(57)【要約】ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システムにおける基地局と移動局とに共通の秘密鍵を短時間で生成し、暗号化通信を早期に開始することのできる無線通信装置等を開示する。この装置では、ＳＴ５４５では、チャネル一致判定部（１０５）及びチャネル一致判定処理部（２０５）がそれぞれ、ＳＴ５４０−２で生成されたチャネル一致判定信号に示された判定結果に応じて、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか、或いは完全には一致しないものの秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうると判定した場合には、ＳＴ５４５に続いてＳＴ５５０が実行される。一方で、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全には一致せず、かつ、秘密鍵の誤り訂正等によっても最終的に一致し得ないと判定された場合には、ＳＴ５４５に続いて再度ＳＴ５１０が実行される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、
前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、
前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、
前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、
前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、
前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、
前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備する無線通信方法。
【請求項２】
前記情報生成ステップにおける前記第一チャネル情報が前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列である、請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記第一秘密鍵生成ステップでは、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定し、
前記第二秘密鍵生成ステップでは、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定する、請求項１記載の無線通信方法。
【請求項４】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、
算出された第一チャネル推定値から第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記第二無線通信装置によって複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、
を有し、
前記第二無線通信装置は、
前記第二ＭＩＭＯチャネルの第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、
算出された第二チャネル推定値と前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、
前記一致判定処理手段によって一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、
を有する、無線通信システム。
【請求項５】
第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、
前記第一ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、
算出された第一チャネル推定値から前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置。
【請求項６】
前記第一秘密鍵生成手段は、前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、
前記第一秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第一秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する請求項５記載の無線通信装置。
【請求項７】
第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第一ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第二アンテナと、
前記第二ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、
前記第二ＭＩＭＯチャネルで受信した前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、
前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置。
【請求項８】
前記第二秘密鍵生成手段は、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、
前記第二秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第二秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する、請求項７記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複数のアンテナ素子から送信された無線信号を複数のアンテナ素子で受信して無線通信を行うマルチインプット・マルチアウトプット（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）技術を利用した無線通信システム、並びにこのシステムにおいて使用される無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年の情報化社会の発展に伴い、移動体無線通信技術がその利便性から急速に普及している。移動体無線通信では、第三者による無線信号の傍受が比較的容易であるため、移動体無線通信において個人情報や企業の機密情報を送受信する場合には、無線信号の盗聴対策が必要不可欠である。【０００３】  移動体無線通信における盗聴対策としては、暗号化技術の利用が一般的である。具体的には、移動体無線通信システムにおける伝搬路特性を利用して送信側と受信側との無線通信装置がそれぞれ個別に秘密鍵を生成する暗号化技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。【０００４】  非特許文献１に記載された暗号化技術は、移動体無線通信システムにおける伝搬路特性が不規則に時間変動すること、送受信位置の僅かな変動でもその前後における伝搬路の相関が急激に低下すること及び一般に電波の可逆性が成り立つことを利用して、送信側と受信側との無線通信装置がそれぞれ個別に伝搬路特性を測定し、その測定結果から得られる情報を秘密裏に共有して同一の秘密鍵を生成することにより、これら無線通信装置間で暗号化通信を実現するものである。【０００５】  非特許文献１に記載された技術について、図１を用いて説明する。図１に、移動体無線通信システムにおける基地局と移動局との間で暗号化通信が開始されるまでの信号処理の流れを示す。なお、図１では、基地局と移動局とにおいて同様の信号処理が行われるステップについては、同一の番号を付している。また、図１では、基地局の各ステップに枝番号「１」を付し、一方で移動局の各ステップに枝番号「２」を付している。以下、基地局の各ステップと移動局の各ステップとについて説明するが、基地局の動作と移動局の動作とを分けて説明する必要があるステップ以外は、枝番号を省略して包括的に説明する。【０００６】  先ず、ステップＳＴ１０では、基地局と移動局とが、伝搬路特性から得られる情報を共有するために、時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式でパイロット信号を交互に送受信する。【０００７】  続いて、ステップＳＴ２０では、基地局と移動局とがそれぞれ、受信したパイロット信号に基づいてチャネル推定を行う。【０００８】  続いて、ステップＳＴ３０では、基地局と移動局とがそれぞれ、ステップＳＴ２０で算出したチャネルの振幅や位相情報等のチャネル推定値を量子化して、０及び１の２値からなる量子化データを生成し、生成した量子化データを既定の方式で繰り返したり入れ替えたりすることによって秘密鍵を生成する。【０００９】  続いて、ステップＳＴ４０−２では、移動局が、自装置で生成した秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に検査行列を乗算してシンドロームを算出し、算出したシンドロームを基地局に送信する。【００１０】  続いて、ステップＳＴ４５−１では、基地局が、自装置で生成した秘密鍵について、ステップＳＴ４０−２と同様にしてシンドロームを生成し、自装置で生成したシンドロームと移動局から送信されてくるシンドロームとを比較してその差分を算出し、算出した差分に基づいて自装置で生成した秘密鍵を誤り訂正する。【００１１】  なお、基地局と移動局とはＴＤＤ方式でパイロット信号を交互に送受信するため、パイロット信号に含まれる雑音の時間変動等により、基地局の算出するチャネル推定値と移動局の算出するチャネル推定値との間には必然的に差が生じることになる。そして、このようなチャネル推定値の差が、ステップＳＴ３０における量子化の判定境界を跨いでしまうと、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しなくなってしまう問題が生じる。【００１２】  そこで、ステップＳＴ４５−１では、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との間に生じた差を可能な限り回復するため、シンドロームの差分に基づいて秘密鍵を誤り訂正する。【００１３】  続いて、ステップＳＴ５０では、基地局と移動局とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。また、ステップＳＴ５０−２では、移動局が、生成したハッシュ化情報を基地局に送信する。【００１４】  続いて、ステップＳＴ５５−１では、基地局が、自装置で生成したハッシュ化情報と移動局から送信されてくるハッシュ化情報とを比較して、その比較結果を示す確認信号を生成し、生成した確認信号を移動局に送信する。【００１５】  続いて、ステップＳＴ６０では、基地局と移動局とがそれぞれ、ステップＳＴ５５−１で生成された確認信号に基づいて、基地局の生成した秘密鍵と移動局が生成した秘密鍵とが一致するか判定する。ステップＳＴ６０において、これらの秘密鍵が一致すると判定された場合には、ステップＳＴ６０に続いてステップＳＴ７０が実行され、一方でこれらの秘密鍵が一致しないと判定された場合には、ステップＳＴ６０に続いて再度ステップＳＴ１０が実行される。【００１６】  続いて、ステップＳＴ７０では、基地局と移動局とが自装置で生成した秘密鍵を用いて暗号化通信を開始する。【００１７】
【非特許文献１】堀池元樹、笹岡秀一，「陸上移動通信路の不規則変動に基づく秘密鍵共有方式」，信学技報，ＲＣＳ２００２−１７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】  しかしながら、非特許文献１に記載された技術では、基地局におけるシンドロームの差分に基づく秘密鍵の誤り訂正能力が数ビットであるのに対して秘密鍵のデータ長が数百ビットであることから、基地局においてシンドロームの差分に基づく秘密鍵の誤り訂正を行ったとしても、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しない場合が頻発すると予想される。【００１９】  そして、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しない場合には、基地局と移動局とがそれぞれパイロット信号の送受信からやり直すことになるため、それまでに行われたシンドロームの生成、ハッシュ化情報の生成、チャネル推定値の量子化処理、秘密鍵の生成及び秘密鍵の誤り訂正処理等の一連の信号処理が無駄になり、時間的及び演算的損失が発生することになる。【００２０】  従って、非特許文献１に記載された技術では、基地局と移動局とにおいて共通の秘密鍵が生成されるまでに相当の時間を要することから、暗号化通信を早期に開始することは困難である。【００２１】  本発明の目的は、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システムにおける基地局と移動局とに共通の秘密鍵を短時間で生成し、暗号化通信を早期に開始することのできる無線通信装置及び無線通信方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】  本発明に係る無線通信方法は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００２３】  本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置がそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、そのチャネル推定値に基づいて秘密鍵を生成する前に、これらの無線通信装置で生成されることになる秘密鍵が一致しうるか判定し、その判定結果が一致しうるという場合に限り、実際に秘密鍵を生成するため、共通の秘密鍵を生成するまでに要する時間を短縮することができ、暗号化通信を早期に開始することができる。【００２４】  また、本発明によれば、前記効果に加えて、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置が共通の秘密鍵を生成するにあたり、一方の無線通信装置から他方の無線通信装置にＭＩＭＯチャネルの相関行列が送信されるため、第三者にこの相関行列を傍受されたとしても、生成される秘密鍵の秘匿性を保つことができる。【００２５】  さらに、本発明によれば、前記効果に加えて、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置が、共通の秘密鍵を生成するときに、その秘密鍵に所定ビット数の誤り訂正を施すため、これらの無線通信装置の算出したチャネル推定値同士の相関が低くても、生成された秘密鍵を一致させることが可能になることから、暗号化通信を早期に開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の暗号化通信が開始されるまでの信号処理の流れを示すフロー図
【図２】実施の形態１に係る無線通信装置を備える基地局の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係る無線通信装置を備える移動局の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る無線通信装置の一部の構成を詳細に示すブロック図
【図５】実施の形態１において基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す図
【図６】実施の形態１に係る無線通信システムの動作を説明するフロー図
【図７】実施の形態２に係る無線通信装置を備える基地局の構成を示すブロック図
