JP4451085B2

JP4451085B2 - Optical transmitter and optical receiver

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Publication number: JP4451085B2
Application number: JP2003184047A
Authority: JP
Inventors: 正宜相馬; 修広田; 研太郎加藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005057313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、他の光通信システムと親和性が高く、長距離、高速度の通信を実現する機能を有する光の強度変調を用いた安全なメッセージ伝送システムの秘匿伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
量子力学の原理を使った暗号方式としては、Ｂｅｎｎｅｔｔ及びＢｒａｓｓａｒｄによるＢＢ８４方式がよく知られている。しかしながら、ＢＢ８４方式は、単一光子を用いることを前提としており、また現行の増幅器がそのまま使えないため、短距離、低速度のシステムしか実現できない。また、プロトコルは鍵の共有に限られている（非特許文献１参照）。
【０００３】
これに対し、Ｙｕｅｎは、Ｍ−ａｒｙｌｅｖｅｌｃｉｐｈｅｒという新しい枠組みを提案し、送受信者の間での変復調は、同期を取りながら切り替えて通信することにより、上記のようなＢＢ８４方式の欠点が克服できることを指摘した。なお、上記の指摘に基づく暗号方式のことを以後Ｙ００方式と呼ぶことにする。
【０００４】
２００２年、Ｇ．Ａ．Ｂａｒｂｏｓａ、Ｈ．Ｐ．ＹｕｅｎらのＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ大学のグループによって、Ｙ００方式を具現化する通信装置が発表された（非特許文献２参照）。このＹ００方式の通信装置について図７を用いて説明する。図７において、レーザダイオード６０１は、コヒーレント状態の光を出力するものであり、外部位相変調器６０２、６０３は、送信データを変調するものであり、偏光ビームスプリッタ６０４は、受信した光を分離するものであり、フォトディテクタ６０５、６０６は、光の入力を検知するものであり、送信用擬似乱数発生部６０７、受信用擬似乱数発生部６０８は、初期鍵Ｋｓの入力により同一の鍵となるビット列の乱数を発生するものであり、光通信路６０９は、光ファイバーなどの通信経路である。
【０００５】
まず、送信側と受信側に同一の初期鍵Ｋｓが、予め配布される。この初期鍵Ｋｓを送信用擬似乱数発生部６０７及び受信用擬似乱数発生部６０８に入力すること同一の鍵となるビット列が出力される。
【０００６】
次に、外部位相変調部６０２、６０３に、同一の鍵であるビット列を入力すると、通信に用いられる変調の方法が指定される。
【０００７】
次に、外部位相変調部６０２が、送信データをレーザダイオード６０１から出力された２モードコヒーレント状態｜α＞｜０＞として表される光を用いて、変調する。
【０００８】
ここで、外部位相変調部６０２は、光をＭ通りに偏光変調し、偏光変調された光は（式１）のように表すことができる。
【０００９】
【数１】

