專利名稱：發(fā)送裝置及無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及在特定的無線站之間，經(jīng)無線線路傳送要求保密的信息的發(fā)送裝置及無線通信方法。
背景技術(shù)：
近年來，數(shù)字無線通信，由于傳送速度和傳送品質(zhì)快速地提高，越來越占據(jù)通信領(lǐng)域的重要位置。另一方面，由于無線通信利用作為公共財產(chǎn)的電波空間，所以如果從保密性角度考慮，存在著可能由第三者接收的根本缺點。即，經(jīng)常存在通信內(nèi)容被第三者竊聽、信息被泄漏的危險。
因此，在現(xiàn)有的無線通信中，通過使信息加密，例如想方設(shè)法做到通信數(shù)據(jù)即使被第三者竊聽也使第三者不明白信息的內(nèi)容等。加密在各種領(lǐng)域中被研究且被應(yīng)用于各種領(lǐng)域。這是由于在加密中具有不改變通信系統(tǒng)也能確保一定安全性的長處。
然而，在信息加密中存在著這樣的問題如果弄清了用來加密的代碼或其過程，就能比較容易地解讀信息了。尤其，在高速的計算機(jī)一般已經(jīng)普及的現(xiàn)狀下，如果不進(jìn)行相當(dāng)復(fù)雜的加密處理，就不能確保安全性。
對于這樣的加密技術(shù)所具有的課題，提出了關(guān)注作為電波傳輸媒體的傳播信道的物理特征的、保密性高的無線傳送方式(例如，特開2002-152191號公報)。利用這種方式，通過考慮在特定的無線站之間共有的傳播信道的特性來收發(fā)通信數(shù)據(jù)，由于在傳播信道不同的其它無線站中不能接收或復(fù)原數(shù)據(jù)，故可以確保在無線通信的物理層中的安全性。另外，根據(jù)在特定的無線站之間成為固有特性的傳播信道，共有用于數(shù)據(jù)加密的密鑰，也可以防止第三者的盜聽(例如，堀池元樹及其他3人、“基于陸地移動通信路徑的不規(guī)則變動的密鑰共有方式”、信學(xué)技報、RCS2002-173、2002年10月)。
利用無線傳送路徑的隨機(jī)性的這些無線傳送方式，在第三者竊聽時通過使得傳送路徑的錯誤發(fā)生概率變高，可以防止要求保密的通信數(shù)據(jù)被竊聽。為此，通過與一般所利用的信息源的密鑰加密的技術(shù)組合，可以以更高的安全性進(jìn)行通信。
通常，在便攜式電話和WLAN等的移動通信系統(tǒng)中，兩個無線站之間的傳播信道特性隨無線站的空間位置而具有不同的特征。作為表示傳播信道特性的參數(shù)，使用振幅·位相、來波的方向和延遲時間、偏振波等。假設(shè)，可以用這些參數(shù)使特定的無線站之間的傳播信道獨自地具有特征，通過考慮傳播信道，可以實現(xiàn)保密性高的通信。進(jìn)一步增加參數(shù)數(shù)目且若由多元參數(shù)來表現(xiàn)傳播信道的特性，可以認(rèn)為會進(jìn)一步加強(qiáng)這種獨自性。
然而，有如下問題在進(jìn)行考慮了從無線站之間的傳播信道所估計的傳播參數(shù)的無線通信的情況下，為了提高保密性，如果要增加參數(shù)數(shù)目或提高參數(shù)的估計精度，則不僅使信號處理量增加，而且對于硬件要求高精度。
另外，在根據(jù)上述傳播參數(shù)生成用于加密的共通密鑰的情況下，必須在2個無線站的各自中執(zhí)行傳播參數(shù)的估計與密鑰生成的處理，例如，如果假設(shè)要在基站與終端之間通信，尤其對于應(yīng)用和接口向高功能化前進(jìn)的通信終端，為了確保信號處理量的增加和估計精度，存在必須要求提高硬件精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，是為了解決這些現(xiàn)有技術(shù)的問題的，其目的是提供一種發(fā)送裝置及無線通信方法，其對使進(jìn)行通信的特定無線站之間的傳播信道具有特征的傳播參數(shù)進(jìn)行了估計之后，不進(jìn)行使用了該傳播參數(shù)的加密等的處理，而可以防止在通信路徑中要求保密的數(shù)據(jù)泄漏給第三者。
有關(guān)本發(fā)明的無線通信方法，在具有陣列天線的無線站通過無線向想要通信的特定無線站傳送數(shù)據(jù)時，使用使無線站之間的傳播信道帶有特征的矢量空間，除想要通知的數(shù)據(jù)外通過矢量多重同時發(fā)送多個數(shù)據(jù)。在通信對方的特定的無線站中只有所希望的要通知的數(shù)據(jù)序列通過陣列天線增益確保一定的線路品質(zhì)而被接收，而且在作為第三者的其它無線站中，除了想要通知的數(shù)據(jù)可同時接收多個數(shù)據(jù)。由此，作為第三者的其它無線站，包含成為干涉信號成分的多個數(shù)據(jù)，亦即由于要接收SINR(Signal to Interference andNoise Radio)劣化了的信號，所以被解調(diào)的信號序列的錯誤發(fā)生概率變高，難以提取在特定的無線站之間所傳送的特定的數(shù)據(jù)來正確地進(jìn)行復(fù)原。
這樣，在對使進(jìn)行通信的特定無線站之間的傳播信道具有特征的傳播參數(shù)進(jìn)行了估計之后，不進(jìn)行使用了該傳播參數(shù)的加密等處理，就可以防止在無線通信的傳播路徑中要求保密的數(shù)據(jù)序列泄漏給第三者。
有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，是用于從具有M(M＞1)單元的陣列天線的第1無線站向第2無線站傳送信息符號序列的發(fā)送裝置，其特征在于，具有矢量控制單元，其根據(jù)使所述第1無線站與所述第2無線站之間的傳播信道具有特征的傳播參數(shù)，生成多個N(N＜＝M)維矢量；和矢量多重化單元，其生成對包含所述信息符號序列的多個符號序列乘以所述多個N維矢量并多重化了的N個矢量多重符號序列；所述矢量控制單元，由所述陣列天線發(fā)送設(shè)定成僅接收在第2無線站中多個所述符號序列內(nèi)、特定的符號序列而取消其它的符號序列的所述矢量多重符號序列。
由此，在存在傳送所述信息符號序列的所述第1無線站與不是所述第2無線站的其它的無線站的情況下，在所述其它的無線站中要接收所述多個符號的一部分或全部，而所述其它的無線站難以復(fù)原所述信息符號序列，所以能防止信息的泄漏可以確保通信的安全性。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，其特征在于，還具有傳播信道分析單元，其作為所述傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣，所述矢量控制單元生成通過奇異值分解所述傳播信道矩陣所得到的多個N維矢量。
由此，由于所述第2無線站可以不受其它符號序列的干擾地接收所述信息符號序列，所以可以改善無線線路的通信品質(zhì)。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，其特征在于，還具有傳播信道分析單元，其作為所述傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣，所述所述矢量控制單元生成通過本征值分解所述傳播信道矩陣的相關(guān)矩陣所得到的多個N維矢量。
