DE10014463A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur sicheren Übertragung in Digitalübertragungssystemen - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur sicheren Übertragung in DigitalübertragungssystemenInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur sicheren Übertragung von Daten durch Verschleierung in Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Digitalübertragungssystemen angegeben. Der sendeseitige Datenstrom (DS) wird dazu einer Modulationseinheit (MOD) zugeführt, deren Modulations- und Codierungsparameter (MP) des Modulationsverfahrens (MV) zeitlich veränderlich sind. Die Modulationsparameter (MP) werden über einen sicheren Kanal (SK) zu einem Demodulator (DEM) übertragen. Am Ausgang der Modulationseinheit (MOD) liegt das elektrische Sendesignal (ES), das über einen Kanal (K) übertragen wird. Der Demodulator (DEM), der die Verschleierungssequenz kennt, regeneriert das ursprüngliche Signal und liefert am Ausgang den Empfangsdatenstrom (DE).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung des
Übertragungskanals bei Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-
Mehrpunkt-Digitalübertragungssystemen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein bisher bekanntes Verfahren der sogenannten "codierten
Modulation" ist in IEEE Trans. on Information Theory, vol. IT-28,
no. 1, pp. 55-67, Jan. 1982 von G. Ungerboeck unter
dem Titel "Channel coding with multilevel/phase signals"
beschrieben.
Außerdem ist von G. Ungerbroeck in IEEE Comm. Mag., vol. 25,
no. 2, pp. 5-21, Feb. 1987 unter dem Titel "Trellis
coded modulation with redundant signals set" eine weitere
bekannte Methode beschrieben.
Basisbandübertragungsverfahren sind zum Beispiel im ISDN-
(ETSI TS080 r3a) und in HDSL-Standard (ETSI TS 101 135
V1.4.1) beschrieben. Diese Verfahren weisen mehrere Stufen
auf; ein solches Verfahren ist insbesondere auf den Seiten
21-22 des HDSL-Standards beschrieben.
Wie eindeutig aus der Beschreibung der bekannten Verfahren
aus den genannten Veröffentlichungen hervorgeht, sind diese
Verfahren in ihrer Anwendungsbreite eingeschränkt. Außerdem
würde ganz besonders im Mbit/s-Bereich der technische
Aufwand hochliegen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Sicherung des Übertragungskanals bei Punkt
zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Digitalübertragungs
systemen zu schaffen, das auf der Verschleierung des
Datenstromes beruht, speziell bei Bitraten im Mbit/s-
Bereich den Einsatz zusätzlicher Hardware überflüssig macht
und außerdem insbesondere bei DMT-Verfahren in ADSL-
Systemen in Software umsetzbar ist, sowie eine
Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu
schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe für das Verfahren
besteht im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
Weitere Lösungen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Patentansprüchen 1 bis 10 charakterisiert.
Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist
im Patentanspruch 11 charakterisiert.
Das neue Verfahren zur Sicherung des Übertragungskanals bei
Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Digitalübertragungs
systemen besteht vor allem darin, daß es nicht auf
Verschlüsselung des Datenstromes, sondern auf
Verschleierung des Sendesignals beruht. Es erfolgt also
keine, wie im Stand der Technik üblich, Verschlüsselung auf
binärer Ebene.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, daß sie für alle Verfahren der
Mehrträger-, Einträger- und trägerlosen
Amplitudenmodulation-Pulsmodulation codierten Modulation
und Basisbandübertragung geeignet ist. Die Ver- und
Entschleierung hat den Vorteil, daß speziell bei Bitraten
im Mbit/s-Bereich der Einsatz spezieller zusätzlicher
Hardware überflüssig ist und daß sie bei DMT-Verfahren in
ADSL-Systemen in Software umsetzbar ist; dies war bei den
bisher bekanntgewordenen Verfahren nicht möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung, insbesondere der Ver- und
Entschleierung, ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In
der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der
Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der
hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten
Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 ein prinzipielles Funktionsdiagramm;
Fig. 2 ein detaillierteres Funktionsprogramm für
Einträgerübertragungsverfahren und
Fig. 3 ein Beispiel für die Verschleierung nach dem
vorliegenden Verfahren.
Das vorliegende Verfahren zur Sicherung des
Übertragungskanals, insbesondere bei Punkt-zu-Punkt- und
Punkt-zu-Mehrpunkt-Digitalübertragungssystemen durch
Verschleierung der Datenübertragung beruht darauf, daß die
Verschlüsselung der Daten nicht in der Binärebene, sondern
im Modulationsverfahren durch eine zeitliche Änderung der
Modulationsparameter, die über einen sicheren Kanal zu
einem Demodulator übertragen werden, erfolgt. Der sichere
Kanal wird dabei extern durch einen getrennten
Übertragungsweg implementiert oder in den Übertragungsweg
integriert und mit kryptographischen Methoden geschützt.
