(57)【要約】【課題】干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成可能な無線通信システムを提供する。【解決手段】無線装置１０は、チャネルを変動するための振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞，＜ＷＡ＞と、干渉を抑圧するための干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞と、無線装置１０，２０間のチャネルを示すチャネル行列＜Ｈ＞とを用いて無線装置２０からの既知情報を受信し、その受信信号に基づいて振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞，＜ＷＡ＞、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞およびチャネル行列＜Ｈ＞が相互に乗算された乗算結果に基づいて秘密鍵Ｋｓ１を生成する。無線装置２０も、無線装置１０と同様にして秘密鍵Ｋｓ２を生成する。【選択図】図１
2012175446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉源から干渉波を受けるとともに、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、
ｎ＋ｐ（ｎは２以上の整数、ｐは１以上の整数）個のアンテナと、
他の無線装置と前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して無線通信を行う無線通信器とを備え、
前記無線通信器は、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、前記ｎ＋ｐ個のアンテナと前記他の無線装置に装着されたｎ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトを既知信号に乗算した第１の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、前記チャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトと前記干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記既知信号を除いて第３の乗算結果を取得する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、前記処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第３の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する、無線装置。
【請求項２】
多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、
ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナと、
干渉源から干渉波を受ける他の無線装置と前記ｎ個のアンテナを介して無線通信を行う無線通信器とを備え、
前記無線通信器は、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、前記ｎ個のアンテナと前記他の無線装置に装着されたｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと前記干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを既知信号に乗算した第１の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、前記チャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記既知信号を除いて第３の乗算結果を取得し、その取得した第３の乗算結果を前記他の無線装置によって取得された乗算結果に一致する第４の乗算結果に変換する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、前記処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第４の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する、無線装置。
【請求項３】
干渉源から干渉波を受けるとともに、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、
ｎ＋ｐ（ｎは２以上の整数、ｐは１以上の整数）個のアンテナと、
他の無線装置と前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して無線通信を行う無線通信器とを備え、
前記無線通信器は、前記ｎ＋ｐ個のアンテナと前記他の無線装置に装着されたｎ個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、前記ｎ＋ｐ個のアンテナと前記ｎ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを情報信号に乗算した第１の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、前記データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、当該無線装置において任意に決定され、かつ、前記チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、前記経路ウェイトとを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記情報信号を除いて第３の乗算結果を取得する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、前記処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第３の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する、無線装置。
【請求項４】
多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、
ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナと、
干渉源から干渉波を受ける他の無線装置と前記ｎ個のアンテナを介して無線通信を行う無線通信器とを備え、
前記無線通信器は、前記ｎ個のアンテナと前記他の無線装置に装着されたｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、前記他の無線装置において任意に決定され、かつ、前記ｎ＋ｐ個のアンテナと前記ｎ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトと、前記干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを情報信号に乗算した第１の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、当該無線装置において任意に決定され、かつ、前記チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、前記経路ウェイトとを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記情報信号を除いて第３の乗算結果を取得し、その取得した第３の乗算結果を前記他の無線装置によって取得された乗算結果に一致する第４の乗算結果に変換する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、前記処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第４の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する、無線装置。
【請求項５】
ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナを用いて無線通信を行なう第１の無線装置と、
干渉源からの干渉波を受信し、ｎ＋ｐ（ｐは1以上の整数）個のアンテナを用いて前記第１の無線装置と無線通信を行なう第２の無線装置とを備え、
前記第２の無線装置は、前記第１の無線装置において任意に決定され、かつ、前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトを第１の既知信号に乗算した第１の乗算結果を前記ｎ個のアンテナと前記ｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルおよび前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して前記第１の無線装置から受信し、前記干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトと、前記第２の無線装置において任意に決定され、かつ、前記第１の無線装置と前記第２の無線装置との間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記第１の既知信号を除いて第３の乗算結果を取得する第１の処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、その求めたｍ個の第３の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵を生成し、
前記第１の無線装置は、前記第２の振幅位相制御ウェイトと前記干渉抑圧ウェイトとを第２の既知信号に乗算した第４の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ個のアンテナを介して前記第２の無線装置から受信し、その受信した受信信号に前記第１の振幅位相制御ウェイトを乗算して第５の乗算結果を取得し、その取得した第５の乗算結果から前記第２の既知信号を除いて第６の乗算結果を取得し、その取得した第６の乗算結果を前記第３の乗算結果に一致する第７の乗算結果に変換する第２の処理を前記ｍ回実行し、前記第２の処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第７の乗算結果に基づいて前記第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する、無線通信システム。
【請求項６】
前記第１および第２の処理の各々は、前記第１の振幅位相制御ウェイトおよび前記第２の振幅位相制御ウェイトが１回毎に変えられながら前記ｍ回実行される、請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記ｍ個の第３の乗算結果は、ｍ個の第１の行列からなり、
前記ｍ個の第７の乗算結果は、ｍ個の第２の行列からなり、
前記第２の無線装置は、前記第１の行列の固有値を演算して複数の固有値を取得し、その取得した複数の固有値から最大の固有値を選択する処理を前記ｍ個の第１の行列の全てについて実行してｍ個の最大の固有値を取得し、その取得したｍ個の最大の固有値を閾値によって二値化して前記第１の秘密鍵を生成し、
前記第１の無線装置は、前記第２の行列の固有値を演算して前記複数の固有値を取得し、その取得した複数の固有値から前記最大の固有値を選択する処理を前記ｍ個の第２の行列の全てについて実行して前記ｍ個の最大の固有値を取得し、その取得したｍ個の最大の固有値を閾値によって二値化して前記第２の秘密鍵を生成する、請求項５または請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナを用いて無線通信を行なう第１の無線装置と、
干渉源からの干渉波を受信し、ｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナを用いて前記第１の無線装置と無線通信を行なう第２の無線装置とを備え、
