專利名稱：安全通信方法、發(fā)送裝置和接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在進(jìn)行無線通信時(shí)確保發(fā)送裝置和接收裝置之間的安全的安全通信的通信方法及使用該種通信方法的通信裝置。
背景技術(shù)：
近年來，移動(dòng)終端等的廣泛使用已經(jīng)要求在進(jìn)行無線通信時(shí)提高發(fā)送裝置與接收裝置之間的安全。關(guān)于確保安全的安全通信的傳統(tǒng)方法的一例(專利文獻(xiàn)1)，使用圖1進(jìn)行說明。
在圖1中，發(fā)送裝置10具有調(diào)制單元11和無線單元12及發(fā)送天線13。調(diào)制單元11將輸入的發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后生成發(fā)送基帶信號(hào)，并將其輸出到無線單元12。無線單元12將輸入的發(fā)送基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻處理后生成發(fā)送信號(hào)，并將其從發(fā)送天線13無線發(fā)送。
另一方面，接收裝置50具有接收天線51、發(fā)送天線52、無線單元53、干擾波生成單元54、干擾波處理單元55、相加單元56及解調(diào)單元57。無線單元53將輸入的由接收天線51接收到的接收信號(hào)進(jìn)行下變頻處理后生成接收基帶信號(hào)，并將其輸出到相加單元56。另外，無線單元53將輸入的由干擾波生成單元54生成的干擾波信號(hào)進(jìn)行上變頻處理后生成發(fā)送干擾波信號(hào)，并將其從發(fā)送天線52無線發(fā)送。結(jié)果，由發(fā)送天線13無線發(fā)送的發(fā)送信號(hào)與由發(fā)送天線52無線發(fā)送的發(fā)送干擾波信號(hào)相加的信號(hào)成為由接收天線51接收的接收信號(hào)。
干擾波處理單元55將輸入的由干擾波生成單元54生成的干擾波信號(hào)進(jìn)行相位反轉(zhuǎn)處理及衰減處理后生成已處理的干擾波信號(hào)，并將其輸出到相加單元56。
相加單元56將輸入的接收基帶信號(hào)及已處理的干擾波信號(hào)進(jìn)行相加。由此，從接收基帶信號(hào)中除去干擾波信號(hào)，生成無干擾波的信號(hào)。相加單元56將無干擾波的信號(hào)輸出到解調(diào)單元57。解調(diào)單元57將輸入的無干擾波的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后生成接收數(shù)字信號(hào)。
這樣，在現(xiàn)有的技術(shù)中，通過由接收裝置生成干擾波并在接收裝置內(nèi)除去干擾波，來實(shí)現(xiàn)安全通信。
專利文獻(xiàn)1未審日本專利第2001-94536號(hào)公開公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，在現(xiàn)有的安全通信方面，因?yàn)榘l(fā)送裝置由一個(gè)發(fā)送天線發(fā)送信號(hào)，所以在物理上能夠接收無線電波。因而，在現(xiàn)有的安全通信方面，通信的安全性上有限度。
本發(fā)明目的在于提供一種安全通信方法及發(fā)送裝置、接收裝置，它們能夠由多個(gè)天線發(fā)送信號(hào)，能夠比現(xiàn)有方式更加提高通信的安全性。
根據(jù)本發(fā)明的安全通信方法包括具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置，根據(jù)規(guī)定的天線變更模式切換上述發(fā)送天線來進(jìn)行信號(hào)無線發(fā)送的步驟，以及接收裝置，使用與上述發(fā)送裝置相同的天線變更模式，對(duì)于從上述發(fā)送裝置無線發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的安全通信方法，在具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置中包括，將用于信道估計(jì)的碼元插入到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中來生成發(fā)送數(shù)字信號(hào)的步驟；將上述發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行上變頻以生成發(fā)送信號(hào)的步驟；按照規(guī)定的天線變更模式選擇天線的步驟；以及使用選擇的天線無線發(fā)送上述多個(gè)發(fā)送信號(hào)的步驟；并且在存儲(chǔ)與上述發(fā)送裝置相同的天線變更模式的接收裝置中包括，將從上述發(fā)送裝置接收到的信號(hào)進(jìn)行下變頻處理以生成接收數(shù)字信號(hào)的步驟；與上述發(fā)送裝置切換發(fā)送天線的定時(shí)同步地從上述接收數(shù)字信號(hào)中分離數(shù)據(jù)碼元和用于信道估計(jì)的碼元的步驟；根據(jù)上述天線變更模式，使用上述分離的用于信道估計(jì)的碼元進(jìn)行信道估計(jì)的步驟；和根據(jù)信道估計(jì)值對(duì)上述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的安全通信方法包括具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置，根據(jù)規(guī)定的信號(hào)配置模式將發(fā)送信號(hào)進(jìn)行無線發(fā)送的步驟，以及接收裝置，使用與上述發(fā)送裝置相同的信號(hào)配置模式，對(duì)于從上述發(fā)送裝置無線發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送裝置包括多個(gè)發(fā)送天線；幀形成單元，將用于信道估計(jì)的碼元插入到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中來生成多個(gè)發(fā)送數(shù)字信號(hào)；無線單元，將上述發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行上變頻處理以生成發(fā)送信號(hào)；天線變更單元，按照與通信對(duì)象的接收裝置共同的天線變更模式指示天線變更；以及天線選擇單元，使用按照上述天線變更單元的指令所選擇的天線無線發(fā)送上述發(fā)送信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送裝置包括多個(gè)發(fā)送天線；信號(hào)生成單元，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成多個(gè)發(fā)送信號(hào)；導(dǎo)頻信號(hào)生成單元，生成導(dǎo)頻信號(hào)；信號(hào)形成單元，按照規(guī)定的信號(hào)配置模式配置上述多個(gè)發(fā)送信號(hào)并插入上述導(dǎo)頻信號(hào)；信號(hào)配置單元，按照與通信接收裝置共同的信號(hào)配置模式，向上述信號(hào)形成單元指示信號(hào)配置；以及無線單元，將由上述信號(hào)形成單元配置的信號(hào)進(jìn)行上變頻處理以生成發(fā)送信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的接收裝置包括無線單元，接收從如權(quán)利要求6所述的發(fā)送裝置發(fā)送的信號(hào)，并進(jìn)行下變頻處理生成以接收數(shù)字信號(hào)；分離單元，與上述發(fā)送裝置切換發(fā)送天線的時(shí)間同步地從上述接收數(shù)字信號(hào)中分離數(shù)據(jù)碼元和用于信道估計(jì)的碼元；信道估計(jì)單元，根據(jù)與上述發(fā)送裝置共同的天線變更模式，使用上述分離的用于信道估計(jì)的碼元進(jìn)行信道估計(jì)；以及信號(hào)處理單元，根據(jù)信道估計(jì)值對(duì)上述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明的接收裝置包括無線單元，接收從如權(quán)利要求7所述的發(fā)送裝置發(fā)送的信號(hào)，并進(jìn)行下變頻處理以生成接收基帶信號(hào)；信道估計(jì)單元，使用上述被分離的用于信道估計(jì)的碼元，根據(jù)與上述發(fā)送裝置共同的信號(hào)配置模式，與上述發(fā)送裝置切換信號(hào)配置模式的時(shí)間同步地進(jìn)行信道估計(jì)；信號(hào)處理單元，根據(jù)與上述發(fā)送裝置共同的信號(hào)配置模式和信道估計(jì)值對(duì)上述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明，通過發(fā)送裝置根據(jù)規(guī)定的模式切換發(fā)送天線，能夠切換發(fā)送信號(hào)的傳播路徑。另一方面，通過接收裝置使用與發(fā)送裝置相同的模式進(jìn)行信道估計(jì)，能夠?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行解調(diào)。其結(jié)果是，即使在發(fā)送天線切換前被第三方偵聽到了無線電波，也能夠通過切換發(fā)送天線來防止其后無線電波偵聽，從而提高通信的安全性。


