JP2944382B2

JP2944382B2 - 基準信号発生装置

Info

Publication number: JP2944382B2
Application number: JP5241949A
Authority: JP
Inventors: 徹村上
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH0774736A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音声信号に時間軸上
のスクランブルを掛けるための基準となる同期信号と位
相的に一致する基準信号を発生させる基準信号発生装置
に係り、とくに周波数変調を行って同期信号を周波数推
移させるようにして同期信号と位相的に一致する基準信
号を発生させる基準信号発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信における情報の機密保護が社
会問題となっており、特に音声通信における情報の漏洩
を防ぐための有効な秘話方式の要求が高まっている。秘
話方式は、大別するとアナログ方式とディジタル方式に
分類できる。アナログ方式は時間軸上のスクランブル
（セグメントの入れ替え）及び周波数軸上のスクランブ
ルが一般に用いられている。時間軸上のスクランブル
は、伝送すべき信号を、時間軸上で所定の時間間隔で切
断（セグメントに分解）し送信側と受信側とで取り決め
た並べ替えのルールに従って、セグメントを並べ替える
ものである。音声通信を例にとれば、音声信号を一旦メ
モリ等に蓄えて、だいたい、短音の長さで並び替えを行
う。時間軸上でスクランブルを掛けて通信を行う場合、
送信側と受信側とで取り決める前記並べ替えのルールは
音声信号を各セグメントに分割するときの各セグメン
トの時間間隔Ｔn 、セグメントを並べ替える順序等で
ある。

【０００３】しかし、上述のようなルールだけでは、受
信側で音声信号を再生することはできない。なぜなら、
受信側でのセグメントの分割タイミングは送信側のセグ
メントの分割タイミングと一致していなければならない
からである。分割タイミングを一致させるために、送信
側から受信側に送出される信号には、受信側で音声信号
を各セグメントに分割するときに、送信側で分割したタ
イミングと同じタイミングで分割できるように、受信側
にどういうタイミングでスクランブルを解除すればよい
かを知らせるための同期信号が含まれている。

【０００４】従来技術では、時間軸上で周期的に同期信
号を送信して、該同期信号の時間軸上の位置を同期タイ
ミングとしていた。図５は音声通信における音声信号及
び同期信号の送受信を説明する図である。従来技術で
は、音声信号（図６(a) ）を圧縮して隙間を空け（図６
(b) ）、該隙間に同期信号を入れ込んだ後（図６(c) ）
ＡＭ変調して送出し、受信機ではローカル信号と混合し
復調した後、音声信号と分離し、同期信号を取り出して
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の同期信号の送受
信では、同期信号の時間幅が短いこと、及び、特にＨＦ
帯でのＳＳＢ通信では、混信、フェージングが多いこと
等が原因で同期がとり難くかった。音声信号を同期信号
と間違えて同期ずれを起こすこともあった。また、同期
信号の時間軸上の位置を同期タイミングとしていたの
で、同期がとれる場合は、同期がどこでかかっているか
簡単に分かってしまった。同期タイミングが分かると秘
話は解読され易い。本発明の目的は、前述の問題を持た
ない、つまり、同期がとり易く、しかも、同期がどこで
かかっているかは分かり難い基準信号発生装置を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、送信側では同期信号を搬送波信号にＦＭ
変調して送出することとし、受信側では受信した信号の
同相成分と直交成分とから時間の関数である位相角を算
出する算出手段と、前記位相角を時間に関して微分する
微分器と、微分後の信号からノイズを除去して同期信号
と位相的に一致する基準信号を出力する信号発生器を備
えている。

【０００７】

【作用】ＦＭを用いた変復調及び位相推定について下記
で述べる。変調信号を cosωm t （同期信号）とし、搬
送波の周波数をωc とするとＦＭ変調された信号は、

【０００８】

【数１】

【０００９】となる。ただし、ｋM は定数であり、ｍI
＝ｋM ／ωm は変調指数で送受信機の搬送波とローカル
信号の周波数の差の影響を受けない程度の大きさに設定
し、ωc は周波数軸上のセグメントの中心周波数に設定
する。従って、送信側ではこの信号をＦＭ変調された同
期信号として送信し、受信側ではこの信号を復調し位相
を推定することになる。