前記第２の無線装置は、前記ｎ個のアンテナと前記ｎ＋ｐ個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、前記第１の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、前記第１の無線装置において任意に決定され、かつ、前記ｎ個のアンテナと前記ｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを第１の情報信号に乗算した第１の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ＋ｐ個のアンテナを介して前記第１の無線装置から受信し、前記第２の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、前記第２の無線装置において任意に決定され、かつ、前記チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、前記干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを前記受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から前記第１の情報信号を除いて第３の乗算結果を取得する第１の処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、その求めたｍ個の第３の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵を生成し、
前記第１の無線装置は、前記第３および第４の振幅位相制御ウェイトと前記経路ウェイトと前記干渉抑圧ウェイトとを第２の情報信号に乗算した第４の乗算結果を前記チャネルおよび前記ｎ個のアンテナを介して前記第２の無線装置から受信し、その受信した受信信号に前記第１および第２の振幅位相制御ウェイトと前記経路ウェイトとを乗算して第５の乗算結果を取得し、その取得した第５の乗算結果から前記第２の情報信号を除いて第６の乗算結果を取得し、その取得した第６の乗算結果を前記第３の乗算結果に一致する第７の乗算結果に変換する第２の処理を前記ｍ回実行し、前記第２の処理を前記ｍ回実行して得られたｍ個の第７の乗算結果に基づいて前記第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する、無線通信システム。
【請求項９】
前記第１の情報信号は、前記第２の無線装置宛ての信号であり、
前記第２の情報信号は、前記第１の無線装置宛ての信号である、請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第１および第２の処理の各々は、前記第１から第４の振幅位相制御ウェイトが１回毎に変えられながら前記ｍ回実行される、請求項８または請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記ｍ個の第３の乗算結果は、ｍ個の第１の行列からなり、
前記ｍ個の第７の乗算結果は、ｍ個の第２の行列からなり、
前記第２の無線装置は、前記第１の行列の固有値を演算して複数の固有値を取得し、その取得した複数の固有値から最大の固有値を選択する処理を前記ｍ個の第１の行列の全てについて実行してｍ個の最大の固有値を取得し、その取得したｍ個の最大の固有値を閾値によって二値化して前記第１の秘密鍵を生成し、
前記第１の無線装置は、前記第２の行列の固有値を演算して前記複数の固有値を取得し、その取得した複数の固有値から前記最大の固有値を選択する処理を前記ｍ個の第２の行列の全てについて実行して前記ｍ個の最大の固有値を取得し、その取得したｍ個の最大の固有値を閾値によって二値化して前記第２の秘密鍵を生成する、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線装置およびそれを備えた無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な公衆無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）サービス（無線ホットスポットサービス）における認証では、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスやＥＳＳ−ＩＤによる識別に頼っており、また、無線区間の暗号化についてＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｐｒｉｖａｃｙ）などによる暗号化を行っている場合でも、その暗号化鍵が全ての利用者に共通で配布・使用されているため、他の利用者からの攻撃を受け易くなる。
【０００３】
そこで、電波伝搬特性に基づく端末識別を行い、端末認証を行うことにより、事前に秘密鍵を共有することなく、端末識別、および無線区間の暗号化が可能な方式が提案されてきた（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】北浦明人，四方博之，長谷川晃朗，植田哲郎，小花貞夫：“公衆自営連携コグニティブ無線アクセスネットワークにおける端末ＩＤ認証方式の提案”，２０１０年電子情報通信学会ソサイエティ大会，Ｓｅｐｔ．２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、アクセスポイントと、認証を行いたい端末との間で秘密鍵を生成および共有する際には、アクセスポイントと端末とが出す電波信号以外に、隠れ端末等の干渉源からもアクセスポイントに向けて電波が送信され、認証を行なおうとしている正規局間の信号と、干渉源からの信号とが互いに干渉し合う可能性がある。その結果、秘密鍵を共有できず、長時間に渡って秘密鍵を生成することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成可能な無線装置を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成可能な無線装置を備えた無線通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の実施の形態によれば、無線装置は、渉源から干渉波を受けるとともに、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、ｎ＋ｐ（ｎは２以上の整数、ｐは１以上の整数）個のアンテナと、無線通信器とを備える。無線通信器は、他の無線装置とｎ＋ｐ個のアンテナを介して無線通信を行う。そして、無線通信器は、他の無線装置において任意に決定され、かつ、ｎ＋ｐ個のアンテナと他の無線装置に装着されたｎ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトを既知信号に乗算した第１の乗算結果をチャネルおよびｎ＋ｐ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、チャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトと干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から既知信号を除いて第３の乗算結果を取得する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、処理をｍ回実行して得られたｍ個の第３の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する。
【０００９】
また、この発明の実施の形態によれば、無線装置は、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナと、無線通信器とを備える。無線通信器は、干渉源から干渉波を受ける他の無線装置と前記ｎ個のアンテナを介して無線通信を行う。そして、無線通信器は、他の無線装置において任意に決定され、かつ、ｎ個のアンテナと他の無線装置に装着されたｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを既知信号に乗算した第１の乗算結果をチャネルおよびｎ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、チャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトを、受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から既知信号を除いて第３の乗算結果を取得し、その取得した第３の乗算結果を他の無線装置によって取得された乗算結果に一致する第４の乗算結果に変換する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、処理をｍ回実行して得られたｍ個の第４の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する。
【００１０】
更に、この発明の実施の形態によれば、無線装置は、干渉源から干渉波を受けるとともに、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、ｎ＋ｐ（ｎは２以上の整数、ｐは１以上の整数）個のアンテナと、無線通信器とを備える。無線通信器は、他の無線装置とｎ＋ｐ個のアンテナを介して無線通信を行う。そして、無線通信器は、ｎ＋ｐ個のアンテナと他の無線装置に装着されたｎ個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、他の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、他の無線装置において任意に決定され、かつ、ｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを情報信号に乗算した第１の乗算結果をｎ＋ｐ個のアンテナとｎ個のアンテナとの間のチャネルおよびｎ＋ｐ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、当該無線装置において任意に決定され、かつ、チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、経路ウェイトとを、受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から情報信号を除いて第３の乗算結果を取得する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、処理をｍ回実行して得られたｍ個の第３の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する。
【００１１】
更に、この発明の実施の形態によれば、無線装置は、多入力／多出力通信方式によって無線通信を行なう無線装置であって、ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナと、無線通信器とを備える。無線通信器は、干渉源から干渉波を受ける他の無線装置とｎ個のアンテナを介して無線通信を行う。そして、無線通信器は、ｎ個のアンテナと他の無線装置に装着されたｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、他の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、他の無線装置において任意に決定され、かつ、ｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトと、干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを情報信号に乗算した第１の乗算結果をｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルおよびｎ個のアンテナを介して受信し、当該無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、当該無線装置において任意に決定され、かつ、チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、経路ウェイトとを、受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から情報信号を除いて第３の乗算結果を取得し、その取得した第３の乗算結果を他の無線装置によって取得された乗算結果に一致する第４の乗算結果に変換する処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、処理をｍ回実行して得られたｍ個の第４の乗算結果に基づいて秘密鍵を生成する。
【００１２】