・・・・（式１）
なお、Ｍは偶数であると仮定する。このとき、“０”、“１”を表現する方法として（式２）に表されているＭ／２通りを考える。
【００１０】
【数２】

・・・・（式２）
【００１１】
次に、外部位相変調部６０２によって偏向変調された光は、光通信路６０９を通って受信側に伝送される。次に、受信側の外部位相変調部６０３では、受信用擬似乱数発生部６０８の出力するビット列を用いて、受信した光を復調する。これにより外部位相変調部６０３から出力される状態は、“０”に対応する｜α＞｜０＞又は“１”に対応する｜−α＞｜０＞の２状態のうちのいずれかの状態となる。
【００１２】
次に、偏光ビームスプリッタが、復調した受信光を分離し、“０”に対応する光はフォトディテクタ６０５に出力し、“１”に対応する光はフォトディテクタ６０６に出力する。次に、フォトディテクタ６０５が光を検出した場合は、受信データは“０”と出力され、フォトディテクタ６０６が光を検出した場合は、受信データは“１”と出力される。
【００１３】
なお、初期鍵を共有していない盗聴者が情報を盗み見ようとしても、変調方式が不明であるため、高い確率で誤りが発生してしまう。また、正規の受信者の誤り確率が盗聴者の誤り確率より低い場合、盗聴者に流出する情報を“０”にすることができることが知られている。このように、予め共有している初期鍵から擬似乱数である変調方式を決定する鍵を発生させ、生成した鍵により変復調の方法を、送信側と受信側で同期して切り替えながらデータを送受信することにより、完全に安全な伝送が実現できる。
【００１４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｈ．Ｂｅｎｎｅｔｔ，Ｇ．Ｂｒａｓｓａｒｄ，“ＱｕａｎｔｕｍＣｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ：Ｐｕｂｌｉｃｋｅｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｏｉｎｔｏｓｓｉｎｇ”ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，ＳｙｓｔｅｍａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，Ｉｎｄｉａ（ＩＥＥＥＮｅｗＹｏｒｋ，１９８４）Ｐ１７５−１７９
【非特許文献２】
Ｇ．Ａ．Ｂａｒｂｏｓａ、Ｅ．Ｃｏｒｎｄｏｒｆ、Ｐ，Ｋｕｍａｒ、Ｈ．Ｐ．Ｙｕｅｎ、Ｇ．Ｍ．Ｄ’ａｒｉａｎｏ、Ｍ．Ｇ．Ａ．Ｐａｒｉｓ、Ｐ．Ｐｅｒｉｎｏｔｔｉ、“ｓｅｃｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｃｏｈｅｒｅｎｔｓｔａｔｅｓ”、Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＱｕａｎｔｕｍＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，Ｊｕｌｙ，（２００１、ａｒＸｉｖ：ｑｕａｎｔ−ｐｈ／０２１２０１・・８）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような光送信装置及び光受信装置では、情報が載せられている光の状態が壊れやすく、光ファイバを使った長距離伝送や高速通信には向かないという課題があった。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は通信途中に外界から受ける雑音の影響を受けにくく、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高い光送信装置及び光受信装置を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明の光送信装置は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させる擬似乱数発生部と、前記擬似乱数に基づいて強度変調方式を選択する変調方式指定部と、前記擬似乱数に基づいて送信データのビット毎に、当該ビットの送信データが予め定められた種類である場合には、ビット反転を行ったデータである反転データを出力し、当該ビットの送信データが予め定められた種類ではない場合には、ビット反転を行わずにデータを出力するビット反転部と、前記選択された強度変調方式により、前記ビット反転部から出力されたデータを変調したデータである変調データを出力するレーザ変調駆動部と、前記変調データをコヒーレント光として出力するレーザダイオードとを含み、前記強度変調方式のそれぞれは、通信で使用されるコヒーレント状態の複素振幅を大きさ順に実直線上に並べた場合に、所定距離に位置する２つのコヒーレント状態の組である、ことを要旨とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させる擬似乱数発生部と、前記擬似乱数に基づいて強度変調方式を選択する変調方式指定部と、前記擬似乱数に基づいて送信データのビット毎に、当該ビットの送信データが予め定められた種類である場合には、ビット反転を行ったデータである反転データを出力し、当該ビットの送信データが予め定められた種類ではない場合には、ビット反転を行わずにデータを出力するビット反転部と、前記選択された強度変調方式により、前記ビット反転部から出力されたデータを変調したデータである変調データを出力するレーザ変調駆動部と、前記変調データをコヒーレント光として出力するレーザダイオードとを含み、前記強度変調方式のそれぞれは、通信で使用されるコヒーレント状態の複素振幅を大きさ順に実直線上に並べた場合に、所定距離に位置する２つのコヒーレント状態の組である光送信装置としたものであり、光の強度に情報を載せて送るため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００１９】
本発明の第２の態様は、擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力するビット反転部を更に含み、レーザ変調駆動部は、選択された強度変調方式により前記反転データを変調したデータである変調データを出力する第１の態様の光送信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２０】
本発明の第３の態様は、変調データは、１ビット毎に擬似乱数により選択された強度変調方式を用いて変調されたデータである第１の態様又は第２の態様の光送信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２１】
本発明の第４の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させる擬似乱数発生部と、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換するフォトディテクタと、前記擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換する判定回路とを含む光受信装置としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００２２】
本発明の第５の態様は、擬似乱数に基づいてディジタルデータのビット反転を行ったデータを出力するビット反転部を更に含む第４の態様の光受信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２３】
本発明の第６の態様は、ディジタルデータは、１ビット毎に擬似乱数により選択されたコヒーレント光の復調方式を用いて復調されたデータである第４の態様又は第５の態様の光受信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１の態様の光送信装置と、第４の態様の光受信装置とを含む光通信装置としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を送受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００２５】
本発明の第８の態様は、予め定められた送信用初期値により第１の擬似乱数を発生させる送信用擬似乱数発生部と、前記第１の擬似乱数に基づいて強度変調方式を選択する変調方式指定部と、前記第１の擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力するビット反転部と、選択された強度変調方式により前記反転データを変調したデータである変調データを出力するレーザ変調駆動部と、前記変調データをコヒーレント光として出力するレーザダイオードとを含む光送信装置と、予め定められた受信用初期値により前記第１の擬似乱数と同一の第２の擬似乱数を発生させる受信用擬似乱数発生部と、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換するフォトディテクタと、前記第２の擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換する判定回路と、前記第２の擬似乱数に基づいてディジタルデータのビット反転を行ったデータを出力するビット反転部とを含む光受信装置を有する光通信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２６】
本発明の第９の態様は、変調データは、１ビット毎に第１の擬似乱数により選択された強度変調方式を用いて変調されたデータであり、ディジタルデータは、１ビット毎に第２の擬似乱数により選択されたコヒーレント光の復調方式を用いて復調されたデータである第８の態様記載の光通信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化することができるという作用を有する。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力し、前記擬似乱数に基づいて強度変調方式を選択し、前記選択された強度変調方式により前記反転データを変調したデータである変調データを出力し、前記変調データをコヒーレント光として出力する光送信方法としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を送信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００２８】
本発明の第１１の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させ、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換し、前記擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換し、前記擬似乱数に基づいて前記ディジタルデータのビット反転を行ったデータである受信データを出力する光受信方法としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００２９】
本発明の第１２の態様は、第１０の態様の光送信方法と、第１１の態様の光受信方法とを含む光通信方法としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を送受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高いという作用を有する。
【００３０】
本発明の第１３の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させる擬似乱数発生部と、前記擬似乱数に基づいて符号化方法及び強度変調方式を選択する符号化変調方式指定部と、前記選択された符号化方法及び強度変調方式により送信データを符号化し、変調したデータである符号化変調データを出力する符号化レーザ駆動部と、前記符号化変調データに対応するコヒーレント光を出力するレーザダイオードとを含む光送信装置としたものであり、光の強度に情報を載せて送るため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高く、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３１】
本発明の第１４の態様は、擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力するビット反転部を更に含み、符号化レーザ駆動部は、選択された符号化方法と強度変調方式により前記反転データを符号化し、変調したデータである符号化変調データを出力する第１３の態様の光送信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３２】
本発明の第１５の態様は、符号化変調データは、１ビット毎に擬似乱数により選択された符号化方法及び強度変調方式を用いて符号化し、変調されたデータである第１３の態様又は第１４の態様の光送信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３３】
本発明の第１６の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させる擬似乱数発生部と、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換するフォトディテクタと、前記擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式と復号化方法を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換する復号判定回路とを含む光受信装置としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高く、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３４】
本発明の第１７の態様は、擬似乱数に基づいてディジタルデータのビット反転を行ったデータを出力するビット反転部を更に含む第１６の態様の光受信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３５】
本発明の第１８の態様は、ディジタルデータは、１ビット毎に擬似乱数により選択されたコヒーレント光の復調方式と復号化方法を用いて復調し、復号化されたデータである第１６の態様又は第１７の態様の光受信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３６】
本発明の第１９の態様は、第１３の態様の光送信装置と、第１６の態様の光受信装置とを含む光通信装置としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高く、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３７】
本発明の第２０の態様は、予め定められた送信用初期値により第１の擬似乱数を発生させる送信用擬似乱数発生部と、前記第１の擬似乱数に基づいて強度変調方式及び符号化方法を選択する符号化変調方式指定部と、前記第１の擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力するビット反転部と、選択された符号化方法と、強度変調方式により前記反転データを符号化し、変調したデータである符号化変調データを出力する符号化レーザ変調駆動部と、前記符号化変調データをコヒーレント光として出力するレーザダイオードとを含む光送信装置と、予め定められた受信用初期値により前記第１の擬似乱数と同一の第２の擬似乱数を発生させる受信用擬似乱数発生部と、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換するフォトディテクタと、前記第２の擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式及び復号化方法を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換する復号判定回路と、前記第２の擬似乱数に基づいてディジタルデータのビット反転を行ったデータを出力するビット反転部とを含む光受信装置を有する光通信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３８】
本発明の第２１の態様は、符号化変調データは、１ビット毎に第１の擬似乱数により選択された符号化方法及び強度変調方式を用いて変調されたデータであり、ディジタルデータは、１ビット毎に第２の擬似乱数により選択されたコヒーレント光の復調方式及び復号化方法を用いて復調し、復号されたデータである第２０の態様記載の光通信装置としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００３９】
本発明の第２２の態様に記載の発明は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させ、前記擬似乱数に基づいて送信データのビット毎にビット反転を行ったデータである反転データを出力し、前記擬似乱数に基づいて符号化方法及び強度変調方式を選択し、前記選択された符号化方法及び強度変調方式により前記反転データを符号化し、変調したデータである符号化変調データを出力し、前記符号化変調データをコヒーレント光として出力する光送信方法としたものであり、通信時の秘匿性を強化し、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００４０】
本発明の第２３の態様は、予め定められた初期値により擬似乱数を発生させ、コヒーレント光の強度を測定し、電気信号に変換し、前記擬似乱数に基づいて前記コヒーレント光の復調方式及び復号化方法を選択し、前記電気信号をディジタルデータに変換し、前記擬似乱数に基づいて前記ディジタルデータのビット反転を行ったデータである受信データを出力する光受信方法としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高く、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００４１】
本発明の第２４の態様は、第２２の態様の光送信方法と、第２３の態様の光受信方法とを含む光通信方法としたものであり、光の強度に情報を載せた信号を受信するため、通信途中に外界から受ける雑音の影響も受け難くなるため、長距離、高速通信が可能になり、従来の光通信のシステムとの親和性も高く、更に、送信データを符号化することで、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができるという作用を有する。
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、第１の実施の形態による光送信装置及び光受信装置を示すブロック図である。図１において、光通信路１０１は、光ファイバなどの通信経路であり、レーザ変調駆動部１０２は、指定された変調方式に応じて光の強度を算出し、レーザダイオード１０３を駆動するものであり、レーザダイオード１０３は、光は強度の違うコヒーレント光を出力するものであり、フォトディテクタ１０４は、直接検波するため、受信した光の強度を電流に変えて出力するものであり、判定回路１０５は、フォトディテクタ１０４から出力された電流を復調するものである。
【００４４】
また、送信用擬似乱数発生部１０６及び受信用類似乱数発生部１０７は、共通の初期鍵Ｋｓを入力することにより、同一のビット列を出力するものであり、変調方式指定部１０８は、予め定められたＭ種類の変調方式の中から、擬似乱数発生部１０６が出力したビット列に対応する変調方式を選択するものであり、送信用ビット反転部１０９は、送信用擬似乱数発生部１０６が出力した１ビットのデータが“１”の場合のみ送信データをビット反転するものであり、受信用ビット反転部１１０は、受信用擬似乱数発生部１０７が出力した１ビットのデータが・・“１”の場合のみ送信データをビット反転するものである。
【００４５】
なお、光送信装置は、送信用擬似乱数発生部１０６、変調方式指定部１０８、送信用ビット反転部１０９、レーザ変調駆動部１０２、レーザダイオード１０３を含む構成であり、光受信装置は、フォトディテクタ１０４、判定回路１０５、受信用擬似乱数発生部１０７、受信用ビット反転部１１０を含む構成である。
【００４６】
以下、上記実施の形態に係る光送信装置について、図２を用いて説明する。まず、予め送信側と受信側で初期鍵を共有し、Ｍ（Ｍは自然数）通りの強度変復調方式を予め定めておく。次に、Ｓ２０１にて、送信用擬似乱数発生部１０６は、入力された初期鍵Ｋｓに基づいて、変調方式を選択するためのビット列を出力する。なお、擬似乱数は、例えば、岡本龍明、山本博資「現代暗号」（産業図書、出版１９９７年第、ｐ４５−ｐ６３）に記載されている機構に基づくものを用いればよい。
【００４７】
次に、Ｓ２０２にて、変調方式指定部１０８は、予め定められたＭ種類の変調方式の中から、送信用擬似乱数発生部１０６から出力されたビット列に対応する変調方式を選択する。次に、Ｓ２０３にて、送信用ビット反転指定部１０９は、送信用擬似乱数発生部１０６から出力された１ビットのデータが“１”である場合は、送信データをビット反転させる。ここで、変調方式の選択及びビット反転の有無の指定は、送信データのビットごとに行われる。従って、送信データ１ビットごとに、送信用擬似乱数発生部１０６は、Ｃ（ｌｏｇＭ）＋１ビットの擬似乱数を発生させ、そのうちのＣ（ｌｏｇＭ）ビットを変調方式指定部１０８に出力し、残り１ビットを送信用ビット反転指定部１０９に出力する。
【００４８】
ここで、対数関数の指数は２であり、例えば、４種類の変調方式を記述するためにはＣ（４）＝２ビットが必要であるが、５〜８種類の変調方式の時はＣ（・・５）＝２＋１＝３ビットが必要となる。
【００４９】
次に、Ｓ２０４にて、レーザ変調駆動部１０２は、ビット反転指定部１０９から出力された送信データを変調方式指定部１０８から指定された変調方式を用いて送信する光の強度を算出し、レーザダイオード１０３を駆動する。次に、Ｓ２０５にて、レーザダイオード１０３は、レーザ変調駆動部１０２の算出した光強度により、送信データを光通信路１０１に出力する。なお、本実施の形態では、強度変調方式を用いたが、外部変調方式により任意の強度のコヒーレント光を出力する構成としても、同様の結果を得ることができる。
【００５０】
以下に、図３を用いて変調方法を説明する。本実施の形態では、レーザダイオード１０３から出力される光は強度の違うコヒーレント光であるとしている。コヒーレント光は、レーザダイオード１０３から出力される光の理想近似であり、ヒルベルト空間の加算無限個の直交基底（数状態）｜ｎ＞を用いて、（式３）のように記述することができる。
【００５１】
【数３】

