DE3435818C2 - Verfahren zur Übertragung eines verschlüsselten analogen Sprachsignals - Google Patents

Abstract

Bei der Sprachübertragung besteht insbesondere im Telefonverkehr bei Institutionen auf staatlicher Ebene oftmals der Wunsch, die Sprachübertragung abhörsicher zu gestalten. Hohe Geheimgrade für eine solche abhörsichere Sprachübertragung lassen sich grundsätzlich durch eine digitale verschlüsselte Signalübertragung erreichen. Die hierfür benötigte Bandbreite übersteigt jedoch die Bandbreite des ursprünglichen analogen Sprachsignals. Dieser zusätzliche Bandbreitenbedarf steht oftmals nicht zur Verfügung. Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das ursprüngliche Sprachsignal in eine Mehrzahl von Teilfrequenzbändern unterteilt wird, die bezogen auf die jeweilige Bandbreite eines solchen Teilfrequenzbandes annähernd konstante Dämpfungs- und Laufzeiteigenschaften haben. Diese Teilfrequenzbänder werden dann in der digitalen Ebene so verschlüsselt, daß die verschlüsselten Teilfrequenzbänder nach ihrer Zusammensetzung zu einem verschlüsselten Sprachsignal in der analogen Ebene mit einer Bandbreite auskommen, die der Bandbreite des ursprünglichen Sprachsignals entspricht. Die Übertragung erfolgt dann in Form dieses verschlüsselten analogen Sprachsignals.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung eines analogen Sprachsignals in einer der Abhörsicherheit dienenden unverständlichen Form unter Einhaltung einer durch das ursprüngliche verständliche analoge Sprachsignai vorgegebenen Frequenzbandbreite, bei dem sendeseitig das zu übertragende Sprachsignal in Teilfrequenzbänder unterteilt einer

ransförrnatäon seines Informationsinhaltes in der digitalen Ebene unterzogen wird, bei dem ferner die in ihrem Informationsinhalt transformierten Teilfrequenzbänder des Sprachsignals wiederum aneinandergefügt und das so gewonnene Sprachsignal in unverständlicher Form in der analogen Ebene in einer geeigneten Frequenzlage zur Empfangsseite hin über eine Leitung oder eine Funkstrecke übertragen wird und bei dem empfangsseitig aus dem ankommenden unverständli· chen analogen Sprachsignal das ursprüngliche verständliche analoge Sprachsignal in der gleichen Folge von gleichen Schritten zur Umsetzung von der analogen in die digitale Ebene und umgekehrt sowie zur Rücktransformation seines Informationsinhaltes zurückgewonnen wird.

Verfahren dieser Art sind durch die US-PS 42 21 931 bekannt. Das in die digitale Ebene umgesetzte Sprachsignal wird hier in zwei Teilfrequenzbänder, ein Frequenzober- und ein Frequenzunterband aufgeteilt und anschließend jedes dieser Teilfrequenzbänder in seinem Sprachinhalt verwürfelt. Anschließend werden diese beiden Teilfrequenzbänder wieder zusammengefügt, in die analoge Ebene rückumgesetzt und als unverständliches analoges Sprachsignal zur Empfar.gsseite übertragen. Abgesehen davon, daß der durch diese Sprachvcrwürfelung erreichte Geheimhaltungsgrad wegen der Selbstsynchronisierung der hierfür zuständigen Scrambler relativ niedrig ist, treten bei der empfangsseitigcn Rückgewinnung des ursprünglichen analogen Sprachsignals Schwierigkeiten auf, die durch Dämpfungs- und Laufzeilverzerrungen auf der Übertragungsstrecke bedingt sind.

Um einen hohen Geheimhaltungsgrad für das zu

übertragende verschlüsselte Sprachsignal zu erreichen und trotzdem mit einer relativ kleinen Übertragungsb;indbreite auszukommen, ist es durch die Druckschrift DE 26 56 044 C2 bekannt, sendeseitig das Sprachfrequenzband in eine größere Anzahl von Teilfrequenzbänder aufzuteilen, diese mit möglichst niedriger Bitrate zu codieren und nach erneuter Zusammenfassung dieser Teilfrequenzbänder das so verschlüsselte Sprachsignal in der digitalen Ebene zur Empfangsseite hin zu übertragen. Die Übertragungsbandbreite des so gewonnenen verschlüsselten digitalen Sprachsignals ist zwar relativ klein, doch immer noch etwa das Eineinhalbfache der Bandbreite des ursprünglichen analogen Signals. Der hohe Geheimhaltungsgrad wird aiso hier durch Vergrößerung der ursprünglichen Sprachsignalbandbreite erkauf L

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Verfahren zur Übertragung eines analogen Sprachsignals in einer der Abhörsicherheit dienenden unverständlichen Form eine weitere Lösung anzugeben, die auch bei hohen Anforderungen an die Geheimhaltung für das unverständliche analoge Sprachsigna! „=nit einer Übertragungsbandbreite auskommt, die der des ursprünglichen sendeseitigen analogen Sprachsignals entspricht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der vorstehend erwähnten Art gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugründe, daß Laufzeit- und Dämpfungsverzerrungen der Übertragungsstrecke im Hinblick auf eine einwandfreie empfangsseitige Rekonstruktion des ursprünglichen Sprachsignals dann unterdrückbar sind, wenn sendeseitig die Transformation aes Informationsinhaltes des Sprachsignais in geeigneter Weise in Teilfrequenzbändern vorgenommen wird, deren Bandbreite so gewählt wird, daß innerhalb der Bandbreiten der verschiedenen Teilfrequenzkanäle jeweils Dämpfungen und Laufzeiten wenigstens annähernd als konstant angesehen werden können. Durch Anwendung dieser Erkenntnis wird es dann möglich, auch ein einen hohen Geheimhaltungsgrad aufweisendes Spachsignal in analoger Form bei einer Bandbreite zu übertragen, die der Bandbreite des ursprünglichen Sprachsignals entspricht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen 2 bis 8 angegeben.

