CN1030658A - 双工模拟扰频器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种模拟倒频扰频器，它采取在主 发端扰频器103和应答扰频器107之间交换随机基 数来产生二种伪随机跳频滚码。在双工信道的一个 方向上的滚码不同于其相反方向上的滚码，而每一滚 码由周期性同步信号进行同步。

Description

本发明涉及保密通信用的双工模拟声频频段扰频器，具体涉及用于有限带宽的通信信道（例如标准的电话线路和无线电话通信电路中的）多跳倒频的扰频装置。

众所周知，个人之间在非保密通信信道上的通信经常遭到偶然的窃听或有预谋的消息拦截。常规的有线通信即电话呼叫虽然受到法律保护，但是仍然易受非法的窃听和消息拦截（尽管有些困难）。在采用无线电链路作为通信信道来传递消息时，这个问题就更加严重了。人们拥有无线电信道收信的合法装置，因而可以容易地取得无线电波上传递的消息。蜂窝式无线电电话系统，可以把技术与用户的需求很好地结合起来，从而使这种系统传送的消息便于接通。蜂窝状无线电话系统中的通信信道通常既包括无线电链路，也包括地面固定链路，这两种链路都各有相应的方式来截获消息。典型的蜂窝式无线电话用户常常认为无线电话是地面线路系统的延伸（确实也是如此），因此，截取消息不是特别容易。非常遗憾，事实并非如此。

为了保证在通信信道上传输消息的保密性，现已设计了两大类保密设施。模拟消息（例如声音），可转变为该模拟信号的数字信号表示，或者，电文可以用数字信号表示，然后利用保密或公开的密钥通过运算处理，将该数字信号置换为密码信号，再在非保密信道上传输。该消息的指定接收者可以接收该密码信号;使用保密的译码密钥译出该信号，恢复出该消息。有关这种技术的进步情况在《科学的美国人》1979年8月，Vol241.第2号146-157页上 刊登的马丁·E·海曼写的“The    Mathematics    of    Public-Key    Cryptography”（公开密钥密码学的数字理论）文章中找到。

然而，对于窄带信道而言，遗憾的是具有可接受的信号质量的保密数字密码信号要求宽的带宽，以便不失真地传输信号。第二种保密通信的方法是利用模拟信号频率倒置来得到保密的效果。这种技术可以在窄带信道内使用。模拟信号不转换为数字表示，而是在平方律混频器或平衡调制器内将模拟信号与单音频进行混频，所产生的该单音和模拟信号的下边带由滤波器来选取。于是，其中模拟信号的最低频率分量和最高频率分量就互相倒置易位。

单音频率倒置的扰频器是非常易于攻破的。窃听者只需将一个单音输入平方律检波器中并且调整该单音的频率，使其基本上与初始倒置模拟信号所用的频率相同就行。对频率倒置扰频器的改进已经采用了伪随机方式的依时间顺序的多音倒置方法。进一步的改进采用了频率倒置、时间倒置和时间段跳变相结合的方法，以使窄带扰频器更为保密（见第4，434，323号美国专利文件）。然而每种改进都增加了扰频系统的复杂性及其所需的费用，还使倒置跳变过程的同步复杂化。

因此，本发明的一个目的是提供一种模拟的有限频带的频率倒置扰频器，它根据滚码过程所产生的密钥来确定单音频率的跳变程序。

本发明的另一个目的是利用一个滚码在半边双工信道上产生一种音频跳动的模式，用第二个滚码在另半边双工信道上产生另一种音频跳动的模式。

本发明再一个目的是保护密钥的交换和保护同步避免通信信道的中断。

本发明还有一个目的就是自动产生密钥以解除用户在产生密钥方面的牵连。

因此，上述这些目的和其它目的都包含在本发明之中，这就是一个工作在声频频带通信信道上的模拟频率倒置扰频器。未经加密的第一消息依次进行频率倒置得到加密的第一消息，再传输给信道上的第二模拟频率倒置扰频器得到已加的第二消息，然后由扰频器依次进行频率再倒置。本扰频器将第一个基数号变换成第二扰频器的第二个基数号，以便产生第一代码来确定非保密的第一消息的频率倒置序列，同时，还产生第二代码来确定保密的第二消息的频率再倒置序列。此外，第一代码的同步信号由本扰频器传送，保证以第二扰频器对保密的第一消息的频率再倒置同步，而第二代码的同步信号由本扰频器接收，以使第二代码同步于第二代码同步信号。

图1是表示本发明的双工模拟扰频器连接到一个双工信道的简化方框图;

图2是采用了本发明的蜂窝式系统中基本单元的方框图;

图3是采用本发明的蜂窝式无线电话系统的用户单元的方框图;

图4是频率倒置和再倒置扰频器的方框图;

图5是本发明所用的滚码发生器的方框图;

图6是采用了本发明的倒置频率跳动的模拟扰频器的方框图;

图7是本发明所用的时钟频率发生器的方框图;