由此，由于可以使所述第1無線站具有的所述M單元陣列天線的增益在所述傳播信道中為最大，所以可以改善無線線路的鏈路預(yù)算。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，其特征在于，還具有基準(zhǔn)符號生成單元，其生成所述通信終端也已知的基準(zhǔn)符號；傳播信道信息接收單元，其接收關(guān)于從所述通信終端所發(fā)送的傳播參數(shù)的信息，并求取所述傳播參數(shù)。關(guān)于所述傳播參數(shù)的信息，是由所述通信終端從由該基站發(fā)送來的所述基準(zhǔn)符號求得的傳播參數(shù)所生成的信息。
由此，由于能夠正確地得到針對從基站陣列天線所看到的通信終端的天線的傳播信道的信息，所以即使在下行線路與上行線路的非對稱性不能忽視的條件下也能夠維持性能。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，其特征在于，所述多個符號序列的一部分或全部由相互不同的調(diào)制方式進(jìn)行符號映射。
由此，在所述第1無線站與不是所述第2無線站的其它無線站中，由于受到與所述信息符號序列不同的調(diào)制的其它的符號序列的一部分或全部被接收，所以降低了所述信息符號序列與其它符號序列之間的信號相關(guān)，可以降低所述信息符號序列在所述其它的無線局中被解調(diào)的概率。
另外，有關(guān)本發(fā)明的發(fā)送裝置，其特征在于，所述多個符號序列的一部分或全部由相互不同的代碼序列進(jìn)行代碼擴(kuò)頻。
由此，由于是可易于進(jìn)行可改變代碼序列的結(jié)構(gòu)，所以即使假定存在所述傳播信道對于所述第1無線站和其它的無線站之間的傳播信道具有高相關(guān)性的傳播路徑狀況，通過適當(dāng)?shù)乜筛淖冊谒鲂畔⒎栃蛄兄兴玫拇a序列，能夠控制為所述信息符號序列在所述其它無線站中不被解調(diào)。
有關(guān)本發(fā)明的無線通信方法，其包括如下步驟從通信終端對于具有M單元的陣列天線的基站，發(fā)送由當(dāng)前基站已知的基準(zhǔn)信號組成的基準(zhǔn)信號的步驟；所述基站，從接收到的所述M個基準(zhǔn)符號算出所述通信終端與該基站之間的傳播參數(shù)，用其生成多個N維矢量的步驟；所述基站，對于包含欲通知的信息符號序列的多個符號序列，乘以設(shè)定成在通信終端中僅接收所述欲通知的信息符號序列并取消其它的符號序列的所述多個N維矢量，生成多重化的N個矢量多重符號序列的步驟；從所述基站向所述通信終端發(fā)送所述矢量多重符號序列的步驟。
由此，在便攜電話或WLAN所代表的移動通信系統(tǒng)中，為了追隨所述通信終端的位置、周圍的環(huán)境等隨著時間一起變動而產(chǎn)生的所述傳播信道的特性的時間變化，所述基站用從所述通信終端所發(fā)送的所述基準(zhǔn)信號分析使所述傳播信道具有特征的傳播參數(shù)，由于使用通過根據(jù)其分析結(jié)果的矢量多重化處理的所得到的所述矢量多重符號序列，向所述通信終端發(fā)送特定的符號序列，所以在所述傳播信道的特性變化的移動通信系統(tǒng)中，所述其它無線站要復(fù)原所述信息符號序列是困難的，所以可以防止信息的泄漏從而可以確保通信的安全性。
另外，有關(guān)本發(fā)明的通信方法，其包括從具有M單元的陣列天線的基站向通信終端發(fā)送由該通信終端已知的基準(zhǔn)符號組成的基準(zhǔn)信號的步驟；所述通信終端，從接收到的所述基準(zhǔn)信號生成包含該通信終端與所述基站之間的傳播參數(shù)的傳播信道信息符號序列的步驟；從所述通信終端向所述通信終端發(fā)送所述傳播信道信息符號序列的步驟；所述基站，從接收到的所述傳播信道信息符號序列算出所述傳播參數(shù)，使用其分析結(jié)果、生成多個N維矢量的步驟；所述基站，對于包含欲通知的信息符號序列的多個符號序列，乘以設(shè)定成在通信終端中僅接收所述欲通知的信息符號序列并取消其它的符號序列的所述多個N維矢量，生成多重化的N個矢量多重符號序列的步驟；從所述基站向所述通信終端發(fā)送所述矢量多重符號序列的步驟。
由此，由于所述第2無線站將賦予所述傳播信道以特征的所述傳播參數(shù)的分析結(jié)果反饋給所述第1無線站，所以，作為所述傳播信道在收發(fā)時是非對稱性的情況，例如，即使在收發(fā)時利用不同的頻率無線通信系統(tǒng)中，也可以確保高安全性地進(jìn)行通信。
利用如上所述的有關(guān)本發(fā)明的無線通信方法，在特定的無線站之間，確保一定的線路品質(zhì)來僅收發(fā)所希望的數(shù)據(jù)序列，在作為第三者的其它無線站中，除了所希望的數(shù)據(jù)序列外還同時重疊接收多個數(shù)據(jù)序列并。由此，可以防止在通信路線中要求秘密性的數(shù)據(jù)序列被第三者接收，可以確保在無線通信路線中的高度的安全性。
另外，對于在特定的無線站間所確立的無線線路，從可成為干涉的其它無線站可以分離為所想要的數(shù)據(jù)序列后來發(fā)送數(shù)據(jù)序列，故此，可以提高容許多用戶的訪問的無線通信系統(tǒng)中耐干涉性能。
另外，本發(fā)明，在進(jìn)行了使進(jìn)行通信的特定無線站間的傳播信道具有特征的多元傳播參數(shù)的估計之后，由于不進(jìn)行使用了該傳播參數(shù)的加密等的處理，所以，不要求增加信號處理量，對硬件也不要求高精度。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的無線通信系統(tǒng)的構(gòu)成的方框圖；圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的無線通信系統(tǒng)的特長的概念圖；圖3是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的基站的構(gòu)成的方框圖；圖4是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的通信終端的構(gòu)成的方框圖；圖5是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的基準(zhǔn)符號的發(fā)送幀的構(gòu)成的圖示；圖6是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的多符號生成單元的構(gòu)成的圖示；圖7是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的通信幀構(gòu)成的圖示；圖8是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的通信幀構(gòu)成的圖示；圖9(a)至(c)是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的接收信號波形的圖示；圖10是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的通信數(shù)據(jù)的泄漏率的圖示；圖11是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的通信的過程的圖示；圖12是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的基站的構(gòu)成的方框圖；圖13是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的通信終端的構(gòu)成的方框圖；圖14是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的通信的幀構(gòu)成的方框圖；圖15是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的通信的幀構(gòu)成的方框圖；圖16是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的通信的幀構(gòu)成的方框圖；圖17是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的通信的過程的圖示。