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Erfindung dienenden Figuren

F i g. I die schematische Darstellung eines vom Verfahren nach der Erfindung Gebrauch machenden Nachrichtenübertragungssystems im Blockschaltbild,

F i g. 2 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines auf der Sende- und Empfangsseite des Nachrichten-Übertragungssystems nach Fig. 1 verwendeten Signalumformers,

F i g. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines auf der Sende- und Empfangsseite des Nachrichtenüberiragungssystems nach Fig. 1 verwendeten Signal-Umformers,

Fig.4 ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild der sendeseitigen Synchronisiereinrichtung nach F i g. 1,

Fig.5 ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild der empfangsseitigen Synchronisiereinrichtung nach Fig. 1,

Fis.6 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild für die Filterbank, den ersten Frequenzumsetzer einschiießlich Frequenzfilter des Signaiumsetze« nach Fig.2,

Fig.7 ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild des zweiten Frequenzumsetzers einschließlich Frequenzfilter und des Frequenzbandsummierers des Signalumsetzers nach F i g. 2.

Fig.8 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild einer Variante der Filterbank und des ersten Frequenzumsetzers einschließlich Frequenzfilter des Signalumsetzers nach F i g. 2,

Fig.9 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild einer Variante des zweiten Frequenzband'jmsetzers einschließlich Frequenzfilter und des Frequenzbandumsetzers des Signalumsetzers nach F i g. 2,

Fig. 10 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild des analogen Eingangsteilr, des Signalumsetzers nach F i g. 3,

F i g. 11 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild des analogen Ausgangstei¹' des Signalumsetzers nach F i g. 3.

Das vom Verfahren nach der Erfindung Gebrauch machende Nachrichtenübertragungssystem nach F i g. 1 weist sendeseitig eine Signalquelle SQ auf. die eir. analoges Sprachsignal liefert. Das analoge Sprachsignal wird im sich an die Signalquelle anschließenden Signalumformer St/in ein abhörsicheres analoges Signal umgewandelt, anschließend in der sendeseitigen Synchronisiereinrichtung SYS abschnittsweise mit einer Synchronisierinformation versehen und dann dem Modulationseingang des Senders 5 zugeführt. Die Steuerung des Signalumformers SU der sendeseitigen Synchronisiereinrichtung SYS und des Senders S erfolgt über die Steuereinrichtung STR. Auf der Senderausgangsseite wird das verschlüsselte analoge Sprachsignal entweder über eine Leitung /, wie sie in unterbrochener Linie eingezeichnet ist, oder aber über eine Antenne A zur Empfangsseite übertragen. Empfangsseitig weht das Nachrichtenübertragungssystem einen Empfänger E auf, der das ankommende verschlüsselte analoge Sprachsignal entweder über die Leitung / oder aber über die Antenne A empfängt. Empfängerausgangsseitig wid in der empfangsseitigen Synchronisiereinrichtung SYE die Synchronisierinformation für die Steuereinrichtung STR abgetrennt und anschließend das verbleibende verschlüsselte analoge Sprachsignal im Signalumformer SU in die ursprüngliche analoge Signalform rückumgewandelt und der Signalsenke SS zugeführt. Die Steuereinrichtung STR steuert wiederum den Empfänger E, den Signalumformer SU und die empfangsseitige Synchronisiereinrichtung.

Eine erste bevorzugte ^usführungsform eines SignalumfoTners SU zeigt im Blockschaltbild F i g. 2. Das von der Signalquelle SU ankommende analoge Sprachsignal wird zunächst im / iialog-Digital-Umsetzei A/D in die digitale Ebene umgesetzt und dort in dei Filterbank FB in eine größere Anzahl von Teilfrequenzbänder aufgeteilt, deren Frequenzbandbreite so bemessen ist. daß Dämpfungen und Laufzeiten der Übertragungsstrecke, bezogen auf eine Teilfrequenzbandbreite wenigstens nahezu konstant sind. Anschließend werden die Teilfrequenzbänder im ersten Frequenzumsetzer FUI in die Grundfrequenzlage mit der unteren Grenzfrequenz Null Hz umgesetzt und unerwünschte Frequenzanteile in nachgeschalteten frequenzfiltern FF unterdrückt. Sofern es sich bei diesen Frequenzfiltern nicht um linearphasige Filter handelt, dürfte es zweckmäßig sein, auch die Filterlaufzeiten noch in den Frequenzfiltern FF

nachgeschalteten Filterlaufzeitentzerrern FL zu kompensieren. Entsprechendes gilt für die Filter der Filterbank. Die so aufbereiteten Teilfrequenzbänder werden dann dem Schlüsselgerät SG zugeführt und verschlüsselt. Die Verschlüsselung der in die Grundfrequenzlage umgesetzten Teilfrequenzbänder erfolgt jeweils mit einer den Takt darstellenden Wortfrequenz, die hierbei gleich der zweifachen Bandbreite des zugehörigen Teilfrequenzbandes gewählt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Bandbreiten der verschlüsselten Teilfrequenzbänder gegenüber den unverschlüsselten Teilfrequenzbändern nicht größer sind.