【００１０】ＦＭ復調器のブロック図を図３に示す。図
３で同相成分は

【００１１】

【数２】

【００１２】同様に直交成分は

【００１３】

【数３】

【００１４】従って、

【００１５】

【数４】

【００１６】となる。

【００１７】ここで、ψは定数であることに注意してφ
を tで微分すると

【００１８】

【数５】

【００１９】となる。数５は同期信号を定数倍したもの
となっており、ψの項は含まれていないのでＦＭ変調を
用いると搬送波の位相推定をする必要がないということ
が分かる。また、数５の右辺は微分により得られた結果
であるので、実際には強調された雑音が加わることにな
る。従って、アベレージングをして数５の位相を正確に
求めなければならない。このための位相推定のブロック
図を図４に示す。図４でφ(t) が位相誤差となるので、
フィードバックをかけて位相のオフセットとしてローカ
ル信号の位相に加えれば、変調信号と全く同じ位相が得
られる。

【００２０】

【実施例】図１及び図２に基づいて実施例について説明
する。図２は送信側のブロック図を示す。同期信号を受
ける積分器16の出力端は変調指数乗算器17の入力端に接
続され、該変調指数乗算器17の出力端は搬送波加算器18
の一方の入力端に接続されている。搬送波加算器18の他
方の入力端には搬送波信号が入力されるようになってい
る。搬送波加算器18の出力端は余弦演算器19の入力端に
接続されており、該余弦演算器19の出力端がＦＭ変調さ
れた同期信号を送出する出力端となっている。

【００２１】図１は受信側ブロック図を示す。入力にＦ
Ｍ変調された同期信号を受ける第１の直交変調部１は乗
算器1a,1b 及び位相遅延器1cより構成されており、該第
１の直交変調部１の他の入力には、ローカル信号が入力
されるようになっている。該第１の直交変調部１の２つ
の出力端はそれぞれ第１の低域ろ波部２の２つの入力端
に接続され、該第１の低域ろ波部２の２つの出力端はそ
れぞれ第１の位相角度算出器３の２つの入力端に接続さ
れている。前記第１の直交変調部１、第１の低域ろ波部
２及び第１の位相角度算出器３は算出手段１２を構成し
ている。前記第１の位相角度算出器３の出力端は微分器
４の入力端に接続され、該微分器４の出力端は乗算器5
a,5b 及び位相遅延器5cより構成される第２の直交変調
部５の一方の入力端に接続され、該第２の直交変調部５
の他方の入力端には後述する比較信号発生器11の出力端
が接続されている。該第２の直交変調部５の２つの出力
端はそれぞれ第２の低域ろ波部６の２つの入力端に接続
され、該第２の低域ろ波部６の２つの出力端はそれぞれ
積分器７の２つの入力端に接続されている。前記第２の
直交変調部５及び第２の低域ろ波部６は直交復調器14を
構成している。前記積分器７にはまた、後述する時定数
を変化させる制御信号が制御器９より入力されるように
なっている。該積分器７の２つの出力端はそれぞれ第２
の位相角度算出器８の２つの入力端に接続され、該第２
の位相角度算出器８の出力端は制御器９及びループフィ
ルタ10の入力に接続されている。該制御器９及びループ
フィルタ10は制御部15を構成している。前記制御器９の
２つの出力端はそれぞれ積分器７及びループフィルタ10
の入力端に接続される。ループフィルタ10の出力端は加
算器11a 、余弦演算器11b で構成される比較信号発生器
11の一方の入力端に接続される。該比較信号発生器11の
他方の入力端には搬送波周波数ωc と時間との積の信号
が入力されるようになっている。該比較信号発生器11の
２つの出力端の一方は求める基準信号を出力する出力端
であり、他方は、前述のように第2 の直交変調部５の入
力端に接続されている。前記第２の直交変調部５、第２
の低域ろ波部６、積分器７、第２の位相角度算出器８、
制御器９、ループフィルタ10及び比較信号発生器11は信
号発生器13を構成している。

