JP2008092443A

JP2008092443A - Data transmitting apparatus, and data receiving apparatus

Info

Publication number: JP2008092443A
Application number: JP2006273053A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Ohira; 智亮大平; Satoshi Furusawa; 佐登志古澤; Takeshi Ikushima; 剛生島; Tomokazu Sada; 友和佐田; Masaru Fuse; 優布施
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2008-04-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a data communication apparatus in which secrecy is improved on the basis of astronomical computational complexity by extremely increasing the time required for a wiretapper to analyze ciphertext. <P>SOLUTION: A multi-level code generating unit 111 generates a multi-level code train 12 whose signal level is varied approximately randomly on the basis of the prescribed key information 11. A multi-level processing unit 112 combines information data 10 and the multi-level code train 12 and generates a multi-level signal 13 having a plurality of levels corresponding to the combination of the information data 10 and the multi-level code train 12. In a modulation unit 113, a light source 114 directly modulates a semiconductor laser on the basis of the multi-level signal 13 to generate a modulation signal 20. On the basis of a signal output by a signal source 1,151, an angle modulation unit 1,152 applies angle modulation to the modulation signal 20 and outputs a modulation signal 14. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、第三者による不法な盗聴・傍受を防ぐ秘密通信を行う装置に関する。より特定的には、正規の送受信者間で、特定の符号化／復号化（変調／復調）方式を選択・設定してデータ通信を行う装置に関する。 The present invention relates to an apparatus that performs secret communication that prevents illegal eavesdropping and interception by a third party. More specifically, the present invention relates to an apparatus that performs data communication by selecting and setting a specific encoding / decoding (modulation / demodulation) scheme between authorized senders and receivers.

従来、特定者同志でのみ通信を行うためには、送信／受信間で符号化／復号化のための元情報（鍵情報）を共有し、当該元情報に基づいて、伝送すべき情報データ（平文）を数学的に演算／逆演算することにより秘密通信を実現する構成が一般的に採用されている。 Conventionally, in order to perform communication only between specific persons, original information (key information) for encoding / decoding is shared between transmission / reception, and information data to be transmitted based on the original information ( In general, a configuration that realizes secret communication by mathematically calculating / reversing a plaintext) is employed.

これに対して、近年、伝送路における物理現象を積極的に利用した暗号方式がいくつか提案されている。その中の１つとして、光伝送路で発生する量子雑音を利用して暗号通信を行うＹ−００プロトコルと呼ばれる方式がある。特許文献１には、Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置が開示されている。 On the other hand, in recent years, several encryption schemes that actively use physical phenomena in the transmission path have been proposed. One of them is a method called Y-00 protocol that performs cryptographic communication using quantum noise generated in an optical transmission line. Patent Document 1 discloses a conventional data communication apparatus using the Y-00 protocol.

図７は、Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９の構成例を示すブロック図である。図７において、従来のデータ通信装置９は、送信部９０１と、受信部９０２とが、光伝送路９１０を介して接続された構成である。送信部９０１は、多値符号発生部９１１と、多値処理部９１２と、変調部９１３とを備える。受信部９０２は、復調部９１５と、多値符号発生部９１４と、識別部９１６とを備える。なお、送信部９０１と受信部９０２とは、同じ内容の鍵情報９１、９６を予め共有しているものとする。 FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of a conventional data communication apparatus 9 using the Y-00 protocol. In FIG. 7, the conventional data communication device 9 has a configuration in which a transmission unit 901 and a reception unit 902 are connected via an optical transmission path 910. The transmission unit 901 includes a multi-level code generation unit 911, a multi-level processing unit 912, and a modulation unit 913. The reception unit 902 includes a demodulation unit 915, a multi-level code generation unit 914, and an identification unit 916. It is assumed that the transmission unit 901 and the reception unit 902 share key information 91 and 96 having the same contents in advance.

送信部９０１において、多値符号発生部９１１は、鍵情報９１に基づいて、“０”から“Ｍ−１”までのＭ個の値を有する多値の疑似乱数系列である多値符号列９２を生成する。多値処理部９１２は、情報データ９０と多値符号列９２とを合成し、情報データ９０と多値符号列９２との組み合わせに対応したレベルを有する信号を多値信号９３として生成する。具体的には、多値処理部９１２は、図８に示す信号フォーマットを用いて、強度変調信号である多値信号９３を生成する。すなわち、多値処理部９１２は、多値符号列９２の信号強度を２Ｍ個のレベルに分け、これらのレベルを２つずつＭ個の組み合わせとし、各組み合わせの一方のレベルに情報データ９０の“０”を、他方のレベルに“１”を割り当てる。多値処理部９１２は、２Ｍ個のレベル全体では、情報データ９０の“０”と“１”とが均等に分布するように、各レベルに“０”と“１”とを割り当てる。この例では、各レベルに“０”と“１”とが交互に割り当てられている。 In the transmission unit 901, the multi-level code generation unit 911 is based on the key information 91 and has a multi-level code sequence 92 that is a multi-level pseudo random number sequence having M values from “0” to “M−1”. Is generated. The multi-level processing unit 912 combines the information data 90 and the multi-level code sequence 92 and generates a signal having a level corresponding to the combination of the information data 90 and the multi-level code sequence 92 as the multi-level signal 93. Specifically, the multi-level processing unit 912 generates a multi-level signal 93 that is an intensity modulation signal using the signal format shown in FIG. That is, the multi-level processing unit 912 divides the signal strength of the multi-level code sequence 92 into 2M levels, sets these levels to two combinations of M, and sets the information data 90 “1” at one level of each combination. Assign “0” and “1” to the other level. The multi-value processing unit 912 assigns “0” and “1” to each level so that “0” and “1” of the information data 90 are evenly distributed in the entire 2M levels. In this example, “0” and “1” are alternately assigned to each level.

多値処理部９１２は、入力される多値符号列９２の値に基づいて、多値符号列９２のＭ個のレベルの組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。次に、多値処理部９１２は、情報データ９０の値に基づいて、先ほど選択した多値符号列９２の組み合わせの中から一方のレベルを選択し、当該選択したレベルを有する多値信号９３を生成する。なお、特許文献１には、多値符号発生部９１１が「送信用疑似乱数発生部」として、多値処理部９１２が「変調方式指定部」及び「レーザ変調駆動部」として、変調部９１３が「レーザダイオード」として、復調部９１５が「フォトディテクタ」として、多値符号発生部９１４が「受信用疑似乱数発生部」として、識別部９１６が「判定回路」として記載されている。 The multi-level processing unit 912 selects one combination from among the M level combinations of the multi-level code sequence 92 based on the value of the input multi-level code sequence 92. Next, the multi-level processing unit 912 selects one level from the combination of the multi-level code strings 92 selected earlier based on the value of the information data 90, and outputs the multi-level signal 93 having the selected level. Generate. In Patent Document 1, the multi-level code generation unit 911 is a “transmission pseudo-random number generation unit”, the multi-level processing unit 912 is a “modulation method designation unit” and a “laser modulation drive unit”, and the modulation unit 913 is As the “laser diode”, the demodulator 915 is described as “photo detector”, the multi-level code generator 914 is described as “reception pseudorandom number generator”, and the identification unit 916 is described as “determination circuit”.