Auf der Schlüsselgeräteausgangsseite kann gegebenenfalls ein Teilfrequenzbandvertauscher TV vorgesehen sein, sofern die eingangsseitige Aufteilung des ana- |5 logen Sprachsignals in Teilfrequenzbänder erfolgt ist, die alle die gleiche Bandbreite aufweisen. Anschließend erfoigt die Rückumsetzung der Teilfrequenzbänder im ausgangsseitigen Frequenzumsetzer FU2 so, daß die Teilfrequenzbänder auf der Ausgangsseite des zweiten Frequenzumsetzers FU2 hinter den Frequenzfiltern FF in einem Frequenzbandsummierer FS zum verschlüsselten Sprachsignal zusammengefügt werden können, dessen Bandbreite nach der abschließenden Umsetzung im Digital-Analog-Wandler D/A in die analoge Ebene eine Bandbreite aufweist, die der Bandbreite des ursprünglichen analogen Eingangssignals entspricht. Zwischen den Frequenzfiltern FFund dem Frequenzbandsummierer FS können gegebenenfalls wieder Filterlaufzeitentzerrer FL vorgesehen sein. Da die Filterlaufzeitentzerrer FL und der Teilfrequenzbandvertauscher TV lediglich wahlweise verwendet werden können, sind sie in F i g. 2 in unterbrochener Linie dargestellt. Entsprechendes gut hinsichtlich der weiteren bevorzugten Ausführungsform nach F i g. 3.

Bei der Ausführungsform für den Signalumformer SU nach Fig.i erfolgt die Aufteilung des ursprünglichen analogen Sprachsignals in Teiifrequenzbänder in der Filterbank FB und deren Frequenzumsetzung im ersten Frequenzumsetzer FU1 in der analogen Ebene. Die hier als analoge Abtastfilter gestaltete Filterbank FB erfordert vor der Umsetzung der Teilfrequenzbänder in die digitale Ebene eine Taktanpassung, die in der in F i g. 3 angegebenen Dezimationsanordnung DZA vorgenommen wird. Zwischen der Dezimationsanordnung DZA und den Frequenzfiltern FF hinter dem ersten Frequenzumsetzer FUX können wieder Filterlaufzeitentzerrer FL vorgesehen sein. Die analogen Teilfrequenzbänder auf der Ausgangsseite der Dezimationsanordnung DZA werden in dem anschließenden Multiplexer MUX zu einem zeitmultiplexen Summensignal vereinigt und anschließend über den Analog-Digital-Wandler A/D in die digitale Ebene umgesetzt Hier erfolgt dann im Schlüsselgerät SG die Verschlüsselung der Teilfrequenzbänder. Auf der Ausgangsseite des Schlüsselgerätes SC wird das verschlüsselte zeitmultiplexe Summensignal im Digital-Analog-Wandler D/A wiederum in die analoge Ebene umgesetzt und im nachfolgenden Demultiplexer DE-MUX wiederum in die einzelnen Teilfrequenzbänder aufgeteilt Die für die weitere Frequenzumsetzung im zweiten Frequenzumsetzer FU2 erforderliche Anhebung des Taktes erfolgt mittels einer Abtastwert-Halteanordnung S/H, an die sich der zweite Frequenzumsetzer FU 2 gegebenenfalls über einen Teilfrequenzbandvertauscher TV anschließt Den Frequenzfiltern FFauf der Ausgangsseite des Frequenzumsetzers FU2 können s^:-ch gegebenenfalls wieder Filter-Iaufzeitentzerrer FL anschließen. Abschließend werden die verschlüsselten Teilfrequenzbänder im Frequenzbandsummierer FS zum verschlüsselten analogen Sprachbandsignal zusammengefaßt, dessen Bandbreite der des ursprünglichen analogen Sprachsignals entspricht.

Bei den Ausführungsbeispielen für die Signalumformer SUnach den Fig.2 und 3 sind die gegebenenfalls verwendeten Teilfrequenzbandvertauscher TV, bezogen auf das Schlüsselgerät SG diesem nachgeschallcl. Selbstverständlich können sie auch, bezogen auf das Schlüsselgerät SG diesem in geeigneter Weise vorgeschaltet sein.

Für eine gegebenenfalls erwünschte Teilbandvertauschung ist der in F i g. 3 in unterbrochener Linie dargestellte Teilbandvertauscher TV nicht unbedingt erforderlich, da eine solche Teilbandvertauschung auch mil Hilfe des Multiplexers MUX vor dem Schlüsselgerät SG oder dem Demultiplexer DE-MUX hinter dem Schlüsselgerät SG durchgeführt werden kann.

Das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild der sendeseitigen Synchronisiereinrichtung SYS weist eingangsseitig einen Speichereigenschaften aufweisenden Zeitkompressor COM auf, in den das verschlüsselte analoge Sprachsignal mit dem Eingangstakt Teeingelesen und mit dem hiergegen schnelleren Ausiesetakt Ta wieder ausgelesen wird. Der Auslesetakt Ta wird über den Umschalter U2 wahlweise dem Zeitkompressor COM und dem Synchronisiersignalgenerator SSG zugeführt. In gleicher Weise kann der Ausgang der sendeseitigen Synchronisiereinrichtung SVS über den Umschalter U1 wahlweise an den Ausgang des Zeitkompressors COM und den Ausgang des Synchronsicrsignalgenerators SSG angeschaltet werden. Die Umschalter U1 und U2 werden gemeinsam von einem von der Steuereinrichtung STR gelieferten Steuersignal Si gesteuert. Durch den Zeitkompressor COM werden abschnittsweise im verschlüsselten analogen Spraehsigna! Zeitschlitze gebildet, in die dann das Ausgangssignal des Synchronisiersignalgenerators SSG eingefügt werden kann.