・・・・（式３）
ここで、αは、複索振幅と呼ばれ、一般には複素数で表されるが、本実施の形態では、強度変調を考えているので、実数であると仮定してもよい。
【００５２】
また、図３は、通信で使われるＭ個のコヒーレント状態（式４）を複素振幅の大きさ順に実直線上に並べたものである。なお、以下の説明を簡単にするために、Ｍは偶数個であると仮定することにする。
【００５３】
【数４】

・・・・（式４）
【００５４】
これらのコヒーレント状態は実直線上に等間隔に並んでいるものとする。いま変調方法ｉ（ｉ＝１、‥・・、Ｍ）では、“０”、“１”のビット情報を送るため、｜α₁＞から｜α_M/2＞は“０”に対応し、｜α_M/2+1＞から｜α_M＞は“１”に対応し、第１の変調方式は、｜α₁＞により“０”を示し、｜α_M/2+1＞により“１”を示し、第２の変調方式は、｜α₂＞により“０”を示し、α_M/2+2＞により“１”を示すものである。
【００５５】
なお、光送信装置は、送信用ビット反転部１０９を省略して構成することも可能である。なお、本実施の形態では、変調方式を、１ビット毎に変更しているが、任意のビット毎に変調方式を変更することも可能である。
【００５６】
次に、光受信装置について、図４を用いて説明する。まず、Ｓ４０１にて、レーザダイオード１０３から出力された光は、光ファイバ１０８をとおり、フォトディテクタ１０４で受信される。次に、Ｓ４０２にて、フォトディテクタ１０４は、受信した光の強度を電流に変えて出力する。次に、Ｓ４０３にて、判定回路１０５は、フォトディテクタ１０４から出力される電流を復調し、受信データを出力する。
【００５７】
ここで、判定回路１０５は、受信用擬似乱数発生部１０７から生成される擬似乱数のビット列により、送信装置の変調方式指定部１０８で行われた変調方式を求め、求めた変調方式に対応する閾値によって閾値処理を行う直接検波方式により復調する。次に、Ｓ４０４にて、受信用ビット反転部１１０は、送信用ビット反転部１０９と同様に、受信用擬似乱数発生部１０７から出力されるビットが“１”である場合は、判定回路１０５の出力データのビットを反転させ、受信データとして出力する。
【００５８】
なお、光受信装置は、受信用ビット反転部１１０を省略して構成することも可能である。ただし、この場合は信号の割り当ては、ｉが偶数の場合は、｜α_i＞により“０”を示し、｜α_M/2+i＞により“１”を表すことにし、ｉが奇数の場合は、｜α_i＞により“１”を示し、｜α_M/2+i＞により“０”を表すことにすればよい。なお、本実施の形態では、復調方式を、１ビット毎に変更しているが、任意のビット毎に復調方式を変更することも可能である。
【００５９】
次に、本発明の安全性について、正規の受信者と盗聴者の誤り率を使って検証してみることにする。なお、これ以降、レーザ変調駆動部１０２によりレーザ変調される信号を（式５）に記述する。
【００６０】
【数５】

・・・・（式５）
【００６１】
ここで、Ｘ_iはビット反転しない場合の信号であり、Ｙ_iはビット反転する場合の信号である。変調数がＭ個の場合は、（式６）のように記述することができる。
【００６２】
【数６】

・・・・（式６）
【００６３】
まず、ビット反転による２つの変調方式（Ｘ_i、Ｙ_i）を考えるとき、盗聴者が、“０”であるとして観測する状態ρ０と、“１”であるとして観測する状
態ρ₁とは（式７）のように全く一致する。
【００６４】
【数７】

・・・・（式７）
【００６５】
このため、盗聴者は、“０”と“１”を区別することができないため、送信データ情報に直接アクセスすることはできない。ただし、盗聴者はデータ伝送に使われた量子状態の情報を知ろうとすることはできる。また、この結果を使って盗聴を行う可能性もある。このような場合、盗聴者は、ビット反転された変調数Ｍ個に対応する２Ｍ個の状態を識別することになり、隣り合う信号を区別する必要がある。この時の誤り確率は（式８）によって与えられることが知られている。これは、Ｍ．Ａ．Ｎｉｅｌｓｅｎ、Ｉ．Ｌ．Ｃｈｕａｎｇ、“ＱｕａｎｔｕｍＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｎｄＱｕａｎｔｕｍＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”，ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ２０００，ｐｐ．９０−９３の記載を参照することで、算出することができる。
【００６６】
【数８】

・・・・（式８）
【００６７】
ただし、（式８）の最小化問題を直接解くことは困難であるため、本実施の形態では、その上界と下界を評価することにする。まず、下界は隣り合う信号｛｜α_i＞、｜α_i+1＞｝に対する最小誤り確率（式９）によって与えられる。
【００６８】
【数９】

・・・・（式９）
【００６９】
上界は、Ｓｑｕａｒｅｒｏｏｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔを２Ｍ個の純粋状態に適用することによって得られる。これは、Ｋ．Ｋａｔｏ，Ｍ．Ｏｓａｋｉ，Ｍ．Ｓａｓａｋｉ，Ｏ．Ｈｉｒｏｔａ，“ＱｕａｎｔｕｍｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｍｕｔｕａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒＱＡＭａｎｄＰＳＫｓｉｇｎａｌｓ”、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．２，ｐｐ．２４８−２５４，１９９９を参照することで、算出することができる。図５は、この場合の誤り確率と変調方式数２Ｍの関係を表したグラフである。なお、グラフ中の記号α_maxは、信号エネルギーの最大値で、α_Mに相当している。このグラフより、最大信号エネルギーα_maxとビット反転を含めた変調方式数２Ｍ個を調整することにより、盗聴者の誤り確率を１に近くすることができる。
【００７０】
これは、コヒーレント状態の発光強度の幅を固定した場合に、変調方式数２Ｍ個を増加すると、隣り合う信号の間隔が狭まり、盗聴者は、隣り合う信号を区別することが困難になるために、盗聴者の誤り確率は１に近づくことになる。
これに対して、正規の受信者の誤り確率は（式１０）によって与えられる。
【００７１】
【数１０】