図９は、従来のデータ通信装置９で用いられる信号形態を説明するための模式図である。ここでは、Ｍ＝４の場合の信号変化を図９（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。例えば、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、情報データ９０の値が“０，１，１，１”と、多値符号列９２の値が“０，３，２，１”と変化する場合、多値信号９３は、図９（ｃ）に示すように、情報データ９０と多値符号列９２との組み合わせに対応したレベルを有する信号となる（図９（ｃ）参照）。変調部９１３は、多値信号９３を光強度変調信号である変調信号９４に変換し、光伝送路９１０を介して送信する。 FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a signal form used in the conventional data communication device 9. Here, the signal change when M = 4 will be described with reference to FIGS. For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the value of the information data 90 is “0, 1, 1, 1” and the value of the multi-level code string 92 is “0, 3, 2,”. When changing to 1 ″, the multilevel signal 93 becomes a signal having a level corresponding to the combination of the information data 90 and the multilevel code string 92 as shown in FIG. 9C (FIG. 9C). reference). The modulation unit 913 converts the multilevel signal 93 into a modulation signal 94 that is a light intensity modulation signal, and transmits the modulated signal 94 via the optical transmission path 910.

また、受信部９０２において、復調部９１５は、光伝送路９１０を介して伝送されてきた変調信号９４を光電変換し、多値信号９５として出力する。多値符号発生部９１４は、鍵情報９６に基づいて、多値符号列９２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列９７を生成する。識別部９１６は、多値符号列９７の値に基づいて、多値信号９５に図８に示す信号レベルの組み合わせのうちどちらが用いられているかを判断し、組み合わせに含まれる２つの信号レベルを２値識別する。 In the receiving unit 902, the demodulating unit 915 photoelectrically converts the modulated signal 94 transmitted via the optical transmission path 910 and outputs it as a multilevel signal 95. Based on the key information 96, the multi-level code generation unit 914 generates a multi-level code sequence 97 that is the same multi-value pseudo-random number sequence as the multi-level code sequence 92. Based on the value of the multilevel code sequence 97, the identification unit 916 determines which one of the signal level combinations shown in FIG. 8 is used for the multilevel signal 95, and sets the two signal levels included in the combination to 2 Identify the value.

具体的には、識別部９１６は、図９（ｅ）に示すように、多値符号列９７の値に基づいて識別レベルを設定し、多値信号９５が識別レベルよりも大きい（上）か、あるいは小さい（下）かを判断する。この例では、識別部９１６は、“下、下、上、下”と識別している。次に、識別部９１６は、多値符号列９７が偶数の場合は、下側が“０”、上側が“１”、奇数の場合は、下側が“１”、上側が“０”と判定し、情報データ９８として出力する。この例では、多値符号列９７は、“偶数，奇数，偶数，奇数”となっているため、情報データ９８は“０，１，１，１”となる。なお、多値信号９５には、雑音が含まれているが、信号強度を適切に選ぶことで、２値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑えることができる。 Specifically, as shown in FIG. 9E, the identification unit 916 sets an identification level based on the value of the multi-level code string 97, and whether the multi-level signal 95 is larger (upper) than the identification level. Or small (bottom). In this example, the identification unit 916 identifies “lower, lower, upper, lower”. Next, when the multi-level code sequence 97 is an even number, the identification unit 916 determines that the lower side is “0”, the upper side is “1”, and the odd number is “1”, and the upper side is “0”. , And output as information data 98. In this example, since the multi-level code sequence 97 is “even, odd, even, odd”, the information data 98 is “0, 1, 1, 1”. The multilevel signal 95 contains noise, but by appropriately selecting the signal strength, it is possible to suppress the occurrence of errors in binary identification to a level that can be ignored.

次に、想定される盗聴について説明する。盗聴者は、送信者と受信者とが共有する鍵情報を持たない状態で、変調信号９４から情報データ９０または鍵情報９１の解読を試みることになる。盗聴者は、正規受信者と同様の２値識別を行う場合、鍵情報を持っていないため、鍵情報が取り得る全ての値に対して識別を試みる必要がある。このような方法は、試行回数が鍵情報の長さに対して指数関数的に増大するため、鍵情報の長さが十分長い場合には現実的ではない。 Next, assumed wiretapping will be described. An eavesdropper attempts to decrypt the information data 90 or the key information 91 from the modulated signal 94 without having the key information shared by the sender and the receiver. An eavesdropper does not have key information when performing binary identification similar to that of an authorized receiver, and therefore needs to try to identify all possible values of key information. Such a method is not practical when the length of the key information is sufficiently long because the number of trials increases exponentially with respect to the length of the key information.

そこで、より効率的な盗聴方法として、盗聴者は、図７に示すような盗聴受信部９０３を用いて、変調信号９４から情報データ９０又は鍵情報９１の解読を試みることが考えられる。盗聴受信部９０３において、復調部９２１は、光伝送路９１０から分岐して得られる変調信号９４を復調し、多値信号９５を再生する。多値識別部９２２は、多値信号８１を多値識別し、得られた情報を受信系列８２として出力する。解読処理部９２３は、受信系列８２に対して解読処理を行い、情報データ９０又は鍵情報９１の特定を試みる。このような解読方法を用いた場合、盗聴受信部９０３は、受信系列８２を誤り無く多値識別することができれば、得られた受信系列８２から１回の試行で鍵情報９１を解読することが可能となる。 Therefore, as a more efficient wiretapping method, it is conceivable that the eavesdropper attempts to decrypt the information data 90 or the key information 91 from the modulated signal 94 using an eavesdropping reception unit 903 as shown in FIG. In the eavesdropping reception unit 903, the demodulation unit 921 demodulates the modulation signal 94 obtained by branching from the optical transmission path 910 and reproduces the multilevel signal 95. The multi-level identifying unit 922 multi-levels the multi-level signal 81 and outputs the obtained information as a reception sequence 82. The decryption processing unit 923 performs decryption processing on the reception sequence 82 and attempts to specify the information data 90 or the key information 91. When such a decryption method is used, the wiretapping reception unit 903 can decrypt the key information 91 from the obtained reception sequence 82 in one trial if the reception sequence 82 can be identified in multiple values without error. It becomes possible.

しかし、復調部９２１で光電変換する際に、ショット雑音が発生し、多値信号８１に重畳される。このショット雑音は、量子力学の原理により必ず発生することが知られている。ここで、多値信号の信号レベルの間隔（以下、ステップ幅と称する）をショット雑音のレベルよりも十分に小さくしておけば、識別誤りによって受信した多値信号が正しい信号レベル以外の様々な多値レベルを取る可能性が無視できなくなる。よって盗聴者は、正しい信号レベルが、識別によって得られた信号レベル以外の値である可能性を考慮して解読処理を行う必要があるため、識別誤りが無い場合と比較して解読処理に要する試行回数、すなわち計算量が増大し、結果として盗聴に対する安全性が向上する。
特開２００５−５７３１３号公報 However, when the demodulating unit 921 performs photoelectric conversion, shot noise is generated and superimposed on the multilevel signal 81. It is known that this shot noise is always generated by the principle of quantum mechanics. Here, if the signal level interval of the multilevel signal (hereinafter referred to as the step width) is sufficiently smaller than the shot noise level, the multilevel signal received due to the identification error can be various in other than the correct signal level. The possibility of taking multi-levels cannot be ignored. Therefore, an eavesdropper needs to perform decryption processing in consideration of the possibility that the correct signal level is a value other than the signal level obtained by identification. The number of trials, that is, the amount of calculation increases, and as a result, security against eavesdropping is improved.
JP 2005-57313 A