圖1是表示現(xiàn)有的安全通信方法的一例的圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1的發(fā)送裝置結(jié)構(gòu)的一例的方框圖；圖3是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的接收裝置結(jié)構(gòu)的一例的方框圖；圖4是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖5是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送裝置與接收裝置之間的傳播信道的圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式3的發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式4的發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的多天線通信系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；圖10是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖11是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的接收裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖12是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖13是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖14是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖15是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖16是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖；圖17是說明根據(jù)上述實(shí)施方式的使用了安全通信方法的系統(tǒng)的實(shí)施例的圖；圖18是表示根據(jù)上述實(shí)施方式的在頻率方向上分配空時(shí)塊編碼的發(fā)送碼元的一例的圖；和圖19是表示可以應(yīng)用本發(fā)明的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖詳細(xì)地說明。
(實(shí)施方式1)
在實(shí)施方式1中，對(duì)于具有3個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置發(fā)送2種信號(hào)時(shí)切換發(fā)送天線、以及具有2個(gè)接收天線的接收裝置分離來自多個(gè)信道的接收信號(hào)并加以解調(diào)的情況，進(jìn)行說明。另外，在本實(shí)施方式中，OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)被用作多載波方法的例子。
首先，就根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送裝置結(jié)構(gòu)的一例，使用圖2的方框圖進(jìn)行說明。在圖2中，發(fā)送裝置100具有幀形成單元101-1和101-2、S/P單元102-1和102-2、IDFT單元103-1和103-2、無線單元104-1和104-2、天線變更單元105、天線選擇單元106及發(fā)送天線107-1到107-3。
幀形成單元101-1和101-2使用發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為輸入，在發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中插入信道估計(jì)碼元和保護(hù)碼元后生成發(fā)送數(shù)字信號(hào)，并將其輸出到S/P單元102-1和102-2。
信道估計(jì)碼元是用于估計(jì)時(shí)間同步、頻率同步、傳輸路徑引起的失真的碼元，其相當(dāng)于導(dǎo)頻碼元、唯一字、前同步碼(preamble)等已知碼元，進(jìn)行BPSK(Binary Phase Shift Keying，二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制的信號(hào)適合它。通常插入空碼元作為保護(hù)碼元。
S/P單元102-1將輸入的發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行串/并行變換處理后，將得到的信號(hào)輸出到IDFT單元103-1。S/P單元102-2將輸入的發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行串/并行變換處理后，將得到的信號(hào)輸出到IDFT單元103-2。
IDFT單元103-1將輸入的被轉(zhuǎn)換成并行形式的發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行IDFT變換處理后生成發(fā)送基帶信號(hào)，并將此信號(hào)輸出到無線單元104-1。IDFT單元103-2將輸入的被轉(zhuǎn)換成并行形式的發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行IDFT變換處理后生成發(fā)送基帶信號(hào)，并將此信號(hào)輸出到無線單元104-2。一般使用IFFT(InverseFast Fourier Transform，高速傅里葉逆變換)作為IDFT變換處理。
無線單元104-1將輸入的發(fā)送基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻處理后生成發(fā)送信號(hào)(以下稱為“發(fā)送信號(hào)A”)，并將其輸出到天線選擇單元106。無線單元104-2將輸入的發(fā)送基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻處理后生成發(fā)送信號(hào)(下面叫“發(fā)送信號(hào)B”)，并將其輸出到天線選擇單元106。
天線變更單元105在內(nèi)部存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)天線變更模式，每逢輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)按照天線變更模式生成指示天線變更的天線變更信號(hào)，并將其輸出到天線選擇單元106。
天線選擇單元106，根據(jù)天線變更信號(hào)，從發(fā)送天線107-1～107-3中選擇2個(gè)相異的發(fā)送天線，作為發(fā)送信號(hào)A和發(fā)送信號(hào)B的發(fā)送天線，并使用所選擇的發(fā)送天線將發(fā)送信號(hào)A及發(fā)送信號(hào)B進(jìn)行無線發(fā)送。
以上是根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送裝置的樣本結(jié)構(gòu)的說明。
下面，就與圖2所示的發(fā)送裝置進(jìn)行無線通信的、根據(jù)本實(shí)施方式的接收裝置的結(jié)構(gòu)的一例，使用圖3的方框圖進(jìn)行說明。在圖3中，接收裝置200具有接收天線201-1和201-2、無線單元202-1和202-2、DFT單元203-1和203-2、模式存儲(chǔ)單元204、數(shù)據(jù)分離單元205-1和205-2，信道估計(jì)單元206-1～206-4及信號(hào)處理單元207。
無線單元202-1將輸入的被接收天線201-1接收的接收信號(hào)進(jìn)行下變頻處理后生成接收基帶信號(hào)，并將其輸出到DFT單元203-1。無線單元202-2將輸入的被接收天線201-2接收的接收信號(hào)進(jìn)行下變頻處理后生成接收基帶信號(hào)，并將其輸出到DFT單元203-2。
DFT單元203-1將輸入的接收基帶信號(hào)進(jìn)行DFT變換處理后，將得到的信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)分離單元205-1。DFT單元203-2將輸入的接收基帶信號(hào)進(jìn)行DFT變換處理后，將得到的信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)分離單元205-2。另外，一般使用FFT(Fast Fourier Transform，高速傅里葉變換)作為DFT變換處理。
