DE905496C

DE905496C - Verfahren zur Geheimhaltung von Sprache

Info

Publication number: DE905496C
Application number: DEG5744A
Authority: DE
Inventors: Dr Edgar Gretener; Dr Fritz Schroeter
Original assignee: EDGAR GRETENER DR
Current assignee: EDGAR GRETENER DR
Priority date: 1950-04-22
Filing date: 1951-04-22
Publication date: 1954-03-04
Also published as: CH311424A; US2777897A; GB694757A

Description

G 5

21 a-

Das Problem der Geheimhaltung von Sprache in Nachrichtenübermittlungskanälen ist bis heute trotz großer Anstrengungen nicht befriedigend gelöst worden. Für die Aufgabe, eine gesprochene Nachricht auf dem Übermittlungskanal gegen zufälliges Mithören zu sichern, bestehen zwar verschiedene brauchbare Lösungen. Für drahtlos übertragene Gespräche wird beispielsweise das Sprachwende verfahren angewendet, das bekanntlich darin besteht, daß das ursprüngliche Gespräch mit einer Frequenz f₀ am oberen Ende des zu übertragenden Frequenzbandes moduliert wird. Als Resultat dieser Umwandlung entstehen zwei neue Bänder, von denen das eine die Spiegelung des ursprünglichen Frequenzbandes an der Frequenz f_oj2 darstellt, während das andere um f₀ verschoben ist. Für die Übertragung kann nach Wahl das eine oder andere oder beide Bänder verwendet werden.

Diese neuen Frequenzbänder machen die ursprüngliche Sprache zwar mehr oder weniger unverständlich, so daß sie gegen zufälliges Abhören, wie es z. B. im drahtlosen Verkehr vorkommt, gesichert sind. Der Grad der Geheimhaltung ist aber vollständig unzureichend gegen beabsichtigtes Abhören, indem die Rückverwandlung der unklaren in die klare Sprache für einen Unbefugten technisch ohne Schwierigkeiten möglich ist.

Theoretisch sind Lösungen bekannt, die einen beträchtlichen Grad an Geheimhaltung gegen beabsichtigtes Abhören gewährleisten. Sie bestehen z. B. darin, daß das ganze Frequenzband in eine größere Anzahl Teilbänder aufgespalten wird und daß diese einzeln umgeformt werden, wobei die Aufspaltung und Umformung zeitlich gesetzmäßig variiert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Nachricht zeitlich in kurzzeitige Elemente aufzuteilen und diese in ih'rer Reihenfolge zu vertauschen.

Der Aufwand steigt aber bei allen bekannten Verfahren mit wachsenden Forderungen an den Geheimhaltungsgrad unverhältnismäßig stark an, so daß von einer wirtschaftlichen Lösung nicht gesprochen werden kann. Obschon solche Anlagen vereinzelt gebaut worden sind und auch betrieben werden, kann mit

Rücksicht auf den Aufwand gesagt werden, daß bis jetzt keine Lösung von praktischer Bedeutung gefunden wurde.

Die Möglichkeiten sind mit den gemachten, knappen Angaben keineswegs erschöpft. Es soll damit lediglich gezeigt werden, daß es sich um eine der Sprache arteigene Transformation handelt, indem bei allen beschriebenen Fällen das ursprüngliche Frequenzgemisch auf mehr oder weniger komplizierte Art in ein andere ίο geheimes Frequenzgemisch verwandelt wird.

Ganz andere Möglichkeiten ergeben sich, wenn man sich zur Verschlüsselung auf das in den letzten Jahren bekanntgewordene Impuls-Kode-System zur Übertragung von Nachrichten stützt. Obschon diese Technik bereits Eingang in das Schrifttum gefunden hat, sei sie nachstehend kurz skizziert. Die Puls-Kode-Modulation besteht darin, daß das ursprüngliche Frequenzgemisch (der Mikrophonstrom oder die Mikrophonspannung) in hochfrequentem Rhythmus, wobei die Abtastfrequenz erfahrungsgemäß mindestens doppelt so hoch sein soll wie die obere Grenzfrequenz des zu übertragenden Frequenzbandes, abgetastet, anschließend quantisiert und in die ihrer Quanteastufe entsprechende Impulskombination umgeformt wird. Empfangsseitig wird die mit Impulskode übertragene Nachricht im umgekehrten Verfahren in das ursprüngliche Frequenzgemisch zurückverwandelt, indem synchron zum Abtastrhythmus auf der Geberseite empfangsseitig pro Impulskombination ein Amplitudenwert gebildet wird.

Die Zahl der Impulse des Kodes, d. h. die je Amplitudenwert notwendige Anzahl Impulse hängt dabei von dem zu übertragenden Amplitudenumfang ab. Mit N Impulsen lassen sich bekanntlich 2^N Kombinationen bilden und entsprechend die gleiche Anzahl Amplitudenstufen übertragen. Bei Telephonic wird mit N — 5, also mit Kodezeichen von fünf Impulsen (Fünferkode) bereits gute Verständlichkeit erzielt. Das heißt also, die Bildung von 32 Amplitudenstufen erscheint zur Gewährleistung einer guten Telephonieübertragung als ausreichend; sofern auf einen großen Dynamikumfang verzichtet werden kann, werden brauchbare Ergebnisse sogar schon mit N = 3 oder 4 erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Geheimhaltung von Sprache, welche mittels eines Impuls-Kode-Verfahrens' über Nachrichtenübermittlungskanäle übertragen wird, indem die Amplitudenfolge der zu übertragenden Sprache nach vorausgehender Quantelung in Impuls-Kode-Kombinationen umgesetzt (weiterhin auch als Kodierung bezeichnet) und diese nach erfolgter Übertragung beim Empfänger wieder in die Amplitudenfolge der ursprünglichen Sprache zurückverwandelt wird (weiterhin auch als Dekodierung bezeichnet). Ein solches Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen den gequantelten Sprachamplituden und den Impuls-Kode-Kombinationen beim Sender und Empfänger nach bestimmten Zeitabschnitten in übereinstimmender Weise geändert wird.

Dieser der eigentlichen Geheimhaltung (Chiffrierung) der Sprache dienende zeitliche Wechsel der Zuordnung von gequantelten Sprachamplituden und Impuls-Kode-Kombinationen ähnelt den aus der TeIegraphentechnik bekannten Chiffrierverfahren für Impulskombinationen, mit dem Unterschied, daß sich bei der Übertragung von Sprache die Vorgänge bei wesentlich höheren Frequenzen abspielen, also etwa 6ooomal in der Sekunde gegenüber etwa siebenmal in der Sekunde bei der Telegraphie. Diese Chiffrierung der Impuls-Kode-Kombinationen gestattet nun eine sehr wirkungsvolle Geheimhaltung, wie weiter unten ausgeführt werden soll.

Die Wirksamkeit dieser Chiffrierung ist offensichtlieh sehr groß, wenn man bedenkt, daß die Rückbildung der chiffrierten Impulskombinationen auf eine zeitliche Funktion des Amplitudenverlaufes A (t) führt, der mit dem ursprünglichen Verlauf rein äußerlich betrachtet gar nichts gemeinsam hat.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen und der Figuren näher erläutert. Dabei veranschaulicht

Fig. ia, ib das Blockschema eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,

Fig. 2 a bis 2 c ein Ausführungsbeispiel für die Kodierung und Verschlüsselung,

Fig. 3 a bis 3 c ein Ausführungsbeispiel zur photoelektrischen Herstellung der Chiffrierimpulsserien unter Verwendung von exponierten Filmbändern,

Fig. 4a, 4b ein Ausführungsbeispiel der multiplikativen Mischung,

Fig. 5 a, 5 b Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung der Ausscheidung der Zeichen- und Gleichlaufimpulse, gs

Fig. ιa und ib stellen als Beispiel rein schematisch eine Einrichtung dar, mit der das geschützte Verfahren ausgeübt werden kann. In Fig. ia ist die Sende- und in Fig. ib die Empfangsseite dargestellt. Zur Erzielung einer guten Übersichtlichkeit der Zusammenhänge erfolgt die Darstellung mit Blockschema, das Einzelheiten weder über die konstruktive Ausbildung noch über die in ihrem benutzten Verfahren aussagt. Dies ist im allgemeinen ohne weiteres angängig, da diese Details als bekannt vorausgesetzt werden können. Soweit dies nicht zutrifft, sind weiter unten an Hand von Ausführungsbeispielen nähere Angaben gemacht.

