DE2359673C2

DE2359673C2 - Verfahren zum Verschleiern des Informationsinhaltes von Frequenzbändern

Info

Publication number: DE2359673C2
Application number: DE19732359673
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7153 Weissach Bitzer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE2359673A1

Description

Beim Übertragen von Nachrichten ist es vielfach

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erwünscht, diese für Unbefugte unverständlich zu machen. Je nach der verlangten Sicherheit und dem dafür erforderlichen Aufwand unterscheidet man zwischen einfacheren Verfahren zur Verschleierung mit geringerer Sicherheit und den aufwendigen Verfahren zur Verschlüsselung mit hoher Sicherheit. Die Grenzen zwischen diesen Verfahren sind fließend und hängen im wesentlichen ab von den gestellten Anforderungen.

Zum Verschleiern des Informationsinhaltes von Frequenzbändern, im allgemeinen von Sprachsignalen, wird bzw. werden nach bekannten Verfahren das zu übertragende Frequenzband in mehrere Teilbänder zerlegt, die einzelnen Teilbänder in die Frequenzlage eines anderen Teilbandes umgesetzt, dabei in einigen Fällen auch einzelne Teilbänder invertiert und die umgesetzten Teilbänder wieder zu einem gemeinsamen Übertragungsband zusammengefügt. Aus dem empfangenen Band wird in umgekehrten Verfahren etwa das ursprüngliche Sprachfrequenzband wiedergewonnen. Alle Verfahren auf dieser Grundlage haben einige gewichtige Nachteile. Vor allem sind die Geräte zu ihrer Durchführung infolge der notwendigen Vielzahl höherwertiger Filter aufwendig, und der erreichbare Grad der Verschleierung genügt nur einfacheren Ansprüchen.

Ein einfacherer und wirtschaftlicherer Aufbau von Verschieierungsgeräten erscheint erreichbar, wenn die darin angewandten Verfahren ausgehen von aus den Sprachsignalen gewonnenen Abtastwerten, die entweder unverändert als amplitudenmodulierte Impulse oder in digitalisierter Form als zweiwertige Impulse einem Verschleierungsverfahren unterworfen werden.

Es sind Verfahren bekannt, z. B. durch die DE-OS 20 46 630, durch die die einzelnen Elemente einer Impulsfolge getauscht oder verwürfelt und in geänderter zeitlicher Folge übertragen werden. In Verbindung mit einer amplitudenmodulierten ebenso wie einer durch Deltamodulation entstandenen Impulsfolge haben diese jedoch den Nachteil, daß das Schema der Verwürfelung vergleichsweise einfach zu ermitteln ist und damit ebenfalls keine ausreichende Verschleierung möglich ist

Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verschleierungsverfahren anzugeben, durch das bei einfachem Aufbau ein höherer Grad der Verschleierung erreichbar ist

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Verschleiern des Informationsinhaltes eines begrenzten Frequenzbandes wird ebenso wie bei bekannten Verfahren das zu übertragende Frequenzband in η Teilbänder unterteilt abweichend von bekannten Verfahren ist es jedoch gekennzeichnet dadurch, daß der Spannungsverlauf jedes Teilbandes in Zeitabschnitten gegebener Dauer in je einem von η Speichern gespeichert wird, deren Inhalte anschließend mit einer um das Verhältnis der Breite des Frequenzbandes zur Breite des jeweiligen Teilbandes höheren Geschwindigkeit nacheinander aus den einzelnen Speichern ausgelesen und übertragen werden, daß die in bestimmten Zeitabschnitten empfangenen Signale jeweils einem von η Speichern zugeführt, aus diesen η Speichern mit niedrigerer Geschwindigkeit gleichzeitig ausgelesen, die Inhalte jedes der Speicher in das ursprüngliche Teilband umgesetzt und die Teilbänder wieder zum ursprünglichen Frequenzband zusammengesetzt werden.

Schon das Auslesen der Speicher auf der Sendeseite bzw. das Einschreiben in die Speicher auf der Empfangsseite in einer einmal festgelegten Reihenfolge ergibt eine für viele Fälle brauchbare Verschleierung der zu übertragenden Nachricht.

