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Schaltungsanordnung für Einrichtungen zur Teiibandvertauschung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzielung vertauschungsunabhängiger
Prequenzraster für die Oberwellen von Sprach-Grundfrequenzen bzw. Subharmonischein
bei Eüirichtungen zur Teilbandvertauschung, bei denen auf der Sendeseite eine Aufteilung
eines Sprachsignalbandes in gleich breite Teilbänder vorgenommen und durch eine
Vertauschung der Teilbänder ein Übertragungsband gebildet wird, bei dem darin enthaltene
Teilbänder inverteirt sein können, wobei auf der Empfangsseite die vorgenommene
Vertauschung rückgängig gemacht wird.
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Es ist z.B. aus der DT-PS 1 273 002 bereits bekannt, in Einrichtungen
zur verschleierten Übertragung von Sprachsignalen das Sprachfrequenzband in mehrere
gleich breite Teilbänder aufzuteilen und die Teilbänder miteinander zu vertauschen.
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Zur Vertauschung der Teilbänder sind verschiedene Verfahren bekannt.
Beispielsweise trifft bei der sogenannten Bandumschaltung ein Vertauscher die Auswahl
von n aus 2n Modulatoren, denen jeweils eine feste Trägerfrequenz zugeordnet ist.
Bei der sogenannten Trägerumschaltung ist in jedem Teilbändkanal eine feste Durchschaltung
von zwei Modulatoren für eine erste und zweite Frequenzumsetzung über ein Einheitsfilter
vorgesehen, wobei ein Vertauscher die Auswahl von n aus 2n Trägerfrequenzen trifft.
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Beispielsweise wird bei der in Fig. 1 gezeigten bekannten Einrichtung
zur Teilbandvertauschung das ankommende, zu verschleiernde Sprachband den Modulatoren
M1 ... M5 zugeführt, deren Trägerfrequenzen fol ... fo5 betragen. Jedem der Modulatoren
Ml ... M5 ist eines der Einheitsfilter P1 nachgeschaltet. Die Trägerfrequenzen fol
... f05 sind so gewählt, daß an den Ausgängen der Einheitsfilter Pl das Sprachband
in fünf Teilbänder zerlegt zur Verfügung steht.
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Die so gewonnenen Teilbänder werden, ausgehend von der Frequenzlage
des Einheitsfilters, mit Hilfe der Modulatoren M6 .. MlO in die ursprüngliche Frequenzlage
des Sprachbandes zurückumgesetzt.
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Mit Hilfe der bei der ersten Umsetzung verwendeten oberen Trägerfrequenzen
fol f f05 ergibt sich eine Rückumsetzung ohne, mit Hilfe der unteren Trägerfrequenzen
fUl ... fu5 eine Rückumsetzung mit Invertierung. Um eine Vertauschung der Teilbänder
zu erzielen, werden die Modulatoren M6 ... M10 über den Frequenzvertauscher FV mit
einer wählbaren Auswahl von fünf aus den zehn Trägerfrequenzen fu1 u5 und und ...
f05 versorgt.
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Bei geeigneter Vertauschung läßt sich mit Hilfe der genannten Verfahren
erreichen, daß die übertragene Sprache unverständlich ist und dadurch ein unbefugtes
Mithören von Telefongesprächen vermieden wird.
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Im ursprünglichen, noch nicht vertauschten, Sprachband bzw. im unverwürfelten
Zustand sind die bei Vokalen vorhandenen Frequenzen ganze Vielfache bzw. Oberwellen
der Sprach-Grundfrequenz; Ihr Abstand ist gleich der Grundfrequenz oder ein ganzes
Vielfaches von ihr. Im verwürfelten Zustand bleibt der Abstand zweier solcher Oberwellen
in den Teilbereichen bzw. Teilbändern erhalten, die einzelnen Frequenzen müssen
aber nicht mehr ganze Vielfache der
Grundfrequenz sein. Eine Gewinnung
von Informationen über dieArt der Vertauschung aus der Lage der Oberwellen im verschleierten
Sprachband ist allerdings bei einer Teilbandvertauschung ohne Invertierung von Teilbändern
deshalb nicht ohne weiteres möglich, da sich - bedingt durch zeitliche Schwankungen
der Sprach-Grundfrequenz -immer wieder Zeitpunkte ergeben, zu denen die Grundfrequenz
ein ganzzahliger Teil der Sprachbandbreite ist. Zu diesen Zeitpunkten läßt sich
aus dem gegenseitigen Abstand der Oberwellen nicht auf eine Vertauschung schließen.