更に、この発明の実施の形態によれば、無線通信システムは、第１および第２の無線装置を備える。第１の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナを用いて無線通信を行なう。第２の無線装置は、干渉源からの干渉波を受信し、ｎ＋ｐ（ｐは1以上の整数）個のアンテナを用いて前記第１の無線装置と無線通信を行なう。そして、第２の無線装置は、第１の無線装置において任意に決定され、かつ、第１の無線装置と第２の無線装置との間のチャネルを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトを第１の既知信号に乗算した第１の乗算結果をｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルおよびｎ＋ｐ個のアンテナを介して第１の無線装置から受信し、干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトと、第２の無線装置において任意に決定され、かつ、第１の無線装置と第２の無線装置との間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から第１の既知信号を除いて第３の乗算結果を取得する第１の処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、その求めたｍ個の第３の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵を生成する。また、第１の無線装置は、第２の振幅位相制御ウェイトと干渉抑圧ウェイトとを第２の既知信号に乗算した第４の乗算結果をチャネルおよびｎ個のアンテナを介して第２の無線装置から受信し、その受信した受信信号に第１の振幅位相制御ウェイトを乗算して第５の乗算結果を取得し、その取得した第５の乗算結果から第２の既知信号を除いて第６の乗算結果を取得し、その取得した第６の乗算結果を第３の乗算結果に一致する第７の乗算結果に変換する第２の処理をｍ回実行し、第２の処理をｍ回実行して得られたｍ個の第７の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する。
【００１３】
更に、この発明の実施の形態によれば、無線通信システムは、第１および第２の無線装置を備える。第１の無線装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナを用いて無線通信を行なう。第２の無線装置は、干渉源からの干渉波を受信し、ｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナを用いて前記第１の無線装置と無線通信を行なう。そして、第２の無線装置は、ｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間の経路を区別して無線通信を行なうための経路ウェイトと、第１の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第１の振幅位相制御ウェイトと、第１の無線装置において任意に決定され、かつ、ｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルを変動させる第２の振幅位相制御ウェイトとを第１の情報信号に乗算した第１の乗算結果をｎ個のアンテナとｎ＋ｐ個のアンテナとの間のチャネルおよびｎ＋ｐ個のアンテナを介して第１の無線装置から受信し、第２の無線装置において任意に決定され、かつ、データを変動させる第３の振幅位相制御ウェイトと、第２の無線装置において任意に決定され、かつ、チャネルを変動させる第４の振幅位相制御ウェイトと、干渉波を抑圧する干渉抑圧ウェイトとを、受信した受信信号に乗算して第２の乗算結果を取得し、その取得した第２の乗算結果から第１の情報信号を除いて第３の乗算結果を取得する第１の処理をｍ（ｍは１以上の整数）回実行し、その求めたｍ個の第３の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵を生成する。また、第１の無線装置は、第３および第４の振幅位相制御ウェイトと経路ウェイトと干渉抑圧ウェイトとを第２の情報信号に乗算した第４の乗算結果をチャネルおよびｎ個のアンテナを介して第２の無線装置から受信し、その受信した受信信号に第１および第２の振幅位相制御ウェイトと経路ウェイトとを乗算して第５の乗算結果を取得し、その取得した第５の乗算結果から第２の情報信号を除いて第６の乗算結果を取得し、その取得した第６の乗算結果を第３の乗算結果に一致する第７の乗算結果に変換する第２の処理をｍ回実行し、第２の処理をｍ回実行して得られたｍ個の第７の乗算結果に基づいて第１の秘密鍵と同じ第２の秘密鍵を生成する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の実施の形態による無線装置においては、無線通信器は、第１の振幅位相制御ウェイトと干渉抑圧ウェイトと第２の振幅位相制御ウェイトとを用いて無線通信相手の無線装置から既知信号を受信し、その受信した受信信号に基づいて、チャネル行列と、第１および第２の振幅位相制御ウェイトと、干渉抑圧ウェイトとが乗算された乗算結果に基づいて秘密鍵の１ビットを生成する。そして、無線通信器は、この処理をｍ回実行してｍビットの秘密鍵を生成する。その結果、ｍビットの各々は、干渉源からの干渉波を抑圧して生成される。
【００１５】
従って、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成できる。
【００１６】
また、第１および第２の振幅位相制御ウェイトは、それぞれ、各無線装置において任意に決定される。その結果、盗聴者から見れば、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からない。
【００１７】
従って、秘密鍵の秘匿性を向上できる。
【００１８】
また、この発明の実施の形態による無線装置においては、無線通信器は、経路ウェイトと、第１の振幅位相制御ウェイトと、第２の振幅位相制御ウェイトと、干渉抑圧ウェイトと、第３の振幅位相制御ウェイトと、第４の振幅位相制御ウェイトとを用いて無線通信相手の無線装置から既知信号を受信し、その受信した受信信号に基づいて、チャネル行列と、第１から第４の振幅位相制御ウェイト、経路ウェイト、および干渉抑圧ウェイトが乗算された乗算結果に基づいて秘密鍵の１ビットを生成する。そして、無線通信器は、この処理をｍ回実行してｍビットの秘密鍵を生成する。その結果、ｍビットの各々は、干渉源からの干渉波を抑圧して生成される。
【００１９】
従って、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成できる。
【００２０】
また、第１から第４の振幅位相制御ウェイトは、それぞれ、各無線装置において任意に決定される。その結果、盗聴者から見れば、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からない。
【００２１】
従って、秘密鍵の秘匿性を向上できる。
【００２２】
更に、この発明の実施の形態による無線通信システムにおいては、第１および第２の無線装置は、第１および第２の振幅位相制御ウェイトと、干渉抑圧ウェイトと、チャネル行列とを用いて無線通信相手の無線装置から既知信号を受信し、その受信した受信信号に基づいて、チャネル行列と、第１および第２の振幅位相制御ウェイトと、干渉抑圧ウェイトとが乗算された乗算結果に基づいて秘密鍵の１ビットを生成する。そして、第１および第２の無線装置は、この処理をｍ回実行してｍビットの秘密鍵を生成する。その結果、ｍビットの各々は、干渉源からの干渉波を抑圧して生成される。
【００２３】
従って、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧して秘密鍵を生成できる。
【００２４】
また、第１および第２の振幅位相制御ウェイトは、それぞれ、第１および第２の無線装置において任意に決定される。その結果、盗聴者から見れば、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からない。
【００２５】
従って、秘密鍵の秘匿性を向上できる。
【００２６】
更に、この発明の実施の形態による無線通信システムにおいては、第１および第２の無線装置は、第１から第４の振幅位相制御ウェイトと、経路ウェイトと、干渉抑圧ウェイトと、チャネル行列とを用いて無線通信相手の無線装置から情報信号を受信し、その受信した受信信号に基づいて、第１から第４の振幅位相制御ウェイトと、経路ウェイトと、干渉抑圧ウェイトと、チャネル行列を乗算した乗算結果に基づいて秘密鍵の１ビットを生成する。そして、第１および第２の無線装置は、この処理をｍ回実行してｍビットの秘密鍵を生成する。その結果、ｍビットの各々は、干渉源からの干渉波を抑圧して生成される。また、第１および第２の無線装置は、ｎ個のアンテナとｎ＋１個のアンテナとの間の経路を区別して情報信号を送受信できる。
【００２７】
従って、干渉源からの干渉が存在する環境においても、干渉を抑圧しながら情報信号を用いて秘密鍵を生成できる。
【００２８】
また、第１および第２の無線装置は、データを変動させる振幅位相制御ウェイトと、チャネルを変動させる振幅位相制御ウェイトとを用いて秘密鍵を生成する。その結果、盗聴者は、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが更に分からない。
【００２９】
従って、秘密鍵の秘匿性を更に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１による無線通信システムの概略図である。
【図２】図１に示す一方の無線装置の構成図である。
【図３】図１に示す他方の無線装置の構成図である。
【図４】図１に示す無線通信システムにおいて秘密鍵を生成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】実施の形態２による無線通信システムの概略図である。
【図６】図５に示す一方の無線装置の構成図である。
【図７】図５に示す他方の無線装置の構成図である。
【図８】図５に示す無線通信システムにおいて秘密鍵を生成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示すステップＳ２５の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による無線通信システムの概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による無線通信システム１００は、無線装置１０，２０を備える。
【００３３】
この実施の形態１においては、無線装置１０，２０は、ＭＩＭＯチャネルにおいて、データストリームをＭ（Ｍは２以上の整数）個の異なるサブストリームに分割し、各サブストリームをＭ個以上のアンテナからＭ個選択し、Ｍ個のアンテナを通して各サブストリームを送信する重み付き空間分割多重伝送を用いて、後述する方法によって秘密鍵を生成する。
【００３４】
無線装置１０は、例えば、端末装置であり、無線装置２０は、例えば、アクセスポイントである。無線装置１０は、２個のアンテナ１１，１２を有し、無線装置２０は、３個のアンテナ２１〜２３を有する。そして、干渉源３０は、アンテナ３１を有し、無線装置２０の近傍に存在している。
【００３５】
無線装置１０，２０は、多入力／多出力通信方式（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）によって相互に無線通信を行う。この場合、無線装置２０は、干渉源３０からの干渉波を抑圧して無線装置１０と無線通信を行う。
【００３６】
そして、無線装置１０，２０は、後述する方法によって、ＭＩＭＯ方式に従って相互に無線通信を行い、秘密鍵を共有する。
【００３７】
なお、図１においては、干渉源３０は、無線装置２０の近傍に存在するが、これは、無線装置２０は、アンテナの個数が無線装置１０よりも１個多いからである。従って、無線装置１０のアンテナの個数が無線装置２０よりも多い場合には、干渉源３０は、無線装置１０の近傍に存在する。そして、無線装置１０は、干渉源３０からの干渉波を抑圧して無線装置２０と無線通信を行なう。
【００３８】
ＭＩＭＯ方式を用いて無線通信が無線装置１０，２０間で行なわれた場合、無線装置２０は、干渉源３０からの干渉波を含む受信電波を受信する。そして、無線装置１０と無線装置２０との間のチャネルを示すチャネル行列を＜Ｈ＞とし、送信信号を＜Ｓ＞とすると、受信電波は、＜Ｈ＞・＜Ｓ＞によって表される。そして、チャネル行列＜Ｈ＞は、実在するものではなく、無線装置１０または無線装置２０がアンテナ１１，１２とアンテナ２１〜２３との間のチャネルを介して送信信号＜Ｓ＞を受信すれば、送信信号＜Ｓ＞に自然に乗算されるものである。