图8是采用了本发明的主发端扰频器进行基数传送的时序图;

图9是采用了本发明的主发端扰频站和应答扰频站成功地进行发送基数和接收基数交接（handshake）的时序图;

图10是采用了本发明的主发端扰频站在搜索定时器终止之后的交换时序图;

图11是采用了本发明的主发端扰频站用户请求清除方式操作的时序图;

图12是根据本发明在同步信号短时间丢失时扰频器工作的时序图;

图13是根据本发明在同步信号完全丢失以后扰频器工作的时序图;

图14是本发明所用的消息格式;

图15A～15E是本发明所用的初始化变接过程、同步化过程和编码过程的流程图;

图16是本发明所用的用户请求服务过程的流程图。

采用本发明的双工模拟扰频器可以应用到如图1所示的窄频带通信信道。一种窄带信道可能是一条标准电话线路，其中，双工信道的正向和反向部分由常规的混合电路连接。在这种应用中，来自电话装置101的话筒声音被连通到双工模拟扰频器103的输入端，按照本发明的频率倒置后，作为已加密的声音送到混合电路（图中未示出），然后再送到电话系统的平衡线对上，该平衡线对连接到公共电话交换网（PSTN），在这里进行交换再连接到平衡线对，后者以常规方式通向被叫电话装置105。本发明的第二个双工模拟扰频器107安置在PSTN和电话装置105之间。来自扰频器103的已扰频（频率倒置）的声音在扰频器107内依次再倒置，以产生清楚的声音信号送到电话装置105的听筒。在其相反方向上，来自电话装置105的话筒声音由双工模拟扰频器107扰乱后加到PSTN，由双工模拟扰频器103再倒置后加到电话装置101的听筒。

本发明的模拟扰频器也可应用于无线电话系统（如图2所示的蜂 窝式移动无线电话系统），并具有优良的性能。本发明的扰频器可安装在常规的电话用户单元的无线电话（例如单元201、203和205）内，以便在移动电话用户单元和固定站之间（当在蜂窝式移动电话交换局213和PSTN之间连接同样的扰频器时）或在移动电话用户设备和远端的电话装置之间（当远端电话装置装备了同样的扰频站时，该远端的电话装置也可以是另一移动电话用户单元）提供保密的双工通信。（移动式）无线电话通信也可在移动电话用户单元与常规固定站及控制设备（例如固定站207、209和211）之间进行。每个固定站连接到一个常规的蜂窝式移动电话交换局213，由后者来执行呼叫安排、控制以及与PSTN互连的操作。众所周知，各个蜂窝式系统被分成许多严密的无线电覆盖区域（即单元），并共同构成宽广的地理范围内的无线电覆盖。这种单元如图2所示的区域215，217和219。

例如当一个移动电话用户单元从一个地理区域行进到另一个地理区域时（例如移动电话用户单元201从区域215行进到区域217），固定站207和209的两个控制计算机和蜂窝式移动电话交换局213的控制计算机就命令固定站207与该移动电话用户单元201之间的无线信道进行过区切换，并将移动用户单元201连接到固定站209。这种切断过程通常要切断移动用户单元201和固定站207所发送的声音，而在此期间向移动用户201发送一个数字消息把它的无线电设备重新调谐到固定站209的信道上，用户单元201完成这一过程之后，就解除对它的音频通路的切断指令。若不采用本发明的扰频设备，象这种由于切断引起的中断或由于无线电通路的衰落引起的中断，会使通信出现严重的问题。

所采用的本发明的一种移动电话用户单元示于图3，一种由 Motorola公司制造的商用无线电话收发信机（例如F19ZEA8439AA型号）可以与图示中的双工模拟扰频器103相连接。这种无线电收发信机由一个收信机部分301、一个发信机部分303、一个频率合成器部分305、一个逻辑部分307和一个控制单元及手机309组成。收信机部分301经过一个双工器315连接到天线311。发信机部分也通过该双工器315与天线311相连接，双工器可以使接收信号和发送信号彼此几乎无干扰地接收和发送。通常，由收信机部分301所接收和检波的信号送到控制单元和手机部分309并通过电话听筒送给用户。同样地，来自用户的声音由手机的话筒所接受并送到发信机部分303，以此发送到固定站207。本发明的双工模拟扰频器103（也可将喇叭和外部话筒与本发明的模拟扰频器连用）安置在收信机301和控制单元309之间的声音通道上以及控制单元309和发信机部分303之间的声音通道上。该双工模拟扰频器103对于从收信机部分301送来的声音和从控制单元手机309送到发信机303的声音进行分别（独立）的处理。这种在每个方向上单独加扰和去扰的方法为双工消息提供了附加的保密性，即：在半个双工信道内的代码的破译将不易导致在另外半个双工信道内的代码的破译。