Die entsprechende Ausführungsform der empfangsseitigen Synchronisiereinrichtung SYE nach F i g. 5 weist eingangsseitig den Schalter s 1 auf, über den hinweg das ankommende verschlüsselte analoge Sprachsignal dem Zeitexpander EXPzugeführt wird. Hier ist der Eingangstakt Te für diesen Zeitexpander höher als sein Ausgangstakt Ta. Der Eingangstakt Te wird über den Umschalter UZ wahlweise dem Zeitexpander EXP und dem Steuereingang des Synchronisiersignalempfängers SSE zugeführt Der Eingang des Synchronisiersig^rilempfängers SSE ist über den Schalter s2 mit dem Eingang der empfangsseitigen Synchronisiereinrichtung SYEverbunden. Die Schalter si, s2 und der Umschalter i/3 werden gemeinsam vom Steuersignal S/ der empfangsseitigen Steuereinrichtung STR gesteuert. Hierbei ist bei geschlossenem Schalter 51 der Schalter s 2 offen und umgekehrt Auf diese Weise läßt sich die Synchronisierinformation leicht vom eigentlichen verschlüsselten analogen Sprachsignal abtrennen. Am Ausgang des Zeitexpanders EXP steht dann das auf das ursprüngliche Zeitmaß gedehnte verschlüsselte analoge Sprachsignal an und kann dem empfangsseitigen Signalumformer SU zugeführt werden. Der empfangsseitige Signalumformer SU hat den gleichen Aufbau wie die in F i g. 2 und 3 im Blockschaltbild dargestellten sendeseitigen Signalumformer SU. Im Unterschied zum sendeseitigen Signalumformer SU werden im empfangsseitigen Signalumformer SU im Schlüsselgerät SG die Tcilfre-

quen/bänder nicht ver-, sondern entschlüsselt.

Bei der in Fig.6 in näheren Einzelheiten dargestellten Filterbank FB mit nachgeschaltetem ersten Frequenzumsetzer FU \ einschließlich Frequenzfilter FF nach F i g. 2 wird eine Aufteilung des eingangsseitigen digitalen Sprachsignals in fünf ungleiche Teilfrequenzbänder, nämlich in 0,1875 bis 0,375 kHz, 0,375 bis 0,75 k'ffr., 0,75 bis 1,5 kHz, 1,5 bis 2,25 kHz und 2,25 bis 3 kHz vorgenommen. Das bandbegrenzte Sprachsignal wie auch die Teilfrequenzbänder sind in F i g. 6 und in den weiteren Fig. 7 bis 9 an den Stellen, an denen sie auftreten, eingezeichnet. Die Bandbreite ist jeweils in kHz angegeben. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die untere Frequenz stets Null Hz ist. Wo dies nicht der Fall ist, sind die untere Grenzfrequenz und die obere Grenzfrequenz in kHz angegeben.

Das bandbegrenzte Sprachsignal von 3 kHz wird in der digitalen Ebene einem ersten digitalen Weichenfilici, ueStchcfiu äüS ucFfi Ticipäu / r ί UOu ucüi ι lOCnpau HP\ zugeführt, die beide mit der Wortfrequenz fw i =6 kHz getaktet werden. Die Wortfrequenz fw 1 ist gleichzeitig die Abtastfrequenz, mit der das ursprüngliche analoge Sprachsignal im Analog-Digital-Wandler A/D abgetastet und digitalisiert wurde. Diese Abtastfrequenz ist die nach dem Abtasttheorem niedrigstc Tastrate, mit der das analoge Sprachsignal informalionsverlustfrei in die digitale Ebene umgesetzt werden kann. Das digitale Weichenfilter teilt das Sprachband in zwei gleiche Teilfrequenzbänder von 0 bis 1,5 kHz und 1,5 bis 3 kHz, wobei durch die anschließende Dc/imation um den Faktor 2 in den nachgeschalteten Dezimatoren DZ nur jeder zweite Ausgangswert übernommen wird und somit die Teilfrequenzbänder ausgangsseitig mit 1,5 kHz periodiziert werden. Damit stehen die beiden Teilfrequenzbänder ausgangsseitig in der gleichen Frequenzlage von 0 bis 1,5 kHz zur Verfügung. Die Dezimation bewirkt mit anderen Worten eine Frequenzumsetzung.

Die weitere Aufteilung in schmalere Teilfrequenzbänder erfolgt in derselben Weise in zwei weiteren digitalcn Weichenfiltern, die jeweils aus dem Tiefpaß TP2 und dem Hochpaß HP 2 bestehen und ihrerseits mit der Wortfrequenz fw 2 — 3 kHz getaktet werden. Ausgangsseilig werden die Teilfrequenzbänder wiederum durch Dezimation um den Faktor 2 in den nachgeschalteten Dezimatoren DZ so umgesetzt, daß vier Teilfrequenzbänder entstehen, die jeweils eine Bandbreite von 0,75 kHz aufweisen und deren untere Grenzfrequenz den Wert Null hat. Damit sind bereits die ausgangsseitigen Teilfrequenzbandkanäle K 3 bis K 5 gebildet.

Das am Ausgang des Tiefpasses TP 2 hinter dem Dezimator DZanstehende Teilfrequenzband mit der Bandbreite von 0,75 kHz, das die niedrigsten Frequenzanteile des ursprünglichen bandbegrenzenden Sprachsignals aufweist wird nochmals einer digitalen Filterweiche mit dem Tiefpaß TP3 und dem Hochpaß HP3 zugeführt und steht auf der Ausgangsseite hinter den Dezimatoren DZ mit dem Faktor 2 in zwei Teilfrequenzbändern mit der Bandbreite 0375 kHz an. Der Tiefpaß TP3 und der Hochpaß HPZ werden mit der Wortfrequenz fw3 = \J5 kHz getaktet Der Ausgang des Hochpasses HP3 bildet hinter dem Dezimator DZ den Teilfrequenzbandkanal K 2.

Das Teilfrequenzband mit der Bandbreite 0375 am Ausgang des Tiefpasses TP3 hinter dem Dezimator DZ wird nunmehr noch dem Hochpaß HP4 zugeführt in dem der niederfrequente Teil des ursprünglichen Sprachbandes von 0 bis 0,1875 kHz abgespalten wird.

Der Hochpaß HP4 wird mit der Wortfrequenz Ai'4 = 0,75 kHz getaktet. Am Ausgang des Dezimators mit dem Faktor 2 hinter dem Hochpaß HP4 ist damit der Teilfrequenzbandkanal K1 mit der Bandbreite 0,1875 kHz gebildet. Der Teilfrequenzbandkanal Kl hat eine Bandbreite von 0,1875 kHz. Der Teilfrequenzbandkanal K 2 hat eine Bandbreite von 0,375 kHz. Die Teilfrequenzbandkanälc K 3 bis K 5 haben jeweils eine Bandbreite von 0,75 kHz.