【図８】実施の形態２に係る無線通信装置を備える移動局の構成を示すブロック図
【図９Ａ】実施の形態２において基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す図
【図９Ｂ】図９Ａに示したチャネル相関値と誤り訂正能力との関係を示す図
【図１０】実施の形態２に係る無線通信システムの動作を説明するフロー図
【図１１】本発明を応用した無線通信装置の構成を示すブロック図
【図１２】本発明を応用した無線通信システムの動作を説明する図
【図１３】ＭＩＭＯチャネルの概要を説明する図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】  以下、本発明に係る実施の形態について、図を適宜参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態では、ＭＩＭＯ技術を利用するＴＤＤ方式の移動体無線通信システムにおいて、基地局と移動局とが暗号化通信を開始しようとしている場合を例に説明する。【００２８】  （実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００を備える基地局の構成を示すブロック図である。【００２９】  無線通信装置１００は、２つのアンテナ素子１０１−１、１０１−２、２つのパイロット受信部１０２−１、１０２−２、チャネル推定部１０３、チャネル一致判定部１０５、スイッチ１０６、相関情報計算部１０８、相関情報送信部１０９、パイロット送信制御部１１１、２つのパイロット送信部１１２−１、１１２−２及び秘密鍵生成部１２０を有する。さらに、秘密鍵生成部１２０は、量子化部１２１、誤り訂正部１２２及び鍵一致確認部１２３を有する。【００３０】  アンテナ素子１０１−１、１０１−２はそれぞれ、通信相手である移動局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号をパイロット受信部１０２−１、１０２−２に入力する。【００３１】  パイロット受信部１０２−１、１０２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／ディジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子１０１−１、１０１−２から入力されてくる受信信号からパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に公知の受信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をチャネル推定部１０３に入力する。【００３２】  チャネル推定部１０３は、パイロット受信部１０２−１、１０２−２からそれぞれ入力されてくるパイロット信号に基づいてＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成して、生成したチャネル行列をチャネル一致判定部１０５及び相関情報計算部１０８にそれぞれ入力する。【００３３】  なお、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値とは、ＭＩＭＯチャネルにおける各チャネル、即ち後述する移動局のアンテナ素子２０１−１、２０１−２とアンテナ素子１０１−１、１０１−２との間に形成される４つのチャネル（図１３ではａ１１、ａ１２、ａ２１及びａ２２）それぞれのチャネル推定値を総称したものである。また、ＭＩＭＯチャネルのチャネル行列については後述する。【００３４】  チャネル一致判定部１０５は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくるチャネル一致判定信号によって示される判定結果に応じて、その判定結果が一致するという場合には、チャネル推定部１０３から入力されてくるＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を秘密鍵生成部１２０に入力するようにスイッチ１０６を制御する。一方、その判定結果が一致しないという場合には、パイロット送信制御部１１１にパイロット制御信号を入力するように、スイッチ１０６を制御する。【００３５】  スイッチ１０６は、チャネル一致判定部１０５の制御指令に従って秘密鍵生成部１２０にチャネル行列を入力したり、パイロット送信制御部１１１にパイロット制御信号を入力したりする。【００３６】  相関情報計算部１０８は、チャネル推定部１０３から入力されてくるチャネル行列からＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成し、生成した相関行列を相関情報送信部１０９に入力する。なお、ＭＩＭＯチャネルのチャネル行列からそのチャネル相関行列を生成するための信号処理の態様については後述する。【００３７】  相関情報送信部１０９は、相関情報計算部１０８から入力されてくるＭＩＭＯチャネルの相関行列をアンテナ素子１０１−１、１０１−２を介して移動局に無線送信する。【００３８】  パイロット送信制御部１１１は、スイッチ１０６からパイロット制御信号が入力されてきたときに、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号をパイロット送信部１１２−１、１１２−２にそれぞれ入力する。【００３９】  パイロット送信部１１２−１、１１２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、パイロット送信制御部１１１から入力されてくるパイロット信号に公知の送信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をアンテナ素子１０１−１、１０１−２を介して移動局に無線送信する。【００４０】  秘密鍵生成部１２０は、スイッチ１０６からチャネル行列が入力されてきたときに、このチャネル行列に後述の信号処理を施すことによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を図示しない制御部等に入力する。具体的には、次のとおりである。【００４１】  量子化部１２１は、スイッチ１０６から入力されてくるチャネル行列を量子化して量子化データを生成し、この量子化データを既定の方式で適宜選択したり繋ぎ合わせたり組み替えたりすることによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を誤り訂正部１２２に入力する。【００４２】  誤り訂正部１２２は、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に既定の検査行列を乗算してシンドロームを算出する。また、誤り訂正部１２２は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくる移動局の算出したシンドロームと、自ら算出したシンドロームと、を比較して、それらのシンドロームの差分を算出し、算出した差分に基づいて量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵を誤り訂正する。そして、誤り訂正部１２２は、誤り訂正処理後の秘密鍵を鍵一致確認部１２３に入力する。【００４３】  鍵一致確認部１２３は、誤り訂正部１２２から入力されてくる秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。また、鍵一致確認部１２３は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくる移動局の生成したハッシュ化情報と、自ら生成したハッシュ化情報と、を比較して、これらのハッシュ化情報に相違点が存在するか確認した確認信号を図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子１０１を介して移動局に無線送信する。そして、鍵一致確認部１２３は、ハッシュ化情報に相違点がないことを確認した後に、図示しない制御部等に秘密鍵を入力する。【００４４】  図３は、本実施の形態に係る無線通信装置２００を備える移動局装置の構成を示すブロック図である。【００４５】  無線通信装置２００は、２つのアンテナ素子２０１−１、２０１−２、２つのパイロット受信部２０２−１、２０２−２、チャネル推定部２０３、相関情報受信部２０４、チャネル一致判定処理部２０５、スイッチ２０６、パイロット送信制御部２１１、２つのパイロット送信部２１２−１、２１２−２及び秘密鍵生成部２２０を��する。さらに、秘密鍵生成部２２０は、量子化部２２１、誤り訂正部２２２及び鍵一致確認部２２３を有する。【００４６】  アンテナ素子２０１−１、２０１−２はそれぞれ、通信相手である基地局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号をパイロット受信部２０２−１、２０２−２に入力する。【００４７】  パイロット受信部２０２−１、２０２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／ディジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子２０１−１、２０１−２から入力されてくる受信信号からパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に公知の受信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をチャネル推定部２０３に入力する。【００４８】  チャネル推定部２０３は、パイロット受信部２０２−１、２０２−２からそれぞれ入力されてくるパイロット信号に基づいてＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成し、生成したチャネル行列をチャネル一致判定処理部２０５に入力する。【００４９】  相関情報受信部２０４は、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、アンテナ素子２０１−１、２０１−２による受信信号に含まれる基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルの相関行列を抽出して、抽出したＭＩＭＯチャネルの相関行列をチャネル一致判定処理部２０５に入力する。【００５０】  チャネル一致判定処理部２０５は、チャネル推定部２０３から入力されてくるＭＩＭＯチャネルのチャネル行列と、相関情報受信部２０４から入力されてくる基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルの相関行列と、に基づいて、先ずこのチャネル行列とこの相関行列の源である基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルのチャネル行列とが完全に一致するか確認する。【００５１】  また、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル行列とこの基地局の生成したチャネル行列とが完全には一致しない場合には、さらに後述の信号処理を行い、その不一致が秘密鍵に対する誤り訂正で回復可能であるか判定する。そして、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル行列とこの基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか確認した結果と、その確認結果が不一致の場合にその不一致が回復可能かを示す判定結果と、を内容とするチャネル一致判定信号を図示しない制御部等に入力し、このチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。【００５２】  また、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル一致判定信号の内容が、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致する又は不一致であっても回復可能であるという場合には、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列を秘密鍵生成部２２０に入力するように、スイッチ２０６を制御する。一方、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル一致判定信号の内容が、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが不一致で、かつ、その不一致が回復不可能であるという場合には、パイロット送信制御部２１１にパイロット制御信号を入力するように、スイッチ２０６を制御する。【００５３】  スイッチ２０６は、チャネル一致判定処理部２０５の制御命令に従って秘密鍵生成部２２０にチャネル行列を入力したり、パイロット送信制御部２１１にパイロット制御信号を入力したりする。【００５４】  パイロット送信制御部２１１は、スイッチ２０６からパイロット制御信号が入力されてきたときに、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号をパイロット送信部２１２−１、２１２−２にそれぞれ入力する。【００５５】  パイロット送信部２１２−１、２１２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、パイロット送信制御部２１１から入力されてくるパイロット信号に公知の送信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をアンテナ素子２０１−１、２０１−２を介して基地局に無線送信する。【００５６】  秘密鍵生成部２２０は、スイッチ２０６からチャネル行列が入力されてきたときに、このチャネル行列に後述の信号処理を施すことによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を図示しない制御部等に入力する。具体的には、次のとおりである。【００５７】  量子化部２２１は、スイッチ２０６から入力されてくるチャネル行列を量子化して量子化データを生成し、この量子化データを既定の方式で適宜選択したり繋ぎ合わせたり組み替えたりすることによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を誤り訂正部２２２に入力する。【００５８】  誤り訂正部２２２は、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に既定の検査行列を乗算してシンドロームを算出する。そして、誤り訂正部２２２は、算出したシンドロームを図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。また、誤り訂正部２２２は、このシンドロームを算出後、秘密鍵の誤り訂正を行うことなく、秘密鍵を鍵一致確認部２２３に入力する。【００５９】  鍵一致確認部２２３は、誤り訂正部２２２から入力されてくる秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。そして、鍵一致確認部２２３は、生成したハッシュ化情報を図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。【００６０】  また、鍵一致確認部２２３は、この無線送信したハッシュ化情報に対する基地局からの回答である確認信号が図示しない制御部等から入力されてくるまで、そのハッシュ化情報の生成に使用された秘密鍵を保持する。そして、鍵一致確認部２２３は、図示しない制御部等から入力されてくる確認信号がハッシュ化情報に相違点がないことを示すことを確認した後に、図示しない制御部等に秘密鍵を入力する。【００６１】  図４は、チャネル一致判定処理部２０５の詳細な構成を示すブロック図である。図４に示すように、チャネル一致判定処理部２０５は、レプリカチャネル行列計算部３１５、チャネル相関計算部３２５及びチャネル一致確認判定部３３５を有する。【００６２】  レプリカチャネル行列計算部３１５は、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と相関情報受信部２０４から入力されてくる���地局の生成した相関行列とからレプリカチャネル行列を生成し、生成したレプリカチャネル行列をチャネル相関計算部３２５に入力する。【００６３】  ここで、レプリカチャネル行列計算部３１５において生成されるレプリカチャネル行列について説明する。基地局の生成するＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を「ＡＢＳ」とし、移動局の生成するＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を「ＡＭＳ」とする。また図１３に示すように、基地局のアンテナ素子１０１−１と移動局のアンテナ素子２０１−１との間に形成されるチャネルを「ａ１１」とし、基地局のアンテナ素子１０１−１と移動局のアンテナ素子２０１−２との間に形成されるチャネルを「ａ１２」とし、基地局のアンテナ素子１０１−２と移動局のアンテナ素子２０１−１との間に形成されるチャネルを「ａ２１」とし、基地局のアンテナ素子１０１−２と移動局のアンテナ素子２０１−２との間に形成されるチャネルを「ａ２２」とすると、ＡＢＳとＡＭＳとはそれぞれ、次のように表される。【００６４】
