專利名稱:無線通信裝置、無線通信系統(tǒng)及無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術(shù)的無線通信系統(tǒng)、以及在這種系統(tǒng)中所使用的無線通信裝置及無線通信方法，所述MIMO技術(shù)是由多個天線元件接收從多個天線元件發(fā)送的無線信號而進行無線通信的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著近年來的信息化社會的發(fā)展，無線移動通信技術(shù)因其便利性而迅速地普及。在無線移動通信中，由于通過第三者竊聽無線信號比較容易，所以在無線移動通信中發(fā)送接收個人信息或企業(yè)的機密信息時，無線信號的防竊聽對策必不可少。
作為無線移動通信中的防竊聽對策，利用加密技術(shù)十分普遍。具體地說，已知有利用無線移動通信系統(tǒng)中的傳播路徑特性，發(fā)送端和接收端的無線通信裝置分別單獨地生成秘密密鑰的加密技術(shù)(例如參照非專利文獻1)。非專利文獻1中記載的加密技術(shù)，利用無線移動通信系統(tǒng)中的傳播路徑特性不規(guī)則地時間變動、即使發(fā)送接收位置的微小的變動而在其前后的傳播路徑的相關(guān)也急劇地下降以及電波的可逆性一般成立，從而發(fā)送端和接收端的無線通信裝置分別單獨地測量傳播路徑特性。然后，通過將從該測量結(jié)果獲得的信息秘密地共享而生成相同的秘密密鑰，從而在這些無線通信裝置間實現(xiàn)加密通信。
圖1表示非專利文獻1中記載的技術(shù)的概要。在圖1中，通過基站和移動臺分別將導(dǎo)頻信號以時分雙工(TDDTime Division Duplex)方式交替并且短期間地發(fā)送接收，單獨地測量傳播路徑特性、即接收到的導(dǎo)頻信號的振幅或相位等，從而共享傳播路徑特性信息。此外，基站和移動臺將共享的傳播路徑特性信息進行量化而生成由0和1雙值構(gòu)成的量化數(shù)據(jù)。然后，以規(guī)定的方式將所生成的量化數(shù)據(jù)選擇、組合或重復(fù)，進而根據(jù)需要而進行糾錯，從而生成秘密密鑰。而且，基站或移動臺的一方對生成的秘密密鑰施以不可逆的信號處理，例如散列化(hash)處理，并將該散列化信息等發(fā)送到對方站。對方站通過比較所接收的散列化信息和本站生成的散列化信息，秘密地確認由基站和移動臺單獨生成的秘密密鑰是相同的，并發(fā)回這種確認結(jié)果。在經(jīng)過這樣的一連串的秘密密鑰生成步驟后，基站和移動臺使用各自單獨生成的秘密密鑰，開始加密通信。非專利文獻1堀池元樹、笹岡秀一、「陸上移動通信路の不規(guī)則変動に基づㄑ秘密鍵共有方式」信學(xué)技報、RCS2002002-17
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的課題但是，在非專利文獻1中記載的技術(shù)中，加密通信中所使用的秘密密鑰基于傳播路徑特性而生成。因此，存在以下問題在導(dǎo)頻信號被位于傳播路徑特性與移動臺近似的位置的第三者監(jiān)聽的情況下，該第三者根據(jù)監(jiān)聽的導(dǎo)頻信號而獨自地生成秘密密鑰，從而能夠竊聽基站和移動臺之間的加密通信。
圖2表示圖1中的基站和移動臺之間的加密通信被竊聽者竊聽的狀況。在圖2中，竊聽者位于傳播路徑特性與移動臺相似的位置，該竊聽者秘密地監(jiān)聽從基站發(fā)送的導(dǎo)頻信號。由該竊聽者監(jiān)聽的導(dǎo)頻信號計算的信道估計值與移動臺計算的信道估計值的相關(guān)必然為強。因此，該竊聽者可以根據(jù)秘密地監(jiān)聽的導(dǎo)頻信號獨自地生成基站和移動臺之間的加密通信中所使用的秘密密鑰。其結(jié)果，可以竊聽基站和移動臺之間的加密通信。
本發(fā)明的目的是，提供無線通信裝置及無線通信方法，在利用MIMO技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，即使無線信號被第三者監(jiān)聽，也能夠防止加密通信被竊聽。
用于解決課題的方案本發(fā)明的無線通信裝置采用以下結(jié)構(gòu)，包括多個天線，接收MIMO信道的無線信號；信道估計單元，計算所述天線的接收信號的信道估計值；信道間相關(guān)計算單元，基于算出的信道估計值而計算MIMO信道中的信道間的信道相關(guān)值；信道選擇單元，基于算出的信道相關(guān)值而選擇MIMO信道中的任何一個信道；以及密鑰生成單元，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成秘密密鑰。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，MIMO信道中的任何一個信道被選擇，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成加密通信中所使用的秘密密鑰，所以即使無線信號被第三者監(jiān)聽，第三者也無法知道應(yīng)該選擇哪個信道的信道估計值，因而能夠防止第三者竊聽加密通信。