しかしながら、従来のデータ通信装置９においては、盗聴者の受信方法によっては、容易に鍵情報９６及び情報データ９８を解読される可能性が残されている。送信部９０１において、変調部９１３は、例えば半導体レーザで構成される。一般的に、半導体レーザは、注入電流が一定であるという条件下において、所定の光周波数ｆ０を有する光を発振する。また、半導体レーザに注入される電流が振幅変調されると、同時に半導体レーザが出力する光の周波数が変調されるので、半導体レーザは、光強度変調信号と共に、光周波数ｆ０を中心とした光周波数変調成分を出力する。すなわち、変調部９１３を光強度変調する事で、半導体レーザへの注入電流に比例した光周波数変調成分が生成される。従って、多値信号９３によって、半導体レーザを直接変調する場合、多値信号９３のレベルに比例した光周波数変調成分が、変調信号９４には含まれることになる。なお、光周波数変調成分と、注入電流との間の比例係数は、半導体レーザの種類に依存する。 However, in the conventional data communication device 9, there is a possibility that the key information 96 and the information data 98 can be easily decrypted depending on the reception method of the eavesdropper. In the transmission unit 901, the modulation unit 913 is configured by, for example, a semiconductor laser. In general, a semiconductor laser oscillates light having a predetermined optical frequency f0 under the condition that the injection current is constant. Further, when the current injected into the semiconductor laser is amplitude-modulated, the frequency of light output from the semiconductor laser is modulated at the same time, so that the semiconductor laser has an optical frequency centered on the optical frequency f0 together with the light intensity modulation signal. Outputs the modulation component. That is, by modulating the light intensity of the modulator 913, an optical frequency modulation component proportional to the current injected into the semiconductor laser is generated. Therefore, when the semiconductor laser is directly modulated by the multilevel signal 93, an optical frequency modulation component proportional to the level of the multilevel signal 93 is included in the modulation signal 94. The proportional coefficient between the optical frequency modulation component and the injection current depends on the type of semiconductor laser.

ところで、光周波数変調成分の検波方法の１つとして、光ヘテロダイン検波が知られている。図１０は、光ヘテロダイン検波を行う際の光ヘテロダイン検波受信器９３０の一例を示したブロック図である。図１０において、光ヘテロダイン検波受信器９３０は、光源９３１と、受光部９３２とを含んで構成される。光ヘテロダイン検波受信器９３０において、光周波数変調成分を含んだ受信光信号８３（光周波数ｆａを中心とした光信号とする）と、光源９３１から出力された無変調光８４（光周波数ｆｂを中心とした光信号とする）とが受光部９３２へ入力される。 Incidentally, optical heterodyne detection is known as one of detection methods for optical frequency modulation components. FIG. 10 is a block diagram showing an example of an optical heterodyne detection receiver 930 when performing optical heterodyne detection. In FIG. 10, the optical heterodyne detection receiver 930 includes a light source 931 and a light receiving unit 932. In the optical heterodyne detection receiver 930, the received optical signal 83 including the optical frequency modulation component (the optical signal centered on the optical frequency fa) and the unmodulated light 84 output from the light source 931 (centered on the optical frequency fb). Are input to the light receiving unit 932.

受光部９３２は、例えば、自乗検波特性を有するフォトダイオード等で構成される。受光部９３２は、入力された２つの光信号の光周波数差に相当する周波数（｜ｆａ―ｆｂ｜）において、受信光信号８３と無変調光８４との差ビート信号として、受信光信号８３をダウンコンバートした差ビート信号８５を出力する。すなわち、差ビート信号８５には、受信光信号８３の光周波数変調成分が含まれる事になる。この様にして、光周波数変調成分を復調する検波方法が、光ヘテロダイン検波と呼ばれている。それ故に、受信光信号８３に対して、光ヘテロダイン検波を施す事で、光周波数変調成分を観測する事が可能となる。 The light receiving unit 932 is configured by, for example, a photodiode having a square detection characteristic. The light receiving unit 932 uses the received optical signal 83 as a difference beat signal between the received optical signal 83 and the unmodulated light 84 at a frequency (| fa−fb |) corresponding to the optical frequency difference between the two input optical signals. The down-converted difference beat signal 85 is output. That is, the difference beat signal 85 includes the optical frequency modulation component of the received optical signal 83. A detection method for demodulating the optical frequency modulation component in this way is called optical heterodyne detection. Therefore, the optical frequency modulation component can be observed by performing optical heterodyne detection on the received optical signal 83.

従って、盗聴者が復調部９２１として、光ヘテロダイン検波受信器９３０を用いれば、変調信号９４に含まれる、多値信号９３に比例した光周波数変調成分を復調する事が可能となる。特に変調部９１３として使用する半導体レーザの種類によっては、光周波数変調成分の振幅が大きくなり、高い信号対雑音電力比（以下ＳＮＲと記述する）で、盗聴者が光周波数変調成分を識別できる可能性がある。盗聴者が光周波数変調成分を識別できた場合、解読処理に要する計算量は減少し、データ通信装置１の安全性が低下してしまう。 Therefore, if an eavesdropper uses the optical heterodyne detection receiver 930 as the demodulator 921, it is possible to demodulate the optical frequency modulation component proportional to the multilevel signal 93 included in the modulation signal 94. In particular, depending on the type of semiconductor laser used as the modulator 913, the amplitude of the optical frequency modulation component becomes large, and an eavesdropper can identify the optical frequency modulation component with a high signal-to-noise power ratio (hereinafter referred to as SNR). There is sex. When an eavesdropper can identify the optical frequency modulation component, the amount of calculation required for the decryption process decreases, and the safety of the data communication apparatus 1 decreases.

それ故に、本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、半導体レーザを直接変調した場合においても、盗聴に対する安全性が低下しない、データ送信装置、及び、データ受信装置を提供する事を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a data transmitting device and a data receiving device in which safety against eavesdropping does not decrease even when a semiconductor laser is directly modulated. Objective.

本発明は、所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ送信装置は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、情報データと多値符号列とを合成し、情報データと多値符号列との組み合わせに対応した複数のレベルを有する多値信号を生成する多値処理部と、多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを備える。変調部は、多値信号を光信号に変換する光源と、光源が出力した光信号に角度変調を施す変調調整部とを含む。 The present invention is directed to a data transmitting apparatus that encrypts information data using predetermined key information and performs secret communication with a receiving apparatus. In order to achieve the above object, the data transmitting apparatus according to the present invention includes a multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes substantially randomly based on predetermined key information, and an information A multi-level processing unit that synthesizes data and a multi-level code sequence and generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multi-level code sequence, and the multi-level signal in a predetermined modulation format A modulation unit that modulates and outputs the modulated signal. The modulation unit includes a light source that converts a multilevel signal into an optical signal, and a modulation adjustment unit that performs angle modulation on the optical signal output from the light source.

好ましくは、変調調整部は、所定の信号を出力する信号源と、信号源が出力した信号に基づいて、光信号に角度変調を施す角度変調部とを有する。 Preferably, the modulation adjustment unit includes a signal source that outputs a predetermined signal, and an angle modulation unit that performs angle modulation on the optical signal based on the signal output from the signal source.

好ましくは、所定の信号は、２つ以上の異なる周波数を有する信号が多重された周波数多重信号である。また、所定の信号は、白色雑音であってもよい。 Preferably, the predetermined signal is a frequency multiplexed signal in which signals having two or more different frequencies are multiplexed. The predetermined signal may be white noise.

また、変調調整部は、光源が出力した光信号から光周波数変調成分を検出する光周波数変調成分検出部と、検出された光周波数変調成分を打ち消すように、光源が出力した光信号に角度変調を施す角度変調部とを有する構成であってもよい。 In addition, the modulation adjustment unit includes an optical frequency modulation component detection unit that detects an optical frequency modulation component from the optical signal output from the light source, and angle-modulates the optical signal output from the light source so as to cancel the detected optical frequency modulation component. And an angle modulation unit that performs the above.