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)100的全部構(gòu)成的方框圖。在圖中，無線通信系統(tǒng)100，包括基站101、通信終端102及基站101與通信終端102之間的傳播信道103。另外，基站101，具有基站收發(fā)部104與基站陣列天線105，而通信終端102，具有終端天線106與終端收發(fā)部107。而且，由基站101所發(fā)送的K個數(shù)據(jù)序列D1～DK，作為該數(shù)據(jù)序列D1～DK的矢量化信號x1～xK從基站陣列天線105發(fā)送到通信終端102。
圖2表示在無線通信系統(tǒng)100中實現(xiàn)確保傳送數(shù)據(jù)安全的系統(tǒng)的工作原理。在圖2中，基站101，經(jīng)傳播信道103向通信終端102發(fā)送矢量化信號x1-xK，而非通信終端200是欲要防止來自其基站101的數(shù)據(jù)的泄漏的對象，相對于基站空間位置與通信終端102不同。另外，傳播信道201表示基站101與非通信終端間的傳播信道。一般，在建筑物密集的都市內(nèi)或被墻壁所圍的屋內(nèi)的電波傳播環(huán)境下，由于多徑傳播，相對于基站空間位置不同的多個通信終端之間的傳播信道表示出相互不同的特性。特別地，眾所周知隨著通信終端的場所移動或時間的經(jīng)過所產(chǎn)生的接收信號的復(fù)數(shù)包絡(luò)線變動的概率分布可以用瑞利分布來模型化，在不同的通信終端之間接收信號的變化特性變得不相關(guān)。
在本實施形態(tài)的無線通信系統(tǒng)100中，基站101根據(jù)傳播信道103將數(shù)據(jù)序列D1～DK由基站陣列天線105多重化后同時進(jìn)行發(fā)送?，F(xiàn)在，在該被矢量多重化的發(fā)送信號經(jīng)傳播信道103向通信終端102發(fā)送了時，在控制成通信終端102以高靈敏度接收數(shù)據(jù)序列D1的矢量化信號x1時，在非通信終端200中，除了數(shù)據(jù)序列D1的矢量化信號x1，數(shù)據(jù)序列D2～DK的矢量化信號x2～xK的一部分或全部同時被接收。由于傳播信道201表示出與傳播信道103基本上不相關(guān)的特性，通過通信終端102預(yù)先控制x1為相對于傳播信道103相關(guān)性變高，而另一方面，控制矢量化信號x2～xK為相對于傳播信道103相關(guān)性變低，控制矢量化信號x2～xK為比矢量化信號x1相對于傳播信道201的相關(guān)性統(tǒng)計上還高。從而，當(dāng)基站要將數(shù)據(jù)序列D1信息傳送給通信終端102時，如果對于數(shù)據(jù)序列D2～DK預(yù)先提供與數(shù)據(jù)序列D1不同的信息，那么在非通信終端200中僅接收數(shù)據(jù)序列D1并將該信息復(fù)原會變得很困難。
下面用圖3～圖11詳細(xì)說明無線通信系統(tǒng)100，該無線通信系統(tǒng)100，通過基站101將多個數(shù)據(jù)序列矢量多重化后進(jìn)行發(fā)送，可以防止對非通信終端200的信息的泄露、確?；?01與通信終端102之間的無線線路中的通信安全性。
圖3示出了基站101中基站收發(fā)部104與基站陣列天線105的構(gòu)成。在圖中，基站收發(fā)部104，包括多符號生成單元300、矢量多重化單元301、基站RF部302、傳播信道分析單元303、發(fā)送矢量控制單元304、及陣列合成接收單元305。另外，基站陣列天線105，包括M個天線單元A1-AM。
圖4表示在通信終端102、200中終端收發(fā)部107的構(gòu)成。在圖4中，終端收發(fā)部107，包括基準(zhǔn)符號生成單元400、符號生成單元401、終端RF部402、及解碼單元403。
在本實施方式中，首先，從通信終端102由終端天線106發(fā)送基準(zhǔn)信號x0。該基準(zhǔn)信號x0，被接收用來在基站101中分析傳播信道103，所以包含有基站101與通信終端102之間預(yù)先所共有的參照信號。
首先，用圖4說明通信終端102的發(fā)送動作。
在圖4中，基準(zhǔn)符號生成單元400，生成基站101與通信終端102之間預(yù)先所確定的特定的基準(zhǔn)符號R0，并向符號生成部401送出。符號生成單元401，構(gòu)成接收到的基準(zhǔn)符號R0、和發(fā)送幀500，該發(fā)送幀500，需要的話根據(jù)在圖5所示的導(dǎo)頻符號P0、地址符號A0、調(diào)制方式將幀檢測符號FC0附加到了被符號映射過的數(shù)據(jù)序列D0上，作為符號序列S0輸出給終端RF部402。終端RF部402將符號序列S0變換為無線頻帶的信號，作為基準(zhǔn)信號x0由終端天線106發(fā)送給基站101。
另外，在圖5中，在接收時主要地，是將基準(zhǔn)符號R0作為基準(zhǔn)符號使用，將導(dǎo)頻符號P0作為幀同步的確立使用，將地址符號A0作為終端的驗證使用，將幀檢驗符號FC0作為接收時的誤碼率檢測使用。另外，假定符號映射了的數(shù)據(jù)序列D0根據(jù)發(fā)送時的需要被插入。但是，在符號序列S0僅被用作傳播信道103的分析的目的的情況下，可以作為僅發(fā)送基準(zhǔn)符號R0的結(jié)構(gòu)。另外，在基站101從在基站陣列天線105中的各天線單元A1～AM的接收信號估計來波的方向和偏振波，并根據(jù)其結(jié)果算出傳播信道103的情況下，不一定要從通信終端102發(fā)送基準(zhǔn)信號R0。
其次，用圖3說明基站101的接收動作。
在圖3中，從終端天線106發(fā)送的基準(zhǔn)信號x0，經(jīng)傳播信道103由基站陣列天線105接收?；娟嚵刑炀€105的各天線單元A1～AM的接收信號在基站RF部302中分別變換成作為基帶信號的接收符號序列Y1～YM，并被輸出至傳播信道分析單元303。傳播信道分析單元303將該接收符號序列Y1～YM作為輸入，作為使傳播信道103具有特征的傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣H。構(gòu)成該傳播信道矩陣H的各要素是由包含于接收符號序列Y1～YM的基準(zhǔn)符號R0成分的振幅和相位所算出的復(fù)數(shù)通道系數(shù)h1～hM。將傳播信道矩陣H表述為式(1)。
H＝[h1 h2…h(huán)M](1)還有，作為傳播信道矩陣H的算法，這里說明了使用作為已知信號的基準(zhǔn)符號R0的方法，但也可以根據(jù)基站陣列天線105的各天線單元A1～AM的接收信號估計來波的頻率、延遲時間、入射方向、偏振波中的任何一個或全部，根據(jù)其結(jié)果來估計傳播信道矩陣H。
