KR860002153B1

KR860002153B1 - 비화신호 송신시스템

Info

Publication number: KR860002153B1
Application number: KR1019830006112A
Authority: KR
Inventors: 카게고오조
Original assignee: 닛본덴기 가부시기가이샤; 세끼모토 타다히로
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1986-12-11
Also published as: EP0111937B1; JPS59115640A; EP0111937A2; US4841571A; CA1204188A; EP0111937A3; KR840007335A; JPH0245856B2; AU582532B2; AU2255483A; HK26891A; SG8391G; DE3379627D1

Abstract

내용 없음.

Description

비화신호 송신시스템

제1도는 본 발명을 실시하는 비화신호송신시스템의 블럭 계통도.

제2a도 내지 제2e도는 제1도의 시스템의 동작을 나타내는 파형도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비화신호송신시스템의 블록 계통도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : ΔM변조기 2 : 비화회로

8 : 비교기 9 : D형 플립플롭

10 : 적본회로 12 : 수신부

19 : 지연회로 24 : 대역통과필터

25 : 송신부

본 발명은 음성신호를 비화(秘話)신호로 변형시킨 후 음성신호등의 아날로그 신호들을 송신하는 비밀 또는 비화신호 송신시스템에 관한 것이다.

이와 같은 형태의 송신시스템은 도청자가 통신당사자간의 통신을 도청할 수 없을뿐 아니라 전송선로에서의 고장으로 제3자에 접속된 경우에 메시지의 누화를 방지할 수 있다.

지금까지 제안된 종래의 비화신호송신 시스템은 일반적으로 두가지 방식으로 분류된다. 즉, 하나는 스펙트럼 반전비화방식이고, 또 하나는 메시지가 비화코드(예를들어, 키 코드 또는 PN 코드)를 사용하여 교환되면, 비밀을 기하기 위하여 그 코드들을 디지탈적으로 처리하는 비화코드 방식이다. 그러나, 스펙트럼 반전방식의 시스템은 완전한 비화를 행할 수 없다. 그 이유는 본질적으로 이 방식이 음량을 확인할 수 있으며 그 음량의 일부일지라도 통신내용을 추측할 수 있게 하기 때문이다. 또한, 수신기가 서로 독립적인 것일지라도 동일형일 때 무선 시스템내의 공통 채널 간섭의 경우에 누화의 위험이 있다. 한편, 비화코드형의 시스템은 누화의 위험서이 있다. 한편, 비화코드형의 시스템은 누화나 도청의 가능성이 없다. 왜냐하면 대화가 공통비화코드(예를들어, 키코드 또는 PN코드)를 분배 받은 특정상호간에 교환되기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 이것은 재생에 있어서 질적인 문제점이 있다. 그 이유는 디지탈신호 송신에서 송신대역을 제한할 필요가 있게 하는 저 전송율이 신호 전송이 양자화에 기인하여 재생 음성에 양자화 잡음이나 상당한 찌그러짐을 발생시키기 때문이다. 만일 신호를 고속으로 송신하기 위해 송신주파수 대역에 제한을 가하지 않으면, 비화회로를 증가시켜야하므로, 양자화 잡음에 기인한 파찌그러짐이 제거되더라도 경비가 증가된다.

비화코드형 신호송신시스템의 상세한 설명은 다음 참조 문서들을 참조하면 된다.

① 휘트 필드(Whitfield Diffie)씨등의, 1976년 11월호의 IEEE정보이론 논문집, IT 22권, 제6호, 페이지 644~654에 기록된 논문, "비화의 새로운 지침".

② 호스 페이스틀(Horse Feistel)씨등의 1975년 11월호의 IEEE정보논문집, 63권, 제11호, 페이지 1545~1555에 기록된 논문, "기계들간의 데이타통신용의 비화기술".

③ 1974년 1월 8일에 허여된 미합중국 특허 제 3784743호.