【数１】
2006013798.tif 000002
【００６５】  従って、相関情報受信部２０４からレプリカチャネル行列計算部３１５に入力されてくる基地局の生成したＭＩＭＯチャネルの相関行列ＡＢＳＡＨＢＳは、次式で表される。ちなみに、「ＡＨＢＳ」の上付き添え字「Ｈ」は共役転置であることを示す。【００６６】
【数２】
2006013798.tif 000003
【００６７】  本実施の形態では、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳが基地局から移動局に無線送信されることになるが、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳが第三者に傍受されても、相関行列の対角成分は実数値となるため、傍受した第三者は元のＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を特定することができない。従って、本実施の形態では、相関行列ＡＢＳＡＨＢＳの無線送信によって秘密鍵の秘匿性が低下するおそれはない。【００６８】  そして、レプリカチャネル行列計算部３１５は、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳにチャネル推定部２０３からのチャネル行列ＡＭＳを乗じることにより、次式に示すレプリカチャネル行列を生成し、生成したレプリカチャネル行列をチャネル相関計算部３２５に入力する。【００６９】
【数３】
2006013798.tif 000004
【００７０】  チャネル相関計算部３２５は、レプリカチャネル行列計算部３１５から入力されてくるレプリカチャネル行列とチャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列とのチャネル相関値ρを算出し、算出したチャネル相関値ρをチャネル一致確認判定部３３５に入力する。【００７１】  ここで、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致していると仮定すれば、ＡＢＳ＝ＡＭＳとなるため、このレプリカチャネル行列はＡＭＳと等しくなる。従って、チャネル相関計算部３２５は、このレプリカチャネル行列とＡＭＳとを比較することにより、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか確認することができる。【００７２】  また、秘密鍵は、チャネルの周波数特性、遅延プロファイルの振幅情報又は位相情報等を量子化することによって生成される。従って、基地局の生成するチャネル行列と移動局の生成するチャネル行列とが完全に一致しなくても、それらのチャネル行列の要素である各チャネルが同じような変動をしていれば、秘密鍵生成後の誤り訂正処理等により、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致する可能性がある。【００７３】  基地局と移動局とのチャネルの振る舞いが似ているか判断するには、次式に示すようなチャネル相関値ρを用いる。ここで、Ｅ［  ］はアンサンブル平均を表し、ａｉｊはＡＢＳの要素を、またａ’ｉｊはＡＭＳの要素を表す。【００７４】
【数４】
2006013798.tif 000005
【００７５】  チャネル一致確認判定部３３５は、チャネル相関計算部３２５から入力されてくるチャネル相関値ρに基づいて、移動局の生成したチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか、さらに完全に一致しなくても誤り訂正等によって最終的に一致しうるか判定して、その判定結果をチャネル一致判定信号として図示しない制御部等に入力し、そのチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。【００７６】  ここで、チャネル一致確認判定部３３５によるチャネル相関値ρに基づく判定の態様について、図５を用いてさらに具体的に説明する。図５に、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す。図５から明らかなように、チャネル相関値ρは、１を最大値として、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数が増大するほど、小さくなる。つまり、移動体無線通信システムにおいて許容される誤り訂正能力、即ち誤り率が小さくなる（図５の不一致ビットが小さくなる）ほど、より高いチャネル相関値ρが要求されるようになる。一方、その許容される誤り訂正能力が大きくなる（図５の不一致ビットが大きくなる）ほど、チャネル相関値ρに対する要求も緩和されることになる。【００７７】  従って、例えば、移動体無線通信システムにおいて許容される誤り訂正能力が定まっている場合には、図５に示すように、その誤り訂正能力に対応するチャネル相関値ρを閾値として、チャネル相関計算部３２５によって算出されたチャネル相関値ρがその閾値以上であれば、チャネル一致確認判定部３３５は、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致しうると判定することができる。一方、チャネル相関計算部３２５によって算出されたチャネル相関値ρがその閾値未満であれば、チャネル一致確認判定部３３５は、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致し得ないと判定することができる。なお、チャネル相関値ρ＝１であれば、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数は０であるから、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とは完全に一致することになる。【００７８】  次いで、無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とを具備する無線通信システムの動作について説明する。【００７９】  図６は、無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とを具備する無線通信システムにおいて、基地局と移動局との間で暗号化通信が開始されるまでのステップを示すフロー図である。また、図６では、基地局の各ステップに枝番号「１」を付し、同様に移動局の各ステップに枝番号「２」を付す。なお、以下では、基地局と移動局との動作が同様であるステップについては、重複を避けるため、枝番号を付さずに包括的に説明する。【００８０】  先ず、ステップＳＴ５１０では、基地局と移動局とが、伝搬路特性から得られる情報を共有するために、ＴＤＤ方式でパイロット信号を交互に送受信する。【００８１】  続いて、ステップＳＴ５２０では、基地局のチャネル推定部１０３と移動局のチ��ネル推定部２０３とがそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定を行う。【００８２】  続いて、ステップＳＴ５３０−１では、基地局のチャネル推定部１０３が、ステップＳＴ５２０−１で算出されたＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成し、さらに基地局の相関情報計算部１０８が生成されたチャネル行列からＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成して、生成した相関行列をアンテナ素子１０１を介して移動局に無線送信する。【００８３】  続いて、ステップＳＴ５３０−２では、移動局のチャネル推定部２０３が、ステップＳＴ５２０−２で算出されたＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成する。【００８４】  続いて、ステップＳＴ５４０−２では、移動局のチャネル一致判定処理部２０５が、ステップＳＴ５３０−１で基地局の生成した相関行列と、ステップＳＴ５３０−２でチャネル推定部２０３の生成したチャネル行列と、に基づいて、基地局の生成したチャネル行列とチャネル推定部２０３の生成したチャネル行列とが完全に一致するかを確認し、或いはこれらが完全には一致しないものの秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうるかを判定して、その判定結果を示すチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。【００８５】  続いて、ステップＳＴ５４５では、基地局のチャネル一致判定部１０５及び移動局のチャネル一致判定処理部２０５がそれぞれ、ステップＳＴ５４０−２で生成されたチャネル一致判定信号に示された判定結果に応じて、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全に一致すると確認され、或いはこれらが完全には一致しないものの秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうると判定された場合には、ステップＳＴ５４５に続いてステップＳＴ５５０が実行される。一方、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全には一致せず、かつ、秘密鍵の誤り訂正等によっても最終的に一致し得ないと判定された場合には、ステップＳＴ５４５に続いて再度ステップＳＴ５１０が実行される。【００８６】  続いて、ステップＳＴ５５０では、基地局の量子化部１２１と移動局の量子化部２２１とがそれぞれ、ステップＳＴ５２０で算出したＭＩＭＯチャネルの振幅や位相の情報等を量子化して０及び１の２値からなる量子化データを生成し、生成した量子化データを既定の方式で繰り返したり入れ替えたりすることによって秘密鍵を生成する。【００８７】  続いて、ステップＳＴ５６０−２では、移動局の誤り訂正部２２２が、量子化部２２１の生成した秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に検査行列を乗算してシンドロームを算出し、算出したシンドロームを基地局に無線送信する。【００８８】  続いて、ステップＳＴ５６５−１では、基地局の誤り訂正部１２２が、量子化部１２１の生成した秘密鍵について、ステップＳＴ５６０−２と同様にしてシンドロームを生成し、自装置で生成したシンドロームと移動局から送信されてくるシンドロームとを比較してその差分を算出し、算出した差分に基づいて量子化部１２１で生成した秘密鍵を誤り訂正する。【００８９】  続いて、ステップＳＴ５７０では、基地局の鍵一致確認部１２３と移動局の鍵一致確認部２２３とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、具体的にはハッシュ化処理を施してハッシュ化情報を生成する。また、ステップＳＴ５７０−２では、移動局の鍵一致確認部２２３が、生成したハッシュ化情報を基地局に送信する。【００９０】  続いて、ステップＳＴ５７５−１では、基地局の鍵一致確認部１２３が、鍵一致確認部１２３の生成したハッシュ化情報と移動局から送信されてくるハッシュ化情報とを比較して、その比較結果を示す確認信号を生成し、生成した確認信号を移動局に無線送信する。【００９１】  続いて、ステップＳＴ５８０では、基地局の鍵一致確認部１２３と移動局の鍵一致確認部２２３とがそれぞれ、ステップＳＴ５７５−１で鍵一致確認部１２３によって生成された確認信号に基づいて、基地局の生成した秘密鍵と移動局の生成した秘密鍵とが一致するか判定する。【００９２】  ステップＳＴ５８０において、これらの秘密鍵が一致すると判定された場合には、ステップＳＴ５８０に続いてステップＳＴ５９０が実行される。一方、これらの秘密鍵が一致しないと判定された場合には、ステップＳＴ５８０に続いて再度ステップＳＴ５１０が実行される。【００９３】  なお、ステップＳＴ５８０が実行されるためには、前述のとおり、ステップＳＴ５４５において基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全に一致すると確認されるか、或いは秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうると判定される必要があるため、ステップＳＴ５８０において秘密鍵が一致しないと判定されることは極めて稀である。【００９４】  続いて、ステップＳＴ５９０では、基地局と移動局とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵を用いて暗号化通信を開始する。【００９５】  このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とがそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、そのチャネル推定値に基づいて秘密鍵を生成する前に、これらの無線通信装置１００、２００で生成されることになる秘密鍵が最終的に一致しうるか予測して判定し、その判定結果が一致しうるという場合に限り、実際に秘密鍵を生成することになるため、共通の秘密鍵を生成するまでに要する時間を短縮することができ、暗号化通信を早期に開始することができる。【００９６】  また、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とが共通の秘密鍵を生成するにあたり、無線通信装置１００から無線通信装置２００にＭＩＭＯチャネルの相関行列が送信されるため、第三者にこの相関行列を傍受されたとしても、その後生成される秘密鍵の秘匿性を保つことができる。【００９７】  なお、本実施の形態では、ＭＩＭＯチャネルの相関行列を用いてチャネルの一致判定を行っているが、ＭＩＭＯチャネルの相関行列を固有値分解した結果得られる固有ベクトル、固有値を用いてもよい。【００９８】  また、本実施の形態では、無線通信装置１００と無線通信装置２００とがそれぞれ２つのアンテナ素子を具備する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば無線通信装置１００と無線通信装置２００とがそれぞれ３つ以上のアンテナ素子を具備したり、互いに２つ以上で、かつ、異なる数のアンテナ素子を具備したりしてもよい。【００９９】  （実施の形態２）