其次，矢量控制單元304，通過將該傳播信道矩陣H作為輸入、對傳播信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解或本征值分解，來生成發(fā)送時的矢量空間V和接收時的矢量空間V′。這里，由H求得的矢量空間V，如式2所示，是由M行(M維)、K(K＜＝M)列的矢量組成的矩陣空間。另外，假定矢量空間V′如式3中所示是由M行(M維)、L(L＜＝M)列的矢量組成的矩陣空間構(gòu)成的。
V1V2···VK=V11V21VM1V12V22VM2·········V1KV2K···VMKT]]>(2)V1′V2′···VK′=V11′V12′VM1′V12′V22′VM2′·········V1K′V2K′···VMK′T]]>(3)其中，T表示對矩陣的轉(zhuǎn)置的作用。
下面說明矢量空間V的算出過程。首先，說明基于奇異值分解的算出過程。
式4表示出了式1所示的傳播信道矩陣H的奇異值分解。
H＝U·Δ·VSH(4)其中，式4的右邊，Δ是在矩陣要素中具有H的奇異值的1行M列的矩陣；另外Vs是由M行(M維)M個相互正交的列矢量vs1～vsM構(gòu)成的矢量空間，可以分別表示成式(5)～(7)。
另外， 表示取了矩陣VS的復(fù)數(shù)共軛轉(zhuǎn)置的矩陣。再者，因為H為1行M列的矩陣所以只求得1個奇異值，這里，假設(shè)其為δ。
U＝1 (5)Δ＝[δ 0 …0]T(6)VS＝[vs1 vs2…vsm] (7)接下來，說明使用本征值分解的情況。矢量控制單元304，首先用式8算出(式1)的傳播信道矩陣H的相關(guān)矩陣R。
R＝H*·H (8)其中，*表示對矩陣的復(fù)數(shù)共軛轉(zhuǎn)置的作用。如式9所示，對相關(guān)矩陣R進(jìn)行本征值分解，算出在對角項具有本征值的M行M列的正方形矩陣λ與矢量空間Ve。
R·Ve＝λ·Ve (9)這里，Ve是由M行(M元)M個相互正交的列矢量ve1-veM構(gòu)成的矢量空間。λ是在對角項具有將所述的Δ的各要素平方后的值而其它要素全部為0的M行M列矩陣。
而且，矢量控制單元304，從構(gòu)成由奇異值分解得到的VS或由本征值分解得到的Ve的M個列矢量中選擇K個列矢量，作為發(fā)送時的矢量空間V輸出，或選擇L個列矢量作為接收時的矢量空間V′輸出。
接下來，說明基站101中數(shù)據(jù)序列D1～DK的發(fā)送動作。
如圖6所示，基站收發(fā)部104的多符號生成單元300，由K個編碼單元600-1～600-K、及幀生成單元601-1～601-K構(gòu)成。首先，編碼單元600-1～600-K將數(shù)據(jù)序列D1-DK作為輸入，根據(jù)調(diào)制方式在復(fù)平面上進(jìn)行符號映射處理。而后，幀生成單元601-1～601-K，如圖7所示，在符號映射了的數(shù)據(jù)序列D1-DK中，附加幀同步用的導(dǎo)頻符號P1-PK、用于識別信息源的地址符號A1-AK、及接收時的誤碼檢測用的幀檢測符號FC1-FCK，生成發(fā)送幀700-1～700-K，并輸出到矢量多重化單元。
矢量多重化單元301，將由該發(fā)送幀700-1～700-K組成的符號序列S1～SK作為輸入，用由矢量控制單元304所生成的矢量v1～vK構(gòu)成的矢量空間V，執(zhí)行式10所示的矢量多重化處理，生成矢量多重符號序列X1～XM。
T＝[S1 S2…SK]·V (10)該矢量多重符號序列X1～XM，由圖8所示的M個被矢量多重過的發(fā)送幀800-1～800-M構(gòu)成，將其中的每一個與構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM對應(yīng)起來而被發(fā)送。
基站RF部302，將矢量多重符號序列X1～XM變換成各無線頻帶的信號，將被變換的發(fā)送信號由構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM發(fā)送給通信終端102。
其次，下面用圖4說明通信終端102的接收動作。
首先，在通信終端102的終端收發(fā)部107中，終端RF部402將終端天線106的接收信號變換成作為基帶信號的接收符號序列Y0，輸出給解碼單元403。解碼單元403，接收了發(fā)送幀700-1，將接收符號序列Y0作為輸入，進(jìn)行幀同步、信息源的驗證、根據(jù)數(shù)據(jù)序列D1的調(diào)制方式的解調(diào)、及幀錯誤檢測的處理，并復(fù)原數(shù)據(jù)序列D1后作為接收數(shù)據(jù)序列輸出。
這里，設(shè)作為非通信終端200的接收信號的接收符號序列為Y1，設(shè)使在基站101與非通信終端200之間具有特征的傳播信道矩陣為H1時，作為通信終端102的接收信號的接收符號序列Y0與Y1，可以分別由下式表示。
Y0-H·X+N0 (11)Y1＝H1·X+N1(12)其中，X是矢量多重符號序列X1～XM的矢量表述，用式10表述為下式。
X＝[S1 S2… SK]V＝[S1·v1 S2·v2 … SK·vK](13)另外，N0及N1分別表示接收符號序列Y0與Y1所包含的噪音成分。因此，根據(jù)式11及式13Y0為下式。
Y0＝H·(v1·S1+v2·S2+…+vK·SK)+N0(14)另外，傳播信道矩陣H，由于被特征值分解為式4，所以根據(jù)式(5)、(6)及(7)所表示的特性，被表示成下式。
H·vK＝δ，k＝1＝0，K≠1 (15)而且，如果在式(14)中考慮式(15)的條件，Y0則可表示成下式。
Y0＝δ·S1+N0 (16)
這里，假設(shè)作為噪音成分的N0的平均功率為Pn0，通信終端10中接收的SINR為SINR0，則SINR0可以表示成下式。
SINR0＝(δ·S1)2/Pn0(17)由此，表示了SINR0通過控制對S1的發(fā)送功率即v1的定額可以設(shè)定成適當(dāng)?shù)闹怠?br> 同樣，用式(12)及式(13)則Y1變成下式。
Y1＝H1·(v1·S1+v2·S2+…+vK·SK)+N1(18)另外，設(shè)傳播信道矩陣H1與矢量v1～vK的積為γk時，下式的關(guān)系成立。
H1·vk＝γk (19)而且，由式(18)及式(19)，將Y1表示成下式。
Y1＝γ1·S1+γ2·S2+…γK·SK+N1(20)這里，設(shè)作為噪音成分的N1的平均功率為Pn1，設(shè)符號序列S1的接收信號功率為非通信終端200中的所希望的信號成分。
這時，設(shè)非通信終端200中接收的SINR為SINR1，則SINR1可以表示成下式。
SINR1＝(γ1·S1)2/{(γ2·S2)2+…(γK·SK)2+Pn1}(21)在移動通信環(huán)境中，一般來說，眾所周知，如果終端間的距離是相距載波頻率的波長程度，那么就接近于傳播信道的不相關(guān)。特別是，在利用了載波頻率的波長為數(shù)十厘米以下的微波頻帶的便攜電話和無線LAN等的系統(tǒng)中，在終端間所觀測的傳播信道可以近似為相互不相關(guān)。例如假定這樣的移動通信的傳播環(huán)境，對于在本實施方式中的傳播信道矩陣H正交的矢量v2～vK，就變得對于傳播信道矩陣H1具有相關(guān)。即由于γ1～γK變得不為零，所以統(tǒng)計地來看，SINR0＞SINR1成立。從而，由于(在通信終端102中的傳送路徑誤碼率)＜(非通信終端200的傳送路徑誤碼率)，所以，與通信終端102相比較，非通信終端200沒有錯誤地解調(diào)符號序列S1并能復(fù)原數(shù)據(jù)序列D1的概率降低。