【００２２】次に実施例の動作を説明する。送信側で
は、同期信号 cosωm t が積分器16に入力され積分され
て変調指数乗算器17へ出力される。変調指数乗算器17で
は積分された信号を変調指数倍し搬送波加算器18に送
る。搬送波加算器18では、前記変調指数倍された信号に
搬送波周波数ωc と時間t との積が加算される。余弦演
算器19において前記搬送波加算器18の出力信号を位相信
号とし余弦演算が行われ、前記同期信号 cosωm t はＦ
Ｍ変調された同期信号ｘ(t) として受信側に送られる。
この実施例では、同期信号を cosωm t としたが、数３
から分かるように、同期信号をｍI sin ωm t とすれば
前記積分器16及び変調指数乗算器17は不要である。

【００２３】受信側では、ＦＭ変調された同期信号ｘ
(t) を受けて、第１の直交変調部１において、ローカル
周波数ωc の信号 cosωc t で直交変調を行い、該同期
信号の基底域の同相・直交成分の２つの信号を得る。該
２つの信号同相成分及び直交成分は第１の低域ろ波部２
で低域ろ波され、第１の位相角度算出器３に入力され
る。該第１の位相角度算出器３は両信号から位相角度を
算出する。該位相角度は微分器４で時間微分され第２の
直交変調部５に送られる。該第２の直交変調部５は比較
信号発生器11からの信号をローカル信号として前記位相
角度が時間微分された信号を直交変調し、同相成分及び
直交成分の２つの信号を出力する。該２つの信号を受け
て第２の低域ろ波部６は低域ろ波を行いそれぞれの信号
を出力する。両信号は積分器７に入力される。積分器７
は制御器９からの制御信号により、同期がとれたら時間
と共に時定数を大きくしていき、積分を行う。積分され
た同相成分及び直交成分の２つの信号は第２の位相角度
算出器８に入力され、その位相角度が算出される。該位
相角度の信号は制御器９及びループフィルタ10に入力さ
れ、制御器９は該位相角度がほぼ零となった場合に、同
期がとれたものと見做し、制御信号を出力する。該制御
信号はループフィルタ10及び積分器７に送られる。前述
のように、該制御信号によって積分器７の時定数は大き
くなり、また、ループフィルタ10の時定数も大きくな
る。

【００２４】ループフィルタ10に入力した前記位相角度
の信号はループフィルタ10でろ波される。該ろ波された
位相角度の信号、つまり、位相誤差を表す信号は比較信
号発生器11に入力される。比較信号発生器11では前記位
相誤差を表す信号に同期信号と同じ周波数ωm に時間を
掛けた値を加算し、求める基準信号を出力する一方、該
基準信号に余弦演算を行った信号を第２の直交変調部５
に出力する。該信号は前述のように第２の直交変調部５
のローカル信号となる。

【００２５】また、本実施例では通信路の状態が非常に
悪くても同期がずれないよう十分に積分を行えるように
するために、送信時、常に、同期信号（余弦波）を送信
している。この余弦波の周期はフレームの周期と等しく
設定し受信側では位相推定を行い同期を取る。この実施
例では、同期信号を、送信時、常に、送ることとしてい
るが、位相推定に必要な長さの信号が送られればよく、
常に送るという必要はない。ただし、後述するように音
声信号と共にスクランブルをかける場合は、常に同期信
号を送出していた方が、音声信号以外の信号が含まれる
ことになり、秘話度が上がる。

【００２６】本発明の基準信号発生装置を用いれば、前
述のように、同期信号を搬送波信号にＦＭ変調して送信
した信号を受けて、統計処理をし、同期タイミングを決
定しているから、送信側において、同期信号の送信に細
工を施すことができる。例えば、秘話方式には、音声信
号に対して、周波数軸上でスクランブルをかけるものが
ある。周波数軸上のスクランブルは、伝送すべき信号を
周波数スペクトルに分解し、周波数軸上で所定の周波数
幅で切断（セグメントに分解）し、送信側と受信側とで
取り決めた並べ替えのルールに従って、セグメントを並
べ替えるものである。このセグメントの内、比較的音声
の情報量の少ないセグメントから音声信号を除去し、代
わりに同期信号を注入して、他のセグメントと共にスク
ランブルをかけてしまうこともできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、送信側では同期信号を
搬送波信号にＦＭ変調して送出することとし、受信側で
は受信した信号の同相成分と直交成分とから時間の関数
である位相角を算出し、該位相角を時間に関して微分し
た後、ノイズを除去して同期信号と位相的に一致する基
準信号を得ることとしたから、送信している長い（全ての）時間帯において統計処理
を行うことができるので、ノイズに対して強い。位相情報を用いて同期をとっているから同期の精度が
上がる。位相推定における積分の時定数を時間と共に増加させ
ることで、フェージングに対しても強い位相推定を行う
ことができる。送信機と受信機に多少の周波数偏差があっても同期を
とることができる。差動式を用いているので送信機の搬送波と受信機のロ
ーカル信号の位相を合わせる必要がなく、搬送波の位相
推定を行って位相補正をする必要がない。また、従来のように、時間軸上の一点（同期タイミング）に
現れる信号ではなく、受信信号を統計処理しなければ、
同期タイミングは分からない。例えば、音声信号と共に周波数軸上のスクランブルを
かける等の細工をすれば、さらに、同期タイミングは見
破り難くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基準信号発生装置の実施例のブロック
図である。

