第２１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６１において、第２１の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０５とデータ受信装置１０２０１と副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。第２１の実施形態に係るデータ通信装置は、第２０の実施形態（図５９）と比較して、分岐部２３５と副データ受信装置１９２０７とをさらに備えている点が異なっている。なお、図６１においては省略されているが、多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと多値識別部２１２ｂとを含んでいる。以下、第２１の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第２０の実施形態（図５９）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２９１】
図６１において、データ送信装置１９１０５は、図６０に示す多値信号を変調した変調信号１４を送信する。分岐部２３５は、伝送路１１０を介して伝送されてきた変調信号１４を複数ｍ（ｍは、２以上の整数。図６１では、ｍ＝２）に分岐し、出力する。データ受信装置１０２０１は、分岐部５２０から出力されるｍの変調信号の内、ｎ（ｎは、ｍ以下の整数。図６１では、ｎ＝１）の変調信号に対応して設けられる。データ受信装置１０２０１は、期間ＡおよびＣにおいて、前記第１の鍵情報１１と同一鍵として共有する第２の鍵情報１６に基づいて、当該変調信号を復調および復号化して、情報データ１８を再生する。なお、データ受信装置１０２０１は、期間Ｂにおいて、２値信号の識別を行ってもよい。
【０２９２】
副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍの変調信号の内、ｍ−ｎ（図６１では、ｍ−ｎ＝２−１＝１）の変調信号に対応して設けられる。副復調部２３６は、当該変調信号を復調し、前記多値信号１５を再生する。識別部２３７は、対応する復調部２３６から出力される多値信号１５を、所定の一定閾値に基づいて識別し、図６０に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ６８）を再生する。
【０２９３】
なお、図６１では、分岐部２３５における分岐数ｍ＝２とし、その内ｎ＝１の変調信号に対応してデータ受信装置１０２０１を設け、ｍ−ｎ＝１の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成としたが、この限りではなく、ｍ≧ｎであれば、それぞれいかなる数にも設定し、対応する数のデータ受信装置および副データ受信装置を用意すれば良い。
【０２９４】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与え、特定の受信者のみに対する安全な通信路を確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０２９５】
（第２２の実施形態）
図６２は、本発明の第２２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図である。図６２において、第２２の実施形態に係るデータ通信装置は、データ送信装置１９１０８と、複数のデータ受信装置１０２０１ａ〜ｂと、副データ受信装置１９２０７とが、伝送路１１０と分岐部２３５とによって接続された構成である。データ送信装置１９１０８は、第２１の実施形態（図６１）と比較して、鍵情報選択部１３６をさらに備えている。なお、図６２においては省略されているが、多値復号化部２１２は、第２の多値符号発生部２１２ａと多値識別部２１２ｂとを含んでいる。以下、第２２の実施形態に係るデータ通信装置について説明する。なお、本実施形態の構成は、第２１の実施形態（図６１）に準ずるため、同一の動作を行うブロックに関しては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【０２９６】
図６２において、鍵情報選択部１３６は、予め定められた複数ｎの所定の鍵情報（図６２では、ｎ＝２。第１の鍵情報１１ａおよび第３の鍵情報１１ｂ）からいずれかを選択する。多値符号化部１１１は、当該選択された鍵情報に基づいて、図６０に示すような多値信号１３を生成する。データ受信装置は、分岐部２３５によって分岐出力されたｍ（図６２では、ｍ＝３）の変調信号の内、ｎの変調信号に対応してｎ個設けられ（１０２０１ａおよび１０２０１ｂ）、それぞれ対応する前記第１の鍵情報１１ａおよび前記第３の鍵情報１１ｂと同一鍵として共有する第２の鍵情報１６ａと第４の鍵情報１６ｂに基づいて、当該変調信号を復調および復号化して、それぞれ対応する情報データ（１８ａおよび１８ｂ）を再生する。
【０２９７】
具体的には、図６０において、データ送信装置１９１０８が、期間Ａにおいて第１の鍵情報１１ａを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ａは、期間Ａに入力された変調信号を復調して、第２の鍵情報１６ａを用いて情報データ１８ａを再生する。また、データ送信装置１９１０８が、期間Ｃにおいて第３の鍵情報１１ｂを用いて多値信号１３を生成した場合、データ受信装置１０２０１ｂは、期間Ｃに入力された変調信号を復調して、第４の鍵情報１６ｂを用いて情報データ１８ｂを再生する。なお、データ受信装置１０２０１ａ及び１０２０１ｂは、期間Ｂにおいて入力される変調信号を復調して、部分情報データ５８の再生を行ってもよい。
【０２９８】
副データ受信装置１９２０７は、分岐部２３５から出力されるｍの変調信号の内、ｍ−ｎ（図６２では、ｍ−ｎ＝３−２＝１）の変調信号に対応して設けられ、当該変調信号を復調し、所定の一定閾値に基づいて識別して、図６０に示す期間Ｂのみにおける情報データ（部分情報データ５８）を再生する。
【０２９９】
なお、図６２では、分岐部２３５における分岐数ｍ＝３とし、その内ｎ＝２の変調信号に対応してデータ受信装置１０２０１を設け、ｍ−ｎ＝１の変調信号に対応して副データ受信装置１９２０７を設ける構成としたが、この限りではなく、ｍ≧ｎであれば、それぞれいかなる数にも設定し、対応する数のデータ受信装置および副データ受信装置を用意すれば良い。
【０３００】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝送すべき情報データを多値信号として符号化して、第３者による盗聴時の受信信号品質に対して決定的な劣化を与え、さらに鍵情報を複数用意して切換使用することにより、特定の複数受信者のみに対する安全な通信路をそれぞれ確保すると共に、当該多値数を適宜減少させることにより、不特定多数の受信者に対する一斉通信を選択的に実現する。これにより、同一の変復調系および伝送系を利用して、秘匿通信サービスと一斉同報通信や放送等の通信サービスを混在して提供し、効率的な通信装置を提供することができる。
