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Verfahren zur Nachrichtenverschlüsselung Die bisher üblichen Verfahren
zur Nachrichtenverschlüsselung beruhen vielfach auf dem Prinzip der Mehrbandverschlüsselung,
bei dem das Nachrichtenfrequenzband in einzelne Teilfrequenzbänder zerlegt wird,
welche nach einem bestimmten Programm miteinander vertauscht werden. Neben dem hierzu
erforderlichen großen schaltungstechnischen Aufwand ist es bei derartigen Verfahren
jedoch nachteilig, daß der Verschlüsselungsgrad relativ nicht sehr groß ist. Eine
unbefugte Entschlüsselung ist beispielsweise möglich, indem die Verteilung der Sprechenergie
auf die einzelnen Teilbänder ausgewertet wird. Eine Verbesserung wird dadurch erzielt,
daß auf der Sende- und Empfangsseite in vorher vereinbarten periodischen Zeitabständen
der Aufteilungsschlüssel der einzelnen Teilbänder geändert wird. Es ist jedoch auch
in diesem Fall eine Entschlüsselung, wenngleich mit erheblich größerem Zeitaufwand,
möglich. So kann z. B. die interessierende Nachricht gespeichert, die Periodizität
des Aufteilungsschlüssels festgestellt und die weitere Entschlüsselung in der gleichen
Weise wie im erstgenannten Fall durchgeführt werden.
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Es ist bereits ein Verschlüsselungssystem bekanntgeworden, bei dem
der Verschlüsselungsgrad wesentlich größer ist als bei den obengenannten Verfahren.
Hierzu wird ein Sprachband mit einem Träger moduliert, dessen Frequenz innerhalb
eines begrenzten Bereiches nach einer statistischen Funktion verändert wird. Die
statistische Funktion wird z. B. aus einer Rauschquelle gewonnen. Das entstehende
breite Modulationsspektrum wird mit einem Bandpaß auf die Übertragungsbandbreite
eingeengt und das auf diese Weise gewonnene tlbertragungsband auf der Empfangsseite
mit dem Entschlüsselungsträger in der Weise frequenzmäßig umgesetzt, daß die Nachricht
mit Hilfe eines ortsfesten Bandfilters herausgesiebt werden kann. Dabei tritt jedoch
der Nachteil auf, daß von dem ursprünglichen Nachrichtenband nur ein Teil zurückgewonnen
werden kann. Das Band wird nämlich hierbei um den Frequenzhub des Trägers eingeengt.
Somit ist dem mit dem Frequenzhub ansteigenden Verschlüsselungsgrad eine obere Grenze
dadurch gesetzt, daß die mit fortschreitender Einengung des Nachrichtenbandes absinkende
Verständlichkeit der übertragenen Nachricht nicht zu klein werden darf.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Sprachbandverschlüsselung
wird das Nachrichtenband einem frequenzvariablen Verschlüsselungsträger derart aufmoduliert,
daß ein verbreitertes Verschlüsselungsband als Modulationsprodukt entsteht, welches
durch eine Filterschaltung in zwei Teilbänder zerlegt wird, die durch eine feste,
innerhalb des Nachrichtenbandes liegende Frequenz voneinander getrennt werden. Nachfolgend
wird eine Frequenzumsetzung der beiden entstehenden Teilbänder mit Hilfe des Verschlüsselungsträgers
einerseits und einer weiteren festen Trägerfrequenz andererseits in ein neues Band
von der Breite des ursprünglichen Nachrichtenbandes vorgenommen, welches innerhalb
konstanter Frequenzgrenzen liegt. In diesem nunmehr verschlüsselten Nachrichtenband
weisen die ohne überlappung aneinandergefügten Teilbänder in Abhängigkeit von der
Frequenzänderung des Verschlüsselungsträgers momentane Frequenzverschiebungen auf,
wobei die Bandgrenzen der Frequenzänderung des VerschlÜsselungsträgers folgen. Nachteilig
ist hierbei, daß die maximal mögliche Frequenzänderung, d. h. der Hub, des Verschlüsselungsträgers.
durch die Breite des, ursprünglichen Nachrichtenbandes begrenzt ist, was einer Begrenzung
des möglichen Verschlüsselungsgrades gleichkommt. Zur Vergrößerung des Verschlüsselungsgrades
wird das beschriebene Verfahren zu einem mehrstufigen Verfahren erweitert, wodurch
jedoch der schaltungstechnische Aufwand stark vergrößert wird. Eine weitere Möglichkeit
zur Vergrößerung des Verschlüsselungsgrades besteht darin, ein zentral gelegenes
Teilband des verschlüsselten Nachrichtenbandes durch feste Filter herauszusieben
und dieses nach Inversion wieder einzusetzen. Hierbei wird jedoch der Hub des Verschlüsselungsträgers
auf die Breite dieses zentralen Teilbandes beschränkt.