本実施の形態では、基地局と移動局とがそれぞれ、生成した秘密鍵に誤り訂正を行い、さらにその誤り訂正能力をチャネル相関値ρを基準にして制御する。以下、本実施の形態について、重複を避けるため、実施の形態１と相違する点についてのみ説明する。【０１００】  図７は、本実施の形態に係る無線通信装置６００を有する基地局の構成を示すブロック図である。無線通信装置６００は、上記実施の形態１における無線通信装置１００におけるチャネル一致判定部１０５の代わりにチャネル一致判定部６０５を、また秘密鍵生成部１２０の代わりに秘密鍵生成部６２０を有する。秘密鍵生成部６２０は、秘密鍵生成部１２０において、誤り訂正部１２２の代わりに誤り訂正部６２２を有する。【０１０１】  チャネル一致判定部６０５は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくるチャネル一致判定信号によって示されるチャネル相関値ρの大きさに応じて、量子化部１２１の生成する秘密鍵における冗長データのビット数を決定し、その決定した冗長データのビット数情報を誤り訂正部６２２に通知する。【０１０２】  誤り訂正部６２２は、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵に、チャネル一致判定部６０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとして誤り訂正を行い、誤り訂正後の秘密鍵を鍵一致確認部１２３に入力する。【０１０３】  図８は、本実施の形態に係る無線通信装置７００を有する移動局の構成を示すブロック図である。無線通信装置７００は、上記実施の形態１における無線通信装置２００におけるチャネル一致判定処理部２０５の代わりにチャネル一致判定処理部７０５を、また秘密鍵生成部２２０の代わりに秘密鍵生成部７２０を有する。秘密鍵生成部７２０は、秘密鍵生成部２２０において、誤り訂正部２２２の代わりに誤り訂正部７２２を有する。【０１０４】  チャネル一致判定処理部７０５は、算出したチャネル相関値ρの大きさに応じて、量子化部２２１の生成する秘密鍵における冗長データのビット数を決定し、その決定した冗長データのビット数情報を誤り訂正部７２２に通知する。【０１０５】  誤り訂正部７２２は、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵に、チャネル一致判定処理部７０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとして誤り訂正を行い、誤り訂正後の秘密鍵を鍵一致確認部２２３に入力する。【０１０６】  このように、本実施の形態では、チャネル一致判定部６０５とチャネル一致判定処理部７０５とがそれぞれ、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル相関値ρに応じて、誤り訂正部６２２及び誤り訂正部７２２において秘密鍵に対する誤り訂正に利用する冗長データのビット数を調節する。そして、この秘密鍵における冗長データのビット数を調節することにより、チャネル相関値ρで表される伝搬路環境に最適な誤り訂正能力を適応的に選択できるようになることから、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との一致する確率が上昇し、その基地局と移動局との間で早期に暗号化通信を開始することができるようになる。【０１０７】  図９Ａ及び図９Ｂに、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル相関値ρと、誤り訂正部��２２及び誤り訂正部７２２において冗長データとして利用可能なビット数と、の相関の一例を示す。図９Ａ及び図９Ｂに示す例では、チャネル相関値ρが０．９以上（誤り訂正能力１０ビット以下）の場合に限り、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致しうると判断されている。また、図９Ａ及び図９Ｂに示す例では、このチャネル相関値ρに応じて誤り訂正能力を変化させている。例えば、チャネル相関値ρが０．９８以上のときは５ビットの誤り訂正、０．９５〜０．９８のときは７ビットの誤り訂正、０．９〜０．９５のときは１０ビットの誤り訂正となっている。【０１０８】  図１０は、本実施の形態に係る無線通信システムを構成する基地局と移動局との動作を説明するフロー図である。また、図１０は、実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示す図６において、ステップＳＴ５４５とステップＳＴ５５０との間に、ステップＳＴ９４７が新たに追加され、このステップＳＴ９４７の追加に伴い、ステップＳＴ５６０−２がステップＳＴ９６０−２に、またステップＳＴ５６５−１がステップＳＴ９６５−１に代替されたものである。【０１０９】  ステップＳＴ９４７では、基地局のチャネル一致判定部６０５と移動局のチャネル一致判定処理部７０５とがそれぞれ、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル推定値ρに応じて、秘密鍵の誤り訂正に利用する冗長データのビット数を決定する。【０１１０】  また、ステップＳＴ９６０−２では、移動局の誤り訂正部７２２が、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵にチャネル一致判定処理部７０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとみなして、この秘密鍵に誤り訂正を行う。そして、ステップＳＴ９６０−２では、誤り訂正後の秘密鍵に基づいてシンドロームを生成し、生成したシンドロームを基地局に無線送信する。【０１１１】  また、ステップＳＴ９６５−１では、基地局の誤り訂正部６２２が、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵に対して、チャネル一致判定部６０５から通知される冗長データのビット数と移動局から送信されてくるシンドロームとを勘案して、誤り訂正用ビット数を決定し、決定したビット数で誤り訂正を行う。【０１１２】  このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて暗号化通信を開始しようとする無線通信装置６００、７００が、共通の秘密鍵を生成するときに、その秘密鍵に所定ビット数の誤り訂正を施すため、これらの無線通信装置の算出したチャネル推定値同士の相関が低くても、生成された秘密鍵を一致させることが可能になることから、暗号化通信を早期に開始することができる。【０１１３】  なお、本発明に係る無線通信装置等について、次のように応用したり変形したりしてもよい。【０１１４】  図１１は、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システムにおける基地局に搭載された無線通信装置１０００の構成を示すブロック図である。なお、移動局の構成も図１１とほぼ同様であるが、移動局では秘密鍵選択結合情報を受信する点で基地局と異なる。無線通信装置１０００を有する基地局は、２つのアンテナ１００１−１、１００１−２を介して、図１２の上段に示すような２つのアンテ���を備える移動局とパイロット信号の送受信を行う。【０１１５】  無線通信装置１０００は、チャネル推定部１００３においてＭＩＭＯチャネルにおける全てのチャネルについて個別にチャネル推定値を算出し、また秘密鍵生成部１００４において算出された全てのチャネル推定値から秘密鍵を生成する。さらに秘密鍵選択・結合部１００５において生成された全ての秘密鍵の中から受信品質の良い、例えば信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）の高いチャネルのものだけを選択し、或いは各チャネルの受信品質に応じて冗長データのビット数を調節した誤り訂正を行った後の秘密鍵を複数組み合わせて秘密鍵を生成する。従って、無線通信装置１０００によれば、雑音の影響が少なく高品質で、かつ、データ長の長い秘密鍵を簡便に生成することができる。【０１１６】  図１２に、２×２のＭＩＭＯシステムを例にした秘密鍵の選択・結合の様子について示す。ａ１１〜ａ２２の４つのチャネルからそれぞれ秘密鍵が生成される。しかし、チャネルによっては有効な鍵ビット長が短いことや鍵生成ができないこともある。今、秘密鍵の所要ビット長（１）を満たす鍵としてチャネルａ１２より生成された鍵が存在するので、これを選択し秘密鍵として用いる。また、秘密鍵（２）の所要ビット長を満たす鍵は存在しないので、チャネルａ１１、ａ１２及びａ２１で生成された鍵を結合して秘密鍵として用いる。【０１１７】  このように、秘密鍵の選択においては、各チャネルから生成された秘密鍵の中で要求鍵ビット長を満たすものが選択される。また、要求鍵ビット長を満たす秘密鍵が各チャネルから生成された鍵の中に存在しなかった場合は、これらの秘密鍵を結合してビット長の長い鍵を生成し、要求を満たすようにする。【０１１８】  従来技術では伝搬路から秘密鍵を一つしか生成することができず、たとえ基地局と移動局で鍵が一致していたとしても、これが要求ビット長を満たしていなければ、鍵を再生成するしかなかったが、このような技術を利用すれば、鍵の選択や組み合わせによって要求ビット長を満たす鍵を生成できる確率が向上する。したがって、早期に暗号化通信を実現することができる。【０１１９】  上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。【０１２０】  また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。【０１２１】  また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。【０１２２】  さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積��路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。【０１２３】  本発明の第１の態様は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備する無線通信方法である。【０１２４】  本発明の第２の態様は、前記発明において、前記表示情報生成ステップにおける前記第一チャネル情報が前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列である、無線通信方法である。【０１２５】  本発明の第３の態様は、前記発明において、前記第一秘密鍵生成ステップでは、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定し、前記第二秘密鍵生成ステップでは、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定する、無線通信方法である。【０１２６】  本発明の第４の態様は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、算出された第一チャネル推定値から第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、前記第二無線通信装置によって複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、を有し、前記第二無線通信装置は、前記第二ＭＩＭＯチャネルの第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、算出された第二チャネル推定値と前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、前記一致判定処理手段によって一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、を有する、無線通信システムである。【０１２７】  本発明の第５の態様は、第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、前記第一ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、算出された第一チャネル推定値から前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置である。【０１２８】  本発明の第６の態様は、前記発明において、前記第一秘密鍵生成手段は、前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、前記第一秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第一秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する無線通信装置である。【０１２９】  本発明の第７の態様は、第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第一ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第二アンテナと、前記第二ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、前記第二ＭＩＭＯチャネルで受信した前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置である。【０１３０】  本発明の第８の態様は、前記発明において、前記第二秘密鍵生成手段は、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、前記第二秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第二秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する、無線通信装置である。【０１３１】  本明細書は、２００４年８月４日出願の特願２００４−２２８６６１に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】  本発明に係る無線通信装置は、暗号化通信を行うに際して相手局と共通の秘密鍵を生成するまでに要する時間を短縮することができるという効果を有し、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システム等に有用である。
【図１】
2006013798.tif 000006
【図２】
2006013798.tif 000007
【図３】
2006013798.tif 000008
【図４】
2006013798.tif 000009
【図５】
2006013798.tif 000010
【図６】
2006013798.tif 000011
【図７】
2006013798.tif 000012
【図８】
2006013798.tif 000013
【図９Ａ】
2006013798.tif 000014
【図９Ｂ】
2006013798.tif 000015
【図１０】
2006013798.tif 000016
【図１１】
2006013798.tif 000017
【図１２】
2006013798.tif 000018
【図１３】
2006013798.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、
前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、