【０３０１】
なお、上述した第２〜２２の実施形態に係るデータ通信装置は、各実施形態の特徴を互いに組み合わせた構成とすることができるものとする。例えば、第２〜４、第６〜２２の実施形態に係るデータ通信装置は、第５の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図６３参照）。例えば、第２〜１２、１４〜２２の実施形態に係るデータ通信装置は、第１３の実施形態の特徴を備えてもよい（例えば、図６４Ａ〜図６４Ｃ）。
【０３０２】
また、上述した第１〜第２２の実施形態に係るデータ送信装置、データ受信装置、及びデータ通信装置が行うそれぞれの処理は、一連の処理手順を与えるデータ送信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法としても捉えることができる。
【０３０３】
また、上述したデータ通信方法、データ受信方法、及びデータ通信方法は、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等）に格納された上述した処理手順を実施可能な所定のプログラムデータが、ＣＰＵによって解釈実行されることで実現される。この場合、プログラムデータは、記憶媒体を介して記憶装置内に導入されてもよいし、記憶媒体上から直接実行されてもよい。なお、記憶媒体は、ＲＯＭやＲＡＭやフラッシュメモリ等の半導体メモリ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクメモリ、ＣＲ−ＲＯＭやＤＶＤやＢＤ等の光ディスクメモリ、及びメモリカード等をいう。また、記憶媒体は、電話回線や搬送路等の通信媒体も含む概念である。
【産業上の利用可能性】
【０３０４】
本発明に係るデータ通信装置は、盗聴・傍受を受けない安全な秘密通信装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０３０５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号の波形を説明する模式図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号の波形を説明する模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図
【図５】本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号パラメータを説明する模式図
【図８】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図９】ダミー信号重畳部１１８の詳細な動作を説明する図
【図１０】、本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置における、情報データ１０、多値信号１３、及び変調信号１４との対応関係を示す図
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置における、データ送信装置１３１０５の他の構成を示す図
【図１２】本発明の第５の実施形態に係るデータ通信装置における、データ受信装置１３２０５の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１４】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の他の構成を示すブロック図
【図１５】本発明の第６の実施形態に係るデータ通信装置の他の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の他の構成を示すブロック図
【図１８】本発明の第７の実施形態に係るデータ通信装置の他の構成を示すブロック図
【図１９】本発明の第８の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２０】本発明の第９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２１】本発明の第１０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の第１０の実施形態に係る第３の雑音制御部の動作を説明する図
【図２３】本発明の第１０の実施形態に係る第３の雑音制御部の動作を説明する図
【図２４】本発明の第１１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図２５】情報データ１０の時間波形の一例を示す図
【図２６】同期信号７２の時間波形の一例を示す図
【図２７】多値信号１３の時間波形の一例を示す図
【図２８】同期信号７２と多値信号１３とを合成した同期多値信号７４の時間波形の一例を示す図
【図２９】同期雑音信号７３の時間波形の一例を示す図
【図３０】雑音重畳同期多値信号７５の時間波形を示す図
【図３１】同期多値信号７６の時間波形の一例を示す図
【図３２】本発明の第１２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図３３】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図３４】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の信号波形を説明する模式図
【図３５】振幅変調部１３１への入力信号を所定期間一定レベルとした場合のデータ通信装置の信号波形を説明する模式図
【図３６】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の第２の構成を示すブロック図
【図３７】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の第３の構成を示すブロック図
【図３８】本発明の第１３の実施形態に係るデータ通信装置の第４の構成を示すブロック図
【図３９】本発明の第１４の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図４０】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図４１】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の各部の信号波形を説明するための模式図
【図４２】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号品質を説明する模式図
【図４３】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の第２の構成例を示すブロック図