본 발명은 목적은 값싼 디지탈 비화회로를 사용할지라도 양질의 아날로그 신호를 전송할 수 있는 비화신호송신시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 제1아날로그신호를 제1디지탈신호로 변화시키기 위한 디지탈 팔스 변조기, 제1디지탈신호를 디지탈비화신호로 변화시키기 위한 비화회로, 제1디지탈신호의 아날로그변화에 의해 제공된 제2아날로그 신호와 제1아날로그신호사이의 차이을 나타내는 제1에러 신호를 제공하기 위한 감산회로, 및 제1에러신호와 제1디지탈비화신호를 송신하기 위한 송신장치로 구성된 송신기와, 제1에러신호와 제1디지탈 비화신호를 수신하여 각각 제2에러신호와 제2디지탈비화신호를 발생시키기 위한 수신 장이, 제2디지탈 비화신호를 제2디지탈신호로 변환시키기 위한 비화 해독 회로, 제2디지탈 비화신호를 제3아날로그신호로 변환시키기 위한 디지탈 펄스 복조기 및 제아날로그신호에 에러신호를 가산함으로써 제1아날로그신호를 재생시키기 위한 가산기로 구성된 수신기로 구성되는 비화신호 송신 시스템이 제공된다.

이제 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해 기술하겠다.

제1도를 참조하면, 본 발명의 비화신호송신시스템이 송신기(100)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 전송될 제1아날로그 오디오(음성)신호 X_in은 송신기(100)의 입력단 T_in에 인가된다. 점선 블럭으로 도시된 디지탈 펄스변조기(1)은 입력 이날로그 신호 X_in을 디지탈신호 X₁으로 변환시킨다. 이 특정한 실시예에서, 디지탈 펄수변조기(1)은 예를들면, 모토롤라회사의 MC 3417, MC 3418, MC 3517 또는 MC 3518과 같은 공지된 ΔM변조기로 구성된다. 도시된 바와 같이, ΔM변조기(1)은 비교기(8), D형 플립플롭(D-FF, 9), 및 적분기(10)으로 구성된다. 비교기(8)은 재생된 신호 X_10'인 제2아날로그 음성신호를 입력단 T_in을 통해 들어오는 제1아날로그 음성신호 X_in과 비교한다. 비교기(8)의 출력 X₈은 클럭펄스발생기(도시안됨)에 의해 발생되는 클럭펄스 CLK를 사용하여 D-FF (9)에 의해 추출된다. D-FF (9)의 출력은 다음에 적분기(10)에 의해 상술한 제2아날로그 음성신호 X₁₀으로 변환된다. 적분기출력 또는 제2아날로그 신호 X₁₀은 반드시 제1아날로그 신호 X_in에 종속되고, 신호 X_in의 파형과 유사한 파형을 갖고 있다.

디지탈음성신호 X₁(=X₉)는 ΔM변조기(1)로부터 비화회로(2)까지 공급되는데, 이 비화로는 예를들어 PN코드와 같은 비화코드를 사용하여 클럭펄스 CLK에 타이밍된 입력신호에 대해 디지탈 비화를 수행하도록 채택된 것이다. 비화회로(2)의 출력은 대역통과 필터(24)를 통해 FM(주파수변조) 변조기(3)까지 공급되어 FM파형으로 변환된다. 전송선로에서 대역을 제한할 필요를 고려하며, BT가 통상 0.5이하로 선택되는데, 여기에는 B는 송신대역폭이고

은 전송율에 대응한다.

대부분의 음성신호는 상기한 방식으로 디지탈신호로 송신된다. 본 발명에 따르면, 나머지 신호(X_in-X₁₀), 즉 양자화 에러신호도 송신된다. 송신기(100)내의 감산기(4)는 에러 신호 X₄(=X_in-X₁₀)을 제공하도록 작용한다. 감산기(4)는 저역통과필터(5)에 접속된다. FM변조기(3)의 출력은 AM(진폭변조)변조기(6)에 인가되어, 저역 통과필터(5)의 출력 X₅에 의해 진폭변조된다. 진폭변조도는 디지탈신호 X₁의 송신에러가능성(약 0.1 내지 0.2)을 발생시키는 극단적인 송신대역을 넘지않는 범위에서 선택된다. 최종적인 AM파 X₆은 송신부(25)에 의해 무선조파수로 변화되고, 그후 안테나(7)을 통해 송출된다.

수신기(101)은 안테나(11)로 부터 입력된 고주파수를 수신한다. 수신기(101)내에서, 수신부(12)는 이 고주파수를 중간주파수로 변환시킨다. 수신부(12)의 출력은 리미터(13) 및 AM검파기(18)로 인가된다. 리미터(13)은 중간주파수로부터 AM성분을 제거시키고, 리미터(13)에 접속된 FM변별기(14)는 디지탈 비화신호 X₁₄를 재생시킨다. 비화해독회로(15)는 송신기에서 사용된 것과 동일한 비화코드를 사용하여 비화신호 X₁₄를 해독하여, 디지탈 음성신호 X₁₅를 제공한다. 여기에서, 비화코드는 특정 송수신기에 의해서만 분배되고 다른 수신기들의 것과 동일하지 않다. 즉 송신기에 배당된 것과 동일한 코드를 배당받은 수신기만이 메시지를 수신할 수 있다. 디지탈 음성신호 X₁₅는 디지탈펄스복조기(16)에 의해 아날로그음성신호로 변화된다. 이 실시예에서, 디지탈펄스복조기(16)은 ΔM복조기(예를들어, 보토롤라회사의 MC 3417, MC 3418, MC 3517 또는 MC 3518)로 구성된다.