前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、
前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、
前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、
前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、
前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備する無線通信方法。
【請求項２】
前記情報生成ステップにおける前記第一チャネル情報が前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列である、
請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記第一秘密鍵生成ステップでは、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定し、
前記第二秘密鍵生成ステップでは、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定する、
請求項１記載の無線通信方法。
【請求項４】
複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、
算出された第一チャネル推定値から第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記第二無線通信装置によって複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、
を有し、
前記第二無線通信装置は、
前記第二ＭＩＭＯチャネルの第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、
算出された第二チャネル推定値と前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定
処理手段と、
前記一致判定処理手段によって一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、
を有する、
無線通信システム。
【請求項５】
第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、
前記第一ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、
算出された第一チャネル推定値から前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項６】
前記第一秘密鍵生成手段は、前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、
前記第一秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第一秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する請求項５記載の無線通信装置。
【請求項７】
第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第一ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第二アンテナと、
前記第二ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、
前記第二ＭＩＭＯチャネルで受信した前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、
前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、
を具備する無線通信装置。
【請求項８】
前記第二秘密鍵生成手段は、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、
前記第二秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第二秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する、
請求項７記載の無線通信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子から送信された無線信号を複数のアンテナ素子で受信して無線通信を行うマルチインプット・マルチアウトプット（Multiple Input Multiple Output：ＭＩＭＯ）技術を利用した無線通信システム、並びにこのシステムにおいて使用される無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の発展に伴い、移動体無線通信技術がその利便性から急速に普及している。移動体無線通信では、第三者による無線信号の傍受が比較的容易であるため、移動体無線通信において個人情報や企業の機密情報を送受信する場合には、無線信号の盗聴対策が必要不可欠である。
【０００３】
移動体無線通信における盗聴対策としては、暗号化技術の利用が一般的である。具体的には、移動体無線通信システムにおける伝搬路特性を利用して送信側と受信側との無線通信装置がそれぞれ個別に秘密鍵を生成する暗号化技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１に記載された暗号化技術は、移動体無線通信システムにおける伝搬路特性が不規則に時間変動すること、送受信位置の僅かな変動でもその前後における伝搬路の相関が急激に低下すること及び一般に電波の可逆性が成り立つことを利用して、送信側と受信側との無線通信装置がそれぞれ個別に伝搬路特性を測定し、その測定結果から得られる情報を秘密裏に共有して同一の秘密鍵を生成することにより、これら無線通信装置間で暗号化通信を実現するものである。
【０００５】
非特許文献１に記載された技術について、図１を用いて説明する。図１に、移動体無線通信システムにおける基地局と移動局との間で暗号化通信が開始されるまでの信号処理の流れを示す。なお、図１では、基地局と移動局とにおいて同様の信号処理が行われるステップについては、同一の番号を付している。また、図１では、基地局の各ステップに枝番号「１」を付し、一方で移動局の各ステップに枝番号「２」を付している。以下、基地局の各ステップと移動局の各ステップとについて説明するが、基地局の動作と移動局の動作とを分けて説明する必要があるステップ以外は、枝番号を省略して包括的に説明する。
【０００６】
先ず、ステップＳＴ１０では、基地局と移動局とが、伝搬路特性から得られる情報を共有するために、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式でパイロット信号を交互に送受信する。
【０００７】
続いて、ステップＳＴ２０では、基地局と移動局とがそれぞれ、受信したパイロット信号に基づいてチャネル推定を行う。
【０００８】
続いて、ステップＳＴ３０では、基地局と移動局とがそれぞれ、ステップＳＴ２０で算出したチャネルの振幅や位相情報等のチャネル推定値を量子化して、０及び１の２値からなる量子化データを生成し、生成した量子化データを既定の方式で繰り返したり入れ替えたりすることによって秘密鍵を生成する。
【０００９】
続いて、ステップＳＴ４０−２では、移動局が、自装置で生成した秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に検査行列を乗算してシンドロームを算出し、算出したシンドロームを基地局に送信する。
【００１０】
続いて、ステップＳＴ４５−１では、基地局が、自装置で生成した秘密鍵について、ステップＳＴ４０−２と同様にしてシンドロームを生成し、自装置で生成したシンドロームと移動局から送信されてくるシンドロームとを比較してその差分を算出し、算出した差分に基づいて自装置で生成した秘密鍵を誤り訂正する。
【００１１】
なお、基地局と移動局とはＴＤＤ方式でパイロット信号を交互に送受信するため、パイロット信号に含まれる雑音の時間変動等により、基地局の算出するチャネル推定値と移動局の算出するチャネル推定値との間には必然的に差が生じることになる。そして、このようなチャネル推定値の差が、ステップＳＴ３０における量子化の判定境界を跨いでしまうと、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しなくなってしまう問題が生じる。
【００１２】
そこで、ステップＳＴ４５−１では、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との間に生じた差を可能な限り回復するため、シンドロームの差分に基づいて秘密鍵を誤り訂正する。
【００１３】
続いて、ステップＳＴ５０では、基地局と移動局とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。また、ステップＳＴ５０−２では、移動局が、生成したハッシュ化情報を基地局に送信する。
【００１４】
続いて、ステップＳＴ５５−１では、基地局が、自装置で生成したハッシュ化情報と移動局から送信されてくるハッシュ化情報とを比較して、その比較結果を示す確認信号を生成し、生成した確認信号を移動局に送信する。
【００１５】
続いて、ステップＳＴ６０では、基地局と移動局とがそれぞれ、ステップＳＴ５５−１で生成された確認信号に基づいて、基地局の生成した秘密鍵と移動局が生成した秘密鍵とが一致するか判定する。ステップＳＴ６０において、これらの秘密鍵が一致すると判定された場合には、ステップＳＴ６０に続いてステップＳＴ７０が実行され、一方でこれらの秘密鍵が一致しないと判定された場合には、ステップＳＴ６０に続いて再度ステップＳＴ１０が実行される。
【００１６】
続いて、ステップＳＴ７０では、基地局と移動局とが自装置で生成した秘密鍵を用いて暗号化通信を開始する。
【００１７】
【非特許文献１】堀池元樹、笹岡秀一，「陸上移動通信路の不規則変動に基づく秘密鍵共有方式」，信学技報，ＲＣＳ２００２−１７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、非特許文献１に記載された技術では、基地局におけるシンドロームの差分に基づく秘密鍵の誤り訂正能力が数ビットであるのに対して秘密鍵のデータ長が数百ビットであることから、基地局においてシンドロームの差分に基づく秘密鍵の誤り訂正を行ったとしても、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しない場合が頻発すると予想される。
【００１９】
そして、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが一致しない場合には、基地局と移動局とがそれぞれパイロット信号の送受信からやり直すことになるため、それまでに行われたシンドロームの生成、ハッシュ化情報の生成、チャネル推定値の量子化処
理、秘密鍵の生成及び秘密鍵の誤り訂正処理等の一連の信号処理が無駄になり、時間的及び演算的損失が発生することになる。
【００２０】
従って、非特許文献１に記載された技術では、基地局と移動局とにおいて共通の秘密鍵が生成されるまでに相当の時間を要することから、暗号化通信を早期に開始することは困難である。
【００２１】
本発明の目的は、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システムにおける基地局と移動局とに共通の秘密鍵を短時間で生成し、暗号化通信を早期に開始することのできる無線通信装置及び無線通信方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る無線通信方法は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置がそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、そのチャネル推定値に基づいて秘密鍵を生成する前に、これらの無線通信装置で生成されることになる秘密鍵が一致しうるか判定し、その判定結果が一致しうるという場合に限り、実際に秘密鍵を生成するため、共通の秘密鍵を生成するまでに要する時間を短縮することができ、暗号化通信を早期に開始することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記効果に加えて、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置が共通の秘密鍵を生成するにあたり、一方の無線通信装置から他方の無線通信装置にＭＩＭＯチャネルの相関行列が送信されるため、第三者にこの相関行列を傍受されたとしても、生成される秘密鍵の秘匿性を保つことができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、前記効果に加えて、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて暗号化通信を開始しようとする複数の無線通信装置が、共通の秘密鍵を生成するときに、その秘密鍵に所定ビット数の誤り訂正を施すため、これらの無線通信装置の算出したチャネル推定値同士の相関が低くても、生成された秘密鍵を一致させることが可能になることから、暗号化通信を早期に開始することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態について、図を適宜参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態では、ＭＩＭＯ技術を利用するＴＤＤ方式の移動体無線通信システムにおいて、基地局と移動局とが暗号化通信を開始しようとしている場合を例に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１に係る無線通信装置１００を備える基地局の構成を示すブロック図である。
【００２８】
無線通信装置１００は、２つのアンテナ素子１０１−１、１０１−２、２つのパイロット受信部１０２−１、１０２−２、チャネル推定部１０３、チャネル一致判定部１０５、スイッチ１０６、相関情報計算部１０８、相関情報送信部１０９、パイロット送信制御部１１１、２つのパイロット送信部１１２−１、１１２−２及び秘密鍵生成部１２０を有する。さらに、秘密鍵生成部１２０は、量子化部１２１、誤り訂正部１２２及び鍵一致確認部１２３を有する。
【００２９】
アンテナ素子１０１−１、１０１−２はそれぞれ、通信相手である移動局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号をパイロット受信部１０２−１、１０２−２に入力する。
【００３０】
パイロット受信部１０２−１、１０２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／ディジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子１０１−１、１０１−２から入力されてくる受信信号からパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に公知の受信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をチャネル推定部１０３に入力する。
【００３１】
チャネル推定部１０３は、パイロット受信部１０２−１、１０２−２からそれぞれ入力されてくるパイロット信号に基づいてＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成して、生成したチャネル行列をチャネル一致判定部１０５及び相関情報計算部１０８にそれぞれ入力する。