模式存儲(chǔ)單元204在內(nèi)部存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)與由圖2所示的天線變更單元105存儲(chǔ)的天線變更模式相同的天線變更模式，每逢輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)按照天線變更模式生成指示發(fā)送天線的發(fā)送模式信息信號(hào)，并將其輸出到數(shù)據(jù)分離單元205-1和205-2及信號(hào)處理單元207。
數(shù)據(jù)分離單元205-1，根據(jù)發(fā)送模式信息信號(hào)，將經(jīng)DFT變換處理的接收基帶信號(hào)分離為發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元、發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元及數(shù)據(jù)碼元，并將發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元輸出到信道估計(jì)單元206-1，將發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元輸出到信道估計(jì)單元206-2，將數(shù)據(jù)碼元輸出到信號(hào)處理單元207。數(shù)據(jù)分離單元205-2，根據(jù)發(fā)送模式信息信號(hào)，將經(jīng)DFT變換處理的接收基帶信號(hào)分離為發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元、發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元及數(shù)據(jù)碼元，并將發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元輸出到信道估計(jì)單元206-3，將發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元輸出到信道估計(jì)單元206-4，將數(shù)據(jù)碼元輸出到信號(hào)處理單元207。
信道估計(jì)單元206-1用被接收天線201-1接收的發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元作為輸入進(jìn)行發(fā)送信號(hào)A的時(shí)間同步、頻率同步及傳輸路徑失真的估計(jì)處理(以下稱為“信道估計(jì)”)，并將指示處理結(jié)果的信道估計(jì)值輸出到信號(hào)處理單元207。信道估計(jì)單元206-2用被接收天線201-1接收的發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元作為輸入，進(jìn)行發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)，并將信道估計(jì)值輸出到信號(hào)處理單元207。
信道估計(jì)單元206-3用被接收天線201-2接收的發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元作為輸入，進(jìn)行發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)，并將信道估計(jì)值輸出到信號(hào)處理單元207。信道估計(jì)單元206-4用輸入被接收天線201-2接收的發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元作為輸入，進(jìn)行發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)，并將信道估計(jì)值輸出到信號(hào)處理單元207。
信號(hào)處理單元207使用信道估計(jì)值及發(fā)送模式信息信號(hào)解調(diào)數(shù)據(jù)碼元，生成接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。作為解調(diào)方法的例子，可列舉使用由信道估計(jì)值構(gòu)成的信道矩陣對(duì)由數(shù)據(jù)碼元構(gòu)成的矩陣進(jìn)行逆矩陣運(yùn)算的方法，或者，進(jìn)行MLD(Maximum Likelihood Detection，最大似然探測(cè))的方法。
以上是根據(jù)本實(shí)施方式的接收裝置的樣本結(jié)構(gòu)的說明。
下面，使用上述圖2和圖3以及圖4和圖5，對(duì)根據(jù)本實(shí)施方式的安全通信方法進(jìn)行說明。圖4是表示在根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送裝置中生成的發(fā)送信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖5是表示根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送裝置與接收裝置之間的傳播信道的圖。
在圖4中，發(fā)送信號(hào)A的幀按照信道估計(jì)碼元301、保護(hù)碼元302和數(shù)據(jù)碼元303的順序形成。另一方面，發(fā)送信號(hào)B的幀按照保護(hù)碼元351、信道估計(jì)碼元352和數(shù)據(jù)碼元353的順序形成。對(duì)于發(fā)送信號(hào)A和發(fā)送信號(hào)B來講，幀定時(shí)的起始是相同的，并插入保護(hù)碼元302、351，使發(fā)送信號(hào)A的信道估計(jì)碼元301和發(fā)送信號(hào)B的信道估計(jì)碼元352在時(shí)間上不發(fā)生重疊。結(jié)果、信道估計(jì)碼元301、352在時(shí)間上互為獨(dú)立。
另外，將發(fā)送信號(hào)A和發(fā)送信號(hào)B進(jìn)行發(fā)送的天線根據(jù)被存儲(chǔ)在天線變更單元105中的天線變更模式逐幀進(jìn)行切換。例如，對(duì)于在時(shí)刻t1和t2之間被發(fā)送的幀，發(fā)送信號(hào)A由發(fā)送天線107-1發(fā)送，發(fā)送信號(hào)B由發(fā)送天線107-2發(fā)送。然后，接收天線201-1接收組合了受到信道波動(dòng)h11(t)的發(fā)送信號(hào)A和受到信道波動(dòng)h12(t)的發(fā)送信號(hào)B的信號(hào)。還有，接收天線201-2接收組合了受到信道波動(dòng)h21(t)的發(fā)送信號(hào)A和受到信道波動(dòng)h22(t)的發(fā)送信號(hào)B的信號(hào)。
另外，對(duì)于在時(shí)刻t2和t3之間被發(fā)送的幀來講，發(fā)送信號(hào)A從發(fā)送天線107-2發(fā)送，發(fā)送信號(hào)B從發(fā)送天線107-3發(fā)送。然后，接收天線201-1接收組合了受到信道波動(dòng)h12(t)的發(fā)送信號(hào)A和受到信道波動(dòng)h13(t)的發(fā)送信號(hào)B的信號(hào)。還有接收天線201-2接收組合了受到信道波動(dòng)h22(t)的發(fā)送信號(hào)A和受到信道波動(dòng)h23(t)的發(fā)送信號(hào)B的信號(hào)。
之后，以相同方式逐幀切換發(fā)送信號(hào)的天線。
接收裝置200使用信道估計(jì)單元206-1～206-4中的信道估計(jì)碼元進(jìn)行信道估計(jì)。此處，在發(fā)送開始時(shí)接收裝置已知發(fā)送裝置的天線變更模式，信道估計(jì)單元206-1～206-4，通過使用與發(fā)送裝置100上的天線變更信號(hào)相同的發(fā)送模式信息信號(hào)，同步于傳播發(fā)送信號(hào)的信道切換的定時(shí)，再次進(jìn)行信道估計(jì)。
另外，在信道估計(jì)單元206-1～206-4中，對(duì)于天線切換后的信道，通過使用過去估計(jì)的信道估計(jì)值能夠快速進(jìn)行信道估計(jì)。
另外，在信道估計(jì)單元206-1～206-4中，當(dāng)在輸入信道估計(jì)碼元時(shí)，因?yàn)槠渌陌l(fā)送信號(hào)是保護(hù)碼元，所以能夠高質(zhì)量地進(jìn)行信道估計(jì)而干擾極小。
對(duì)此，由于發(fā)送天線的切換使傳播的信道發(fā)生變化，因此第三方想要偵聽從發(fā)送裝置100發(fā)送的信號(hào)，就必須每逢發(fā)送天線的切換時(shí)再次進(jìn)行信道估計(jì)。但是，因?yàn)樵诎l(fā)送信號(hào)幀中不包含指示發(fā)送天線切換的信息，所以，第三方無法知道天線切換的定時(shí)或發(fā)送信號(hào)傳播的信道。因此第三方不能夠偵聽從發(fā)送裝置100發(fā)送的信號(hào)。