虽然已描述了本发明的扰频器在诸如有线和无线电话方面的应用，但其应用的范围并不限于此，它还可应用于通过有限带宽信道的需要进行保密的模拟通信的任何场合。

频率倒置扰频器的基本工作原理可从方框图4中得到理解。一种未加密声音信号输入到平衡混频器401的一个输入端，倒置频率信号（其频率通常高于声音信号的最高频率）由倒置发生器403产生加到平衡混频器401的第二个输入端。平衡混频器401一般由具 有平方律转移特性的器件（例如采用常规的平衡结构的二极管）所组成。该平方律器件由每边相差180°的倒频信号来控制，这样就可在平衡混频器401的输出端使倒频相消。该未加密声音信号使该平衡混频系统呈瞬时不平衡状态，于是在输出端产生一个信号，它包括在未加密声音信号输入和倒频之间的和频分量、差频分量以及倒频信号分量本身。该输出信号经过低通滤波器405滤波后除去了倒频及和频信号。这样得到的保密声音输出信号将呈现这样一种变换，即：其低频未加密声音输入信号变为高频信号，而其高频未加密声音输入信号则变为低频信号。例如，如果倒频等于3500赫兹而未加声音信号由300赫兹和2500赫兹二个频率组成，则该2500赫兹信号将被变换到1000赫兹信号，而该300赫兹信号将被倒转到3200赫兹（该非保密声音输入信号与该倒频信号之差）信号。于是，该保密输出信号可被送到具有能通过原来未加密声音信号带宽的信道并传送到收信机。

在该信道的远端，倒频解扰器采用一个平衡混频器407，该混频器407有一个是保密声音信号输入端、一个是再倒频信号的输入端。由频率发生器409产生的再倒置频率应与倒置过程中所采用的频率发生器403的频率基本上相同。与平衡混频器401相同方式工作的平衡混频器407的输出由低通滤波器411滤波后产生一个被再倒置的、已解密的声音输出（相当于输入到该扰频系统的未加密声音信号）。在信道相反方向上传送的未加密声音信号可由同样的方式进行加扰和解扰。

采用可调谐的声音振荡器提供的一个倒频来解密倒置的保密声音信号是相当容易的。因此，如果用一个或多个频率并以只有合法的收发双方才知道的固定或可变的速率来改变倒置和再倒置频率，就可实 现更高的保密性，另外，也曾建议在倒频和再倒频这两部分都存贮某种伪随机的跳频序列来控制倒频和再倒频发生器。这种方法要求在两个相隔很远的发收单元内的存贮元件同时实现同样的改变。也就是说，移动电话单元必须接入到一个基站才能使它的伪随机频率跳变型式发生正确的改变。同样地，扰频器系统的另一端也要正确地改变存储元件以使远方的无线电话单元和它的通话对方能进行保密会话。如果该远方无线电话单元希望同多方进行保密会话，则每个这样的对话方都必须使它们的伪随机码存储器按照正确的一致的方式进行修改才能进行保密消息的会话。显然，这种操作是不切实际的。

本发明通过在任何需要保密的消息出现时建立伪随机跳变码，从而避免了上述问题。此外，本发明为由主发站经半边双工信道向应答站传送的消息建立了第一伪随机码跳频序列，而为由应答站经另半边双工信道向主发站传送的消息建立了另一个（即第二）伪随机码跳频序列。

如果伪随机跳频序列短，而且这个序列本身也在非保密信道上传送，那么，这种系统的保密能力是不会高的。因此，本发明从主发端扰频站发送出一种随机发生的数字经由半个非保密双工信道传送到应答扰频站。根据所接收到的主发端扰频站的数字，应答扰频站产生另一种（即第二）随机数字并经由另外半个非保密双工信道向主发端扰频站传送第二随机数字。为了方便起见，我们把主发端扰频站产生的随机数字称为发送基数（Seed），而把应答扰频站产生的随机数字称为接收基数。主发端扰频站利用发送基数和接收基数来产生另一种二进制数字，该二进制数字将逐个比特循环，并在特定比特位置上逐个周期读出，以提供一个独特的编码数字。这种循环二进制数字通常被称之为滚码，它可以如图5所示那样被读出和进行循环。

图5示出了一种“根据发送基数和接收基数产生出的一种二进制字读出一种滚码”的装置，该二进制字起初存储在一串比特存储单元（如图5中的戽斗式器件）内。在最佳实施例中，比特存储单元D₀、D₁、和D₂在适当时间读出就得到了供某段预定时间内使用的倒频信号。在预定时段终止后，每个比特存储单元的内容被转移到下一个更高的比特存储单元，同时由D_N-1和D_N-2两存储单元的输出经异或门产生的比特存入D₀存储单元内。在最佳实施例中，这种状态时间持续100毫秒，于是每100毫秒将产生一个新的倒频信号号。显而易见，由D₂至D₀读出的3个比特最多能产生8种倒频信号。在最佳实施例中，倒频信号选自从2600赫兹到3500赫兹左右的一段频率范围。