Ein höherer Grad der Verschleierung wird erreicht, wenn die Inhalte der η Speicher in unregelmäßiger Reihenfolge ausgelesen und übertragen werden. Diese Reihenfolge kann im einfachsten Fall manuell von Zeit zu Zeit oder gesteuert, z. B. durch eine Pseudo-Zufallszeichenfolge geändert werden.

Die Möglichkeit, zum Durchführen des Verfahrens den Inhalt der einzelnen Teilbänder mit dem stetigen Verlauf der Analogsignale ζ. B. auf Magnetbändern zu speichern, erscheint wegen der Schwierigkeiten und des Aufwandes der dafür notwendigen mechanischen Einrichtungen als wenig vorteilhaft und wird daher nicht weiter behandelt.

Die Technik neuzeitlicher Speicher setzt zumindest die Zeitquantisierung der Analogsignale voraus.

Bei einer Breite B des zu übertragenden Frequenzbandes und η Teilbändern mit der Breite b, demnach B = nb, muß nach dem 2. Abtasttheorem (vgl. Hölzler/ Holzwarth: Theorie und Technik der Pulsmodulation, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1957, S. 99) zur Zeitquantisierung die Abtastfrequenz für jedes der Teilbänder gleich oder größer 2 b sein. Das Auslesen der Inhalte jedes der η Speicher erfolgt dann mit einer Frequenz η 2b = 2ß, d. h. mit derselben Geschwindigkeit, mit der das vollständige zu übertragende Frequenzband zur Pulsmodulation abzutasten wäre.

Dies gilt auch für später beschriebene Anordnungen, bei denen aus jedem der η Teilbänder durch Multiplikation mit aus zwei um 90° verschobenen Frequenzen gewonnenen Werten (entsprechend einem Vorschlag von D. K. Weaver jr. in: »A third method of generation and detection of single sideband signals«, veröffentlicht in Proceedings of IRE, Dec. 1956, S. 1703

... 1705) zwei Signalfolgen mit einer Bandbreite von jeweils ¹Ab gewonnen werden. Dabei liegen die zwei gleichen und nur in ihrer Phase verschobenen Frequenzen in der Mitte des jeweiligen Teilbandes. Es ergibt sich dann wieder (2n)b = 2Ä

Bei dieser theoretischen Betrachtung wurde angenommen, daß alle Teilbänder gleich breit sind; die Verwendung ungleich breiter Teilbänder wird jedoch nicht ausgeschlossen.

Schaltungen zum Durchführen des erfindungsjemä-Ben Verfahrens enthalten für die Sende- und für die Empfangsrichtung, wie in F i g. 1 dargestellt, η bzw. für einen Teil der später beschriebenen Ausführungsformen In Paare von Schieberegistern SAU, SR12 ... SRn VSR In 1, SRn 2/SR 2n 2. Zeitpunkt ist jeweils der , Eingang eines der zwei Schieberegister eines Paares über einen von nl2n Wechselkontakten wii ... wn MwIn 1 mit jeweils einer Leitung Ei ... EnIE im Sendeteil den Eingangsleitungen verbunden. Der Ausgang des zweiten Schieberegisters tines Paares ist über einen von weiteren n/2n Wechselkontakten w 12 ... wn2lw2n2 eine Umschalteeinrichtung US mit der Übertragungsleitung L verbindbar. Die zwei Schieberegister eines Paares dienen, gesteuert durch die gegenläufig schaltenden Wechselschalter w, wechselweise zum Einschreiben und Auslesen. Je nach Art der in den Schieberegistern zu speichernden Zeichen können Analog- oder Digitalschieberegister vorgesehen sein. Die Umschalteeinrichtung kann in beliebiger Reihenfolge, entweder vorgebbar oder durch eine Pseudo-Zufalls-Zeichenfolge gesteuert, die Schieberegister mit der Leitung L verbinden.

In nicht dargestellter Weise werden jeweils alle mit ihren Eingängen mit einer der Leitungen £verbundenen Schieberegister mit einer langsamen und nur das eine über die Umschlateeinrichtung US mit der Leitung L verbundene Schieberegister mit einer schnellen Impulsfolge getaktet

Für das Teilen des zu übertragenden Frequenzbandes in Teilbänder und für das Umformen der Analogsignale in eine speicherfähige Form und umgekehrt, eignen sich verschiedene an sich bekannte Verfahren und Schaltungen die sich im wesentlichen einerseits durch die Art der verwendeten Umsetzer und Filter, andererseits durch die Stelle des Übergangs von stetig verlaufenden « Analogsignalen in zeit- und/oder amplitudenquantisierte Werte unterscheiden.