這樣，在本實(shí)施方式中，通過發(fā)送裝置和接收裝置來實(shí)現(xiàn)安全通信，所述發(fā)送裝置使多個(gè)發(fā)送天線在根據(jù)規(guī)定的模式切換發(fā)送天線的同時(shí)發(fā)送信號(hào)，并且所述接收裝置同步于切換發(fā)送裝置的發(fā)送天線的定時(shí)，使用與發(fā)送裝置相同的模式進(jìn)行信道估計(jì)。
另外，在本實(shí)施方式上，雖然舉例說明了3個(gè)發(fā)送天線、2個(gè)接收天線的情況，但是本發(fā)明并不只是限于這種結(jié)構(gòu)，也可以是由3個(gè)或更多的發(fā)送天線、2個(gè)或更多的接收天線構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明中，雖然使用OFDM方式作為多載波方式的例子，但是本發(fā)明并不只是限于此，利用使用擴(kuò)頻通信方式[DS-CDMA(DirectSpread-Code Division Multiple Access，直接擴(kuò)頻-碼分多址)、FH(FrequencyHopping，頻率跳躍)-CDMA、UWB(Ultra Wide Band，超寬頻帶)等)]的OFDM方式、或OFDM方式以外的多載波方式也能夠同樣地實(shí)施本發(fā)明。
另外，在本實(shí)施方式中，雖然就逐幀切換發(fā)送天線的情況進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于此，按照每多個(gè)幀一次的速率切換發(fā)送天線，或者按照隨機(jī)的間隔切換發(fā)送天線也都能夠得到安全效果。
另外，在本實(shí)施方式中，也能夠使信道估計(jì)碼元成為根據(jù)過去的信道估計(jì)碼元內(nèi)插的碼元，即，隨時(shí)間跟蹤信道波動(dòng)碼元。例如，在圖4上，通過使用憑借其在從時(shí)刻t1到t2的時(shí)段上除了從天線107-1、107-2發(fā)送數(shù)據(jù)碼元之外還從發(fā)送天線107-3發(fā)送信道估計(jì)碼元的結(jié)構(gòu)，就能夠從時(shí)刻t2開始使用跟蹤信道波動(dòng)的碼元。由此，因?yàn)閮H用1個(gè)信道估計(jì)碼元難以進(jìn)行信道估計(jì)，所以第三者解調(diào)接收信號(hào)變得更加困難，能夠更進(jìn)一步提高安全性。
另外，在本實(shí)施方式中，在圖4中，雖然對(duì)于在數(shù)據(jù)碼元的前面配置信道估計(jì)碼元和保護(hù)碼元的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明不限于此，也可以使用在數(shù)據(jù)碼元的后面配置信道估計(jì)碼元和保護(hù)碼元，并解調(diào)這些碼元前面的數(shù)據(jù)碼元的結(jié)構(gòu)，或使用在數(shù)據(jù)碼元中配置信道估計(jì)碼元和保護(hù)碼元并解調(diào)這些碼元前后的數(shù)據(jù)碼元的結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施方式2)
另外，在本發(fā)明中，在上述圖2的發(fā)送裝置和圖3的接收裝置中，并如圖6所示，可以使用將發(fā)送信號(hào)A進(jìn)行發(fā)送的天線(107-1)固定，并且只切換將發(fā)送信號(hào)B進(jìn)行發(fā)送的天線(107-2、107-3)的結(jié)構(gòu)。
此時(shí)，與圖4的幀結(jié)構(gòu)相比較，雖然因沒有切換傳播發(fā)送信號(hào)A的信道而導(dǎo)致安全性降低了，但是具有信號(hào)收發(fā)的處理變得簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施方式3)另外，在本發(fā)明中，按照上述圖2的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)和圖3的接收裝置的結(jié)構(gòu)，并如圖7所示，在每一個(gè)天線切換周期(天線切換的模式完成一個(gè)周期并回到最初形式的時(shí)間)都能夠改變數(shù)字信號(hào)的加密模式。在圖7中，示出從時(shí)刻t1到t4的時(shí)間為一個(gè)天線切換周期的情況，其中在從時(shí)刻t1到t4被發(fā)送的數(shù)據(jù)碼元上使用加密模式1、在時(shí)刻t4之后被發(fā)送的數(shù)據(jù)碼元上使用加密模式2。此處，可能的數(shù)據(jù)碼元加密模式的改變包括以下情況變更將數(shù)據(jù)進(jìn)行交織(interleave)和加擾的模式、變更糾錯(cuò)碼(里德索羅門(Reed-Solomon)碼、卷積碼、turbo碼、LDPC(Low Density Parity Check，低密度奇偶校驗(yàn))碼等)、變更公開鍵加密方式(RSA方式等)或秘密鍵加密方式(DES方式等)。例如，即使在從時(shí)刻t1到t4信號(hào)被偵聽，并且因?yàn)閺臅r(shí)刻t1到時(shí)刻t4信道的波動(dòng)小，所以時(shí)刻t1之后就不需要再次進(jìn)行信道估計(jì)，從而使得在時(shí)刻t4容易偵聽的情況下，也可以通過在t4之后用不同的加密模式進(jìn)行發(fā)送而使偵聽變得困難，從而能夠確保安全。
(實(shí)施方式4)另外，在本發(fā)明中，按照上述圖2的發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)和圖3的接收裝置的結(jié)構(gòu)，并如圖8所示，也可以根據(jù)發(fā)送分組數(shù)進(jìn)行天線切換。再有，具有各種指示數(shù)量而不是時(shí)間的參數(shù)的圖8所示的結(jié)構(gòu)是可以的，所述數(shù)量，例如發(fā)送數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)，或者對(duì)于傳輸中的分組分配具有優(yōu)先權(quán)的分組的傳輸數(shù)目(例如，希望必須一次發(fā)送無需重發(fā)的分組的傳輸數(shù)目)。可以按照發(fā)送數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)、發(fā)送分組數(shù)或具有優(yōu)先權(quán)的分組數(shù)的隨機(jī)的間隔切換發(fā)送天線。
(實(shí)施方式5)在實(shí)施方式5中，說明使用空時(shí)塊編碼進(jìn)行安全通信的方法。
圖9是表示根據(jù)本實(shí)施方式的多天線通信系統(tǒng)800的整體結(jié)構(gòu)的圖。在多天線通信系統(tǒng)800中，發(fā)送裝置801，具有4個(gè)天線802-1～802-4，從各天線802-1～802-4同時(shí)發(fā)送信號(hào)。接收裝置851，用天線852接收從各天線802-1～802-4同時(shí)發(fā)送的信號(hào)。另外，從天線802-1發(fā)送的信號(hào)受到信道波動(dòng)h1(t)并由天線852接收，下面同樣地，由天線802-2、802-3、802-4發(fā)送的信號(hào)分別受到信道波動(dòng)h2(t)、h3(t)、h4(t)并由天線852接收。另外，在之后的說明中，假定在接收空時(shí)塊編碼的信號(hào)的時(shí)間內(nèi)沒有傳播路徑(信道)的時(shí)間波動(dòng)。
圖10是表示根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送裝置801的結(jié)構(gòu)方框圖。在圖10上，發(fā)送裝置801，主要是由數(shù)據(jù)分流單元901、調(diào)制單元902-1～902-3、導(dǎo)頻信號(hào)生成單元903、幀結(jié)構(gòu)信號(hào)生成單元904、信號(hào)形成單元905、擴(kuò)頻單元906-1～906-4、無線單元907-1～907-4及天線802-1～802-4構(gòu)成。
數(shù)據(jù)拆分單元901拆分發(fā)送數(shù)據(jù)，并輸出被拆分的發(fā)送數(shù)據(jù)到調(diào)制單元902-1、902-2、902-3。
調(diào)制單元902-1，對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)字調(diào)制處理，并將得到的發(fā)送碼元S 1輸出到信號(hào)形成單元905。例如，在QPSK的時(shí)候，從2比特的發(fā)送數(shù)據(jù)得到1個(gè)發(fā)送碼元S1。同樣地，調(diào)制單元902-2、902-3對(duì)于它們各自的發(fā)送數(shù)據(jù)分別實(shí)施數(shù)字調(diào)制處理，并將得到的發(fā)送碼元S2、S3輸出到信號(hào)形成單元905。