主发端扰频站和应答扰频站分别连续产生各自的随机数字。每当进入保密工作状态，主发端扰频站就捕捉一个随机数字作为发送基数。用样地，应答扰频站也捕捉另一个随机数字作为接收基数。如果发送基数碰巧与接收基数相等，就认为它们无效，要选择新数。本发明的一个重要特点是每个扰频器单元自动产生基数解除了用户对密钥的管理责任，从而改进了现有的高保密的加密系统。

主发端扰频站及应答扰频站利用发送基数和接收基数产生二种独立的滚码数字，其中一种滚码起动从主发端扰频站到应答扰频站（即正向信道）的半边双工信道上的频率跳变序列，另一种滚码起动从应答扰频站到主发端扰频器站（反向信道）的另半边双向信道上的频率跳变序列。每种滚码的起始点数字被寄存在滚码发生器内（如图5所示）。在最佳实施例中，主发端扰频站和应答扰频站里的滚码起始点数值可根据如下等式得出：

发送起始点＝A＊（发送基数+B）+C＊（接收基数+D）

接收起始点＝A＊（接收基数+B）+C＊（发送基数+D）

主发端扰频站发生器和主发端扰频站的再倒置滚码发生器都产生一个2^n-1非重复码，该发生器每隔一段时间就更新一次（在该最佳实施例中，更新周期是100毫秒）。在音调控制方面的进一步工作是防止连续产生相同的倒频信号，这就保证了固定倒频破译者不可能听清100毫秒以上的声音信号。

图6示出采用本发明的一个扰频站。本发明的模拟扰频器基本上利用二个独立的声音通道，即发信机的和收信机的声音通道。在将已加密声音信号输出到半个非保密双工信道之前，发信机的声音通道接受清晰的、未加密的声音信号，并在100毫秒左右的时间周期内用若干种倒频信号中的一种倒频信号来倒置该未加密声音信号的频率。在收信机声音通道的输入口，接收已加密的、已倒频的声音信号并施行对它的频率的再倒置，然后把这个已解密、已解扰的声音送到应用装置。在用于蜂窝式移动电话的本发明扰频器的实例中，其发送声音输出端连接到无线电话发信机，而接收声音输入端连接到收发信机的收信机;发送声音输入端连接到话筒，而接收声音输出端连接到喇叭或听筒。

重要的是，应该注意到发信机滚码发生器是主滚码器，它必须后接另一模拟扰频器里的收信机滚码发生器。也就是说，图1的双工模拟扰频器103的发信机滚码频率倒置发生器是主滚码频率倒置发生器，并且必须后接图1的双工模拟扰频器107里的收信机滚码频率倒置发生器。同时又独立地是，图6中的模拟扰频器的接收滚码发生器是一个从属滚码发生器，它跟踪于模拟扰频器的发信机滚码，该模拟扰频器产生收信机声音输入，由反向的双工信道接收。再参考图1，双工模拟扰频器107提供发信机滚码，双工模拟扰频器103的收 信机滚码则是受控于该发信机滚码。

再参考图6，可以看出本最佳实施例的扰频站的运行是受微计算机601控制的，它可以是例如Motorola公司生产的MC6805型8位微处理器或同类型机。微计算机601的时钟由晶体控制振荡器（603）提供，因此可以得到很高的倒频稳定性，保证良好的代码同步。微计算机601和它的内存储器完成如下功能：（a）依次产生随机基数用于产生发信机滚码起始数字，（b）产生发信机和收信机的滚码起始点的二进制数字，（c）保持与远端接收扰频器内的滚码同步，更新并输出发送及接收滚码，以及（d）控制扰频器的切断和旁路作用。

微计算机601输出4比特发送滚码的样脉冲经由4比特总线送到发信机时钟频率发生器605（这4比特样脉冲是由微计算机601根据3比特频率限定映象）。该发信机时钟频率发生器605把来自母线的4比特码转换成发信机倒频信号，送到发信机模拟扰频器的混频器607以对发信机的未加密声音信号输入进行倒频。使用Standard    Microsystem公司生产的COM9046型商用模拟扰频器或同类电路可以实现发信机模拟扰频混频器607。发信机模拟扰频混频器607输出的已倒频的发信机声音信号送到受微计算机601控制的发信机切断开关609。发信机的切断开关609的输出加到放大器611，这个已加密信号就可以在非保密双工信道上传送了。同样地，接收滚码在4比特母线上被送到收信机时钟频率发生器613以变换成相应的收信机倒频信号并送到收信机模拟扰频器混频器615的一输入端。已加密的、已倒频的收信机声音输入信号被加到收信机模拟扰频器混频器615的另一输入端，以便根据收集机倒频信号进行再倒置并把其输出加到收信机接收 切断开关617（此开关也受微计算机601控制）上。收信机切断开关617的输出由放大器619进行放大，放大器输出已解密的接收声音输出信号供电话手机接收器或喇叭使用。当需要发送和接收不加密的声音信号时，发信机模拟扰频器混频器607和收信机模拟扰频器混频器615可以根据微计算机601的指令由旁通开关621和623甩开。