圖1表示以往的無線通信系統(tǒng)的用于加密通信的秘密密鑰的生成狀況的圖。
圖2表示以往的無線通信系統(tǒng)中的用于加密通信的秘密密鑰被竊聽者生成的狀況的圖。
圖3表示包括了實施方式1的無線通信裝置的基站的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖4詳細地表示實施方式1的無線通信裝置的一部分結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5表示包括了實施方式1的無線通信裝置的移動臺的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖6是說明實施方式1的無線通信系統(tǒng)的動作的圖。
圖7表示實施方式1的無線通信系統(tǒng)中秘密密鑰被更新的狀況的圖。
圖8表示包括了實施方式2的無線通信裝置的基站的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖9是說明實施方式2的無線通信系統(tǒng)的動作的圖。
圖10是說明實施方式3的無線通信系統(tǒng)的動作的概要的圖。
圖11表示包括了實施方式3的無線通信裝置的基站的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12表示包括了實施方式3的無線通信裝置的移動臺的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖13是說明實施方式3的無線通信系統(tǒng)的動作的圖。
具體實施方式以下，對于本發(fā)明的實施方式，參照附圖而詳細地說明。再有，在以下的各實施方式，舉例說明在利用MIMO技術(shù)的TDD方式的無線移動通信系統(tǒng)中，基站和移動臺進行加密通信的情況。
(實施方式1)圖3是表示包括了本發(fā)明的實施方式1的無線通信裝置100的基站的結(jié)構(gòu)的方框圖。無線通信裝置100具有兩個天線元件101-1、101-2；兩個導(dǎo)頻接收單元102-1、102-2；信道估計單元103；信道間相關(guān)計算單元104；信道選擇單元105；秘密密鑰生成單元106；信道間相關(guān)監(jiān)視單元110；導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121及兩個導(dǎo)頻發(fā)送單元122-1、122-2。
天線元件101-1、101-2分別捕捉從后述的移動臺的兩個天線元件發(fā)送的MIMO信道的無線信號。
導(dǎo)頻接收單元102-1、102-2分別具有帶通濾波器、模/數(shù)變換器及低噪聲放大器等，從天線元件101-1、101-2的接收信號中提取導(dǎo)頻信號，對提取出的導(dǎo)頻信號施以規(guī)定的接收信號處理，并將該處理后的導(dǎo)頻信號輸入到信道估計單元103。
信道估計單元103基于從導(dǎo)頻接收單元102-1、102-2輸入來的導(dǎo)頻信號而計算MIMO信道中的全部四個信道的信道估計值，將算出的四個信道估計值分別輸入到信道間相關(guān)計算單元104及信道選擇單元105。
信道間相關(guān)計算單元104基于從信道估計單元103輸入來的四個信道估計值而計算MIMO信道中的兩個信道間的信道相關(guān)值，并將算出的全部六個的信道相關(guān)值輸入到信道選擇單元105。再有，關(guān)于計算MIMO信道中的兩個信道間的信道相關(guān)值的狀況，后面進行詳述。
信道選擇單元105從由信道間相關(guān)計算單元104輸入來的六個信道相關(guān)值中選擇最小的信道相關(guān)值，將對應(yīng)于選擇出的信道相關(guān)值的兩個信道通知信道間相關(guān)監(jiān)視單元110，并將這兩個信道的信道估計值輸入到秘密密鑰生成單元106。
秘密密鑰生成單元106通過將從信道選擇單元105輸入來的兩個信道估計值進行量化而生成量化數(shù)據(jù)，并將生成的量化數(shù)據(jù)以既定的方式選擇、組合、重復(fù)，進而根據(jù)需要而進行糾錯，從而生成秘密密鑰，并將生成的秘密密鑰輸入到未圖示的控制單元等。
信道間相關(guān)監(jiān)視單元110對于由信道選擇單元105通知的兩個信道，從未圖示的控制單元等輸入來的數(shù)據(jù)傳輸時的(基于直至再次接收導(dǎo)頻信號為止的期間接收的數(shù)據(jù)信號來測量的)信道估計值而計算這兩個信道間的信道相關(guān)值并將其監(jiān)視。在監(jiān)視中的信道估計值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，信道間相關(guān)監(jiān)視單元110對導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121輸入導(dǎo)頻控制信號，該信號指示進行導(dǎo)頻信號的發(fā)送。