Berücksichtigt man ferner die bei der Frequenzanalyse unvermeidbare Begrenztheit
des Auflösungsvermögens, so ergeben sich in der Nachbarschaft dieser Zeitpunkte
immer wieder unbrauchbare Zeitabschnitte, die es praktisch unmöglich machen, brauchbare
Informationen zu gewinnen.
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Werden jedoch bei der Verwürfelung Teilbänder invertiert, so ergibt
sich bei üblichen Einrichtungen zur Sprachbandvertauschung, daß selbst zu den Zeitpunkten,
zu denen die Sprachgrundfrequenz ein ganzer Teil der Bandbreite ist, nach der Vertauschung
der Teilbänder die Oberwellen keine Vielfache der Grundfrequenz mehr sind und somit
aus dem Abstand der Oberwellen unter Umständen auf das Vorhandensein invertierter
Teilbänder geschlossen werden kann.
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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich in Verbindung mit der Invertierung
dadurch,daß sich die für nicht invertierte und für invertierte Teilbänder benötigten
Trägerfrequenzen bei bekannten Einrichtungen zur Sprachbandvertauschung nicht auf
einfache Weise aus ein und derselben Träger-Grundfrequenz erzeugen lassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Teilbandvertauschung
bei Sprachsignalen hinsichtlich der mit einer Invertierung von Teilbändern verbundenen
Schwierigkeiten Weiter zu vervollkommnen.
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Gemäß der Erfindung wird die Einrichtung zur Lösung dieser Aufgabe
derart ausgebildet, daß die Frequenz an der unteren Grenze des Sprachbandes und
die halbe Teilbandbreite im Verhältnis zweier ganzer Zahlen zueinander stehen. Durch
diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß durch eine einfach realisierbare Bemessung
einer Frequenz eine Gewinnung von Informationen über Teilband-Invertierungen aus
Oberwellen der Sprach-Grundfrequenz wirksam verhindert ist. Insbesondere kann nach
der Vertauschung aus der Lage der Oberwellen der Sprachgrundfrequenz nicht darauf
geschlossen werden, in welche Frequenzlage die einzelnen Teilbänder verlagert wurden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Einrichtung derart
ausgebildet, daß das Verhältnis der beiden ganzen Zahlen eine ganze Zahl ist. Es
ergibt sich dabei als weiterer Vorteil, daß sich neben einer Erzeugung der Trägerfrequenzen
aus einer gemeinsamen Grund-Trägerfrequenz eine Eliminierung invertierungsbedingter
Informationen bei der Teilbandvertauschung ergibt.
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Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Frequenzpläne
sowie anhand des in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 den Sendeteil einer Einrichtung zur Teilbandvertauschung,
Fig. 2 eine Aufteilung eines Sprachbandes in Teilbänder, Fig. 3 die Lage der Trägerfrequenzen
für eine Teilbandvertauschung mit Invertierungsmöglichkeit.
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Bei der Teilbandvertauschung, wie sie einleitend anhand von Fig. 1
beschrieben ist, hat man in der Originallage
eine Aufteilung des
Übertragungsbandes bzw. ein Frequenzschema entsprechend Fig. 2.
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Das Übertragungsband beginnt bei der unteren Bandgrenze fu und reicht
bis zur oberen Bandgrenze fu + 5B. Es ist in fünf Teilbänder aufgeteilt, so daß
sich als Teilbandgrenzen die Frequenzen fu, fu + B, fu - 2B, fu + 3B, fu + 5B ergeben.
Allgemein kann das Ubertragungsband.-in eine Zahl von b Teilbander von der Frequenzbandreite
B, und zwar in die Teilbänder TB1 ... TBb aufgeteilt werden, so daß die oberste
Teilbandgrenze fu' + bB beträgt. Bei einer Fünfbandvertauschung mit einer Teilbandbreite
von 550 Hz und einer unteren Eckfrequenz von 250 Hz betragen die Grenzen der Teilbänder
z.B. 250, 800, 1350, 1900, 2450 bzw. 3000 Hz.