为了使微计算机601能与远端扰频站内的微计算机进行通信，微计算机601的数据通过调制一解调器625传送到远端模拟扰频器的微计算机远端微计算机的数据也通过625送到微计算机601。在最佳实施例中，调制一解调器625是300波特调制解调器（例如National    Semiconductor    74HC943或同类型的调制解调器）。

图7方框进一步描述了发信机时钟频率发生器605或收信机时钟频率发生器613。滚码样信号通过一个4比特总线输入到带有同步预置的4比特二进制计数器701（例如Motorola公司74HC163型或相同类型）的P₀、P₁和P₂三个输入端。而4比特母线的另1比特被送到第二个4比特二进制计数器703（它也可是Motorola公司74HC163型）的P0输入端。当用微计算机601的高速时钟定时时，计数器701和703用作倒频门，并在读出由4比特输入限定的16和32之间的某个数字之后截止与非门709。于是，从4比特二进制计数器703的Q₀端输出一个方波（该方法的占空比由输入的滚码确定），以便用与非门709来控制该高速时钟，709的输出作为倒频信号用于相应的模拟扰频器混频器。

图8至图13用时序图解方法来描述系统运行的情况。在扰频方 式起始和扰频方式清除时的发送基数和接收基数的变换示于图8、9、10和11。由信道衰落或电路切换引起的失步期间的系统运行示于图12和13。

如图8中，当请求扰频方式时，主发端扰频站发送一个300波特的消息，它含有随机地产生的发送基数（801）。在一段预定时间之后（在最佳实施例中是1秒钟），发出第二个发送基数（803）。在1秒钟时间间隔内发送了两个附加的发送基数（805、807）。如果没有从应答扰频站接收到应答信号，就可以终止搜索计时器（用于搜索应答扰频站）并且不再传送基数。

然而，如果应答扰频站对该发送基数801有响应（如图9所示），就执行发送基数和接收基数的交接变换（handshakeexchange），所请求的扰频方式由应答扰频站通过接收基数901予以应答。主发端扰频站通过确认消息903来确认收到了应答扰频站的信号，确认消息903中包含了重复的接收基数，而且在最佳实施例中，它必须在从接收基数的传送901结束之后的350毫秒之内出现。在主发端扰频站传送确认消息903之后，发送基数的第二次发送发生在正向半边双工信道上的905位置，在350毫秒内应当在反向的半边双工电路上出现应答扰频站的确认消息907（包含发送基数的重复）。在该确认消息907之后，从主发端扰频站和应答扰频站几乎同时传送一个同步信号（分别为909和911）。虽然传播时间可能使同步（sync）信号的绝对起始点产生位移，但移位的实际时间相对于同步信号的持续时间而言是小的。同步信号的主要用途是用主发站的发信机滚码发生器来调整应答站的收信机滚码发生器。由于主发端扰频站的扰频跳变受到与同步信号一样的传播延迟，因此在应答扰频站对信号不会产生有害的影响。 类似地，应答扰频站的同步信号把主发端扰频站内的收信机滚码发生器同步于应答扰频站内的发信机滚码发生器，该同步信号也受到与扰频信号相同的传播延迟。然而，有益的是，由于在双工信道的每个通道内，同步信号相互校准，以使主发端扰频站和应答扰频站内的回声在已解密声音接口处基本上被抑制掉。在最佳实施例中，如图9中的同步脉冲913和915所示那样，主发端扰频站和应答扰频站的每个同步信号每6秒钟重复一次。在这6秒钟间隔内，在半个（或整个）双工信道上可传送已倒频的保密声音信号。在每个同步信号期间，声音被短时切断，因此同步信号可以无干扰地传送。

在第4个发送基数（807）传送之后，如果应答扰频站对主发端扰频站所传送的发送基数有响应，则即使查询计时器已终止，信号交换可也完成，而不必再从主发端扰频站发送发送基数。有时，呼叫完成的延迟时间可能大于3秒钟的主发端扰频站传送发送基数的时间。在最佳实施例中，扰频站可被置于扰频方式，并在被呼叫时，就以作为应答扰频站的交接序列的4个接收基数序列表示响应。于是如图10所示，应答扰频站在反向半边双工信道上用接收基数1001来起动扰频方式。主发端扰频站在正向的双工信道上用的确认消息（用重复接收基数）1003进行应答，然后传送发送基数1005。如果应答扰频器在发送基数1005末端的350毫秒内用确认消息1007应答，则继之以基本上同时的同步信号1009和1011之后进入扰频方式工作。然后进入标准扰频工作方式，在此方式下每6秒钟发送同步信号。

为了在非保密双工信道上返回到语言传送不加密（即清除）方式，主发端扰频站就要发送一个明码（清除）消息1101（如图11）。在明码（清除）消息1101结束时，应答扰频器进入明码工作（清 除）方式于是不再提供声音频率倒置。应答扰频器站也可以同样启动明码（清除）消息以使该系统回到不加密（清除）语言工作状态。