好ましくは、変調部は、変調調整部の後段に接続され、所定の鍵情報に基づいて、変調調整部が出力する信号に波長分散を与える波形調整部をさらに含む。 Preferably, the modulation unit further includes a waveform adjustment unit that is connected to a subsequent stage of the modulation adjustment unit and that gives chromatic dispersion to a signal output from the modulation adjustment unit based on predetermined key information.

波形調整部は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、第２の多値符号発生部が発生させた多値符号列の値に応じて、変調調整部の出力信号に与える波長分散の量を変化させる可変分散発生部とを有する。 The waveform adjustment unit is generated based on predetermined key information by a second multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner, and a second multi-level code generation unit. And a variable dispersion generating unit that changes the amount of chromatic dispersion given to the output signal of the modulation adjusting unit in accordance with the value of the multilevel code string.

また、本発明は、所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置にも向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明のデータ受信装置は、送信装置から受信した変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、多値符号列に基づいて、多値信号から情報データを識別する多値識別部とを備える。復調部は、所定の鍵情報に基づいて、変調信号に所定の波長分散を与える波長調整部と、波長調整部から出力される光信号を光電変換し、多値信号として出力する受光部とを含む。 The present invention is also directed to a data receiving apparatus that receives information data encrypted using predetermined key information and performs secret communication with the transmitting apparatus. In order to achieve the above object, the data receiving apparatus of the present invention demodulates the modulated signal received from the transmitting apparatus and outputs it as a multilevel signal, and the signal level is based on predetermined key information. A multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence that changes in a substantially random manner, and a multi-level identification unit that identifies information data from the multi-level signal based on the multi-level code sequence. The demodulating unit includes a wavelength adjusting unit that applies predetermined chromatic dispersion to the modulated signal based on predetermined key information, and a light receiving unit that photoelectrically converts an optical signal output from the wavelength adjusting unit and outputs the optical signal as a multi-level signal. Including.

好ましくは、波長調整部は、所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を生成する第２の多値符号発生部と、第２の多値符号発生部が生成した多値符号列の値に応じて、変調信号に与える波長分散の量を変化させる可変分散補償部とを有する。 Preferably, the wavelength adjustment unit includes a second multi-level code generation unit that generates a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner based on predetermined key information, and a second multi-level code generation unit. And a variable dispersion compensator that changes the amount of chromatic dispersion given to the modulation signal in accordance with the value of the multi-level code sequence generated by.

以上のように、本発明のデータ通信装置によれば、多値信号に基づいて半導体レーザを直接変調して生成される変調信号に対して、所定の信号に基づいた角度変調（周波数変調または位相変調）を施すことで、盗聴者が変調信号に含まれる光周波数変調成分を検出する事を困難化することができる。これによって、盗聴者に対して光ヘテロダイン検波（または、光ホモダイン検波）による多値信号の抽出を不可能にする事ができる。また、所定の信号として、異なる周波数を有する複数の信号が周波数多重された信号や、白色雑音を用いることで、さらに盗聴者が変調信号に含まれる光周波数変調成分を検出することを困難化することができる。また、変調信号に含まれる光周波数変調成分を相殺することで、盗聴者が変調信号に含まれる光周波数変調成分を検出する事を困難化してもよい。 As described above, according to the data communication device of the present invention, the angle modulation (frequency modulation or phase) based on a predetermined signal is performed on the modulation signal generated by directly modulating the semiconductor laser based on the multilevel signal. (Modulation) can make it difficult for an eavesdropper to detect an optical frequency modulation component included in the modulation signal. Thereby, it is possible to make it impossible for the eavesdropper to extract a multilevel signal by optical heterodyne detection (or optical homodyne detection). In addition, by using a signal in which a plurality of signals having different frequencies are frequency-multiplexed or white noise as a predetermined signal, it becomes more difficult for an eavesdropper to detect an optical frequency modulation component included in the modulation signal. be able to. Further, by canceling the optical frequency modulation component included in the modulation signal, it may be difficult for an eavesdropper to detect the optical frequency modulation component included in the modulation signal.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図である。図１において、データ通信装置１は、データ送信装置１０１（以下、送信部１０１と記す）と、データ受信装置２０１（以下、受信部２０１と記す）とが、伝送路１５０を介して接続された構成である。送信部１０１は、多値符号化部１１０と、変調部１１３とを備える。ただし、多値符号化部１１０は、多値符号発生部１１１と、多値処理部１１２とを含む。また、変調部１１１３は、光源１１４と、変調調整部１１５とを有する。変調調整部１１５は、信号源１１５１と、角度変調部１１５２とを持つ。 (First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a data communication apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a data communication device 1 includes a data transmission device 101 (hereinafter referred to as a transmission unit 101) and a data reception device 201 (hereinafter referred to as a reception unit 201) connected via a transmission line 150. It is a configuration. The transmission unit 101 includes a multi-level encoding unit 110 and a modulation unit 113. However, the multilevel encoding unit 110 includes a multilevel code generation unit 111 and a multilevel processing unit 112. The modulation unit 1113 includes a light source 114 and a modulation adjustment unit 115. The modulation adjustment unit 115 includes a signal source 1151 and an angle modulation unit 1152.

受信部２０１は、復調部２１１と、多値符号化部２１２とを備える。ただし、多値符号化部２１２は、多値符号発生部２１３と、多値識別部２１４とを含む。伝送路１５０には、光ファイバケーブル等の光導波路が用いられる。 The receiving unit 201 includes a demodulating unit 211 and a multi-level encoding unit 212. However, the multi-level encoding unit 212 includes a multi-level code generation unit 213 and a multi-level identification unit 214. An optical waveguide such as an optical fiber cable is used for the transmission line 150.

まず、送信部１０１と受信部２０１とは、予め同じ内容の第１の鍵情報１１と第２の鍵情報１６とを共有しておく。送信部１０１において、多値符号発生部１１１は、第１の鍵情報１１に基づいて、多値の疑似乱数系列である多値符号列１２を発生する。多値処理部１１２には、情報データ１０と、多値符号列１２とが入力される。多値処理部１１２は、所定の手順に従って、情報データ１０と多値符号列１２とを合成し、情報データ１０と多値符号列１２との組み合わせに対応したレベルを有する多値信号１３を生成する。 First, the transmission unit 101 and the reception unit 201 share the first key information 11 and the second key information 16 having the same contents in advance. In the transmission unit 101, the multi-level code generation unit 111 generates a multi-level code string 12 that is a multi-level pseudo random number sequence based on the first key information 11. The multivalue processor 112 receives the information data 10 and the multivalue code string 12. The multilevel processing unit 112 synthesizes the information data 10 and the multilevel code sequence 12 according to a predetermined procedure, and generates a multilevel signal 13 having a level corresponding to the combination of the information data 10 and the multilevel code sequence 12. To do.

多値信号１３は、変調部１１３に入力される。変調部１１３において、光源１１４は、多値信号１３に基づいた直接変調が施され、第１の変調信号（光信号）２０を出力する。光源１１４は、例えば、半導体レーザで構成される。第１の変調信号２０は、多値信号１３の信号レベルに比例した光強度変調成分と、光周波数変調成分とを含んだ信号となる。 The multilevel signal 13 is input to the modulation unit 113. In the modulation unit 113, the light source 114 is subjected to direct modulation based on the multilevel signal 13 and outputs a first modulated signal (optical signal) 20. The light source 114 is composed of, for example, a semiconductor laser. The first modulation signal 20 is a signal including an optical intensity modulation component proportional to the signal level of the multilevel signal 13 and an optical frequency modulation component.