Die Ziffern bedeuten im einzelnen folgendes: ι Mikrophon oder dessen Äquivalent, z. B. Tonabnehmer einer Schallplatte, eines Klangfilms od. dgl., 2 Niederfrequenzverstärker mit Begrenzungsmitteln für das Sprachfrequenzband, z. B. auf f_m = 3000 Hz, Dynamikbegrenzer, der zweckmäßig den Lautstärkeumfang logarithmisch komprimiert, 4 Abtastgerät, mit der Abtastfrequenz f_s, z. B. f_s = 6000 Hz, gesteuert, zur Abtastung der Mikrophonspannung, 5 Gerät zur Quantisierung der in 4 abgetasteten Mikrophonspannungsamplitude, gesteuert mit der Frequenz f_s, 6 Gerät zur Umformung der (gequantelten) Amplitude in ein iV-stelliges Kodezeichen, z. B .N =■ 5, 7 steuernder Synchrontaktgeber der Frequenz f_s, 8 Frequenzvervielfacher zur Herstellung der Frequenz N · f_s, 9 Gerät zur Chiffrierung der Impulsfolge von 6, 10 Mischstufe zum Mischen der Kode- und der Gleichlaufimpulse (letztere von der

Frequenz f_s), zugleich zur passenden Formung der Impulse dienend, ii Sender, 12 Antenne.

Darstellungsgemäß wird die Mikrophonspannung einem NF-Verstärker 2 mit Frequenzbandbegrenzung und einem Dynamikbegrenzer 3 zugeführt. 4 bis 6 dienen der Umformung von Amplitude in Kode, wobei 4 ein Gerät zur Abtastung der Amplitude darstellt. Diese Abtastung erfolgt mit mindestens dem doppelten Wert f_s der maximal zu übertragenden Frequenz f_m, also f_s^_2 f_m. In 5 erfolgt die Quantisierung der abgetasteten Amplitude und in 6 die Umformung in Kode. Die Mittel für diese Umformung sind aus den Schriften über Puls-Kode-Modulation bekannt; sie seien der Vollständigkeit halber nur namentlich aufgeführt: 1. Röhrenschaltungen, in denen die Sprechamplitude mit gestaffelten Gleichspannungen verglichen wird; 2. Röhrenschaltungen, die nach dem Prinzip der Impulszähler arbeiten; 3. Kathodenstrahlröhren mit Kodierungsdiaphragma. 9 stellt das Chiffriergerät dar, das die von 6 zugeführten Impulse umformt. An Hand von Beispielen wird weiter unten ausgeführt, wie dieser Chiffriervorgang im einzelnen vor sich geht. 10 ist ein Gerät zur Mischung der Kode- und Gleichlaufimpulse. Dieses Gerät ist nötig bei starrer Synchronisierung von Geber und Empfänger, d. h. wenn neben den eigentlichen Zeichenimpulsen auch Synchronisierungsimpulse übertragen werden sollen. Mit 11 ist der Sender und mit 12 die Antenne angedeutet. Es ist ohne weiteres verständlich, daß sich die verschiedenen Funktionen synchron und phasenrichtig abwickeln müssen. Zu diesem Zwecke dienen der Synchrongeber 7, der die Abtastung, die Quantisierung, die Kodeerzeugung, die Chiffrierung mit der Frequenz f_s steuert. Außerdem ist ein Frequenzvervielfacher für die Frequenz N · f_s vorhanden, der für die Impulsbildung und die Chiffrierung erforderlich ist. Die Zusammenhänge der Synchronisierung sind in Fig. ι a an den Verbindungslinien und den Pfeilen ohne weiteres erkenntlich. Über die Frage der Synchronisierung werden weiter unten nähere Angaben gemacht.

Fig. ι b stellt schematisch die Empfangsvorrichtung dar. Sie enthält grundsätzlich die Mittel, um die kodiert und chiffriert übertragene Nachricht in klare Sprache zurückzuverwandeln. Die Ziffern des Blockschemas bedeuten im einzelnen folgendes: 13 Antenne; 14 Empfangsverstärker mit Demodulator; 15 Trennstufe zum Trennen der Kodeimpulse von den Gleichlaufimpulsen (letztere synchronisieren den Taktgeber 18, die Kodeimpulse gehen zum Dechiffriergerät 16); 16 Dechiffriergerät, synchronisiert mit 9; 17 Dekodiergerät, korrespondierend mit Gerät 6 in Fig. ia; 18 Taktgeber, geregelt durch die ausgesiebten Gleichlauf impulse nach Frequenz und Phase; 19 Frequenzvervielfacher zur Gewinnung der Steuerfrequenz N ■ f_s für die Geräte 16, 17; 20 Amplitudendehner, korrespondierend mit dem senderseitigen Dynamikkompressor 3; 21 Gleichrichter und Niederfrequenzsieb; 22 Endverstärker; 23 Telephon (Lautsprecher, Tonaufzeichnungsgeräte usw).

Bezüglich des Chiffrier- und des Dechiffriervorganges ist zu sagen, daß der Sprachkode, der senderseits aus der abgetasteten Mikrophonamplitude gebildet worden ist, mit einer unveränderlichen, besser aber einer ständig veränderlichen Chiffrierfunktion multipliziert und auf diese Weise kompliziert verschlüsselt wird und daß er in dieser unverständlich gemachten Form zum Empfänger übermittelt, bei diesem nochmals mit der gleichen Chiffrierfunktion multipliziert wird, die sich gegebenenfalls synchron mit der beim Sender erfolgenden verändert. Es wird im folgenden nur der Fall der zeitlich veränderlichen Chiffrierfunktion behandelt, jedoch ist der Grundgedanke der Erfindung allgemeiner aufzufassen, da auch mit zeitlich konstanter Chiffrierfunktion bereits eine fortschrittliche Lösung des Geheimhaltungsproblems zu erzielen ist, die für gewisse Zwecke ausreichen kann. Indem so jede Kode-Impuls-Kombination zweimal, nämlich einmal am Sender und sodann am Empfänger, mit der gleichen Chiffrierfunktion multipliziert wird, wird die ursprüngliche Impulskombination zurückerhalten.

Das hierfür benutzte Verfahren entspricht grundsätzlich dem bereits beim Verkehr von Fernschreibern zwecks Geheimhaltung verwirklichten. Durch einen komplizierten Mechanismus wird hierbei bekanntlich jedes Tastzeichen multiplikativ gemischt mit einer Chiffrierimpulskombination, die dank der praktisch unendlich permutierfähigen Verschlüsselung für das gleiche Tastzeichen innerhalb endlicher Zeiträume nicht wiederkehrt. Am Empfänger erfolgt dann die zweite Multiplikation mit der gleichen Chiffrierimpulskombination, so daß nach dem folgenden Schema die Rückbildung der Klartextimpulse vor sich geht:

I.

+ X — =

— X + = X

Sender

3-

i.

2.

— X — = +

V-U . .

+ X — = — Empfänger

Senderseits stehen in der ersten Vertikalkolonne die Polaritäten der von der Fernschreibmaschine erzeugten Impulse, in der zweiten die Polaritäten der Chiffrierimpulse, in der dritten die Polaritäten der resultierenden, zum Empfänger gesandten chiffrierten Impulse, empfängerseits stehen in der ersten Vertikalkolonne die Polaritäten der beim Empfänger eintreffenden, in der zweiten die Polaritäten der Dechiffrierimpulse, identisch mit den Polaritäten der senderseitigen Chiffrierimpulse, und in der dritten die Polaritäten der dechiffrierten Klartextimpulse (Druckimpulse), übereinstimmend mit den ursprünglichen Fernschreibimpulsen.