【００３２】
なお、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値とは、ＭＩＭＯチャネルにおける各チャネル、即ち後述する移動局のアンテナ素子２０１−１、２０１−２とアンテナ素子１０１−１、１０１−２との間に形成される４つのチャネル（図１３ではａ１１、ａ１２、ａ２１及
びａ２２）それぞれのチャネル推定値を総称したものである。また、ＭＩＭＯチャネルのチャネル行列については後述する。
【００３３】
チャネル一致判定部１０５は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくるチャネル一致判定信号によって示される判定結果に応じて、その判定結果が一致するという場合には、チャネル推定部１０３から入力されてくるＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を秘密鍵生成部１２０に入力するようにスイッチ１０６を制御する。一方、その判定結果が一致しないという場合には、パイロット送信制御部１１１にパイロット制御信号を入力するように、スイッチ１０６を制御する。
【００３４】
スイッチ１０６は、チャネル一致判定部１０５の制御指令に従って秘密鍵生成部１２０にチャネル行列を入力したり、パイロット送信制御部１１１にパイロット制御信号を入力したりする。
【００３５】
相関情報計算部１０８は、チャネル推定部１０３から入力されてくるチャネル行列からＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成し、生成した相関行列を相関情報送信部１０９に入力する。なお、ＭＩＭＯチャネルのチャネル行列からそのチャネル相関行列を生成するための信号処理の態様については後述する。
【００３６】
相関情報送信部１０９は、相関情報計算部１０８から入力されてくるＭＩＭＯチャネルの相関行列をアンテナ素子１０１−１、１０１−２を介して移動局に無線送信する。
【００３７】
パイロット送信制御部１１１は、スイッチ１０６からパイロット制御信号が入力されてきたときに、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号をパイロット送信部１１２−１、１１２−２にそれぞれ入力する。
【００３８】
パイロット送信部１１２−１、１１２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、パイロット送信制御部１１１から入力されてくるパイロット信号に公知の送信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をアンテナ素子１０１−１、１０１−２を介して移動局に無線送信する。
【００３９】
秘密鍵生成部１２０は、スイッチ１０６からチャネル行列が入力されてきたときに、このチャネル行列に後述の信号処理を施すことによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を図示しない制御部等に入力する。具体的には、次のとおりである。
【００４０】
量子化部１２１は、スイッチ１０６から入力されてくるチャネル行列を量子化して量子化データを生成し、この量子化データを既定の方式で適宜選択したり繋ぎ合わせたり組み替えたりすることによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を誤り訂正部１２２に入力する。
【００４１】
誤り訂正部１２２は、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に既定の検査行列を乗算してシンドロームを算出する。また、誤り訂正部１２２は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくる移動局の算出したシンドロームと、自ら算出したシンドロームと、を比較して、それらのシンドロームの差分を算出し、算出した差分に基づいて量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵を誤り訂正する。そして、誤り訂正部１２２は、誤り訂正処理後の秘密鍵を鍵一致確認部１２３に入力する。
【００４２】
鍵一致確認部１２３は、誤り訂正部１２２から入力されてくる秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。また
、鍵一致確認部１２３は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくる移動局の生成したハッシュ化情報と、自ら生成したハッシュ化情報と、を比較して、これらのハッシュ化情報に相違点が存在するか確認した確認信号を図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子１０１を介して移動局に無線送信する。そして、鍵一致確認部１２３は、ハッシュ化情報に相違点がないことを確認した後に、図示しない制御部等に秘密鍵を入力する。
【００４３】
図３は、本実施の形態に係る無線通信装置２００を備える移動局装置の構成を示すブロック図である。
【００４４】
無線通信装置２００は、２つのアンテナ素子２０１−１、２０１−２、２つのパイロット受信部２０２−１、２０２−２、チャネル推定部２０３、相関情報受信部２０４、チャネル一致判定処理部２０５、スイッチ２０６、パイロット送信制御部２１１、２つのパイロット送信部２１２−１、２１２−２及び秘密鍵生成部２２０を有する。さらに、秘密鍵生成部２２０は、量子化部２２１、誤り訂正部２２２及び鍵一致確認部２２３を有する。
【００４５】
アンテナ素子２０１−１、２０１−２はそれぞれ、通信相手である基地局から送信されてくる無線信号を捕捉して、その受信信号をパイロット受信部２０２−１、２０２−２に入力する。
【００４６】
パイロット受信部２０２−１、２０２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、アナログ／ディジタル変換器及び低雑音アンプ等を備え、アンテナ素子２０１−１、２０１−２から入力されてくる受信信号からパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号に公知の受信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をチャネル推定部２０３に入力する。
【００４７】
チャネル推定部２０３は、パイロット受信部２０２−１、２０２−２からそれぞれ入力されてくるパイロット信号に基づいてＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、算出したチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成し、生成したチャネル行列をチャネル一致判定処理部２０５に入力する。
【００４８】
相関情報受信部２０４は、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、アンテナ素子２０１−１、２０１−２による受信信号に含まれる基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルの相関行列を抽出して、抽出したＭＩＭＯチャネルの相関行列をチャネル一致判定処理部２０５に入力する。
【００４９】
チャネル一致判定処理部２０５は、チャネル推定部２０３から入力されてくるＭＩＭＯチャネルのチャネル行列と、相関情報受信部２０４から入力されてくる基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルの相関行列と、に基づいて、先ずこのチャネル行列とこの相関行列の源である基地局で生成されたＭＩＭＯチャネルのチャネル行列とが完全に一致するか確認する。
【００５０】
また、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル行列とこの基地局の生成したチャネル行列とが完全には一致しない場合には、さらに後述の信号処理を行い、その不一致が秘密鍵に対する誤り訂正で回復可能であるか判定する。そして、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル行列とこの基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか確認した結果と、その確認結果が不一致の場合にその不一致が回復可能かを示す判定結果と、を内容とするチャネル一致判定信号を図示しない制御部等に入力し、このチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。
【００５１】
また、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル一致判定信号の内容が、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致する又は不一致であっても回復可能であるという場合には、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列を秘密鍵生成部２２０に入力するように、スイッチ２０６を制御する。一方、チャネル一致判定処理部２０５は、このチャネル一致判定信号の内容が、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが不一致で、かつ、その不一致が回復不可能であるという場合には、パイロット送信制御部２１１にパイロット制御信号を入力するように、スイッチ２０６を制御する。
【００５２】
スイッチ２０６は、チャネル一致判定処理部２０５の制御命令に従って秘密鍵生成部２２０にチャネル行列を入力したり、パイロット送信制御部２１１にパイロット制御信号を入力したりする。
【００５３】
パイロット送信制御部２１１は、スイッチ２０６からパイロット制御信号が入力されてきたときに、パイロット信号を生成し、生成したパイロット信号をパイロット送信部２１２−１、２１２−２にそれぞれ入力する。
【００５４】
パイロット送信部２１２−１、２１２−２はそれぞれ、バンドパスフィルタ、ディジタル／アナログ変換器及び低雑音アンプ等を有しており、パイロット送信制御部２１１から入力されてくるパイロット信号に公知の送信信号処理を施して、その処理後のパイロット信号をアンテナ素子２０１−１、２０１−２を介して基地局に無線送信する。
【００５５】
秘密鍵生成部２２０は、スイッチ２０６からチャネル行列が入力されてきたときに、このチャネル行列に後述の信号処理を施すことによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を図示しない制御部等に入力する。具体的には、次のとおりである。
【００５６】
量子化部２２１は、スイッチ２０６から入力されてくるチャネル行列を量子化して量子化データを生成し、この量子化データを既定の方式で適宜選択したり繋ぎ合わせたり組み替えたりすることによって秘密鍵を生成し、生成した秘密鍵を誤り訂正部２２２に入力する。
【００５７】
誤り訂正部２２２は、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に既定の検査行列を乗算してシンドロームを算出する。そして、誤り訂正部２２２は、算出したシンドロームを図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。また、誤り訂正部２２２は、このシンドロームを算出後、秘密鍵の誤り訂正を行うことなく、秘密鍵を鍵一致確認部２２３に入力する。
【００５８】
鍵一致確認部２２３は、誤り訂正部２２２から入力されてくる秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、例えばハッシュ化処理を施すことにより、ハッシュ化情報を生成する。そして、鍵一致確認部２２３は、生成したハッシュ化情報を図示しない制御部等に入力して、アンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。
【００５９】
また、鍵一致確認部２２３は、この無線送信したハッシュ化情報に対する基地局からの回答である確認信号が図示しない制御部等から入力されてくるまで、そのハッシュ化情報の生成に使用された秘密鍵を保持する。そして、鍵一致確認部２２３は、図示しない制御部等から入力されてくる確認信号がハッシュ化情報に相違点がないことを示すことを確認した後に、図示しない制御部等に秘密鍵を入力する。
【００６０】
図４は、チャネル一致判定処理部２０５の詳細な構成を示すブロック図である。図４に示すように、チャネル一致判定処理部２０５は、レプリカチャネル行列計算部３１５、チャネル相関計算部３２５及びチャネル一致確認判定部３３５を有する。
【００６１】
レプリカチャネル行列計算部３１５は、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と相関情報受信部２０４から入力されてくる基地局の生成した相関行列とからレプリカチャネル行列を生成し、生成したレプリカチャネル行列をチャネル相関計算部３２５に入力する。
【００６２】
ここで、レプリカチャネル行列計算部３１５において生成されるレプリカチャネル行列について説明する。基地局の生成するＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を「ＡＢＳ」とし、移動局の生成するＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を「ＡＭＳ」とする。また図１３に示すように、基地局のアンテナ素子１０１−１と移動局のアンテナ素子２０１−１との間に形成されるチャネルを「ａ１１」とし、基地局のアンテナ素子１０１−１と移動局のアンテナ素子２０１−２との間に形成されるチャネルを「ａ１２」とし、基地局のアンテナ素子１０１−２と移動局のアンテナ素子２０１−１との間に形成されるチャネルを「ａ２１」とし、基地局のアンテナ素子１０１−２と移動局のアンテナ素子２０１−２との間に形成されるチャネルを「ａ２２」とすると、ＡＢＳとＡＭＳとはそれぞれ、次のように表される。
【００６３】
【数１】
2006013798.tif 000020
【００６４】
従って、相関情報受信部２０４からレプリカチャネル行列計算部３１５に入力されてくる基地局の生成したＭＩＭＯチャネルの相関行列ＡＢＳＡＨＢＳは、次式で表される。ちなみに、「ＡＨＢＳ」の上付き添え字「Ｈ」は共役転置であることを示す。
【００６５】
【数２】
2006013798.tif 000021
【００６６】
本実施の形態では、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳが基地局から移動局に無線送信されることになるが、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳが第三者に傍受されても、相関行列の対角成分は実数値となるため、傍受した第三者は元のＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を特定することができない。従って、本実施の形態では、相関行列ＡＢＳＡＨＢＳの無線送信によって秘密鍵の秘匿性が低下するおそれはない。
【００６７】
そして、レプリカチャネル行列計算部３１５は、この相関行列ＡＢＳＡＨＢＳにチャネル推定部２０３からのチャネル行列ＡＭＳを乗じることにより、次式に示すレプリカチャネル行列を生成し、生成したレプリカチャネル行列をチャネル相関計算部３２５に入力する。
【００６８】
【数３】
2006013798.tif 000022
【００６９】