Dafür werden nachstehend einige Beispiele für die Sendeseite aufgeführt. Auf der Empfangsseite werden dieselben Anordnungen verwendet und nur in entgegengesetzter Richtung durchlaufen.

1. Bei einer ersten Gruppe von Anordnungen nach den F i g. 2 und 3 wird das über de.i Eingang E ankommende zu übertragende Frequenzband durch η verschiedene Bandfilter BFi ... BFn in η Teilbänder unterteilt mit beispielsweise folgenden Möglichkeiten der Weiterverarbeitung der Teilbänder.

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1.1 Jedes der η Teilbänder wird nach Fig.2 durch einen von η Modulatoren Md i ... Mdn mit einer von η Frequenzen f\ ... fn derart umgesetzt, daß bei jeder der Umsetzungen je eines der dabei entstehenden Seitenbänder untereinander die gleiehe Frequenzlage erhalten. Diese Seitenbänder werden durch untereinander gleiche LC-Filter oder aktive RC-Filter Fi ... Fn ausgesiebt und die Ausgangssignale jedes Filters durch eine Taktfolge imit einer Frequenz größer/gleich 2ö abgetastet.

\2 Die einzelnen Teilbänder am Ausgang der η Bandfilter BFi ... BFn werden wie in F i g. 3 durch eine Taktfolge t mit einer Frequenz größer/gleich 2f> abgetastet.

Bei den unter 1. genannten Beispielen werden aus den analogen Signalen amplitudenmodulierte Impulse (PAM) an den Ausgängen Ai ... An gewonnen, die entweder Analog-Schieberegistern oder nach Durchlaufen eines Analog/Digital(A/D)-Umsetzers Digital-Schieberegistern zugeführt werden. Dabei kann entweder, wie beispielhaft in Verbindung mit der Anordnung nach 1.1 in F i g. 2 gezeigt, jedem der Ausgänge Λ 1 ... An ein A/D-Umsetzer nachgeschaltet sein, oder es kann, wie beispielhaft in Verbindung mit der Anordnung nach 1.2 in Fig.3 gezeigt, ein gemeinsamer A/D-Umsetzer verwendet werden, dem im Zeitvielfach die aus den einzelnen Teilbändern gewonnenen PAM-Signale zugeführt und dessen digitale AusgangssignaJe wieder im Zeitvielfach auf die einzelnen Speicher verteilt werden.

2. Beispielhafte Anordnungen zum Umformen der Analogsignale in eine speicherfähige Form einer zweiten Gruppe arbeiten durchgehend digital und damit ohne herkömmliche Filter.

Dabei wird das Analogsignal in seiner vollen Bandbreite B durch eine Taktfolge mit einer Frequenz größer oder gleich 2ß abgetastet und die Abtastwerte durch einen A/D-Umsetzer in PCM-Zeichen in Form einer Folge digitaler, vorzugsweise binärer Zahlen umgesetzt. Beispiele hierfür, in denen unmittelbar auf den Eingang e für die Analogsignale ein A/D-Umsetzer folgt, zeigen die Fig.4 und 5. Für die Weiterverarbeitung der PCM-Zeichen bestehen beispielsweise folgende Möglichkeiten:

2.1 Jedes der PCM-Zeichen wird wie in Fig.4 dargestellt, parallel η Paaren zu je zwei digitalen Multiplizierern Mp 1, MpV ... Mpn, Mpn' zugeführt und in diesen mit einer Reihe ausgewählter Binärzahien multipliziert. Die dazu den einzelnen Paaren von Multiplizierern gleichzeitig zugeführten Binärzahlen haben Perioden entsprechend der Mittenfrequenz der η Teilbänder und entsprechen in ihren Werten für einen ersten Multiplizierer eines Paares dem Sinus, für den zweiten Multiplizierer desselben Paares dem Cosinus ausgewählter, in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehender Winkel, mit anderen Worten entsprechen die den Multiplizierern zugeführten ausgewählten Binärzahlen den Abtastwerten von Sinusschwingungen mit Frequenzen gleich den Mittenfrequenzen der π Teilbänder bei Abtastzeitpunkten entsprechend gegebenen Phasenlagen. Die Ausgangssignale der 2n Multiplizierer, ebenfalls Binärzahlen, werden gleichzeitig getrennt über je eines von 2/j untereinander gleichen digitalen Tiefpaßfiltern TPi, TPi' ... TPn, TPn'je einem von zwei Speichern aus 2n Speicherpaaren zugeführt.