・・・・（式１０）
【００７２】
これは、ビット反転を含めた変調方式数２Ｍにはよらずに決まる値であり、０に近い値にとることができる。これはまた、正規の受信者は、ビット反転の有無が既知であるため、｛α_i＞、｜α_M/2+i＞｝を区別することができればよい。これは、コヒーレント状態の発光強度の幅を固定した場合に、変調方式数２Ｍ個を増加することにより、隣り合う信号の間隔が狭まったとしても、｛α_i＞、｜α_M/2+i＞｝の間隔は一定であるため、正規の受信者の誤り確率は、ビット反転を含めた変調方式数２Ｍに依存することなく、０に近い値を取ることができる。
【００７３】
すなわち、かかる構成によれば、コヒーレント光の強度変調により送信データを変調し、直接検波により受信データを復調し、更に、１ビット毎に変調方式を変更及び反転を行うことにより、既存の光通信システムとの親和性が高い、量子検出理論に基づいて秘匿性が保証された光送信装置及び光受信装置を提供することが可能である。
【００７４】
また、本実施の形態の光送信装置及び光受信装置では、光の強度により情報を送受信しており、光の位相により情報を送受信する従来の光送信装置及び光受信装置より、伝送中の雑音に強いため、長距離、高速通信を実現することが可能になる。
【００７５】
（実施の形態２）
図６は、第２の実施の形態による光送信装置及び光受信装置の構成を示す図であり、第１の実施の形態による光送信装置及び光受信装置に、誤り訂正符号化機能を付加したものである。
【００７６】
符号化変調方式指定部７０１は、擬似乱数により符号化方法及び変調方式を指定するものであり、符号化レーザ変調駆動部７０２は、擬似乱数により指定された符号化方法を用いて送信データを符号化し、擬似乱数により指定された変調方式により符号化した送信データを変調するものであり、復号判定回路７０３は、光送信装置と同一の擬似乱数により指定された復調方式により受信データを復調し、同一の擬似乱数により指定された復号化方法により復調された受信データを復号化するものである。
【００７７】
なお、図６におけるほかの構成要素の動作は、第１の実施の形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７８】
まず、光送信装置について説明する。符号化変調方式指定部７０１は、送信データ“０”、“１”に対して（式１１）のように複数の強度の光を対応付ける符号化方法を指定する。
【００７９】
【数１１】

・・・・（式１１）
【００８０】
これに対し、第１の実施の形態では、変調方式指定部１０８は“０”、“１”に対して、一つの光の強度を対応付けていた。第２の実施の形態では、（００１、１１０）、（０１０、１０１）、（１００、０１１）という３組の誤り訂正符号を使い分けて１ビットのデータを送っていると見ることができる。即ち、（式１１）のＸ_i,1には（００１、１１０）が対応し、Ｘ_i,2には（０１０、１０１）が対応し、Ｘ_i,3には（１００、０１１）が対応する。
【００８１】
まず、符号化変調方式指定部７０１は、送信用乱数発生部１０６から出力される乱数列によって、（式１１）に記載されている３Ｍ通りの符号化方法及び変調方式のうちの一つを指定する。
【００８２】
次に、符号化レーザ変調駆動部７０２は、符号化変調方式指定部７０１からの指定に従った符号化方法及び変調方式Ｘ_i,j（ｉ＝１、・・・、Ｍ，ｊ＝１、２
、３）に基づき、送信用ビット反転部１０９から出力されたビットデータに応じてレーザダイオード１０３を駆動することで、送信データの符号化と変調を行う。
【００８３】
例えば、符号化変調方式指定部７０１により、符号化方法及び変調方式Ｘ_i,1
が指定され、ビットデータ“０”が送信用ビット反転部１０９から出力されたとき、符号化レーザ変調駆動部７０２は、レーザダイオード１０３を駆動して、｜α_(i)＞｜α_(i)＞｜α_(M+i)＞という３つの光の状態を、順次、時系列で発生させる。
【００８４】
次に、光受信装置について説明する。まず、復号判定回路７０３は、フォトディテクタ１０４により受信された受信データを、受信用擬似乱数発生部１０７から出力される擬似乱数により、送信側の符号化方法及び変調方式に対応した復号化方法及び復調方式を求め、受信データの復調及び復号を実行する。
【００８５】
例えば、符号化及び変調方式Ｘ_i,1によってビットデータが送られてきた場合
、復号判定回路７０３では、受信した３つの状態が、｜α_(i)＞であるか、｜α_(M+i)＞であるかを判定し、その結果によりビットデータが、“０”であるか“１”であるかを判定する。この時、宮川、岩垂、今井「符号理論」電子情報通信学会、昭和４８年、ｐ．１９に記載されている通り、誤り訂正の原理を用いれば、３つの状態のうちの一つを誤って判定したとしても、最終的なビットデータの判定は間違わない。
【００８６】
なお、本実施例は、（００１、１１０）、（０１０、１０１）、（１００、０１１）という符号長３の３組の符号化方法に基づいているが、これ以外の符号化方法を用いてもよい。符号長ＮのＬ組の任意の符号化方法を用いて同様の装置が実現できる（Ｎは２以上の自然数、Ｌは１以上の自然数）。
【００８７】
また、使用する符号化方法を送信ビット毎に、擬似乱数により切り替えることにより、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができる。
【００８８】
すなわち、第２の実施の形態による構成によれば、誤り訂正の原理を用いて、コヒーレント光の強度変調により送信データを符号化及び変調を行い、直接検波により受信データを復調及び復号化し、更に、１ビット毎に変調方式を変更及び反転を行うことにより、既存の光通信システムとの親和性が高い、量子検出理論に基づいて秘匿性が保証された光送信装置及び光受信装置を提供することが可能である。
【００８９】
更に、使用する誤り訂正符号を伝送ビット毎に擬似乱数にしたがって切り替えることにより、盗聴の危険性を増やすことなく、信頼性の高い通信を実現することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コヒーレント光の強度変調により送信データを変調し、直後検波により受信データを復調し、更に、１ビット毎に変調方式を変更及び反転を行うことにより、本構成により、従来の光通信システムとの親和性が高く、長距離、高速通信が可能な光送信装置及び光受信装置を提供することができる。更に、本発明の光送信装置及び光受信装置は量子検出理論に基づいて、秘匿性が保証されており、安全性保証の理論を構築することも容易である。
【００９１】
更に、誤り訂正の原理を用いることにより、雑音のある通信路でも伝送誤りが生じにくく且つ秘匿性が保証された通信が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光送信装置及び光受信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態による光送信方法を示すフローチャート
【図３】本発明の第１の実施の形態による変調方式を示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態による光受信方法を示すフローチャート
【図５】本発明の第１の実施の形態による誤り率と変調方式数の関係を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態による光送信装置及び光受信装置の構成を示す図
【図７】従来の光送信装置及び光受信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１光通信路
１０２レーザ変調駆動部
１０３レーザダイオード
１０４フォトディテクタ
１０５判定回路
１０６送信用擬似乱数発生部
１０７受信用擬似乱数発生部
１０８変調方式指定部
１０９送信用ビット反転部
１１０受信用ビット反転部
７０１符号化変調方式指定部
７０２符号化レーザ変調駆動部
７０３復号判定回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a secure transmission device for a secure message transmission system using light intensity modulation, which has high compatibility with other optical communication systems and has a function of realizing long-distance and high-speed communication.
[0002]
[Prior art]
  As an encryption method using the principle of quantum mechanics, the BB84 method by Bennett and Brassard is well known. However, the BB84 system is based on the premise that a single photon is used, and the current amplifier cannot be used as it is, so that only a short distance and low speed system can be realized. The protocol is limited to key sharing (see Non-Patent Document 1).
[0003]
  On the other hand, Yuen proposed a new framework called M-ary level cipher, and modulation / demodulation between senders and receivers can overcome the disadvantages of the BB84 system by switching and communicating while synchronizing. Pointed out. The encryption method based on the above indication will be referred to as Y00 method hereinafter.
[0004]
  2002, G.M. A. Barbosa, H.C. P. Yuen et al.'S group at Northwestern University has announced a communication device that embodies the Y00 system (see Non-Patent Document 2). The Y00 communication device will be described with reference to FIG. In FIG. 7, a laser diode 601 outputs coherent light,

external phase modulators

602 and 603 modulate transmission data, and a polarization beam splitter 604 separates received light. The

photodetectors

605 and 606 detect light input, and the transmission pseudo-random number generation unit 607 and the reception pseudo-random number generation unit 608 have bit strings that are the same key when the initial key Ks is input. A random number is generated, and the optical communication path 609 is a communication path such as an optical fiber.
[0005]
First, the same initial key Ks is distributed in advance to the transmitting side and the receiving side. When this initial key Ks is input to the transmission pseudorandom number generator 607 and the reception pseudorandom number generator 608, a bit string serving as the same key is output.
[0006]
Next, when a bit string which is the same key is input to the external

phase modulation units

602 and 603, a modulation method used for communication is designated.
[0007]
Next, the external phase modulation unit 602 modulates the transmission data using light expressed as a two-mode coherent state | α> | 0> output from the laser diode 601.
[0008]
Here, the external phase modulation unit 602 deflects the light in M ways.lightModulate and polarization modulationTheThe emitted light can be expressed as (Equation 1).
[0009]
[Expression 1]