Für die Chiffrierung und Dechiffrierung der Sprachkode gemäß der Erfindung wird, wie gesagt, das gleiche Verfahren wie vorstehend benutzt. Die Wahl der Mittel zur Herstellung und zeitlichen Änderung der Chiffrier- und der Dechiffrierfunktion ist jedoch abhängig von der Festlegung des Wechselrhythmus dieser Funktion. Dem natürlichen, durch schaltungstechnische und konstruktive Rücksichten diktierten Bestreben, diesen Wechselrhythmus in solchen Grenen zu halten, daß im wesentlichen bereits bestehende

Umschaltelemente, entsprechend den im chiffrierten Fernschreibmaschinenverkehr erprobten, Verwendung finden können, wirkt die Bedingung entgegen, daß für eine radikale Geheimhaltung der Sprache die Frequenz jenes Wechselrhythmus jedenfalls hoch genug sein muß, um während einer Periode derselben keinen verständlichen Nachrichteninhalt wiederzugeben. Man könnte also als Minimum für gewisse Zwecke beispielsweise fünf. Perioden des Wechsels der Chiffrierfunktion ίο in der Sekunde wählen. Für derartige Frequenzen de: Wechsels der Chiffrier- und der Dechiffrierfunktion lassen sich in der Tat elektromechanische Schaltmittel und Steuerorgane noch gut verwenden. Es sind jedoch Fälle äußerster Geheimhaltungsnotwendigkeit denkbar, in denen eine wesentlich höhere Frequen; des Wechsels der Verschlüsselung und Entschlüsselung erforderlich wird. Dann wird zweckmäßigerweise ein rein elektronisches Chiffrier- und Dechiffriergerät, z. B. eine Röhrenschaltung, vorgesehen, die durch Kippsteuerung von Multivibratoren den Vorgang de: Polwechsels nachbildet, in Verbindung mit trägheitslosen Schalt- und Steuerorganen, 2. B. Kathodenstrablschaltern zur Steuerung des Umpolschlüssels sowie zur Abtastung der gespeicherten Chiffrier- bzw. De-Chiffrierimpulsfolge. Es gibt hierfür zahllose Kombinationsmöglichkeiten, deren Ausführung im einzelnen als bekannt vorausgesetzt und deshalb hier nicht näher beschrieben wird. Die Anwendung solcher elektronischer Schalt- und Permutierorgane wird unabweisbar zur Durchführung der Erfindung bei über 100 Perioden des Chiffrierwechselrhythmus. Dies geht aus dem Folgenden deutlich hervor.

Die Tatsache, daß zur exakten Wiedergabe der Sprache mindestens 2 f_m Abtastungen des Mikrophon-Spannungsverlaufs je Sekunde erforderlich sind, wenn f_m die höchste zu übertragende akustische Frequenz bedeutet, bedingt nach der Umformung der gequantelten Amplitude in das ihr zugeordnete Kodezeichen ein Frequenzband

f=2f_m-N, wo N die Zahl der Impulsstellen des Kodezeichens, also gewöhnlich N = 5 ist. Mit f_m = 3 kHz und N = 5 wird f = 30 kHz. Da hierbei die Mikrophonamplitude 6ooomal in der Sekunde abgetastet wird, sind innerhalb dieser Zeit 6000 Kodezeichen zu bilden ; für die Umformung des einzelnen Amplitudenwertes in die fünfstellige Impulskombination und für deren Rückumformung in Amplitude beim Empfänger steht also etwa Vg₀₀₀ Sekunde zur Verfügung. Aus diesem Grunde ist man für die Kodierung und Dekodierung auf elektronische Mittel angewiesen. Um nun den Wechsel der Chiffrier- und Dechiffrierfunktion nötigenfalls sogar nach jedem Kodezeichen oder selbst nach jedem Impuls, mindestens aber mit einer Frequenz von über 100 Sekunden"¹ vornehmen zu ^können, sieht die Erfindung gleichfalls die Benutzung elektronischer Mittel zur chiffremäßigen Verschlüsselung und Entschlüsselung der Kodezeichen vor, während sie sich für Frequenzen des Wechsels der Chiffrier- und Dechiffrierfunktion von der Größenordnung 5 Hz elektromechanischer Vorrichtungen bsdient.

Im letzteren Falle ist jedoch zu berücksichtigen, daß der Übergang von einer Chiffrier-Dechiffrier-Funktion auf die nächstfolgende innerhalb rund ¹Z₄₀OOO Sekunde (entsprechend den weiter oben gewählten Daten für f_m und N) möglich sein muß. Da dies auf mechanische Weise undurchführbar ist, ist die Benutzung je zweier gleichartiger elektromechanischer Chiffrier- und Dechiffriergeräte bei Sender und Empfänger vorgesehen, die unter Ausnutzung der für die Kodierung und die Endkodierung benötigten Synchronisiermittel im Gegentakt gewechselt werden, wobei das jeweils in Wartestellung befindliche Gerät genügend Zeit hat, die Verschlüsselungsfunktion unterdessen zu verändern, und zwar synchron bei Sender und Empfänger. Der Übergang von dem einen auf das andere Gerat erfolgt dann beiderseits ebenfalls synchron, jedoch nicht mechanisch, sondern elektronisch durch Röhren gesteuert, so daß diese Umschaltung, weil durch Öffnen und Sperren von Röhrengittern bewirkt, in der Zeitlücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kodezeichen, d. h. in einer Zeit, die klein ist gegen ¹Z₄₀₀Oo Sekunde, stattfinden kann (wobei ¹Z₄₀OOo Sekunde etwa die Dauer des Einzelimjpulses für N = 5 ist).

Die bei Verschlüsselungswechsel höherer Frequenz rein elektronischen Mittel haben grundsätzlich die gleiche Aufgabe zu erfüllen wie die bei tieferer Frequenz benutzten elektromechanischen Chiffrier- und Dechiffriergeräte, nämlich durch eine Serie von ständig wechselnden Umpolungen die gleiche herausgehende Impulskombination für ein und dieselbe Amplitude des Spreehstrom.es innerhalb ausreichender Zeiten -nicht wiederkehren zu lassen. Umpolung drückt in diesem Sinne aus, daß entweder die Polarität gewechselt oder Zeichenstrom mit Trennstrom bzw. mit Nullstrom vertauscht wird, und umgekehrt. Auf diese Weise wird jedes ursprüngliche, nach dem Prinzip der Puls-Kode-Modulation gebildete Kodezeichen mit einem im Chiffriergerät gespeicherten, ständig permutierten Impulsschema multipliziert, und die gleiche . Multiplikation findet nach der Übermittlung zum Empfänger nochmals in dessen synchron laufendem Dechiffriergerät statt, wodurch das ursprüngliche Kodezeichen zurückerhalten wird. Die hierfür notwendigen Umpolungen hoher Frequenz erfordern gittergesteuerte Elektronenröhren, denen die Kodeimpulse und die Chiffrierimpulse zugeführt werden; die aus der gleichzeitigen Einwirkung beider Steuerspannungen resultierenden Änderungen des Anodenstromes ergeben die chiffrierten Kodes und bestimmen den Tastsinn des Senders. Kode- und Chiffrierimpulse bedingen also den gleichen Charakter und werden zweckmäßig auf gleiche Amplitude geregelt; daß sie gleiche zeitliche Länge und synchronen Takt haben müssen, ist selbstverständlich. Obwohl es für den Zweck der Umpolung zahlreiche Schaltungsmöglichkeiten gibt, sind sie sämtlich in zwei Kategorien einteilbar:

i. Normale gittergesteuerte Elektronenröhren (Triöden, Pentoden usw.) leiten nur unipolar; der Strom fließt stets nur in einer Richtung hindurch, und die Umpolung muß daher (vgl. Fig. 2) indirekt erfolgen, indem man z. B. im Anodenstromkreis den gesteuerten Spannungsabfall an einem Außenwiderstand bestimmter Größe benutzt, zum Zwecke, relativ zu

einem Punkt konstanten Potentials das Vorzeichen einer Spannungsdifferenz umzukehren (näheres hierüber bei Erklärung der Fig. 2, weiter unten). Der Vorteil solcher Schaltungen besteht unter anderem darin, daß die von dem erfindungsgemäßen Verfahren verlangte Vorzeichenmultiplikation zurückgeführt werden kann auf algebraische Addition zweier Gitterspannungen (Röhre 2 in Fig. 2 a).
2. Röhren mit gesteuerter Sekundärelektronenemission können an der SE-Elektrode (Sekundäremissionselektrode) direkte Umpolungen bewirken, indem man die Spannung eines vor der SE-Elektrode stehenden, als Anode wirkenden Absauggitters hebt oder senkt. Wird das Absauggitter um einige Volt negativ gegen die SE-Elektrode, so können von dieser keine Elektronen fortgehen; es fließt ein negativer Strom in die SE-Elektrode hinein. Wird dagegen das Absauggitter schwach positiv gegen die SE-Elektrode, so können die von den auftreffenden Primär-