在以上說明中，描述了矢量控制單元304算出通過對M行M列的傳播信道矩陣H進(jìn)行奇異值分解或本征值分解所得到的矢量空間V或V′的情況，但這不過是表示了用于得到對于構(gòu)成矢量空間V的列矢量v1為低相關(guān)的v2～vM的處理的一個例子。即，由于矢量控制單元304，可以從傳播信道矩陣H算出對于列矢量v1列矢量v2～vM為線性獨立的矢量空間V，或者算出對于列矢量v1列矢量v2～vM正交的矢量空間，所以并不限定其算出方法。
接下來，用圖9說明作為通信終端102與非通信終端200中的解調(diào)特性的分析例子，作為對數(shù)據(jù)序列D1～DK的調(diào)制方式使用BPSK的情況。
圖9(a)至(c)表示出了基站100與通信終端102及非通信終端200存在的情況下的仿真分析結(jié)果。
圖9(a)是在基站101中所生成的數(shù)據(jù)序列D1的信號波形；圖9(b)是作為通信終端102中的解調(diào)結(jié)果所得到的接收數(shù)據(jù)序列的信號波形；圖9(c)是作為在非通信終端200中的解調(diào)結(jié)果所得到的接收數(shù)據(jù)序列的信號波形。作為該仿真的條件，構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元數(shù)M是8，數(shù)據(jù)序列D1的數(shù)據(jù)數(shù)是100，由基站101矢量多重化后所發(fā)送的數(shù)據(jù)序列數(shù)與天線單元數(shù)相同，為8，另外，作為傳播信道矩陣H的各要素的h1～h8按照瑞利概率分布用式(22)來生成。
Hm＝N(0、1/2)+j*N(0、1/2)，m＝1，…，8 (22)其中，N(0、1/2)是生成按照平均為0、標(biāo)準(zhǔn)偏差為1/2的正態(tài)概率分布的隨機(jī)數(shù)的函數(shù)。
如前面所述，在基站101中在矢量多重化單元301中，用矢量v1～v8多重發(fā)送針對數(shù)據(jù)序列D1～D8的符號序列S1～S8。矢量v1～v8，具有這樣的特征由表示基站101與通信終端102之間的傳播信道103的特性的傳播信道矩陣H算出，并相互正交，只有矢量v1對傳播信道矩陣H具有高的相關(guān)。因此，如圖9(b)所示，由矢量v1矢量化的數(shù)據(jù)序列D1，在通信終端102中能被正確地解調(diào)。
另一方面，非通信終端200與基站101之間的傳播信道201，對于矢量v2～v8也具有相關(guān)，所以在接收相對于數(shù)據(jù)序列D1的符號序列S1的同時也接收符號序列S2～SK。因此，如圖9(c)所示，在非通信終端200中檢測數(shù)據(jù)序列D1并正確地將其恢復(fù)變得困難，所以可防止向通信終端102欲傳送的數(shù)據(jù)序列D1對非通信終端200的泄漏。
接下來，用圖10說明統(tǒng)計評價對上述非通信終端200的數(shù)據(jù)序列D1的泄漏率的模擬結(jié)果。傳播信道矩陣H與圖9的情況相同用基于瑞利概率分布的(式22)來生成。圖10的橫軸表示基站陣列天線105的天線單元數(shù)M，縱軸表示數(shù)據(jù)的泄漏率。這里的泄漏率Z用在N次更新了對傳播信道201的傳播信道矩陣H時被認(rèn)為數(shù)據(jù)泄漏的次數(shù)L，由式(23)來定義。這里，在非通信終端200中，假定在數(shù)據(jù)數(shù)128個的數(shù)據(jù)序列D1被正確無誤地解調(diào)的情況下，認(rèn)為數(shù)據(jù)泄漏了。
Z＝(L/N)×100[％] (23)其中，在基站101中，被矢量多重化后所發(fā)送的數(shù)據(jù)序列數(shù)K與天線單元數(shù)M一致，即在K＝M的條件下下，算出由式(23)所定義的泄漏率。
如圖10所示，隨著天線單元數(shù)M的增加，數(shù)據(jù)的泄漏率Z下降，M＝8即基站陣列天線105的天線單元數(shù)為8個時能夠確保數(shù)據(jù)的泄漏率為0.1％。即，通過用根據(jù)本實施方式的無線通信系統(tǒng)100的構(gòu)成，能夠得到對通信數(shù)據(jù)即使不進(jìn)行加密處理也可以提高通信數(shù)據(jù)的秘密性的效果。
另外，在便攜電話或WLAN等的移動通信系統(tǒng)中利用無線通信系統(tǒng)的情況下，傳播信道103的特性，由于通信終端移動隨著時間一起變動，所以假設(shè)在非通信終端200所在的場所中，即使一定時間內(nèi)可以接受對通信終端102的通信數(shù)據(jù)，連續(xù)地持續(xù)接收通信數(shù)據(jù)也非常困難。
另外，在基站101中編碼單元600-1～600-K，用相同的調(diào)制方式對數(shù)據(jù)序列D1～DK進(jìn)行符號映射處理，但也可以做成對數(shù)據(jù)序列D1～DK用不同的調(diào)制方式進(jìn)行符號映射處理，并生成符號信息不同的多個符號序列S1～SK。另外，也可以做成在編碼單元600-1～600-K中，通過對數(shù)據(jù)序列D1～DK用不同的符號序列進(jìn)行代碼擴(kuò)頻處理，來生成符號信息不同的多個符號序列S1～SK。
這樣，用不同的調(diào)制方式和擴(kuò)頻碼生成符號序列S1～SK的情況下，在通信終端102中解碼單元403從接收符號序列Y0估計調(diào)制方式或擴(kuò)頻碼，或預(yù)先共有調(diào)制方式或擴(kuò)頻碼，由此，可以進(jìn)行通信終端102中的解調(diào)處理。另外，通過做成解碼單元403可以估計調(diào)制方式或擴(kuò)頻碼，在基站101中使調(diào)制方式或擴(kuò)頻碼與經(jīng)過的時間一起變化，由此，就可以在不增加基站陣列天線105的天線單元數(shù)M的情況下，可以使向非通信終端200的數(shù)據(jù)泄漏率下降。
另外，下面是關(guān)于基站101接收從通信終端102所發(fā)送的數(shù)據(jù)序列D0時的處理。
即，陣列合成接收單元305，將接收符號序列Y1～YM和在矢量控制單元304中算出的矢量空間V作為輸入，用式(24)進(jìn)行對接收符號序列Y1～YM的矢量空間V′的加權(quán)合成處理并得到矢量合成信號C1～CL。這里，假定作為矢量空間V′是選擇所述的Vs或Ve的列矢量來使用的。
＝[Y1 Y2…YM]·V′ (24)由式(24)所得到的矢量合成信號C1是將從通信終端102所發(fā)送的基準(zhǔn)信號x0進(jìn)行基站陣列天線105的定向合成所得到的接收信號。另外，在矢量合成信號C2～CM中有包含來自非通信終端200的干涉信號成分的可能性，從矢量合成信號C1與矢量合成信號C2～CM的信號功率可以估計所希望的信號功率與干涉信號功率比。而且，在陣列合成接收單元305，對該矢量合成信號C1進(jìn)行幀同步、終端的認(rèn)證、根據(jù)數(shù)據(jù)序列D0的調(diào)制方式的解調(diào)、及幀錯誤檢測的處理，將數(shù)據(jù)序列D0恢復(fù)作為接收數(shù)據(jù)序列輸出。
另外，作為在接收時使用的矢量空間V′不使用通過如所述的H的奇異值分解或本征值分解得到的Vs或Ve，也可以進(jìn)行使用MMSE(Minimum MeanSquare Error)法[1]的接收處理。
B.Window，P.E.Mantey，L.J.Griffiths，and B.B.Goode，“AdaptiveAntenna Systems”，Proc.IEEE，vol.55，no.12，pp.2143-2158，Dec.1967.