... (Formula 1)
It is assumed that M is an even number. At this time, as a method of expressing “0” and “1”, the M / 2 ways expressed in (Expression 2) are considered.
[0010]
[Expression 2]

.... (Formula 2)
[0011]
 Next, the light that is polarization-modulated by the external phase modulation unit 602 is transmitted to the reception side through the optical communication path 609. Next, the reception-side external phase modulation unit 603 demodulates the received light using the bit string output from the reception pseudo-random number generation unit 608. As a result, the state output from the external phase modulation unit 603 is one of two states of | α> | 0> corresponding to “0” or | −α> | 0> corresponding to “1”. It becomes.
[0012]
 Next, the polarization beam splitter separates the demodulated received light, and the light corresponding to “0” is output to the photo detector 605, and the light corresponding to “1” is output to the photo detector 606. Next, when the photo detector 605 detects light, the received data is output as “0”, and when the photo detector 606 detects light, the received data is output as “1”.
[0013]
 Even if an eavesdropper who does not share the initial key tries to steal information, an error occurs with a high probability because the modulation method is unknown. Further, it is known that information leaked to an eavesdropper can be set to “0” when the error probability of a legitimate recipient is lower than the error probability of an eavesdropper. In this way, a key for determining a modulation method that is a pseudo-random number is generated from an initial key shared in advance, and data is transmitted and received while the modulation / demodulation method is switched in synchronization between the transmission side and the reception side using the generated key. Thus, completely safe transmission can be realized.
[0014]
[Non-Patent Document 1]
 C. H. Bennett, G.M. Brassard, “Quantum Cryptography: Publicy distribution and cointossing” Proceedingsof IEEE International Conferencing Computers, SystemSignalProcessing, Bangalore, 17 198
[Non-Patent Document 2]
G. A. Barbosa, E .; Corndorf, P, Kumar, H.C. P. Yuen, G. M.M. D'ariano, M.M. G. A. Paris, P.M. Perinotti, “secure Communication coherent states”, Int. Conf. onQuantumCommunication, Measurement and Computing, July, (2001, arXiv: quant-ph / 021201... 8)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
 However, in the above optical transmitter and optical receiver, the state of light on which information is placed is fragile, and there is a problem that it is not suitable for long-distance transmission and high-speed communication using an optical fiber.
[0016]
 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is less susceptible to noise received from the outside during communication, enabling long-distance and high-speed communication, and compatibility with conventional optical communication systems. A high optical transmission device and optical reception device are provided.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
 In order to solve the above-described conventional problems, an optical transmission apparatus according to the present invention includes a pseudo-random number generation unit that generates a pseudo-random number based on a predetermined initial value, and a modulation method that selects an intensity modulation method based on the pseudo-random number A designated part;For each bit of transmission data based on the pseudo-random number, when the transmission data of the bit is of a predetermined type, the inverted data that is the bit-inverted data is output, and the transmission data of the bit is If it is not a predetermined type, a bit inversion unit that outputs data without performing bit inversion, andAccording to the selected intensity modulation method, Data output from the bit inverting unitA laser modulation driving unit that outputs modulation data that is modulated data of the laser beam, and a laser diode that outputs the modulation data as coherent light.In summary, each of the intensity modulation schemes is a set of two coherent states located at a predetermined distance when the complex amplitudes of coherent states used in communication are arranged on a solid line in order of magnitude. To do.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
 According to a first aspect of the present invention, a pseudo-random number generating unit that generates a pseudo-random number with a predetermined initial value, a modulation method designating unit that selects an intensity modulation method based on the pseudo-random number,For each bit of transmission data based on the pseudo-random number, when the transmission data of the bit is of a predetermined type, the inverted data that is the bit-inverted data is output, and the transmission data of the bit is If it is not a predetermined type, a bit inversion unit that outputs data without performing bit inversion, andAccording to the selected intensity modulation method, Data output from the bit inverting unitA laser modulation driving unit that outputs modulation data that is modulated data of the laser beam, and a laser diode that outputs the modulation data as coherent light.Each of the intensity modulation schemes is a set of two coherent states positioned at a predetermined distance when the complex amplitudes of coherent states used in communication are arranged on a solid line in order of magnitude.Since it is an optical transmitter and transmits information with the light intensity, it is less susceptible to noise from the outside during communication, enabling long-distance and high-speed communication. It has the effect of high affinity with the system.
[0019]
 Of the present inventionSecond aspectFurther includes a bit inversion unit that outputs inverted data that is data obtained by performing bit inversion for each bit of transmission data based on a pseudo-random number, and the laser modulation driving unit outputs the inverted data by a selected intensity modulation method. Output modulated data that is modulated dataFirst aspectThe optical transmission device of the present invention has the effect of enhancing the secrecy during communication.
[0020]
 Of the present inventionThird aspectThe modulated data is data modulated using an intensity modulation method selected by a pseudo random number for each bit.First aspectOrSecond aspectThe optical transmission device of the present invention has the effect of enhancing the secrecy during communication.
[0021]
 Of the present inventionFourth aspectIs a pseudo-random number generator that generates pseudo-random numbers using predetermined initial values.PartAnd a photodetector that measures the intensity of the coherent light and converts it into an electrical signal, and a determination circuit that selects the demodulation method of the coherent light based on the pseudo-random number and converts the electrical signal into digital data. Because it is a device and receives a signal with information on the light intensity, it is less susceptible to noise from the outside during communication, making long-distance and high-speed communication possible. Conventional optical communication It has the effect of high affinity with the system.
[0022]
 Of the present inventionFifth aspectFurther includes a bit inversion unit that outputs data obtained by bit inversion of the digital data based on the pseudo random number.Fourth aspectThe optical receiving apparatus is capable of enhancing confidentiality during communication.
[0023]
 Of the present inventionSixth aspectIs digital data demodulated using a coherent light demodulation method selected by a pseudo-random number for each bit.Fourth aspectOrFifth aspectThe optical receiving apparatus is capable of enhancing confidentiality during communication.
[0024]
 Of the present inventionSeventh aspectIsFirst aspectAn optical transmission device,Fourth aspectLong-distance, high-speed communication because it is less susceptible to noise from the outside during communication because it transmits and receives signals with information on the light intensity. And has an effect of high affinity with a conventional optical communication system.
[0025]
 Of the present inventionEighth aspectIncludes a transmission pseudo-random number generation unit that generates a first pseudo-random number based on a predetermined initial value for transmission, a modulation scheme designating unit that selects an intensity modulation scheme based on the first pseudo-random number, and the first A bit inversion unit that outputs inverted data that is data obtained by performing bit inversion for each bit of transmission data based on a pseudorandom number of 1, and modulation data that is data obtained by modulating the inverted data by a selected intensity modulation method. An optical transmitter including a laser modulation driver for outputting, a laser diode for outputting the modulated data as coherent light, and a second pseudorandom number that is the same as the first pseudorandom number by a predetermined initial value for reception Based on the second pseudo-random number, a pseudo-random number generator for reception that measures the intensity of coherent light, converts it into an electrical signal, and the second pseudo-random number. A light comprising: a decision circuit that selects a demodulating method of a gentle light, and converts the electrical signal into digital data; and a bit inversion unit that outputs data obtained by performing bit inversion of the digital data based on the second pseudorandom number This is an optical communication device having a receiving device, and has the effect of enhancing the secrecy during communication.
[0026]
 Of the present inventionNinth aspectThe modulated data is data modulated using the intensity modulation method selected by the first pseudo random number for each bit, and the digital data is coherent selected by the second pseudo random number for each bit. Data demodulated using optical demodulation methodEighth aspectThis is an optical communication device as described, and has the effect of enhancing the confidentiality during communication.
[0027]
 Of the present inventionTenth aspectGenerates pseudo-random numbers with predetermined initial values, outputs inverted data that is bit-inverted for each bit of transmission data based on the pseudo-random numbers, and intensity modulation scheme based on the pseudo-random numbers And outputting modulation data that is data obtained by modulating the inverted data by the selected intensity modulation method, and outputting the modulation data as coherent light. Because it is difficult to be affected by noise received from the outside during communication, it is possible to perform long-distance and high-speed communication, and has high compatibility with conventional optical communication systems. .
[0028]
 Of the present inventionEleventh aspectGenerates a pseudo-random number with a predetermined initial value, measures the intensity of coherent light, converts it to an electrical signal, selects a demodulation method for the coherent light based on the pseudo-random number, and converts the electrical signal to digital This is an optical reception method for outputting received data, which is data obtained by converting the data into bits and performing bit inversion of the digital data based on the pseudo-random numbers, and for receiving a signal with information on the light intensity. Since it is difficult to be affected by noise from the outside during communication, long distance and high speed communication is possible, and the compatibility with the conventional optical communication system is high.
[0029]
 Of the present invention12th aspectIsTenth aspectOptical transmission method,Eleventh aspectLong-distance, high-speed communication because it is less susceptible to noise from the outside during communication because it transmits and receives signals with information on the light intensity. And has an effect of high affinity with a conventional optical communication system.
[0030]
 Of the present invention13th aspectA pseudo-random number generation unit that generates a pseudo-random number with a predetermined initial value, an encoding modulation scheme designating unit that selects an encoding method and an intensity modulation scheme based on the pseudo-random number, and the selected encoding Light including an encoded laser driving unit that encodes transmission data by a method and an intensity modulation method and outputs encoded modulated data that is modulated data, and a laser diode that outputs coherent light corresponding to the encoded modulated data Because it is a transmitter and transmits information with the light intensity, it is less susceptible to noise from the outside during communication, enabling long-distance and high-speed communication, and a conventional optical communication system. Furthermore, it has the effect that highly reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping by encoding transmission data. That.