ao elektronen ausgelösten Sekundärelektronen ihren Herd verlassen und zum Absauggitter übergehen; es fließt ein negativer Strom aus der SE-Elektrode heraus. Hier liegt daher eine wirkliche Umpolung vor. Auch dieser Vorgang kann zur Durchführung des Erfindungsgedankens benutzt werden, etwa so, daß man einen primären Kathodenstrahl über eine Mehrzahl von Kontakten aus sekundäremissionsfähigem Material periodisch hinweglenkt. Diese Kontakte entsprechen den einzelnen Impulsen des zu chiffrierenden bzw. dechiffrierenden Kodes. Während der Kathodenstrahl dieses Schalters die Kontakte der Reihe nach überfährt, wird die Spannung eines allen Kontakten gemeinsamen Absauggitters nach einem vom Verschlüsselungsgerät bzw. Entschlüsselungsgerät gelieferten, ständig permutierten Schema in der beschriebenen Weise gehoben und gesenkt. Man erhält dadurch unmittelbar positive oder negative Chiffrierimpulse, die aus dem Kathodenstrahlschalter herausfließen und mit den Kodeimpulsen erfindungsgemäß zur Multiplikation der Vorzeichen zusammengesetzt werden oder gegebenenfalls als positive oder negative Elektrizitätsmengen zur späteren Verwendung in Kondensatoren gespeichert werden können.
Liegen die Kodeimpulse gleichfalls als positive und negative Stromstöße vor, so kann zur Mischung mit den Chiffrier- bzw. Dechiffrierimpulsen der vorstehend beschriebenen Herstellungsart beispielsweise nach Fig. 2c verfahren werden. Diese veranschaulicht eine Brückenschaltung der beiden Trioden (alternativ Pentoden) 1, 2, deren Steuergittern G₁, G₂ beide Impulsarten zugeführt werden, z. B. zu G₁ die Kode-, zu G₂ die Chiffrier- (Dechiffrier-) Impulse. 3 ist die gemeinsame Anodengleichspannungsquelle, in Reihe geschaltet mit einer Hochfrequenzkopplung 4, die eine relativ zur Impulsfrequenz hohe Schwingungszahl überträgt. Die Anodenwiderstände R₁ = i?₂ sind gut abgeglichen, desgleichen durch Begrenzung die Amplituden der G₁ und G₂ aufgedrückten Steuerimpulse. Man sieht leicht ein, daß dann bei Gleichheit der Impulspolarität an beiden Gittern zwischen den Anoden von 1 und 2 keine Spannungsdifferenz auftritt, gleichviel, ob diese Impulspolarität + oder —· ist (selbstverständlich sind auch die Anodenkapazitäten beiderseits abgeglichen bzw. neutrodynisiert). Ist jedoch die Impulspolarität beiderseits verschieden, so entsteht zwischen den Anoden von 1 und 2 eine hochfrequente Wechselspannung. Diese wird durch die Gleichrichter 5, 6 gleichgerichtet und liefert die Tastspannung für den Sender, die entweder auftastend oder blockierend wirken kann.

Photozellen gehören als lichtgesteuerte Tastorgane zur Kategorie 1, da sie gleichfalls den Stiom nur in einer Richtung durchlassen. Ein Beispiel ihrer Verwendung gibt Fig. 3.

In Fig. -2 a bedeutet 1 eine Triode, 2 eine Zweigitterröhre, 3 eine regelbare Gleichspannungsquelle, 4 eine Hochfrequenzkopplung, gespeist vom Generator 5, dessen Frequenz wiederum hoch gegenüber der Impulsfrequenz ist. Aus dem Anodenkreis von 2 wird die Hochfrequenz über 6 ausgekoppelt, 7 richtet sie gleich zum Zwecke der Sendertastung. Im Gitterbzw, im Anodenkreis der Röhre 1 Liegen die Widerstände 7? bzw. R' und Parallelkapazitäten C bzw. C; die Zeitkonstante R' · C muß mit Bezug auf die Impulsdauer klein genug sein, andererseits aber C groß genug, um die Gegenkopplungswirkung von R' hinreichend zu verlangsamen und eine ausreichende positive Ladung, die bewirkt ist durch den Anodenstrom von i, während der Impulsdauer zu halten. Die Ladezeitkonstante von C" ist wegen des geringen Innenwiderstandes von 1 klein genug im Verhältnis der Flanken dauer des wohlgeformten Impulses; muß aber C aus den erwähnten Gründen so groß werden, daß die Entladezeitkonstante R' · C den erforderlichen Betrag überschritte, so kann dieser Schwierigkeit durch die zu C, R' im Nebenschluß liegende Röhre 15 abgeholfen werden, die vom Gerät 10 aus durch die Rückflanken der dort entstehenden regelmäßigen Impulse kurzzeitig aufgetastet wird und so dafür sorgt, daß auch der abfallende Teil des auf das Gitter G₁ der Röhre 2 zu übertragenden Steuerimpulses die gewünschte schlanke Trapezform wahrt. Im Bedarfsfalle kann ferner vor G₁ und ebenso vor G₂ eine Formungsstufe geschaltet werden, die die Impulsform zu normalisieren und, falls dies nicht bereits in dem Gerät 9 geschehen ist, in der Amplitude abzugleichen hat.

Der Synchrontaktgebei 11 steuert einen Sägezahngenerator 12, dessen Bedeutung aus der Beschreibung der Fig. 3 erhellen wird; der erzeugte Sägezahnstrom fließt unmittelbar dem Chiffriergerät 8 zu. Gleichzeitig steuert 11 in 10 die Bildung regelmäßiger, zeitlich äquidistanter Impulse (Fünfergruppe / von der Kodedauer Δ t). Diese werden einerseits dem Kodiergerät 9, andererseits dem Chiffriergerät 8 zugeleitet. Das Kodiergerät 9 enthält sämtliche Organe zur Abtastung, Quantisierung und Umformung der vom Mikrophon 14 über den Verstärker 13 zugebrachten Sprechamplitude; es gebe in einem bestimmten Augenblick beispielsweise die Kodegruppe B ab. Bedeutet dann A die zeitlich zugeordnete Chiffrierimpulskombination, so wird diese wie folgt zur Wirkung gelangen: Die positiven Amplituden der Gruppe A öffnen die Röhre 1, der R' durchfließende Anodenstrom ladet C so weit auf, daß die zuvor bei gesperrter Röhre 1 die Röhre 2 blockierende negative Aufladung des Gitters G₁ (von

3 her) ins Positive umschlägt. Die Impulsamplituden Null der Chiffregruppe A dagegen lassen die Röhre ι und damit Gitter G₁ wieder in den Sperrzustand zurückfallen. Wir erhalten also an G₁ abwechselnd nach dem Chiffrierschema öffnende und schließende Impulse. Synchron mit diesen werden dem Gitter G₂ der Röhre 2, von einer Hochfrequenzamplitude überlagert, die Sprachkodeimpulse vom Kodiergerät 9 aus zugeführt. Was sich nun ergibt, verdeutlicht Fig. 2b. Sie zeigt die Sättigungscharakteristik der Röhre 2 (mit Wolfram- oder Thoriumkathode); der Anodenstrom /„ ist als Funktion der Gitterspannung Ug aufgetragen. TJ ~ stellt die an G₂ übt lagerte Hochfrequenzspannung dar, die nicht gleichgerichtet über 4 eingeführt ist. Die von den Impulsen der einen Art (Kode) auf G₂ gedrückten Steuerspannungen sind mit α und mit ihrem jeweiligen Vorzeichen, + oder —·, bezeichnet, und entsprechend bezeichnen -\r b und-— b die dem Gitter G₁ zugeführten gleich großen Amplituden der Chiffrierimpulse. Der Arbeitspunkt sei bei passender zusätzlicher Polarisation von G₂ (die Mittel dafür sind der Übersichtlichkeit halber nicht mitgezeichnet) an der Stelle C festgelegt. Man erkennt sofort, daß ■(+ a) + (-f V) den Arbeitspunkt in dem Sättigungsgebiet von J_a so weit verschiebt, daß das über U_g = A überlagerte U ~ keine hochfrequente Modulation von /„ hervorbringen kann. Kapazitive Komponenten von U ~ werden durch Neutralisierungsmaßnahmen ausgemerzt. Ebensowenig bringt das Zusammentreffen von — α und — b, das den Arbeitspunkt nach B rückt, eine Hochfrequenzkomponente von J_a hervor, da J_a im gesamten von ?7~ bestrichenen i7₃-Bereich Null bleibt. Hingegen liefern die Kombinationen -f a, — b und — a, + b keine resultierende Verschiebung des Arbeitspunktes, so daß in beiden Fällen die positive Halbwelle von U ~ den Anodenstrom kräftig durchsteuert und demzufolge über 6, 7 Taststrom auf den Sender gegeben wird. Dieser Taststrom kann in beiderlei Sinn verwendet werden, d. h. auftastend oder blockierend. Wichtig ist mit Bezug auf den Zweck der Erfindung lediglich, daß -f- X + und— χ — das gleiche Tastergebnis haben, das sich von den identischen Kombinationen + X — und— X + durch das Vorzeichen unterscheidet. Die auf den Flanken der Impulse von A und B stattfindenden hochfrequenten Oszillationen, von 5 herrührend, überlagert der Sender bei passender Wahl der Zeitkonstante des Gleichrichterkreises 6, 7 nicht.