這時，傳播信道分析單元303，將接收符號序列Y1～YM作為輸入，根據(jù)式(25)生成作為參考信號的基準(zhǔn)符號R0的復(fù)數(shù)共軛值R0′與Y1～YM的相關(guān)矢量r，由式(8)求取傳播信道矩陣H的相關(guān)矩陣R，向矢量控制單元304輸出。
r＝[Y1 Y2…YM]TX R0′(25)于是，矢量控制單元304使用相關(guān)矢量r與相關(guān)矩陣R，用式(26)算出矢量v1，用最快下降法等更新該值。
vr＝R-1·r (26)其中，R-1表示R的逆矩陣。而且，這種情況下，陣列合成接受單元305將接收符號序列Y1～YM與矢量vr作為輸入，用式(27)通過對Y1～YM的vr的加權(quán)合成處理生成矢量合成信號C1。
C1＝[Y1 Y2…YM]·vr (27)而后，對該矢量合成信號C1，進(jìn)行幀同步、終端的認(rèn)證、根據(jù)數(shù)據(jù)序列D0的調(diào)制方式的解調(diào)以及幀錯誤檢測的處理，將數(shù)據(jù)序列D0恢復(fù)作為接收數(shù)據(jù)序列輸出。
對從具有由以上所構(gòu)成并動作的基站101與通信終端102的無線通信系統(tǒng)100中的無線線路的同步確立到結(jié)束數(shù)據(jù)傳送的流程，用圖11從通信過程的觀點來進(jìn)行說明。
處理0基站101與通信終端102的初始化基站101與通信終端102都接通電源后，或接收特定的信號被設(shè)定為初始狀態(tài)。同時，頻率和時間同步等的狀態(tài)按照事先所決定的順序來設(shè)定(步驟S1101)。
這些初始動作結(jié)束了的一定時間之后，基站101每隔一定時間將控制信號附載在控制信號上進(jìn)行發(fā)送(步驟S1102)。
另一方面，通信終端102在初始動作(步驟S1101)結(jié)束后，開始控制信號的搜索。通信終端一接收由基站發(fā)送的控制信號，通信終端檢測其時刻和頻率等并與系統(tǒng)保持的時刻和頻率同步(以下，稱其為“系統(tǒng)同步”。)(步驟S1102)。系統(tǒng)同步正常結(jié)束后，通信終端為了將其存在通知給基站，發(fā)送登錄請求信號(步驟S1103)?；?01，對于來自通信終端102的登錄請求，通過發(fā)送登錄許可信號進(jìn)行終端的登錄許可(步驟S1104)。
處理1通信終端102的基準(zhǔn)符號發(fā)送通信終端102，如前所述，輸出包含基準(zhǔn)符號R0的基準(zhǔn)符號X0，所述基準(zhǔn)符號R0在基站101中用于分析傳播信道103(步驟S1105)。具體地說，通信終端102的基準(zhǔn)符號生成單元400，生成被預(yù)先決定的特定的基準(zhǔn)符號R0，而后，形成發(fā)送幀F(xiàn)0，作為符號序列S0輸出。終端RF部402，將符號序列S0變換成無線頻帶的信號，作為基準(zhǔn)信號x0由終端天線106發(fā)送(步驟S1105)。
在基站101中，等待從通信終端102經(jīng)傳播信道103、由基站矩陣天線105所接收的基準(zhǔn)信號x0(步驟S1105)，各天線單元A1～AM的接收信號在基站RF部302中分別變換為作為基帶信號的接收符號序列Y1～YM。傳播信道分析單元303，將接收符號序列Y1～YM作為輸入，作為使傳播信道103具有特征的傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣H。然后，矢量控制單元304算出H的矢量空間V，生成構(gòu)成該矢量空間V的列矢量v1～vK。
處理2由基站101的矢量化信號發(fā)送基站101，用基站陣列天線105向通信終端102發(fā)送矢量信號x1～xK(步驟S1106)。具體地說，將數(shù)據(jù)序列D1～DK作為輸入，多符號生成單元300根據(jù)調(diào)制方式在復(fù)平面上進(jìn)行符號映射處理，來構(gòu)成發(fā)送幀700-1～700-K，并作為符號序列S1～SK輸出。矢量多重化單元301，將符號序列S1～SK作為輸入，進(jìn)行用矢量v1～vK的矢量多重化處理，生成矢量多重符號序列X1～XM。矢量多重符號序列X1～XM，將其與構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM對應(yīng)起來發(fā)送?；綬F部302，將該矢量多重符號序列X1～XM變換成各無線頻帶信號，作為矢量信號x1～xK由基站陣列天線105發(fā)送。
下面，反復(fù)處理2的矢量多重通信和通常的通信。
在以上的說明中，對于作為初始化作業(yè)的處理0進(jìn)行了說明，這是假定為一般的運(yùn)用，不是本發(fā)明必要的過程。
另外，假定是通過在處理1中發(fā)送基準(zhǔn)信號，來分析傳播信道，這是由于一般地使用了已知信號能夠高精度地估計傳播參數(shù)，而傳播信道的分析也可以不特別地使用基準(zhǔn)信號。換言之，例如，利用在處理0中進(jìn)行的控制信號、登錄請求信號和登錄許可信號等也可以進(jìn)行傳播參數(shù)的估計。
另外，本發(fā)明，利用特定的通信終端102與基站101之間的傳播信道103的特性，以將多個數(shù)據(jù)序列矢量多重化來發(fā)送作為特征，所以，如果基站或通信終端發(fā)生移動，則有時會出現(xiàn)問題。然而，這種情況如圖11所示的步驟S1107、步驟S1108，通過在移動后反復(fù)進(jìn)行基準(zhǔn)信號的收發(fā)，可以回避這個問題。
如上所述，本發(fā)明的無線通信方法，通過控制決定無線傳送路徑的錯誤率特性的傳播信道的SINR，在相互發(fā)送數(shù)據(jù)的特定的無線站間在確保一定以上的接收SINR，同時，使第三者的接收SINR劣化，這樣，來提高第三者解調(diào)的信號序列的錯誤發(fā)生概率，由此，就可以防止在無線的通信路線中要求秘密性的數(shù)據(jù)向第三者泄漏。
另外，本發(fā)明的發(fā)送裝置，如果傳播信道矩陣H的估計精度劣化，則產(chǎn)生對通信終端的SINR的劣化，但不改變對非通信終端的SINR的概率的分布特性。即，如果保證對通信終端102的SINR為接收靈敏度點以上的條件，就不會使數(shù)據(jù)的泄漏率增加。由此，如果與關(guān)于基于傳播參數(shù)的加密密鑰生成的現(xiàn)有技術(shù)直接依存于傳播參數(shù)的估計精度的這點相比較，在象移動通信環(huán)境的復(fù)雜且總是有時間變動的電波傳播環(huán)境中，本發(fā)明的發(fā)送裝置在確保數(shù)據(jù)傳送的魯棒性之后，在通信的物理層能夠防止數(shù)據(jù)的泄漏，其結(jié)果就能夠確保高的安全性。
而且，這些處理基本上、可以與使用現(xiàn)有的算術(shù)手法的加密、解密獨立地來進(jìn)行。由此，通過在現(xiàn)有技術(shù)之上實施本發(fā)明，能夠期望更高的安全性。
(實施方式2)用圖1及圖12～圖16對本實施方式進(jìn)行說明。
本實施方式的系統(tǒng)全體結(jié)構(gòu)，是與實施方式1相同地、圖1中所示的無線通信系統(tǒng)100。圖12是表示基站101的構(gòu)成的方框圖，與實施方式1不同的是具有基準(zhǔn)符號生成單元1200、及傳播信道信息接收單元1201。該基準(zhǔn)符號生成單元1200生成包含有在基站101與通信終端102之間預(yù)先共有的參照信號、用于算出傳播參數(shù)的基準(zhǔn)符號；傳播信道信息接收單元1201將來自基站RF部302的接收符號序列作為輸入，進(jìn)行幀同步、信息源的認(rèn)證、傳播信道信息符號序列的解調(diào)以及幀錯誤檢測的處理，并生成傳播信道矩陣。
圖13是表示通信終端102的構(gòu)成的方框圖，與實施方式1不同的地方在于具有傳播信道分析單元1300、以及編碼單元1301。該傳播信道分析單元1300，用接收符號作為傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣H，編碼單元1301，為了無線傳送傳播信道矩陣的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的符號映射處理后生成傳播信道信息符號序列。
就其如上構(gòu)成的無線通信系統(tǒng)100，以下，用圖1、圖12、及圖13主要詳細(xì)說明與實施方式1的不同點。