[0031]
 Of the present invention14th aspectFurther includes a bit inversion unit that outputs inverted data, which is data obtained by performing bit inversion for each bit of transmission data based on a pseudo-random number, and the encoding laser driving unit includes the selected encoding method and intensity modulation method. To encode the inverted data and output encoded modulated data that is modulated data13th aspectIt is possible to realize highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping by strengthening confidentiality during communication and further encoding transmission data. It has the action.
[0032]
 Of the present invention15th aspectThe encoded modulation data is data that is encoded and modulated using an encoding method and an intensity modulation method selected by a pseudo-random number for each bit.13th aspectOr14th aspectIt is possible to realize highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping by strengthening confidentiality during communication and further encoding transmission data. It has the action.
[0033]
 Of the present invention16th aspectIncludes a pseudo-random number generator that generates pseudo-random numbers based on predetermined initial values, a photodetector that measures the intensity of coherent light and converts it into an electrical signal, and a demodulation method and decoding of the coherent light based on the pseudo-random numbers. And a decoding determination circuit that converts the electrical signal into digital data, and receives a signal with information on the intensity of light, and receives it from the outside during communication Since it is less susceptible to noise, long-distance and high-speed communication is possible, high compatibility with conventional optical communication systems, and the risk of eavesdropping is increased by encoding transmission data. And has an effect that highly reliable communication can be realized.
[0034]
 Of the present inventionSeventeenth aspectFurther includes a bit inversion unit for outputting data obtained by bit inversion of the digital data based on the pseudo random number.16th aspectIt is possible to realize highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping by strengthening confidentiality during communication and further encoding transmission data. It has the action.
[0035]
 Of the present invention18th aspectIs digital data demodulated and decoded using a coherent light demodulation method and decoding method selected by a pseudo-random number for each bit.16th aspectOrSeventeenth aspectIt is possible to realize highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping by strengthening confidentiality during communication and further encoding transmission data. It has the action.
[0036]
 Of the present invention19th aspectIs13th aspectAn optical transmission device,16th aspectLong-distance, high-speed communication because it receives signals with information on the light intensity and is less susceptible to noise from the outside during communication. High compatibility with conventional optical communication systems, and by encoding transmission data, reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping. Has an effect.
[0037]
 Of the present invention20th aspectIncludes a transmission pseudo-random number generation unit that generates a first pseudo-random number based on a predetermined initial value for transmission, and an encoding modulation system that selects an intensity modulation method and an encoding method based on the first pseudo-random number. The designation unit, a bit inversion unit that outputs inverted data that is data obtained by performing bit inversion for each bit of transmission data based on the first pseudorandom number, the selected encoding method, and the intensity modulation method An optical transmission device including an encoded laser modulation driver that encodes inverted data and outputs encoded modulated data that is modulated data, and a laser diode that outputs the encoded modulated data as coherent light; A reception pseudo-random number generator for generating a second pseudo-random number identical to the first pseudo-random number by the initial value for reception, and measuring the intensity of coherent light, A photo detector for conversion, a demodulation determination circuit for selecting the coherent light demodulation method and a decoding method based on the second pseudo-random number, and converting the electric signal into digital data; and a second pseudo-random number based on the second pseudo-random number. The optical communication device includes an optical receiving device including a bit inverting unit that outputs data obtained by performing bit inversion of digital data, and enhances confidentiality during communication and further encodes transmission data. Thus, there is an effect that highly reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping.
[0038]
 Of the present invention21st aspectThe coded modulation data is data modulated using the coding method and intensity modulation method selected by the first pseudo random number for each bit, and the digital data is the second pseudo data for each bit. This is data that has been demodulated and decoded using a coherent light demodulation method and decoding method selected by random numbers20th aspectIt is an optical communication device as described, which enhances confidentiality at the time of communication and further realizes highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping by encoding transmission data. Has the effect of being able to.
[0039]
 Of the present invention22nd aspectIn the invention described in the above, a pseudo random number is generated with a predetermined initial value, and inverted data that is data obtained by performing bit inversion for each bit of transmission data based on the pseudo random number is output, and based on the pseudo random number The encoding method and the intensity modulation method are selected, the inverted data is encoded by the selected encoding method and the intensity modulation method, and the encoded modulation data which is the modulated data is output. This is an optical transmission method that outputs as coherent light, enhances confidentiality during communication, and encodes transmission data to achieve highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping It has the effect of being able to.
[0040]
 Of the present invention23rd aspectGenerates a pseudo-random number with a predetermined initial value, measures the intensity of coherent light, converts it to an electrical signal, selects a demodulation method and a decoding method of the coherent light based on the pseudo-random number, This is an optical reception method that converts electrical signals into digital data and outputs reception data that is data obtained by bit inversion of the digital data based on the pseudo-random numbers. Because it is less susceptible to noise from the outside world during communication, long-distance and high-speed communication is possible, high compatibility with conventional optical communication systems, and transmission data encoding By doing so, it is possible to realize highly reliable communication without increasing the risk of eavesdropping.
[0041]
 Of the present invention24th aspectIs22nd aspectOptical transmission method,23rd aspectLong-distance, high-speed communication because it receives signals with information on the light intensity and is less susceptible to noise from the outside during communication. High compatibility with conventional optical communication systems, and by encoding transmission data, reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping. Has an effect.
[0042]
Less thanEmbodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0043]
(Embodiment 1)
 FIG. 1 is a block diagram illustrating an optical transmission device and an optical reception device according to the first embodiment. In FIG. 1, an optical communication path 101 is a communication path such as an optical fiber, and a laser modulation driving unit 102 is a designated modulation method.InAccordingly, the light intensity is calculated and the laser diode 103 is driven. The laser diode 103 outputs coherent light having different intensities, and the photodetector 104 directly detects the received light. The determination circuit 105 demodulates the current output from the photodetector 104.
[0044]
 Further, the pseudo random number generator for transmission 106 and the similar random number generator for reception 107 output the same bit string by inputting the common initial key Ks, and the modulation scheme designating unit 108 is predetermined. The modulation scheme corresponding to the bit string output from the pseudo random number generation unit 106 is selected from the M modulation schemes. The transmission bit inversion unit 109 outputs the 1 output from the transmission pseudo random number generation unit 106. Only when the bit data is “1”, the transmission data is bit-inverted, and the reception bit inversion unit 110 is configured such that the 1-bit data output from the reception pseudo-random number generation unit 107 is “1”. Only transmission data is bit-inverted.
[0045]
 The optical transmission device includes a transmission pseudo-random number generation unit 106, a modulation scheme designation unit 108, a transmission bit inversion unit 109, a laser modulation driving unit 102, and a laser diode 103. The optical reception device is a photodetector 104. , A determination circuit 105, a reception pseudo-random number generation unit 107, and a reception bit inversion unit 110.
[0046]
 Hereinafter, the optical transmission apparatus according to the above embodiment will be described with reference to FIG. First, an initial key is shared between the transmission side and the reception side, and M (M is a natural number) intensity modulation / demodulation methods are determined in advance. Next, in S201, the transmission pseudo-random number generator 106 outputs a bit string for selecting a modulation method based on the input initial key Ks. The pseudo-random numbers may be based on mechanisms described in, for example, Tatsuaki Okamoto and Hiroshi Yamamoto “Modern Crypto” (Industry Books, Publication 1997, p45-p63).
[0047]
 Next, in S 202, the modulation scheme designating unit 108 selects a modulation scheme corresponding to the bit string output from the transmission pseudorandom number generation unit 106 from among M types of predetermined modulation schemes. Next, in S203, if the 1-bit data output from the transmission pseudo-random number generation unit 106 is “1”, the transmission bit inversion designation unit 109 performs bit inversion on the transmission data. Here, the selection of the modulation method and the designation of the presence or absence of bit inversion are performed for each bit of transmission data. Therefore, for each bit of transmission data, the transmission pseudo-random number generator 106 generates a C (logM) + 1-bit pseudo-random number, of which C (logM) bits are designated as a modulation scheme.PartThe remaining one bit is output to the transmission bit inversion designating unit 109.
[0048]
 Here, the exponent of the logarithmic function is 2. For example, C (4) = 2 bits are required to describe four types of modulation schemes, but C (( .. 5) = 2 + 1 = 3 bits are required.
[0049]
 Next, in S204, the laser modulation driving unit 102 calculates the intensity of the light transmitted from the transmission data output from the bit inversion designating unit 109 using the modulation method designated by the modulation method designating unit 108, and the laser. The diode 103 is driven. In step S 205, the laser diode 103 outputs transmission data to the optical communication path 101 based on the light intensity calculated by the laser modulation driving unit 102. In the present embodiment, the intensity modulation method is used. However, the same result can be obtained even when the coherent light having an arbitrary intensity is output by the external modulation method.
[0050]
 Hereinafter, the modulation method will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the light output from the laser diode 103 is coherent light having different intensities. The coherent light is an ideal approximation of the light output from the laser diode 103, and can be described as (Equation 3) using the addition infinite number of orthogonal bases (several states) | n> in the Hilbert space. .
[0051]
[Equation 3]