導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121在從信道間相關(guān)監(jiān)視單元110輸入來了導(dǎo)頻控制信號時，立即生成導(dǎo)頻信號，并將生成的導(dǎo)頻信號分別輸入到導(dǎo)頻發(fā)送單元122-1、122-2。
導(dǎo)頻發(fā)送單元122-1、122-2分別具有帶通濾波器、數(shù)/模變換器及低噪聲放大器等，對從導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121輸入來的導(dǎo)頻信號施以規(guī)定的發(fā)送信號處理。處理后的導(dǎo)頻信號通過天線元件101-1、101-2而用MIMO信道無線發(fā)送到移動臺。
圖4是表示信道間相關(guān)監(jiān)視單元110的更詳細的結(jié)構(gòu)的方框圖。信道間相關(guān)監(jiān)視單元110具有監(jiān)視信道提取單元111、監(jiān)視信道間相關(guān)計算單元112及監(jiān)視信道間相關(guān)閾值判定單元113。
監(jiān)視信道提取單元111從未圖示的控制單元等被輸入數(shù)據(jù)傳輸時的MIMO信道中的全部四個信道的信道估計值，僅將其中的由信道選擇單元105所通知的兩個信道的信道估計值繼續(xù)輸入到監(jiān)視信道間相關(guān)計算單元112。再有，在無線通信裝置100，為了在加密通信開始后的數(shù)據(jù)傳輸時從接收信號中分離數(shù)據(jù)信號，對于MIMO信道中的全部信道持續(xù)地進行信道估計。
監(jiān)視信道間相關(guān)計算單元112從由監(jiān)視信道提取單元111輸入來的兩個信道估計值而以后述方式計算信道相關(guān)值，并將算出的信道相關(guān)值輸入到監(jiān)視信道間相關(guān)閾值判定單元113。
監(jiān)視信道間相關(guān)閾值判定單元113監(jiān)視從監(jiān)視信道間相關(guān)計算單元112輸入來的信道相關(guān)值，并在該信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，將指示立即生成導(dǎo)頻信號，并向移動臺發(fā)送的導(dǎo)頻控制信號輸入到導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121。
圖5是表示包括了本實施方式的無線通信裝置300的移動臺的結(jié)構(gòu)的方框圖。無線通信裝置300具有兩個天線元件301-1、301-2；兩個導(dǎo)頻接收單元302-1、302-2；信道估計單元303；信道間相關(guān)計算單元304；信道選擇單元305；秘密密鑰生成單元306；導(dǎo)頻發(fā)送控制單元321及兩個導(dǎo)頻發(fā)送單元322-1、322-2。
天線元件301-1、301-2分別捕捉從基站的兩個天線元件101-1、101-2發(fā)送的MIMO信道的無線信號。
導(dǎo)頻接收單元302-1、302-2分別具有帶通濾波器、模/數(shù)變換器及低噪聲放大器等，從天線元件301-1、301-2的接收信號中提取導(dǎo)頻信號，并對提取出的導(dǎo)頻信號施以規(guī)定的接收信號處理。處理后的導(dǎo)頻信號被輸入到信道估計單元303及導(dǎo)頻發(fā)送控制單元321。
信道估計單元303基于從導(dǎo)頻接收單元302-1、302-2輸入來的導(dǎo)頻信號而計算MIMO信道中的全部四個信道的信道估計值，并將算出的四個信道估計值分別輸入到信道間相關(guān)計算單元304和信道選擇單元305。
信道間相關(guān)計算單元304基于從信道估計單元303輸入來的四個信道估計值而計算兩個信道間的信道相關(guān)值，并將算出的全部六個信道相關(guān)值輸入到信道選擇單元305。
信道選擇單元305從由信道間相關(guān)計算單元304輸入來的六個信道相關(guān)值之中選擇最小的信道相關(guān)值，并將對應(yīng)于選擇出的信道相關(guān)值的兩個信道的信道估計值輸入到秘密密鑰生成單元306。
秘密密鑰生成單元306通過將從信道選擇單元305輸入來的兩個信道估計值進行量化而生成量化數(shù)據(jù)，將生成的量化數(shù)據(jù)以既定的方式選擇、組合、重復(fù)，進而根據(jù)需要而進行糾錯，從而生成秘密密鑰。生成的秘密密鑰被輸入到未圖示的控制單元等。
導(dǎo)頻發(fā)送控制單元321在從導(dǎo)頻接收單元302輸入了導(dǎo)頻信號時，立即生成導(dǎo)頻信號，并將生成的導(dǎo)頻信號分別輸入到導(dǎo)頻發(fā)送單元322-1、322-2。
導(dǎo)頻發(fā)送單元322-1、322-2分別具有帶通濾波器、數(shù)/模變換器及低噪聲放大器等，對從導(dǎo)頻發(fā)送控制單元321輸入來的導(dǎo)頻信號施以規(guī)定的發(fā)送信號處理。處理后的導(dǎo)頻信號通過天線元件301-1、301-2而用MIMO信道無線發(fā)送到基站。