【００３９】
なお、この明細書においては、表記＜Ａ＞は、行列Ａを表す。
【００４０】
図２は、図１に示す一方の無線装置１０の構成図である。図２を参照して、無線装置１０は、アンテナ１１，１２と、受信手段１３と、演算手段１４，１８と、鍵生成手段１５と、ウェイト決定手段１６と、信号生成手段１７と、送信手段１９とを含む。なお、受信手段１３、演算手段１４，１８、鍵生成手段１５、ウェイト決定手段１６、信号生成手段１７、および送信手段１９は、「無線通信器」を構成する。
【００４１】
受信手段１３は、アンテナ１１，１２を介して無線装置２０から電波を受信し、その受信した電波が開始信号ＳＴＲＴに対する応答信号ＲＥＳである場合、その受信した応答信号ＲＥＳを信号生成手段１７へ出力する。
【００４２】
受信手段１３は、応答信号ＲＥＳを受信した後、アンテナ１１，１２を介して無線装置２０から＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を受信し、その受信した＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を演算手段１４へ出力する。
【００４３】
ここで、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞は、無線装置２０が干渉源３０からの干渉波を抑圧するウェイトである。更に、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞は、無線装置２０において任意に決定され、かつ、ＭＩＭＯ方式において無線装置１０，２０間のチャネルを変動させるウェイトである。更に、既知信号＜ＳＡ＞は、予め、無線装置１０，２０で共有された信号である。
【００４４】
演算手段１４は、受信手段１３から乗算結果＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を受ける。また、演算手段１４は、ウェイト決定手段１６によって任意に決定され、かつ、ＭＩＭＯ方式において無線装置１０，２０間のチャネルを変動させる振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞をウェイト決定手段１６から受ける。そして、演算手段１４は、乗算結果＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を鍵生成手段１５へ出力する。
【００４５】
鍵生成手段１５は、信号生成手段１７から既知信号＜ＳＡ＞を受け、演算手段１４から乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を受ける。そして、鍵生成手段１５は、乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞および既知信号＜ＳＡ＞に基づいて、乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞から既知信号＜ＳＡ＞を除去し、乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞を求める。その後、鍵生成手段１５は、乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞を保持するとともに、その保持した乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞に基づいて、後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ１の１ビットを生成する。
【００４６】
ウェイト決定手段１６は、無線装置１０において任意に決定され、かつ、無線装置１０，２０間のチャネルを変動させる振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を決定し、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を演算手段１４，１８へ出力する。
【００４７】
信号生成手段１７は、既知信号＜ＳＡ＞を予め保持している。そして、信号生成手段１７は、秘密鍵Ｋｓ１の生成を開始するとき、開始信号ＳＴＲＴを生成し、その生成して開始信号ＳＴＲＴを送信手段１９およびアンテナ１１，１２を介して無線装置２０へ送信する。その後、信号生成手段１７は、既知信号＜ＳＡ＞を鍵生成手段１５および演算手段１８へ出力する。
【００４８】
演算手段１８は、既知信号＜ＳＡ＞を信号生成手段１７から受け、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞をウェイト決定手段１６から受ける。そして、演算手段１８は、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を送信手段１９へ出力する。
【００４９】
送信手段１９は、信号生成手段１７から開始信号ＳＴＲＴを受けると、アンテナ１１，１２を介して開始信号ＳＴＲＴを無線装置２０へ送信する。また、送信手段１９は、演算手段１８から乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を受けると、その受けた乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞をアンテナ１１，１２を介して無線装置２０へ送信する。
【００５０】
図３は、図１に示す他方の無線装置２０の構成図である。図３を参照して、無線装置２０は、アンテナ２１〜２３と、受信手段２４と、ウェイト決定手段２５，２８と、演算手段２６，３２と、鍵生成手段２７と、信号生成手段２９と、送信手段３３とを含む。
【００５１】
受信手段２４は、アンテナ２１〜２３を介して電波を受信し、その受信した電波をウェイト決定手段２５へ出力する。また、受信手段２４は、受信した電波が開始信号ＳＴＲＴである場合、開始信号ＳＴＲＴを信号生成手段２９へ出力する。更に、受信手段２４は、受信した電波が乗算結果＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞である場合、乗算結果＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を演算手段２６へ出力する。
【００５２】
ウェイト決定手段２５は、受信手段２４から受信電波を受ける。この受信電波は、干渉源３０からの干渉波を含んでいる。そして、ウェイト決定手段２５は、受信手段２４から既知の送信信号＜Ｓ＞の受信信号＜ＲＷ＞を受ける。この受信信号＜ＲＷ＞は、送信信号＜Ｓ＞にチャネル行列＜Ｈ＞が自然に乗算されたものであり、干渉源３０からの干渉波を含んでいる。
【００５３】
ウェイト決定手段２５は、送信信号＜Ｓ＞の受信信号＜ＲＷ＞を受けると、その受けた受信信号＜ＲＷ＞から既知の送信信号＜Ｓ＞を除去して＜ＲＷ＞’を取得する。そして、ウェイト決定手段２５は、＜ＲＷ＞’に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算したものが“０”になるように干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定する。即ち、ウェイト決定手段２５は、次式が成立するように干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定する。
【００５４】
＜Ｗ＞・＜Ｈ＞＝０・・・（１）
受信信号＜ＲＷ＞＝＜Ｈ＞・＜Ｓ＞であり、＜ＲＷ＞’＝＜Ｈ＞であるので、＜ＲＷ＞’・＜Ｗ＞＝０であるように干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定することは、式（１）が成立するように干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定することに相当する。ウェイト決定手段２５は、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を求めると、その求めた干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を演算手段２５，３２へ出力する。
【００５５】
演算手段２６は、受信手段２４から乗算結果＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を受け、ウェイト決定手段２５から干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を受け、ウェイト決定手段２８によって任意に決定され、かつ、ＭＩＭＯ方式において無線装置１０，２０間のチャネルを変動させる振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞をウェイト決定手段２８から受ける。
【００５６】
そして、演算手段２６は、乗算結果＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算し、その乗算結果＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を鍵生成手段２７へ出力する。
【００５７】
鍵生成手段２７は、信号生成手段２９から既知信号＜ＳＡ＞を受け、演算手段２６から乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を受ける。そして、鍵生成手段２７は、乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞および既知信号＜ＳＡ＞に基づいて、乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞を求める。その後、鍵生成手段２７は、乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞を保持するとともに、その保持した乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞に基づいて、後述する方法によって秘密鍵Ｋｓ２の１ビットを生成する。
【００５８】
なお、乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞は、無線装置１０の鍵生成手段１５が求める乗算結果＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞と同じである。従って、無線装置２０の鍵生成手段２７が生成する秘密鍵Ｋｓ２の１ビットは、無線装置１０の鍵生成手段１５が生成する秘密鍵Ｋｓ１の１ビットと同じである。
【００５９】
ウェイト決定手段２８は、任意に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を決定し、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を演算手段２６，３２へ出力する。
【００６０】
信号生成手段２９は、既知信号＜ＳＡ＞を予め保持している。そして、信号生成手段２９は、開始信号ＳＴＲＴを受信手段２４から受けると、開始信号ＳＴＲＴに対する応答信号ＲＥＳを生成し、その生成して応答信号ＲＥＳを送信手段３３およびアンテナ２１〜２３を介して無線装置１０へ送信する。その後、信号生成手段２９は、既知信号＜ＳＡ＞を鍵生成手段２７および演算手段３２へ出力する。
【００６１】
演算手段３２は、既知信号＜ＳＡ＞を信号生成手段２９から受け、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞をウェイト決定手段２８から受ける。そして、演算手段３２は、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を送信手段３３へ出力する。
【００６２】
送信手段３３は、信号生成手段２９から応答信号ＲＥＳを受けると、アンテナ２１〜２３を介して応答信号ＲＥＳを無線装置１０へ送信する。また、送信手段３３は、演算手段３２から乗算結果＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を受けると、その受けた乗算結果＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞をアンテナ２１〜２３を介して無線装置１０へ送信する。
【００６３】
図４は、図１に示す無線通信システム１００において秘密鍵を生成する方法を説明するためのフローチャートである。
【００６４】