導(dǎo)頻信號(hào)生成單元903生成導(dǎo)頻信號(hào)，并將其輸出到信號(hào)形成單元905。
幀結(jié)構(gòu)信號(hào)生成單元904，將信號(hào)配置模式存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，每逢輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)按照信號(hào)配置模式生成指示信號(hào)配置變更的信號(hào)配置變更信號(hào)，并將其輸出到信號(hào)形成單元905。
信號(hào)形成單元905，使用發(fā)送碼元S1、S2、S3形成空時(shí)塊編碼(space timeblock coded)信號(hào)，定期插入導(dǎo)頻信號(hào)，并將空時(shí)塊編碼信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)輸出到擴(kuò)頻單元906-1～906-4。信號(hào)形成單元905，每逢輸入信號(hào)配置變更信號(hào)時(shí)，就變更空時(shí)塊編碼信號(hào)的信號(hào)配置模式。另外，空時(shí)塊編碼信號(hào)的具體例子將在后面進(jìn)行敘述。
擴(kuò)頻單元906-1～906-4，在各個(gè)空時(shí)塊編碼信號(hào)上乘以擴(kuò)頻碼，并將擴(kuò)頻后的信號(hào)輸出到無線單元907-1～907-4。
無線單元907-1～907-4，分別對(duì)擴(kuò)頻單元906-1～906-4的輸出信號(hào)諸如實(shí)施頻率變換的規(guī)定的無線處理，并將由此得到的無線發(fā)送信號(hào)供給天線802-1～802-4。
圖11是表示根據(jù)本實(shí)施方式的接收裝置851的結(jié)構(gòu)方框圖。在圖11上，接收裝置851，主要是由天線852、無線單元1001、解擴(kuò)單元1002、信道估計(jì)單元1003-1～1003-4、同步單元1004、幀結(jié)構(gòu)信號(hào)存儲(chǔ)單元1005、及解調(diào)單元1006構(gòu)成，并且接收從圖9的發(fā)送裝置801發(fā)送的空時(shí)塊編碼信號(hào)。
無線單元1001，對(duì)被天線852接收的信號(hào)實(shí)施諸如頻率變換的規(guī)定的無線接收處理，并將由此得到的接收基帶信號(hào)輸出到解擴(kuò)單元1002。解擴(kuò)單元1002，將接收基帶信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并將解擴(kuò)后的接收基帶信號(hào)輸出到信道估計(jì)單元1003-1～1003-4、同步單元1004、幀結(jié)構(gòu)信號(hào)存儲(chǔ)單元1005及解調(diào)單元1006。
信道估計(jì)單元1003-1，根據(jù)被包含在由天線802-1發(fā)送的信號(hào)中的導(dǎo)頻碼元，求出天線802-1與天線852之間的信道波動(dòng)h1，并將其輸出到解調(diào)單元1006。同樣地，信道估計(jì)單元1003-2、1003-3、1003-4分別求出信道波動(dòng)h2、h3、h4，并將其輸出到解調(diào)單元1006。
同步單元1004，根據(jù)被包含在接收信號(hào)中的導(dǎo)頻碼元，對(duì)從天線802-1、802-2、802-3、802-4發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行同步，將用于解調(diào)單元中的解調(diào)定時(shí)同步的定時(shí)信號(hào)輸出到解調(diào)單元1006。
幀結(jié)構(gòu)信號(hào)存儲(chǔ)單元1005，將與已經(jīng)被存儲(chǔ)在發(fā)送裝置中10所示的幀結(jié)構(gòu)信號(hào)生成單元904上的信號(hào)配置模式相同的信號(hào)配置模式，存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)器，并且每逢輸入接收基帶信號(hào)時(shí)按照信號(hào)配置模式生成指示信號(hào)配置變更的信號(hào)配置變更信號(hào)，并將此信號(hào)輸出到解調(diào)單元1006。
解調(diào)單元1006，將信道波動(dòng)h1、h2、h3和h4、接收基帶信號(hào)[將對(duì)應(yīng)于在發(fā)送端的時(shí)刻i、i+1、i+2、i+3的接收基帶信號(hào)，被定義為R(t)、R(t+1)、R(t+2)、R(t+3)]、定時(shí)信號(hào)和信號(hào)配置變更信號(hào)作為輸入，根據(jù)信號(hào)配置變更信號(hào)進(jìn)行比如對(duì)應(yīng)于空時(shí)塊編碼的發(fā)送信號(hào)矩陣的逆矩陣運(yùn)算，求出解調(diào)發(fā)送信號(hào)(demodulation transmit signal)S1′、S2′、S3′，解調(diào)上述的S1′、S2′、S3′信號(hào)并輸出接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
圖12是表示根據(jù)本實(shí)施方式的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖。圖中陰影部分表示導(dǎo)頻碼元、非陰影部分表示空碼元(無信號(hào))。導(dǎo)頻碼元，在時(shí)點(diǎn)i-4從802-1、在時(shí)點(diǎn)i-3從802-2、在時(shí)點(diǎn)i-2從802-3、在時(shí)點(diǎn)i-1從802-4被發(fā)送。
接著從時(shí)點(diǎn)i到i+3，發(fā)送由發(fā)送信號(hào)列矢量1101～1104和發(fā)送信號(hào)行矢量1105～1108構(gòu)成的發(fā)送信號(hào)矩陣1110。另外，圖12所示的空時(shí)塊編碼方法是在“Space-Time Block Coding for Wireless CommunicationsPerformanceResults”IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICATIONS，pp451-460，vol.17，no.3，March 1999，上示出的方法。再有，星號(hào)(*)表示復(fù)共軛?？偟膩碚f，如果實(shí)施空時(shí)塊編碼，發(fā)送信號(hào)列矢量(比如時(shí)點(diǎn)i的發(fā)送信號(hào)列矢量1101和時(shí)點(diǎn)i+1的發(fā)送信號(hào)列矢量1102)成正交關(guān)系，并在接收端在不考慮信號(hào)分離中的信道波動(dòng)的情況下能夠?qū)Πl(fā)送信號(hào)進(jìn)行最大比合并，所以能得到大的分集增益。結(jié)果，接收質(zhì)量得到了提高。另外，在接收端執(zhí)行最大比合并的方法，除了上述方法之外，還已知使用相關(guān)矩陣的方法等。本發(fā)明中，對(duì)最大比合并的方法沒有限制。
此時(shí)，發(fā)送碼元S1、S2、S3的被解調(diào)的發(fā)送碼元S1’、S2’、S3’，由下式(1)到(3)表示。
S1′=(R(t)h1*+R(t+1)*h2+(R(t+3)-R(t+2))(h3*-h4*)2-(R(t+2)+R(t+3))*(h3+h4)2)---(1)]]>S2′=(R(t)h2*+R(t+1)*h1+(R(t+3)-R(t+2))(h3*-h4*)2-(R(t+2)+R(t+3))*(h3+h4)2)---(2)]]>S3′=((R(t)+R(t+1))h3*2-(R(t)-R(t+1))h4*2+R(t+2)*(h1+h2)2+R(t+3)*(h1-h2)2)---(3)]]>
圖13是表示相對(duì)于圖12所示的發(fā)送幀的結(jié)構(gòu)，環(huán)繞地改變發(fā)送信號(hào)列矢量的發(fā)送順序，使得時(shí)點(diǎn)i將發(fā)送信號(hào)列矢量1104進(jìn)行發(fā)送、在時(shí)點(diǎn)i+1將發(fā)送信號(hào)列矢量1101進(jìn)行發(fā)送、在時(shí)點(diǎn)i+2將發(fā)送信號(hào)列矢量1102進(jìn)行發(fā)送、在時(shí)點(diǎn)i+3將發(fā)送信號(hào)列矢量1103進(jìn)行發(fā)送的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的圖。
圖14是表示相對(duì)于圖12所示的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)，環(huán)繞地改變?cè)谔炀€802-1～802-4上分配的發(fā)送信號(hào)行矢量，使得發(fā)送信號(hào)行矢量1108由天線802-1進(jìn)行發(fā)送、發(fā)送信號(hào)行矢量1105由天線802-2進(jìn)行發(fā)送、發(fā)送信號(hào)行矢量1106由天線802-3進(jìn)行發(fā)送、發(fā)送信號(hào)行矢量1107由天線802-4進(jìn)行發(fā)送的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的圖。