接著，關(guān)于本發(fā)明的利用了MIMO技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的動作，用圖6及圖7進行說明。
圖6中，表示在利用了MIMO技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，基站和移動臺進行加密通信，而第三者在其附近監(jiān)聽無線信號的狀況。在圖6中，將在基站具有的天線元件101-1和移動臺具有的天線元件301-1之間形成的信道表記為C11。將在基站具有的天線元件101-2和移動臺具有的天線元件301-1之間形成的信道表記為C21。將在基站具有的天線元件101-1和移動臺具有的天線元件301-2之間形成的信道表記為C12。將在基站具有的天線元件101-2和移動臺具有的天線元件301-2之間形成的信道表記為C22。
這里，由于移動臺接收到來自基站的導(dǎo)頻信號時立即發(fā)回導(dǎo)頻信號，所以能夠?qū)⒒竞鸵苿优_分別計算的信道C11的信道估計值看作大致相同。同樣地，基站和移動臺分別計算的信道C21、C12及C22的信道估計值也能夠看作大致相同。因此，在圖6中，將基站和移動臺中的信道C11的信道估計值都表記為h11，將信道C21的信道估計值表記為h21，將信道C12的信道估計值表記為h12，將信道C22的信道估計值表記為h22。
基站的信道間相關(guān)計算單元104或移動臺的信道間相關(guān)計算單元304將四個信道估計值h11、h21、h12及h22中的兩個以循環(huán)方式組合，計算全部六個組合中的信道相關(guān)值，并將算出的六個信道相關(guān)值全部輸入到信道選擇單元105或信道選擇單元305。
這里，關(guān)于信道間相關(guān)計算單元104或信道間相關(guān)計算單元304，說明根據(jù)四個信道估計值計算六個信道相關(guān)值的狀況。將m行×n列的MIMO信道的信道矩陣H以下述‘算式1’表示時，任意的兩個信道估計值hij、hxy(hij≠hxy)組合中的信道相關(guān)值pij，xy以下述‘算式2’表示。再有，信道矩陣H中的‘m’表示基站的天線元件101的總數(shù)，而‘n’表示移動臺的天線元件301的總數(shù)，所以在本實施方式中m＝n＝2。此外，算式2中的E[ ]表示總體均值(ensemble average)。
……(算式1)[數(shù)2]ρij,xy=E[hij*hxy]E[|hy|2]E[|hxy|2]]]>……(算式2)然后，信道選擇單元105或信道選擇單元305從被輸入來的六個信道相關(guān)值之中選擇最小的信道相關(guān)值，并將對應(yīng)于選擇出的信道相關(guān)值的兩個信道的信道估計值輸入到秘密密鑰生成單元106或秘密密鑰生成單元306。在圖6中，由于信道估計值h21和信道估計值h22的組合中的信道相關(guān)值p21，22最小，所以信道選擇單元105或信道選擇單元305則將信道估計值h21和信道估計值h22輸入到秘密密鑰生成單元106或秘密密鑰生成單元306。再有，所謂信道相關(guān)值p為最小，意味著對應(yīng)的兩個信道間的信道變動的差異最大。此外，在本實施方式中，信道選擇單元105或信道選擇單元305選擇信道、選擇信道估計值、和選擇天線元件101、301是相互同義的。
秘密密鑰生成單元106或秘密密鑰生成單元306通過將被輸入來的信道估計值h21和信道估計值h22分別進行量化而生成量化數(shù)據(jù)，將生成的量化數(shù)據(jù)以既定的方式選擇、組合、重復(fù)，并根據(jù)需要進行糾錯，從而生成規(guī)定的數(shù)據(jù)長度的秘密密鑰。
另一方面，在基站和移動臺的無線發(fā)送的導(dǎo)頻信號被位于傳播路徑特性與移動臺近似的位置的第三者監(jiān)聽的情況下，由該第三者算出的信道估計值和由移動臺計算的信道估計值對于MIMO信道中的全部信道為相同的情況是稀有的。換句話說，在圖6中，在將第三者計算的信道C21的信道估計值表記為a21和將信道C22的信道估計值表記為a22時，信道估計值h21和a21一致，并且信道估計值h22和a22同時一致的幾率極低。而且，由于基站和移動臺選擇信道相關(guān)值p為最低、即信道變動的差異為最大的兩個信道估計值h21和h22，所以即使第三者以與基站或移動臺相同的方式選擇兩個信道估計值a，該第三者選擇與基站或移動臺所選擇的信道完全不同的信道的可能性大。因此，在本實施方式的無線通信系統(tǒng)中，即使第三者位于傳播路徑特性與移動臺近似的位置來監(jiān)聽來自基站及移動臺的MIMO信道的導(dǎo)頻信號，也非常難以生成與該基站或移動臺生成的秘密密鑰相同的秘密密鑰，可以說不可能竊聽加密通信。
