AT393339B - Vorrichtung zur verschleierten uebertragung analoger signale - Google Patents

Description

AT 393 339 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur verschleierten Übertragung analoger Signale in Übertragungssystemen mit mindestens einem drahtlos erreichbaren Teilnehmerendgerät, in dem ein Codegeber zur Erzeugung eines aus Zufallszahlen abgeleiteten Codes und eine Verschleierungsschaltung zur codierten Frequenzbandvertauschung der zu sendenden Signale enthalten ist und deren Codegeber mit einem Pilottonsender zur Übertragung des Codes an eine ebenfalls eine Verschleierungsschaltung enthaltende Basisstation verbunden ist, die nur für autorisiertes Personal zugänglich ist und in der ein Pilottonempfänger zur Auswertung und Bereitstellung des Codes und eine Verschleierungsschaltung zur Entschleierung dm* empfangenen Signale vorhanden ist

Das Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung ist in der EP 136 681 beschrieben. Ein Abhörschutz ist dadurch gegeben, daß die Teünehmerendgeräte den Übertragungscode erzeugen, ihn jedoch nicht auswerten können. In den Basisstationen wird der Code zwar ausgewertet, sie sind jedoch nicht frei zugänglich. Somit kann ein Teilnehmerendgerät nicht zur Entschlüsselung von Signalen verwendet werden, die für ein anderes Teilnehmerendgerät bestimmt sind. Die zur Frequenzbandvertauschung verwendeten Filter und Modulatoren vermindern aber den Signal-Rauschabstand und an ihre Frequenzkonstanz sind hohe Anforderungen zu stellen. Die Herstellungstoleranz der Bauteile vermindert die Qualität der Signale nach zweifach» Ver- und Entschleierung, wenn sie vom zweiten Teilnehmerendgerät empfangen werden. Überdies kann bei Sprachübertragung die Frequenzbandvertauschung zu einem Übersteuern des Funkkanals führen, da das Erequenzspektrum keine gleichmäßige Amplitude auf weist und im Funkteil die Höhen angehoben werden.

Die EP 65 636 beschreibt ein Verfahren, Signale auf digitale Weise zu verschlüsseln. Es wird eine Verschleierungsschaltung mit Frequenzbandvertauschung beschrieben, nicht ein gesamtes Mobilfunksystem mit Teilnehmerendgerät und Basisstation. Die Auftrennung des Signals in einzelne Frequenzbänder erfolgt dabei durch eine Änderung der Abtastrate in Wellendigjtalfiltem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wiedergabequalität eines verschleiert übertragenen Signals zu verbessern.

Dies wird gemäß Patentanspruch 1 dadurch erreicht, daß der Pilottonsender ständig in Betrieb ist und die von der Basisstation an das Teilnehmerendgerät gesendeten Signale mit demselben Code verschleiert sind, der im Pilotton enthalten ist, daß mit den Signaleingängen der Verschleierungsschaltung des Teilnehmerendgerätes und den Signaleingängen der Verschleierungsschaltung der Basisstation je ein die Signale digitalisierender Analog/Digital-Wandler verbunden ist, an dessen Digitalausgang ein digitaler Signalprozessor angeschlossen ist, der die höheren Frequenzen der Signale anhebt, der im Teilnehmerendgerät den Codegeber und den Pilottonsender und in der Basisstation den Pilottonempfänger enthält, der die Frequenzbänd» der Signale nach dem Code vertauscht und die höheren Frequenzen der Signale absenkt und dessen Ausgang mit dem Digitaleingang des Analog/Digital-Wandlers verbunden ist, dessen Analogausgang ein Signalausgang der Verschleierungsschaltungen ist.

Die digitale Signalverarbeitung in der Verschleierungsschaltung verhindert eine Qualitätseinbuße durch Bauteiltoleranzen bei der Frequenzbandvertauschung von Sprachsignalen. Die Worte bleiben auch dann gut v»ständlich, wenn sie von beiden Teilnehmerendgeräten v»schlei»t werden. Die Verschleierung ist jed»zeit ein-od» ausschaltbar, da d» Code ständig zwischen Teilnehmerendgerät und Barisstation ausgetauscht wird. Vor der Vertauschung werden die Höhen angehoben und nach d» Vertauschung wieder abgesenkt. Das erleichtert einen nachträglichen Einbau und verhindert ein Übersteuern durch die Höhenanhebung im anschließend»! Funkteil und erschwert das Abhören des verschleierten Signals, da nicht mehr aufgrund d» Amplitudenverteilung auf die richtige Anordnung der Frequenzbänder geschlossen w»den kann. Die Anzahl der Signaleingänge und Signalausgänge der Verschleierungsschaltung ist entsprechend dem Verfahren d» Zwei-Draht- oder Vier-Draht-Übertragung zu wählen. Durch die Verwendung integrierter Schaltungen d» Digitaltechnik ist die V»schleierungsschaltung klein und leicht aufgebaut. D» Ausgabewert des Codegeb»s ist in Abständen von weniger als fünf Sekunden zufällig und gleichverteilt geändert, um das Decodieren mit Hilfe einer Frequenzanalyse weiter zu erschweren.