首先，從基站101由基站陣列天線105的各天線單元A1～AM發(fā)送包含基準(zhǔn)符號的發(fā)送信號x′1～x′M。包含該基準(zhǔn)符號的發(fā)送信號x′1～x′M，是在通信終端102中為了分析傳播信道103被接收的，包含在基站101與通信終端102之間預(yù)先共有的參照信號。
在圖12中，基準(zhǔn)符號生成單元1200，生成在基站101與通信終端102之間預(yù)先確定的特定的基準(zhǔn)符號R1～RM，并輸出給矢量多重化單元301。矢量多重化單元301，對于在符號序列S1～SK中用矢量空間V進(jìn)行了矢量多重化處理的矢量多重符號序列X1～XM，生成插入了該基準(zhǔn)符號R1～RM的矢量多重符號序列x′1～x′M。這里，假定基準(zhǔn)符號R1～RM是由相互正交或相關(guān)變得低的不同的代碼序列所生成的。另外，在圖14中表示矢量多重化單元301對于矢量多重符號序列X1～XM插入了相互不同的基準(zhǔn)符號R1～RM的發(fā)送幀1400-1～1400-M的構(gòu)成例。
這里，由于數(shù)據(jù)序列D1～DK根據(jù)需要被插入，所以在矢量多重符號序列僅被用于傳播信道103的分析的目的的情況下，也可以作成僅發(fā)送基準(zhǔn)符號R1～RM的幀結(jié)構(gòu)。
另外，在圖15中，表示了矢量多重化單元301對于矢量多重符號序列X1～XM、僅插入了基準(zhǔn)符號R1的發(fā)送幀1500-1～1500-M的構(gòu)成例。相對于使用由相互不同的符號序列生成了發(fā)送幀1400-1～1400-M的基準(zhǔn)符號R1～RM，圖15中所示的幀構(gòu)成是在各個幀中時間上移動了的位置插入基準(zhǔn)符號R1，不需要使用與天線單元數(shù)M相同數(shù)目的符號序列來生成基準(zhǔn)符號R1～RM。
這樣一來，由在矢量多重化單元301中所生成的發(fā)送幀1400-1～1400-M或者1500-1～M構(gòu)成的矢量多重符號序列x′1～x′M，在基站RF部302中將符號序列S1～SM變換為無線頻帶的信號，作為包含基準(zhǔn)符號R1～RM的發(fā)送信號x′1～x′M，使其與構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM對應(yīng)起來而被發(fā)送。
接下來，在通信終端102中，根據(jù)包含所接收到的基準(zhǔn)符號的信號，分析傳播信道103。其后，通信終端102，向基站101發(fā)送其結(jié)果。下面說明將該分析方法與將其分析結(jié)果反饋給基站101的步驟。
由基站陣列天線105所發(fā)送的發(fā)送信號x′1～x′M，經(jīng)傳播信道103傳播，并在終端天線106的接收端中被合成接收。終端RF部402，將該接收信號變換成作為基帶信號的接收符號序列Y′0。傳播信道分析單元1300，用接收符號Y′0，作為使傳播信道103具有特征的傳播參數(shù)生成用式(1)所表示的傳播信道矩陣H。具體地說，在基站101的矢量多重化單元301中所生成的發(fā)送幀，用象1400-1～1400-M這樣相互不同的M個基準(zhǔn)符號所構(gòu)成的情況下，在通信終端102中傳播信道分析單元1300，用預(yù)先已知的基準(zhǔn)符號R1～RM，進(jìn)行使R1～RM分別與接收信號Y′0相乘的相關(guān)演算處理，從由此得到的信號的振幅及相位信息求得作為傳播信道矩陣H的各要素的H1～HM。由此，將基站陣列天線105的各天線單元A1～AM與終端天線106之間的各傳播信道系數(shù)分別與H1～HM對應(yīng)起來。
另一方面，在采用在基站101的矢量多重化單元301中所生成的發(fā)送幀象圖5所示的1500-1～1500-M那樣地、在時間上所移動了的位置配置了基準(zhǔn)符號的構(gòu)成的情況下，在通信終端102中傳播信道分析單元也用預(yù)先已知的基準(zhǔn)符號，在使取樣時序移動的同時求出接收符號Y′0的振幅及相位信息。由此，可以算出構(gòu)成傳播信道矩陣H的各要素h1～hM。
編碼單元1300，將由傳播信道分析單元1300所生成的傳播信道矩陣H的數(shù)據(jù)作為輸入，進(jìn)行為了無線傳送所需的符號映射處理后生成傳播信道信息符號序列C0。如圖16所示，符號生成單元401生成插入了傳播信道信息符號序列C0的發(fā)送幀1600，作為符號序列S′0輸出。終端RF部402，將符號序列S′0變換成無線頻帶的信號，作為發(fā)送信號x′0由終端天線106發(fā)送。
接下來，基站101由基站陣列天線105接收包含傳播信道信息的發(fā)送信號x′0，其接收信號在基站RF部302中變換為作為基帶信號的接收符號序列Y′0～Y′M。傳播信道信息接收單元1201，將接收符號序列Y′0～Y′M的一部分或全部作為輸入，進(jìn)行幀同步、信息源的認(rèn)證、傳播信道信息符號序列C0的解調(diào)及幀錯誤檢測的處理，輸出傳播信道矩陣H。矢量控制單元304，用由傳播信道信息接收單元1201所生成的傳播信道矩陣H，生成在對基站101中的通信終端102發(fā)送及接收時所用的發(fā)送用矢量空間V及接收用矢量空間V′。
通過如上所述的構(gòu)成，在通信終端102中傳播信道分析單元1300，通過將所求得的傳播信道矩陣H反饋給基站101，在基站101中能夠正確地得到針對從基站陣列天線105來看的終端天線106的傳播信道的信息。由此，基站101用從基站101來看的下行線路的傳播信道矩陣H算出矢量空間，進(jìn)行矢量多重發(fā)送，所以即使在不可忽視下行線路與上行線路的非對稱性的條件下也能維持系統(tǒng)性能。
另外，雖然做成了通信終端102將傳播信道H反饋給基站101的結(jié)構(gòu)，但也可以做成作為該反饋信息通知由傳播信道矩陣H所估計的其它的傳播參數(shù)和矢量空間等的結(jié)構(gòu)。這種情況下，通信終端102，具有如下的功能在圖13中的傳播信道分析單元1300使用傳播信道矩陣H估計傳播參數(shù)和矢量空間，并將其結(jié)果反饋給基站101。
用圖17從通信步驟的角度來說明從具有如上構(gòu)成且動作的基站101與通信終端102的、在本實施方式的無線通信系統(tǒng)100中的無線線路的同步確立到數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的流程。
處理10基站101與通信終端102的初始化該初始化動作與實施方式1相同。
處理11從基站101的基準(zhǔn)符號的發(fā)送基站101，輸出包含在通信終端102中用于分析傳播信道103的基準(zhǔn)符號R1～RM的發(fā)送信號X′1～X′M(步驟S1701)。具體地說，基準(zhǔn)符號生成單元1200生成基準(zhǔn)符號R1～RM，矢量多重化單元301構(gòu)成插入了其基準(zhǔn)符號R1～RM的發(fā)送幀，輸出矢量多重符號序列X′1～X′M。該矢量多重符號序列X′1～X′M，在基站RF部302中變換成無線頻帶的信號，包含基準(zhǔn)符號R1～RM的發(fā)送信號x′1～x′M，與構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM對應(yīng)起來進(jìn)行發(fā)送。
處理12從通信終端的傳播信道信息的發(fā)送通信終端102，等待由基站101的各天線單元A1～AM所發(fā)送、并經(jīng)過傳播信道103由終端天線106所接收的發(fā)送信號x′1～x′M。而后，在通信終端102的終端天線106已接收的情況下、其接收信號在終端RF部402中被變換成作為基帶信號的接收符號序列Y′0。傳播信道分析單元1300，將該接收符號序列Y′0作為輸入，根據(jù)發(fā)送幀構(gòu)成并根據(jù)基準(zhǔn)符號R1～RM的振幅及相位信息，作為使傳播信道103具有特征的傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣H。
接下來，傳播信道矩陣H的數(shù)據(jù)，在編碼單元1301中為了無線傳送而被符號映射處理之后，在符號生成單元401中作為構(gòu)成發(fā)送幀的數(shù)據(jù)序列的一部分被插入來生成符號序列X′0。該符號序列X′0被輸出到終端RF部402，并在此被變換成無線頻帶的信號，作為發(fā)送信號x′0，由終端天線106向基站101發(fā)送(步驟S1702)。