Die Teilfrequenzbänder der Teilfrequenzbandkanäle K lb\s K5 werden entsprechend F i g. 2, gegebenenfalls nach zusätzlicher Laufzeitentzerrung, entsprechenden Eingängen des Schlüsselgerätes SC zugeführt und einzeln verschlüsselt, was in üblicher Weise über eine Modulo-2-Addition mit einer Schlüsselfolge geschehen kann.

Die verschlüsselten Teilfrequenzbänder der Teilfrequenzbandkanäle K 1 bis K 5 müssen anschließend wieucrurn zu cincrri vcrscmusscitcn uHuiGgcn -»pracuLmiiu umgeformt weiden, dessen Bandbreite von 0,1875 bis 3 kHz in der analogen Ebene reicht. Eine entsprechende Ausführungsform für den zweiten Frequenzumsetzer FU2 mit Frequenzfilter FFeinschließlich des Frequenzbandsummeriers FS zeigt Fig. 7. Das Spektrum der verschlüsselten Teilfrequenzbänder ist periodisch und hat die Breite der halben Wortfrequenz. Dabei ist die halbe Wortfrequenz gleich der Teilfrequenzbandbreite vor der Verschlüsselung. Deshalb bleibt die Teilfrequenzbandbreite jedes Teilfrequenzbandes durch die Verschlüsselung ungeändert.

Die verschlüsselten Teilfrequenzbänder in den Teilfrequenzbandkanälen Kl bis K 5 werden nun. wie Fig. 7 zeigt, in ähnlicher Weise zusammengefügt, wie sie vorher zerlegt wurden. Umgekehrt wie bei der Zerlegung in die Teilfrequenzbänder müssen die Wortfrequenzen bei der Zusammensetzung nicht um den Faktor 2 abgesenkt, sondern um den Faktor 2 erhöht werden. Dies erfolgt durch Interpolatoren IR mit dem Faktor 2. Das Teilfrequenzband des Teilfrequenzbandkanals K 2 wird über den Interpolator//? dem Hochpaß HP 4 zugeführt, der wiederum mit der Wortfrequenz fw 4 = 0,75 kHz getaktet wird.

Das Teilfrequenzband von 0.1875 bis 0,375 kHz am Ausgang des Hochpasses HP4 wird zusammen mit dem Teilfrequenzband des Teilfrequenzbandkanals K 2 über jeweils einen Interpolator IR mit dem Faktor 2 einer digitalen Filterweiche mit dem Tiefpaß TP 3 und dem Hochpaß HP 3 zugeführt, die ihrerseits mit der Wortfrequenz /iv3 = l,5kHz getaktet werden. Das auf diese Weise auf der Ausgangsseite dieser digitalen Filterweichp gewonnene zusammengesetzte Teilfrequenzband von 0,1875 bis 0,75 kHz wird seinerseits zusammen mit derrr Teilfrequenzband des Teilfrequenzbandkanals K 3 über die bereits erwähnten Interpolatoren IR einer weiteren digitalen Filterweiche aus dem Tiefpaß TP 2 und dem Hochpaß HP 2 zugeführt.

In gleicher Weise werden die Teilfrequenzbänder der Teilfrequenzbandkanäle K 4 und K 5 über Interpolatoren mit dem Faktor 2 einer gleichen digitalen Fiiterweiche mit dem Tiefpaß TP2 und dem Hochpaß HP2 zugeführt. Beide Tiefpässe TP 2 und Hochpässe HP 2 werden mit der Wortfrequenz /V2=3kHz getaktet und liefern ausgangsseitig zusammengesetzte Teilfrequenzbänder, von denen das eine die Bandbreite 0,1875 bis 1,5 kHz und das andere die Bandbreite 0 bis 1,5 kHz aufweist

Diese zusammengesetzten Teilfrequenzbänder werden nun über Interpolatoren IR mit dem Faktor 2 einer

letzten digitalen Filterweiche mit dem Tiefpaß TP1 und dem Hochpaß HP\ zugeführt, die ihrerseits durch die Wortfrequenz /Vl =6 kHz getaktet werden und ausgangsseitig ein verschlüsseltes Sprachband abgeben, das nach seiner Umsetzung in die analoge Ebene den Frequenzbereich von 0,1875 bis 3 kHz aufweist.

Sofern zur Erhöhung des Geheimhaltungsgrades neben der eigentlichen Verschlüsselung der Teilfrequenzbänder auch noch eine Teilfrequenzbandvertauschung vorgenommen werden soll, ist es zweckmäßig, die Aufteilung des ursprünglichen analogen Sprachbandes in Teilfrequenzbänder so vorzunehmen, daß alle Teilfrequenzbänder in den Teilfrequenzbandkanälen gleiche Bandbreite aufweisen. Eine entsprechende Ausführungsform für die Filterbank FB und den ersten Frequenzumsetzer FUi einschließlich Frequenzfilter FF entsprechend F i g. 2 zeigt F i g. 8.

Zunächst wird in einem digitalen Hochpaß HP5, der mit der Wortfrequenz Av 5 = 5,4 kHz getaktet wird, der Frequenzteil 0 bis 0,3 kHz vom eingangsseitigen digitalen Sprachsignal getrennt und anschließend das so begrenzte Sprachband von 0,3 bis 2,7 kHz in die Frequenzlage 0 bis 2,4 kHz umgesetzt. Die Umsetzung erfolgt hier in einem Modulator M, dem ein Rechteckträger mit der Trägerfrequenz fm = 2,7 kHz an einem zweiten Eingang zugeführt wird und durch den im Modulator das Ausgangssignal des Hochpasses HPS mit der Folge + 1 und— 1 multipliziert wird.