Es wird kein eigenes SignaMerungsverfahren benötigt, da der Pilottonsender auf die Mittenfrequenz einer Bandlücke im Bereich des Audio-Frequenzbandes eingestellt und das Audio-Frequenzband um die Breite der Bandlücke zu höheren Frequenzen erweitert ist. Dadurch erfolgt die Verschleierung der Signalübertragung unabhängig von der vermitüungstechnischen Signalisierung und die Qualität des Audiosignals wird nicht beeinträchtigt Der Verbindungsaufbau bedarf keiner Modifikation. Ein Umschalten auf eine andere Basisstation oder einen anderen Sprachkanal bei aufrecht» Verbindung zwischen den Teilnehmerendgeräten beeinflußt daher die V»schlei»ung nicht

Um den nachträglichen Einbau besonders bei einem Mobiltelefon bestehend aus Mobilteil und daran ansteckbarem Bedienhörer oder ansteckbarer Datenübertragungseinrichtung zu erleichtern, ist die Verschleierungsschaltung in einer Signalverschleierungseinheit enthalten, die über eine Schnittstelle im Signalweg an das Teilnehmerendgerät anschließbar ist, an der ein Kippschalter und eine Funktionskontrollanzeige vorhanden ist und/oder eine Fernbedienung zur Betätigung der Verschleierung steckbar verbunden ist. Im Falle eines Defektes wird die Signalverschleierungseinheit abgesteckt, der Bedi»ihörer direkt am Mobilteil wieder angesteckt und die Fuktionstüchtigkeit des Mobiltelefons bleibt »halten. Mit der Fernbedienung ist es möglich, die Signalverschleierungseinheit gemeinsam mit dem Mobilteil auch im Kofferraum eines Fahrzeuges -2-

AT 393 339 B unterzubrmgen.

Zur einfachen Bedienung ist bei einem Mobiltelefon eine Signalverschleierungstaste an einem Bedienhörer des Teilnehmerendgeiätes vorhanden und der Betrieb der Verschleierung an einem Anzeigefeld des Bedienhörers dargestellt Die Betätigung der Signalverschleierung während eines Gespräches oder einer Datenübertragung ist so mit geringstem Aufwand möglich und die Störung der Konzentration, beispielsweise eines Autofahrers, wird gering gehalten.

Ist eine Basisstation mit digitaler Signalverarbeitung mit einer Digitalvermittlung verbunden und zur digitalen Weiterleitung der empfangenen und entschleierten Signale der Ausgang des Signalprozessors direkt mit dem Ausgang der Verschleierungsschaltung verbunden, wird ein Umsetzvorgang von digitalen zu analogen Signalen eingespart Durch Digitalisierung mit Pulscodemodulation können die Sprach· oder Datensignale direkt an eine ISDN-Vermittlungsstelle weitergeleitet werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des funktionalen Aufbaues des Ausführungsbeispieles und Fig. 2 ein Blockschaltbild der Verschleierungsschaltung.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Mobiltelefonsystems. Dabei werden sowohl Sprach· wie auch Datensignale von mobilen Teilnehmerendgeräten (TEG) über Funk an Basisstationen (BS) übermittelt Der gerufene Teilnehmer kann sowohl über ein mobües Teilnehmerendgerät (TEG) als auch über ein über Telefonoder Datenvermittlung erreichbares stationäres Gerät verfügen. In einer Verschleierungsschaltung (VS) werden die Signale durch codierte Frequenzbandvertauschung von vier Teilbändem verschleiert Da sich etwa 40 % der Energie der menschlichen Sprache im Bereich von 400 - 800 Hz befindet, wird die spektrale Energieverteilung in einem Vorverzerrer (VV) mit 0 dB bei 1000 Hz und 6 dB/Oktave verändert Ein Frequenzbandvertauscher (FBT) vertauscht die vier Bänder nach einem von einem Codegeber (CG) aus Zufallszahlen abgeleiteten Code. Da durch die Vorverzerrung die charakteristische Verteilung der Energie der menschlichen Sprache unterdrückt wird, läßt auch eine Spektralanalyse des verschleierten Signals keine Rückschlüsse auf den verwendeten Code zu. Ein Entzerrer (EZ) senkt die Höhen des verschleierten Signales ab, das nun an die Basisstation (BS) gesendet wird. Im Teilnehmerendgerät (TEG) wird der Code von einem Pilottonsender (PS) nach Aktivierung der Verschleierungsschaltung (VS) in eine Bandlücke des Audio-Frequenzbandes eingefügt Die Bandlücke beträgt etwa 200 Hz, und der obere Teil des Frequenzbandes ist um diesen Betrag zu höheren Frequenzen hin verschoben.