... (Formula 3)
Here, α is called a multiple cord amplitude and is generally expressed as a complex number. However, in the present embodiment, since intensity modulation is considered, it may be assumed to be a real number.
[0052]
In addition, FIG. 3 shows the M coherent states (Equation 4) used in communication in a straight line in the order of the complex amplitude.UpAre arranged. In order to simplify the following description, it is assumed that M is an even number.
[0053]
[Expression 4]

.... (Formula 4)
[0054]
 These coherent states are assumed to be arranged at equal intervals on a solid line. In the modulation method i (i = 1,..., M), the bit information of “0” and “1” is sent.₁> To | α_{M / 2}> Corresponds to “0” and | α_{M / 2 + 1}> To | α_M> Corresponds to “1”, and the first modulation scheme is | α₁> Indicates “0” and | α_{M / 2 + 1}> Indicates “1”, and the second modulation scheme is | α₂> Indicates “0” and α_{M / 2 + 2}> Indicates “1”.
[0055]
 The optical transmission device can be configured by omitting the transmission bit inversion unit 109. In this embodiment, the modulation scheme is changed for each bit, but the modulation scheme can be changed for each arbitrary bit.
[0056]
 Next, the optical receiver will be described with reference to FIG. First, in step S 401, the light output from the laser diode 103 is received by the photodetector 104 through the optical fiber 108. Next, in S402, the photodetector 104 changes the intensity of the received light into a current and outputs it. In step S 403, the determination circuit 105 demodulates the current output from the photodetector 104 and outputs received data.
[0057]
 Here, the determination circuit 105 obtains the modulation scheme performed by the modulation scheme designation unit 108 of the transmission apparatus from the pseudo random number bit string generated from the reception pseudorandom number generation unit 107, and the threshold corresponding to the obtained modulation scheme. Is demodulated by a direct detection method that performs threshold processing. Next, in S 404, as in the case of the transmission bit reversal unit 109, the reception bit inversion unit 110 determines that the bit output from the reception pseudorandom number generation unit 107 is “1”. The bit of the output data is inverted and output as received data.
[0058]
 Note that the optical receiving apparatus may be configured by omitting the receiving bit inverting unit 110. However, in this case, the signal allocation is | α when i is an even number._i> Indicates “0” and | α_{M / 2 + i}> Represents “1”, and when i is an odd number, | α_i> Indicates “1” and | α_{M / 2 + i}"0" may be represented by>. In this embodiment, the demodulation method is changed for each bit, but the demodulation method can be changed for each arbitrary bit.
[0059]
 Next, the security of the present invention will be verified using the error rate of a legitimate recipient and an eavesdropper. In the following, a signal that is laser-modulated by the laser modulation driver 102 is described in (Equation 5).
[0060]
[Equation 5]

... (Formula 5)
[0061]
Where X_iIs a signal when the bit is not inverted, and Y_iIs a signal for bit inversion. When the number of modulation is M, it can be described as (Equation 6).
[0062]
[Formula 6]

.... (Formula 6)
[0063]
First, two modulation schemes (X_i, Y_i), The state that the eavesdropper observes as “0” and the state observed as “1”.
State ρ₁Is exactly the same as in (Equation 7).
[0064]
[Expression 7]

.... (Formula 7)
[0065]
For this reason, since the eavesdropper cannot distinguish between “0” and “1”, the eavesdropper cannot directly access the transmission data information. However, an eavesdropper can try to know the quantum state information used for data transmission. There is also the possibility of eavesdropping using this result. In such a case, the eavesdropper will identify 2M states corresponding to the number of modulations with the bit inverted, and it is necessary to distinguish adjacent signals. It is known that the error probability at this time is given by (Equation 8). This is because of M.M. A. Nielsen, I.M. L. Chuang, “Quantum Computation and Quantum Information”, Cambridge University Press 2000, pp. It can be calculated by referring to the description of 90-93.
[0066]
[Equation 8]

.... (Formula 8)
[0067]
However, since it is difficult to directly solve the minimization problem of (Equation 8), the upper and lower bounds are evaluated in this embodiment. First, the lower bound is the adjacent signal {| α_i>, | Α_{i + 1}> Is given by the minimum error probability (Equation 9).
[0068]
[Equation 9]

                                                            .... (Formula 9)
[0069]
  The upper bound is obtained by applying the Squareroot measurement to 2M pure states. This is because K.K. Kato, M .; Osaki, M .; Sasaki, O .; Hirota, “Quantum detection and mutual information for QAM and PSK signals”, IEEE Transactionson Communications, vol. 47, no. 2, pp. It can be calculated by referring to 248-254, 1999. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the error probability and the number of modulation methods 2M in this case. The symbol α in the graph_maxIs the maximum value of the signal energy, α_MIt corresponds to. From this graph, the maximum signal energy α_maxBy adjusting 2M modulation methods including bit inversion, the error probability of the eavesdropper can be made close to 1.
[0070]
  This is because if the width of the emission intensity in the coherent state is fixed and the number of modulation methods is increased by 2M, the interval between adjacent signals is narrowed, and it becomes difficult for an eavesdropper to distinguish between adjacent signals. The error probability of the eavesdropper approaches one.
In contrast, the error probability of a legitimate recipient is given by (Equation 10).
[0071]
[Expression 10]

                                                          .... (Formula 10)
[0072]
  This is a value determined without depending on the number of modulation methods 2M including bit inversion, and can be a value close to zero. This is also true because legitimate recipients know whether bit reversal is present or not._i>, | Α_{M / 2 + i}It is only necessary to distinguish>}. Even if the interval between adjacent signals is reduced by increasing the number of modulation methods 2M when the width of the emission intensity in the coherent state is fixed, {α_i>, | Α_{M / 2 + i}Since the interval of>} is constant, the error probability of a normal receiver can take a value close to 0 without depending on the number of modulation methods 2M including bit inversion.
[0073]
  That is, according to such a configuration, the transmission data is modulated by intensity modulation of coherent light, the reception data is demodulated by direct detection, and the modulation method is changed and inverted for each bit, whereby existing optical communication is performed. It is possible to provide an optical transmission device and an optical reception device that have high compatibility with the system and are guaranteed to be concealed based on quantum detection theory.
[0074]
  Further, in the optical transmission device and the optical reception device according to the present embodiment, information is transmitted / received by the intensity of light, and noise during transmission from the conventional optical transmission device and optical reception device that transmits / receives information by the phase of light. Therefore, long distance and high speed communication can be realized.
[0075]
  (Embodiment 2)
  FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the optical transmission device and the optical reception device according to the second embodiment, and an error correction coding function is added to the optical transmission device and the optical reception device according to the first embodiment. Is.
[0076]
  The encoding modulation scheme designating unit 701 designates an encoding method and a modulation scheme using pseudorandom numbers, and the encoding laser modulation driving unit 702 encodes transmission data using an encoding method designated by pseudorandom numbers. And decoding the transmission data encoded by the modulation method designated by the pseudo random number, and the decoding determination circuit 703 demodulates the reception data by the demodulation method designated by the same pseudo random number as the optical transmission device, Received data demodulated by a decoding method designated by the same pseudo-random number is decoded.
[0077]
  Note that the operation of the other components in FIG. 6 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted here.
[0078]
  First, the optical transmission device will be described. The encoding modulation scheme designating unit 701 performs (for the transmission data “0” and “1” (formulaAs in 11), an encoding method for associating a plurality of intensities is designated.
[0079]
## EQU11 ##