第１の変調信号２０は、変調調整部１１５に入力される。変調調整部１１５は、第１の変調信号２０に角度変調を施して、第２の変調信号１４を出力する。具体的には、変調調整部１１５は、信号源１１５１と、角度変調部１１５２とを含んで構成される。信号源１１５１は、所定の信号を出力する。角度変調部１１５２には、第１の変調信号２０、及び信号源１１５１から出力された所定の信号が入力される。角度変調部１１５２は、例えば、光位相変調器で構成される。角度変調部１１５２は、信号源１１５１からの出力信号に基づいて、入力された第１の変調信号２０に対して角度変調を施し、第２の変調信号１４として出力する。 The first modulation signal 20 is input to the modulation adjustment unit 115. The modulation adjustment unit 115 performs angle modulation on the first modulation signal 20 and outputs the second modulation signal 14. Specifically, the modulation adjustment unit 115 includes a signal source 1151 and an angle modulation unit 1152. The signal source 1151 outputs a predetermined signal. The angle modulation unit 1152 receives the first modulation signal 20 and a predetermined signal output from the signal source 1151. The angle modulation unit 1152 is configured by, for example, an optical phase modulator. The angle modulation unit 1152 performs angle modulation on the input first modulation signal 20 based on the output signal from the signal source 1151, and outputs it as the second modulation signal 14.

ここで、例えば、角度変調部１１５２に正弦波Ｉ＝Ｉ０・ｓｉｎ（Ω・ｔ）で表される光信号が入力されたとする。角度変調部１１５２が、入力された光信号を単一正弦波θ＝β・ｓｉｎ（ω・ｔ）で表される信号で位相変調を施した場合について考える。この時、位相変調された信号は、（式１）のように表現される。

Here, for example, it is assumed that an optical signal represented by a sine wave I = I0 · sin (Ω · t) is input to the angle modulator 1152. Consider a case where the angle modulation unit 1152 performs phase modulation on an input optical signal with a signal represented by a single sine wave θ = β · sin (ω · t). At this time, the phase-modulated signal is expressed as (Equation 1).

ここで、Ｊｎはｎ次のベッセル関数である。すなわち、単一正弦波に基づいて、入力された光信号に対して位相変調を施した場合、無変調光を中心に、単一正弦波の周波数ω間隔で側帯波が生成される。次に、入力された光信号に対して、２つの異なる周波数（ω１、及びω２）を有する周波数多重された信号で位相変調を施した場合、位相変調された信号は、（式２）のように表現される。

Here, Jn is an nth order Bessel function. That is, when phase modulation is performed on an input optical signal based on a single sine wave, a sideband wave is generated at a frequency ω interval of the single sine wave with the unmodulated light as the center. Next, when phase modulation is performed on the input optical signal with frequency-multiplexed signals having two different frequencies (ω1 and ω2), the phase-modulated signal is expressed as (Equation 2). It is expressed in

（式２）は、周波数ω１の信号による位相変調で生じる各側波帯スペクトルが、周波数ω２の信号で更に位相変調を受けているという事を表している。すなわち、周波数多重する信号を増加させる程、互いの側波帯に位相変調を施す事になる。従って、信号源１１５１が、例えば、異なる周波数を有する複数の信号が周波数多重された信号を出力するマルチチャンネル信号源等であると想定すると、角度変調部１１５２は、周波数多重信号に基づいて、第１の変調信号２０に対して位相変調（または周波数変調）を施す事が可能となる。すなわち、変調調整部１１５は、第１の変調信号２０に存在する光源１１４から出力された光周波数変調成分の特定を難くする事ができる。 (Equation 2) indicates that each sideband spectrum generated by phase modulation by a signal of frequency ω1 is further subjected to phase modulation by a signal of frequency ω2. That is, as the frequency-multiplexed signals are increased, the phase modulation is performed on the sidebands of each other. Therefore, assuming that the signal source 1151 is, for example, a multi-channel signal source that outputs a signal obtained by frequency-multiplexing a plurality of signals having different frequencies, the angle modulation unit 1152 is based on the frequency multiplexed signal. One modulation signal 20 can be subjected to phase modulation (or frequency modulation). That is, the modulation adjustment unit 115 can make it difficult to specify the optical frequency modulation component output from the light source 114 present in the first modulation signal 20.

復調部２１１は、入力された第２の変調信号１４を光電変換し、多値信号１５として出力する。ここで、復調部２１１は、第２の変調信号１４に対して、直接検波を行うため、変調調整部１１５で加えた角度変調成分は抽出されず、強度変調成分のみを抽出する事が可能となる。 The demodulator 211 photoelectrically converts the input second modulated signal 14 and outputs it as a multilevel signal 15. Here, since the demodulation unit 211 directly detects the second modulation signal 14, the angle modulation component added by the modulation adjustment unit 115 is not extracted, and only the intensity modulation component can be extracted. Become.

多値符号発生部２１３は、第２の鍵情報１６に基づいて、上述した多値符号列１２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列１７を生成する。多値識別部２１４は、多値符号列１７に基づいて、多値信号１５の識別（２値判定）を行い、当該識別結果を情報データ１８として出力する。なお、多値信号１５には雑音が含まれているが、多値識別部２１４は、信号強度を適切に選ぶ事で、２値識別における誤りの発生を無視できる程度に抑える事が可能となる。 Based on the second key information 16, the multi-level code generation unit 213 generates a multi-level code sequence 17 that is the same multi-value pseudo random number sequence as the multi-level code sequence 12 described above. The multi-level identifying unit 214 identifies the multi-level signal 15 (binary determination) based on the multi-level code string 17 and outputs the identification result as information data 18. Although the multilevel signal 15 includes noise, the multilevel identification unit 214 can suppress occurrence of errors in binary identification to an extent that can be ignored by appropriately selecting the signal strength. .

次に、想定される盗聴動作について説明する。盗聴者は、光源１１４が直接変調される事で生じる光周波数変調成分を識別し、第２の変調信号１４から情報データ１０、または第１の鍵情報１１の解読を試みる。この場合、盗聴者は、例えば、光ヘテロダイン検波（または、光ホモダイン検波）により、第２の変調信号１４に含まれる光周波数変調成分の特定を試みる。しかしながら、変調調整部１１５において、第２の変調信号１４には、光源１１４で発生する光周波数変調成分と共に、周波数多重された信号に基づいた光位相変調成分が加えられているため、盗聴者が光周波数変調成分を特定するのは非常に困難となる。従って、データ通信装置１は、従来の暗号装置とは異なり、光ヘテロダイン検波により情報データ１１、もしくは第１の鍵情報１１を特定する事が極めて困難となる。 Next, an assumed wiretapping operation will be described. An eavesdropper identifies an optical frequency modulation component generated by direct modulation of the light source 114 and attempts to decrypt the information data 10 or the first key information 11 from the second modulated signal 14. In this case, the eavesdropper attempts to specify the optical frequency modulation component included in the second modulation signal 14 by, for example, optical heterodyne detection (or optical homodyne detection). However, in the modulation adjustment unit 115, since the optical phase modulation component based on the frequency multiplexed signal is added to the second modulation signal 14 together with the optical frequency modulation component generated by the light source 114, an eavesdropper can It becomes very difficult to specify the optical frequency modulation component. Therefore, unlike the conventional encryption apparatus, it is extremely difficult for the data communication apparatus 1 to specify the information data 11 or the first key information 11 by optical heterodyne detection.