図４を参照して、秘密鍵の生成が開始されると、無線装置１０の信号生成手段１７は、開始信号ＳＴＲＴを生成し、その生成した開始信号ＳＴＲＴを送信手段１９へ出力し、送信手段１９は、開始信号ＳＴＲＴをアンテナ１１，１２を介して無線装置２０へ送信する（ステップＳ１）。
【００６５】
無線装置２０の受信手段２４は、アンテナ２１〜２３を介して開始信号ＳＴＲＴを受信し、その受信した開始信号ＳＴＲＴを信号生成手段２９へ出力する。そして、無線装置２０の信号生成手段２９は、受信手段２４から受けた開始信号ＳＴＲＴに応じて応答信号ＲＥＳを生成し、その生成した応答信号ＲＥＳを送信手段３３へ出力し、送信手段３３は、応答信号ＲＥＳをアンテナ２１〜２３を介して無線装置１０へ送信する（ステップＳ２）。
【００６６】
無線装置１０の受信手段１３は、アンテナ１１，１２を介して応答信号ＲＥＳを受信し、その受信した応答信号ＲＥＳを信号生成手段１７へ出力し、信号生成手段１７は、受信手段１３から応答信号ＲＥＳを受ける（ステップＳ３）。これによって、無線装置１０，２０は、秘密鍵を生成する動作が開始されることを検知する。
【００６７】
ステップＳ３の後、無線装置２０のウェイト決定手段２５は、上述した方法によって干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定し（ステップＳ４）、その決定した干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を演算手段２６，３２へ出力する。
【００６８】
そして、無線装置１０の信号生成手段１７は、ｋ＝１（１≦ｋ≦ｍ）を設定し（ステップＳ５）、既知信号＜ＳＳ＞を演算手段１８へ出力する。また、無線装置１０のウェイト決定手段１６は、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を任意に決定し（ステップＳ６）、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を演算手段１４，１８へ出力する。
【００６９】
無線装置１０の演算手段１８は、信号生成手段１７から受けた既知信号＜ＳＳ＞にウェイト決定手段１６から受けた振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞を送信手段１９へ出力し、送信手段１９は、乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞をアンテナ１１，１２を介して重み付き空間分割多重伝送によって無線装置２０へ送信する（ステップＳ７）。
【００７０】
無線装置２０の受信手段２４は、アンテナ２１〜２３を介して受信信号＜ＲＡ＞を受信する。この場合、受信信号＜ＲＡ＞は、干渉源３０からの干渉波を抑圧しなければ、次式によって表される。
【００７１】
＜ＲＡ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞・・・（２）
乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞は、無線装置１０，２０間のチャネルを介して無線装置１０から無線装置２０へ送信されるので、無線装置２０が受信する受信信号＜ＲＡ＞は、乗算結果＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞にチャネル行列＜Ｈ＞が乗算されたものとなる。
【００７２】
無線装置２０の受信手段２４は、その受信した受信信号＜ＲＡ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞を演算手段２６へ出力する。無線装置２０の演算手段２６は、受信手段２４から受信信号＜ＲＡ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞を受け、ウェイト決定手段２５から干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を受ける。そして、無線装置２０の演算手段２６は、受信信号＜ＲＡ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算する（ステップＳ８）。また、無線装置２０のウェイト決定手段２８は、チャネルを変動させる、即ち、チャネル行列の固有値に変動を与える振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を任意に決定し（ステップＳ９）、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を演算手段２６，３２へ出力する。
【００７３】
そして、無線装置２０の演算手段２６は、ウェイト決定手段２８から受けた振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を乗算結果に＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞に乗算し（ステップＳ１０）、その乗算した乗算結果＜Ｒ’Ａ＞を鍵生成手段２７へ出力する。乗算結果＜Ｒ’Ａ＞は、次式によって表される。
【００７４】
＜Ｒ’Ａ＞＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＳ＞・・・（３）
無線装置２０の鍵生成手段２７は、＜Ｒ’Ａ＞＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞を演算手段２６から受け、既知信号＜ＳＡ＞（＝＜ＳＳ＞）を信号生成手段２９から受ける。そして、無線装置２０の鍵生成手段２７は、既知信号＜ＳＳ＞を用いて＜Ｒ’Ａ＞＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞・＜ＳＡ＞から共有するチャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞を求め、その求めたチャネル行列Ｈ’を一時保存する（ステップＳ１１）。
【００７５】
その後、無線装置２０の信号生成手段２９は、既知信号＜ＳＡ＞を演算手段３２へ出力し、演算手段３２は、信号生成手段２９から受けた既知信号＜ＳＡ＞にウェイト決定手段２８から受けた振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞とウェイト決定手段２５から受けた干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞とを乗算し、その乗算結果＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞を送信手段３３へ出力する。そして、無線装置２０の送信手段３３は、演算手段３２から受けた乗算結果＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞・＜ＳＡ＞をアンテナ２１〜２３を介して重み付き空間分割多重伝送によって無線装置１０へ送信する（ステップＳ１２）。
【００７６】
無線装置１０の受信手段１３は、アンテナ１１，１２を介して受信信号＜ＲＳ＞を受信する。この場合、受信信号＜ＲＳ＞は、次式によって表される。
【００７７】
＜ＲＳ＞＝＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞・・・（４）
Ｈは、転置行列を表す。
【００７８】
そして、無線装置１０の受信手段１３は、受信信号＜ＲＳ＞＝＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞を演算手段１４へ出力する。そして、無線装置１０の演算手段１４は、受信信号＜ＲＳ＞＝＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を乗算し（ステップＳ１３）、その乗算結果＜Ｒ’Ｓ＞を鍵生成手段１５へ出力する。
【００７９】
この場合、乗算結果＜Ｒ’Ｓ＞は、次式によって表される。
【００８０】
＜Ｒ’Ｓ＞＝＜ＷＳ＞Ｈ・＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞・・・（５）
そうすると、無線装置１０の鍵生成手段１５は、＜Ｒ’Ｓ＞＝＜ＷＳ＞Ｈ・＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞を演算手段１４から受け、既知信号＜ＳＳ＞（＝＜ＳＡ＞）を信号生成手段１７から受ける。そして、無線装置１０の鍵生成手段１５は、既知信号＜ＳＳ＞を用いて＜Ｒ’Ｓ＞＝＜ＷＳ＞Ｈ・＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈ・＜ＳＡ＞からチャネル行列ＨＨ’＝＜ＷＳ＞Ｈ・＜Ｈ＞Ｈ・＜Ｗ＞Ｈ・＜ＷＡ＞Ｈを求める。そして、無線装置１０の鍵生成手段１５は、その求めたチャネル行列ＨＨ’をチャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞に一致するように変換し、その変換したチャネル行列Ｈ’ ＝＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞を一時保存する（ステップＳ１４）。
【００８１】
なお、電波伝搬の可逆性から、＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞は、＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞と同じである。
【００８２】
その後、無線装置１０の信号生成手段１７は、ｋ＝ｍであるか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００８３】
ステップＳ１５において、ｋ＝ｍでないと判定されたとき、無線装置１０の信号生成手段１７は、ｋ＝ｋ＋１を設定する（ステップＳ１６）。その後、一連の動作は、ステップＳ６へ戻り、ステップＳ１５において、ｋ＝ｍであると判定されるまで、上述したステップＳ６〜ステップＳ１６が繰返し実行される。
【００８４】
なお、ｍは、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の鍵長に等しい数値からなり、１以上の整数である。
【００８５】
そして、ステップＳ１５において、ｋ＝ｍであると判定されると、無線装置１０の鍵生成手段１５は、ｍ個のチャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞（＝＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞）の各々について複数の固有値を求め、その複数の固有値から最大の固有値を抽出する処理をｍ個のチャネル行列Ｈ’の全てについて実行する。その結果、無線装置１０の鍵生成手段１５は、ｍ個の最大の固有値を取得する。そして、無線装置１０の鍵生成手段１５は、ｍ個の最大の固有値を中央値で２値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する。
【００８６】
また、無線装置２０の鍵生成手段２７も、無線装置１０の鍵生成手段１５と同じ方法によって秘密鍵Ｋｓ１と同じ秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ１７）。これによって、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の生成が終了する。
【００８７】
上述したように、干渉源３０の近傍に存在する無線装置２０は、無線装置１０からの受信信号に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算してチャネル行列Ｈ’を求め、その求めたチャネル行列Ｈ’に基づいて秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ８〜ステップＳ１１，Ｓ１７参照）。また、無線装置１０は、無線装置２０によって既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞および干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞が乗算されたものを無線装置２０から受信してチャネル行列Ｈ’を求め、その求めたチャネル行列Ｈ’に基づいて秘密鍵Ｋｓ１を生成する（ステップＳ１２〜ステップＳ１４，Ｓ１７参照）。
【００８８】