                                                            ... (Formula 11)
[0080]
  On the other hand, in the first embodiment, the modulation scheme designating unit 108 associates one light intensity with “0” and “1”. In the second embodiment, it can be seen that 1-bit data is sent by properly using three sets of error correction codes (001, 110), (010, 101), and (100, 011). That is, (formula11) X_{i, 1}Corresponds to (001, 110) and X_{i, 2}Corresponds to (010, 101) and X_{i, 3}Corresponds to (100, 011).
[0081]
  First, the encoding modulation scheme designation unit 701 uses the random number sequence output from the transmission random number generation unit 106 to (formulaDesignate one of the 3M encoding methods and modulation methods described in 11).
[0082]
  Next, the encoding laser modulation driving unit 702 includes an encoding method and a modulation method X according to the specification from the encoding modulation method specifying unit 701._{i, j}(I = 1,..., M, j = 1, 2
3), the laser diode 103 is driven in accordance with the bit data output from the transmission bit inverting unit 109, thereby encoding and modulating the transmission data.
[0083]
  For example, an encoding method and a modulation method X are set by the encoding modulation method designation unit 701._{i, 1}
Is specified, and the bit data “0” is output from the transmission bit inversion unit 109, the encoded laser modulation driving unit 702 drives the laser diode 103, and | α_(i)> | Α_(i)> | Α_{(M + i)}The three light states> are generated sequentially in time series.
[0084]
  Next, the optical receiver will be described. First, the decoding determination circuit 703 uses the pseudo-random number output from the reception pseudo-random number generator 107 for the received data received by the photodetector 104, and performs a decoding method and demodulation corresponding to the encoding method and modulation method on the transmission side. A method is obtained and demodulation and decoding of received data are performed.
[0085]
  For example, encoding and modulation scheme X_{i, 1}When bit data is sent by
In the decoding determination circuit 703, the three received states are | α_(i)> Or | α_{(M + i)}> And whether the bit data is “0” or “1” is determined based on the result. At this time, Miyagawa, Iwadare, Imai "Theory of Coding", IEICE, 1973, p. As described in FIG. 19, if the principle of error correction is used, even if one of the three states is erroneously determined, the final determination of bit data is not wrong.
[0086]
  In addition, although a present Example is based on three sets of encoding methods of the code length 3 of (001,110), (010,101), (100,011), it uses other encoding methods. Also good. A similar apparatus can be realized by using an arbitrary set of L sets of code length N (N is a natural number of 2 or more, L is a natural number of 1 or more).
[0087]
  Further, by switching the encoding method to be used for each transmission bit with a pseudo-random number, highly reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping.
[0088]
  That is, according to the configuration of the second embodiment, using the principle of error correction, transmission data is encoded and modulated by intensity modulation of coherent light, and reception data is demodulated and decoded by direct detection. Provided is an optical transmission device and an optical reception device that have high compatibility with an existing optical communication system and that guarantees secrecy based on quantum detection theory by changing and inverting the modulation method for each bit. It is possible.
[0089]
  Furthermore, highly reliable communication can be realized without increasing the risk of eavesdropping by switching the error correction code to be used according to a pseudo random number for each transmission bit.
[0090]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, transmission data is modulated by intensity modulation of coherent light, reception data is demodulated immediately after detection, and further, a modulation method is changed and inverted for each bit, With this configuration, it is possible to provide an optical transmission device and an optical reception device that have high affinity with a conventional optical communication system and can perform long-distance and high-speed communication. Further, the optical transmission device and the optical reception device of the present invention are guaranteed to be concealed based on the quantum detection theory, and it is easy to construct a theory for ensuring safety.
[0091]
  Furthermore, by using the principle of error correction, it is possible to realize communication in which transmission errors are hardly generated even in a noisy communication path and confidentiality is guaranteed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical transmission device and an optical reception device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an optical transmission method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a modulation scheme according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a flowchart showing an optical reception method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an error rate and the number of modulation schemes according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical transmission device and an optical reception device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical transmitter and optical receiver.
[Explanation of symbols]
101 optical communication path
102 laser modulation driver
103 laser diode
104 photodetector
105 judgment circuit
106 pseudo random number generator for transmission
107 pseudorandom number generator for reception
108 modulation system designation part
109 Transmission bit inversion unit
110 Reception bit inversion unit
701: Coded modulation scheme designation section
702 Encoded laser modulation driver
703 Decoding determination circuit

Claims

A pseudo-random number generator that generates a pseudo-random number with a predetermined initial value; a modulation scheme designator that selects an intensity modulation scheme based on the pseudo-random number;
For each bit of transmission data based on the pseudo-random number, when the transmission data of the bit is of a predetermined type, the inverted data that is the bit-inverted data is output, and the transmission data of the bit is If it is not a predetermined type, a bit inversion unit that outputs data without performing bit inversion, and
A laser modulation driving unit that outputs modulation data that is data obtained by modulating the data output from the bit inversion unit according to the selected intensity modulation method;
Look including a laser diode for outputting the modulated data as a coherent light,
Each of the intensity modulation schemes is a set of two coherent states located at a predetermined distance when the complex amplitudes of coherent states used in communication are arranged on a solid line in order of magnitude.
Optical transmitter.

The optical transmitter according to claim 1 , wherein the complex amplitudes in the coherent state are arranged at equal intervals on a solid line.

The optical transmission device according to claim 2 , wherein the predetermined distance is a constant distance.

The modulation scheme designating unit further selects an encoding method based on the pseudo-random number, and the laser modulation driving unit encodes transmission data by the selected encoding method, and the encoded transmission data is The optical transmission device according to claim 1, wherein the modulation data is obtained by performing modulation using a selected intensity modulation method.

In an optical transmission / reception system having an optical transmission device and an optical reception device,
  The optical transmitter is
  A pseudo-random number generator for generating a pseudo-random number with a predetermined initial value; a modulation scheme designating section for selecting an intensity modulation scheme based on the pseudo-random number;
  For each bit of transmission data based on the pseudo-random number, if the transmission data of the bit is of a predetermined type, output inverted data that is data that has undergone bit inversion,
When the transmission data of the bit is not a predetermined type, a bit inversion unit that outputs data without performing bit inversion, and
  A laser modulation driving unit that outputs modulation data that is data obtained by modulating the data output from the bit inversion unit according to the selected intensity modulation method;
A laser diode that outputs the modulated data as coherent light;
Including
  Each of the intensity modulation schemes is a set of two coherent states located at a predetermined distance when the complex amplitudes of coherent states used in communication are arranged on a solid line in order of magnitude,
  The optical receiver is
A pseudo-random number generator for generating pseudo-random numbers with a predetermined initial value; a photodetector for measuring the intensity of coherent light and converting it into an electrical signal; and a demodulation method for the coherent light based on the pseudo-random number. A determination circuit for converting the electrical signal into digital data;
Optical transmission / reception system having.

Selecting an intensity modulation scheme by a modulation scheme designation unit based on a pseudo-random number generated with a predetermined initial value;
For each bit of transmission data based on a pseudo-random number generated with a predetermined initial value, when the transmission data of the bit is of a predetermined type, output inverted data that is bit-inverted data is output. A bit inversion step for outputting data without performing bit inversion when the transmission data of the bit is not a predetermined type;
Outputting modulated data, which is data obtained by modulating the data output in the bit inversion step by the selected intensity modulation method, by a laser modulation driving unit;
And outputting the modulated data as a coherent light by a laser diode seen including,
Each of the intensity modulation schemes is a set of two coherent states located at a predetermined distance when the complex amplitudes of coherent states used in communication are arranged on a solid line in order of magnitude.
Optical transmission method.