2.2 Die PCM-Signale werden, wie in F i g. 5 dargestellt, nacheinander einem digitalen Multiplizierer Mp zugeführt und in diesem jedes der Signale nacheinander mit einer Reihe ausgewählter Binärzahlen multipliziert. Die dazu dem Multiplizierer

nacheinander in einer frei wählbaren, jedoch gleichbleibenden Reihenfolge zugeführten Binärzahlen, entsprechen den Abtastwerten von Sinusbzw. Cosinusschwingungen mit Frequenzen gleich den Mittenfrequenzen der η Teilbänder bei 5 Abtastzeitpunkten entsprechend gegebenen Phasenlagen. Jedes einzelne PCM-Signal wird nacheinander mit 2n von einem Zahlenfolgengenerator ZG gelieferten Binärzahlen entsprechend den Sinusbzw. Cosinuswerten derselben Phase aus den η ίο verschiedenen Frequenzen multipliziert. Die Ausgangssignale des Multiplizierers, für jedes PCM-Zeichen eine Folge von In Binärzahlen, werden über eine digitale Tiefpaßfilteranordnung TP geführt und auf 2n Speicher verteilt, von denen jeder zusammen mit einem aus weiteren 2n Speichern ein Paar bildet.

Die unter 2.2 beschriebene Anordnung entspricht in ihrer Wirkungsweise der unter 2.1 beschriebenen und unterscheidet sich von dieser im wesentlichen nur dadurch, daß anstelle von 2n Multiplizierern und In digitalen Tiefpässen nur ein Multiplizierer und ein digitaler Tiefpaß vorgesehen sind, die im Zeitvielfach arbeiten.

Die Anordnungen, wie sie unter 2. beschrieben sind, gründen auf dem schon genannten, von Weaver angegebenen Verfahren zur Einseitenbandmodulation. Die für diese Anordnungen genannten digitalen Tiefpaßfilter sind beschrieben in dem Buch von Schüßler, H. W.: »Digitale Systeme zur Signalverarbeitung« Springer VIg. Berlin, Heidelberg, New York 1973, z. B. auf S. 129 und 130.

Die auf der Sendeseite aus den digitialen Speichern ausgelesenen Binärzeichen können entweder unverändert oder durch einen D/A-Umsetzer in Analogsignale umgesetzt übertragen werden, wobei im letzteren Falle die Bandbreite des Übertragungsweges nichi größer zu sein braucht als die des ursprünglichen Frequenzbandes. Ein solcher wahlweise zu verwendender D/A-Umsetzer am leitungsseitigen Ausgang ist in F i g. 1 in gestrichelter Darstellung enthalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschleiern des Informationsinhaltes eines begrenzten Frequenzbandes unter Verwendung eines Verfahrens, durch welches das i Frequenzband in η Teilbändern unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsverlauf jedes Teilbandes in Zeitabschnitten gegebener Dauer in je einem von π Speichern gespeichert wird, deren Inhalte anschließend mit einer um das Verhältnis der Breite des Frequenzbandes zur Breite des jeweiligen Teilbandes höheren Geschwindigkeit nacheinander aus den einzelnen Speichern ausgelesen und übertragen werden, daß die in bestimmten Zeitabschnitten empfangenen Signale jeweils einem von π Speichern zugeführt, aus diesem π Speichern mit niedrigerer Geschwindigkeit gleichzeitig ausgelesen, die Inhalte jedes der Speicher in das ursprüngliche Teilband umgesetzt und die Teilbänder wieder zum ursprünglichen Frequenzband zusammengesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Inhalte der η Speicher in unregelmäßiger Reihenfolge ausgelesen und übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge des Auslesens der Inhalte aus den η Speichern durch eine Pseudo-Zufallszeichenfolge gesteuert wird.

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