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Die vorliegende Erfindung geht von einem Verfahren zur Nachrichtenverschlüsselung
durch mehrfache Frequenzumsetzung eines Nachrichtenbandes unter Verwendung wenigstens
eines frequenzvariablen Verschlüsselungsträgers aus, bei dem das um den Frequenzhub
des Verschlüsselungsträgers breitere
Verschlüsselungsband in nebeneinanderliegende
Teilbänder zerlegt wird, die ihrerseits in ein gemeinsames Band von der Breite des
Nachrichtenbandes derart umgesetzt werden, daß sich die in ihnen befindlichen Anteile
des Nachrichtenbandes ohne Oberlappung zusammensetzen, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Verschlüsselungsband mittels paralleler Filter in mindestens drei einander
benachbarte, jeweils maximal der Breite des Nachrichtenbandes entsprechende Teilbänder
zerlegt wird und der Frequenzbereich des Verschlüsselungsbandes durch entsprechende
Wahl des Frequenzhubes des Verschlüsselungsträgers gleich der Summe der Teilbänder
ist und daß empfangsseitig die einzelnen Teilbänder in die ursprüngliche Frequenzlage
in bezug aufeinander rückumgesetzt werden und durch Umsetzung mittels eines dem
Verschlüsselungsträger möglichst genau entsprechenden Entschlüsselungsträgers eine
Aussiebung des entschlüsselten Nachrichtenbandes vorgenommen wird.
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Hierdurch wird gegenüber den bekannten Verschlüsselungsverfahren mit
einem frequenzvariablen Verschlüsselungsträger ein Frequenzhub erzielt, der um ein
Vielfaches größer sein kann. Das bedeutet, daß bei einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit
der Frequenz des Verschlüsselungsträgers bzw. der relativen Bandbreiten der Teilbänder
weniger Umkehrpunkte der Änderungsfunktion in der Zeiteinheit auftreten, als dies
bei den bekannten Verschlüsselungsverfahren mit kleinerem Hub des Verschlüsselungsträgers
erforderlich ist. Da gerade in solchen Umkehrpunkten die unerwünschte Entschlüsselung
leichter erfolgen kann als in den übrigen Punkten der Änderungsfunktion, ist der
Verschlüsselungsgrad bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so groß, wie er bei den
bekannten Verschlüsselungsverfahren lediglich unter zusätzlicher Anwendung weiterer
Verschlüsselungsmaßnahmen bzw. unter mehrfacher Anwendung derselben Maßnahmen erreicht
werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können der Verschlüsselungs-
und der Entschlüsselungsträger jeweils wahlweise mehreren unterschiedlichen Frequenzbereichen
angehören, wobei die Bereichsumschaltung vorzugsweise derart vorgenommen wird, daß
das Verschlüsselungsband nach einer bestimmten Schaltfunktion jeweils durch das
invertierte ersetzt wird.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin,
daß das gesamte übertragungsband des verwendeten übertragungssystems zur Nachrichtenübertragung
ausgenutzt werden kann. Des weiteren ist die zur Durchführung des Verfahrens dienende
Einrichtung zusammen mit den Synchronisierungseinrichtungen für den Verschlüsselungs-
und Entschlüsselungsträger als selbständige Einheit jederzeit an eine beliebige
übertragungsstrecke anschaltbar, ohne daß Eingriffe in das übertragungssystem selbst
erforderlich werden.
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Weitere Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles
entnehmbar. Dabei zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Sendeseite, F
i g. 3 eine entsprechende der Empfangsseite einer zur Durchführung des Verfahrens
geeigneten Schaltungsanordnung, während in den Frequenzdiagrammen der F i g. 2 die
Vorgänge auf der Sendeseite, in den Frequenzdiagrammen der F i g. 4 die Vorgänge
auf der Empfangsseite näher erläutert sind.
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Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, wird sendeseitig das dem Eingang
1 zugeführte Nachrichtenband durch einen Tiefpaß 2 beispielsweise bei einer
Frequenz von 3,5 kHz begrenzt, im nachgeschalteten Modulator 3 mittels der Frequenz
f 1 in eine höhere Frequenzlage umgesetzt und durch einen zweiten Tiefpaß
4 auf einen durch dessen Grenzfrequenz bestimmten Teil des bei der Modulation entstandenen
unteren Seitenbandes beschränkt. Die Grenzfrequenz wird dabei z. B. so gewählt,
daß die unterhalb von 300 Hz liegenden Teile des Nachrichtenbandes ausgefiltert
werden und somit ein in Kehrlage befindliches, den Frequenzbereich zwischen 300
und 3400 Hz übertragendes Nachrichtenband mit der Bandbreite BN gebildet wird. Diese
Vorgänge sind in übersichtlicher Form im Frequenzdiagramm nach F i g. 2 a dargestellt.