Bei der Implementierung für Mehrträgerübertragungs
verfahren, sogenannten Multitone-Verfahren, bei denen die
Information in mehreren mittels Quadraturamplituden
modulaticn QAM modulierten Kanälen transportiert wird, wird
sowohl die Zuordnung von Rahmenbits auf die einzelnen
Kanäle als auch die Zuordnung von Informationsbits zu den
Modulationssymbolen pro Kanal (sogenanntes Mapping) und
außerdem auch die Zuordnung des jeweiligen
Modulationsalphabetes für jeden einzelnen Träger zeitlich
variiert.
Für die Mehrträgerübertragungsverfahren, wie sie in den
derzeitigen ADSL-Systemen nach ANSI-Standard T1E1.4/98-007
und ETSI DTS/TM-06006 festgelegt sind, erfolgt die
Zuordnung von ADSL-Rahmenbits auf die einzelnen Kanäle
(sogenanntes Tone Ordering), die Zuordnung der
Informationsbits zu den Modulationssymbolen pro Kanal
(sogenanntes Mapping) und auch die Zuordnung des
Modulationsalphabets für jeden einzelnen Träger zeitlich
variiert.
Für die Implementierung für Einträgerübertragungsverfahren
mit Quadraturamplitudenmodulation QAM, wie sie im Richtfunk
und im Breitbandkabel verwendet werden, erfolgt die
Zuordnung der gesendeten Bits zu den Modulationssymbolen
zeitlich variiert.
Für die Implementierung für trägerlose Amplituden-/Phasen
modulationsverfahren (sogenannten Carrierless
AM/PM(CAP)-Verfahren), wie als Spezialfall bei Übertragung
von HDSL-Systemen verwendet, erfolgt die Zuordnung der
gesendeten Bits zu den Modulationssymbolen ebenfalls
zeitlich variiert.
Für Basisbandübertragungsverfahren, zum Beispiel gemäß
ISDN-(ETSI TS080 r3a) und HDSL-Standard (ETSI TS 101 135
V1.4.1), die mehr als zwei Stufen aufweisen, erfolgt die
Zuordnung der gesendeten Bits zu den Signalstufen ebenfalls
zeitlich variiert. Dies trifft auch für die sogenannten
codierten Modulationen zu, wobei die Zuordnung der
Informationsbits zu den Modulationssymbolen pro Kanal,
(sogenanntes Mapping), die Codeparameter, wie zum Beispiel
die Generatorpolynome bei Block- und Faltungscodes,
ebenfalls zeitlich variiert werden.
In Fig. 1 ist anhand eines prinzipiellen
Funktionsschaubildes die prinzipielle Funktionsweise
dargestellt. Anhand dieser Figur wird nun das
erfindungsgemäße Verfahren zunächst prinzipiell
beschrieben.
Der senderseitige Datenstrom DS wird zunächst einer
Modulationseinheit MOD zugeführt, deren
Modulationsparameter MP des Modulationsverfahrens MV
zeitlich veränderlich sind. Die Modulationsparameter MP
werden über einen sicheren Kanal SK zu einem Demodulator
DEM übertragen. Am Ausgang der Modulationseinheit MOD liegt
ein elektrisches Sendesignal ES an, das über den Kanal K
übertragen wird. Der Demodulator DEM regeneriert unter
Zuhilfenahme der Kenntnis der zeitabhängigen
Modulationsparameter MP ein Empfangssignal eines
Empfangsdatenstromes DE.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Einträgerübertragungsverfahren 16-QAM ist in Fig. 2
grundsätzlich dargestellt und wird im nachfolgenden erklärt.
Der serielle binäre Datenstrom DS wird auf den Eingang
eines Seriell-/Parallel-Wandlers SP gegeben, der eine
Umwandlung in 4-Bit-Worte vornimmt. Der Ausgang dieses
Wandlers ist mit einer Verschleierungseinheit V verbunden,
die eine zeitlich veränderliche Zuordnung eines
Eingangswortes zum Ausgangswort erzeugt. Eine
Modulationssymbolzuordnungseinheit MP' oder auch
Mappingeinheit stellt dann eine eindeutige Zuordnung zum zu
sendenden Kanalsymbol her, das durch die Werte Is und Qs
gekennzeichnet ist. Der Modulator MOD erzeugt das
elektrische HF-Signal, das über den Kanal K übertragen
wird.