此處，在發(fā)送裝置801中，即使將發(fā)送幀結(jié)構(gòu)從圖12變更為圖13或者圖14，通過使發(fā)送裝置801的幀結(jié)構(gòu)信號(hào)生成單元904和接收裝置851的幀結(jié)構(gòu)信號(hào)存儲(chǔ)單元1005使用相同的信號(hào)配置模式，即使在被變更為圖13或者圖14后，在接收裝置851上仍然能夠與圖12同樣地最大比合并發(fā)送信號(hào)，得到大的分集增益，提高接收質(zhì)量。
此處，當(dāng)在接收端對(duì)發(fā)送幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了錯(cuò)誤的解調(diào)時(shí)(比如，將按照?qǐng)D13的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)發(fā)送的信號(hào)錯(cuò)誤地解調(diào)為圖12的幀結(jié)構(gòu))，將失去發(fā)送信號(hào)矩陣的正交性，接收質(zhì)量大大地惡化。如果按照安全通信的觀點(diǎn)看這一點(diǎn)，結(jié)果就是指定接收者(知道正確的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的接收者)與偵聽方(不知道正確的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的接收者)之間的接收質(zhì)量的存在很大差別，從而可能實(shí)現(xiàn)高度安全的通信。
另外，構(gòu)成形成空時(shí)塊碼的發(fā)送信號(hào)矩陣(圖12的1110等)的發(fā)送碼元(在圖12中16個(gè))，就其在發(fā)送信號(hào)矩陣內(nèi)的放置位置而言沒有限制，能夠在二維矩陣內(nèi)(時(shí)間方向/天線方向)任意地分配。關(guān)于此時(shí)的模式數(shù)，使用符號(hào)P，其表示當(dāng)排列n項(xiàng)中的k項(xiàng)時(shí)的模式數(shù)，存在nPk方式(圖16的情況，16P16(16×15×…×2×1)種)。這與在擴(kuò)頻通信中作為擴(kuò)展碼使用的M矩陣等一維矩陣不同，因?yàn)槟軌蚴褂梅浅６嗟哪Ｊ剑Y(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)高度安全的通信。另外，如本實(shí)施方式中所示，使用空時(shí)塊編碼時(shí)，不降低傳輸速率地實(shí)現(xiàn)安全通信也是優(yōu)點(diǎn)。
另外，空時(shí)塊編碼方法，并不限于以上說明的方法，比如有“AQuasi-Orthogonal Space-Time Block Code”IEEE TRANSACTIONS ONCOMMUNICATIONS，pp1-4，vol.49，no.1，JANUARY 2001上示出的方法。該方法是稱為準(zhǔn)正交空時(shí)塊編碼方法的方法，圖15表示使用該方法時(shí)的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例。在該方法中，發(fā)送信號(hào)矩陣的發(fā)送信號(hào)列矢量成為部分正交的結(jié)構(gòu)(行矢量也一樣)，因?yàn)樵诮邮斩瞬荒苤鸫a元地進(jìn)行分離，所以與前面引用的“Space-Time Block Coding for Wireless CommunicationsPerformanceResults”IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICATIONS，pp451-460，vol.17，no.3，March 1999上示出的正交空時(shí)塊編碼(圖12等)相比較，接收端的處理變得復(fù)雜，同時(shí)分集增益變小。但是，準(zhǔn)正交空時(shí)塊編碼與正交空時(shí)塊編碼相比較的優(yōu)點(diǎn)是可以具有較大傳輸速率。通過使用與正交空時(shí)塊編碼不同的空時(shí)塊編碼，如以上說明的準(zhǔn)正交空時(shí)塊編碼，就能夠增加編碼的選擇模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高度的安全通信。
在以上的說明中，雖然說明了使用發(fā)送信號(hào)矩陣的安全通信方法，但是在下面將說明使用導(dǎo)頻碼元的安全通信方法。
圖16是表示相對(duì)于圖12的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)，變更了導(dǎo)頻碼元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。在使用該結(jié)構(gòu)時(shí)，只要發(fā)送裝置801與接收裝置851預(yù)先共有該導(dǎo)頻碼元結(jié)構(gòu)，也就能夠進(jìn)行信道波動(dòng)h1、h2、h3、h4的估計(jì)、并解調(diào)發(fā)送碼元S1、S2、S3。但是，在與發(fā)送裝置801不能共有圖16所示的導(dǎo)頻碼元結(jié)構(gòu)的接收裝置上，雖然可以進(jìn)行導(dǎo)頻碼元的估計(jì)，但是不知道哪個(gè)估計(jì)值相當(dāng)于h1、h2、h3、h4的哪個(gè)信道波動(dòng)。因此，接收裝置正確地解調(diào)發(fā)送碼元比較困難。這些導(dǎo)頻碼元在時(shí)間方向和向天線方向的分配可以被認(rèn)為是在二維矩陣中的分配，并且由于可以使用多個(gè)模式，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高度安全的通信。另外，使用空時(shí)塊編碼的碼元作為導(dǎo)頻碼元時(shí)，能夠高精度地進(jìn)行信道波動(dòng)的估計(jì)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高度安全的通信。
在下面，對(duì)于使用本實(shí)施方式的安全通信方法的系統(tǒng)的實(shí)施例子，使用圖17進(jìn)行說明。在圖17中表示能夠按照本實(shí)施方式中表示的安全通信方法進(jìn)行通信的發(fā)送者1601和作為發(fā)送者希望和其進(jìn)行通信的指定接受者1602、及想要偵聽發(fā)送者1601與指定接受者1602之間的通信的偵聽者1603。
發(fā)送者1601與指定接受者1602之間的信道波動(dòng)1604，被認(rèn)為是這二者之間能夠共用的(比如對(duì)于上行鏈路和下行鏈路使用同一頻率的TDD(TimeDivision Duplex，時(shí)分雙工)系統(tǒng)，由于對(duì)于上行鏈路和下行鏈路而言，信道波動(dòng)可以被認(rèn)為是相同的，所以可以共用)。
此時(shí)發(fā)送者1601根據(jù)信道波動(dòng)1604在控制發(fā)送功率的同時(shí)進(jìn)行發(fā)送，以便達(dá)到指定接受者1602需要的最低限度的CNR(Carrier-to-Noise Ratio，載波噪聲比)。由此，指定接受者1602可以得到所需的數(shù)據(jù)。但是，即使發(fā)送者1601與偵聽者1603之間的信道波動(dòng)1605可看作與信道波動(dòng)1604相同的值，如果偵聽者1603不知道發(fā)送幀結(jié)構(gòu)，也不能夠正確地解調(diào)空時(shí)塊碼，所以接收質(zhì)量變得很差，解碼指定接受者1602所需的數(shù)據(jù)變得非常困難。
如上說明，通過使用本實(shí)施方式的系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)指定方之間的高安全性的通信。此時(shí)，如果指定接受者1602使用憑借其將表示接收質(zhì)量的值比如RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信號(hào)強(qiáng)度指示符)的值發(fā)送給發(fā)送者1601的結(jié)構(gòu)也同樣能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
另外，上述各實(shí)施方式在UWB(Ultra Wide Band，超寬頻帶)通信上都是有效的。在本實(shí)施方式中進(jìn)行UWB通信時(shí)，使用其中去掉了圖10的發(fā)送裝置801和圖11的接收裝置851中的無線單元的結(jié)構(gòu)。在UWB通信中，通過將信號(hào)擴(kuò)頻到1GHz左右的極寬的頻帶來進(jìn)行收發(fā)，被發(fā)送在各個(gè)頻帶上的信號(hào)具有噪聲級(jí)別的功率。因此，只要偵聽者沒有和發(fā)送者共有模式，就只能夠利用非常小的功率，偵聽變成非常困難。還有，來自各天線的接收信號(hào)功率小，也是促進(jìn)本實(shí)施方式的安全通信的實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方面。