【図４４】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の第３の構成例を示すブロック図
【図４５】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の第４の構成例を示すブロック図
【図４６】本発明の第１５の実施形態に係るデータ通信装置の第５の構成例を示すブロック図
【図４７Ａ】本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図４７Ｂ】本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図
【図４８Ａ】本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図
【図４８Ｂ】本発明の第１６の実施形態に係るデータ通信装置の別の構成例を示すブロック図
【図４９】本発明の第１７の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図５０】Ｎ進符号化部１３１に入力される情報データ群の波形例を示す図
【図５１】Ｎ進符号化部１３１から出力されるＮ進符号化信号５２の波形例を示す図
【図５２】多値処理部１１１ｂから出力される多値信号１３の波形例を示す図
【図５３】多値識別部２１２ｂにおける多値信号１５の識別動作の一例を説明する図
【図５４】雑音が重畳された多値信号１５の波形を示す図
【図５５】本発明の第１８の実施形態に係るデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図５６】本発明の第１８の実施形態に係るデータ通信装置のその他の構成例を示すブロック図
【図５７】本発明の第１９の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図５８】多値符号化部１１１から出力される信号波形を説明するための模式図
【図５９】本発明の第２０の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６０】本発明の第２０の実施形態に係るデータ通信装置の伝送信号は系を説明する模式図
【図６１】本発明の第２１の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６２】本発明の第２２の実施形態に係るデータ通信装置の構成を示すブロック図
【図６３】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図６４Ａ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図６４Ｂ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図６４Ｃ】本発明の各実施形態の特徴を組み合わせたデータ通信装置の構成例を示すブロック図
【図６５】従来のデータ通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０３０６】
１０、１８  情報データ
１１、１６、９１、９６、９９  鍵情報
１２、１７  多値符号列
１３、１５  多値信号
１４、９４  変調信号
１１０  伝送路
１１１  多値符号化部
１１１ａ  第１の多値符号発生部
１１１ｂ  多値処理部
１１２、１２２、１２３、９１２  変調部
１１３  第１のデータ反転部
１１４  雑音制御部
１１４ａ  雑音発生部
１１４ｂ  合成部
１１８  ダミー信号重畳部
１１８ａ  ダミー生成符号発生部
１１８ｂ  ダミー信号発生部
１１８ｃ  重畳部
１２２  第１の変調部
１２３  第２の変調部
１２０  振幅制御部
１２０ａ  第１の振幅信号発生部
１２０ｂ  振幅変調部
１２４  合波部
１２５、１２７  光変調部
１２７ａ  光源
１２７ｂ  外部光変調部
１２８、１２９、１３０  光雑音制御部
１２８ａ  光雑音発生部
１２８ｂ  光合成部
１２９ａ  雑音発生部
１２９ｂ  注入光発生部
１３１、１３２  Ｎ進符号化部
１３４  同期信号発生部
１３５  多値処理制御部
２１１、９１４、９１６  復調部
２１２、２１８  多値復号化部
２１２ａ  第２の多値符号発生部
２１２ｂ  多値識別部
２１２ｃ  第２の振幅信号発生部
２１３  第２のデータ反転部
２１４  ダミー信号相殺部
２１４ａ  ダミー生成符号発生部
２１４ｂ  ダミー信号発生部
２１４ｃ  相殺部
２１９  光復調部
２２０、２２１  Ｎ進復号化部
２３３  同期信号再生部
２３４  多値識別制御部
２３６  副復調部
２３７  識別部
２４０  検出部
２４１  振幅制御部
２４２  同期抽出部
９１４  符号化部
９１５、９１７  復号化部
１０１０１〜１９１０８  データ送信装置
１０２０１〜１９２０７  データ受信装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
0004848283.tif 000036
【図３６】
0004848283.tif 000037
【図３７】
0004848283.tif 000038
【図３８】
0004848283.tif 000039
【図３９】
0004848283.tif 000040
【図４０】
0004848283.tif 000041
【図４１】
0004848283.tif 000042
【図４２】
0004848283.tif 000043
【図４３】
0004848283.tif 000044
【図４４】
0004848283.tif 000045
【図４５】
0004848283.tif 000046
【図４６】
0004848283.tif 000047
【図４７Ａ】
0004848283.tif 000048
【図４７Ｂ】
0004848283.tif 000049
【図４８Ａ】
0004848283.tif 000050
【図４８Ｂ】
0004848283.tif 000051
【図４９】
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【図５０】
0004848283.tif 000053
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
0004848283.tif 000061
【図５９】
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【図６０】
0004848283.tif 000063
【図６１】
0004848283.tif 000064
【図６２】
0004848283.tif 000065
【図６３】
0004848283.tif 000066
【図６４Ａ】
0004848283.tif 000067
【図６４Ｂ】
0004848283.tif 000068
【図６４Ｃ】
0004848283.tif 000069
【図６５】
0004848283.tif 000070