如果同步暂时被丢失（例如在信道衰落或切换期间），则本发明的扰频器将自动恢复数字方式工作。主发端扰频站每6秒钟发送其同步信号，如图12中的1201，1023，和1025所示，然而，应答扰频器只接收图12第二行的同步信号1201′作为同步信号、丢失同步信号1203′和1205′。由于应答扰频站和主发端扰频站的扰频工作是受稳定振荡器所控制，因此在丢失至少二个同步信号期间，每个扰频站都能自由运行而不会觉察到同步性能的下降。当同步信号被丢失时，每个扰频器将允许它的滚码发生器以100毫秒的速率进行连续更新。在第二个同步信息（1205′）丢失之后，应答扰频器就会在它的反向半边双工信道的正常传送期内插入一个同步请求消息1207。主发端扰频站收到该同步请求1207后就以同步信号1209进行应答，这就是应答扰频器所收到的1209′。因此，在正向的半边双工信道上就重建了同步，但是此时它与由反向的半边双工信道的应答扰频器所传送的同步信号是不重合的。如果该同步信号没有被主发端扰频站收到，则将进行与此相同的过程。

如图13所示，如果应答扰频器没有收到主发端扰频站的同步信号应答1209，则应答扰频器在反向的半边双工信道上发送一个同步丢失消息1301，以通知主发端扰频站“同步丢失，再同步的自动尝试不成功”。主发端扰频站和应答扰频站就假定工作于明码（清除）消息传送状态，同时应答扰频站传送一个新的接收基数1303来自动尝试一种新的扰频交接过程。主发端扰频站传送一个新的发送基数（1305），信号交接过程就此开始。

图14说明本发明所用的一种典型消息格式。在消息同步格式之 后安排了一系列比特来确定将要传送的具体消息类型。这些消息类型中包括同步信号、确认消息、发送/接收基数、同步请求消息、同步丢失消息以及明码工作（清除）消息。附加数据（例如基数）可以占用任选数据域。

采用本发明的模拟扰频器单元中的微计算机实现其系统运行的过程示于图15A至图15E的流程图。根据对扰频工作方式的请求，首先要从微计算机601内随机基数发生器的输出中捕获一个数字（在1501）并起动搜索定时器（在1503）。把这个随机基数作为发送基数传送出去（在1505），然后起动确认消息的计时器，等待接收应答扰频器站发来的确认消息（在1507块），直至根据包含判决块1509在内的循环作出决定来终止计时器。如果该确认计时器终止了而没有收到确认消息，则清消发送基数标志（在1511），判决块1513判定搜索计时器是否到时。如果搜索计时器没有到时，则在整个3秒钟内的每秒时间（由判决块1515确定）重新进行传送发送基数过程（即从1505块开始）。

如果搜索计时器到时（在1513）而没有收到确认消息，则该过程清除所有扰频原始标志，并终止交换过程（在图15B的1517）。然而，如果应答扰频站对发送基数消息的响应延迟时间超出搜索计时器的有效期之后又发出接收基数，并被主发端扰频站收到（在1519），则该过程就回到信号交换过程的开始搜索计时器的1503块。

像图15A的1521块所确定的那样，如果收到了应答扰频站的确认消息，就等待接收应答站的接收基数（图15C的1523块）。如果在收到接收基数之前搜索计时器的有效期已被终止（在1525块决定），则信号交换过程终止并进入1517块清 除所有标志。如果及时收到了接收基数，则根据前述的算式在1527块中计算出滚码数字起始点，在1529块起动内同步时钟并在1531块确定该过程是采用主发端扰频站格式还是应答站格式。假定它是主发扰频站，则在1533块起动发信机滚码发生器。在1535块发送第一个同步信号，并在1537将发信机的声音信号切换到扰频方式。当收到第一个收信机同步信号时（如在1539块所决定），该主发端扰频站的收信机滚码在1541块被调准到收信机同步信号，并在进入稳态同步过程之前起动收信机滚码发生器（在1543块）。如果在收到第一个接收同步信号之前该内同步定时终止（如1545块所决定），就发送一个同步丢失消息（如图15E的单元1546所示）。如果原有方式确定（图15C的1531块）表明这个站是应答扰频站，则要确定在内同步定时器终止之前该第一个同步消号是否已被接收到了（在图15D的单元1547和1549）。如果在第一同步信号被接收之前该内同步速时器已被终止，则要发出同步丢失信息（如图15E方框1546所示）。如果第一个同步信号被及时接收到，则应答扰频站处理流程应把该应答收信机滚码调整到第一同步信号（在1551）。该应答扰频站发信机滚码发生器在1553被起动并且在发送第一个应答扰频站同步信号（在1557）之前，该应答扰频站收信机滚码发生器被起动（在1555）。然后后，可以进入扰频声音和同步的稳态传送。