另外，在本實(shí)施方式上，描述已經(jīng)假設(shè)預(yù)先共有天線變更模式、空時(shí)塊編碼發(fā)送行矢量變更模式等，但是通過根據(jù)比如RSSI的值進(jìn)行模式變更，即使在偵聽者循環(huán)地對(duì)全部的模式進(jìn)行解調(diào)的情況下，也能夠降低被偵聽的可能性。通過進(jìn)行該模式變更，本實(shí)施方式的安全通信變成具有更高安全性的通信。此時(shí)，在發(fā)送裝置801中通過向幀結(jié)構(gòu)信號(hào)生成單元904輸入信號(hào)配置模式信息來變更信號(hào)配置模式。另外，在接收裝置851中向幀結(jié)構(gòu)信號(hào)存儲(chǔ)單元1005上輸入接收基帶信號(hào)，并變更信號(hào)點(diǎn)配置，并且使用幀結(jié)構(gòu)信號(hào)和定時(shí)信息，取得被解調(diào)的發(fā)送碼元。
另外，通過使用在本實(shí)施方式中表示的安全通信方法發(fā)送絕對(duì)不希望或者一定不能向除了指定通信方以外任一方泄露的信息，例如上述天線變更模式、上述空時(shí)塊編碼發(fā)送行矢量變更模式、進(jìn)行加密的通信上的加密鍵等，而對(duì)其它的數(shù)據(jù)不進(jìn)行本實(shí)施方式的安全通信發(fā)送，一邊能夠減少數(shù)據(jù)的傳輸效率降低，一邊能夠?qū)崿F(xiàn)安全通信。
再有，在本實(shí)施方式上表示的方法中，雖然利用發(fā)送信號(hào)行矢量或列矢量的改換在時(shí)間方向和天線方向上分配空時(shí)塊編碼的發(fā)送碼元，但是并不限于這種分配方法，通過擴(kuò)頻并分配空時(shí)塊編碼的發(fā)送碼元以便對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)交織，也能夠同樣地實(shí)施本發(fā)明。另外，也可以在頻率方向上分配。圖18是表示在頻率方向上分配空時(shí)塊編碼的發(fā)送碼元的一例的圖，表示使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)調(diào)制進(jìn)行發(fā)送的情況。關(guān)于使用OFDM調(diào)制時(shí)的接受者和發(fā)送者的基本結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐言趫D2和圖3上表示了，所以在這里省略了詳細(xì)說明。但是通過在圖10上去掉擴(kuò)頻單元、插入S/P單元和IFFT單元、在圖11上去掉解擴(kuò)單元、插入P/S單元和FFT單元，構(gòu)成使用OFDM調(diào)制的系統(tǒng)。
圖18是表示由圖9所示的發(fā)送裝置801發(fā)送OFDM調(diào)制信號(hào)(使用4個(gè)副載波)時(shí)的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)的一例的圖。將已被配置在圖12天線802-1～802-4上的發(fā)送信號(hào)列矢量1101配置到由天線802-1發(fā)送的OFDM調(diào)制信號(hào)的副載波1～4上，下面同樣地，將圖12的發(fā)送信號(hào)列矢量1102、1103、1104分別配置到由天線802-2、802-3、802-4發(fā)送的OFDM調(diào)制信號(hào)的副載波上。在使用具有這種配置的OFDM調(diào)制信號(hào)時(shí)，在OFDM調(diào)制信號(hào)內(nèi)是可以在時(shí)間方向和頻率方向上進(jìn)行配置(圖18上雖然只在頻率方向上進(jìn)行了配置，但是顯然在時(shí)間方向上也能夠進(jìn)行配置)，這兩者再加上天線方向的配置，可以實(shí)現(xiàn)使用三維矩陣的發(fā)送幀結(jié)構(gòu)，與用一維矩陣、二維矩陣的結(jié)構(gòu)相比較能夠使用更多的模式。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有更高安全性的通信。
另外，關(guān)于上面的說明，雖然副載波數(shù)為4，但這是一例。一般來說使用的副載波數(shù)越多，通信越安全。另外，關(guān)于天線數(shù)也一樣，并不限于發(fā)送天線4、接收天線1，比如，即使在發(fā)送天線2、接收天線2的時(shí)候，也同樣能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。此時(shí)，由于通過對(duì)經(jīng)過2個(gè)接收天線的已解調(diào)的發(fā)送碼元進(jìn)行最大比合并，能夠提高接收質(zhì)量，因此，指定接收方與偵聽方的接收質(zhì)量的差別加大，就能夠?qū)嵤┚哂懈甙踩缘耐ㄐ拧?br> 另外，關(guān)于本實(shí)施方式，當(dāng)不進(jìn)行擴(kuò)頻時(shí)，使用去掉了圖10的擴(kuò)頻單元、圖11的解擴(kuò)單元的結(jié)構(gòu)。
(其它的實(shí)施方式)此處，用家庭內(nèi)部的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為充分利用本發(fā)明的系統(tǒng)的例子進(jìn)行說明。
近年來，將硬盤(H DHard Disk，硬盤)、DVD-ROM等作為存儲(chǔ)媒體的數(shù)字重放和記錄裝置正在迅速普及。數(shù)字重放和記錄裝置能夠不損壞信息，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的VCR上困難甚至不可能實(shí)現(xiàn)的功能，例如高速跳至特定重放點(diǎn)，允許用戶暫停正在廣播中的節(jié)目，數(shù)分鐘后繼續(xù)觀看。另外，與因特網(wǎng)的連接使得以通過網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行數(shù)字重放和記錄裝置的操作，包括下載最新的EPG(Electronic Program Guide電子節(jié)目指南)，并可在家外操作該裝置。
另外，ADSL、FTTH等寬頻帶電路已經(jīng)廣泛用于家庭內(nèi)的無線LAN系統(tǒng)。使用無線系統(tǒng)在家庭內(nèi)發(fā)送電視和視頻的映像的家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也開始普及。將該例子表示在圖19上。由接收天線1801接收的接收信號(hào)被存儲(chǔ)在家庭服務(wù)器(home server)1802上。還有，也能夠?qū)⑼ㄟ^ADSL、FTTH等寬頻帶電路利用TCP/IP傳輸?shù)葟木W(wǎng)絡(luò)1803分布的接收信號(hào)儲(chǔ)備在家庭服務(wù)器1802上。此處，家庭服務(wù)器1802包括將硬盤等作為存儲(chǔ)媒體的數(shù)字重放和記錄裝置。
家庭服務(wù)器1802，將由接收天線1801或者網(wǎng)絡(luò)1803接收到的接收信號(hào)和存儲(chǔ)媒體的視頻、聲音、及數(shù)據(jù)等進(jìn)行信號(hào)處理，將其向家庭內(nèi)的PC(Personal Computer，個(gè)人計(jì)算機(jī))1804、TV(Television，電視接收機(jī))進(jìn)行無線發(fā)送。PC1804和TV1805分別具有接收天線，接收從家庭服務(wù)器1802發(fā)送的信號(hào)，取得視頻、聲音、數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示或播放。這樣的無線系統(tǒng)具有在家庭內(nèi)的各種場(chǎng)所都能夠使用PC和TV、不需要麻煩的布線等的優(yōu)點(diǎn)?？梢云诖窈蟮母M(jìn)一步普及。
使用本發(fā)明所示的多個(gè)收發(fā)天線收發(fā)多個(gè)信號(hào)的系統(tǒng)，與收發(fā)上各使用1個(gè)天線的系統(tǒng)相比較，理論上在同一頻帶上增加信道容量，并已經(jīng)成為很多的研究的對(duì)象。信道容量的增加，在進(jìn)行高速大容量傳輸?shù)纳鲜鰺o線系統(tǒng)上是非常有用的。
在上述無線系統(tǒng)上，一般來說，無線電波不但被傳播給希望接收的人或目標(biāo)，也傳播給周圍的人或目標(biāo)。比如，圖19的情況，由家庭服務(wù)器1802向某戶的PC1804和TV1805發(fā)送的發(fā)送信號(hào)也到達(dá)鄰接人家的PC1806和TV1807。此時(shí)，來自家庭服務(wù)器的發(fā)送信號(hào)對(duì)于PC1806和TV1807也有成為干擾的情況，另外，來自家庭服務(wù)器的發(fā)送信號(hào)也可能有被別有企圖地偵聽的情況。特別是在被別有企圖地偵聽的情況下，可能要面對(duì)各種問題，例如在廣播信號(hào)情況下知道正在看什么節(jié)目的隱私問題，沒有合同的人能免費(fèi)接收收費(fèi)節(jié)目的問題，數(shù)字的內(nèi)容被再利用的問題。