전송선로에 에러가 없는 한, 수신된 디지탈 음성신호 X₁₆은 송신된 디지탈음성신호 X₁으로 나타낸 정보와 동일한 정보를 나타내고, ΔM복조기(16)의 출력 X₁₆의 파형은 ΔM변조기(1)내의 제2아날로그 음성신호 X₁₀의 파형과 동일하나. 클럭재생회로(17)은 FM변별기출력 X₁₄로 부터 클럭펄스를 재생시키므로, 재생된 클럭펄스는 비화회로(15) 및 ΔM복조기(16)을 작동시키는데 사용될 수 있다.

수신부(12)에 의해 수신된 에러신호는 AM검파기(18)에 의해 검파된 다음 지연회로(19)에 의해 지연된다. 지연회로(19)에 의해 실행될 지연은, 송신기에 인가된 제1아날로그 신호 X_in이 ΔM변조기(1)에 의해 디지탈 음성신호 X₁로 변환되는 순간과 제2아날로그신호가 ΔM복조기(16)에 의해 수신기내에서 재생되는 순간사이의 시간지연과 동일하도록 미리선택된다. 그러나, 지연회로(19)는 지연이 별문제가 아닐때 생략될 수 있다. ΔM복조기(16)으로부터의 출력인 제2아날로그 신호 Δ₁₆과 지연회로(19)로부터의 출력인 에러신호 X₁₉는 가산기(20)에 의해 함께 가산된다. 가산기(20)의 합산출력 X₂₀은 제1아날로그신호 X_in의 파형과 아주 비슷한 파형이다. 또한, 가산기(20)의 출력 X₂₀은 잡음을 제거하기 위해 저역통과필터(21)을 통과하므로, 소망의 제1아날로그 신호 X₂₁을 재생시킨다. 음성신호 X₂₁은 출력단자 T_out로부터 출력신호 X_out로서 전달된다.

제2도에 각각 도시된 파형들은 제1도를 창조하여 상술한 시스템 동작을 나타낸다. 제2a도는 송신기 입력 X_in(제1아날로그 음성신호)와 ΔM변조기(1)내의 신호 X₁₀(제2아날로그 음성신호)를 도시한 것이다. 신호 X₁₀이 상술한 것과 같이 항상 입력신호 X_in에 종속되지만, 제2a도에 도시된 것처럼 신호속도가 느릴때는 양자화 정밀도 낮게되어, 입력신호 X_in의 파형이 본래의 파형처럼 재생되지 못하게 된다. 제2b도는 입력신호 X_in과 신호 X₁₀사이의 에러신호(X₄=X_in-X₁₀)를 도시한 것이다. 제2c도는 수신기에서 재생되는 ΔM복조기(16)의 출력 X₁₆을 도시한 것이다. 파형에 관하여서, 제2c도의 신호는 전송시간 τ만큼 전이되는 X₁₀의 변형파형과 동일하다. 양자화 에러에 기인하여, 신호 X₁₆이 직접 필터로 인가되어야 하면, 양자화잡음은 상당하게되므로, 에러가 입력신호 X_in을 나타내기에 너무 크게된다. 데이타 속도가 예를들어 20kb/s정도인 ΔM변조시스템의 경우에, 단순히 필터에 인가될때의 복조출력은 상당한 정도의 양자화 잡음 또는 양자화에 기인하여 주목할만한 파형 찌그러짐을 발생시키게 되어, 얻어질 수 있는 음질은 배우 나쁜 것으로 된다. 제2d도는 수신기에서 재생된 에러신호 X₁₉를 도시한 것이다. 에러신호 X₁₉는 ΔM변조기(1)에 의해 양자화 되지 않은 신호 Δ₄(제2b도)에 대응하지만, 이것의 파형은 주파수대역 제한에 기인하여 신호 X₄에 비해 약간 둔화된다. 제2e도는 신호 X₁₆(제2c도)와 신호 X₁₉(제2d도)의 합을 나타낸느 가산기(20)의 출력신호 X₂₀을 도시한 것이다. 제2e도에 도시된 합산출력 X₂₀은 송신기에서의 입력신호 X_in(제2a도)와 파형이 매우 유사하다. 신호 X₂₀이 부분적으로 약간 모가 나 있지만, 저역 통과필터(21)에 이 신호를 인가함으로써 제1아날로그 음성신호 X₂₁을 더욱 양질로 재생할 수 있다.