主发扰频站或应答扰频站的滚码稳态同步过程示于图15D的流程中。首先通过一个指示用户表明扰频呼叫在处理（在1558块），系统进入同步态。在蜂窝式移动无线电话系统中，控制单元的手机309一般利用一个显示器来指示这一点（未示出），当处在扰频方式时，该显示器能显示字SCRAM。而当不进行扰频时，则显示 CLEAR。如果手机没有显示器，则可用一个发光二极管来显示扰频方式。当收信机滚码定时器终止（在本最佳实施例中置为100毫秒）如在1559块中决定时，该收信机滚码值在1561增值。同样，当发信机滚码定时器终止（如在1563块中决定），则下一个发信机滚码值在1565块被建立。当发信机同步时钟终止时，就发送一个同步信号，它标志发信机滚码发生器转换的前沿（由1567和1569块所示）。当收到收信机同步信号时，该接收滚码发生器被调准到收信机同步信号（在1571和1573）并在1575重置收信机同步丢失定时器。在1577确定收信机同步丢失定时器是否终止，如果该定时器没有终止则稳定状态的同步过程重新开始（在1559中）。

如果确认同步信号已丢失，则再同步时钟被起动（在图15F的1579块中）。发送一个同步请求消息（在1581块中）并且在再同步时钟超时（如由1583和1585块所决定）之前等待一个应答的收信机同步信号。如果及时接收到该收信机同步信号，则收信机滚码发生器被再调准到收信机同步信号（1587块），而在该过程回到稳定状态同步（1559块开始）之前收信机同步丢失时钟被复位（在1589）。如果在收信机同步信号被接收到之前再同步时钟终止，则发送一个同步丢失消息（1546块），所有标志被清除（1591块）以及发送和接收声音通道被置为不加密（清除）方式（1593块）。然后，重新建立保密通信的步骤即将开始（在1501块）。

当用户请求该扰频站回到不加密（清除）声音方式时（如图16所示），则该过程在1601块检测出用户请求。在半边双工信道上发送一个不加密（清除）声音消息（1603块），在1065块清 除所有标志，并在1607块将发送和接收声音通道置为不加密（清除）声音方式。在用户请求扰频声音（1609块）或（1611块）收到基数消息之前，过程将处于等待方式。上述两种情况（即用户请求扰频及收到基数消息）都会使过程进入图15A1501块的随机基数捕获过程。

总之，本文示出并描述了一个模拟的倒频跳变的扰频器。该扰频器采用在主发端扰频站（它产生一种随机数字发送基数）和应答扰频器站（它产生一种随机数字接收基数）之间进行基数变换来起动其扰频过程。该主发端扰频器利用其发送基数和从应答扰频站收到的接收基数来计算滚码发生器的起始点值，然后用滚码发生器产生跳频模式并按此模式对待传送的消息倒频。请主发端扰频器也利用该发送基数和接收基数来计算第二个滚码发生器起始点值，该滚码发生器产生跳频模式，并按此模式对接收到的已倒频消息再倒频。同样地，应答扰频器产生相同代码以便进行通信。在关断发送和接收扰频声音的静噪期间，每6秒钟就发送同步信号，这样可保持两滚码间的同步。为了避免回声，同步信号是同时发送的。因此，虽然这里给出的仅是本发明的一个特例，但应当理解，本发明是不受特例的限制的，因为本领域技术人员可以作出许多不影响本发明的精神实质和应用范围的修改。因此，可以设想到根据本发明权利要求所作的任一种和所有的这类修改都是包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1、一种模拟声音频段扰频器，可在通信信道上提供保密通信，它把一个未加密发送的第一消息依次频率倒置为该信道上的已加密的第一消息，然后把它发送到第二模拟声音频段扰频器，后者对从第二个扰频器收到的已加密第二消息进行依次再倒频。该扰频器的特征在于：

用以把第一基数变换成第二扰频器的第二基数的装置；

用以根据上述被变换的第一基数和第二基数产生第一代码(至少其部分代码起动未加密的第一消息的依次频率倒置)和第二代码(至少其部分代码起动已加密第二消息的依次频率再倒置)的装置；

用以在该信道上发送第一代码同步信号和接收该信号的第二代码同步信号，其中在第二扰频器对已加密的再倒置的频率可被同步到上述第一代码同步信号，所述的第二代码可被同步到所述第二代码同步信号的装置。

2、根据权利要求1所述的模拟声音频段扰频器，其中，所述的用以变换的装置的特征在于：

用以产生所述的第一基数的装置;

用以在该信道上发送第一消息群中的所述第一基数的装置;和

用以接收来自该信道的所述的第二基数的装置。

3、根据权利要求2所述的模拟声音频段扰频器，其中，所述产生装置的特征还在于：

用以将所述的第一基数、所述的第二基数、至少一个加数和至少一个预定的乘法因子进行算术组合，以产生所述的第一代码的装置;

用以将所述第一基数、所述第二基数、至少一个加数和至少一个预定的乘法因子进行算术组合以产生所述的第二代码的装置;