Als Beispiel für die lichtelektrische Erzeugung des Chiffrierimpulsgemisches (analog des Dechiffriergemisches auf der Empfangsseite) beschreiben Fig. 3, 3 a, 3 b, 3 c eine mit gespeicherten Chiffrierkommandos arbeitende Anordnung von N (hier wiederum N = 5) Filmbändern 1, 2, 3, 4, 5 (Fig. 3a), wo N gleichzeitig die Impulsstellenzahl des Kodes bedeutet. Die durch Perforation exakt geführten, schmalen und dicht aneinandergrenzend angeordneten Bänder laufen mit genau gleicher Schrittgeschwindigkeit, besitzen aber verschiedene Längen und sind zu Schleifen geschlossen (vgl. Fig. 3'b). Die Schwärzungen sind photographisch oder mechanisch, durch Drucken, aufgebracht; das Speicherschema kann dabei von einer mechanischen Chiffriervorrichtung geliefert und gesteuert werden (näheres weiter unten). Dadurch, daß man den fünf Streifen 1 bis 5 passend, etwa nach dem System der Primzahlen, aufeinander abgestimmte Längen, d. h. verschiedene Gesamtzahlen von Einheitsschritten gibt, wird die Wahrscheinlichkeit der Wiederkehr der gleichen Chiffrierfunktion außerordentlich klein und lediglich eine Funktion der Länge der Schleifen, die ja bei der Bemessung der Gesamtschrittzahlen ohne gemeinsamen Nenner unzählige Umläufe machen können, bevor sie wieder einmal in die Ausgangsphase gelangen. Außerdem kann man die Bänder nach jedem Gespräch gegeneinander versetzen oder auswechseln. Mißt die Breite einer Schwärzung in der Transportrichtung 0,2 mm, so beträgt für 6000 Kodes in der Sekunde der Filmfortschub 120 cm, füi 1000 Kodes in der Sekunde, d. h. für Chiffrierwechsel nach je 6 Kodes nur 20 cm. Die abwechselnd durchlässigen und undurchlässigen Stellen der fünf Filmbänder werden während des Fortschreitens um einen Einheitsschritt in der Richtung des Pfeiles 6 von einem Lichtpunkt abgetastet, der in der als Beispiel gezeichneten Phase mit Hilfe der hinter den Filmbändern angeordneten Photozelle den Impulszug 7 erzeugt. Die Abtastrichtung ist, wie es Fig. 3 c deutlicher veranschaulicht, ein wenig schräg, d. h. der vor dem Film liegende Blendenspalt 8 ist um so viel gegen die 90⁰ Richtung geneigt, wie es dem Fortschreiten des Films während des Entlanglaufens des Lichtpunktes im Spalt 8 entspricht; diese Maßnahme sichert konstante Abdunklung oder konstanten Durchlaß des Abtastlichtes über die ganze Abtastdauer der ausgenutzten Filmbreite.

In Fig. 3 b ist die verschiedene Schleifenlänge ersichtlich. Die Braunsche Röhre 9, deren Ablenksystem ίο ein Sägezahnstrom vom Gerät 12 der Fig. 2 a zugeführt wird, liefert den scharfen, trägheitslos beweglichen Abtastlichtpunkt, der während seines periodischen Rücklaufs ausgetastet wird. Man kann, ohne grundsätzlich einer abbildenden Optik zu bedürfen, unter Anwendung eines Blendenspaltes 12 den Lichtfleck der sehr nahe herangeführten Braunschen Röhre unmittelbar zur Durchleuchtung der Filmbänder benutzen und die Photozelle 11 direkt hinter die Filmfläche legen. Im Gerät 13 findet die Verstärkung, Begrenzung und Formung der vom Lichtfleck ausgelösten Chiffrierimpulsfolgen statt, die sodann im Sinne der Fig. 2 a weitergeleitet werden. Die Gesamtheit der Teile von Fig. 3 b ist also im Gerät 8 der Fig. 2 a mit enthalten zu denken. Dazu kommen die Mittel zur Strahlaustastung im Rücklauf, nötigenfalls zur Verbreiterung der Impulse usw.

Die Braunsche Röhre 9 kann durch ein Spiegelrad passender Teilung mit Synchronantrieb ersetzt werden; sie ist jedoch dank der Trägheitslosigkeit der Strahlablenkung befähigt, gesetzmäßig verwickeitere Abtastbewegungen, z. B. nebenher noch gegenläufig zum Speicherbandfortschub, auszuführen und so das Oxiffrierschema zusätzlich zu permutieren. Die Chiffrierimpulse werden, wie im vorstehenden als allgemeine Regel gezeigt, geberseitig mit den Impulsen des ursprünglichen Kodezeichens (zweckmäßig) durch Wirkung auf getrennte Gitter einer Mehrgitter- iss öhre oder, was dem Schaltungsfachmann ebenso

geläufig ist, im Gitterkreis einer Triode zusammengesetzt und ergeben so den chiffrierten Kode; empfangsseitig erfolgt der gleiche Vorgang nochmals, um den ursprünglichen Kode zurückzubilden. Um für die Multiplikation der Vorzeichen der Kode- bzw. Chiffrierimpulse (oder Dechiffrierimpulse) miteinander das schon betrachtete typische Schema

+ χ + = + (d. h. Zeichenstrom)

—■ χ ·— = + (d. h. Zeichenstrom)

+ χ — = —· (d. h. Trennstrom)

— χ + = —· (d. h. Trennstrom)

zu bilden, kann man etwas abweichend von den bereits gezeigten Möglichkeiten u. a. auch so verfahren, daß die Kodeimpulse den Arbeitspunkt gemäß Fig. 4 a auf einer gesättigten Röhrenkennlinie Ja= f (Ug) wie folgt verschieben: Beim Kodeimpuls -f- wird durch Tasten einer Vorspannung im Gitterkreis der Röhre der Arbeitspunkt nach A verlegt, beim Kodeimpuls — nach B. Die Chiffrierimpulse selber bestehen in diesem Falle aus Zügen einer wiederum genügend hochfrequenten, aber diesmal gleichgerichteten Wechselspannung nach Fig. 4 b, die für den Tastsinn + die im oberen, für den Tastsinn —

«5 die im unteren Diagramm dargestellte Form hat. Beide Formen sind gegenpolig, d. h. die eine entsteht aus der anderen durch einfache Umpolung. Man sieht, daß die Überlagerung der Kurve C über den Arbeitspunkt A das Produkt + χ + = +, also Zeichen- strom, liefert, der transformatorisch abgenommen und gleichgerichtet werden kann. Gleiches ergibt sich, wenn wir die Kurve D über den Arbeitspunkt B überlagern; dies entspricht dem Falle— χ —= +, d. h. ebenfalls Zeichenstrom. Die beiden anderen Kombinationen (C über B und D über A) liefern dagegen überhaupt keinen Anodenstrom, d. h. es entsteht kein Sendezeichen, und es liegt Trennstrom vor. In analoger Weise wird auf der Empfangsseite verfahren, wo die Kurven C und D identisch mit der Geberseite vorhanden sind und die eintreffenden Zeichenstromimpulse den Arbeitspunkt von B nach A verlagern, während die Trennstrom- bzw. Nullstromimpulse ihn in B belassen.
Zu gleichen Ergebnissen führen Verfahren, bei denen die Phasenlage zweier gleichfrequenter Wechselspannungen sowohl durch die Kode- als auch durch die Chiffrierimpulse gesteuert wird und diese Wechselspannungen dann addiert werden. Man richtet es so ein, daß man die relativen Phasen ο, π oder 2 π (= o) erhält, so daß entweder das Interferenzmaximum oder, bei Amplitudengleichheit, die Spannung Null (Trennstrom) entsteht.