비화의 관점에서, 도시되고 기술된 본 시스템은 디지탈 음성신호로 변환된 정보가 비화를 위해 디지탈 처리될 수 있으므로, FM 통신회로로서의 전송로에 관련하여 완전한 것으로 된다. AM통신로로서의 전송로에 관련하여, 디지탈신호로 변환되지 못한 에러신호는 송신기로부터 수신기까지 전송된다. 그러나, 음성 정보를 나타내는 에너지성분의 대다수가 디지탈신호로서 전송되므로 비화가 손상되지 않는다. 즉 잔류에러 신호로 부터 음성정보를 추출하기가 매우 어렵다. 이런 방식으로, 본 발명은 동시에 두가지 다른 측면에서 목적을 달성시킨다. 그중 한 측면은 전송로에 관련된 비화이고, 또 다른 측면은 재생음성신호의 질이다.

제3도를 참조하면, 송신기(200)과 수신기(201)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 송신기(200)은 ΔM변조기(1), 비화회로(2), 감산기(4), 저역통과필터(5), 대역통과 필터(24), 송신부(25)로 구성되는데, 각각의 기능은 제1도에 도시된 것들과 동일하다. 그러므로, 이러한 구성 요소들의 동작에 대해서는 더 이상 설명하지 않겠다.

제3도에 도시된 송신시스템과 제1도에 도시된 송신 시스템에 차이란 에러신호의 전송방식이다. 제3도에 도시된 바와 같이, 비화회로(2)로부터의 출력인 데이타 X₂는 저역통과필터(5)로부터 출력된 에러신호 X₅에 의해 AM변조기(6)에서 진폭변조된다. 또한, 변조기(6)에서의 변조도는 디지탈음성신호의 전송에러율을 높이지 않도록 선택된다. 에러신호는 데이타가 질폭변조되는 경우에 만족스럽게 전송된다. 예를들어, 데이타 속도가 20kb/s인 전송로를 가정하면, 음성신호로서 유효한 3KHz 이하의 주파수성분은 속도 20kb/s를 갖는 파에 의해 전체 에러신호로부터 용이하게 반송될 수 있다. AM변조기(6), 출력은 FM변조기(3)에 의해 주파수변조된 다음 안테나(7)을 통해 송출된다.

제1도의 수신기(101)과 유사한 제3도의 수신기(201)의 안테나(11), 고주파수를 중간파수로 변환시키기 위한 수신부(12), 리미터(13), FM변별기(14), 비화해독회로(15), ΔM복조기(16), 클럭 재생회로(17), 가산기(20), 및 저역통과필터(21)로 구성된다. 그러므로 , 수신기(201)은 디지탈 비화신호로서 안테나(11)을 통해 들어오는 음성신호를 처리할 때 수신기(101)과 동일한 방식으로 동작한다.

제3도의 제2실시예에서는, 수신된 에러신호르 재생하기 위해, FM복조기(14)로 부터의 출력인 수신 데이타 파형 X₁₄의 질폭을 측정하는 수신기내의 AM검파기(18)이 사용된다. AM검파기(18)의 출력은 상술한 바와 같이 송신기의 ΔM변조기(1)이 음성신호의 변환으로 제공한 디지탈 신호의 전송과 수신기의 ΔM복조기(16)으로부터의 아날로그 신호의 출현사이의 시간 지연과 동일한 양만큼 지연회로(19)에 의해 지연된다.

제1실시예에 관련하여 기술한 바와 같이, 음성신호 재생의 음질면에서는 ΔM복조기(16)으로부터 출력된 신호 X₁₆과 에러신호 X₁₉와의 합산신호를 듣는 것이, 복조기출력 X₁₆만을 듣는 것보다 양호하다. 제1실시예와 동일한 원리에 근거하여, 제3도의 제2실시예는 전송로에서 비화를 확실히 해준다.