即ち、無線装置１０，２０は、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞、および干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を用いて既知信号を通信相手から受信し、その受信信号に基づいて乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞，＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞を求め、その求めた乗算結果＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞，＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。つまり、無線装置１０，２０は、干渉波を抑圧して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。
【００８９】
従って、無線装置１０，２０は、干渉源３０からの干渉波が存在する環境においても干渉を抑圧して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成できる。
【００９０】
また、無線装置１０は、無線装置２０において任意に決定された振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞が含まれるチャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞に基づいて秘密鍵Ｋｓ１を生成し、無線装置２０は、無線装置１０において任意に決定された振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞が含まれるチャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞に基づいて秘密鍵Ｋｓ２を生成する。そして、盗聴者は、無線装置１０または無線装置２０からの電波を傍受しても、無線装置１０，２０がチャネル行列Ｈ’に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成することを検知できない。
【００９１】
従って、漏洩を抑制して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成できる。
【００９２】
更に、無線装置１０は、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞を乗算して送信し、無線装置２０は、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を乗算して送信する。そして、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞および振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞は、ステップＳ６〜ステップＳ１６のループが繰り返される毎に変えられる。
【００９３】
その結果、チャネル変動が振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞によって人為的に生成され、盗聴者から見れば、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からない。
【００９４】
従って、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の秘匿性を向上できる。
【００９５】
なお、実施の形態１においては、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞をステップＳ６〜ステップＳ１６のループが繰り返される毎に変えなくてもよく、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞をステップＳ６〜ステップＳ１６のループが一定回数繰り返される毎に変えてもよく、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が生成されるまで、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を変えなくてもよい。
【００９６】
振幅位相制御ウェイト＜ＷＳ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡ＞を変えなくても、上述したように、盗聴者にとっては、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からないからである。
【００９７】
また、上記においては、チャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞（＝（＝＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞）の最大の固有値を２値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成すると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、チャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞（＝＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞）の要素、絶対値および電力値を用いて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成してもよい。つまり、チャネル行列Ｈ’＝＜ＷＡ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳ＞（＝＜ＷＳ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡ＞）に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成すればよい。
【００９８】
［実施の形態２］
図５は、実施の形態２による無線通信システムの概略図である。図５を参照して、実施の形態２による無線通信システム１００Ａは、無線装置１０Ａ，２０Ａを備える。
【００９９】
この実施の形態２においては、無線装置１０Ａ，２０Ａは、ＭＩＭＯチャネルにおいて、データストリームをＭ個の異なるサブストリームに分割し、各サブストリームをＭ個以上の送信アンテナから形成したＭ個のビームに対応させて送信する固有ビーム空間分割多重伝送を用いて、後述する方法によって秘密鍵を生成する。
【０１００】
無線装置１０Ａは、例えば、端末装置であり、無線装置２０Ａは、端末装置と無線通信を行なうアクセスポイントである。
【０１０１】
無線装置１０Ａは、２個のアンテナ１１，１２を有し、無線装置２０Ａは、３個のアンテナ２１〜２３を有する。そして、干渉源３０は、無線装置２０Ａの近傍に存在している。
【０１０２】
無線装置１０Ａ，２０Ａは、ＭＩＭＯ方式によって相互に無線通信を行う。この場合、無線装置２０Ａは、干渉源３０からの干渉波を抑圧して無線装置１０Ａと無線通信を行う。
【０１０３】
そして、無線装置１０Ａ，２０Ａは、後述する方法によって、ＭＩＭＯ方式に従って相互に無線通信を行い、秘密鍵を共有する。
【０１０４】
なお、図５においては、干渉源３０は、無線装置２０Ａの近傍に存在するが、これは、無線装置２０Ａは、アンテナの個数が無線装置１０Ａよりも１個多いからである。従って、無線装置１０Ａのアンテナの個数が無線装置２０Ａよりも多い場合には、干渉源３０は、無線装置１０Ａの近傍に存在する。そして、無線装置１０Ａは、干渉源３０からの干渉波を抑圧して無線装置２０Ａと無線通信を行なう。
【０１０５】
図６は、図５に示す一方の無線装置１０Ａの構成図である。図６を参照して、無線装置１０Ａは、図２に示す無線装置１０にウェイト決定手段３４を追加し、演算手段１４，１８をそれぞれ演算手段１４Ａ，１８Ａに代えたものであり、その他は、無線装置１０と同じである。
【０１０６】
実施の形態２においては、無線装置１０Ａが無線装置２０Ａとの間のチャネルを変動させるために任意に決定した振幅位相制御ウェイトを＜ＷＳｉ＞とし、無線装置２０Ａが無線装置１０Ａとの間のチャネルを変動させるために任意に決定した振幅位相制御ウェイトを＜ＷＡｉ＞とする。また、無線装置１０Ａがデータを変動させるために任意に決定した振幅位相制御ウェイトを＜ＷＳｏ＞とし、無線装置２０Ａがデータを変動させるために任意に決定した振幅位相制御ウェイトを＜ＷＡｏ＞とする。そして、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞，＜ＷＡｏ＞は、データ自体を拡散するためのウェイトであり、対角行列からなる。
【０１０７】
無線装置２０Ａは、ウェイト＜ｅ＞を決定する場合、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞および干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算して無線装置１０Ａへ送信する。その結果、無線装置１０Ａの受信手段１３は、乗算結果＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ＳＡ＞からなる受信電波を受信する。
【０１０８】
演算手段１４Ａは、ウェイト決定手段１６から振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞，＜ＷＳｉ＞を受け、ウェイト決定手段３４からウェイト＜ｅ＞を受ける。そして、演算手段１４Ａは、ウェイト＜ｅ＞を決定する場合、受信電波＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ＳＡ＞を受信手段１３から受け、その受けた受信電波＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞を乗算する。そして、演算手段１４Ａは、その乗算結果＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ＳＡ＞と、既知信号＜ＳＳ＞（＝＜ＳＡ＞）とを用いてチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を求める。そうすると、演算手段１４Ａは、その求めたチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞をウェイト決定手段３４へ出力する。
【０１０９】
演算手段１４Ａは、その他、演算手段１４と同じ機能を果たす。
【０１１０】
演算手段１８Ａは、ウェイト決定手段１６から振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞，＜ＷＳｉ＞を受け、信号生成手段１７から既知信号＜ＳＳ＞または情報信号＜ＤＳ＞を受け、ウェイト決定手段３４からウェイト＜ｅ＞を受ける。
【０１１１】
そして、演算手段１８Ａは、既知信号＜ＳＳ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞を乗算し、その乗算結果を送信手段１９へ出力する。また、演算手段１８Ａは、情報信号＜ＤＳ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞，＜ＷＳｉ＞およびウェイト＜ｅ＞を乗算し、その乗算結果を送信手段１９へ出力する。
【０１１２】
ウェイト決定手段３４は、チャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を演算手段１４Ａから受ける。そして、ウェイト決定手段３４は、その受けたチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を固有値分解し、その固有値分解の結果を用いてチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を対角化するようにウェイト＜ｅ＞を決定する。そうすると、ウェイト決定手段３４は、その決定したウェイト＜ｅ＞を演算手段１４Ａ，１８Ａへ出力する。
【０１１３】
図７は、図５に示す他方の無線装置２０Ａの構成図である。図７を参照して、無線装置２０Ａは、図３に示す無線装置２０のウェイト決定手段２５をウェイト決定手段２５Ａに代え、演算手段２６，３２をそれぞれ演算手段２６Ａ，３２Ａに代えたものであり、その他は、無線装置２０と同じである。
【０１１４】