【図２】本発明の基準信号発生装置に同期信号を送信す
る装置の実施例のブロック図である。

【図３】本発明の基準信号発生装置に用いるＦＭ復調器
の実施例のブロック図である。

【図４】本発明の基準信号発生装置に用いる位相推定の
実施例のブロック図である。

【図５】従来の同期信号の送受信を説明する図であり、
(a) は送信側を示す図、(b) は受信側を示す図である。

【図６】従来の同期信号の送受信を説明する図であり、
(a) は音声信号を示す図、(b)は圧縮された音声信号を
示す図、(c) は圧縮された音声信号と音声信号の隙間に
同期信号が入れ込まれた信号を示す図である。

【符号の説明】

１第１の直交変調部２第１の低域ろ波部３第１の位相角度算出器４微分器５第２の直交変調部６第２の低域ろ波部７積分器８第２の位相角度算出器９制御器 10 ループフィルタ 11 比較信号発生器 12 算出手段 13 信号発生器 14 直交復調器 15 制御部 16 積分器 17 変調指数乗算器 18 搬送波加算器 19 余弦演算器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音声信号に時間軸上のスクランブルをか
けるための基準となる同期信号を搬送波信号にＦＭ変調
して受信側に送出し、受信側において、該同期信号でＦ
Ｍ変調された搬送波信号Ｘ（ｔ）を受信して、前記時間
軸上のスクランブルを解除するための基準とするために
前記同期信号と位相的に一致する基準信号を発生させる
基準信号発生装置であって、同期信号でＦＭ変調された搬送波信号Ｘ（ｔ）を受けて
その同相成分及び直交成分から位相角φを算出する算出
手段（１２）と、該算出手段の出力を時間に関して微分
した信号Ｙを出力する微分器（４）と、該信号Ｙを受け
て該信号Ｙのノイズを除去し信号Ｚ（ｔ）として出力す
る信号発生器（１３）とを備えた基準信号発生装置。
【請求項２】音声信号に時間軸上のスクランブルをか
けるための基準となる同期信号を搬送波信号にＦＭ変調
して受信側に送出し、受信側において、該同期信号でＦ
Ｍ変調された搬送波信号Ｘ（ｔ）を受信して、前記時間
軸上のスクランブルを解除するための基準とするために
前記同期信号と位相的に一致する基準信号を発生させる
基準信号発生装置であって、同期信号でＦＭ変調された搬送波信号Ｘ（ｔ）を受けて
その同相成分及び直交成分から位相角φを算出する算出
手段（１２）と、該算出手段の出力を時間に関して微分
した信号Ｙを出力する微分器（４）と、該信号Ｙを受け
て直交復調する直交復調器（１４）と、該直交復調器の
２つの出力信号を受けて時間に関してそれぞれ積分する
積分器（７）と、該積分器の２つの出力信号を受けて位
相誤差を算出する算出器（８）と、該算出器の出力を受
けて前記積分器の積分時間を制御するとともに前記位相
誤差が０に近づいたときに積分時間を増大する制御部
（１５）と、前記制御部からの位相誤差でローカル信号
の位相を補正して前記直交復調器へ補正されたローカル
信号を出力するとともに前記信号Ｙを補正した信号Ｚ
（ｔ）を出力する信号発生器（１１）とを備えた基準信
号発生装置。