제3도의 실시예에서, 변조기(6)은 AM변조기로 구성되므로, AM검파기(18)이 사용된다. 그러나, 이것은 제한되지 않고 만일 데이타 속도가 음성대역(약 3KHz)에 비해 상당히 높은 경우에 다른 적당한 변조시스템으로 대체될 수도 있다. 예를들어, 변조는 송신기에서의 데이타의 위 상면에서 실시되어 수신기에서 검출될 수 있다.

또한 ΔM복조기가 아날록 음성신호를 디지탈 음성신호로 변조하거나, 디지탈음성신호를 아날로그 음성신호로 복조하기 위해 상기 실시예들에서 각각 사용되었다. 또한 본분야에 숙련된 기술자들은 이러한 변조 방식들이 단지 예시한 것이고, 다른 디지탈펄스 복조기술[예를들어, 기본 PCM(펄스코드변조) 또는 DPCM(차동 펄스코드 변조)]로 동작할 수 있는 복조기로 대체될 수도 있다는 것을 알 수 있다.

요약하면, 본 발명은 아날로그 음성신호를 디지탈신호로 변환시키고 비화를 위해 디지탈비화 후에 이 디지탈신호를 전송하며, 디지탈 신호로 변환되지 못한 잔류에러신호를 전송하는 것임을 알 수 있다. 그러므로 전송선로에서 디지탈 비화신호 및 소거불가능한 에러신호가 조합하여 비화를 보장해 준다. 한편, 공통 채널 간섭이 무선시스템내에 발생될 경우에, 다른 수신기는 수신된 디지탈 음성신호가 아날로그신호로 변환되었다 하더라도 이 수신기의 배정된 다른 비화코드로 인해 잡음만이 들리게 된다. 재생 에러신호를 이러한 아날로그신호에 가산하면 전혀 정보를 도청하지 못하게 된다. 음성신호 재생의 음질면에서, 수신기는 수신된 에러신호를 복조된 아날로그 신호에 가산함으로써 이 아날로그 신호를 보상하도록 구성된다. 이것은 파형이 송신기 입력신호와 매우 유사한 음성신호를 재생시키므로, 양질의 음성신호 재생을 할 수 있게 한다.

Claims

제1아날로그 신호(X_in)을 제1디지탈신호(X₁)으로 변환시키기 위한 디지탈 펄스변조기(1), 제1디지탈신호를 디지탈 비화신호(X₂)로 변환시키기 위한 비화회로(2), 제1디지탈신호의 아날로그 변환에 의해 제공된 제2아날로그 신호(X₁₀)과 제1아날로그 신호 사이의 차이를 나타내는 제1에러신호(X₅)를 제공하기 위한 감산회로(4,5), 및 제1에러 신호와 제1디지탈 비화신호를 송신하기 위한 송신장치(3,6,25)로 구성된 송신기(100,200)과 제1에러 신호와 제1디지탈 비화신호를 수신하여 각각 제2에러 신호(X₁₉)와 제2디지탈 비화신호(X₁₄)를 발생시키기 위한 수신 장치(12~14,18), 제2디지탈 비화신호를 제2디지탈신호로 변환시키기 위한 비화해독회로(15), 제2디지탈 비화 신호를 제3아날로그 신호(X₁₅)로 변환시키기 위한 디지탈 펄스 복조기(16), 및 제3아날로그신호에 에러신호를 가산함으로써 제1아날로그신호를 재생시키기 위한 가산기(20)으로 구성된 수신기(101,201)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비화신호 송신 시스템.
제1항에 있어서, 디지탈 펄스 변조기가 ΔM변조기로 구성된 것을 특징으로 하는 비화 신호 송신 시스템.
제1항에 있어서, 송신 장치가 제1디스탈 비화 신호로 반송파를 주파수 변조시키기 위한 주파수변조기(3), 제1에러 신호로 주파수 변조기의 출력을 질폭 변조시키기 위한 진폭 변조기(6) 및 진폭변조기의 출력을 송신하기 위한 송신부(25)로 구성된 것을 특징으로하는 비화신호 송신시스템.
제1항에 있어서, 송신 장치가 제1에러 신호로 제1디지탈 비화신호를 진폭변조시키기 위한 진폭변조기(6), 진폭변조기의 출력으로 반송파를 주파수 변조시키기 위한 주파수 변조기(3), 및 주파수 변조기의 출력을 송신하기 위한 송신부(25)로 구성된 것을 특징으로 하는 비화 신호 송신 시스템.