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Werden die Teilbänder so miteinander vertauscht, daß sie nachher in
Regel- oder Kehrlage zu liegen kommen, so sind je b Träger oberhalb und unterhalb
der Lage des Einheitsfilters erforderlich. Fig. 3 zeigt im Prinzip die Lage des
Einheitsfilters und -der Träger für den Fall einer Fünfbandvertauschung. Die Lage
des Durchlaßbereiches des Einheitsfilters wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß
es nicht bei zu hoher Frequenz und so, daß die unterste Trägerfrequenz Tul noch
gut oberhalb der oberen Grenze fu + + bB des Übertragungsbandes liegt.
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Die Breite des Einheitsfilter-Durchlaßbereiches und der gegenseitige
Abstand, den die oberen Träger T01 1 ... Tob und die unteren Träger Tul ... Tub
jeweils unter sich haben, betragen B. Dagegen ist der Abstand A f der Frequenz fo'
an der oberen Kante des Einheitsfilters vom nächsten Träger T01 der oberen Gruppe
und der Abstand der Frequenz fu' an der unteren Kante des Einheitsfilters vom nächsten
Träger Tub der unteren Gruppe gleich dem
Betrag der Frequenz der
unteren Bandgrenze fu des Übertragungsbandes, d.h. es gilt #f = fu.
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Im unvertauschten bzw. unverwürfelten Zustand sind die bei Vokalen
vorhandenen Frequenzen ganze Vielfache der wenigstens in einem kurzen Zeitraum vorhandenen
Sprach-Grundfrequenz bzw. Subharmonischen, ihr Abstand ist gleich der Grund frequenz
oder ganzer Vielfacher von ihr und werden daher im folgenden als sogenannte Oberwellen
bezeichnet.
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Im verwürfelten Zustand bleibt der Abstand zweier derartiger Oberwellen
in den Teilbereichen bzw. innerhalb der einzelnen Teilbänder erhalten, die einzelnen
Frequenzen müssen aber nicht mehr ganze Vielfache der Grundfrequenz sein, da die
Vertauschung der Teilbänder auf eine Addition oder Subtraktion von der Teilbandbreite
B, z.B. bei Bunfbandvertauschung von 550 Hz oder einem Mehrfachen davon, hinausläuft.
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So liegt z.B. bei einer Sprach-Grundfrequenz von 163 Hz die im Teilband
2 bei der Frequenz 815 Hz gelegene Gberwelle nach Vertauschung von Teilband 2 nach
Teilband 1 bei der Frequenz 265 Hz. Ihre Frequenz beträgt daher vor der Vertauschung
das fünffache und nach der Vertauschung das 1,6-fache der Sprach-Grundfrequenz bzw.
Subharmonischen.
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Bei der Teilbandvertauschung bleibt der Abstand jeweils innerhalb
ein und desselben Deilbandes erhalten, aber die einzelnen Frequenzen sind nicht
mehr Oberwellen der betrachteten Grundwelle. Aus der Tatsache, daß die Oberwellen
in einigen oder allen vertauschten Teilbändern nIcht mehr ganze Vielfache der Grundwelle
sind, kann daher unter Umständen bei der betrachteten Grundwelle auf die Art der
Vertauschung geschlossen werden.
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Es gibt jedoch Grundfrequenzen, für die dies nicht gilt:
Die
allgemeine Formel für die Frequenzlage HV der Oberwellen nach der Teilbandvertauschung
lautet: fHV = an . fG + vB, wobei fG die Grundfrequenz, an die Ordnung der Oberwelle,
v die Größe der Verschiebung und B die Bandbreite ist. Die Größe v der Verschiebung
beträgt allgemein bei einer Zahl von b Bändern maximal - b bis + b, z.B. für die
Verschiebung des zweiten Teilbandes bei einer Fünfbandverstauschung -1 bis + 3.
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Der Ausdruck an . fG + v . B läßt sich im allgemeinen nicht durch
die Grundfrequenz G teilen. Nur wenn v B = w fG wird, ist eine Teilung möglich.