演算手段２６Ａは、ウェイト決定手段２８から振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞，＜ＷＡｉ＞を受け、ウェイト決定手段２５Ａからウェイト＜ｅ＞を受ける。そして、演算手段２６Ａは、ウェイト＜ｅ＞を決定する場合、受信電波＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ＳＳ＞を受信手段２４から受け、その受けた受信電波＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ＳＳ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞を乗算する。そして、演算手段２６Ａは、その乗算結果＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ＳＳ＞と、既知信号＜ＳＡ＞（＝＜ＳＳ＞）とを用いてチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞を求め、その求めたチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞をウェイト決定手段２５Ａへ出力する。なお、乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞は、乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞と同じであるため、乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞をチャネル行列＜Ｈ＞’と表記している。
【０１１５】
演算手段２６Ａは、その他、演算手段２６と同じ機能を果たす。
【０１１６】
演算手段３２Ａは、ウェイト決定手段２８から振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞，＜ＷＡｉ＞を受け、信号生成手段２９から既知信号＜ＳＡ＞または情報信号＜ＤＡ＞を受け、ウェイト決定手段２５Ａから干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞およびウェイト＜ｅ＞を受ける。
【０１１７】
そして、演算手段３２Ａは、既知信号＜ＳＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞および干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を乗算し、その乗算結果を送信手段３３へ出力する。また、演算手段３２Ａは、情報信号＜ＤＳ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞，＜ＷＳｉ＞、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞およびウェイト＜ｅ＞を乗算し、その乗算結果を送信手段３３へ出力する。
【０１１８】
ウェイト決定手段２５Ａは、チャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞を演算手段２６Ａから受ける。そして、ウェイト決定手段２５Ａは、その受けたチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞を固有値分解し、その固有値分解の結果を用いてチャネル行列＜Ｈ＞’＝＜ＷＡｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＳｉ＞を対角化するようにウェイト＜ｅ＞を決定する。そうすると、ウェイト決定手段２５Ａは、その決定したウェイト＜ｅ＞を演算手段２６Ａ，３２Ａへ出力する。
【０１１９】
ウェイト決定手段２５Ａは、その他、ウェイト決定手段２５と同じ機能を果たす。
【０１２０】
図８は、図５に示す無線通信システム１００Ａにおいて秘密鍵を生成する方法を説明するためのフローチャートである。
【０１２１】
図８を参照して、秘密鍵の生成が開始されると、無線装置１０Ａ，２０Ａは、図４に示すステップＳ１〜ステップＳ３を順次実行し、開始信号ＳＴＲＴおよび応答信号ＲＥＳを相互に送受信する（ステップＳ２１〜ステップＳ２３）。
【０１２２】
ステップＳ２３の後、無線装置２０Ａは、上述した方法によって、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞を決定する（ステップＳ２４）。
【０１２３】
そして、無線装置１０Ａ，２０Ａは、それぞれ、既知信号＜ＳＳ＞，＜ＳＡ＞を相互に送受信してウェイト＜ｅ＞を決定する（ステップＳ２５）。
【０１２４】
そして、無線装置１０Ａの信号生成手段１７は、ｋ＝１（１≦ｋ≦ｍ）を設定し（ステップＳ２６）、情報信号＜ＤＳ＞を演算手段１８Ａへ出力する。また、無線装置１０Ａのウェイト決定手段１６は、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞を任意に決定し（ステップＳ２７）、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞を演算手段１４Ａ，１８Ａへ出力する。
【０１２５】
無線装置１０Ａの演算手段１８Ａは、信号生成手段１７から受けた情報信号＜ＤＳ＞に乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞を乗算し、その乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞を送信手段１９へ出力し、送信手段１９は、乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞をアンテナ１１，１２を介して固有ビーム空間分割多重伝送によって無線装置２０Ａへ送信する（ステップＳ２８）。
【０１２６】
ここで、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞は、上述したように、データ自体を拡散するためのウェイトであり、対角行列からなる。従って、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞を乗算することによって、盗聴者に対して秘匿を行なうことができる。
【０１２７】
無線装置２０Ａの受信手段２４は、アンテナ２１〜２３を介して受信信号＜Ｒ”Ａ＞を受信する。この場合、受信信号＜Ｒ”Ａ＞は、次式によって表される。
【０１２８】
＜Ｒ”Ａ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞・・・（６）
無線装置２０Ａのウェイト決定手段２８は、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞を任意に決定し（ステップＳ２９）、その決定した振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞を演算手段２６Ａ，３２Ａへ出力する。
【０１２９】
無線装置２０Ａの受信手段２４は、その受信した受信信号＜Ｒ”Ａ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞を演算手段２６Ａへ出力する。無線装置２０Ａの演算手段２６Ａは、受信手段２４から受信信号＜Ｒ”Ａ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞を受け、ウェイト決定手段２５Ａから干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞およびウェイト＜ｅ＞を受ける。そして、無線装置２０Ａの演算手段２６Ａは、受信信号＜Ｒ”Ａ＞＝＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞に乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞を乗算する（ステップＳ３０）。
【０１３０】
無線装置２０Ａの鍵生成手段２７は、乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞を演算手段２６Ａから受け、情報信号＜ＤＡ＞（＝＜ＤＳ＞）を信号生成手段２９から受ける。そして、無線装置２０Ａの鍵生成手段２７は、情報信号＜ＤＡ＞を用いて乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞・＜ＤＳ＞から共有するチャネル行列Ｈ”＝＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞を求め、その求めたチャネル行列Ｈ”を一時保存する（ステップＳ３１）。
【０１３１】
その後、無線装置２０Ａの信号生成手段２９は、情報信号＜ＤＡ＞を演算手段３２Ａへ出力し、演算手段３２Ａは、信号生成手段２９から受けた情報信号＜ＤＡ＞に乗算結果＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞を乗算して固有ビーム空間分割多重伝送によって無線装置１０Ａへ送信する（ステップＳ３２）。
【０１３２】
ここで、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞は、上述したように、データ自体を拡散するためのウェイトであり、対角行列からなる。従って、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞を乗算することによって、盗聴者に対して秘匿を行なうことができる。
【０１３３】
無線装置１０Ａの受信手段１３は、アンテナ１１，１２を介して受信信号＜Ｒ”Ｓ＞を受信する。この場合、受信信号＜Ｒ”Ｓ＞は、次式によって表される。
【０１３４】
＜Ｒ”Ｓ＞＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞・・・（７）
そして、無線装置１０Ａの受信手段１３は、受信信号＜Ｒ”Ｓ＞＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞を演算手段１４Ａへ出力する。そして、無線装置１０Ａの演算手段１４Ａは、＜Ｒ”Ｓ＞＝＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞に乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈを乗算し（ステップＳ３３）、その乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈ・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞を鍵生成手段１５へ出力する。
【０１３５】
そうすると、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５は、乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈ・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞を演算手段１４Ａから受け、情報信号＜ＤＳ＞（＝＜ＤＡ＞）を信号生成手段１７から受ける。そして、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５は、情報信号＜ＤＳ＞を用いて乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈ・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜ＤＡ＞から乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈ・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞を求め、その求めた乗算結果＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｉ＞Ｈ・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞をチャネル行列Ｈ”＝＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞に一致する＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞に変換し、その変換した＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞をチャネル行列Ｈ”として一時保存する（ステップＳ３４）。
【０１３６】
なお、電波伝搬の可逆性から＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞は、＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞と同じである。