Empfangsseitig wird in einem Demodulator DEM das HF-Signal
zu einem zweidimensionalen Basisbandsignal mit dem
Komponenten Ie und Qe umgesetzt. Eine Demapping-Einheit DMP
erzeugt ein binäres 4-Bit-Wort ed. Eine nachfolgende
Entschleierungseinheit E erzeugt an ihrem Ausgang das
binäre 4-Bit-Wort ede, das auf einen Parallel-/Seriell-
Wandler PS gegeben wird und an dessen Ausgang als
Empfangsdatenstrom DE zur Verfügung steht. Die
Verschleierungssequenz wird mittels eines sicheren Kanals
SK, der extern ausgeführt oder auch in den Hauptkanal
integriert sein kann, zwischen der Verschleierungseinheit V
und der Entschleierungseinheit E übertragen.
In Fig. 3 ist die prinzipielle Darstellung der
Verschleierung von Codewörtern, wie sie dem vorliegenden
Verfahren zugrunde liegt, gezeigt. Die Wirkung der
Verschleierung ist am Beispiel des 16-QAM-
Signalzustandsdiagramms dargestellt. Die Punkte des
Diagramms entsprechen den möglichen Wertepaaren Is und Qs
am Eingang des Modulators MOD in Fig. 2. Da der Block
Mapping MP eine eindeutige Abbildung des eingangsseitigen
Binärvektors esv auf einen Punkt des Konstellationsdia
gramms bewirkt und ebenso der Block Verschleierung (V) eine
eindeutige Abbildung von es auf esv, kann man die Wirkung
der Verschleierungseinheit V als einen eindeutigen Wechsel
der Zuordnung der Punkte der Signalkonstellation zu den
sechzehn verschiedenen Werten des Binärvektors es
begreifen. Dieses Wechseln der Zuordnung ist durch die
Pfeile in Fig. 3 angedeutet. Die Entschleierungseinheit E
vollzieht diesen Wechsel der Zuordnung in umgekehrter
Weise. Sofern kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, ist
das binäre Wort ede am Ausgang der Entschleierungseinheit E
identisch zu dem binären Wort es am Eingang der
Verschleierungseinheit V.
DE Empfangsdatenstrom
DEM Demodulator
DMP Demappingeinheit
DS Datenstrom
ed
DEM Demodulator
DMP Demappingeinheit
DS Datenstrom
ed
, de
Wort (binär)
es
es
, esv
Wort (binär)
E Entschleierungseinheit
ES elektrisches Sendesignal
Is
E Entschleierungseinheit
ES elektrisches Sendesignal
Is
, Qs
Komponenten des zweidimensionalen
Basisbandsignals (am Modulatoreingang)
Ie
Ie
, Qe
Komponenten des zweidimensionalen
Basisbandsignals (am Demodulatorausgang)
MOD Modulator
MP Modulationsparameter
MP' Mappingeinheit oder Modulationssymbol- Zuordnungseinheit
MV Modulationsverfahren
K Kanalsymbol
K Kanal
SP/PS Seriell-/Parallel- bzw. Parallel-/Seriell-Wandler
SK sicherer Kanal
V Verschleierungseinheit
MOD Modulator
MP Modulationsparameter
MP' Mappingeinheit oder Modulationssymbol- Zuordnungseinheit
MV Modulationsverfahren
K Kanalsymbol
K Kanal
SP/PS Seriell-/Parallel- bzw. Parallel-/Seriell-Wandler
SK sicherer Kanal
V Verschleierungseinheit
Claims (11)
1. Verfahren zur sicheren Übertragung von Daten eines
Übertragungskanals in Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-
Mehrpunkt-Digitalübertragungssystemen, dadurch
gekennzeichnet,
daß eine Verschleierung eines elektrischen Sendesignals (ES) eines Datenstromes (DS) im Modulationsverfahren durch eine zeitliche Änderung von Modulationsparametern (MP) erfolgt und
daß die Modulationsparameter (MP) über einen sicheren Kanal (SK) zu einem Demodulator (DEM) übertragen werden.
daß eine Verschleierung eines elektrischen Sendesignals (ES) eines Datenstromes (DS) im Modulationsverfahren durch eine zeitliche Änderung von Modulationsparametern (MP) erfolgt und
daß die Modulationsparameter (MP) über einen sicheren Kanal (SK) zu einem Demodulator (DEM) übertragen werden.
2. Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein sendeseitiger Datenstrom (DS) einem Modulator (MOD) zugeführt wird,
daß Modulationsparameter (MP) eines jeweiligen Modulationsverfahrens (MV) zeitlich veränderlich sind,
daß die Modulationsparameter (MP) über einen sicheren Kanal (SK) zu einem Demodulator (DEM) übertragen werden,
daß am Ausgang des Modulators (MOD) ein elektrisches Sendesignal (ES) anliegt, das über einen Kanal (K) übertragen wird und
daß der Demodulator (DEM) mittels zeitabhängiger Modulationsparameter (MP) das Empfangssignal (Es) regeneriert.
daß ein sendeseitiger Datenstrom (DS) einem Modulator (MOD) zugeführt wird,
daß Modulationsparameter (MP) eines jeweiligen Modulationsverfahrens (MV) zeitlich veränderlich sind,
daß die Modulationsparameter (MP) über einen sicheren Kanal (SK) zu einem Demodulator (DEM) übertragen werden,
daß am Ausgang des Modulators (MOD) ein elektrisches Sendesignal (ES) anliegt, das über einen Kanal (K) übertragen wird und
daß der Demodulator (DEM) mittels zeitabhängiger Modulationsparameter (MP) das Empfangssignal (Es) regeneriert.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
daß der sichere Kanal (SK) extern durch einen
getrennten Übertragungsweg implementiert wird.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der sichere Kanal (SK) in den Übertragungskanal
(K) integriert ist und mit kryptographischen Methoden
bzw. Verfahren zur sicheren Übertragung der Daten
geschützt wird.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Mehrträgerübertragungsverfahren, insbesondere
sogenannten Multitone-Verfahren, bei denen die
Information in mehreren QAM modulierten Kanälen
transportiert wird, durch Zuordnung der Rahmenbits auf
die einzelnen Kanäle, die Zuordnung der
Informationsbits zu den Modulationssymbolen pro Kanal,
das sogenannte Mapping, und die Zuordnung des
Modulationsalphabets für jeden einzelnen Träger
zeitlich variiert wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuordnung von ADSL-Rahmenbits in ADSL-Systemen nach ANSI-Standard T1E1.4/98-007 und ETSI DTS/TM-06006 auf die einzelnen Kanäle erfolgt,
daß die Zuordnung der Informationsbits zu den Modulationssymbolen pro Kanal und
daß die Zuordnung des Modulationsalphabetes für jeden einzelnen Träger zeitlich variiert werden.
daß die Zuordnung von ADSL-Rahmenbits in ADSL-Systemen nach ANSI-Standard T1E1.4/98-007 und ETSI DTS/TM-06006 auf die einzelnen Kanäle erfolgt,
daß die Zuordnung der Informationsbits zu den Modulationssymbolen pro Kanal und
daß die Zuordnung des Modulationsalphabetes für jeden einzelnen Träger zeitlich variiert werden.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Implementierung in einem
Einträgerübertragungsverfahren mit
Quadraturamplitudenmodulation (QAM) die Zuordnung der
gesendeten Bits zu den Modulationssymbolen zeitlich
variiert wird.
8. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet,
daß für die Implementierung für trägerlose Amplituden-/Phasen
modulationsverfahren (Carrierless AM/PM (CAP)-
Verfahren) und als Spezialfall zur Übertragung bei
HDSL-Systemen durch zeitliche Zuordnung der gesendeten
Bits zu den Modulationssymbolen variiert wird.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Implementierung für Basisbandübertragungs
verfahren mit mehr als zwei Stufen die Zuordnung der
gesendeten Bits zu den Signalstufen zeitlich variiert
wird.
10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Implementierung für Verfahren der codierten
Modulation die Zuordnung der Informationsbits zu den
Modulationssymbolen pro Kanal, und die Codeparameter,
insbesondere Generatorpolynome bei Block- und
Faltungscodes, zeitlich variiert werden.
11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach einem der Patentansprüche 1 oder 2 oder 5.
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
DE10014463A DE10014463A1 (de) | 1999-12-22 | 2000-03-23 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur sicheren Übertragung in Digitalübertragungssystemen |
PCT/EP2000/012463 WO2001047165A2 (de) | 1999-12-22 | 2000-12-09 | Verfahren und schaltungsanordnung zur sicheren digitalübertragung |
CA002396462A CA2396462A1 (en) | 1999-12-22 | 2000-12-09 | Method and circuit arrangement for the secure transmission in digital transmission systems |
AT00990695T ATE339815T1 (de) | 1999-12-22 | 2000-12-09 | Verfahren und schaltungsanordnung zur sicheren digitalübertragung |
EP00990695A EP1264434B1 (de) | 1999-12-22 | 2000-12-09 | Verfahren und schaltungsanordnung zur sicheren digitalübertragung |
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DE10014463A1 true DE10014463A1 (de) | 2001-08-09 |
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ID=7933777
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DE10014463A Withdrawn DE10014463A1 (de) | 1999-12-22 | 2000-03-23 | Verfahren und Schaltungsanordnung zur sicheren Übertragung in Digitalübertragungssystemen |
Country Status (1)
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