Da v auch gleich 1 werden kann, muß, damit die Teilung möglich wird, B durch fG
teilbar gemacht werden.
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Ausgehend von w B = @/v @B erhalt man für @ - @ @ - w@G und damit
@G @ /w Für eine Bandbreite von 550 Hz liegen die Grundwellen, die diese Bedingung
erfüllen, bei 275; 183,3; 107,5; 110; 91,7; 79 usw. Hz.
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Die Gleichung für die vertauschten Oberwellen HV lautet dann fHV =
an fG + v . wfB Das heißt also: Ist die Grundfrequenz ein ganzer Teil (@/2, 32 4
usw.) von der Teilbandbreite, so läßt sich nach der Vertauschung an Hand der Differenz
der Oberwellen zwar die Grundwelle feststellen, es ist aber nicht mehr möglich,
auf die Vertauschung zu schließen, da alle Oberwellen Vielfache der Grundwelle bleiben.
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So liegt z.B. bei einer Sprach-Grundfrequenz von 183,3 Hz
die
im Teilband 2 bei der Frequenz 916,7 Hz gelegene Oberwelle nach Vertauschung von
Teilband 2 nach Teilband 1 bei der Frequenz 366,7 Hz. Ihre Frequenz beträgt daher
vor der Vertauschung das fünffache und nach der Vertauschung das zweIfache der Sprach-Grundfrequenz.
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Ferner gibt es um die Grundwellen herum Ungenauigkeitsbereiche, innerhalb
derer man nicht auf die Lage der Teilbänder schließen kann. Angenommen, die untere
Eckfrequenz des Übertragungebereiches liegt bei 275 Hz, die Bandbreite beträgt 550
Hz und die Grundwellen, bei denen die Oberwellen nach der Vertauschung weiter Vielfache
von dieser bleiben, haben folgende Werte: 275 Hz; 183,3 Hz; 137,5 Hz; 110 Hz; 91,7
Hz; 78,7 Hz; 69 Hz. Läßt sich die Frequenz der Oberwellen z.B. nur auf 10 % genau
bestimmen, so haben die Ungenauigkeitsbereiche um die Grundwellen herum, innhalb
derer man nicht auf die Lage der Teilbänder schließen kann, für die Grundwellen
275, 183, 138, 110, 92, 79 bzw. 69 Hz, die Werte 55, 37, 28, 22, 18, 16 bzw.
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14 Hz, zusamuien den Wert 190 Hz.
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Bei einer Gesamtbreite von etwa 350 - 70 Hz = 280 Hz, in der die Grundwelle
liegen kann, stehen zur Bestimmung der Lage der Oberwellen bei 10 Vo Genauigkeit
nur 90 Hz bzw. 32 Vo zur Verfügung.
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Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben gezeigt, daß der Prequenzbereich,
der für die Bestimmung von Oberwellen der Sprach-Grundfrequenz zur Verfügung steht,
bei einer Teilbandvertauschung ohne Invertierung wesentlich kleiner als die Bandbreite
des verschleierten Sprachbandes ist und daß dieser Vorteil bei einer Invertierung
von Teilbändern an sich verlorengeht, durch eine spezielle Bemessung maßgeblicher
Prequenzen jedoch auch bei der
gewünschten Invertierung beibehalten
werden kann.
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Bei einer Sprach-Grundfrequenz von 183,3 Hz liegt die im Teilband
2 bei der Frequenz 916,7 Hz gelegene Oberwelle nach Vertauschung von Teilband 2
nach Teilband 1, derart, daß es dort in Kehrlage liegt, bei der Frequenz 683,3 Hz.
Ihre Frequenz beträgt daher vor der Vertauschung das fünffache und nach der Vertauschung
das 3,7-fache der Sprach-Grund frequenz.
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Bei Vertauschung mit Invertierung genügt es nämlich nicht, daß die
Grundfrequenz ein ganzer Teil der Bandbreite ist, wenn nach der Vertauschung die
Oberwellen noch Vielfache der Grundfrequenz. sein sollen.