In der Verschleierungsschaltung (VS) der Basisstation (BS) entschlüsselt ein Pilottonempfänger (PE) den im Signal enthaltenen Code. Das verschleierte Signal wird wiederum vom Vorverzerrer (VV) verändert Im Frequenzbandvertauscher (FBT) wird die Reihenfolge der Bänder nach dem Code richtiggestellt und vom Entzerrer (EZ) wird die Energieverteilung in die ursprüngliche Form rückgewandelt. Dieses Signal wird über Vermittlungsstellen im Klartext an den gerufenen Teilnehmer weitergeleitet So dieser für seine Funkstrecke gleichfalls die Verschleierungsschaltung (VS) seines Teilnehmerendgerätes (TEG) aktiviert hat, erzeugt dessen Codegeber (CG) einen vom Teilnehmerendgerät (TEG) des rufenden Teilnehmers unabhängigen Code. Die neuerliche Verschleierung erfolgt mit dem Code dieses Teilnehmerendgerätes (TEG) auf gleiche Weise wie beim rufenden Teilnehmer.

Die Verschleierung des Rückkanals von der Basisstation (BS) zum Teilnehmer erfolgt in der Verschleierungsschaltung (VS) der Basisstation (BS) mit dem im Pilottonempfänger (PE) gespeicherten Code. Über Vorverzerrer (VV), Frequenzbandvertauscher (FBT) und Entzerrer (EZ) werden die Rücksignale ohne Pilotton an das Teilnehmerendgerät (TEG) gesendet. Da die Verschlüsselung mit demselben Code erfolgt, der vom Codegeber (CG) zur Verschlüsselung der anderen Übertragungsrichtung verwendet wird, benötigt das Teilnehmerendgerät (TEG) keinen Pilottonempfänger (PE). Die empfangenen Rücksignale werden über den Vorverzerrer (W) mit dem Code aus dem Codegeber (CG) im Frequenzbandvertauscher (FBT) entschleiert und im Entzerrer (EZ) rückgewandelt.

Da eine hohe Sprachqualität insbesondere bei zweimaliger Verschleierung zu gewährleisten ist, erfolgt die Sprachverschleierung im Teilnehmerendgerät (TEG) und der Basisstation (BS) durch digitale Signalprozessoren (DSP). Die Ein- und Ausgänge der Verschleierungsschaltungen (VS) sind mit Analog/Digital-Wandlem (A/D) bestückt. Um ein Entschlüsseln durch Abhörgeräte unmöglich zu machen, wird der Code in zufällig verteilten Intervallen von 0,8 - 4,2 sec durch den Codegeber (CG) geändert. Die Vertauschung von vier Frequenzbändern ergibt 384 mögliche Codes. Da viele dieser Kombinationen zu Signalen mit hoher Restverständlichkeit führen, werden nur 256 Codes tatsächlich verwendet. Das Aussenden des Pilottons wird in der Basisstation (BS) ständig durch Auskoppeln des Audio-Frequenzsignals überwacht Die Verschleierungsschaltung (VS) wird aktiviert, wenn ein gültiger Code vom Pilottonempfänger (PE) ermittelt wird.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Verschleierungsschaltung des Teilnehmerendgerätes. Das Zuschalten der Verschlüsselung erfolgt durch Aktivieren eines Relais (R) an den vier Ein- bzw. Ausgängen der Verschleierungsschaltung über den Signalprozessor (DSP). Bei Ausfall des Signalprozessors (DSP) fällt das Relais (R) ab und überbrückt die Verschleierungsschaltung. Das zu verschleiernde Signal liegt am Bedienhörereingang (BE) an. Über eine Niederfrequenzanpassung (NA) wird das Signal in einem Coder/Decoder-Baustein (CD) digitalisiert und pulscodemoduliert. Über einen Seriell/Parallel-Umsetzer (SP) eines anwendungsspezifischen Schaltkreises (IC) ist der Bedienhörereingang (BE) mit einem Datenbus (DB) und dem Signalprozessor (DSP) verbunden. Nach der Verschleierung wird das Signal über den Datenbus (DB), Seriell/Parallel-Umsetzer (SP), -3-

Claims (6)