Zur Aufteilung dieses Sprachbandes von 2,4 kHz in vier gleiche Teilfrequenzbänder mit der Bandbreite von 0,6 kHz ist ein Wechsel der Wortfrequenz auf die doppelte Frequenz des zu zerlegenden Frequenzbandes notwendig. Der Übergang zwischen den unterschiedlichen Wortfrequenzen erfolgt über eine Erhöhung der Wortfrequenz fw 5 durch den Interpolator IP mit dem Faktor 8 auf das kleinste gemeinsame Vielfache der Wortfrequenz fw 5 = 5,4 kMz des am Ausgang des Modulators M vorhandenen Sprachsignals und der erforderlichen Abtastfrequenz von 4.8 kHz.

Am Ausgang des auf den Interpolator IR folgenden Tiefpasses TP6 mit der Wortfrequenz /V6 = 43,2 kHz wird im anschließenden Dezimator DZ der Worttakt wieder um den Faktor 9 reduziert und das Sprachsignal mit der Bandbreite 2,4 kHz und der Wortfrequenz fw 7 = 4,8 kHz der digitalen Filterweiche aus dem Tiefpaß TP7 und dem Hochpaß HP7 zugeführt. Der Tiefpaß TP 7 und der Hochpaß HP 7 werden ihrerseits mit der Wortfrequenz fw 7 = 4,8 kHz getaktet.

An den beiden Ausgängen der digitalen Filterweiche hinter den Dezimatoren DZ mit dem Faktor 2 ist das eingangsseitige Sprachsignal in zwei Teilfrequenzbänder mit der Bandbreite 1,2 kHz aufgeteilt, die ihrerseits wiederum zwei weiteren digitalen Filterweichen mit dem Tiefpaß TP 8 und dem Hochpaß HP 8 zugeführt werden. Die Tiefpässe TP 8 und die Hochpässe HP 8 werden mit der Wortfrequenz /V 8 = 2.4 kHz getaktet. An den vier Ausgängen der beiden digitalen Filterweichen stehen dann vier Teilfrequenzbänder mit der gleichen Bandbreite von 0,6 kHz, die vier Teilfrequenzbandkanäle K ι, K 2, K 3 und K 4 darstellen. Die Teilfrequenzbänder der Teilfrequenzbandkanäle Ki bis K 4 werden entsprechend Fi g. 2 gegebenenfalls über Filterlaufzeitentzerrer FL dem Schlüsselgerät SG zugeführt.

Auf der Ausgangsseite des Schlüsselgerätes müssen dann die verschlüsselten Teilfrequenzbänder der Teiifrequenzbandkanäle K 1 bis K 4 wiederum im Zweiten Frequenzumsetzer FU2 mit nachgeschaltetem Frequenzbandsummierer FS mit einem verschlüsselten Sprachsignal mit eiiier Bandbreite von 0,3 bis 2,7 kHz in der analogen Ebene zusammengefaßt werden. Die F i g. 8 entsprechende Ausführungsform für den zweiten Frequenzumsetzer FU2 einschließlich Frequenzfilter FFund dem Frequenzbandsummierer FS zeigt F i g. 9.

Die auf den Teilfrequenzbandkanälen K 1 bis K 4 ankommenden vier Teilfrequenzbänder mit der gleichen Bandbreite von 0,6 kHz werden über Interpolatoren IR mit dem Faktor 2 zwei digitalen Filterweichen mit jeweils einem Tiefpaß TPS und einem Hochpaß HPS zugeführt, die ihrerseits mit der Wortfrequenz fw 8 = 2,4 kHz getaktet werden. Die auf der Ausgangsseite dieser digitalen Filterweichen anstehenden zusammengesetzten Teilfrequenzbänder mit der Bandbreite 1,2 kHz werden über die Interpolatoren IR mit dem Faktor 2 einer weiteren digitalen Filterweiche mit dem Tiefpaß TP7 und dem Hochpaß HP7 zugeführt, die von der Wortfrequenz fw 7 = 4,8 kHz getaktet werden. Die Umsetzung des am Ausgang dieser weiteren Fiiterweiehe erhaltenen Sprachsignals mit der Bandbreite 2,4 kHz wird nun analog zu F i g. 8 über den Interpolator IR mit dem Faktor 9 dem Tiefpaß TP6 zugeführt, der mit der Wortfrequenz fw 6=43,2 kHz getaktet wird. Anschließend erfolgt im Dezimator DZ mit dem Faktor 8 die Absenkung der Wortfrequenz auf die Wortfrequenz /V5 = 5,4 kHz, die in Fig. 9 in Klammern ebenfalls angegeben ist.

Das Sprachsignal am Ausgang des Dezimators DZ hinter dem Tiefpaß TP 6 wird mit einem Rechteckträger der Trägerfrequenz fm = 2,7 kHz, also mit der Folge +1 und — ! im Modulator M multipliziert. Am Ausgang des Modulators M tritt das verschlüsselte Sprachsignal mit einer Bandbreite von 2,4 kHz auf, das dann nach seiner Rückumsetzung in die analoge Ebene in den Frequenzgrenzen 0,3 bis 2,7 kHz vorliegt. Oberhalb 2,7 kHz liegende Seitenbänder können mit einem Glättungsliefpaß beseitigt werden.

Wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der F i g. 2 und 3 bereits erwähnt wurde, kann der Signalumsetzer SU nach F i g. 3 auch so gestaltet sein, daß lediglich die eigentliche Verschlüsselung der Teilt, cquenzbänder des Sprachsignals in der digitalen Ebene durchgeführt wird. Ein nähere Einzelheiten aufweisendes Blockschaltbild der Eingangsseite eines Signalumformers Si7nach Fig.3, bestehend aus der Filterbank FB. dem eingangsseitigen Frequenzumsetzer FUi, Filterlaufzeitentzerrern FL und der Dezimationsanordnung DZA zeigt Fig. 10 für den Fall, daß integrierte analoge Abtastfilter, beispielsweise SC-(switched-capacitor) oder CCD-(charge-coupled-devise)Filter vorgesehen werden.