以上のように、本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１によれば、多値信号１３に基づいて半導体レーザを直接変調して生成される変調信号２０に対して、所定の信号に基づいた角度変調を施す事で、盗聴者が変調信号２０に含まれる光周波数変調成分を検出する事を困難化させる事ができる。これによって、盗聴者に対して光ヘテロダイン検波（または、光ホモダイン検波）による多値信号１３の抽出を不可能にする事ができる。 As described above, according to the data communication apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, a predetermined signal is generated with respect to the modulation signal 20 generated by directly modulating the semiconductor laser based on the multilevel signal 13. By performing the angle modulation based on the above, it is possible to make it difficult for an eavesdropper to detect the optical frequency modulation component included in the modulation signal 20. Thereby, it is possible to make it impossible for the eavesdropper to extract the multilevel signal 13 by optical heterodyne detection (or optical homodyne detection).

なお、本実施例では、信号源１１５１が、異なる周波数を有する複数の信号が周波数多重された信号を出力するマルチチャンネル信号源としたが、例えば、信号源１１５１の代わりに白色雑音源１１５３を設ける構成にしてもよい。図２は、白色雑音源１１５３を設けた場合のデータ通信装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。図２において、白色雑音源１１５３は、全ての周波数成分を一様に持つ白色雑音を発生させる。このような構成のデータ通信装置１ａは、白色雑音が全ての周波数成分を有しているため、盗聴者による光周波数変調成分の抽出をより困難にすることができる。 In this embodiment, the signal source 1151 is a multi-channel signal source that outputs a signal obtained by frequency-multiplexing a plurality of signals having different frequencies. For example, a white noise source 1153 is provided instead of the signal source 1151. It may be configured. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the data communication device 1a when the white noise source 1153 is provided. In FIG. 2, a white noise source 1153 generates white noise having all frequency components uniformly. In the data communication device 1a having such a configuration, since white noise has all frequency components, extraction of the optical frequency modulation component by an eavesdropper can be made more difficult.

また、本実施例では、変調調整部１１５が、信号源１１５１の代わりに、光周波数変調成分検出部１１５４を設ける構成であっても良い。図３は、光周波数変調成分検出部１１５４を設けた場合のデータ通信装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。図３において、光周波数変調成分検出部１１５４は、光源１１４から出力された第１の変調信号２０の一部を受信し、予め第１の変調信号２０に含まれる光周波数変調成分を検出する。 In this embodiment, the modulation adjustment unit 115 may be configured to include the optical frequency modulation component detection unit 1154 instead of the signal source 1151. FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the data communication device 1b when the optical frequency modulation component detection unit 1154 is provided. In FIG. 3, the optical frequency modulation component detection unit 1154 receives a part of the first modulation signal 20 output from the light source 114 and detects the optical frequency modulation component included in the first modulation signal 20 in advance.

光周波数変調成分検出部１１５４は、検出した光周波数変調成分から、第１の変調信号２０に含まれる光周波数変調成分を打ち消すために必要な信号を角度変調部１１５２へ出力する。このため、第１の変調信号２０に含まれていた光周波数変調成分が、第２の変調信号１４には存在しなくなる。これによって、データ通信装置１ｂは、盗聴者が、第２の変調信号１４から光ヘテロダイン検波（または、光ホモダイン検波）による光周波数変調成分の検出を試みても不可能となり、盗聴に対する安全性を向上させる事が可能となる。 The optical frequency modulation component detection unit 1154 outputs a signal necessary for canceling the optical frequency modulation component included in the first modulation signal 20 to the angle modulation unit 1152 from the detected optical frequency modulation component. For this reason, the optical frequency modulation component included in the first modulation signal 20 does not exist in the second modulation signal 14. As a result, the data communication device 1b becomes impossible even if an eavesdropper attempts to detect an optical frequency modulation component from the second modulated signal 14 by optical heterodyne detection (or optical homodyne detection), and safety against eavesdropping is thereby increased. It becomes possible to improve.

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２の構成の一例を示すブロック図である。ただし、図１と同じ構成要素については同じ参照符号を用い、詳しい説明を省略する。図４において、データ送信装置１０２（以下、送信部１０２と記す）は、変調部１１３ｘの構成が、第１の実施形態と異なる。変調部１１３ｘは、光源１１４及び変調調整部１１５に加えて、波形調整部１１６をさらに含む。波形調整部１１６は、多値符号発生部１１６１と、可変分散発生部１１６２とを有する。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the data communication apparatus 2 according to the second embodiment of the present invention. However, the same reference numerals are used for the same components as in FIG. In FIG. 4, a data transmission apparatus 102 (hereinafter referred to as a transmission unit 102) is different from the first embodiment in the configuration of a modulation unit 113x. The modulation unit 113 x further includes a waveform adjustment unit 116 in addition to the light source 114 and the modulation adjustment unit 115. The waveform adjustment unit 116 includes a multi-level code generation unit 1161 and a variable dispersion generation unit 1162.

データ受信装置２０２（以下、受信部２０２と記す）は、復調部２１１ｘの構成が、第１の実施形態とは異なる。図５は、復調部２１１ｘの構成の一例を示すブロック図である。図５において、復調部２１１ｘは、波形調整部２１６と、受光部２１７とを含む。ただし、波形調整部２１６は、多値符号発生部２１６１と、可変分散補償部２１６２とを有する。 The data receiving device 202 (hereinafter referred to as a receiving unit 202) is different from the first embodiment in the configuration of the demodulating unit 211x. FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the demodulation unit 211x. In FIG. 5, the demodulator 211 x includes a waveform adjuster 216 and a light receiver 217. However, the waveform adjustment unit 216 includes a multi-level code generation unit 2161 and a variable dispersion compensation unit 2162.

すなわち、本発明の第２の実施形態に係わるデータ通信装置２は、上述した第１の実施形態に係るデータ通信装置１と比較して、送信部１０２に波形調整部１１６と、受信部２０２に波形調整部２１６とを加えた構成となっている。従って、基本的な動作は第１の実施形態とほぼ同様である。そのため、以下には、第１の実施形態との相違点を中心に、第２の実施形態のデータ通信装置２の動作を説明する。 That is, the data communication device 2 according to the second embodiment of the present invention has a transmission unit 102 with a waveform adjustment unit 116 and a reception unit 202 with respect to the data communication device 1 according to the first embodiment described above. The waveform adjusting unit 216 is added. Accordingly, the basic operation is almost the same as in the first embodiment. Therefore, hereinafter, the operation of the data communication apparatus 2 according to the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.

まず、送信部１０２と受信部２０２とは、予め全て同じ内容の第１の鍵情報１１と、第２の鍵情報１６と、第３の鍵情報２１と、第４の鍵情報２２とを共有しておく。送信部１０２において、波形調整部１１６は、多値符号発生部１１６１と、可変分散発生部１１６２とを含んで構成される。多値符号発生部１１６１は、第３の鍵情報２１に基づいて、上述した多値符号列１２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列２３を生成する。可変分散発生部１１６２は、入力された第２の変調信号１４に対して、多値符号列２３に基づいた波長分散を与え、第３の変調信号２４として出力する。波長分散とは、光ファイバ等の媒質中を伝搬する際に波長によって光の伝搬速度が異なる（すなわち、光周波数変調成分毎に遅延時間に差が生じる）現象である。この波長分散を利用し、可変分散発生部１１６２は、第２の変調信号１４の光周波数成分毎の遅延時間の差を更に広げる事ができる。 First, the transmission unit 102 and the reception unit 202 share the first key information 11, the second key information 16, the third key information 21, and the fourth key information 22 all having the same contents in advance. Keep it. In the transmission unit 102, the waveform adjustment unit 116 includes a multilevel code generation unit 1161 and a variable dispersion generation unit 1162. Based on the third key information 21, the multi-level code generation unit 1161 generates a multi-level code sequence 23 that is the same multi-level pseudo random number sequence as the multi-level code sequence 12 described above. The tunable dispersion generator 1162 gives chromatic dispersion based on the multi-level code sequence 23 to the input second modulated signal 14 and outputs it as the third modulated signal 24. Chromatic dispersion is a phenomenon in which the propagation speed of light varies depending on the wavelength when propagating in a medium such as an optical fiber (that is, a difference occurs in delay time for each optical frequency modulation component). Using this chromatic dispersion, the tunable dispersion generator 1162 can further widen the difference in delay time for each optical frequency component of the second modulated signal 14.