Einfachere Verhältnisse ergeben sich naturgemäß, wenn für bescheidenere Ansprüche die Chiffrierfunktion nicht variiert wird, sondern wenn man sich mit einer unveränderlichen Funktion zufrieden geben kann. In diesem Falle entfallen die angeführten Mittel zur Erzeugung einer sich ständig ändernden Chiffrierfunktion.

Wie bereits betont, müssen sowohl die Vorrichtungen zur hochfrequenten Kodierung und Dekodierung der abgetasteten Mikrophonspannung wie auch diejenigen für die Chiffrierung und Dechiffrierung der Kodezeichen sender- und empfängerseits synchronisiert werden, und dies soll durch die gleichen Mittel geschehen. Es kommen also als primäre Taktgeber nur die vorhandenen elektrischen Einrichtungen in Betracht. Von ihnen können bei Bedarf tiefere Frequenzen abgeleitet werden. Nehmen wir je .ZV-stelliges Kodezeichen, mit N = 5, einen höchstzulässigen Phasenfehler von 10 °/₀ an, so darf der Phasenunterschied, der innerhalb, des Zeitraumes zwischen zwei Synchronismuskorrekturen aufläuft, nicht größer werden als der genannte Wert. Würden wir die Synchronisierung durch beiderseits völlig unabhängige Taktgeber, z. B. temperaturkonstante Stimmgabeln mit rückgekoppeltem Antrieb über Röhren oder temperaturkonstante Schwingquarze, bewirken, so könnten wir mit einer Übereinstimmung der Synchronisierfrequenzen innerhalb io~⁸ der Sollfrequenz als Maximalfehler rechnen. Das bedeutet bei 2 f_m = 6000 Hz nach beiderseits konphasem Anlauf bei regelmäßigem und einseitigem Gang der Verstimmung beider Frequenzen eine Zeitdauer von 1,67 χ ίο³ Sekunden, ehe der zugelassene Phasenfehler erreicht ist, also mehr als die Dauer eines Gesprächs. Es würde in diesem Falle demnach genügen, wenn von Zeit zu Zeit zwischen den Gesprächen ein Phasenvergleich vorgenommen und die aufgelaufene Verstimmung auf Null korrigiert würde.

In der Regel wird man solche Verfahren vorziehen, die in Abhängigkeit entweder vom Takt der Kodezeichen selber (analog der Telegraphie mittels Impulsen) oder von besonderen, leicht unterscheidbaren Gleichlaufimpulsen eine starre Synchronisierung herbeiführen. Man kann z. B. in derselben Weise, wie beim Fernsehen Helligkeits- und Gleichlaufsignale gleichzeitig übermittelt werden, gemäß Fig. 5 a einen Trennpegel T einführen, von dem aus die chiffrierten Kodeimpulse i nach der einen, die Gleichlaufimpulse s dagegen nach der anderen Seite getastet werden. Letztere fallen dabei also in die Start-Stopp-Lücke. Die Trennung beim Empfänger erfolgt durch eine passend vorgespannte, als Amplitudensieb wirkende Röhre in dem Fachmann geläufiger Weise, z. B. nach Fig. 5 b durch Überlagern des Impulsgemisches der Fig. 5 a über die Vorspannung U₀ am Fußpunkt einer Röhrenkennlinie. Nur die Gleichlaufimpulse s liefern dann einen Anodenstromhub Δ J„, die Kodeimpulse i werden ausgefiltert. no

Ein anderes Mittel zur empfangsseitigen Absonderung der Gleichlaufimpulse besteht darin, daß man diese in ihrer Dauer von den Kodeimpulsen unterscheidet; die Einführung eines Trennpegels ist dann unnötig. Beispielsweise gibt man dem Start- oder dem Stoppimpuls eine größere zeitliche Länge und siebt ihn für den Zweck der Synchronisierung durch ein Zeitkonstantenglied heraus, an dem der längere Impuls eine Spannung aufbaut, die einen bestimmten Schwellwert überschreitet, während dies bei den kür- iao zeren Kodeimpulsen nicht der Fall ist. Beim Überschreiten des Schwellwertes wird das Gitter einer Röhre geöffnet, und ein im gleichen Augenblick einsetzender Anodenstrom kann nun in der Phase mit der Wechselspannung eines örtlichen Gleichlauftaktgebers von gleicher Frequenz wie die der Kodezeichen ver-

glichen werden. Aus diesem Vergleich erhält man in bekannter Weise eine Regelspannung für die Frequenz des örtlichen Generators.

Stets kommt die Synchronisierung der empfangsseitigen Umformungen mit denen des Senders darauf hinaus, durch die ausgesiebten Gleichlaufimpulse einen örtlichen Taktgeber, eine Ablenk- oder Rotationsbewegung oder irgendeinen anderen Steuervorgang in Tritt zu halten, sei es durch Phasenvergleich, sei es durch direkte Steuerung, Mitnahme od. dgl. Da nun der Arbeitstakt der Chiffrier- und Dechiffrier vorrichtung im Grenzfall der gleiche sein kann wie der Arbeitstakt der Kodier- und Dekodiervorrichtung, während er im allgemeinen zwar kleiner als letzterer, aber doch jedenfalls eine ganzzahlige Teilfrequenz desselben sein wird, ist es möglich, die empfangsseitige Dechiffrierung mittels der gleichen Regelgröße synchron zu halten, die für den Gleichlauf der Dekodierung ohnehin aus dem Signalgemisch der Sendung abgeleitet werden muß, und man nutzt so in der Tat die gleichen Mittel für beide Zwecke aus.

Arbeitet man mit beiderseits unabhängig geregelten Synchrontaktgebern, so bilden diese die Muttergeneratoren, von denen alle benötigten tieferen oder höheren Steuerfrequenzen abgeleitet werden.

Das beschriebene Verfahren kann mit allen bekannten Verschlüsselungsverfahren, wie beispielsweise in der Einleitung erwähnt, kombiniert werden, sofern solche Verfahren nach der Verschlüsselung wieder eine kodierfähige Amplitudenmodulation liefern. Man kann also etwa, bevor im Sinne der vorliegenden Erfindung die wechselnde Amplitude abgetastet und das periodische Abtastergebnis im Kodierorgan quantisiert und in eine Impulsgruppe umgesetzt wird, bereits durch Zerlegung des Niederfrequenzbandes in Teilbänder und deren Umformung und Wiederzusammensetzung nach bekanntem Verfahren bewirken, daß nicht der ursprüngliche Amplitudenverlauf, sondern ein bereits verschlüsselter Amplitudenverlauf an seiner Stelle zur Kodierung gelangt. Empfängerseits wird die dem benutzten Vorverschlüsselungsverfahren gemäße Entschlüsselung nach der Dechiffrierung und Dekodierung vorgenommen und erst dadurch die ursprüngliche Spiache zurückerhalten. Der Versuch unbefugter Dechiffrierung des übertragenen Signalzuges ist dadurch um eine weitere Stufe erschwert.