チャネル相関計算部３２５は、レプリカチャネル行列計算部３１５から入力されてくるレプリカチャネル行列とチャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列とのチャネル相関値ρを算出し、算出したチャネル相関値ρをチャネル一致確認判定部３３５に入力する。
【００７０】
ここで、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致していると仮定すれば、ＡＢＳ＝ＡＭＳとなるため、このレプリカチャネル行列はＡＭＳと等しくなる。従って、チャネル相関計算部３２５は、このレプリカチャネル行列とＡＭＳとを比較することにより、チャネル推定部２０３から入力されてくるチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか確認することができる。
【００７１】
また、秘密鍵は、チャネルの周波数特性、遅延プロファイルの振幅情報又は位相情報等を量子化することによって生成される。従って、基地局の生成するチャネル行列と移動局の生成するチャネル行列とが完全に一致しなくても、それらのチャネル行列の要素である各チャネルが同じような変動をしていれば、秘密鍵生成後の誤り訂正処理等により、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致する可能性がある。
【００７２】
基地局と移動局とのチャネルの振る舞いが似ているか判断するには、次式に示すようなチャネル相関値ρを用いる。ここで、Ｅ［  ］はアンサンブル平均を表し、ａｉｊはＡＢＳの要素を、またａ’ｉｊはＡＭＳの要素を表す。
【００７３】
【数４】
2006013798.tif 000023
【００７４】
チャネル一致確認判定部３３５は、チャネル相関計算部３２５から入力されてくるチャネル相関値ρに基づいて、移動局の生成したチャネル行列と基地局の生成したチャネル行列とが完全に一致するか、さらに完全に一致しなくても誤り訂正等によって最終的に一致しうるか判定して、その判定結果をチャネル一致判定信号として図示しない制御部等に入力し、そのチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。
【００７５】
ここで、チャネル一致確認判定部３３５によるチャネル相関値ρに基づく判定の態様について、図５を用いてさらに具体的に説明する。図５に、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す。図５から明らかなように、チャネル相関値ρは、１を最大値として、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数が増大するほど、小さくなる。つまり、移動体無線通信システムにおいて許容される誤り訂正能力、即ち誤り率が小さくなる（図５の不一致ビットが小さくなる）ほど、より高いチャネル相関値ρが要求されるようになる。一方、その許容される誤り訂正能力が大きくなる（図５の不一致ビットが大きくなる）ほど、チャネル相関値ρに対する要求も緩和されることになる。
【００７６】
従って、例えば、移動体無線通信システムにおいて許容される誤り訂正能力が定まっている場合には、図５に示すように、その誤り訂正能力に対応するチャネル相関値ρを閾値として、チャネル相関計算部３２５によって算出されたチャネル相関値ρがその閾値以上であれば、チャネル一致確認判定部３３５は、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致しうると判定することができる。一方、チャネル相関計算部３
２５によって算出されたチャネル相関値ρがその閾値未満であれば、チャネル一致確認判定部３３５は、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致し得ないと判定することができる。なお、チャネル相関値ρ＝１であれば、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数は０であるから、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とは完全に一致することになる。
【００７７】
次いで、無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とを具備する無線通信システムの動作について説明する。
【００７８】
図６は、無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とを具備する無線通信システムにおいて、基地局と移動局との間で暗号化通信が開始されるまでのステップを示すフロー図である。また、図６では、基地局の各ステップに枝番号「１」を付し、同様に移動局の各ステップに枝番号「２」を付す。なお、以下では、基地局と移動局との動作が同様であるステップについては、重複を避けるため、枝番号を付さずに包括的に説明する。
【００７９】
先ず、ステップＳＴ５１０では、基地局と移動局とが、伝搬路特性から得られる情報を共有するために、ＴＤＤ方式でパイロット信号を交互に送受信する。
【００８０】
続いて、ステップＳＴ５２０では、基地局のチャネル推定部１０３と移動局のチャネル推定部２０３とがそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定を行う。
【００８１】
続いて、ステップＳＴ５３０−１では、基地局のチャネル推定部１０３が、ステップＳＴ５２０−１で算出されたＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成し、さらに基地局の相関情報計算部１０８が生成されたチャネル行列からＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成して、生成した相関行列をアンテナ素子１０１を介して移動局に無線送信する。
【００８２】
続いて、ステップＳＴ５３０−２では、移動局のチャネル推定部２０３が、ステップＳＴ５２０−２で算出されたＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値からＭＩＭＯチャネルのチャネル行列を生成する。
【００８３】
続いて、ステップＳＴ５４０−２では、移動局のチャネル一致判定処理部２０５が、ステップＳＴ５３０−１で基地局の生成した相関行列と、ステップＳＴ５３０−２でチャネル推定部２０３の生成したチャネル行列と、に基づいて、基地局の生成したチャネル行列とチャネル推定部２０３の生成したチャネル行列とが完全に一致するかを確認し、或いはこれらが完全には一致しないものの秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうるかを判定して、その判定結果を示すチャネル一致判定信号をアンテナ素子２０１を介して基地局に無線送信する。
【００８４】
続いて、ステップＳＴ５４５では、基地局のチャネル一致判定部１０５及び移動局のチャネル一致判定処理部２０５がそれぞれ、ステップＳＴ５４０−２で生成されたチャネル一致判定信号に示された判定結果に応じて、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全に一致すると確認され、或いはこれらが完全には一致しないものの秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうると判定された場合には、ステップＳＴ５４５に続いてステップＳＴ５５０が実行される。一方、基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全には一致せず、かつ、秘密鍵の誤り訂正等によっても最終的に一致し得ないと判定された場合には、ステップＳＴ５４５に続いて再度ステップＳＴ５１０が実行される。
【００８５】
続いて、ステップＳＴ５５０では、基地局の量子化部１２１と移動局の量子化部２２１とがそれぞれ、ステップＳＴ５２０で算出したＭＩＭＯチャネルの振幅や位相の情報等を量子化して０及び１の２値からなる量子化データを生成し、生成した量子化データを既定の方式で繰り返したり入れ替えたりすることによって秘密鍵を生成する。
【００８６】
続いて、ステップＳＴ５６０−２では、移動局の誤り訂正部２２２が、量子化部２２１の生成した秘密鍵のビットパタンを便宜上ブロック符号化されたものとみなして、この秘密鍵に検査行列を乗算してシンドロームを算出し、算出したシンドロームを基地局に無線送信する。
【００８７】
続いて、ステップＳＴ５６５−１では、基地局の誤り訂正部１２２が、量子化部１２１の生成した秘密鍵について、ステップＳＴ５６０−２と同様にしてシンドロームを生成し、自装置で生成したシンドロームと移動局から送信されてくるシンドロームとを比較してその差分を算出し、算出した差分に基づいて量子化部１２１で生成した秘密鍵を誤り訂正する。
【００８８】
続いて、ステップＳＴ５７０では、基地局の鍵一致確認部１２３と移動局の鍵一致確認部２２３とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵に対して不可逆的な信号処理、具体的にはハッシュ化処理を施してハッシュ化情報を生成する。また、ステップＳＴ５７０−２では、移動局の鍵一致確認部２２３が、生成したハッシュ化情報を基地局に送信する。
【００８９】
続いて、ステップＳＴ５７５−１では、基地局の鍵一致確認部１２３が、鍵一致確認部１２３の生成したハッシュ化情報と移動局から送信されてくるハッシュ化情報とを比較して、その比較結果を示す確認信号を生成し、生成した確認信号を移動局に無線送信する。
【００９０】
続いて、ステップＳＴ５８０では、基地局の鍵一致確認部１２３と移動局の鍵一致確認部２２３とがそれぞれ、ステップＳＴ５７５−１で鍵一致確認部１２３によって生成された確認信号に基づいて、基地局の生成した秘密鍵と移動局の生成した秘密鍵とが一致するか判定する。
【００９１】
ステップＳＴ５８０において、これらの秘密鍵が一致すると判定された場合には、ステップＳＴ５８０に続いてステップＳＴ５９０が実行される。一方、これらの秘密鍵が一致しないと判定された場合には、ステップＳＴ５８０に続いて再度ステップＳＴ５１０が実行される。
【００９２】
なお、ステップＳＴ５８０が実行されるためには、前述のとおり、ステップＳＴ５４５において基地局の生成したチャネル行列と移動局の生成したチャネル行列とが完全に一致すると確認されるか、或いは秘密鍵の誤り訂正等によって最終的に一致しうると判定される必要があるため、ステップＳＴ５８０において秘密鍵が一致しないと判定されることは極めて稀である。
【００９３】
続いて、ステップＳＴ５９０では、基地局と移動局とがそれぞれ、自装置で生成した秘密鍵を用いて暗号化通信を開始する。
【００９４】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とがそれぞれ、ＭＩＭＯチャネルのチャネル推定値を算出し、そのチャネル推定値に基づいて秘密鍵を生成する前に、これらの無線通信装置１００、２００で生成されることになる秘密鍵が最終的に一致しうるか予測して判定し、その判定結果が一致しうるという場合に限り、実際に秘密鍵を生成することになるため、共通の秘密鍵を生
成するまでに要する時間を短縮することができ、暗号化通信を早期に開始することができる。
【００９５】
また、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて、暗号化通信を開始しようとする無線通信装置１００を備える基地局と無線通信装置２００を備える移動局とが共通の秘密鍵を生成するにあたり、無線通信装置１００から無線通信装置２００にＭＩＭＯチャネルの相関行列が送信されるため、第三者にこの相関行列を傍受されたとしても、その後生成される秘密鍵の秘匿性を保つことができる。
【００９６】
なお、本実施の形態では、ＭＩＭＯチャネルの相関行列を用いてチャネルの一致判定を行っているが、ＭＩＭＯチャネルの相関行列を固有値分解した結果得られる固有ベクトル、固有値を用いてもよい。
【００９７】
また、本実施の形態では、無線通信装置１００と無線通信装置２００とがそれぞれ２つのアンテナ素子を具備する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば無線通信装置１００と無線通信装置２００とがそれぞれ３つ以上のアンテナ素子を具備したり、互いに２つ以上で、かつ、異なる数のアンテナ素子を具備したりしてもよい。
【００９８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、基地局と移動局とがそれぞれ、生成した秘密鍵に誤り訂正を行い、さらにその誤り訂正能力をチャネル相関値ρを基準にして制御する。以下、本実施の形態について、重複を避けるため、実施の形態１と相違する点についてのみ説明する。
【００９９】
図７は、本実施の形態に係る無線通信装置６００を有する基地局の構成を示すブロック図である。無線通信装置６００は、上記実施の形態１における無線通信装置１００におけるチャネル一致判定部１０５の代わりにチャネル一致判定部６０５を、また秘密鍵生成部１２０の代わりに秘密鍵生成部６２０を有する。秘密鍵生成部６２０は、秘密鍵生成部１２０において、誤り訂正部１２２の代わりに誤り訂正部６２２を有する。
【０１００】
チャネル一致判定部６０５は、アンテナ素子１０１による受信信号に含まれ、かつ、図示しない制御部等から入力されてくるチャネル一致判定信号によって示されるチャネル相関値ρの大きさに応じて、量子化部１２１の生成する秘密鍵における冗長データのビット数を決定し、その決定した冗長データのビット数情報を誤り訂正部６２２に通知する。
【０１０１】
誤り訂正部６２２は、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵に、チャネル一致判定部６０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとして誤り訂正を行い、誤り訂正後の秘密鍵を鍵一致確認部１２３に入力する。
【０１０２】
図８は、本実施の形態に係る無線通信装置７００を有する移動局の構成を示すブロック図である。無線通信装置７００は、上記実施の形態１における無線通信装置２００におけるチャネル一致判定処理部２０５の代わりにチャネル一致判定処理部７０５を、また秘密鍵生成部２２０の代わりに秘密鍵生成部７２０を有する。秘密鍵生成部７２０は、秘密鍵生成部２２０において、誤り訂正部２２２の代わりに誤り訂正部７２２を有する。
【０１０３】
チャネル一致判定処理部７０５は、算出したチャネル相関値ρの大きさに応じて、量子化部２２１の生成する秘密鍵における冗長データのビット数を決定し、その決定した冗長データのビット数情報を誤り訂正部７２２に通知する。
【０１０４】
誤り訂正部７２２は、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵に、チャネル一致判定
処理部７０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとして誤り訂正を行い、誤り訂正後の秘密鍵を鍵一致確認部２２３に入力する。
【０１０５】
このように、本実施の形態では、チャネル一致判定部６０５とチャネル一致判定処理部７０５とがそれぞれ、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル相関値ρに応じて、誤り訂正部６２２及び誤り訂正部７２２において秘密鍵に対する誤り訂正に利用する冗長データのビット数を調節する。そして、この秘密鍵における冗長データのビット数を調節することにより、チャネル相関値ρで表される伝搬路環境に最適な誤り訂正能力を適応的に選択できるようになることから、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との一致する確率が上昇し、その基地局と移動局との間で早期に暗号化通信を開始することができるようになる。