圖7中以時序表示在基站與移動臺中，加密通信中所使用的秘密密鑰被更新的狀況?；竞鸵苿优_通過導(dǎo)頻信號的發(fā)送接收而秘密地共享秘密密鑰時，立即開始加密通信。然后，加密通信中，基站的信道間相關(guān)監(jiān)視單元110持續(xù)地監(jiān)視在秘密密鑰的生成時所選擇的兩個信道間的信道相關(guān)值，在該監(jiān)視對象的信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，將指示對移動臺發(fā)送導(dǎo)頻信號的導(dǎo)頻控制信號輸入到導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121。然后，基站和移動臺通過相互再次發(fā)送接收導(dǎo)頻信號，從而再次計算MIMO信道中的全部四個信道估計值，并基于再次算出的信道估計值而再次選擇信道相關(guān)值p最小的兩個信道，從而再次生成、即變更秘密密鑰。
這樣，根據(jù)本實施方式，基站的信道選擇單元105或移動臺的信道選擇單元305選擇MIMO信道中的兩個信道，秘密密鑰生成單元106或秘密密鑰生成單元306根據(jù)該選擇出的信道的信道估計值而生成秘密密鑰，所以即使無線信號被第三者監(jiān)聽，第三者也無法知道選擇哪個信道，因而可以防止第三者竊聽加密通信。
此外，根據(jù)本實施方式，由信道間相關(guān)監(jiān)視單元110持續(xù)地監(jiān)視在秘密密鑰的生成時所選擇出的兩個信道間的信道相關(guān)值，在監(jiān)視中的信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，秘密密鑰被更新，所以能夠更可靠地防止第三者的竊聽。
此外，根據(jù)本實施方式，信道選擇單元105或信道選擇單元305選擇信道相關(guān)值為最小的兩個信道，所以能夠進一步減低監(jiān)聽無線信號的第三者獨自地生成在加密通信中所使用的秘密密鑰的幾率。
再有，在本實施方式，說明了基站具有信道間相關(guān)監(jiān)視單元110并判定將秘密密鑰更新的必要性的情況，但本發(fā)明不限定于這種情況，例如也可以是移動臺包括圖3所示的無線通信裝置100，而另一方面，基站包括圖5所示的無線通信裝置300的結(jié)構(gòu)。
此外，在本實施方式，說明了有關(guān)基站的信道選擇單元105或移動臺的信道選擇單元305選擇信道相關(guān)值p為最低的兩個信道估計值hij和hxy的情況，但本發(fā)明不限定于這種情況，例如，也可以是信道選擇單元105或信道選擇單元305從信噪比(Signal to Noise RatioSNR)高的信道起依次選擇。
此外，在本實施方式，說明了有關(guān)信道選擇單元105或信道選擇單元305選擇MIMO信道中的兩個信道的情況，但本發(fā)明不限定于這種情況，例如信道選擇單元105或信道選擇單元305也可以每次直接選擇信道時增減信道數(shù)量。
(實施方式2)在本發(fā)明的實施方式2中，基站和移動臺分別周期性地更新秘密密鑰從而保持秘密密鑰的隱匿性。以下，關(guān)于本實施方式，為了避免重復(fù)，僅說明有關(guān)與實施方式1不相同的方面。
圖8是表示本實施方式的具有無線通信裝置600的基站結(jié)構(gòu)的方框圖。無線通信裝置600在上述實施方式1的無線通信裝置100中，還有定時器單元631。
定時器單元631將指示生成導(dǎo)頻信號并發(fā)送到移動臺的導(dǎo)頻控制信號以既定的周期輸入到導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121。
圖9以時序表示信道選擇單元105或信道選擇單元305選擇的信道估計值h。如圖9所示，在基站和移動臺中，加密通信的最初開始，信道估計值h22和h21被選擇，根據(jù)信道估計值h22和h21而生成秘密密鑰。接著，通過在經(jīng)過Δt后從定時器單元631向?qū)ьl發(fā)送控制單元121輸入導(dǎo)頻控制信號，基站和移動臺發(fā)送接收導(dǎo)頻信號，從而信道估計值h21和h11被選擇，秘密密鑰被更新。然后，每既定的周期Δt，從定時器單元631向?qū)ьl發(fā)送控制單元121輸入導(dǎo)頻控制信號，基站和移動臺發(fā)送接收導(dǎo)頻信號，從而秘密密鑰被更新。
這樣，根據(jù)本實施方式，通過從定時器單元631向?qū)ьl發(fā)送控制單元121以既定的周期Δt輸入導(dǎo)頻控制信號，在基站和移動臺中秘密密鑰被更新，所以即使在秘密密鑰的使用中由第三者偶爾地生成相同的秘密密鑰，也能夠恢復(fù)加密通信的隱匿性。
再有，在本實施方式，說明了有關(guān)從定時器單元631和信道間相關(guān)監(jiān)視單元110并行地向?qū)ьl發(fā)送控制單元121輸入導(dǎo)頻控制信號的情況，但本發(fā)明不限于此，例如，在無線通信裝置600中除去信道間相關(guān)監(jiān)視單元110，從而僅從定時器單元631向?qū)ьl發(fā)送控制單元121輸入導(dǎo)頻控制信號也可以。
(實施方式3)在本發(fā)明的實施方式3，通過具有四個天線元件的基站和具有三個天線元件的移動臺切換并使用各自具有的天線元件，在增大信道估計值的多樣性的基礎(chǔ)上，生成秘密密鑰并進行加密通信。以下，關(guān)于本實施方式，為了避免重復(fù)，僅說明與實施方式1不同的方面。