受信部２０２において、波形調整部２１６は、多値符号発生部２１６１と、可変分散補償部２１６２とを含んで構成される。多値符号発生部２１６１は、第４の鍵情報２２に基づいて、上述した多値符号列１２と同じ多値の疑似乱数系列である多値符号列２５を生成する。可変分散補償部２１６２は、多値符号列２５に基づいて、補償する波長分散量を決定し、伝送路１５０を介して伝送されてきた第３の変調信号２４に対して波長分散を加え、第４の変調信号２６として出力する。 In the reception unit 202, the waveform adjustment unit 216 includes a multi-level code generation unit 2161 and a tunable dispersion compensation unit 2162. Based on the fourth key information 22, the multi-level code generation unit 2161 generates a multi-level code sequence 25 that is the same multi-value pseudo random number sequence as the multi-level code sequence 12 described above. The tunable dispersion compensation unit 2162 determines a chromatic dispersion amount to be compensated based on the multi-level code sequence 25, adds chromatic dispersion to the third modulated signal 24 transmitted via the transmission path 150, and 4 modulation signal 26 is output.

ここで、可変分散補償部２１６２が、入力される多値符号列２５の値に応じて補償する波長分散量と、可変分散発生部１１６２が、入力される多値符号列２３の値に応じて加える波長分散量との値を略一致させておく事で、可変分散発生部１１６２が加えた波長分散の影響を、可変分散補償部２１６２が取り除く事が可能となる。 Here, the chromatic dispersion amount compensated according to the value of the input multi-level code sequence 25 by the tunable dispersion compensation unit 2162 and the variable dispersion generation unit 1162 according to the value of the input multi-level code sequence 23. By making the value of the added chromatic dispersion amount substantially match, the tunable dispersion compensator 2162 can remove the influence of the chromatic dispersion added by the tunable dispersion generator 1162.

受光部２１７は、入力された第４の変調信号２６を光電変換し、多値信号１５として出力する。ここで、受光部２１７は、第４の変調信号２６に対して、直接検波を行うため、変調調整部１１５において加えた角度変調成分は抽出されず、強度変調成分のみを抽出する事が可能となる。 The light receiving unit 217 photoelectrically converts the input fourth modulation signal 26 and outputs it as a multilevel signal 15. Here, since the light receiving unit 217 directly detects the fourth modulation signal 26, the angle modulation component added in the modulation adjustment unit 115 is not extracted, and only the intensity modulation component can be extracted. Become.

以上のように、本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置２によれば、波形調整部１１６が共有された鍵情報に基づいて変調信号１４に波長分散の影響を加える事で、盗聴者が除去できない波形歪みを与える事ができる。これによって、盗聴者に対して解読処理に要する計算量を増大させ、結果として盗聴に対する安全性を向上させることができる。 As described above, according to the data communication device 2 according to the second embodiment of the present invention, the waveform adjusting unit 116 can wiretap the modulated signal 14 based on the shared key information to influence the chromatic dispersion. Waveform distortion that cannot be removed by a person. As a result, it is possible to increase the amount of calculation required for the eavesdropper to perform decryption processing, and as a result, it is possible to improve safety against eavesdropping.

なお、本実施例では、可変分散補償部２１６２において、補償する波長分散量を多値符号列２５に基づいて決定するとしたが、可変分散補償部２１６２に、予め伝送路１５０において発生する波長分散量を加えておき、さらに、多値符号列２５に基づいた波長分散量を補償する事にしても良い。この様な構成にする事で、伝送路１５０の距離に応じて発生する波長分散の影響も含めて、可変分散補償部２１６２にて補償する事ができ、多値識別部２１４において、より正確に多値信号１５のレベルを識別する事が可能となる。 In the present embodiment, the chromatic dispersion amount to be compensated is determined based on the multi-level code sequence 25 in the tunable dispersion compensation unit 2162. However, the chromatic dispersion amount generated in the transmission line 150 in advance in the tunable dispersion compensation unit 2162. In addition, the chromatic dispersion amount based on the multilevel code string 25 may be compensated. By adopting such a configuration, the variable dispersion compensator 2162 can also compensate for the influence of chromatic dispersion that occurs according to the distance of the transmission line 150, and the multi-level discriminating unit 214 can more accurately The level of the multilevel signal 15 can be identified.

また、本実施例では、信号源１１５１が、複数の異なる周波数を有する複数の信号が周波数多重された信号を出力するマルチチャンネル信号源としたが、例えば、信号源１１５１の代わりに白色雑音源１１５３を設ける構成にしてもよい。図６は、白色雑音源１１５３を設けた場合のデータ通信装置２ａの構成の一例を示すブロック図である。図６において、白色雑音源１１５３は、全ての周波数成分を一様に持つ白色雑音を発生させる。このような構成のデータ通信装置２ａは、白色雑音が全ての周波数成分を有しているため、盗聴者による光周波数変調成分の抽出をより困難にすることができる。 In this embodiment, the signal source 1151 is a multi-channel signal source that outputs a signal in which a plurality of signals having a plurality of different frequencies are frequency-multiplexed. For example, instead of the signal source 1151, a white noise source 1153 is used. You may make it the structure which provides. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the data communication device 2a when the white noise source 1153 is provided. In FIG. 6, a white noise source 1153 generates white noise having all frequency components uniformly. In the data communication apparatus 2a having such a configuration, since white noise has all frequency components, it is possible to make it more difficult for an eavesdropper to extract an optical frequency modulation component.

また、本実施例では、第１〜第４の鍵情報は全て同じ内容であると説明したが、第１の鍵情報１１と第２の鍵情報１６とが同じ内容であり、第３の鍵情報２１と第４の鍵情報２２とが同じ内容であれば、第１〜第４の鍵情報は全て同じ内容である必要はない。 In the present embodiment, the first to fourth key information are all described as having the same content. However, the first key information 11 and the second key information 16 have the same content as the third key information. If the information 21 and the fourth key information 22 have the same contents, the first to fourth key information need not all have the same contents.

本発明に係るデータ送信装置、及び、データ受信装置は、盗聴・傍受等を受けない安全な秘密通信装置等として有用である。 The data transmission device and the data reception device according to the present invention are useful as a secure secret communication device that does not receive eavesdropping and interception.