【０１３７】
また、＜ＷＳｏ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞および＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｏ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＳｏ＞は、対角行列からなるため、情報信号＜ＤＳ＞，＜ＤＡ＞が互いに干渉せず、情報信号＜ＤＳ＞，＜ＤＡ＞を個別に取り出すことができる。また、無線装置１０Ａ，２０Ａにおいて、同じチャネル行列Ｈ”を取得できる。
【０１３８】
その後、無線装置１０Ａの信号生成手段１７は、ｋ＝ｍであるか否かを判定する（ステップＳ３５）。
【０１３９】
ステップＳ３５において、ｋ＝ｍでないと判定されたとき、無線装置１０Ａの信号生成手段１７は、ｋ＝ｋ＋１を設定する（ステップＳ３６）。その後、一連の動作は、ステップＳ２７へ戻り、ステップＳ３５において、ｋ＝ｍであると判定されるまで、上述したステップＳ２７〜ステップＳ３６が繰返し実行される。
【０１４０】
そして、ステップＳ３５において、ｋ＝ｍであると判定されると、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５は、ｍ個のチャネル行列Ｈ”の各々について複数の固有値を求め、その複数の固有値から最大の固有値を抽出する処理をｍ個のチャネル行列Ｈ”の全てについて実行する。その結果、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５は、ｍ個の最大の固有値を取得する。そして、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５は、ｍ個の最大の固有値を中央値で２値化して秘密鍵Ｋｓ１を生成する。
【０１４１】
また、無線装置２０Ａの鍵生成手段２７も、無線装置１０Ａの鍵生成手段１５と同じ方法によって秘密鍵Ｋｓ１と同じ秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ３７）。これによって、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の生成が終了する。
【０１４２】
図９は、図８に示すステップＳ２５の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
【０１４３】
図９を参照して、図８に示すステップＳ２４の後、無線装置１０Ａは、既知信号＜ＳＳ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞を乗算して無線装置２０Ａへ送信する（ステップＳ２５１）。
【０１４４】
無線装置２０Ａは、受信信号に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞および振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞を乗算し（ステップＳ２５２）、その乗算結果に基づいて、＜ＷＡｉ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞を求める（ステップＳ２５３）。
【０１４５】
そして、無線装置２０Ａは、乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞を固有値分解し、その固有値分解の結果に基づいて、乗算結果＜ＷＡｉ＞・＜Ｗ＞・＜Ｈ＞・＜ＷＳｉ＞を対角化するウェイト＜ｅ＞を決定する（ステップＳ２５４）。
【０１４６】
引き続いて、無線装置２０Ａは、既知信号＜ＳＡ＞に干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞および振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞を乗算して無線装置１０Ａへ送信する（ステップＳ２５５）。
【０１４７】
無線装置Ａ０Ａは、受信信号に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞を乗算し（ステップＳ２５６）、その乗算結果に基づいて、＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を求める（ステップＳ２５７）。
【０１４８】
そして、無線装置１０Ａは、乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を固有値分解し、その固有値分解の結果に基づいて、乗算結果＜ＷＳｉ＞・＜Ｈ＞・＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞を対角化するウェイト＜ｅ＞を決定する（ステップＳ２５８）
その後、一連の動作は、図８に示すステップＳ２６へ移行する。
【０１４９】
上述したように、干渉源３０の近傍に存在する無線装置２０Ａは、無線装置１０Ａからの受信信号に乗算結果＜ＷＡｏ＞・＜ｅ＞Ｈ・＜ＷＡｉ＞・＜Ｗ＞を乗算してチャネル行列Ｈ”を求め、その求めたチャネル行列Ｈ”に基づいて秘密鍵Ｋｓ２を生成する（ステップＳ３０，Ｓ３１，Ｓ３７参照）。また、無線装置１０Ａは、無線装置２０Ａによって情報信号＜ＤＡ＞に乗算結果＜Ｗ＞・＜ＷＡｉ＞・＜ｅ＞・＜ＷＡｏ＞が乗算されたものを無線装置２０Ａから受信してチャネル行列Ｈ”を求め、その求めたチャネル行列Ｈ”に基づいて秘密鍵Ｋｓ１を生成する（ステップＳ３２〜ステップＳ３４，Ｓ３７参照）。
【０１５０】
即ち、無線装置１０Ａ，２０Ａは、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞、ウェイト＜ｅ＞およびチャネルを用いて通信相手から情報信号を受信し、その受信信号に基づいて振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｏ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｏ＞、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞、干渉抑圧ウェイト＜Ｗ＞、ウェイト＜ｅ＞およびチャネル行列＜Ｈ＞が乗算された乗算結果を求め、その求めた乗算結果に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。つまり、無線装置１０Ａ，２０Ａは、干渉波を抑圧しながら情報信号＜ＤＳ＞，＜ＤＡ＞を用いて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。
【０１５１】
従って、無線装置１０Ａ，２０Ａは、干渉源３０からの干渉波が存在する環境においても干渉を抑圧して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成できる。
【０１５２】
また、無線装置１０Ａ，２０Ａは、情報信号＜ＤＳ＞，＜ＤＡ＞の送受信においてウェイト＜ｅ＞を乗算してチャネル行列Ｈ”を求める（ステップＳ２８，Ｓ３０，Ｓ３２，Ｓ３３参照）。
【０１５３】
従って、無線装置１０Ａ，２０Ａは、アンテナ１１，１２とアンテナ２１〜２３との間の経路を区別して情報信号＜ＤＳ＞，＜ＤＡ＞を送受信できる。
【０１５４】
更に、無線装置１０Ａ，２０Ａは、無線装置１０Ａにおいて任意に決定された振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞および無線装置２０Ａにおいて任意に決定された振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞が含まれるチャネル行列Ｈ”に基づいて、それぞれ、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成する。そして、盗聴者は、無線装置１０Ａまたは無線装置２０Ａからの電波を傍受しても、無線装置１０Ａ，２０Ａがチャネル行列Ｈ”に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成することを検知できない。
【０１５５】
従って、漏洩を抑制して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成できる。
【０１５６】
更に、無線装置１０Ａは、情報信号＜ＤＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞を乗算して送信し、無線装置２０Ａは、既知信号＜ＤＡ＞に振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞を乗算して送信する。そして、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞および振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞は、ステップＳ２７〜ステップＳ３６のループが繰り返される毎に変えられる。
【０１５７】
その結果、チャネル変動が振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞によって人為的に生成され、盗聴者から見れば、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からない。
【０１５８】
従って、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２の秘匿性を向上できる。
【０１５９】
なお、実施の形態２においては、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞をステップＳ２７〜ステップＳ３６のループが繰り返される毎に変えなくてもよく、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞をステップＳ２７〜ステップＳ３６のループが一定回数繰り返される毎に変えてもよく、秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２が生成されるまで、振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞を変えなくてもよい。
【０１６０】
振幅位相制御ウェイト＜ＷＳｉ＞，＜ＷＳｏ＞または振幅位相制御ウェイト＜ＷＡｉ＞，＜ＷＡｏ＞を変えなくても、上述したように、盗聴者にとっては、チャネルによる振幅位相変動なのか、ウェイトによる人為的な変動なのかが分からないからである。
【０１６１】
また、上記においては、チャネル行列Ｈ”の最大の固有値を２値化して秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成すると説明したが、実施の形態２においては、これに限らず、チャネル行列Ｈ”の要素、絶対値および電力値を用いて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成してもよい。つまり、チャネル行列Ｈ”に基づいて秘密鍵Ｋｓ１，Ｋｓ２を生成すればよい。
【０１６２】
更に、上記においては、無線装置２０，２０Ａは、無線装置１０，１０Ａよりも１個だけ多い３個のアンテナ２１〜２３を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、無線装置２０，２０Ａは、無線装置１０，１０Ａがｎ（ｎは２以上の整数）個のアンテナを備える場合、ｎ＋ｐ（ｐは１以上の整数）個のアンテナを備える。
【０１６３】
なお、実施の形態２においては、ウェイト＜ｅ＞は、「経路ウェイト」を構成する。
【０１６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
この発明は、無線装置および無線通信システムに適用される。
【符号の説明】
【０１６６】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ  無線装置、１１，１２，２１〜２３，３１  アンテナ、１３，２４  受信手段、１４，１４Ａ，１８，１８Ａ，２６，２６Ａ，３２，３２Ａ  演算手段、１５，２７  鍵生成手段、１６，２５，２５Ａ，２８，３４  ウェイト決定手段、１７，２９  信号生成手段、１９，３３  送信手段、３０  干渉源、１００，１００Ａ  無線通信システム。
【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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