圖10中，表示本實施方式的無線通信系統(tǒng)的動作的概要。在圖10中，基站具有的四個天線元件101-1～101-4被區(qū)分為天線元件101-1、101-2的第一組和天線元件101-3、101-4的第二組。而移動臺具有的三個天線元件301-1～301-3也被區(qū)分為天線元件301-1、301-2的第一組和天線元件301-2、301-3的第二組。因而，在本實施方式，如圖10所示，基站和移動臺分別在每次需要更新秘密密鑰時，切換并交替地使用第一組天線元件和第二組天線元件。
圖11是表示圖10的基站具備的無線通信裝置900的結(jié)構(gòu)的方框圖。再有，在圖11中，對于與上述實施方式1的無線通信裝置100的結(jié)構(gòu)單元發(fā)揮同樣的功能的結(jié)構(gòu)單元，附加與無線通信裝置100的結(jié)構(gòu)單元相同的參照標(biāo)號，并省略其說明。
無線通信裝置900包括四個天線元件101-1～101-4；四個導(dǎo)頻接收單元102-1～102-4；信道估計單元103；秘密密鑰生成單元106；導(dǎo)頻發(fā)送控制單元121，四個導(dǎo)頻發(fā)送單元122-1～122-4；天線控制單元951及兩個切換單元952、953。
天線控制單元951在從未圖示的控制單元等被輸入了導(dǎo)頻控制信號時，生成天線切換請求信號，并將生成的天線切換請求信號通過天線元件101無線發(fā)送到移動臺。接著，天線控制單元951將對應(yīng)于該天線切換請求信號的移動臺的應(yīng)答的確認信號通過天線元件101接收后，對切換單元952、953輸入天線控制信號，以指示切換用于發(fā)送接收導(dǎo)頻信號的天線元件101的組。
切換單元952、953在分別從天線控制單元951被輸入了天線控制信號時，將當(dāng)前使用的天線元件的組切換為另一組。
圖12是表示圖10的移動臺具備的無線通信裝置1000的結(jié)構(gòu)的方框圖。再有，在圖12中，對于與上述實施方式1的無線通信裝置300的結(jié)構(gòu)單元發(fā)揮同樣的功能的結(jié)構(gòu)單元，附加與無線通信裝置300的結(jié)構(gòu)單元相同的參照標(biāo)號，并省略其說明。
無線通信裝置1000包括三個天線元件301-1～301-3；三個導(dǎo)頻接收單元302-1～302-3；信道估計單元303；秘密密鑰生成單元306；導(dǎo)頻發(fā)送控制單元321，三個導(dǎo)頻發(fā)送單元322-1～322-3；天線控制單元1051及兩個切換單元1052、1053。
天線控制單元1051在通過天線元件301接收到從無線通信裝置900無線發(fā)送來的天線切換請求信號時，對切換單元1052、1053輸入天線控制信號，以指示切換用于發(fā)送接收導(dǎo)頻信號的天線元件301的組。然后，天線控制單元1051將表示完成了切換單元1052、1053中的天線元件301的組的切換的確認信號，通過天線元件301無線發(fā)送到無線通信裝置900。
切換單元1052、1053在分別從天線控制單元1051被輸入了天線控制信號時，將當(dāng)前使用的天線元件的組切換到其他的組。
圖13以時序表示在本實施方式的無線通信系統(tǒng)中，將基站和移動臺在加密通信中使用的天線元件的組切換的狀況。
如圖13所示，在產(chǎn)生了需要再次選擇天線元件的組時，首先在基站中，天線切換請求在將加密通信中斷下產(chǎn)生。然后，基站將該天線切換請求信號發(fā)送到移動臺。移動臺接收到天線切換請求信號時，將當(dāng)前使用的天線元件的組切換到其他的組，并將通知完成了該切換的確認信號無線發(fā)送到基站。
這樣，根據(jù)本實施方式，在更新秘密密鑰時，接收導(dǎo)頻信號的天線元件被切換，所以在該更新的前后計算的信道估計值完全改變，所以即使第三者能夠偶爾地生成加密通信中使用的秘密密鑰，通過秘密密鑰的更新，也能夠恢復(fù)加密通信的隱匿性。
此外，根據(jù)本實施方式，由于在更新秘密密鑰時僅需要機械性地切換用于接收導(dǎo)頻信號的天線元件，所以能夠減輕基站及移動臺的信號處理的負荷。
此外，根據(jù)本實施方式，即使基站或移動臺分別具有三個以上的天線元件，但由于作為信道估計的對象的天線元件的數(shù)是一定的，所以能夠削減信道估計中的運算量或?qū)ьl信號的開銷。
再有，在本實施方式，說明了有關(guān)在基站的切換單元952、953及移動臺的切換單元1052、1053中，天線元件的組被預(yù)先確定的情況，但本發(fā)明不限定于這種情況，例如切換單元952、953、1052、1053也可以分別根據(jù)天線控制單元951、1051的指示或隨機地選擇天線元件。而且，例如，切換單元952、953、1052、1053分別適當(dāng)調(diào)節(jié)所選擇的天線元件的數(shù)即可。這樣，能夠增大信道估計值的分散，能夠提高秘密密鑰的多樣性。