Ferner ist es möglich, im Kodierorgan die Zuordnung von ermittelten Amplitudenstufen und gebildeten Kodes fortlaufend zu verändern und synchron und in Phase damit im Empfänger die Vertauschung der Zuordnung wieder rückgängig zu machen. Bisher war es

j bei der Sprachübertragung mittels Kodemodulation üblich, die Kode-Impuls-Kombination so zu bilden, daß die aus der Besetzung der N Impulsstellen des Kodes durch Addition von deren Gewichten (1, 2, 4, 8, 16 ...) sich ergebende Ouantensumme stetig mit der übersetzten Amplitudenstufe wuchs und abnahm. Diese Regel wird erfindungsgemäß abgeändert, indem die Zuordnung von Amplituclenstufe und Impulskonfiguration ständig permutiert wird. Weiter unten wird eine Tabelle wiedergegeben, die das für einen bestimmten Augenblick gültige Vertauschungsschema zeigt, das alsbald einem anderen Vertauschungsschema Platz macht, und so fort in andauernder Permutation. Die Realisierung dieses Erfindungsgedankens ist besonders einfach durchführbar, wenn für Kodierung und Dekodierung Kathodenstrahlröhren mit Diaphragma benutzt werden: Ist z. B. der Kode fünf- stellig, so daß der proportional der quantisierten Sprachamplitude abgelenkte Kathodenstrahl beim Geber 2⁵ = 32 Ablenkstellungen (0 bis 31) einnehmen kann, so braucht man nur an das erste Kodierungsdiaphragma ein zweites gleiches anzureihen, womit dem Strahl (2 χ 32) — I = 63 Ablenkstellungen in gleichmäßigen Abständen zugewiesen werden. Davon müssen n. V. je zwei die gleiche Kodekonfiguration ergeben, nämlich Stellung 0 und 32, 1 und 33, 2 und 34 usw. Zwecks Vertauschung der Zuordnung Impulsgruppe — Sprachamplitude wird der von der letzteren dosierten Ablenkspannung, die 32 verschiedene Stufen haben kann, eine nach einem Chiffrierschema veränderliche Zusatzablenkspannung überlagert, die ebenfalls von ι bis 32 abgestuft ist. Man nimmt diese Zusatzablenkspannung beispielsweise von einem nach Art des Tonfilms variabel geschwärzten Filmband od. dgl. mittels lichtelektrischer Zelle und Verstärker ab. Dieses Filmband gibt je Kode jeweils einen bestimmten Zusatzablenkwert, seine Transportgeschwindigkeit muß also mit der Impulsfrequenz der Kodebildung synchronisiert sein. Beim Empfänger läuft ein entsprechendes Filmband synchron zur beschriebenen Einrichtung am Geber. Es liefert auf lichtelektrischem Wege eine Dechiffrierspannung, die sich zu der senderseits erzeugten Zusatzablenkspannung spiegelbildlich verhält. Addiert man zu den von dem normalen, unverändert bleibenden Dekodierorgan rückgebildeten (chiffrierten) Spannungswerten die dosierte konstante Spannung 32 und zieht dann die synchronisierte Dechiffrierspannung von dieser Summe ab, so erhält man die ursprüngliche Sprach amplitude zurück. Die schaltungstechnischen Mittel für diese Operationen sind dem Fachmann geläufig.
Es folgen zwei Beispiele:

	Geber	Summe	Kodegruppe	Rückgebildete	Empfänger	Summe	Nach Abzug
Ursprüng liche		33	entspr. Ablenkung	Spannungs stufe	Addition. Hf¹T" IfO Tl-	33	der Zusatz spannung I
Sprach- amplitude	spannung ι		I	I	stanten Spannung		17
17	l6	40	(= 33 — 32)		32	40
			8	8			II
II	29		(=40 — 29)		32

Man erkennt die Möglichkeit, Kodierung und Chiffrierung bzw. Dechiffrierung und Dekodierung in einem Prozeß bzw. in ein und demselben Gerät zu vereinigen. Jedoch kann nach der Kodierung dann noch eine weitere unabhängige Chiffrierung der so gebildeten Kodegruppen und dementsprechend am Empfänger eine Dechiffrierung der nochmals chiffrierten Kodegruppen vor der Dekodierung, wie weiter vorn beschrieben, hinzugenommen werden.

ίο Die Kombination von Chiffrierung und Kodierung in dem der letzteren dienenden Gerät kann, wie nachstehende Tabelle zeigt, bei einer etwaigen Analysierung das Vorhandensein tatsächlich nicht vom Mikrophon erzeugter Frequenzen vortäuschen. Wenn man z. B.

bei 6000 Abtastungen der Mikrophonspannung in der Sekunde feststellt, daß deren Amplitude sich im Laufe von je zehn Abtastungen von ο bis 32 und umgekehrt stetig verändert, so heißt dies, daß die charakteristische Frequenz 300 Hz ein wesentlicher

ao Bestandteil der Übertragung ist. In irgendeinem Augenblick wird nun die beschriebene Vertauschung der Zuordnung von Amplitudenstufe und Kodegruppe wie folgt ausseh ei..

Ursprüngliche

Sprachamplitude

(bereits quantisiert)

4
5
6

7
usw.

Durch Zusatzspannung

umgeformt
in Quantenstufe
für Kodebildung

31

30

29

28
usw.

Dem entspricht in der Übertragung die stark ausmodulierte Frequenz 3000 Hz, die real im Gespräch momentan gar nicht vorhanden ist. Allgemein betrachtet, liefert die beschriebene Verschlüsselung in der geberseitigen Kodierung eine fortlaufend wechselnde Umformung des Frequenzbildes der Sprache, und damit ist ein weiteres wichtiges Element der Geheimhaltung gewonnen.

Bei der für die Codierung mittels fünf Impulsen notwendigen Zahl von 3 · io⁴ Impulsen in der Sekunde, die eben ausreichen, um ein Sprachfrequenzband von 3000 Hz (6000 Abtastungen/Sekunde) zu übertragen, ist es mit Hilfe elektronischer Vorrichtungen, zu denen im Sinne der Erfindung auch endlose speichernde Filmbänder mit lichtelektrischer Abtastung oder Stahldrähte oder Magnetophonbänder mit magnetischer Abtastung und ähnliche Mittel gehören, noch gut möglich, jeden einzelnen Impuls für sich von solchen Speichern aus zu chiffrieren. Will man hierfür allzu hohe Transportgeschwindigkeiten vermeiden, so wird man im Falle des Stahldrahtes oder Magnetophonstreifens mehrere Träger parallel schalten, ähnlich wie dies die Fig. 3 zum Ausdruck bringt, und die Abtastung zyklisch über diese Träger quer hinwegführen, so daß durch ein trägheitsarmes Organ die Speicherung zuerst auf Träger 1, dann auf Träger 2, 3 ... abgetastet wird und, nachdem sämtliche parallelen Träger überfahren sind, die Abtastung wieder auf Träger 1, der sich mitsamt den anderen inzwischen um die Breite einer Speichermarke weiterbewegt hat, neu beginnt. Benutzt man zu gleichem Zwecke einen Film, so ist die Lösung einfacher, da die Breite des Speicherbandes ausreicht, um eine Vielzahl von Speicherungen aufzunehmen und bei der Querabtastung abzugreifen. Angenommen, der abtastende Lichtfleck habe die Größe 0,3 mal 0,3 mm, so lassen sich auf Normalfilmbreite 75 Speichermarken als Schwärzungen oder Nichtschwärzungen unterbringen, entsprechend 15 Kodes bei fünfstelligen Kodegruppen. Während der Querabtastung dieser 75 Marken bewegt sich der Film um 0,3 mm weiter. Um auf solche Art in der Sekunde 6000 Kodes zu chiffrieren (bzw. am Empfänger auf entsprechende Weise zu dechiffrieren), ist daher ein Vorschub des Films von 120 mm erforderlich. Ein Film von 72 m Länge kann daher die Chiffrierungsmarken für 10 Minuten Gesprächsdauer aufnehmen. Diese Marken sind, wie in Fig. 3 gezeigt, geschwärzte, lichtundurchlässige oder ungeschwärzte, lichtdurchlässige Stellen, jedoch nur von der Flächengröße des Abtastlichtflecks, dessen Lichtstrom daher abwechselnd absorbiert oder hindurchgelassen wird. Die lichtelektrische Umsetzung desselben geschieht, wie für Fig. 3 weiter vorn go beschrieben. Als Bewegungsorgan für den quer über den langsam fortschreitenden Filmstreifen hinwegfahrenden Lichtfleck dient beispielsweise ein Vielkantspiegelrad (vielflächiges Spiegelprisma) oder, wie nach Fig. 3, der entsprechend gesteuerte Leuchtschirmlichtpunkt einer Kathodenstrahlröhre, deren Ablenksystem ein sägezahnförmiger Strom bzw. eine sägezahnförmige Spannung zugeführt wird.