【０１０６】
図９Ａ及び図９Ｂに、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル相関値ρと、誤り訂正部６２２及び誤り訂正部７２２において冗長データとして利用可能なビット数と、の相関の一例を示す。図９Ａ及び図９Ｂに示す例では、チャネル相関値ρが０．９以上（誤り訂正能力１０ビット以下）の場合に限り、基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵とが最終的に一致しうると判断されている。また、図９Ａ及び図９Ｂに示す例では、このチャネル相関値ρに応じて誤り訂正能力を変化させている。例えば、チャネル相関値ρが０．９８以上のときは５ビットの誤り訂正、０．９５〜０．９８のときは７ビットの誤り訂正、０．９〜０．９５のときは１０ビットの誤り訂正となっている。
【０１０７】
図１０は、本実施の形態に係る無線通信システムを構成する基地局と移動局との動作を説明するフロー図である。また、図１０は、実施の形態１に係る無線通信システムの動作を示す図６において、ステップＳＴ５４５とステップＳＴ５５０との間に、ステップＳＴ９４７が新たに追加され、このステップＳＴ９４７の追加に伴い、ステップＳＴ５６０−２がステップＳＴ９６０−２に、またステップＳＴ５６５−１がステップＳＴ９６５−１に代替されたものである。
【０１０８】
ステップＳＴ９４７では、基地局のチャネル一致判定部６０５と移動局のチャネル一致判定処理部７０５とがそれぞれ、チャネル一致判定処理部７０５の算出したチャネル推定値ρに応じて、秘密鍵の誤り訂正に利用する冗長データのビット数を決定する。
【０１０９】
また、ステップＳＴ９６０−２では、移動局の誤り訂正部７２２が、量子化部２２１から入力されてくる秘密鍵にチャネル一致判定処理部７０５から通知されるビット数の冗長データが含まれているものとみなして、この秘密鍵に誤り訂正を行う。そして、ステップＳＴ９６０−２では、誤り訂正後の秘密鍵に基づいてシンドロームを生成し、生成したシンドロームを基地局に無線送信する。
【０１１０】
また、ステップＳＴ９６５−１では、基地局の誤り訂正部６２２が、量子化部１２１から入力されてくる秘密鍵に対して、チャネル一致判定部６０５から通知される冗長データのビット数と移動局から送信されてくるシンドロームとを勘案して、誤り訂正用ビット数を決定し、決定したビット数で誤り訂正を行う。
【０１１１】
このように、本実施の形態によれば、ＭＩＭＯ技術を利用する無線通信システムにおいて暗号化通信を開始しようとする無線通信装置６００、７００が、共通の秘密鍵を生成するときに、その秘密鍵に所定ビット数の誤り訂正を施すため、これらの無線通信装置の算出したチャネル推定値同士の相関が低くても、生成された秘密鍵を一致させることが可能になることから、暗号化通信を早期に開始することができる。
【０１１２】
なお、本発明に係る無線通信装置等について、次のように応用したり変形したりしても
よい。
【０１１３】
図１１は、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システムにおける基地局に搭載された無線通信装置１０００の構成を示すブロック図である。なお、移動局の構成も図１１とほぼ同様であるが、移動局では秘密鍵選択結合情報を受信する点で基地局と異なる。無線通信装置１０００を有する基地局は、２つのアンテナ１００１−１、１００１−２を介して、図１２の上段に示すような２つのアンテナを備える移動局とパイロット信号の送受信を行う。
【０１１４】
無線通信装置１０００は、チャネル推定部１００３においてＭＩＭＯチャネルにおける全てのチャネルについて個別にチャネル推定値を算出し、また秘密鍵生成部１００４において算出された全てのチャネル推定値から秘密鍵を生成する。さらに秘密鍵選択・結合部１００５において生成された全ての秘密鍵の中から受信品質の良い、例えば信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）の高いチャネルのものだけを選択し、或いは各チャネルの受信品質に応じて冗長データのビット数を調節した誤り訂正を行った後の秘密鍵を複数組み合わせて秘密鍵を生成する。従って、無線通信装置１０００によれば、雑音の影響が少なく高品質で、かつ、データ長の長い秘密鍵を簡便に生成することができる。
【０１１５】
図１２に、２×２のＭＩＭＯシステムを例にした秘密鍵の選択・結合の様子について示す。ａ１１〜ａ２２の４つのチャネルからそれぞれ秘密鍵が生成される。しかし、チャネルによっては有効な鍵ビット長が短いことや鍵生成ができないこともある。今、秘密鍵の所要ビット長（１）を満たす鍵としてチャネルａ１２より生成された鍵が存在するので、これを選択し秘密鍵として用いる。また、秘密鍵（２）の所要ビット長を満たす鍵は存在しないので、チャネルａ１１、ａ１２及びａ２１で生成された鍵を結合して秘密鍵として用いる。
【０１１６】
このように、秘密鍵の選択においては、各チャネルから生成された秘密鍵の中で要求鍵ビット長を満たすものが選択される。また、要求鍵ビット長を満たす秘密鍵が各チャネルから生成された鍵の中に存在しなかった場合は、これらの秘密鍵を結合してビット長の長い鍵を生成し、要求を満たすようにする。
【０１１７】
従来技術では伝搬路から秘密鍵を一つしか生成することができず、たとえ基地局と移動局で鍵が一致していたとしても、これが要求ビット長を満たしていなければ、鍵を再生成するしかなかったが、このような技術を利用すれば、鍵の選択や組み合わせによって要求ビット長を満たす鍵を生成できる確率が向上する。したがって、早期に暗号化通信を実現することができる。
【０１１８】
上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
【０１１９】
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１２０】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。
【０１２１】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
【０１２２】
本発明の第１の態様は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とによって行われる無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定ステップと、前記第二無線通信装置が、複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルについて第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定ステップと、前記第一無線通信装置が、算出された第一チャネル推定値から第一チャネル情報を生成する情報生成ステップと、前記第二無線通信装置が、算出された第二チャネル推定値と前記第一チャネル情報とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定するチャネル一致判定ステップと、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成ステップと、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成ステップと、を具備する無線通信方法である。
【０１２３】
本発明の第２の態様は、前記発明において、前記表示情報生成ステップにおける前記第一チャネル情報が前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列である、無線通信方法である。
【０１２４】
本発明の第３の態様は、前記発明において、前記第一秘密鍵生成ステップでは、前記第一無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定し、前記第二秘密鍵生成ステップでは、前記第二無線通信装置が、前記チャネル一致判定ステップで一致すると判定されたときに限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定する、無線通信方法である。
【０１２５】
本発明の第４の態様は、複数の第一アンテナを有する第一無線通信装置と複数の第二アンテナを有する第二無線通信装置とを具備する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、複数の前記第一アンテナと複数の前記第二アンテナとの間に形成される第一ＭＩＭＯチャネルについて第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、算出された第一チャネル推定値から第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、前記第二無線通信装置によって複数の前記第二アンテナと複数の前記第一アンテナとの間に形成される第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、を有し、前記第二無線通信装置は、前記第二ＭＩＭＯチャネルの第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、算出された第二チャネル推定値と前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列とに基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、前記一致判定処理手段によって一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、を有する、無線通信システムである。
【０１２６】
本発明の第５の態様は、第一ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第二ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第一アンテナと、前記第一ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第一チャネル推定値を算出する第一チャネル推定手段と、算出された第一チャネル推定値から前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成する第一秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置である。
【０１２７】
本発明の第６の態様は、前記発明において、前記第一秘密鍵生成手段は、前記第一ＭＩＭＯチャネルと前記第二ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第一チャネル推定値から第一秘密鍵を生成すると伴に、生成する第一秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、前記第一秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第一秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する無線通信装置である。
【０１２８】
本発明の第７の態様は、第二ＭＩＭＯチャネルの無線信号を受信すると伴に、第一ＭＩＭＯチャネルで無線信号を送信する複数の第二アンテナと、前記第二ＭＩＭＯチャネルの受信信号から第二チャネル推定値を算出する第二チャネル推定手段と、前記第二ＭＩＭＯチャネルで受信した前記第一ＭＩＭＯチャネルの相関行列に基づいて前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致するか判定する一致判定処理手段と、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成する第二秘密鍵生成手段と、を具備する無線通信装置である。
【０１２９】
本発明の第８の態様は、前記発明において、前記第二秘密鍵生成手段は、前記第二ＭＩＭＯチャネルと前記第一ＭＩＭＯチャネルとが一致すると判定された場合に限り、前記第二チャネル推定値から第二秘密鍵を生成すると伴に、生成する第二秘密鍵における誤り訂正用ビット数を決定するものであり、前記第二秘密鍵生成手段によって決定された誤り訂正用ビット数を冗長データの量とみなして前記第二秘密鍵を誤り訂正する誤り訂正手段をさらに具備する、無線通信装置である。
【０１３０】
本明細書は、２００４年８月４日出願の特願２００４−２２８６６１に基づくものである。この内容は全てここに含めておく。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明に係る無線通信装置は、暗号化通信を行うに際して相手局と共通の秘密鍵を生成するまでに要する時間を短縮することができるという効果を有し、ＭＩＭＯ技術を利用した無線通信システム等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】従来の暗号化通信が開始されるまでの信号処理の流れを示すフロー図
【図２】実施の形態１に係る無線通信装置を備える基地局の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１に係る無線通信装置を備える移動局の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る無線通信装置の一部の構成を詳細に示すブロック図
【図５】実施の形態１において基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す図
【図６】実施の形態１に係る無線通信システムの動作を説明するフロー図
【図７】実施の形態２に係る無線通信装置を備える基地局の構成を示すブロック図
【図８】実施の形態２に係る無線通信装置を備える移動局の構成を示すブロック図
【図９Ａ】実施の形態２において基地局の生成する秘密鍵と移動局の生成する秘密鍵との不一致ビット数に対するチャネル相関値ρの相関の一例を示す図
【図９Ｂ】図９Ａに示したチャネル相関値と誤り訂正能力との関係を示す図
【図１０】実施の形態２に係る無線通信システムの動作を説明するフロー図
【図１１】本発明を応用した無線通信装置の構成を示すブロック図
【図１２】本発明を応用した無線通信システムの動作を説明する図
【図１３】ＭＩＭＯチャネルの概要を説明する図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006013798.tif 000024
【図２】
2006013798.tif 000025
【図３】
2006013798.tif 000026
【図４】
2006013798.tif 000027
【図５】
2006013798.tif 000028
【図６】
2006013798.tif 000029
【図７】
2006013798.tif 000030
【図８】
2006013798.tif 000031
【図９Ａ】
2006013798.tif 000032
【図９Ｂ】
2006013798.tif 000033
【図１０】
2006013798.tif 000034
【図１１】
2006013798.tif 000035
【図１２】
2006013798.tif 000036
【図１３】
2006013798.tif 000037
【国際調査報告】
2006013798.tif 000038
2006013798.tif 000039
2006013798.tif 000040
2006013798.tif 000041