In der Filterbank FB wird das eingangsseitige Sprachsignal in fünf gleiche Teilbänder in den Grenzen 0,3 bis 3,3 kHz aufgespalten. Hierbei erzeugen der Bandpaß BP1 das Teilfrequenzband in den Frequenzgrenzen 0,3 bis 0,9 kHz, der Bandpaß BP 2 das Teilfrequenzband in den Frequenzgrenzen 0,9 bis 1,5 kHz, der Bandpaß BP3 das Teilfrequenzband in den Frequenzgrenzen 1,5 bis 2,1 kHz, der Bandpaß BP4 das Teälfrequenzband in den Frequenzgrenzen 2,1 bis 2,7 kHz und der Bandpaß BP5 das Teilfrequenzband in den Frequenzgrenzen 2,7 bis 3,3 kHz. Die Taktfrequenz ft für die analoge Abtastfiltcr darstellenden Bandpässe beträgt 75,6 kHz.

!n den den Bandpässen BP1 bis ^. 5 nachfolgenden Tvioduiatoren M ί bis M 5 werden die Teilfrequenzbänder mit an ihren Extremwerten abgetasteten Rechteckträgern, d. h. mit der Folge +1 und — 1 multipliziert. Die den Modulatoren Mi, M2 ... M5 jeweils zugeordne-

ten Trägerfrequenzen fm 1 bis fm 5 betragen für fm 1, />;i 2 = 0.9 kHz, /"m3, />774 = 2,1 kH?: und /hi5 = 2.7 kHz. Die durch tüi: Modulatoren M 1 bis /W5 in die Nullfrequcn/.liigc umgesetzten Teilfrequenzbänder werden Tiefpässen TP1 bis TP5 zugeführt, die eine Grenzfrcquenz fs von 0,6 kHz aufweisen und unerwünschte Modulalionsprodukte der in den Modulatoren Mi bis M5 umgesetzten Teilfrequenzbänder unterdrücken. Zweckmäßig werden den Ausgängen der Tiefpässe TPi bis TP5 jeweils ein Teilband-Laufzeitentzerrer LEI bis LE 5 nachgeschaltet, die gemeinsam den Filterlaufzeitentzerrer FL bilden. Um die Verschlüsselung der so gewonnenen Teilfrequenzbänder mit einer Wortfrequenz von 2 χ 0,6 kHz durchführen zu können, werden die fünf Teilfrequenzbänder jeweils einem Dezimator DZl bis DZ 5 mit dem Faktor 63 zugeführt. Die auf der Ausgangsseite der Dezimationsanordnung DZA vorhandenen fünf Teilfrequenzbandknäle Ki bis K 5 mit einer Wortfrequenz von 1,2 kHz werden anschließend entsprechend Fig.3 im Multiplexer MUX zu einem zeitmultiplexen üummenkanal zusammengefaßt und zur Verschlüsselung in die digitale Ebene umgesetzt.

Nach der Verschlüsselung des zeitmultiplexen Summensignals erfolgt dessen Rückumsetzung in die analoge Fbene und seine Aufteilung im Demultiplexer DE- MUX in die fünf Teilfrequenzbandkanäle K 1 bis K 5. Die gleiche Bandbreite aufweisenden fünf Teilfrequenzbander der fünf Teilfrequenzbandkanäle müssen nun wiederum für die Übertragung zu einem verschlüsselten Sprachsignal mit einer Bandbreite in den Grenzen 0,3 bis 3,3 kHz rückumgesetzt werden. Das dem Blockschaltbild der Fig. 10 entsprechende Blockschaltbild zeigt F i g. 11 mit der Abtastwert-Halteanordnung S/H, dem ausgangsseitigen Frequenzumsetzer FU2 und dem sich gegebenenfalls daran anschließenden Filterlaufzeitcnlzerrer FL

Die Abtastwert-Halteanordnung S/H weist für jeden der Teilfrequenzbandkanäle K\ bis K 5 einen Abtastwcrthalter s/h 1 bis s/h 5 auf. Diese Abtastwerthalter werden mit der Abtast-Haltefrequenz ft'= 1,2 kHz getaktet. Die SC- bzw. CCD-Filter des ausgangsseitigen Frequenzumsetzers FU2 werden wiederum mit der Taktfrequenz /"f=75,6 kHz getaktet Dies bedeutet, daß der ausgangsseitige Frequenzumsetzer FU 2 jeden Ablasthaltewert der Teilfrequenzbandkanäle Ki bis K 5 am Ausgang der Abtastwert-Halteanordnung 5/f/dreiundscchzigmal abtastet.

Der zweite Frequenzumsetzer FU 2 besteht eingangsseitig jeweils aus einem Tiefpaß TPH, TP2i ... TP5\ für die fünf Teilfrequenzbandkanäle Ki bis K 5. leder dieser genannten Tiefpässe hat die Grenzfrequenz /s=0,6kHz und ist ausgangsseitig mit einem sin AT/v-Entzerrer E1 bis E5 verbunden. Anschließend erfolgt wieder die Umsetzung dieser entzerrten Teilfrequenzbänder in die ursprüngliche Frequenzlage in den Modulatoren M1 bis M5 entsprechend F i g. 10.

Zur Unterdrückung unerwünschter Frequenzanteile werden die umgesetzten Teilfrequenzbänder an den Ausgängen der Modulatoren Ml bis M5 jeweils einem weiteren Tiefpaß TP12, TP22... TP 52 zugeführt

Der Tiefpaß TP12 hat hierbei die

Grenzfrequenz fs = 0,9 kHz,
der Tiefpaß TP 22 die

Grenzfrequenz fs = 1,5 kHz,
der Tiefpaß TP32 die

Grenzfrequenz fs = 2,1 kHz,
derTiefrmß TP42 die

Grenzfrcquenz/s = 2,7 kH/
und der Tiefpaß TP52 die

Grcnzfrcqtienz fs = 3,3 kl I/.