本発明の第１の実施形態に係るデータ通信装置１の構成例を示すブロック図1 is a block diagram showing a configuration example of a data communication device 1 according to a first embodiment of the present invention. 白色雑音源１１５３を設けた場合のデータ通信装置１ａの構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the data communication apparatus 1a at the time of providing the white noise source 1153 光周波数変調成分検出部１１５４を設けた場合のデータ通信装置１ｂの構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the data communication apparatus 1b at the time of providing the optical frequency modulation component detection part 1154 本発明の第２の実施形態に係るデータ通信装置３の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the data communication apparatus 3 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 復調部２１１ｘの構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the demodulation part 211x 白色雑音源１１５３を設けた場合のデータ通信装置２ａの構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the data communication apparatus 2a at the time of providing the white noise source 1153 Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９の構成例を示すブロック図Block diagram showing a configuration example of a conventional data communication device 9 using the Y-00 protocol Ｙ−００プロトコルを用いた従来のデータ通信装置９における多値信号の信号フォーマットを示す図The figure which shows the signal format of the multi-value signal in the conventional data communication apparatus 9 using Y-00 protocol. 従来のデータ通信装置９で用いられる信号形態を説明するための模式図Schematic diagram for explaining the signal form used in the conventional data communication device 9 光ヘテロダイン検波を行う際の光ヘテロダイン検波受信器９３０の一例を示したブロック図The block diagram which showed an example of the optical heterodyne detection receiver 930 at the time of performing optical heterodyne detection

符号の説明Explanation of symbols

１〜２データ通信装置
１０１、１０２データ送信装置（送信部）
１１０多値符号化部
１１１多値符号発生部
１１２多値処理部
１１３変調部
１１４光源
１１５変調調整部
１１５１信号源
１１５２角度変調部
１１５３白色雑音源
１１５４光周波数変調成分検出部
１１６波形調整部
１１６１多値符号発生部
１１６２可変分散発生部
１５０伝送路
２０１、２０２データ受信装置（受信部）
２１１復調部
２１２多値符号化部
２１３多値符号発生部
２１４多値識別部
２１５復調部
２１６波形調整部
２１６１多値符号発生部
２１６２可変分散補償部
２１７受光部 1-2 Data communication device 101, 102 Data transmission device (transmission unit)
110 Multi-level encoding unit 111 Multi-level code generation unit 112 Multi-level processing unit 113 Modulation unit 114 Light source 115 Modulation adjustment unit 1151 Signal source 1152 Angle modulation unit 1153 White noise source 1154 Optical frequency modulation component detection unit 116 Waveform adjustment unit 1161 Multi Value code generator 1162 Variable dispersion generator 150 Transmission path 201, 202 Data receiver (receiver)
211 Demodulator 212 Multilevel Encoder 213 Multilevel Code Generator 214 Multilevel Identification Unit 215 Demodulator 216 Waveform Adjustment Unit 2161 Multilevel Code Generator 2162 Variable Dispersion Compensator 217 Light Receiver

Claims

所定の鍵情報を用いて情報データを暗号化し、受信装置との間で秘密通信を行うデータ送信装置であって、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記情報データと前記多値符号列とを合成し、前記情報データと前記多値符号列との組み合わせに対応した複数のレヘ゛ルを有する多値信号を生成する多値処理部と、
前記多値信号を所定の変調形式で変調して、変調信号として出力する変調部とを備え、
前記変調部は、
前記多値信号を光信号に変換する光源と、
前記光源が出力した光信号に角度変調を施す変調調整部とを含むことを特徴とする、データ送信装置。 A data transmitting device that encrypts information data using predetermined key information and performs secret communication with a receiving device,
Based on the predetermined key information, a multi-level code generator for generating a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner;
A multi-level processing unit that combines the information data and the multi-level code sequence, and generates a multi-level signal having a plurality of levels corresponding to a combination of the information data and the multi-level code sequence;
A modulation unit that modulates the multilevel signal in a predetermined modulation format and outputs the modulated signal as a modulation signal;
The modulator is
A light source for converting the multilevel signal into an optical signal;
A data transmission apparatus comprising: a modulation adjustment unit that performs angle modulation on an optical signal output from the light source.

前記変調調整部は、
所定の信号を出力する信号源と、
前記信号源が出力した信号に基づいて、前記光信号に角度変調を施す角度変調部とを有することを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。 The modulation adjustment unit
A signal source for outputting a predetermined signal;
The data transmission apparatus according to claim 1, further comprising an angle modulation unit that performs angle modulation on the optical signal based on a signal output from the signal source.

前記所定の信号は、２つ以上の異なる周波数を有する信号が多重された周波数多重信号であることを特徴とする、請求項２に記載のデータ送信装置。 The data transmission apparatus according to claim 2, wherein the predetermined signal is a frequency multiplexed signal in which signals having two or more different frequencies are multiplexed.

前記所定の信号は、白色雑音であることを特徴とする、請求項２に記載のデータ送信装置。 The data transmission apparatus according to claim 2, wherein the predetermined signal is white noise.

前記変調調整部は、
前記光源が出力した光信号から光周波数変調成分を検出する光周波数変調成分検出部と、
前記検出された光周波数変調成分を打ち消すように、前記光源が出力した光信号に角度変調を施す角度変調部とを有することを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。 The modulation adjustment unit
An optical frequency modulation component detector that detects an optical frequency modulation component from the optical signal output by the light source;
The data transmission device according to claim 1, further comprising: an angle modulation unit that performs angle modulation on the optical signal output from the light source so as to cancel the detected optical frequency modulation component.

前記変調部は、前記変調調整部の後段に接続され、所定の鍵情報に基づいて、前記変調調整部が出力する信号に波長分散を与える波形調整部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のデータ送信装置。 The modulation unit is further connected to a subsequent stage of the modulation adjustment unit, and further includes a waveform adjustment unit that gives chromatic dispersion to a signal output from the modulation adjustment unit based on predetermined key information. The data transmission apparatus according to 1.

前記波形調整部は、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する第２の多値符号発生部と、
前記第２の多値符号発生部が発生させた多値符号列の値に応じて、前記変調調整部の出力信号に与える波長分散の量を変化させる可変分散発生部とを有することを特徴とする、請求項６に記載のデータ送信装置。 The waveform adjustment unit
A second multi-level code generator for generating a multi-level code sequence whose signal level changes substantially randomly based on the predetermined key information;
A variable dispersion generation unit that changes an amount of chromatic dispersion applied to an output signal of the modulation adjustment unit according to a value of the multilevel code sequence generated by the second multilevel code generation unit. The data transmission device according to claim 6.

所定の鍵情報を用いて暗号化された情報データを受信し、送信装置との間で秘密通信を行うデータ受信装置であって、
前記送信装置から受信した変調信号を復調し、多値信号として出力する復調部と、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を発生する多値符号発生部と、
前記多値符号列に基づいて、前記多値信号から前記情報データを識別する多値識別部とを備え、
前記復調部は、
前記所定の鍵情報に基づいて、前記変調信号に所定の波長分散を与える波長調整部と、
前記波長調整部から出力される光信号を光電変換し、前記多値信号として出力する受光部とを含むことを特徴とする、データ受信装置。 A data receiving device that receives information data encrypted using predetermined key information and performs secret communication with a transmitting device,
A demodulator that demodulates the modulated signal received from the transmission device and outputs the demodulated signal as a multilevel signal;
Based on the predetermined key information, a multi-level code generator for generating a multi-level code sequence whose signal level changes in a substantially random manner;
A multi-level identifying unit for identifying the information data from the multi-level signal based on the multi-level code sequence;
The demodulator
Based on the predetermined key information, a wavelength adjustment unit that provides predetermined chromatic dispersion to the modulated signal;
And a light receiving unit that photoelectrically converts an optical signal output from the wavelength adjustment unit and outputs the optical signal as the multilevel signal.

前記波長調整部は、
前記所定の鍵情報に基づいて、信号レベルが略乱数的に変化する多値符号列を生成する第２の多値符号発生部と、
前記第２の多値符号発生部が生成した多値符号列の値に応じて、前記変調信号に与える波長分散の量を変化させる可変分散補償部とを有することを特徴とする、請求項８に記載のデータ受信装置。 The wavelength adjusting unit is
A second multi-level code generator that generates a multi-level code sequence whose signal level changes substantially randomly based on the predetermined key information;
9. A variable dispersion compensator that changes an amount of chromatic dispersion applied to the modulation signal in accordance with a value of a multi-level code string generated by the second multi-level code generator. The data receiving device described in 1.