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Zur Invertierung wird bei der doppelten Modulation mit einem Träger
oberhalb des Einheitsfilters hinauf- und mit einem entsprechenden Träger unterhalb
des Einheitsfilters heruntermoduliert oder es wird mit einem entsprechenden Träger
unterhalb des Einheitsfilters hinauf- und mit einem entsprechenden Träger oberhalb
des Einheitsfilters hinuntermoduliert. In Fig. 2 sind die Träger für die einzelnen
Modulationen zu sehen.Dabei gilt Af = Wird der obere Träger für die Heraufmodulation
genommen, so liegen die unteren Träger folgendermaßen Tub = To1 - B - 2fu ; Tub
= To2 - 2B - sfu usw.
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Tu(b-1) = T01 2B 23 - 2u Tu(b-1) To2 - 3B - 2fu usw.
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Da To2 = T01 + B ist, sagen die rechtsstehenden Gleichungen dasselbe
aus wie die linksstehenden, man braucht also weiter nur mit den linksstehenden zu
rechnen.
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Die Gleichung kann man allgemein schreiben: Tu = T01 - v B - 2fu Für
die Oberwellen der Grundfrequenz im zweiten Teilband erhält man für Hinaufmodulation:
f H = T02 - an £G und für Herabmodulation: fHVi = fH' - (T01 - v B - 2fu) Aus beiden
Gleichungen erhält. man zusammen für die durch Vertauschung mit Invertierung aus
der Harmonischen entstehenden Frequenz: fHVi = T02 - anfG - (T01 - v B - 2fu) oder
fHVi = v B + 2fu - anfG (+ T02 - T01) Da T02 - T01 = B ist, kann die Differenz auch
in v berücksichtigt werden.
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Hier sieht man, daß der Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung
nur dann durch f teilbar ist, wenn nicht nur, wie bei der Vertauschung in Regellage
notwendig, v B sondern auch 2fU durch G teilbar ist. Es gilt somit 2fu = z fG bzw.
fu = z/2 fG z oder auf B bezogen: Da fG = 1/w B ist, wird fu = B.
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2w Nochmals zusammengefaßt ergibt sich Bz u 2 w fG = B/w , wobei w
= 1, 2, 3, ...
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Zu beachten ist, daß der Zusammenhang nur für die mit w gewählte Grundfrequenz
gilt.
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Zum Beispiel gilt für die Grundfrequenz fG = 183,3 Hz: w = 3, fu =
275 Hz, B = 550 Hz und z = 3.
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Zum Beispiel liegt für die Grundfrequenz fG = 183,5 Hz die im Teilband
2 bei der Frequenz 916,7 Hz gelegene Oberwelle nach Vertauschung von Teilband 2
und Invertierung bei einer Verschiebung nach Teilband 1 bei der Frequenz 733,3 Hz,
bei einer Verschiebung nach Teilband 3 bei der Frequenz 4066,7 Hz, bei einer Verschiebung
nach Teilband 4 bei einer Frequenz 2016,7 Hz und bei einer Verschiebung nach Teilband
5 bei einer Frequenz 2566,7 Hz.
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Die Frequenz der betrachteten Oberwelle beträgt daher vor der Vertauschung
das fünffache und nach der Vertauschung das fünf-, vier-, acht-, elf- bzw. vierzehnfache
der Sprach-Grund frequenz.
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Ist die Bedingung fu = B/2 # z/w erfüllt, so bleiben die Oberwellen
der Grundfrequenz nach der Vertauschung, gleichgültig, ob in Regel- oder Kehrlage,
in vorteilhafter Weise ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz.
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Aus den Oberwellen ist also nicht mehr zu erkennen, in welche Lage
die einzelnen Teilbänder verlagert worden sind.
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Im beschriebenen Beispiel ist, ausgehend von der-Bemessungsregel fu
= B/2 . z/w, der Quotient z/w gleich 1, d.h.
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einer ganzen Zahl. Die Teilbandbreite ist in diesem Fall gleich einem
ganzzahligen Teil der doppelten unteren Übertragungsgrenze. In diesem Fall sind
alle Träger ganze Vielfache der Größe der Bandbreite und
die Mittenfrequenz
des Einheitsfilters liegt auch in der arithmetischen Reihe der Oberwellen der Trägergrundfrequenz
von der Größe B.
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2 Patentansprüche 3 Figuren