Die so gewonnenen verschlüsselten Teill'rcquen/bänder des Sprachsignals können nunmehr durch Zusammenfassung der Teilfrequenzbandkanäle K 1 bis K 5 in einem üblichen Frequenzbandsummierer zum verschlüsselten analogen Sprachsignal in den Frequenzgrenzen 0,3 bis 3,3 kHz zusammengefaßt werden. Dem Frequenzbandsummierer FS entsprechend F i g. 3 wird ausgangsseitig zur Glättung des verschlüsselten Sprachsignals ein sin x/v-Entzerrer zugeordnet.

Wie schon darauf hingewiesen worden ist, unterscheidst sich ein empfangsseitiger Signalumformer SU von einem sendeseitigen Signalumformer im wesentlichen dadurch, daß im Schlüsselgerät SG die Teilfrequenzbänder nicht ver-, sondern entschlüsselt werden. Ein weiterer 1 Jnterschied ergibt sich dadurch, daß im allgemeinen die Teilfrequenzbänder des empfangsseitig ankommenden verschlüsselten analogen Signals unterschiedliche Grundlaufzeiten aufweisen werden. Diese könnten in einem dem empfangsseitigen Signalumformer vorgeschalteten Laufzeitentzerrer aufgehoben werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Taktphasen der Wortfrequenzen bezüglich der einzelnen Teilfrequenzbänder an deren jeweilige Grundlaufzeit über einstellbare Laufzeitglieder anzupassen.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich überall dort mit Vorteil anwenden, wo eine Nachrichtenübertragung über Leitungen oder über Funk durchgeführt werden muß, die hohe Anforderungen an die Geheimhaltung genügen muß, jedoch für die Übertragung nur übliche Sprachkanäle zur Verfügung stehen. Für den praktischen Einsatz kommen insbesondere abhörsichere Telefonanlagen in und zwischen Ministerien sowie auf Botschaftsebene in Betracht.

Hierzu 5 Blatt· Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung eines analogen Sprachsignals in einer der Abhörsicherheit dienenden unverständlichen Form unter Einhaltung einer durch das ursprüngliche verständliche analoge Sprachsignal vorgegebenen Frequenzbandbreite, bei dem sendeseitig das zu übertragende Sprachsignal in Teilfrequenzbänder unterteilt einer Transformation seines Informationsinhaltes in der digitalen Ebene unterzogen wird, bei dem ferner die in ihrem Informationsinhalt transformierten Teilfrequenzbänder des Sprachsignals wiederum aneinandergefügt und das so gewonnene Sprachsignai in unverständlicher Form in der analogen Ebene in einer geeigneten Frequenzlage zur Empfangsseite hin Ober eine Leitung oder eine Funkstrecke übertragen wird und bei dem empfangsseitig aus dem ankommenden unverständlichen analogen Sprachsignal das ursprüngliche verständliche analoge Sprachsignal in der gleichen Folge von gleichen Schritten zur Umsetzung von der analogen in die digitale Ebene und umgekehrt sowie zur Rücktransformation seines Informationsinhaltes zurückgewonnen wird, dadurch gekennzeichne:, daß sendeseitig das zur Übertragung anstehende Sprachsignal derart in Teilfrequenzbänder unterteilt wird, daß die auf der Übertragungsstrecke auftretenden jeweils auf die Breite eines Teilfrequenzbandes bezogenen Dämpfungen Und Laufzeiten wenigstens annähernd konstant sind, daß ferner,"ämtlic!¹.· Teilfrequenzbänder vor der Durchführung der Transformation ihres Informationsinhaltes jeweils in dii Grundfrequenzlage mit der unteren Grenzfrequenz von Null Hz umgesetzt und nach der Transformation ihres hiformationsinhaltes aus dieser Grundfrequenzlage jeweils wiederum in eine die vorgegebene Bandbreite für das zu übertragende unverständliche analogen Sprachsignals gewährleistende Frequenzlage rückumgesetzt werden und daß die Transformation des Informationsinhaltes der Teilfrequenzbänder so vorgenommen wird, daß hierdurch keine Veränderung ihrer Bandbreite eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformation des Informationsinhaltes der Teilfrequenzbänder des Sprachsignals in der digitalen Ebene in Gestalt einer einen hohen Geheimhaltungsgrad ermöglichenden Verschlüsselung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfrequenzbänder des Sprachsignals die gleiche Bandbreite, beispielsweise 600 Hz aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfrequenzbänder des Sprachsignals in ihrer Grundfrequenzlage mit der unteren Grenzfrequenz von Null Hz vor oder nach der Transformation ihres Informationsinhaltes einer Teilbandvertauschung unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Umformung des zu übertragenden analogen Sprachsignals in ein unverständliches analoges Sprachsignal und die empfangssehige Rückumformung des ankommenden unverständlichen analogen Sprachsignals in das ursprüngliche verständliche analoge Sprachsignal ausschließlich in der digitalen

Ebene erfolgt

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die eigentliche Transformation des Signalinhaltes des sendeseitig umzuformenden und empfangsseitig rückum/.iiformenden analogen Sprachsignals in der digitalen Ebene durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sende- und empfangsseitig in ihrem Informationsinhalt zu transformierenden Teilfrequenzbänder des Sprachsignals ausschließlich für diese Transformation zu einem zeitmultiplexen Summensignal zusammengefaßt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig das unverständliche analoge Sprachsignal zeitlich komprimiert und mit einer abschnittsweise eingefügten Synchronisierinformation versehen wird und daß empfangsseitig nach dem Abtrennen dieser Synchronisierinformation für die empfängerseilige Synchronisation die Zeitkompression des unverständlichen analogen Sprachsignals wieder rückgängig gemacht wird.