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Zur Verschlüsselung der Nachricht wird in einem nachgeschalteten Modulator
5 ein sogenannter Verschlüsselungsträger fx zugesetzt, der innerhalb eines oder
auch mehrerer Frequenzbereiche in seiner Frequenz variiert werden kann, wobei diese
Variation insbesondere nach einer statistischen Funktion erfolgen kann. Wie in F
i g. 2 b dargestellt ist, kann der Verschlüsselungsträger beispielsweise den Frequenzhub
BT aufweisen. An Hand zweier Augenblickswerte fxl und fx2 ist angedeutet, daß das
Nachrichtenband dabei in einer solchen Weise frequenzmäßig verschoben wird, daß
ein breiteres, sogenanntes Verschlüsselungsband von der Bandbreite BM entsteht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Frequenzhub BT gleich der doppelten
Bandbreite BN des Nachrichtenbandes, so daß sich für das Verschlüsselungsband eine
gegenüber BN verdreifachte Bandbreite BM ergibt. In F i g. 2 c sind die entsprechenden
Verhältnisse an Hand eines mit einem Frequenzhub BT frequenzvariablen Verschlüsselungsträgers
gezeigt, wobei die Augenblickswerte fx3 und fx4 kenntlich gemacht sind. Je nachdem,
ob der Frequenzbereich des Verschlüsselungsträgers fx unterhalb (F i g. 2 b) oder
oberhalb (F i g. 2 e) des dem Modulator 5 zugeführten Nachrichtenbandes liegt, ergibt
sich für das im Verschlüsselungsband liegende Modulationsprodukt entweder die Kehrlage
oder die Regellage. Die statistische Zeitfunktion der Frequenzänderung des Verschlüsselungsträgers
fx kann bei dem Verfahren nach der Erfindung in beliebiger Weise gebildet werden.
Mit Vorteil wird jedoch eine Rauschquelle mit nicht zu hoher oberer Grenzfrequenz
zur frequenzmäßigen Aussteuerung herangezogen. Nach einer bevorzugten Weiterbildung
kann auch eine Umschaltung des Verschlüsselungsträgers aus dem einen Frequenzbereich
BT in den anderen BT' nach einer beliebigen Zeitfunktion erfolgen, wobei jeweils
eine Inversion des im Verschlüsselungsband befindlichen Nachrichtenbandes eintritt.
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In F i g. 2 d ist das zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die augenblickliche
Frequenz des Verschlüsselungsträgers fx in seiner Lage innerhalb des Verschlüsselungsbandes
von der Breite BM festgelegte Nachrichtenband von der Breite BN dargestellt.
In drei nachgeschalteten Bandpässen 6, 7 und 24 wird nun das Verschlüsselungsband
in drei benachbarte, jeweils der Breite BN des Nachrichtenbandes entsprechende Teilbänder
zerlegt (F i g. 2 c, f, g), wobei bei der in F i g. 2 d dargestellten augenblicklichen
Frequenzlage
des Nachrichtenbandes dessen einer Teil 8 auf das vom Bandpaß 6 bestimmte Teilband,
der restliche Teil 9 auf das vom Bandpaß 7 bestimmte Teilband entfällt. Die durch
die Bandpässe 6, 7 und 24 bestimmten Teilbänder werden in nachgeschalteten Modulationseinrichtungen
10, 11 und 25 mittels entsprechender Trägerfrequenzen f 2, f 3 und f 4 in ein gemeinsames
Frequenzband von der Breite BN umgesetzt, welches durch den Bandpaß 12 ausgesiebt
wird. Dabei sind die Trägerfrequenzen f 2, f 3 und f 4 so gewählt, daß die Durchlaßbereiche
der Bandpässe 6, 7 und 24 auf den gleichen Frequenzbereich fallen und daß sich die
auf jeweils zwei benachbarte Teilbänder entfallenden Anteile 8, 9 des Nachrichtenbandes
zu der Bandbreite BN zusammensetzen, ohne sich dabei zu überlappen. Das durch den
Bandpaß 12 ausgesiebte Summenmodulationsprodukt der Modulationseinrichtungen 10,
11 und 25 stellt nunmehr das verschlüsselte Nachrichtenband dar, das beispielsweise
nach einer nochmaligen Frequenzumsetzung in eine geeignete übertragungslage und
Verstärkung mittels eines Ausgangsverstärkers 13 dem 17bertragungssystem zugeführt
wird. Hierbei wird unabhängig von der momentanen Frequenz des Verschlüsselungsträgers
fx die gesamte Nachricht stets innerhalb des übertragungsbandes übertragen, falls
vorausgesetzt wird, daß die differentielle Frequenzänderung des Verschlüsselungsträgers
pro Zeiteinheit so klein ist, daß die durch diese Frequenzmodulation entstehenden
Seitenbänder vernachlässigt werden können.