用以读出所述第一代码的预定数字并在滚码数字被产生的时间间隔时移位上述代码的装置;和

用以读出上述第二代码的被预定的数字，并在滚码数字被产生的时间间隔时移位上述代码，为依次频率倒置安排顺序的装置。

4、根据权利要求2所述的模拟声音频段扰频器，其中，所述的用以发送第一代码同步信号的装置的特征在于一种用以确认所述第二基数的装置和用以在发送所述的第一代码同步信号之前发送第二消息群的所述第一基数的装置。

5、根据权利要求1所述的模拟声音频段扰频器，其特征还在于一种用以协调所述第一代码同步信号和所述第二代码同步信号的装置，因此所述的第一代码同步信号与所述的第二代码同步信号基本上同时出现。

6、在窄带信道上提供保密通信的一种方法是对未加密的第一消息进行顺序倒频，成为在信道上传输的已加密的第一消息送到第二模拟声音频段扰频器并对该信道上由第二扰频器接收的已加密第二消息进行顺序再倒频，本方法的特征在于：

把第一基数变换成第二扰频器的第二基数;

根据所述的被变换的第一基数和第二基数，产生第一代码，（至少其部分代码起动未加密的第一消息的顺序频率倒置）和第二代码，（至少其部分代码起动已加密第二消息的依次频率再倒置）;和

在该信道上发送第一代码同步信号并从该信道接收第二代码同步信号，由此在第二扰频器对已加密的第一消息的频率再倒置可被同步到所述的第一代码同步信号，而所述第二代码可被同步到所述的第二代码同步信号。

7、根据权利要求6所述的方法，其中，所述的变换步骤的特征在于以下步骤：

产生所述第一基数;

在该信道上发送第一消息群中的所述第一基数;和

接收来自该信道上的所述第二基数。

8、根据权利要求7所述的方法，其中产生步骤的特征在于以下步骤：

将所述的第一基数、所述的第二基数、至少一个加数和至少一个预定的乘法因子进行算术组合以产生所述的第一代码;

将所述的第一基数、所述第二基数、至少一个加数和至少一个预定的乘法因子进行算术组合以产生上述第二代码;

读出所述的第一代码的预定数字，并在产生滚码数字的时间间隔移位所述的代码;和

读出所述的第二代码的预定数字，并在产生滚码数字时间间隔移位所述代码以进一步确定顺序倒频的序列。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述的第一代码同步信号与所述的第二代码同步信号协调的步骤，由此所述的第一代码同步信号和所述的第二代码同步信号基本上同时出现。

10、在频带有限的双工信道上提供保密通信的一种模拟声频频段扰频系统，是在第一半个双工信道上发送已加密的第一消息之前在主发站用一个倒频信号序列对未加密的第一消息顺序倒频，而在应答站则以同样的倒频序列对已加密的消息进行同步再倒频，以在应答站恢复未加密的第一消息。同样地，在第二半个双工信道上对于由应答站发向主发站的未加密的第二消息进行类似的倒频、发送和再倒频，该系统的特征在于：

（a）初始化装置的特征为：

主发站的产生装置用以产生第一基数;

主发站的发送装置，用以在第一半个双工信道上发送第一消息波群中的所述的第一基数;

应答站的产生装置，用以产生第二基数;

应答站的接收装置，用以接收来自所述的第一半个双工信道的所述第一基数和用以在第二半个双工信道上发送所述第二基数，以应答对所述的第一基数的所述的接收;

主发站的接收装置，用以接收所述第二基数和产生第一滚码数字与第二滚码数字，其中所述第一和第二个滚码数字各自都包含对所述第一基数、所述第二基数、至少一个预定的加数和至少一个预定的乘法因子的算术组合;

应答站的产生装置，用以产生所述的第一和第二滚码数字;

（b）同步装置的特征为：

主发站的确认装置，用以确认接收所述第二基数;

主发站的发送装置，用以发送第二消息中的第一基数和用以在第一半个双工信道上每周期间隔时依次发送第一同步信号;

应答站的接收装置，用以接收第一半个双工信道上的所述被发送的第一基数的第二群和用以发送第一基数接收确认消息，以及用以在第二半个双工信道上在每周期间隔时依次发送第二同步信号;

主发站的同步装置，用以把所述的第二滚码数字同步到所述的第二同步信号;

应答站的同步装置，用以把所述的第一滚码数字同步到所述的第一同步信号;

（c）编码装置的特征为：

主发站的取样装置，用以依次对所述的第一滚码数字取样和利用所述的主发站的第一滚码数字样值来产生主发站的倒频信号序列;

应答站的取样装置，用以依次对所述的第一滚码数字取样和利用所述的应答站的第一滚码数字的样值来产生再倒频信号序列;

应答站的取样装置，用以依次对所述第二滚码数字取样和利用所述的应答站的第二滚码数字样值来产生应答站的倒频信号序列;

主发站的取样装置，用以依次对所述第二滚码数字取样和利用所述的主发站的第二滚码数字样值来产生再倒频样值序列。

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