在上述各實施方式中，通過例子說明了以硬件構(gòu)成本發(fā)明的情況，但本發(fā)明也可以由軟件實現(xiàn)。
此外，上述各實施方式的說明中使用的各功能塊，典型地作為集成電路的LSI來實現(xiàn)。它們可以單獨地單芯片化，也可以包含一部分或全部那樣進行單芯片化。這里，作為LSI，因集成度的差異，有時也被稱為IC、系統(tǒng)IC、超大LSI、極大LSI。
此外，集成電路化的方式不限定于LSI，也可以由專用電路或通用處理器實現(xiàn)。也可以使用在LSI制造后，可進行編程的FPGA(Field ProgrammableGate Array)、可重構(gòu)LSI內(nèi)部的電路單元的連接和設(shè)定的可重構(gòu)處理器。
而且，如果因半導(dǎo)體技術(shù)的進步或派生的其他技術(shù)而出現(xiàn)了置換LSI的集成電路化的技術(shù)，則當(dāng)前也可以使用該技術(shù)進行功能塊的集成化。還存在應(yīng)用生物技術(shù)的可能性。
本發(fā)明的第1方案是無線通信裝置，包括多個天線，接收MIMO信道的無線信號；信道估計單元，計算所述天線的接收信號的信道估計值；信道間相關(guān)計算單元，基于算出的信道估計值而計算MIMO信道中的信道間的信道相關(guān)值；信道選擇單元，基于算出的信道相關(guān)值而選擇MIMO信道中的任何一個信道；以及密鑰生成單元，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成秘密密鑰。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，MIMO信道中的任何一個信道被選擇，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成在加密通信中使用的秘密密鑰，所以即使第三者監(jiān)聽無線信號，第三者也無法知道選擇哪個信道的信道估計值，因而能夠防止第三者竊聽加密通信。
本發(fā)明的第2方案是無線通信裝置，在上述發(fā)明中，還包括信道間相關(guān)監(jiān)視單元，監(jiān)視由所述信道選擇單元選擇出的信道間的信道相關(guān)值，在監(jiān)視中的信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，使所述信道選擇單元，基于由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值而重新選擇MIMO信道中的任何一個信道。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，除了上述發(fā)明的效果以外，所選擇的信道間的信道相關(guān)值被監(jiān)視，在監(jiān)視中的信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，MIMO信道中的任何一個信道被重新選擇，從而秘密密鑰被更新，所以能夠更可靠地防止第三者的竊聽。
本發(fā)明的第3方案是無線通信裝置，在上述發(fā)明中，還包括定時器單元，使所述信道選擇單元，基于由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值而周期性地重新選擇MIMO信道中的任何一個信道。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，除了上述發(fā)明的效果以外，MIMO信道中的任何一個信道的信道估計值被周期性選擇，從而秘密密鑰被更新，所以即使在秘密密鑰的使用中由第三者偶爾地生成相同的秘密密鑰，也能夠恢復(fù)加密通信的隱匿性。
本發(fā)明的第4方案是無線通信裝置，在上述發(fā)明中，所述信道選擇單元選擇由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值為最低的MIMO信道中的任何一個信道。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，除了上述發(fā)明的效果以外，信道相關(guān)值為最低的MIMO信道中的任何一個信道的信道估計值被選擇，所以能夠使監(jiān)聽無線信號的第三者獨自地生成加密通信中所使用的秘密密鑰的幾率進一步降低。
本發(fā)明的第5方案是無線通信裝置，在上述發(fā)明中，所述信道選擇單元選擇與上次選擇出的MIMO信道中的任何一個信道不同的信道。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，除了上述發(fā)明的效果以外，與上次所選擇的MIMO信道中的任何一個信道不同的信道被選擇，所以即使第三者偶爾地生成加密通信中所使用的秘密密鑰，也能夠通過秘密密鑰的更新而恢復(fù)加密通信的隱匿性。