1. AT393 339 B Coder/Decoder-Baustein (CD) und Niederfrequenzanpassung mit dem Sendeausgang (SA) verbunden. ln Rückrichtung durchläuft das Signal die Verschleierungsschaltung vom Sendeeingang (SE) zum Bedienhörerausgang (BA). Die Verfahrensschlitte der Vorverzerrung, Verschlüsselung und Entzerrung werden für beide Übertragungsrichtungen im Signalprozessor (DSP) vorgenommen. Die Auswahl der Ein- bzw. Ausgänge erfolgt über eine Anschlußwahlschaltung (AW), die vom Signalprozessor (DSP) gesteuert wird. Ein Taktgenerator (TG) im Schaltkreis (IC) versorgt die digitalen Bauelemente mit einem zentralen Takt Die Verschleierungsschaltung der Basisstation ist im wesentlichen gleich aufgebaut. Das Relais (R) entfällt und die Niederfrequenzanpassung (NA) ist zur galvanischen Trennung mit Übertragerschaltungen realisiert. Außerdem wird die im System vorhandene Schleifenüberwachung mit Hilfe einer Relaisschaltung aufrechterhalten. Die Verschleierungsschaltung im Teilnehmerendgerät kann als integrierte Version im Mdbilteil eingebaut sein und über den Bedienhörer betätigt werden. Das Nachrüsten wird durch eine Signalverschleierungseinheit als Zusatzgerät erleichtert Es wird in die Buchse des Bedienhörers am Mobilteil gesteckt und weist selbst eine Buchse für den Bedienhörer auf. Die Signalverschleierungseinheit enthält ein LED-Kontrollsignal und eine Betätigungstaste. Ein Fembedienungsanschluß ermöglicht auch deren Kontrolle und Betätigung bei Unterbringung im Kofferraum eines Automobils. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur verschleierten Übertragung analoger Signale in Übertragungssystemen mit mindestens einem drahtlos erreichbaren Teilnehmerendgerät, in dem ein Codegeber zur Erzeugung eines aus Zufallszahlen abgeleiteten Codes und eine Verschleierungsschaltung zur codierten Frequenzbandvertauschung der zu sendenden Signale enthalten ist und deren Codegeber mit einem Pilottonsender zur Übertragung des Codes an eine ebenfalls eine Verschleierungsschaltung enthaltende Basisstation verbunden ist, die nur für autorisiertes Personal zugänglich ist und in der ein Pilottonempfänger zur Auswertung und Bereitstellung des Codes und eine Verschleierungsschaltung zur Entschleierung der empfangenen Signale vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilottonsender (PS) ständig in Betrieb ist und die von der Basisstation (BS) an das Teilnehmerendgerät (TEG) gesendeten Signale mit demselben Code verschleiert sind, da1 im Pilotton enthalten ist, daß mit den Signaleingängen (BE, SE) der Verschleierungsschaltung (VS) des Teilnehmerendgerätes (TEG) und den Signaleingängen der Verschleierungsschaltung (VS) da* Basisstation (BS) je ein die Signale digitalisierender Analog/Digital-Wandler (A/D) verbunden ist, an dessen Digitalausgang ein digitaler Signalprozessor (DSP) angeschlossen ist, der die höheren Frequenzen der Signale anhebt, der im Teilnehmerendgerät (TEG) den Codegeber (CG) und den Pilottonsender (PS) und in da- Basisstation (BS) den Pilottonempfänger (PE) enthält, der die Frequenzbänder der Signale nach dem Code vertauscht und die höheren Frequenzen der Signale absenkt und dessen Ausgang mit dem Digitaleingang des Analog/Digital-Wandlers (A/D) verbunden ist, dessen Analogausgang ein Signalausgang der Verschleierungsschaltungen (VS) ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgabewert des Codegebers (CG) in Abständen von weniger als fünf Sekunden zufällig und gleichverteilt geändert ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilottonsender (PS) auf die Mittenfrequenz einer Bandlücke im Bereich des Audio-Frequenzbandes eingestellt und das Audio-Frequenzband um die Breite der Bandlücke zu höheren Frequenzen erweitert ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleierungsschaltung (VS) in einer Signalverschleierungseinheit enthalten ist, die über eine Schnittstelle im Signalweg an das Teilnehmerendgerät (TEG) anschließbar ist, an der ein Kippschalter und eine Funktionskontrollanzeige vorhanden ist und/oder eine Fernbedienung zur Betätigung der Verschleierung steckbar verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mobiltelefon eine Signalverschleierungstaste an einem Bedienhörer des Teilnehmerendgerätes (TEG) vorhanden ist und der Betrieb der Verschleierung an einem Anzeigefeld des Bedienhörers dargestellt ist -4- 10 AT393 339 B
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Basisstation (BS) mit digitaler Signalverarbeitung mit einer Digitalvermittlung verbunden und zur digitalen Weiterleitung der empfangenen und entschleierten Signale der Ausgang des Signalprozessors (DSP) direkt mit dem Ausgang der Verschleierungsschaltung (VS) verbunden ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-