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Die Schaltung der Empfangsseite ist schematisch in F i g. 3 dargestellt,
während die Vorgänge im einzelnen an Hand der Frequenzdiagramme nach den F i g.
4 a bis 4 g erläutert sind: Ein dem sendeseitigen Bandpaß 12 entsprechender Bandpaß
14 stimmt die Empfangseinrichtung auf die Sendeeinrichtung ab und siebt das verschlüsselte
Nachrichtenband aus (F i g. 4 a). Mittels der Trägerfrequenzen f 2, f 3 und f 4
wird in den Modulationseinrichtungen 15, 16 und 26 eine Aufspaltung des empfangenen
Frequenzbandes in drei frequenzmäßig benachbarte Teilbänder vorgenommen, welche
lagemäßig den sendeseitigen entsprechen. Die Teilbänder werden hierbei durch Bandpässe
17, 18 und 27 mit den sendeseitigen Bandpässen 6, 7 und 24 entsprechenden Frequenzcharakteristiken
ausgesiebt, wobei in allen Teilbändern jeweils beide Anteile 8, 9 des Nachrichtenbandes
auftreten (F i g. 4 b, c, d). Alle drei Teilbänder werden dann im nachfolgenden
Demodulator 19 mittels eines Entschlüsselungsträgers fy demoduliert, der möglichst
weitgehend mit dem Verschlüsselungsträger fx synchron laufen muß. Dies kann z. B.
dadurch erreicht werden, daß für den Verschlüsselungs- und den Entschlüsselungsträger
zwei synchron laufende Tonbänder vorgesehen sind, auf denen der Frequenzverlauf
in geeigneter Weise aufgezeichnet ist.
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Nach der auf diese Weise erfolgenden Demodulation (F i g. 4 e) kann
das ursprüngliche Nachrichtenband durch eine Bandpaßanordnung mit gleichen Frequenzeigenschaften
wie die sendeseitige Anordnung 2, 3, 4 ausgesiebt werden. Dies geschieht bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Tiefpasses 20, der das Demodualtionsprodukt
auf einen solchen Teil des entstehenden unteren Seitenbandes beschränkt, daß gerade
die unter dem gewünschten Nachrichtenband liegenden Frequenzen unterdrückt werden
(F i g. 4 f), während nach einer im Modulator 21 mittels der Trägerfrequenz f 1
vorgenommenen Umsetzung in den niederfrequenten Bereich ein nachgeschalteter Tiefpaß
22 die über dem gewünschten Nachrichtenband liegenden Frequenzen wegfiltert (F i
g. 4 g). Somit tritt am Ausgang 23 der Empfangseinrichtung das entschlüsselte Nachrichtenband
mit der Bandbreite BN auf.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung besteht
darin, daß an Stelle einer Aufteilung des Verschlüsselungsbandes in drei Teilbänder
der Bandbreite BN eine entsprechende Aufteilung in vier oder mehr Teilbänder vorgenommen
wird. In diesem Fall kann der Frequenzhub des Verschlüsselungsträgers fx und damit
der Verschlüsselungsgrad entsprechend erweitert werden.
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Eine andere Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung sieht
eine Anwendung bei Mehrbandverschlüsselungssystemen vor. In diesem Fall be-,steht
das zu übertragende Nachrichtenband bereits aus mehreren Nachrichtenteilbändern,
die untereinander nach einem bestimmten Programm vertauscht sind. So sind beispielsweise
bei fünf Nachrichtenteilbändern fünf aus jeweils einem Bandpaß und einem Modulator
bestehende, parallel geschaltete Einrichtungen vorhanden, die eine entsprechende
Aufspaltung vornehmen. Das um den Frequenzhub des Verschlüsselungsträgers fx erweiterte
Verschlüsselungsband wird in diesem Fall vorzugsweise in einzelne Teilbänder von
der Breite der Nachrichtenteilbänder aufgeteilt. Dabei werden die genannten fünf
Einrichtungen um so viele gleichartige ergänzt, wie es für die vergrößerte Bandbreite
BM des Verschlüsselungsbandes notwendig ist. Durch diese Kombination des
Mehrbandverschlüsselungssystems und des Verfahrens nach der Erfindung wird ein derart
hoher Verschlüsselungsgrad erreicht, daß einerseits der Frequenzhub des Verschlüsselungsträgers
klein gehalten werden kann und andererseits die Zeitsteuerungseinrichtungen, welche
bei den bekannten Mehrbandverschlüsselungssystemen eine periodische Änderung des
Aufteilungsschlüssels vornehmen, wegfallen können.