關(guān)于被別有企意圖地偵聽，在目前的無線LAN系統(tǒng)中，其安全的脆弱性是公知而且嚴(yán)重的問題之一。在無線LAN系統(tǒng)中，在向無線LAN調(diào)制解調(diào)器等的訪問點(diǎn)(Access Point)進(jìn)行訪問時(shí)，雖然進(jìn)行根據(jù)ID和“口令”的訪問限制，但是關(guān)于ID被簡(jiǎn)單地推測(cè)的實(shí)例和“口令”經(jīng)數(shù)日被破譯的實(shí)例的報(bào)道也不少，這樣的問題在使用多個(gè)收發(fā)天線的系統(tǒng)中使用ID和“口令”等訪問限制時(shí)也同樣可能發(fā)生。因此，指望與目前不同類型的安全實(shí)施方法。
使用多個(gè)天線時(shí)，因?yàn)槿绻涮炀€經(jīng)常是相同的，就不能夠切換信號(hào)傳播的信道，因此信號(hào)一旦被第三方偵聽就有被繼續(xù)偵聽的可能性，但是如果切換發(fā)送天線，信號(hào)傳播的信道也就變成與切換前不同的信道，通過不斷進(jìn)行該切換，就能夠提高抵制發(fā)送信號(hào)偵聽的安全性。
本說明書是根據(jù)2003年9月10日申請(qǐng)的日本專利第2003-318809號(hào)、2004年9月6日申請(qǐng)的日本專利第2004-258919號(hào)。其內(nèi)容全部包含于此作為參考。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明適用于進(jìn)行安全通信的無線通信系統(tǒng)的基站裝置和通信終端裝置。
權(quán)利要求
1.一種安全通信方法，其特征在于包括以下步驟具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置根據(jù)規(guī)定的天線變更模式切換所述發(fā)送天線來進(jìn)行信號(hào)的無線發(fā)送；接收裝置使用與所述發(fā)送裝置相同的變更模式，對(duì)于作為無線信號(hào)從所述發(fā)送裝置發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)。
2.一種安全通信方法，包括在具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置中和在存儲(chǔ)與所述發(fā)送裝置相同的天線變更模式的接收裝置中進(jìn)行的步驟，其中在所述發(fā)送裝置中進(jìn)行的步驟包括將信道估計(jì)碼元插入到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中來生成發(fā)送數(shù)字信號(hào)；將所述發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行上變頻以生成發(fā)送信號(hào)；按照規(guī)定的天線變更模式選擇天線；使用所選擇的天線無線發(fā)送所述多個(gè)發(fā)送信號(hào)；和在所述接收裝置中進(jìn)行的步驟包括將從所述發(fā)送裝置接收到的信號(hào)進(jìn)行下變頻來生成接收數(shù)字信號(hào)；與所述發(fā)送裝置切換發(fā)送天線的定時(shí)同步地從所述接收數(shù)字信號(hào)中分離數(shù)據(jù)碼元和信道估計(jì)碼元；根據(jù)所述天線變更模式，使用所述分離的信道估計(jì)碼元進(jìn)行信道估計(jì)；以及根據(jù)信道估計(jì)值對(duì)上述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)。
3.一種安全通信方法，其中具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送裝置根據(jù)規(guī)定的信號(hào)配置模式將發(fā)送信號(hào)進(jìn)行無線發(fā)送；接收裝置使用與所述發(fā)送裝置相同的信號(hào)配置模式，對(duì)于從所述發(fā)送裝置無線發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)。
4.如權(quán)利要求3所述的安全通信方法，其中，所述信號(hào)配置模式是導(dǎo)頻信號(hào)矩陣的信號(hào)配置模式。
5.如權(quán)利要求3所述的安全通信方法，其中，所述信號(hào)配置模式是發(fā)送信號(hào)矩陣的信號(hào)配置模式。
6.一種發(fā)送裝置，包括多個(gè)發(fā)送天線；幀形成單元，將信道估計(jì)碼元插入到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中來生成多個(gè)發(fā)送數(shù)字信號(hào)；無線單元，將所述發(fā)送數(shù)字信號(hào)進(jìn)行上變頻以生成發(fā)送信號(hào)；天線變更單元，按照與通信接收裝置共有的天線變更模式指示天線變更；以及天線選擇單元，使用按照上述天線變更單元的指令選擇的發(fā)送天線無線發(fā)送所述發(fā)送信號(hào)。
7.一種發(fā)送裝置，包括多個(gè)發(fā)送天線；信號(hào)生成單元，由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成多個(gè)發(fā)送信號(hào)；導(dǎo)頻信號(hào)生成單元，生成導(dǎo)頻信號(hào)；信號(hào)形成單元，按照規(guī)定的信號(hào)配置模式配置所述多個(gè)發(fā)送信號(hào)并插入所述導(dǎo)頻信號(hào)；信號(hào)配置單元，按照與通信接收裝置共有的信號(hào)配置模式，向所述信號(hào)形成單元指示信號(hào)配置；以及無線單元，將由所述信號(hào)形成單元配置的信號(hào)進(jìn)行上變頻以生成發(fā)送信號(hào)。
8.一種接收裝置，包括無線單元，接收從如權(quán)利要求6所述的發(fā)送裝置發(fā)送的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行下變頻以生成接收數(shù)字信號(hào)；分離單元，與所述發(fā)送裝置切換發(fā)送天線的定時(shí)同步地從所述接收數(shù)字信號(hào)中分離數(shù)據(jù)碼元和信道估計(jì)碼元；信道估計(jì)單元，根據(jù)與所述發(fā)送裝置共有的天線變更模式，使用所述分離的信道估計(jì)碼元進(jìn)行信道估計(jì)；以及信號(hào)處理單元，根據(jù)信道估計(jì)值對(duì)所述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)。
9.一種接收裝置，包括無線單元，接收從如權(quán)利要求7所述的發(fā)送裝置發(fā)送的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行下變頻以生成接收基帶信號(hào)；信道估計(jì)單元，使用所述所分離的信道估計(jì)碼元，根據(jù)與所述發(fā)送裝置共有的信號(hào)配置模式，與所述發(fā)送裝置切換信號(hào)配置模式的定時(shí)同步地進(jìn)行信道估計(jì)；信號(hào)處理單元，根據(jù)與所述發(fā)送裝置共有的信號(hào)配置模式和信道估計(jì)值對(duì)所述數(shù)據(jù)碼元進(jìn)行解調(diào)。
全文摘要
從多個(gè)天線發(fā)送信號(hào)，能夠比現(xiàn)有的方式更加提高通信安全性的發(fā)送裝置。在該裝置中，天線變更單元(105)在內(nèi)部存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)天線變更模式，每逢接收時(shí)鐘信號(hào)時(shí)按照天線變更模式生成指示天線變更的天線變更信號(hào)，并向天線選擇單元(106)輸出天線變更信號(hào)。天線選擇單元(106)根據(jù)天線變更信號(hào)，從發(fā)送天線(107－1～107－3)中選擇2個(gè)相異的天線，作為用于發(fā)送從無線單元(104－1)輸出的發(fā)送信號(hào)A和從無線單元(104－2)輸出的發(fā)送信號(hào)B的天線，使用所選擇的發(fā)送天線將發(fā)送信號(hào)A和發(fā)送信號(hào)B進(jìn)行無線發(fā)送。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1846367SQ200480025338
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月10日
發(fā)明者小林圣峰, 村上豐, 折橋雅之, 松岡昭彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社