Die Benutzung von solchen gesprächslangen Chiffrier- und Dechiffrierfilmen hat große Vorteile. Die Chiffrier-Dechiffrier-Funktion findet sich fertig gespeichert auf dem Streifen vor, der leicht gegen einen anders beschrifteten Streifen ausgewechselt werden kann. Synchronisierung und Phasenabgleich von Sende- und Empfangsstreifen sind leicht zu lösende Aufgaben. Handelt es sich um die Chiffrierung und Dechiffrierung von fertig gebildeten Kodeimpulsen, so braucht der Speicherstreifen nur schwarze oder helle Marken zu tragen, die auf licht elektrischem Wege, wie gezeigt, die Vorzeichenmultiplikation jedes einzelnen Impulses steuern. Zur Herstellung solcher Filme bedient man sich, wie schon weiter vorn angedeutet, vorteilhaft einer mechanischen, langsam laufenden Chiffriervorrichtung. Man gibt auf deren Eingang konstante Impulse, deren Frequenz mit der Querabtastung und dem. Vorschub des Films abgestimmt ist. Der zur Querbeschriftung dienende Lichtpunkt vorgeschriebener Größe wird vom Ausgang der Chiffriervorrichtung so gesteuert, daß ζ. Β. einer +-Polung Aufleuchten, einer —-Polung Verdunkeln des Lichtpunktes entspricht. In dieser Weise werden die Chiffriermarken auf dem Film photographisch gespeichert, und man nutzt, was wesentlich ist, die praktisch unbegrenzte Permutierfähigkeit eines Gerätes der weiter vorn erwähnten Art voll aus, d. h. die gleiche Chiffrierfunktion kehrt während der er-

wähnten Gesprächsdauer bzw. auf der erwähnten Filmlänge für das gleiche Kodezeichen nicht eindeutig wieder.

Handelt es sich dagegen um die beschriebene Verbindung von Kodierungs- und Chiffriervorgang im gleichen Organ (bzw. von Dechiffrierungs- und Dekodierungsvorgang), muß also der quantisierten, ablenkenden Sprachamplitude eine dosierte Chiffrierbzw. Dechiffrierspannung algebraisch hinzuaddiert ίο werden, um die Ablenklage zu verschlüsseln bzw. entschlüsseln, und soll zu diesem Zweck die Speicherung des Verlaufs der Zusatzspannung auf einem Filmband, Magnetophonband od. dgl. vorgenommen werden, so vermindert sich die Zahl der aufzuzeichnenden Spannungswerte auf die Zahl der ganzen Kodes je Sekunde, wofür als Beispiel 6000 gewählt worden waren, es sind aber nunmehr 32 diskrete Amplituden (einschließlich Amplitude Null) als Schwärzungs- oder, mit Rücksicht auf die Kopierbarkeit, als Bedeckungsgrade zu registrieren. Hierzu quantisiert man die aufzuzeichnenden Werte durch die gleichen Mittel, die für die Kodierung dienen sollen, und fixiert sie am besten nach der für Tonfilmaufnahmen angewendeten Methode des Lichthahnes (Zackenschrift) auf dem Filmstreifen, der dann als Chiffrier- bzw. Dechiffrierklischee dient. Um die Mannigfaltigkeit der ständig wechselnden Zusatzamplitude zu bilden, kann beispielsweise so verfahren werden, daß eine möglichst unartikulierte Lautfolge, wie sie etwa ein rückwärts laufender Sprechfilm oder Magnetophonstreifen liefert, über die notwendigen Begrenzungs-, Quantisierungsund Taktregelorgane auf den Lichtschreiber des aufzunehmenden Filmklischees, alternativ auf den Beschriftungsmagneten des Magnetophons, gegeben wird. Das so entstandene, mit der vorgesehenenSollgeschwindigkeit ablaufende Chiffrier- und Dechiffrierklischee erzeugt dann die gewünschte variable Zusatzspannung; es kann beliebige Länge haben oder als Schleife ausgebildet sein. An die Stelle der Aufzeichnung unartikulierter Laute kann auch diejenige eines zeitlich wechselnden Gemisches verschiedener Niederfrequenzen innerhalb der Frequenzgrenzen des Sprachbandes, das übertragen werden soll, treten.

Bei magnetographischer Speicherung tritt an die Stelle der gesteuerten Lichtquelle sinngemäß der Schreibmagnet und für die Abnahme der Kommandos vom Speicher an die Stelle der Photozelle ein Wiedergabemagnet.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Geheimhaltung von Sprache, welche mittels eines Impuls-Kode-Verfahrens über Nachrichtenübermittlungskanäle übertragen wird, indem die Amplitudenfolge der zu übertragenden Sprache nach vorausgehender Quantelung in Impuls-Kode-Kombinationen umgesetzt (Kodierung) und diese nach erfolgter Übertragung beim Empfänger wieder in die Amplitudenfolge der ursprünglichen Sprache zurückverwandelt wird (Dekodierung), dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung zwischen den gequantelten Sprachamplituden und den Impuls-Kode-Kombinationen beim Sender und Empfänger in übereinstimmender Weise geändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gequantelte Amplitudenfolge der Sprache zunächst nach einer unveränderlichen Regel in Impuls-Kode-Kombinationen umgesetzt wird und daß die auf diese Weise erhaltene Folge von Impuls-Kode-Kombinationen mit einer getrennt erzeugten, möglichst regellosen Folge von Impuls-Kode-Kombinationen (Chiffrierimpulsfolge) im Sinne einer Vorzeichenmultiplikation kombiniert wird und daß die so erzeugte chiffrierte Folge von Impuls-Kode-Kombinationen nach der Übertragung beim Empfänger wiederum im Sinne einer Vorzeichenmultiplikation mit einer Folge von Impuls-Kode-Kombinationen kombiniert wird, welche mit der beim Sender verwendeten Chiffrierimpulsfolge identisch ist, so daß die ursprüngliche Folge von Impuls-Kode-Kombinationen zurückerhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Chiffrieren und Dechiffrieren verwendete Chiffrierimpulsfolge Impuls-Kode-Kombinationen gleicher Stellenzahl aufweist wie die Kombinationen des zur Übertragung verwendeten Impuls-Kode-Verfahrens.
4. Verfahren nach, Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Chirfrierimpulsfolge über einen längeren Zeitraum hinweg aus Impuls-Kode-Kombinationen gleicher Form besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls-Kode-Kombinationen der Chiffrierimpulsfolge in einem bestimmten Rhythmus gewechselt werden, dessen Frequenz mindestens fünf Wechsel je Sekunde beträgt, und daß zur Herbeiführung dieses Wechsels elektromechanische Mittel verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls-Kode-Kombinationen der Chiffrierimpulsfolge in einem bestimmten Rhythmus gewechselt werden, dessen Frequenz mindestens 100 Wechsel je Sekunde beträgt, und daß zur Herbeiführung dieses Wechsels elektronische Mittel verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Sender und Empfänger zur Synchronisierung der Kodierung und Dekodierung vorhandenen Mittel gleichzeitig zur Synchronisierung des Wechsels der Impulskombinationen der Chiffrierimpulsfolge verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, gekennzeichnet durch die zusätzliche Verwendung anderer Sprachverschlüsselungsverfahren, die eine umgeformte Amplitudenmodulation liefern, derart, daß die zusätzliche Verschlüsselung beim Sender vor der Kodierung und die entsprechende Entschlüsselung beim Empfänger nach der Dekodierung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kodierung zu den gequantelten Sprachamplituden Zusatzspannungen algebraisch hinzuaddiert werden bzw. nach der

Dekodierung von den rückgebildeten Sprachamplituden subtrahiert werden, welche ihre Amplitude zeitlich und intensitätsmäßig nach dem gleichen Gesetz verändern.
10. Verfahren nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kodierung und Dekodierung Kathodenstrahlröhren verwendet werden und daß in diesen Röhren gleichzeitig die Addition bzw. Subtraktion der Zusatzspannungen vorgenommen werden, so daß Kodierung und Chiffrierung bzw. Dekodierung und Dechiffrierung in dem gleichen Gerät stattfinden.
11. Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge der zur Chiffrierung bzw. Dechiffrierung verwendeten Impuls-Kode-Kombinationen auf einem Träger gespeichert werden, dessen Länge bzw. Speicherkapazität so groß ist, daß mindestens während der zu erwartenden Dauer eines langen Gesprächs Impuls-Kode-Kombinationen in regelloser Folge ohne Wiederholung vom Träger abgegriffen werden können.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung mittels eines photographischen oder magnetischen Verfahrens erfolgt, indem mittels einer mechanischen Chiffriereinrichtung fortlaufend Impulse konstanter Länge, aber in möglichst regelloser Folge in einer oder anderer Richtung wirkendem Steuersinne erzeugt und auf dem Träger aufgezeichnet werden.

30

Angezogene Druckschriften:

»Archiv der elektrischen Übertragung«, 1947, Heft i, S. 8, Abb. 6; 1949, Heft 8, S. 279, Abb. 2, 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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