處理13從基站101的矢量化信號的發(fā)送在基站101中，傳播信道信息接收單元1201，解調(diào)由通信終端102所發(fā)送的x′0的接收信號，生成作為使傳播信道103具有特征的傳播參數(shù)的傳播信道H。接下來，矢量控制單元304，算出傳播信道矩陣H的矢量空間V，生成構(gòu)成該矢量空間V的列矢量v1～vK。
其后，基站101，想要向通信終端102發(fā)送的數(shù)據(jù)序列D1～DK已生成的情況下，多符號生成單元300根據(jù)調(diào)制方式將這些數(shù)據(jù)序列D1～DK在復(fù)平面上進(jìn)行符號映射處理并構(gòu)成發(fā)送幀700-1～700-K，將符號序列S1～SK向矢量多重化單元301輸出。矢量多重化單元301，將符號序列S1～SK作為輸入，進(jìn)行使用了列矢量v1～vK的矢量多重化處理，生成矢量多重符號序列X1～XM。該矢量多重符號序列X1～XM，將這些中每個與構(gòu)成基站陣列天線105的天線單元A1～AM對應(yīng)起來進(jìn)行發(fā)送。另外，基站RF部302將該矢量多重符號序列X1～XM變換成各無線頻帶的信號，作為矢量化信號x1～xK由基站陣列天線105發(fā)送(步驟S1703)。
其后，基站101與通信終端102，反復(fù)處理13的矢量多重通信和通常的通信。
在以上的說明中，作為初始化作業(yè)的處理10是假設(shè)為一般的運(yùn)用，不是本發(fā)明所必要的過程。
另外，通過在處理11中發(fā)送基準(zhǔn)信號，分析了傳播信道，這是由于一般來說采用已知信號就能夠高精度地估計傳播參數(shù)，傳播信道分析即使不特別使用基準(zhǔn)信號也可以。換言之，利用例如在處理10中進(jìn)行的控制信號、登錄請求信號和登錄許可信號等也可以進(jìn)行傳播參數(shù)的估計。
另外，由于本發(fā)明也具有這樣的特征，即與實施方式相同，利用特定的通信終端102與基站101之間的傳播信道103的特性將多個數(shù)據(jù)序列矢量多重化后發(fā)送，所以如果發(fā)生基站和通信終端的移動時，有時就會產(chǎn)生問題。然而，這種情形，通過象圖17所示的步驟1704、步驟1705步驟1705那樣反復(fù)進(jìn)行基準(zhǔn)信號的收發(fā)，就可以回避該問題。
在以上說明的本發(fā)明的發(fā)送裝置中，產(chǎn)生傳播信道矩陣H的估計精度的劣化與對通信終端102的SINR的劣化，但沒有改變對非通信終端200的SINR的概率的分布特性。即，如果保證針對通信終端102的SINR為接收靈敏度點以上的條件，就不會使數(shù)據(jù)泄漏率增加。
因此，與關(guān)于基于傳播參數(shù)的加密密鑰生成的現(xiàn)有技術(shù)直接取決于傳播參數(shù)的估計精度的這點相比較，在象移動通信環(huán)境的復(fù)雜且經(jīng)常存在時間變動的電波傳播環(huán)境中，在本發(fā)明的發(fā)送裝置確保了數(shù)據(jù)傳送的魯棒性之后，能夠在通信的物理層中防止數(shù)據(jù)的泄漏、結(jié)果可以確保高安全性。
另外，這些處理，基本上、可以與使用了現(xiàn)有的算術(shù)的方法的加密、解密獨立地進(jìn)行。由此，通過在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上實施本發(fā)明，可以期望更高的安全性。
產(chǎn)業(yè)上的實用化前景本發(fā)明，用于在特定的無線站間傳送信息的發(fā)送裝置中，在無線通信線路中，適用于防止信息泄漏給第三者。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)送裝置，其用于從具有M(M＞1)單元的陣列天線的第1無線站向第2無線站傳送信息符號序列，具有矢量控制單元，其根據(jù)賦予所述第1無線站與所述第2無線站之間的傳播信道以特征的傳播參數(shù)，生成多個N(N＜＝M)維矢量；矢量多重化單元，其對包含所述信息符號序列的多個符號序列乘以所述多個N維矢量，來生成多重化的N個矢量多重符號序列；所述矢量控制單元，由陣列天線發(fā)送設(shè)定成了在第2無線站中、僅接收多個所述符號序列內(nèi)、特定的符號序列而取消其它的符號序列的所述矢量多重符號序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，其特征在于，還包括傳播信道分析單元，其作為所述傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣，所述矢量控制單元，生成通過奇異值分解所述傳播信道矩陣所得到的多個N維矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，其特征在于，還包括傳播信道分析單元，其作為所述傳播參數(shù)生成傳播信道矩陣，所述矢量控制單元，生成通過本征值分解所述傳播信道矩陣的相關(guān)矩陣所得到的多個N維矢量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，其特征在于，還包括基準(zhǔn)符號生成單元，其生成所述通信終端也已知的基準(zhǔn)符號；傳播信道信息接收單元，其接收關(guān)于從所述通信終端所發(fā)送的傳播參數(shù)的信息，并求取所述傳播參數(shù)；關(guān)于所述傳播參數(shù)的信息，就是由所述通信終端從該基站所發(fā)送的所述基準(zhǔn)符號求出的傳播參數(shù)所生成的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，其特征在于，通過相互不同的調(diào)制方式對所述多個符號序列的一部分或全部進(jìn)行符號映射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送裝置，其特征在于，通過相互不同的代碼序列對所述多個符號序列的一部分或全部進(jìn)行代碼擴(kuò)頻。
7.一種無線通信方法，其包括如下步驟從通信終端對于具有M單元的陣列天線的基站發(fā)送由該基站已知的基準(zhǔn)符號組成的基準(zhǔn)信號的步驟；所述基站，從接收到的所述M個基準(zhǔn)符號算出所述通信終端與該基站之間的傳播參數(shù)，用其生成多個N維矢量的步驟；所述基站，對于包含欲通知的信息符號序列的多個符號序列，乘以設(shè)定成在通信終端中僅接收所述欲通知的信息符號序列并取消其它的符號序列的所述多個N維矢量，生成多重化的N個矢量多重符號序列的步驟；和從所述基站，向所述通信終端發(fā)送所述矢量多重符號序列的步驟。
8.一種無線通信方法，其包括從具有M單元的陣列天線的基站，對于通信終端發(fā)送由該通信終端已知的基準(zhǔn)符號所組成的基準(zhǔn)信號的步驟；所述通信終端，由接收到的所述基準(zhǔn)信號生成包含該通信終端與所述基站之間的傳播參數(shù)的傳播信道信息符號序列的步驟；從所述通信終端，向所述通信終端發(fā)送所述傳播信道信息符號序列的步驟；所述基站，從接收到的所述傳播信道信息符號序列算出所述傳播參數(shù)，使用其分析結(jié)果、生成多個N維矢量的步驟；所述基站，對于包含欲通知的信息符號序列的多個符號序列，乘以設(shè)定成在通信終端中僅接收所述欲通知的信息符號序列并取消其它的符號序列的所述多個N維矢量，生成多重化的N個矢量多重符號序列的步驟；和從所述基站，向所述通信終端發(fā)送所述矢量多重符號序列的步驟。
全文摘要
具有陣列天線的無線站(101)在向特定的無線站(102)發(fā)送信息符號序列時，用根據(jù)所述無線站間的傳播信道特性(103)所生成的多個矢量，通過矢量多重化同時發(fā)送包含所述信息符號序列的多個符號序列，由此，在所述特定的無線站(102)中控制為接收所述信息符號序列，再者，在傳播信道不同的其它無線站(200)中，控制為同時接收所述多個符號序列的一部分或全部，所以，在經(jīng)無線線路向特定的無線站傳送數(shù)據(jù)的情況下，可以高安全性地確保信息的秘密性。
文檔編號H04J99/00GK1706138SQ20048000128
公開日2005年12月7日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者中川洋一, 折橋雅之 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社