本發(fā)明的第6方案是無線通信系統(tǒng)，具有多個上述發(fā)明的無線通信裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，MIMO信道中的任何一個信道被選擇，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成在加密通信中使用的秘密密鑰，所以即使第三者監(jiān)聽無線信號，第三者也無法知道選擇哪個信道的信道估計值，因而能夠防止第三者竊聽加密通信。
本發(fā)明的第7方案是無線通信方法，包括接收步驟，由多個天線接收MIMO信道的無線信號；信道估計步驟，計算所述天線的接收信號的信道估計值；信道間相關(guān)計算步驟，基于算出的信道估計值而計算MIMO信道中的信道間的信道相關(guān)值；信道選擇步驟，基于算出的信道相關(guān)值而選擇MIMO信道中的任何一個信道；以及密鑰生成步驟，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成秘密密鑰。
根據(jù)這種方法，MIMO信道中的任何一個信道被選擇，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成在加密通信中使用的秘密密鑰，所以即使第三者監(jiān)聽無線信號，第三者也無法知道選擇哪個信道的信道估計值，因而能夠防止第三者竊聽加密通信。
本說明書基于2004年8月4日申請的特愿2004-228659。其全部內(nèi)容包含于此。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的無線通信裝置及無線通信方法，具有即使第三者監(jiān)聽無線信號，也能夠防止竊聽加密通信的效果，作為利用了MIMO技術(shù)的無線通信系統(tǒng)等是有用的。
權(quán)利要求
1.一種無線通信裝置，包括多個天線，接收MIMO信道的無線信號；信道估計單元，計算所述天線的接收信號的信道估計值；信道間相關(guān)計算單元，基于算出的信道估計值而計算MIMO信道中的信道間的信道相關(guān)值；信道選擇單元，基于算出的信道相關(guān)值而選擇MIMO信道中的任何一個信道；以及密鑰生成單元，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成秘密密鑰。
2.如權(quán)利要求
1所述的無線通信裝置，其中，還包括信道間相關(guān)監(jiān)視單元，監(jiān)視由所述信道選擇單元選擇出的信道間的信道相關(guān)值，在監(jiān)視中的信道相關(guān)值變?yōu)橐?guī)定的閾值以上時，使所述信道選擇單元，基于由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值而重新選擇MIMO信道中的任何一個信道。
3.如權(quán)利要求
2所述的無線通信裝置，其中，還包括定時器單元，使所述信道選擇單元，基于由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值而周期性地重新選擇MIMO信道中的任何一個信道。
4.如權(quán)利要求
1所述的無線通信裝置，其中，所述信道選擇單元選擇由所述信道間相關(guān)計算單元算出的信道相關(guān)值為最低的MIMO信道中的任何一個信道。
5.如權(quán)利要求
1所述的無線通信裝置，其中，所述信道選擇單元選擇與上次選擇出的MIMO信道中的任何一個信道不同的信道。
6.一種無線通信系統(tǒng)，具有多個權(quán)利要求
1所述的無線通信裝置。
7.一種無線通信方法，包括接收步驟，由多個天線接收MIMO信道的無線信號；信道估計步驟，計算所述天線的接收信號的信道估計值；信道間相關(guān)計算步驟，基于算出的信道估計值而計算MIMO信道中的信道間的信道相關(guān)值；信道選擇步驟，基于算出的信道相關(guān)值而選擇MIMO信道中的任何一個信道；以及密鑰生成步驟，根據(jù)所選擇的信道的信道估計值而生成秘密密鑰。
專利摘要
公開一種無線通信裝置，在使用MIMO技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，即使無線信號被第三者監(jiān)聽，也能夠防止加密通信被竊聽。在這種裝置中，信道間相關(guān)計算單元(104)基于從信道估計單元(103)輸入來的四個信道估計值而計算MIMO信道中的兩個信道間的信道相關(guān)值，并將算出的全部六個信道相關(guān)值輸入到信道選擇單元(105)。信道選擇單元(105)從信道間相關(guān)計算單元(104)輸入來的六個信道相關(guān)值中選擇最小的信道相關(guān)值，并隨著將對應(yīng)于所選擇的信道相關(guān)值的兩個信道通知信道間相關(guān)監(jiān)視單元(110)，將這兩個信道的信道估計值輸入到秘密密鑰生成單元(106)。
文檔編號H04J15/00GK1993924SQ200580026609
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月8日
發(fā)明者今井友裕, 湯田泰明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan