DE1216921C2 - Verfahren zur Synchronisierung der Ver- und Entschluesselung von impulsfoermigen, binaer codierten Nachrichten, bei welchem sendeseitig die Nachrichtenklarimpulse mit Schluessel-impulsen gemischt werden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung der Taktgeber und der Schlüsselimpulsgeneratoren bei einem Verfahren zur verschlüsselten Übertragung impulsförmiger, binär codierter Nachrichten (Chiffratübertragung) nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Anlagen, die nach diesem Verfahren arbeiten, bestehen auf der Sendeseite aus einem Klarinformation-Klarimpuls-Wandler, einem Schlüsselimpulsgenerator und einem Chiffriermischer.

Der Klarinformation-Klarimpuls-Wandler setzt die anfallende Information in eine binär codierte Klarimpulsfolge um. Diese Klarimpulsfolge wird in den Chiffriermischer geleitet, welcher gleichzeitig vom Schlüsselimpulsgenerator mit einer Schlüsselimpulsfolge in binärer Form gespeist wird. Im Chiffriermischer folgt die Chiffrierung der Klarimpulse mit den Schlüsselimpulsen, wobei dies vorzugsweise durch »Modulo-2-Addition« ausgeführt wird. Die so gewonnene Chiffratimpulsfolge (Mischung der Klarimpulsfolge mit der Schlüsselimpulsfolge) wird unter Verwendung einer geeigneten Modulationsart zum Informationsempfänger (Empfangsseite) übertragen.

Die Klarinformation kann beispielsweise bei Telefonieübertragung ein (analoges) Sprechsignal sein. Das Sprachsignal Wird dann in bekannter Weise periodisch abgetastet und in einem Analog-Digitalwandler in eine Folge von (digitalen) Binärimpulsen umgewandelt, wie dies in der bekannten Pulscodemodulation üblich ist. Der Klarinformations-Klarimpuls-Wandler besteht hier aus der Abtasteinrichtung sowie dem Analog-Digitalwandler.

Bei einem weiteren Beispiel, der Fernschreibübermittlung, besteht die Klarinformation aus den in den Fernschreiber eingegebenen Buchstaben und Zahlen. Diese werden im Fernschreiber selbst in Binärimpulse von normalerweise 5 Bits (Information) pro Buchstabe umgewandelt, wozu für die Übermittlung normalerweise noch ein Start- und ein Stopimpuls hinzu kommt. Diese Binärimpulse können in einem Codewandler in einen für Chiffrierung und Übermittlung günstigeren Code umgewandelt werden, wobei auch Start- und Stopimpulse unterdruckt werden können. In diesem Fall besteht der Klarinformations-Klarimpuls-Wandler aus Fernschreiber und Codewandler.

Auf der Empfangsseite sind analoge Einrichtungen notwendig, die jedoch teilweise in ihrer Funktion umgekehrt arbeiten. Es sind dies Demodulator, Dechiffriermischer, Schlüsselimpulsgenerator und Klarimpuls-Klarinformations-Wandler.

Die empfangene, demodulierte Chiffratimpulsfolge sowie die Schlüsselimpulsfolge des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators werden dem Dechiffriermischer zugeführt, welcher aus diesen beiden Impulsfolgen wieder die Klarimpulsfolge zurückgewinnt. Zur Chiffrierung und Dechiffrierung müssen natürlich identische Schlüsselimpulse verwendet werden, d. h., der sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator müssen im Schlüsselgleichlauf arbeiten. Die vom Dechiffriermischer abgegebene Klarimpulsfolge wird vom Klarimpuls-Klarinformations-Wandler wieder in die ursprüngliche Informationsform zurückgewandelt.

Die bei solchen Verfahren verwendeten Schlüsselimpulsgeber sind identisch aufgebaute Geräte mechanischer, elektromechanischer und/oder elektronischer Art. Sie weisen eine große Anzahl von im Zustand und in der gegenseitigen Zuordnung änderbaren Schlüsselbildungselementen auf, beispielsweise Nockenscheiben, Permutierschalter und/oder elektronische Elemente usw. Die Schlüsselimpulsfolge ist demgemäß abhängig vom Aufbau und dem Zusammenspiel der einzelnen Elemente sowie von der Stellung dieser Elemente bei Beginn der Nachrichtenübermittlung. Dieser sogenannte Anfangszustand muß vor Beginn der Übermittlung bei Sender und Empfänger eingestellt werden, worauf dann bei synchronem Start und Ablauf die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeber identische Schlüsselimpulsfolgen liefern. Die Schlüsselimpulsfolgen weisen dabei »pseudozüfallsmäßigen« Charakter auf, d. h. ähnliche statistische Verteilung der Schlüsselimpulse wie richtige Zufallsfolgen, jedoch determiniert und maschinell hergestellt.

Normalerweise werden Anfangszustände der Schlüsselimpulsgeneratoren durch einen geheimen Grundschlüssel sowie durch einen nicht geheimen und beispielsweise von Übermittlung zu Übermittlung sich ändernden Zusatzschlüssel bestimmt, welcher z. B. vor jeder Übertragung nicht chiffriert übermittelt wird. Es kann jedoch auch ohne Zusatzschlüssel, d. h. mit geheimen Grundschlüssel allein ausgekommen werden, sofern dieser genügend oft geändert wird.

Bei Verfahren der vorliegenden Art ist — wie schon erwähnt — ein genauer Schlüsselgleichlauf der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren erforderlich, d. h., auf der Sende- und auf der Empfangsseite müssen gleichzeitig gleiche Schlüsselimpulse an den Chiffriermischer bzw. Dechiffriermischer abgegeben werden. Genau genommen muß der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator um die Laufzeit des Signals (Chiffratimpulse) vom sendeseitigen Chiffriermischer zum empfangsseitigen Dechiffriermischer nachlaufen. Dieser Nachlauf ergibt sich aber automatisch, da die Signale, welche zur Herstellung des Schlüsselgleichlaufes der Schlüsselimpulsgeneratoren benutzt werden, ebenfalls diese Laufzeit haben.

Bisher bekanntgewordene Verfahren bzw. Einrichtungen zur chiffrierten Nachrichtenübermittlung benutzen zur Aufrechterhaltung des Schlüsselgleichlaufes zwischen dem sende- und dem empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator zusätzliche, vom übertragenen Informationsinhalt unabhängige Synchronisierimpulse.

Bei einem bekannten Verfahren, dem sogenannten Start-Stop-System, werden zur Synchronisierung (als sogenannte Synchronisierimpulse) Startimpulse verwendet. Die Information folgt jeweils auf jeden Startimpuls als eine kleinere oder größere Anzahl von Informationsimpulsen (Informationsbits). Die Zeitspanne zwischen dem letzten Informationsbit und dem nächsten Startimpuls wird als Stopimpuls bezeichnet. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei der bekannten Fernschreibübermittlung angewandt. Bei verschlüsselter Übermittlung können für die Synchronisierung der Schlüsselimpulsgeneratoren diese Startimpulse verwendet werden.

Auf jeden Startimpuls muß dann der sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator eine Anzahl Schlüsselimpulse — entsprechend der Bitzahl der Klarimpulskombination — abgeben (Schlüsselimpulskombination), mit welchen die Klarimpulse chiffriert werden. Start- und Stopimpulse werden unverschlüsselt übertragen.

Gemäß Voraussetzung sind vor Beginn der Nachrichtenübermittlung sende- und empfangsseitiger Schlüsselimpulsgenerator in den gleichen Anfangszustand gebracht worden. Somit werden auf der Sende- und Empfangsseite auf jeden Startimpuls von den beiden Schlüsselimpulsgeneratoren je eine identische Schlüsselimpulskombination erzeugt, welche zum Chiffrieren bzw. Dechiffrieren verwendet wird. Desgleichen werden die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpuls- _t generatoren durch jeden Startimpuls um einen oder mehrere Schritte fortgeschaltet.

Dieses bekannte Verfahren hat mehrere Nachteile. So können auf der Übertragungsstrecke einfallende Störungen oder Fading den empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator im falschen Zeitpunkt auslösen und weiterschalten bzw. das gleichlaufrichtige Auslösen und _t Weiterschalten verhindern. In einem solchen Fall sind die zum Chiffrieren und Dechiffrieren verwendeten \ Schlüsselimpulskombinationen nicht mehr identisch, ■ und es ist somit ohne vorherige Korrektur der Zustände der sende- oder empfangsseitigen Schlüsselimpulsgene- ι ratoren eine chiffrierte Übermittlung unmöglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Lage der Start- und Stopimpulse und dadurch natürlich auch die Lage : der Informationsimpulse von Unbefugten relativ einfach festgestellt werden kann. Unbefugten wird dadurch einerseits das Dechiffrieren der geheimen Nachricht erleichtert und anderseits die Möglichkeit gegeben, durch Einstreuen von Startimpulsen auf der Übertragungsstrecke den Gleichlauf der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren zu stören und somit eine chiffrierte Übermittlung unmöglich zu machen.

Nach einem weiteren bekannten Vorschlag, dem sogenannten Synchronsystem, werden Sender und Empfänger mit je einem Taktgeber von möglichst

gleicher Frequenz ausgerüstet, mit welchem der Ablauf (Fortschaltung) der Schlüsselimpulsgeneratoren sowie die Ver- und Entschlüsselung gesteuert werden. Zu Beginn der Übermittlung werden vorerst die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeber in den gleichen Anfangszustand versetzt. Anschließend erfolgt während einer Einlaufphase die Synchronisierung des empfangsseitigen Taktgebers auf den sendeseitigen und das gleichzeitige Einschalten des empfangs- und sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators, so daß beide identische Schlüsselimpulsfolgen abgeben.

Während der Übermittlung schalten die Taktgeber die Schlüsselimpulsgeneratoren laufend weiter, wobei die sende- und empfangsseitig identischen Schlüsselimpulsfolgen zum Chiffrieren und Dechiffrieren der ,₅ Klarimpulskombinationen verwendet werden. Die Klarimpulskombinationen müssen im gleichen Takt wie die Schlüsselimpulskombinationen in den Chiffriermischer bzw. Dechiffriermischer eingegeben werden. Im Fernschreibbetrieb z. B. kann die Frequenz des Taktgebers so gewählt werden, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen (Synchronisierimpulse) die Kombination von 5 Informationsbits (Klarinformation) eines Buchstabens gesendet wird.

Es ist klar, daß in diesem Falle die Taktgeberfrequenz mindestens so groß wie die schnellste Buchstabenfolge des Fernschreibers sein muß. Außerdem erfordert dies meistens einen Puffer-Synchronspeicher, der dem Chiffriermischer auf der Sendeseite vorgeschaltet wird und die Klarimpulskombination mit der richtigen Phasenlage in den Chiffriermischer speist. Zur Aufrechterhaltung des Synchronismus während der Übermittlung dienen die unchiffriert übermittelten Synchronisierimpulse. Dazu wird in einer möglichst störunempfindlichen Schaltung die Phasenlage der übermittelten Synchronisierimpulse im Empfänger mit jenen des empfängerseitigen Taktgebers verglichen und eine allfällige Phasendifferenz ausgeglichen. Damit ist wohl der Schlüsselgleichlauf der sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeber bei Störungen oder Unterbrechung der Übertragungsstrecke für eine gewisse Dauer gewährleistet, jedoch hat auch dieses Verfahren die Nachteile, daß Unbefugte ohne weiteres einen Einlauf in den Impulssynchronismus auslösen oder durch Einstreuen von Synchronisierimpulsen mit einer von den ausgesendeten Synchronisierimpulsen gering abweichenden Frequenz den richtig synchronisierten empfängerseitigen Taktgeber von seiner ursprünglich richtigen Phasenlage wegziehen können, wodurch eine chiffrierte Übermittlung unmöglich werden kann. Weiter wird durch die Erkennbarkeit der periodisch ausgesendeten Synchronisierimpulse die Lagebestimmung der dazwischenliegenden Informationsimpulse erleichtert.

Aus dem Artikel »Pseudo-Random Coding for Bit and Word Synchronization of PSK Data Transmission Systems« von James C. Springett in »International Telemetering Conference«, London, 1963, Vol. 1, of the Conference Proceedings, S. 410 bis 422, ist es bekannt, die Synchronisierung bei einer Nachrichtenübertragung mittels der Korrelationstechnik vorzunehmen, und zwar insbesondere für die Datensicherung bei Raumfahrt- und Nachrichtenverbindungen. Für die Synchronisierung werden spezielle Impulsfolgen, die besonders gute Korrelationseigenschaften aufweisen, verwendet. Als besonders geeignet sind die sogenannten »maximal length linear shift-register codes (pseudo noise-(p.n.-)codes)« angegeben. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch zur Synchronisierung bei einer Chiffratübertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nicht geeignet. Genauso wie bei dem weiter oben beschriebenen Synchronisierungsverfahren mit gesonderten periodischen Synchronisierungsimpulsen kann ein Unbefugter wegen der kurzen Periodenlänge der »maximallength linear shift-register codes« leicht deren Bildungsgesetz erkennen und dann den Synchronisierungsvorgang stören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Synchronisierung von der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß Unbefugte mit größter Sicherheit keinen Einfluß auf den Synchronisierungsvorgang zwischen zwei zu synchronisierenden Stationen nehmen können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Hauptgedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die an sich bekannten Korrelationseigenschaften von Zufallsfolgen zur Synchronisierung der Ver- und Entschlüsselung zu verwenden. Dies wird weiter unten ausführlich erläutert. Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Synchronisierung direkt mit den Pseudozufallscharakter aufweisenden Schlüsselimpulsfolgen erfolgt und nicht mittels spezieller periodischer Synchronisierimpulse. Dieser grundsätzliche Unterschied gegenüber dem bekannten Stand der Technik gewährleistet eine einwandfreie Freund-Feind-Erkennung. Insbesondere ist es Unbefugten nicht möglich, den Einlauf in den Schlüsselgleichlauf zu stören bzw. nach Herstellung dieses Gleichlaufes den Empfänger aus der richtigen Phasenlage wegzuziehen. Außerdem wird durch Vermeidung spezieller, unverschlüsselt übertragener Synchronisierimpulse und dadurch bedingter Erkennbarkeit zusammengehöriger Klarimpulskombinationen die Chiffrierfestigkeit erhöht.

Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Anlage werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer nach dem neuen Verfahren arbeitenden Anlage im Blockschaltbild,

F i g. 2 Diagramme zweier Modulationsarten b, c für die Übertragung der Chiffratimpulsfolge a,

F i g. 3 bis 5 verschiedene gegenseitige Lagen der sende- (a) und der empfangsseitigen (b) Schlüsselimpulsfolge in Diagrammdarstellung,

F i g. 6 bis 8 Diagramme zur Erklärung des erfindungsgemäß angewandten Korrelationsprinzips,

F i g. 9a und 9b Zeitpläne für zwei Einlaufmöglichkeiten in den Schrittsynchronismus,

Fig. 10 bis 12 Diagramme zur Erläuterung der automatischen Schrittphasensynchronisierung,

Fig. 13 eine Einrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Schrittphasensynchronisierung,

F i g. 14 bis 17 vier grundsätzliche Konstellationen der Signale, die bei der Schrittphasensynchronisierung nach Fig. 13 auftreten können, in Form von Diagrammen,

Fig. 18 eine vollständige Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Blockschaltbild,

Fig. 19 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 18 mit 5/1 bezeichneten Schrittsynchronisiervorrichtung.

Fig. 20 eine weitere-Variante der Schrittsynchroni-

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siereinrichtung Sy I der Fig. 18,

Fig.21 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 20,

Fig.22 und 23 Diagramme zur Erläuterung der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Nachrichtenklarübermittlung.

An Hand des Blockschemas der F i g. 1 soll zunächst das Zusammenspiel der verschiedenen Teile einer Anlage für chiffrierte Nachrichtenübermittlung im »Synchronbetrieb« mit der erfindungsgemäßen Korrelationssynchronisierung erläutert werden. Solche Anlagen werden verwendet zur chiffrierten Übertragung von binär codierten Informationen, z. B. Daten, Sprache in Pulscodemodulation, Fernschreibsignale usw.

Die zu übermittelnde Klarinformation wird vom Klarinformations-Klarimpuls-Wandler 1 in Form einer binär codierten Klarimpulsfolge dem Chiffriermischer 2 zugeführt. Gleichzeitig wird der Chiffriermischer 2 mit einer Schlüsselimpulsfolge des Schlüsselimpulsgenerators 4 gespeist. Der Chiffriermischer 2 mischt die Klarimpulse mit den Schlüsselimpulsen, wobei dies vorzugsweise mittels »Modulo-2-Addition« erfolgt. Die so erzeugten Chiffratimpulse bzw. Chiffratimpulsfolgen gelangen in den Modulator 3. Im Modulator 3 wird die Chiffratimpulsfolge in die für die Übertragung geeignete Modulationsart umgewandelt, z. B. Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation usw.

In Fig.2 sind als Beispiele diese beiden erwähnten Modulationsarten dargestellt. Die Zeile a stellt ein Stück einer Chiffratimpulsfolge in binärer Form dar, wie sie vom Chiffriermischer 2 abgegeben wird. In Zeile b ist dieselbe Chiffratimpulsfolge amplitudenmoduliert und in Zeile c frequenzmoduliert gezeichnet. Bei Amplitudenmodulation entspricht die binäre L einer Wechselspannung mit der Frequenz /und der Amplitude ΰ und die binäre 0 der Spannung 0. Bei Frequenzmodulation wird dauernd eine Wechselspannung konstanter Amplitude ü ausgesendet, jedoch die Frequenz gewechselt. Beispielsweise sei der binären 0 die Frequenz /₀ und der binären L die Frequenz /i zugeordnet. .

Das übertragene Signal (Chiffratimpulsfolge) gelangt auf der Empfangsseite in den Demodulator 6, welcher die Chiffratimpulsfolge wieder in Form von binären Gleichstromimpulsen an den Dechiffriermischer 7 abgibt. Gleichzeitig wird der Dechiffriermischer 7 mit der gleichen Schlüsselimpulsfolge wie der Chiffriermischer 2 auf der Sendeseite gespeist, welche vom empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator 9 erzeugt wird. Im Dechiffriermischer 7 erfolgt die Entschlüsselung der empfangenen Chiffratimpulsfolge, und die dabei zurückgewonnene Klarimpulsfolge wird dem Klarimpuls-Klarinformations- Wandler 8 zugeführt, welcher sie wieder in die ursprüngliche Informationsform zurückwandelt.

Die Anlage arbeitet im Synchronbetrieb, d. h., der Ablauf der Schlüsselimpulsfolgen des sende- und des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators wird von je einem Taktgeber 5 bzw. in 10 gesteuert. Dabei läuft normalerweise der Taktgeber 5 auf der Sendeseite mit konstanter Taktfrequenz, während der Taktgeber in der Synchronisiereinheit 10 der Empfangsseite für den Einlauf in den Schlüsselgleichlauf sowie dessen Aufrechterhaltung beeinflußt werden kann. Zu diesem Zweck wird bei der Korrelationssynchronisierung die übertragene sendeseitige Schlüsselimpulsfolge über die Leitung 11 und die selbstproduzierte empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge über die Leitung 12 der Synchronisiereinheit 10 zugeführt, welche mit diesen beiden Kriterien selbständig den Schlüsselgleichlauf herstellt.

Die Schlüsselimpulse des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators 4 und die Klarimpulse des Klarinformations-Klarimpuls-Wandlers 1 müssen in Phase sein. Die Phasenlage der Schlüsselimpulse ist festgelegt durch den Taktgeber 5. Es ist deshalb notwendig, daß die Klarimpulse mit der gleichen Phasenlage in den Chiffriermischer 2 eingespeist werden. Dies erfolgt in einer Anlage nach dem Blockschema der F i g. 1 dadurch, daß die Klarimpulse des

Klarinformations-Klarimpuls-Wandlers 1 durch den Taktgeber 5 abgerufen werden. In den Fällen, wo diese Variante nicht möglich ist, wird ein sogenannter Puffer-Synchronspeicher zwischen Klarinformations-Klarimpuls-Wandler 1 und Chiffriermischer 2 geschaltet. Dieser speichert die von Klarinformations-Klarimpuls-Wandler abgegebenen Klarimpulse bzw. Klarimpulskombinationen kurzzeitig und gibt sie — gesteuert durch den Taktgeber 5 — mit der richtigen Phasenlage an den Chiffriermischer 2 ab.

Der Einlauf in den Schlüsselgleichlauf erfolgt bei der Korrelationssynchronisierung in zwei Phasen.

Nach Abschluß der ersten Phase, welche als Schrittsynchronisierung bezeichnet wird, laufen der sende- und empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator je am eigenen Taktgeber, wobei die beiden Schlüsselimpulsfolgen gegeneinander eine maximale Verschiebung von einer Bitlänge b aufweisen können, welche als Schrittphasenverschiebung oder auch Schrittphasenfehler bezeichnet wird. Diese Verhältnisse sollen an Hand der F i g. 3 und 4 folgend genauer erläutert werden.

Die F i g. 3 zeigt in den Zeilen a und b eine sende- und eine empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge, welche schrittsynchronisiert sind. Die Schrittphasenverschiebung ν zwischen den beiden Schlüsselimpulsfolgen ist kleiner als die Bitlänge b (auch Schrittlänge oder Impulslänge genannt). Die Zahlen über den einzelnen Schlüsselimpulsen sollen angeben, nach welchem Schritt des Schlüsselimpulsgenerators von einem bestimmten eingestellten Anfangszustand aus dieser Schlüsselimpuls abgegeben worden ist. Die Fig.4 zeigt zwei nicht schrittsynchronisierte Schlüsselimpulsfolgen.

Zur Herstellung des Schrittsynchronismus (Schrittgleichlauf) wird bei der Korrelationssynchronisierung der Korrelationsfaktor zwischen dem Informationsinhalt eines Teiles der sende und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen benutzt. Die Eigenschaften dieses Korrelationsfaktors und die Anwendung zur Steuerung des Schritteinlaufes werden weiter unten ausführlich beschrieben.

Während der zweiten Phase, der sogenannten Schrittphasensynchronisierung, wird anschließend an die Schrittsynchronisierung der noch bestehende Schrittphasenfehler zwischen der sende- und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge ausgeregelt. Bei zwei Schlüsselimpulsfolgen, welche schrittphasensynchronisiert sind, besteht keine Verschiebung zwischen der sende- und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge. Der letztere Fall ist in F i g. 5 gezeigt.

Zur Herstellung des Schrittphasensynchronismus (Schrittphasengleichlauf) wird bei der Korrelationssynchronisierung der Korrelationsfunktionswert zwischen den Zeitfunktionen eines Teiles der sende- und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen benutzt, worauf später noch ausführlich eingegangen wird.

Durch die — wenn auch kleinen Ungenauigkeiten der Taktgeber — werden mit der Zeit die sende- und die empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen wieder eine

r =

lim

π --»ν: Π ,-"T

,1), ■

= 1

Hierin bedeutet ν = χ - χ und w = y - y, wobei χ und Jdie arithmetischen Mittelwerte der Folgen xunay sind. Bei elektrischen Signalen ist χ und y die Gleichstromkomponente.

Technische Bedeutung hat jedoch nur die Kurzzeitkorrelation, bei welcher das Intervall, in welchem der Mittelwert gebildet wird, eine endliche Größe hat. Die Formel für den Korrelationsfaktor geht somit in die folgende Form über:

r =

Π ;T

Σ ^vi ■ ^wi

45

55

6o

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Korrelationsprinzips liegen die Werte in binärer Form vor. Sie können somit nur zwei Zustände, die binäre Null = O und die binäre Eins = L, einnehmen. Bewertet man die beiden Zustände »0« und »L« mit — 1 und + 1, so haben die beiden Wertefolgen — Zufallscharakter vorausge-

Verschiebung erhalten. Auch diese Phasenverschiebung wird durch die Schrittphasensynchronisierung ausgeregelt.

Während der Informationsübermittlung steht auf der Empfangsseite die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge nicht zur Verfügung, und somit kann auch ein allenfalls entstehender Schrittphasenfehler während der Informationsübermittlung nicht ausgeregelt werden. Da jedoch auf der Sende- und auf der Empfangsseite sehr genaue Taktgeber, vorzugsweise quarzgesteuerte Taktgeber verwendet werden, ist es ohne weiteres möglich, während einer gewissen Zeit, ohne Schrittphasensynchronisierung Informationen zu übermitteln. Während der natürlichen und — wenn notwendig — während künstlich erzeugter Pausen der Informationsübermittlung wird wieder nur die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge übertragen, und die Empfängerstation hat Zeit, den inzwischen entstandenen Schrittphasenfehler auszukorrigieren.

Anschließend soll auf die Korrelationseigenschaften von Zufallsfolgen oder Pseudozufallsfolgen eingegangen werden, unter welchen Begriff die Schlüsselimpulsfolgen von Schlüsselimpulsgeneratoren, wie sie bei der Korrelationssynchronisierung verwendet werden, fallen.

Der Korrelationsfaktor r von zwei identischen und zeitlich übereinstimmenden Zufallsfolgen ist Eins, dagegen strebt dieser Faktor bei nicht identischen oder zeitlich nicht übereinstimmenden Folgen gegen Null. Das gleiche gilt für sogenannte Pseudozufallsfolgen. Hierunter versteht man Folgen mit ähnlicher statistischer Verteilung wie richtige Zufallsfolgen, jedoch determiniert und maschinell hergestellt.

Streng mathematisch wird der Korrelationsfaktor von zwei Wertefolgen nach der folgenden Formel gebildet:

setzt — keinen Gleichstromanteil (α· und y = 0), und der Effektivwert

ist gleich Eins. In diesem Fall reduziert sich die obige Formel in die folgende Form:

r =

i= I

Wie oben dargelegt, ist der Korrelationsfaktor von zwei identischen Folgen Eins. Dieser Fall ist in F i g. 6 dargestellt. Bei zwei nicht korrelierten Folgen strebt der Korrelationsfaktor r gegen Null, wie dies F i g. 7 veranschaulicht.

Liegen die Wertefolgen χ und y als Zeitfunktionen vor, so geht die Formel (1) in die Integralform über:

= y j X(t)y(t)dt,

wobei diese spezielle Formel wieder nur für binäre Signale mit Zufallscharakter und den beiden mit +1 und — 1 bewerteten Zuständen gilt.

Wird y(t) mit einer Variablen verzögert, so ergibt sich die Korrelationsfunktion ψ(τ):

ψ{τ)

= -ψ j x(t)y(t-r)dt.

40 Bei identischen Zeitfunktionen, also χ — y, ergibt sich die Autokorrelationsfunktion ψ(τ) nach F i g. 8, die bei Verschiebung Null (τ = 0) einen Maximalwert hat und symmetrisch ist.

Die oben beschriebenen Eigenschaften des Korrelationsfaktors zweier Wertefolgen [Formel (I)] sowie der Korrelationsfunktion [Formel (2)] werden bei der erfindungsgemäßen Korrelationssynchronisierung zur Ausführung der Schritt- und der Schrittphasensynchronisierung angewendet.

Bei synchroner Übermittlung, wie dies beim Erfindungsgegenstand der Fall ist, werden die Schlüsselimpulsgeneratoren von je einem eigenen Taktgeber auf der Sende- und-der Empfangsseite mit praktisch der gleichen Taktfrequenz fortgeschaltet. Die Periodendauer dieser Taktfrequenz entspricht dabei der Klarimpulslänge. Zu Beginn der Verbindungsaufnahme stellt sich somit die Aufgabe, diese beiden Schlüsselimpulsgeneratoren in den Schrittgleichlauf zu bringen.

Die Herstellung des Schrittgleichlaufs ist grundsätzlich auf zwei Arten möglich. Bei beiden Varianten werden die sende- und die empfangsseitigen Schlüsseiimpulsgeneratoren zuerst in den gleichen Anfangszustand gebracht. Von diesem Anfangszustand ausgehend, werden gemäß der ersten Variante bei beiden Schlüsselimpulsgeneratoren die Taktgeber gleichzeitig eingeschaltet, und man erhält offensichtlich im Schrittgleichlauf arbeitende Schlüsselimpulsgeneratoren. Bei

der zweiten Variante müssen die Taktgeber nicht gleichzeitig, jedoch in einer vorher festgelegten Reihenfolge eingeschaltet werden. Beispielsweise wird der Empfängertaktgeber vor dem Sendertaktgeber eingeschaltet. Durch entsprechende Wahl der Ablaufgeschwindigkeit der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge kann immer erreicht werden, daß beide Schlüsselimpulsgeneratoren in einem späteren Zeitpunkt in der gleichen Stellung stehen. Die Schlüsselimpulsfolgen kreuzen sich bei ihrem Ablauf. Im oben angenommenen Beispiel müßte der Empfängertakt langsamer sein als der des Senders. Auf der Empfangsseite wird mittels geeigneter Mittel festgestellt, wann diese Kreuzung stattfindet und in diesem Zeitpunkt die Empfängertaktfrequenz sprunghaft auf jene des Senders umgeschaltet. Von diesem Moment an sind beide Schlüsselimpulsgeneratoren im Schrittgleichlauf.

Der zeitliche Ablauf für die oben angenommenen Verhältnisse ist im Diagramm der F i g. 9a dargestellt. In diesem Diagramm ist der Ablauf der Schlüsselimpulsfolgen auf der Ordinatenachse S über der Zeitachse t aufgetragen. Die Linie SE symbolisiert den Ablauf der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge und die strichlierte Linie SS den Ablauf der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge. Der Empfängertaktgeber und damit die empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge SE beginnt im Zeitpunkt ii zu laufen. Der Sender-Taktgeber und damit die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge SS beginnt im Zeitpunkt f₂ zu laufen. Darstellungsgemäß läuft der Empfängertaktgeber zunächst langsamer als der Sendertaktgeber. Die beiden Linien SS und SE kreuzen sich im Zeitpunkt £». In diesem Zeitpunkt wird die Frequenz des Empfängertaktgebers sprunghaft mit der Frequenz des Sendertaktgebers in Übereinstimmung gebracht.

Die Konstellation vor dem Schrittgleichlauf, wie sie Fig.9a darstellt, wird als empfangsseitig vorlaufend bezeichnet. In diesem Fall befindet sich der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator, von einem für beide Schlüsselimpulsgeneratoren gleichen Anfangszustand aus gezählt, vor dem Erreichen des Kreuzungszeitpunkts U in einer höheren Schrittzahl als der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator. In Fig.9a ist z. B. im Zeitpunkt ti der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator im 16. Schritt, während der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator im 30. Schritt steht.

Den umgekehrten Fall, d. h. empfangsseitig nachlaufend, zeigt die F i g. 9b. In diesem Fall befindet sich der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator, von einem für beide Schlüsselimpulsgeneratoren gleichen Anfangszustand aus gezählt, vor dem Erreichen des Kreuzungspunktes U in einer niederen Schrittzahl als der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator. In Fig.9b ist z. B. im Zeitpunkt h der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator im 42. Schritt, während der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator im 27. Schritt steht.

Bei der erfindungsgemäßen Korrelationssynchronisierung erfolgt die Schrittsynchronisierung nach der zweiten Variante, weil mittels der Korrelation der Gleichlaufzeitpunkt auch bei gestört übertragenen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolgen eindeutig detektiert werden kann. Dieser Detektor arbeitet wie nachfolgend beschrieben.

Von den in Sequenzform auf der Empfangsseite vorliegenden sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen wird laufend ein Intervall — sogenanntes Korrelationsintervall z₀ —. bestehend aus den letzten η Bits, im Sende- bzw. im Empfangsintervallspeicher, vorzugsweise Schieberegister, gespeichert und davon der Korrelationsfaktor nach Formel (1) berechnet. Die Berechnung des Korrelationsfaktors erfolgt derart, daß die Informationen der gleichen Bits des sende- und des empfangsseitigen Korrelationsintervalls — sogenanntes Wertepaar — miteinander verglichen (multipliziert) werden und durch anschließende Summation der Vergleichsresultate aller η Wertepaare der Korrelationsfaktor r gebildet wird. Dieser Faktor wird um Null herumpendeln, solange die beiden Intervalle nicht

ίο identisch sind. In jenem Moment jedoch, in welchem zwei identische Intervalle gespeichert sind, d. h. beide Schlüsselgeneratoren in der gleichen Stellung stehen, steigt der Korrelationsfaktor r sprunghaft gegen Eins. Mit diesem Kriterium, d. h. beim Übersteigen des Korrelationsfaktors rüber einen bestimmten, vorgegebenen Wert, den sogenannten Schwellenwert SW, wird der empfangsseitige Taktgeber auf die Sendetaktfrequenz umgeschaltet. Die beiden Schlüsselgeneratoren laufen von diesem Zeitpunkt an schrittsynchron weiter.

Nach Herstellung des Schrittsynchronismus kann zwischen den beiden Schlüsselimpulsfolgen noch eine Schrittphasenverschiebung von maximal ±'/2 Bit bestehen, da die beiden Taktgeber diesbezüglich noch nicht synchronisiert wurden. Dieser Phasenfehler wird mittels der Schrittphasensynchronisierung ausgeregelt, die weiter unten ausführlich beschrieben wird.

Die Größe des Schwellenwertes S¹VVrichtet sich nach dem Störungsgrad der Übermittlung, bei welchem die Schrittsynchronisierung noch einwandfrei arbeiten soll.

Ist für richtigen Einlauf die maximal zulässige Fehlerquote q, so sind k = q ■ η Bits im Korrelationsintervall gestört, wobei k nur ganzzahlig sein kann. Der Korrelationsfaktor erreicht in diesem Fall den Wert

γ =

η-2k

sind (k + 1) Bits gestört, so soll kein Einlauf mehr erfolgen. Somit ist der Schwellenwert SW wie folgt festgelegt:

w — 2(Jt+ 1)

<sw<

n~2k

Anderseits steigt bei kleinerem Schwellenwert die Wahrscheinlichkeit für einen Schritteinlauf auf eine Zufallsfolge. Diese sogenannte Fehleinlaufwahrscheinlichkeit Wfberechnet sich zu

W_F =

(O⁺G-O ^{+ +} C)

2"

Durch entsprechende Wahl der Korrelationsintervallänge π (Bit) sind jedoch beliebige Fehlerquoten und Fehleinlaufwahrscheinlichkeiten möglich. Zwei Zahlenbeispiele sollen dies noch genauer zeigen, wobei durch die Wahl einer extrem hohen Fehlerquote demonstriert werden soll, wie störungsunempfindlich ein Einlauf in den Schrittsynchronismus gemacht werden kann.

Beispiel 1

Intervallänge η = 40

Fehlerquote = 20% k = 8

(ϊ)

ΙΟ"4	2(k-\	-D	< S	W <
η —	η		< S	W <
		22	S ρ i	el 2
		40
		Bei

η-2k

2Α_

Intervallänge η = 60

Fehlerquote = 20% k = 12

(59 ⁺ (n)

1,59 · ΙΟ"⁶.

n-2(k+\)

< SW <

n-2k

3°

Aus diesen beiden Beispielen ist unter anderem ersichtlich, daß durch Erhöhen der Korrelationsintervallänge η von 40 auf 60 Bits die Fehleinlaufwahrscheinlichkeit trotz gleicher Fehlerquote von 10~⁴ auf 1,82 ■ 10-⁶sinkt.

Die Forderung der Freund-Feind-Erkennung wird dadurch erfüllt, daß für den Einlauf in den Schrittsynchronismus direkt die Schlüsselimpulsfolge verwendet wird. Somit ist ein Einlauf nur auf eine Gegenstation möglich, welche die richtige Schlüsselimpulsfolge liefert. Hierzu ist erforderlich, daß die Schlüsselimpulsgeneratoren bei beiden Stationen vom gleichen Anfangszustand ausgehen. Die Erzeugung des Anfangszustandes kann beispielsweise durch Mischung eines geheimen Grundschlüssels mit mindestens einem Zusatzschlüssel erfolgen. Eine andere Art, bei welcher keine Übermittlung des Zusatzschlüssels erfolgen muß, ist die Mischung des geheimen Grundschlüssels mit dem Datum-Zeit-Zusatzschlüssel.

Wie bereits erwähnt, kann nach dem Schritteinlauf zwischen dem sende- und dem empfangsseitigen Taktgeber noch eine Schrittphasenverschiebung von maximal ±'/2 Bit bestehen. Weiter kann sich auch infolge der, wenn auch sehr kleinen Ungenauigkeit der Taktgeber mit der Zeit eine Schrittphasenverschiebung ergeben. Diese Schrittphasenfehler verschiedenen Ur-Sprungs müssen auskorrigiert werden. Dies erfolgt in beiden Fällen mittels der Schrittphasensynchronisierung, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Korrelatiohssynchronisierung benutzt man zur Schrittphasensynchronisierung die Eigenschaften der in F i g. 8 dargestellten Autokorrelationsfunktion im Bereich von — \b bis 4-1 £> (b - Bitlänge), welche bei Schrittphasenübereinstimmung (τ = 0) ein Maximum hat. Korreliert man auf der Empfangsseite die Zeitfunktionen der sendeseitig produzierten Schlüsselimpulsfolge und der empfängerseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge, so erhält man gemäß der Autokorrelationsfunktion einen Funktionswert, der vom Betrag der Schrittphasenverschiebung abhängig ist. Durch Verschieben der Phase des empfangsseitigen Taktgebers derart, daß der Funktionswert sein Maximum erreicht, wird der Schrittphasenfehler zwischen Sender- und Empfängertaktgeber zu Null gemacht. In diesem Fall stimmen die empfangenen, sendeseitig produzierten Schlüsselimpulse phasenmäßig genau mit den empfangsseitigen überein.

Die Vorteile des Korrelationsprinzips liegen in der Freund-Feind-Erkennung und der Unempfindlichkeit gegen statistisch verteilte Störungen.

Die Freund-Feind-Erkennung, d. h. Nichtreagieren auf feindliche Impulsfolgen, die ein langsames Herausziehen der Empfangsstation aus dem Schrittphasensynchronismus bezwecken, um dadurch die Übertragung von Nachrichten unmöglich zu machen, erfolgt analog zur Schrittsynchronisierung dadurch, das, um irgendeinen Einfluß auf die Schrittphasensynchronisierung auszuüben, die richtige Schlüsselimpulsfolge zur Verfügung stehen muß. Da diese Schlüsselimpulsfolge geheim ist, ist eine Einflußnahme Unbefugter auf die Schrittphasensynchronisierung mit Sicherheit ausgeschaltet.

Statistisch verteilte Störungen in der empfangenen Schlüsselimpulsfolge bewirken, daß der Korrelationsfunktionswert nicht mehr auf den Wert Eins ansteigen kann, da die beiden korrelierten Impulsfolgen nicht mehr 100% identisch sind. Die Störungen verändern jedoch den Charakter der Autokorrelationsfunktion nicht, d. h., das Maximum dieser Funktion liegt immer bei der Schrittphasenverschiebung Null, und der Abfall nach -\b und +\b bleibt linear. Es ist lediglich durch Wahl einer genügend langen Integrationszeit dafür zu sorgen, daß die durch Störungen hervorgerufenen statistischen Schwankungen des Korrelationsfunktionswerts in genügend kleinen Grenzen gehalten werden. Diese Schwankungen müssen so klein sein, daß sich das Maximum der Autokorrelationsfunktion mit der gewünschten Genauigkeit festeilen läßt. In F i g. 8 ist die Autokorrelationsfunktion bei einer mittleren Fehlerquote von 25% gestrichelt eingezeichnet.

Bei der Beschreibung einer Schaltung zur Schrittphasensynchronisierung wird an Hand der Figuren nochmals auf den Einfluß von Störungen eingegangen werden.

Soll die Schrittphasensynchronisierung automatisch durchgeführt werden, so muß, da die Autokorrelationsfunktion — ausgenommen beim Nullpunkt — zweideutig ist, das Vorzeichen der Abweichung bzw. die Richtung der Korrektur bestimmt werden. Dies ist möglich, wenn man beispielsweise die empfangene — sendeseitig erzeugte — Schlüsselimpulsfolge mit zwei zueinander verschobenen, empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen korreliert. Diese Schlüsselimpulsfolgen sollen symmetrisch zu der zur Dechiffrierung verwendeten Schlüsselimpulsfolge liegen und vorzugsweise eine Verschiebung von +V2 und —'/2 Bit aufweisen. Die Fig. 10 zeigt drei solche empfangsseitige identische Schlüsselimpulsfolgen, wobei die Schlüsselimpulsfolge der Zeile a zum Dechiffrieren verwendet wird und die beiden anderen Impulsfolgen b und c für die Schrittphasensynchronisierung benötigt werden. Letztere haben eine Phasenverschiebung von -V2 bzw.

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+ '/2 Bit zur Impulsfolge der Zeile a. Wie bereits oben erwähnt, werden die empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen b und c der Fig. 10 mit der empfangenen, sendeseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge korreliert und aus den dabei gewonnen Korrelationsfunktionswerten, die in den F i g. 11 und 12 mit ψι und ψ₂ bezeichnet sind, die Differenz gebildet. Diese Differenz ist, wie an Hand der folgenden Beispiele gezeigt wird, ein geeignetes Kriterium zur automatischen Steuerung der Schrittphasensynchronisierung.

Ist die empfangsseitige, zur Dechiffrierung benutzte Schlüsselimpulsfolge (Zeile a in Fig. 10) in Phase mit der empfangenen, sendeseitig erzeugten Schlüsselimpulsfolge, so sind die beiden Korrelationsfunktionswerte ψι und ψ2 gleich groß und somit die Differenz gleich Null. Diese Verhältnisse sind in Fig. 12 aufgezeichnet, worin die Abszissen a, bund cdie Phasenlagen der drei empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen bezeichnen.

In Fig. 11 sind die Verhältnisse für nacheilenden Empfängertaktgeber, d. h. positive Schrittphasenver-Schiebung, dargestellt. Wie aus dieser Figur herausgelesen werden kann, ist der Korrelationsfunktionswert ψι größer als der Korrelationsfunktionswert ψ2 und somit die Differenz positiv.

Bei voreilendem Empfängertaktgeber, d. h. negative Schrittphasenverschiebung, liegen, wie ohne weiteres einzusehen ist, die Verhältnisse umgekehrt, und somit ist die Differenz negativ.

Die Kriterien zur Steuerung der Schrittphasensynchronisation lauten zusammenfassend wie folgt:

1. Schrittphasensynchronismus
(Phasenverschiebung Null) ψι — ψ2 = 0

2. Empfängertaktgeber nacheilend

(positive Schrittphasenverschie-

bung) ψι - ψ2 > 0

3. Empfängertaktgeber voreilend
(negative Schrittphasenverschiebung) ψι - ψ2 < 0

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Die beiden Werte ψι und ψ2 sind bekanntlich Integrale [vgl. Formel (2)]. Da die Differenz zweier Integrale gleich dem Integral der Differenzen ist, kann die Differenzbildung auch vor der Integration erfolgen. Führt man zudem noch eine feste Integrationszeit ein, so kann das Integral direkt als normierter Mittelwert angesehen werden. Unter Berücksichtigung dieser beiden Gesichtspunkte ist die in Fig. 13 dargestelle Schaltung zurSchrittphasensynchronisation aufgebaut, welche auch im Blockschaltbild der F i g. 18 angewendet wird und anschließend beschrieben wird.

Gemäß dem in F i g. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Schrittphasensynchronisierung werden zwei Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807 einerseits über die Leitung 805 mit der gleichen sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge und andererseits über die Leitungen 113 und 804 mit je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge gespeist. Die beiden empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen haben im Schrittphasensynchronisierten Zustand eine Phasenverschiebung von -'/2 und +'/2 Bit bezüglich der auf der Leitung 805 eintreffenden sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge. Dieser Zustand ist im Diagramm der Fig. 14 aufgezeichnet, wobei die Zeilen a, b, cdie Schlüsselimpulsfolgen auf den Leitungen 805,113,804 wiedergeben. Die F i g. 15 bis 17 zeigen drei weitere Konstellationen. In den Fig. 14 bis 17 sind die beiden binären Zustände der Impulsfolgen der Zeilen a bis e entsprechend der für die Korrelation zweckmäßigen Bewertung wieder mit +1 und — 1 bezeichnet.

Die Korrelationsmultiplikatoren 806, 807 führen die Multiplikation der beiden eingespeisten Schlüsselimpulsfolgen aus. Die dabei gebildeten Produktfolgen sind jeweils in den Zeilen d und e der Fig. 14 bis 17 dargestellt. Diese Produktfolgen gelangen über die Leitung 820 bzw. 821 in den Differenzverstärker 808, wo eine neue Folge entsprechend der Differenz der beiden Produktfolgen gebildet wird. Diese neue Impulsfolge ist jeweils in Zeile /"der Fig. 14 bis 17 dargestellt. Die neue Impulsfolge, am besten als Differenzfolge bezeichnet, wird im Integrator 809 integriert. Der Wert des Integrals entspricht — bei einer definierten, konstanten Integrationszeit — der Differenz der Korrelationsfunktionswerte zwischen der sendeseitigen und je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge und ist somit ein Maß für den Schrittphasenfehler der beiden an der Verbindung teilnehmenden Taktgeber. Dieses Fehlersignal ist jeweils in Zeile h der Fig. 14 bis 17 dargestellt. Das Fehlersignal h gelangt über die Leitung 822 in den Schwellenwertdetektor 812, wo ein Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW stattfindet, der dem Schwellenwertdetektor von einem einstellbaren Schwellenwertgeber 811 zugeführt wird. Der Schwellenwertdetektor 812 schaltet die beiden Ausgänge 813 und 814 nach folgenden Steuerkriterien:

Schrittphasenverschiebung

Fehlersignal
h

Zustände
der Leitungen 813 814

positiv	h > SW	-SW	L	0
0	SW > h>		0	0
negativ	h< -SW	0	L

Die Größe des Schwellenwertes 5VV ist durch die Forderung bestimmt, daß die Korrelation mit irgendeiner empfangenen Zufallsimpulsfolge keine Korrektur der Schrittphasenlage des empfangsseitigen Taktgebers zur Folge haben darf. In diesem Falle schwankt das Fehlersignal Λ um den Wert Null, und der Schwellenwert ist so groß zu wählen, daß er praktisch nie erreicht wird. Dieser Fall ist im Zeitplan der F i g. 17 Schritt für Schritt dargestellt.

Bei der minimalen Schrittphasenverschiebung, die noch auskorrigiert werden soll, muß jedoch das Fehlersignal hden Schwellenwert SWerreichen. Durch die Integration wird der Fehler laufend addiert, so daß durch die Wahl einer entsprechend langen Integrationszeit das Fehlersignal h für beliebig kleine minimale Schrittphasenfehler erreicht werden kann. Dies ist auch der Fall, wenn die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge auf dem Übertragungsweg gestört wurde, denn der Anteil der Störungen im Fehlersignal ist im Mittel Null. Die Zeitpläne der Fig. 15 und 16 zeigen den Fall mit positiver bzw. negativer Schrittphasenverschiebung.

Die Integrationszeit wird durch periodisches Setzen der Anfangsbedingung Null des Integrators 809 bestimmt. Dies erfolgt durch einen Impuls auf der Leitung 810, welcher in den Fig. 14 bis 17 jeweils in Zeile g eingezeichnet ist. Kurz vor dem Setzen einer neuen Anfangsbedingung wird der Integrator 809 abgelesen bzw. die Entscheidung des Schwellenwertdetektors 812 ausgetastet. Durch einen periodischen Impuls auf der Leitung 815 werden die Tore 816 und 817

geöffnet, so daß ein allfälliges Korrektursignal auf der Leitung 813 oder 814 über Leitung 818 bzw. 819 die entsprechende Korrektur des empfangsseitigen Taktgebers mit bekannten Mitteln ausführt. Ein Impuls auf der Leitung 818 bewirkt eine negative Verschiebung der Phase des Empfängertaktgebers, wogegen ein Impuls auf der Leitung 819 eine positive Verschiebung zur Folge hat. In den Fig. 14 bis 17 ist der Leseimpuls der Leitung 815 jeweils in Zeile / und die resultierenden Korrekturimpulse auf den Leitungen 818 und 819 _w jeweils in den Zeilen kund /dargestellt.

Es ist zu beachten, daß bei der vorstehend beschriebenen Anordnungen gemäß Fig. 13 die Schrittphasenverschiebung nicht quantitativ erfaßt wird und die Korrektur in kleinen, konstanten Schritten erfolgt. Die Korrektur einer größeren Schrittphasenverschiebung, z. B. nach dem Schritteinlauf, erfolgt somit in mehreren, hintereinanderfolgenden Messungen und Korrekturschritten, bis die gesamte Schrittphasenverschiebung korrigiert ist.

Eine Schrittphasensynchronisierung, wie sie an Hand der Fig. 13 beschrieben wurde, kann eine Schrittphasenverschiebung bis zu ±l'/2 Bit ausregeln. Dieser Bereich ist größer als erforderlich, da nach dem Schritteinlauf eine Schrittphasenverschiebung von maximal ±'/2 Bit besteht und bei einer Schrittphasenverschiebung von mehr als 1 Bit keine Nachrichten mehr übermittelt werden können.

Die Schrittphasensynchronisierung gemäß Fig. 13 arbeitet nur dann, wenn die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge übermittelt wird. Will man hingegen Nachrichten chiffriert übermitteln, steht die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge auf der Empfangsseite nicht dauernd zur Verfügung. Da aber die Taktgeber sehr genau sein müssen (quarzgesteuert), ist es ohne weiteres möglich, eine bestimmte Zeit Nachrichten zu übermitteln, ohne daß die Schrittphasensynchronisierung arbeiten muß. Während der natürlichen und, wenn nötig, künstlich erzeugten Übermittlungspausen erfolgt jeweils die Nachsynchronisation der während der Nachrichtenübermittlung entstandenen kleinen Schrittphasenverschiebung. Am Schluß der Beschreibung wird zudem noch auf eine Anordnung eingegangen, welche eine Schrittphasenkorrektur auch während der Informationsübermittlung gestattet.

Die Fig. 18 zeigt zwei als Sender und Empfänger zusammenarbeitende Stationen, die mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Synchronisiereinrichtung ausgestattet sind. Bei beiden Stationen befindet sich je ein Klarinformations-Klarimpuls-Wandler 1 bzw. 8. Mittels dieser Wandler wird die Klarinformation in Klarimpulsfolgen umgewandelt (Sender) oder umgekehrt (Empfänger). Wie schon früher erwähnt, müssen die Klarimpulse die gleiche Phasenlage wie die Schlüsselimpulse aufweisen. Zu diesem Zweck werden im beschriebenen Beispiel die Taktimpulse des sendeseitigen Taktgebers 40 dem Klarinformations-Klarimpuls-Wandler 1 zugeführt, damit dieser die Klarimpulse in der richtigen Phasenlage abgeben kann. Auf die Möglichen mit dem Puffer-Synchronspeicher wurde ebenfalls schon früher hingewiesen.

Der Ausgang 71 des sendeseitigen Wandlers 1 speist die Klarimpulse in einen Chiffriermischer 16, dessen Ausgang 17 mit der durch den Pfeil 100 angedeuteten Übertragungsstrecke verbunden ist, die beispielsweise eine Kabel-, Draht- oder Funkverbindung sein kann. Der Übertragungsweg mündet auf der Empfängerseite in den dort befindlichen Dechiffriermischer 160, dessen Ausgang 171 den Wandler 8 speist. Zum Zweck der Verschlüsselung werden an die Mischer 16 und 160 durch die Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 Schlüsselimpulsfolgen geliefert, die im sendeseitigen Mischer 16 mit den vom Wandler 1 erzeugten Klarimpulsfolgen gemischt werden. Nach Übertragung der so verschlüsselten Impulsfolgen über die Übertragungsstrecke 100 werden im Mischer 160 durch Mischung mit der identischen, vom Schlüsselimpulsgeber 110 erzeugten Schlüsselimpulsfolge wieder Nachrichtenklarimpulse hergestellt, die den Wandler 8 steuern.

Jeder der Schlüsselimpulsgeneratoren 10 bzw. 110 ist über die Leitungen 31, 21 bzw. 131, 121 von je einem Grundschlüsselgeber 30 bzw. 130 und zumindest je einem Zusatzschlüsselgeber 20 bzw. 120 steuerbar. Durch die kombinierte Anwendung dieser Schlüsselgeber kann auch bei Verwendung eines einzigen Grundschlüssels bei jeder Verbindungsaufnahme eine neue Schlüsselanfangsstellung produziert werden. Als Zusatzschlüssel kann ein sogenannter Zufalls- und/oder ein Datum-Zeit-Schlüssel verwendet werden.

Weiter ist jede Station mit einem Taktgeber 40 bzw. 900 ausgestattet. Jeder dieser Taktgeber besitzt einen Frequenzgenerator 902, wobei die Frequenzen aller dieser Generatoren möglichst genau übereinstimmen. Zumindest der Taktgeber der Empfangsstation ist weiter mit einer Impuls-Einstreu-Unterdrückerstufe 905 ausgestattet.

Zumindest bei der Empfangsstation befindet sich eine Synchronisiereinrichtung Sy.

In der Regel ist jede Station so eingerichtet, daß sie sowohl als Sender als auch als Empfänger (wahlweise) eingesetzt werden kann. Es sind dann alle Stationen gleich aufgebaut, wobei natürlich auch jede Station eine gleiche Synchronisiereinrichtung und einen gleichen Taktgeber besitzt.

Darstellungsgemäß besteht die Synchronisiereinrichtung Sy aus zwei Teilen SyI und Sy II. Der Teil SyI dient zur Steuerung des Schritteinlaufes, d. h. zur Schrittsynchronisation. Der Teil SyII dient zur Schrittphasenkorrektur bzw. zur Aufrechterhaltung des Gleichlaufes, d. h. zur Schrittphasensynchronisation.

In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Variante der Erfindung besteht der Teil Sy I der Synchronisiereinrichtung im wesentlichen aus drei Schieberegistern 200, 300 und 400 (Sende- und Empfangsintervallspeicher), zwei Korrelatoren 500 und 600, zwei Schwellenwertdetektoren 701 und 703, einem Schwellenwertgeber 700 sowie zwei Verstärkerstufen 702 und 704. Der Teil Sy II besteht in Übereinstimmung mit der in F i g. 13 dargestellten und weiter oben ausführlich beschriebenen Anordnung aus zwei Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807, einem Differenzverstärker 808, einem Integrator 809, einem Schwellenwertdetektor 812 und einem Schwellenwertgeber 811. Dieser Anordnung sind zur Bereitstellung der nötigen Schlüsselimpulsfolgen in der gewünschten Phasenlage zwei Verzögerungsschaltungen 801 und 802 sowie eine Speicherstufe 803 vorgeschaltet.

Jede der Stationen ist mit einer Kommandoeinheit 30 bzw. 150 ausgestattet, die den Ablauf der verschiedenen Einzelphasen steuert. Um die Übersichtlichkeit des Blockschemas nicht zu stören, sind die Steuerleitungen zwischen der Kommandoeinheit und den einzelnen Geräteteilen nicht eingezeichnet, sondern durch die Bezeichnung mit S als solche markiert. Der zugehörige

Pfeil gibt jeweils die Richtung des Signalflusses — zu oder von der Kommandoeinheit — an.

Einzelheiten und die Wirkungsweise der im Blockschema der Fig. 18 dargestellten Einrichtung werden nachstehend ausführlich beschrieben. Hierbei wird zum Setzen des Anfangszustandes ein Datum-Zeit-Schlüssel verwendet.

Bei der Erzeugung des Anfangszustandes der Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 nach der Methode »Datum-Zeit-Sehlüssel« wird in regelmäßigen Intervallen, z. B. jede Minute, ein neuer Zusatzschlüssel nach dem Datum und der Zeit erzeugt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind daher die Zusatzschlüsselgeneratoren 20 und 120 mit je einer Uhr ausgestattet.

Auf der Sendeseite wird der Datum-Zeit-Schlüssel ,₅ über die Leitung 21 in den Schlüsselimpulsgenerator 10 übertragen. Bei jedem Wechsel des Datum-Zeit-Schlüssels signalisiert der Zusatzschlüsselgenerator 20 über die Leitung 22 diesen Wechsel der Kommandoeinheit 50. Solange sich das Gerät im Ruhezustand befindet, veranlaßt die Kommandoeinheit 50 über die Leitung 11, daß der neue Anfangszustand im Schlüsselimpulsgenerator 10 gesetzt wird, d. h. die Mischung von Datum-Zeit-Schlüssel auf der Leitung 21 mit dem geheimen Grundschlüssel, der aus dem Grundschlüsselgenerator 30 über die Leitung 31 übertragen wird.

Damit von der Schlüsselimpulsfolge, die in einem späteren Zeitpunkt ausgesendet wird, praktisch keine Rückschlüsse auf den geheimen Grundschlüssel gezogen werden können, wird der Schlüsselimpulsgenerator ^₀ 10 anschließend an den Setzvorgang um eine bestimmte Schrittzahl, sogenannte Distanzschritte, weitergeschaltet. Dies erfolgt dadurch, daß die Kommandoeinheit 50 über die Leitung 51 und das Tor 52 den Takt freigibt. Die Taktimpulse stammen vom Taktgeber 40 und werden über die Leitung 41, das Tor 52 und die Leitung 53 zum Schlüsselimpulsgenerator 10 geleitet. Die Anzahl der Distanzschritte kann fest oder variabel sein. Diese Schritte werden vom Schlüsselimpulsgenerator 10 gezählt. Das Ende wird über die Steuerleitung 12 der Kommandoeinheit 50 signalisiert, die ihrerseits über die Leitung 51 das Tor 52 wieder sperrt und somit den Ablauf der Schlüsselimpulsfolge stoppt.

Bei einer bevorzugten Variante mit einer variablen Anzahl von Distanzschritten wird die Schrittzahl vom geheimen Grundschlüssel oder Datum-Zeit-Schlüssel, der periodisch wechselt, abgeleitet.

Die Distanzschritte dürfen nicht auf die Übertragungsstrecke 100 gelangen. Deshalb sperrt die Kommandoeinheit 50 über die Leitung 54 das Tor 14 während des Setzvorganges und des Ablaufs der Distanzschritte. Somit gelangt keine Information aus dem Gerät, von welcher relativ leicht der geheime Grundschlüssel gewonnen werden könnte.

Findet keine Übermittlung statt, d. h., das Gerät ist immer noch im Ruhezustand, so wiederholt sich dieser Setzvorgang bei jedem Wechsel des Datum-Zeit-Schlüssels.

Soll nun eine Meldung chiffriert übermittelt werden, so wird die Sendeseite von »Klar« auf »Syn-Krypto« umgeschaltet. Dies erfolgt mittels eines Schalters 60, welcher über die Leitung 61 der Kommandoeinheit 50 den Befehl zur Auslösung der Synchronisierphase erteilt.

Es besteht jedoch für den Einlauf die Bedingung, daß bei beiden Schlüsselimpiilsgeneratoren der gleiche Anfangszustand gesetzt wurde. Diese Bedingung ist — infolge der Ungenauigkeit der Uhren auf der Sende- und Empfangsseite — während des Wechsels des Datum-Zeit-Schlüssels nicht unbedingt erfüllt. Somit muß ein Einlaufbefehl während des Zusatzschlüsselwechsels für kurze Zeit gesperrt bzw. verzögert werden.

Unter der Annahme, daß die Uhren einmal pro Tag gerichtet werden und die Ganggenauigkeit mindestens 10~⁵ beträgt, berechnet sich die maximale Differenz der Uhren zu

Δ t = ±2 · 24 · 3600 · 10~⁵ = 1,73Sekunden.

Die eigentliche Sperrzeit muß hingegen noch etwas größer sein, damit ein kurz vor Beginn der Sperrzeit ausgelöster Einlauf noch sicher stattfinden kann und am Ende der Sperrzeit das neue Korrelationsintervali auf der Empfangsseite schon gesetzt ist. Als Richtwert kann die Sperrzeit für größere Taktfrequenzen zu ±3 Sekunden angenommen werden.

Auf den vom Schalter 60 ausgelösten Einlaufbefehl leitet die Kommandoeinheit 50 sofort oder, falls dieser zufällig in die Sperrzeit gefallen ist, nach Ablauf derselben die Schrittsynchronisierphase ein. Über die Leitung 51 wird wieder das Tor 52 geöffnet, so daß der Schlüsselimpulsgenerator 10 mit der Taktfrequenz des Taktgebers 40 rhythmisch fortgeschaltet wird. Der Schlüsselimpulsgenerator gibt somit auf der Leitung 13 die Schlüsselimpulsfolge ab, welche in einem bestimmten Abstand das Korrelationsintervall enthält und nachher, bei geringeren Ansprüchen, auch zur Chiffrierung verwendet werden kann. Die Schlüsselimpulsfolge gelangt über das Tor 14, den Mischer 16 und die Leitung 17 auf die Übertragungsstrecke 100.

Damit während der gesamten Einlaufphase, d. h. während der Schrittsynchronisation und der anschließenden Schrittphasensynchronisation, die weiter unten ausführlich behandelt wird, keine Klarinformation in den Mischer 16 gelangen kann, wird durch die Kommandoeinheit 50 über die Leitung 55 das Tor 56 während dieser Zeit gesperrt. Diese Zeit beginnt mit der Aussendung der Schlüsselimpulsfolge und endet mit dem Ablauf eines Verzögerungsgliedes, das durch einen zweiten Impuls auf der Steuerleitung 12, welcher Impuls die Aussendung des letzten Bits des Korrelationsintervalls signalisiert, getriggert wird. Die Verzögerungszeit ist so groß gewählt, daß auf der Empfangsseite die Korrektur des maximal möglichen Schrittphasenfehlers ausgeführt werden kann (Schrittphasensynchronisation).

Die Verbindung ist jetzt bereit für chiffrierte Übermittlung im Synchronbetrieb. Die Klarimpulsfolge fließt über die Leitung 71 und das Tor 56 in den Chiffriermischer 16. Dort wird die Klarimpulsfolge mit der Schlüsselimpulsfolge gemischt (chiffriert), und die Chiffratimpulsfolge gelangt über die Leitung 17 auf die Übertragungsstrecke 100.

Anschließend folgt die Beschreibung der Empfangsseite des Blockschaltbildes der Fig. 18, wiederum mit dem Setzen des Anfangszustandes des Schlüsselimpulsgenerators beginnend.

Wie bereits ausführlich erläutert, werden bei der Schrittsynchronisierung der Beginn sowie die Ablaufgeschwindigkeit der beiden Schlüsselimpulsfolgen so gewählt, daß sie sich in einem späteren Zeitpunkt kreuzen. Als Beispiel wurde die Variante gemäß F i g. 9a mit dem langsameren Empfängertakt beschrieben. Bei dieser Variante ist im Grenzfall der Empfängertakt gleich Null, d. h., nach dem Eintasten des Korrelationsintervalls Zo von /7 Bits in den Empfangsintervallspeicher muß der Schlüsselgenerator wieder angehalten

werden, d. h., der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator wird vorlaufend stillgesetzt. Für diesen Spezialfall ist das Blockschaltbild der F i g. 18 ausgelegt.

Gesteuert durch die Uhr des Zusatzschlüsselimpulsgenerators 120 und die Kommandoeinheit 150 findet auf der Empfangsseite gleichzeitig der analoge Setzvorgang des Anfangszustandes des Schlüsselimpulsgenerators 110 sowie die Ausführung der Distanzschritte wie auf der Sendeseite statt. Im Gegensatz zur Sendeseite wird dieser Ablaufvorgang nach dem letzten Distanzschritt nicht unterbrochen, sondern anschließend das Korrelationsintervall produziert. Die Steuerung dieses Vorganges erfolgt dadurch, daß nach dem ersten Impuls auf der Leitung 112, d.h. nach dem letzten Distanzschritt, die Kommandoeinheit 150 den Ablauf nicht unterbricht, sondern bis zum zweiten Impuls auf dieser Leitung weiterlaufen läßt. Die Schritte zwischen dem letzten Distanzschritt und dem letzten Bit des Korrelationsintervalls werden somit auch vom Schlüsselimpulsgenerator 110 gezählt und können wiederum fest oder variabel sein, z. B. abgeleitet vom geheimen Grundschlüssel und Datum-Zeit-Schlüssel oder irgendeiner Einrichtung, die eine Zufallszahl liefert. Die einzige Bedingung besteht darin, daß mindestens η Schritte (Länge des Korrelationsintervalls Zo) gemacht werden müssen.

Während des gesamten oben beschriebenen Ablaufvorganges wird über die Leitung 113 die dabei erzeugte Schlüsselimpulsfolge an die erste Stufe 201 des Schieberegisters 200 (Empfangsintervallspeicher) geleitet. Über die Leitung 252 gibt die Kommandoeinheit 150 — ebenfalls während des gesamten Ablaufvorganges — das Tor 250 frei, so daß die Taktimpulse auf der Leitung 906 über das Tor 250 sowie die Leitung 251 an alle Stufen des Schieberegisters 200 gelegt werden und die gesamte Schlüsselimpulsfolge bis zu diesem Zeitpunkt in das Schieberegister 200 eingetastet wird. Da aber das Schieberegister 200 voraussetzungsgemäß nur eine Speicherkapazität von η Bits aufweist, sind schlußendlich nur die letzten η Bits, d. h. das Korrelationsintervall Zo der Schlüsselimpulsfolge gespeichert.

Es ist noch zu ergänzen, daß die Taktimpulse auf der Leitung 906 eine Verzögerung von 0,5 Bit gegenüber den Taktimpulsen auf der Leitung 904 aufweisen. Die einzelnen Schlüsselimpulse werden somit immer in der Mitte zwischen zwei Schritten des Schlüsselimpulsgenerators 110 in das Schieberegister 200 eingetastet. Die Verzögerung wird durch die Stufe 905 des Taktgebers 900 erzeugt.

Solange kein Einlauf in den Schrittsynchronismus stattgefunden hat, wird die Produktion und Speicherung des Korrelationsintervalls Zo bei jedem Wechsel des Datum-Zeit-Schlüssels wiederholt, so daß auf der Sende- und Empfangsseite die Schlüsselimpulsgeneratoren zur Produktion des Korrelationsintervalls stets von dem gleichen Anfangszustand ausgehen.

Neben der periodischen Erzeugung des Korrelationsintervalls wird dauernd der Korrelationsfaktor zwischen den letzten η empfangenen Bits und dem im Schieberegister 200 gespeicherten — empfangsseitig produzierten — Korrelationsintervall gebildet. Es ist somit für die empfangene Impulsfolge ein Speicher (Sendeintervallspeicher) notwendig, wozu im erfindungsgemäßen Beispiel gleichfalls ein Schieberegister verwendet wird. Die Schiebeimpulse müssen dabei die gleiche Taktfrequenz haben wie der Taktgeber 40 auf der Sendeseite, mit welchem die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge erzeugt wird. Da jedoch vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus die Taktgeber eine beliebige Phasenbeziehung können, ist es möglich, daß die Schiebeimpulse mit dem Bitende bzw. Bitanfang der empfangenen Impulse zusammentreffen und deshalb die Eintastung in die erste Stufe des Schieberegisters nicht eindeutig bestimmt ist. Aus diesem Grund werden beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Schieberegister (Sendeintervallspeicher) verwendet, deren Schiebeimpulse gegenseitig um eine halbe Bitperiode versetzt sind, so daß mindestens ein Schieberegister die empfangene Impulsfolge richtig speichert. Es sind dies die Schieberegister 300 und 400, deren Schiebeimpulse auf den Leitungen 904 und 906 durch die Verzögerungsstufe 905 um eine halbe Bitperiode gegeneinander verschoben sind. Die von der Übertragungsstrecke 100 eintreffenden Impulse gelangen über die Leitung 117 an die Stufen 301 und 401 der Schieberegister 300 und 400, wo, wie schon weiter oben gesagt wurde, immer die letzten η empfangenen Bits gespeichert werden.

In Fig. 19 sind die Verhältnisse für den obenerwähnten Sonderfall aufgezeichnet. Die Zeile a stellt irgendeine über die Leitung 117 empfangene Schlüsselimpulsfolge dar. In der Zeile b sind die über die Leitung 904 eintreffenden Schiebeimpulse gezeichnet, die zufällig (darstellungsgemäß) mit dem Bitende bzw. Bitbeginn der empfangenen Schlüsselimpulsfolge zusammenfallen. Die Zeile c zeigt die zum Teil falsch gespeicherte Impulsfolge in der Schieberegisterstufe 301. Für das Schieberegister 400 sind die Verhältnisse in den Zeilen dund e aufgezeichnet, woraus ersichtlich ist, daß in der Schieberegisterstufe 401 die empfangene Impulsfolge richtig gespeichert wurde.

Da die empfangene Schlüsselimpulsfolge zweimal gespeichert werden muß, benötigt man auch zwei Korrelatoren. Es sind dies die Korrelatoren 500 und 600, die den Korrelationsfaktor zwischen den in den Schieberegistern 200 und 300 bzw. 200 und 400 gespeicherten Schlüsselimpulsfolgen bilden.

Jeder Korrelator besteht aus η Multiplikationsstufen entsprechend den zwei aus je η Bits bestehenden Schlüsselimpulsfolgen und aus einer Stufe zur Mittelwertbildung (Summierung). Beim Korrelator 500 sind dies die Multiplikationsstufen 501, 502, 503 ..., die von den zugehörigen Schieberegisterstufen 201 und 301,202 und 302 ... gespeist werden. Die Produkte der η Multiplikatoren werden über die Leitungen 551, 552, 553 ... zur Mittelwertbildung der Stufe 598 zugeführt, welche an ihrem Ausgang auf der Leitung 599 den Korrelationsfaktor r\ abgibt.

Genau gleich ist der Korrelator 600 aufgebaut, dessen Ausgang den Korrelationsfaktor Γ2 auf die Leitung 699 abgibt.

Solange die empfangene Impulsfolge irgendeine Zufallsfolge oder ein Intervall der Schlüsselimpulsfolge vor dem im Empfangsintervallspeicher 200 gespeicherten empfangsseitigen Korrelationsintervall Z₀ ist, werden die beiden Korrelationsfaktoren, wie weiter oben gezeigt, um Null pendeln. Wurden aber die η Bits des Korrelationsintervalls Zo von der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge empfangen und somit in mindestens einem der beiden Schieberegister 300 und 400 richtig gespeichert, so steigt der Korrelationsfaktor mindestens eines der beiden Korrelatoren n, r₂ sprungartig gegen Eins an. Das Ansteigen des Korrelationsfaktors über einen gegebenen Schwellenwert 5VK der durch die maximal zulässige Fehlerquote bestimmt ist, wird, wie ebenfalls weiter oben gezeigt, als Kreuzungspunkt des Ablaufes der sende- und empfangsseitigen Schlüsselim-

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pulsfolge (vgl. Fig.9a) detektiert und als Signal zum Wiedereinschalten des Schlüsselimpulsgenerators 110 benutzt. Diese Detektion erfolgt für je einen Korrelator in den Schwellenwertdetektoren 701 und 703, die einerseits mit dem vorgegebenen Schwellenwert aus dem Schwellenwertgeber 700 und anderseits mit dem Korrelationsfaktor der beiden Korrelatoren 500 und 600 gespeist werden. Die Schwellenwertdetektoren geben an ihren Ausgängen einen Impuls ab, sobald der Korrelationsfaktor den Schwellenwert übersteigt. Die- ]₀ ser Impuls wird in der nachfolgenden Stufe 702 bzw. 704 verstärkt und gelangt über die Leitung 705 bzw. 706, das Tor 707 sowie 708 und die Signalleitung 711 in die Kommandoeinheit 150, die ihrerseits über die Leitung 151 das Tor 152 wieder öffnet, so daß der Schlüsselim- ,₅ pulsgenerator 110 mit der Taktfrequenz des Taktgebers 900 fortgeschaltet wird. Von diesem Moment an sind die sende- und empfangsseitigen Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 im Schrittgleichlauf (schrittsynchronisiert).

Nach dem Einlauf in den Schrittsynchronismus wird durch die Kommandoeinheit 150 über die Steuerleitung 709 das Tor 708 gesperrt, so daß der Schrittsynchronisierteil Sy I keinen Einfluß mehr auf die Kommandoeinheit 150 ausüben kann.

Wie schon mehrmals erwähnt, kann nach dem Schritteinlauf noch ein Schrittphasenfehler von maximal ±!/2 Bit bestehen. Ebenso entsteht wegen der Ungenauigkeit der Taktgeber mit der Zeit ein Schrittphäsenfehler. Diese beiden Schrittphasenfehler — verschiedenen Ursprungs — werden mittels der Schrittphasensynchronisierung ausgeregelt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 18 gelangt zur Schrittphasensynchronisierung eine gleiche Einrichtung SyII zur Anwendung, wie in Fig. 13 dargestellt. Diese Einrichtung wurde weiter oben eingehend behandelt. Es muß somit an dieser Stelle nur noch die Bereitstellung der nötigen Schlüsselimpulsfolgen in der gewünschten Phasenlage sowie die Weiterführung der Korrektursignale beschrieben werden.

Die beiden Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807 müssen bekanntlich mit der sendeseitigen und je einer empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge gespeist werden. Dabei haben die empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolgen im schrittphasensynchronisierten Zustand eine Phasenverschiebung von —1/2 und +'/2 Bit zur sendeseitigen. Die Konstellationen dieser drei Impulsfolgen werden mittels den beiden Verzögerungsstufen 801 und 802 sowie der Speicherstufe 803 erzeugt.

Über die Leitung 113 wird die empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge direkt an den Korrelationsmultiplikator 806 und die Verzögerungsstufe 802 geleitet. Die Verzögerungsstufe hat eine Verzögerungszeit von etwa ^l/2 Bit. Dies hat zur Folge, daß die Schlüsselimpulsfolge auf der Leitung 113 um 1 Bit verzögert durch die Taktimpulse auf Leitung 904 in die Speicherstufe 803 eingetastet wird. Die Speicherstufe 803 speist diese um 1 Bit verzögerte empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge in den Korrelationsmultiplikator 807.

Damit alle Schlüsselimpulsfolgen die richtige Phasenlage haben, muß noch die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge, welche über die Leitung 117 zugeführt wird, in der Verzögerungsstufe 801 um V2 Bit verzögert werden. Diese verzögerte Impulsfolge gelangt über die Leitung 805 in die beiden Korrelationsmultiplikatoren 806 und 807.

Die Gewinnung der Korrektursignale, die in Form von Impulsen auf den beiden Leitungen 818 und 819 abgegeben werden, ist weiter oben an Hand der Fj g. 13 ausführlich beschrieben worden. Es sei hier lediglich in Erinnerung gerufen, daß auf der Leitung 818 periodisch Impulse abgegeben werden, solange der empfangsseitige Taktgeber eine positive Schrittphasenverschiebung aufweist. Bei negativer Schrittphasenverschiebung werden analoge Impulse auf der Leitung 819 abgegeben.

Diese Korrektursignale bewirken in der kombinierten Untersetzer-Einstreu- und Unterdrückerstufe 903 des Taktgebers 900 eine entsprechende Korrektur der Phasenlage der Taktimpulse auf den Leitungen 904 und 906.

Während der Nachrichtenübermittlung fließt die empfangene Chiffratimpulsfolge über die Leitung 117 in den Mischer 160, wird dort mit der Schlüsselimpulsfolge der Leitung 113 gemischt und die dabei entstehende Klarimpulsfolge über Leitung 171 dem Wandler 8 zugeführt.

Maschinell erzeugte Schlüsselimpulsfolgen sind immer periodisch. Nach chiffriertechnischen Gesichtspunkten ist jedoch eine periodenfreie Schlüsselimpulsfolge vorzuziehen. Eine solche periodenfreie Schlüsselimpulsfolge kann mit einer Anlage nach Fig. 18 dadurch erzeugt werden, daß man auf der Sende- und Empfangsseite einen periodenfreien Datum-Zeit-Schlüssel, welcher durch die Uhren der Zusatzschlüsselgeneratoren 20 und 120 erzeugt wird, laufend auf die Schlüsselimpulsgeneratoren 10 und 110 einwirken läßt.

Die weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Korrelationsfaktors zwischen zwei Impulsfolgen stellt eine Anordnung nach Fig. 20 dar, welche anschließend beschrieben wird.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist im Prinzip gleich wie jene des Synchronisierteiles Sy I der F i g. 18. Um jedoch den Aufwand an Multiplikatoren zu vermindern, arbeitet diese Vorrichtungsvariante in Sequenz. Des weiteren kann die Summierung digital erfolgen.

Als Speicher für die η Bits des Korrelationsintervalls Zo dienen wieder Schieberegister. Es sind dies die drei Schieberegister 220,320 und 420.

Das empfangsseitig erzeugte Korrelationsintervall wird analog wie bei Verwendung des Synchronisierteiles SyI der Fig. 18 bei jedem Wechsel des Datum-Zeit-Schlüssels im Schieberegister 220 gespeichert. Die Schlüsselimpulsfolge gelangt über die Leitung 113, das UND-Tor 290, welches von der Kommandoeinheit 150 (Fig. 18) über die Leitung 293 geöffent wurde, und das ODER-Tor 292 an die Stufe 221 des Schieberegisters 220. Durch Taktimpulse mit gleicher Frequenz wie die Impulse, mit welchen der Schlüsselimpulsgenerator geschaltet wird, jedoch mit einer Phasenverschiebung von +!/2 Bit, erfolgt die Eintastung in das Schieberegister 220. Die Schiebeimpulse gelangen von der Leitung 232 über das ODER-Tor 231 und die Leitung 230 gleichzeitig an alle Stufen des Schieberegisters 220.

Die empfangene Impulsfolge wird aus den genau gleichen Gründen wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 18 in zwei Schieberegistern mit einer Phasenverschiebung von '/2 Bit eingetastet. Dazu gelangen die über die Leitung 117 empfangenen Impulse einerseits über die Tore 390 und 392 an die Schieberegisterstufe 321 und anderseits über die Tore 490 und 492 an die Schieberegisterstufe 421. Durch die um '/2 Bit phasenverschobenen Taktimpulse auf den Leitungen 904 und 906 wird die empfangene Impulsfolge mit der gleichen Phasenverschiebung in den Schieberegistern 320 und 420 gespeichert. Die obenerwähnten Tore 390

und 490 werden von der Kommandoeinheit 150 (Fig. 18) über eine Steuerleitung 393 und 493 im richtigen Zeitpunkt — kurz vor dem zum Schieberegister gehörenden Taktimpuls — geöffnet, so daß die Information der Leitung 117, wie beschrieben, in die Schieberegister 320 und 420 gelangen kann. Die gleichen Steuerleitungen bewirken durch die Tore 391 und 491 die Abtrennung der Rückkopplungsleitungen 399 und 499 von den Schieberegistereingängen, so daß die Eintastung der empfangenen Impulse von dieser Seite nicht gestört werden kann.

Die zeitlichen Zusammenhänge sind aus dem Zeitplan der Fig.21 ersichtlich. Die Zeilen b und c zeigen die Taktimpulse auf den Leitungen 904 und 906 mit einer Phasenverschiebung von '/2 Bit, jedoch beliebiger Phasenlage zur empfangenen Schlüsselimpulsfolge, die in Zeile a dargestellt ist. Die Zeilen d und e stellen die Steuerimpulse auf den Steuerleitungen 393 und 493 dar, welche kurzzeitig während den Taktimpulsen die Leitung 117 an die Schieberegistereingänge schaltet.

Somit sind dauernd die letzten η Bits der empfangenen Impulsfolge in den beiden Schieberegistern 320 und 420 gespeichert.

Wie bereits erwähnt, wird bei der in Fig. 20 dargestellten Ausführungsart der Korrelationsfaktor in Sequenz gebildet. Jeder der beiden Korrelatoren weist daher nur eine einzige Multiplikationsstufe 590 bzw. 690 auf (nicht η wie im Beispiel nach Fi g. 18). Jeder dieser beiden Multiplikationsstufen ist ein Zähler 791 bzw. 792 nachgeschaltet. Zur Bildung des Korrelationsfaktors werden nacheinander alle η Bitpaare an die Multiplikationsstufe geschaltet und im nachfolgenden Zähler die Anzahl +1 und — 1 gezählt und davon die Differenz gebildet. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 20 ist dies ein Zähler, dessen Zählrichtung durch den Multiplikator vorwärts bei +1 und rückwärts bei -1 gesteuert wird. Pro korreliertes Bit wird von außen ein Impuls eingegeben, welcher dann in der vom Multiplikator gesteuerten Zählrichtung gezählt wird. Weil je empfangenem Impuls der sendeseitigen Schlüsselimpulsfolge zweimal der Korrelationsfaktor gebildet werden muß, steht dafür nur eine Zeitspanne zur Verfügung, die kleiner als die halbe Bitperiode der empfangenen Impulse ist.

Die sequentielle Anschaltung aller Bitpaare (Wertepaare) des Korrelationsintervalls an den einzigen Multiplikator pro Korrelator erfolgt dadurch, daß die Schieberegister 220, 320 und 420 über die Rückkopplungsleitungen 299, 399 und 499 zu einem Ring zusammengeschaltet werden und der gesamte im Schieberegister gespeicherte Informationsinhalt durch η Schiebtakte einmal im Kreis herum getastet wird. Dabei kommen alle Bitpaare einmal in die letzte Stufe ihrer Schieberegister (Stufen 229, 329 und 429), wo die Korrelationsmultiplikatoren 590 und 690 angeschlossen sind und mit den Zählern 791 und 792 zusammen die beiden Korrelationsfaktoren bilden.

Die η Schiebetakte werden von der Leitung 782 über die Tore 231, 331 und 431 sowie die Leitungen 230, 330 und 430 den drei Schieberegistern zugeführt. Diese Schiebetakte sind in F i g. 21 in Zeile /eingezeichnet.

Aus dieser Figur kann auch entnommen werden, daß durch die Steuerleitungen 393 und 493 (Zeilen d und e) die Schieberegister während der η Schiebetakte im Ring zusammengeschaltet sind. Das Schieberegister 220 mit dem empfangsseitig produzierten Korrelationsintervall ist, ausgenommen bei der Produktion eines neuen Korrelationsintervalls, immer im Ring zusammengeschaltet, und das Korrelationsintervall wird dauernd im Kreis herumgetastet, wobei am Ende einer Serie von Schiebetakten auf der Leitung 782 die gleichen Bits wieder in den gleichen Stufen gespeichert sind.

Vor dem Beginn einer Zählung werden die Zähler 791 und 792 durch einen Impuls auf der Steuerleitung 783 auf Null gestellt. Die Phasenlage dieses Impulses ist aus Zeile g der Fig.21 ersichtlich. Die nachfolgenden η Schiebetakte auf der Leitung 782 gelangen über die Verzögerungsstufe 784 mit einer Verzögerung, die ungefähr der halben Periodendauer der Impulse auf der Leitung 782 entspricht, in die beiden Zähler 791 und 792, wo sich entsprechend der Steuerung der Multiplikatoren 590 bzw. 690 addiert oder subtrahiert werden. Am Ende der Zählung geben die Zähler den Korrelationsfaktor der in den Schieberegistern gespeicherten Intervalle in digitaler Form an die Schwellenwertdetektoren 794 und 795 ab, wo der Vergleich mit dem vom Schwellenwertgeber 790 eingespeisten Schwellenwert stattfindet.

Der gesamte vorstehend beschriebene Vorgang, d. h. die Eintastung eines neuen empfangenen Impulses in eines der beiden Schieberegister 320 und 420, sowie die Bildung des neuen Korrelationsfaktors in Sequenz wird so lange wiederholt, bis der Korrelationsfaktor den vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat, d. h., bis in einem der beiden Schieberegister 320 und 420 das sendeseitige Korrelationsintervall gespeichert ist. Dies ist der Zeitpunkt zur Wiedereinschaltung des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators, welche durch ein Ausgangssignal eines der beiden Schwellenwertdetektoren 794 und 795 bewirkt wird. Dieses Ausgangssignal gelangt über die Tore 798, 799 und Steuerleitung 781 in die Kommandoeinheit 150 (Fig. 18), die ihrerseits die Taktimpulse zur Fortschaltung des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators freigibt (Kommandoeinheit und Schlüsselimpulsgenerator sind in Fig. 20 nicht eingezeichnet). Von diesem Zeitpunkt an sind die an der Verbindung teilnehmenden Schlüsselimpulsgeneratoren schrittsynchronisiert.

Die Beziehung zwischen Schwellenwert, Fehlerquote, Länge des Korrelationsintervalls und der Fehleinlaufwahrscheinlichkeit sind genau gleich wie bei der Ausführung nach Fig. 18 und wurden weiter oben ausführlich erläutert.

Sollen mit einer Anlage nach Fig. 18 Fernschreibsignale, welche normalerweise aus einem Startimpuls, fünf Informationsimpulsen und einem Stopimpuls von anderthalbfacher Länge bestehen und normalerweise arhythmisch anfallen, chiffriert und mittels Korrelationssynchronisierung synchronisiert werden, so müssen sie mit geeigneten Mitteln einerseits in den Takt des Taktgebers und andererseits in konstante Impulslänge umgewandelt werden. Dies kann mit an sich bekannten Mitteln geschehen.

Wie weiter oben bei Beschreibung der Korrelationssynchronisierung erwähnt, ist die Schrittphasensynchronisierung während der Informationsübermittlung normalerweise nicht möglich, weil dazu die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge auf der Empfangsseite zur Verfügung stehen muß. Dies ist offensichtlich während der Informationsübermittlung nicht der Fall. Da jedoch auf der Empfangsseite nach der Dechiffrierung die Klarinformation vorliegt, ist es möglich, mit dieser Klarinformation und der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge eine empfangsseitige Chiffratimpulsfolge zu erzeugen, welche die Phasenlage des Empfängertaktgebers besitzt. Durch Bildung des Korrelationsfunktionswerts

zwischen dieser empfangsseitigen Chiffratimpulsfolge und der übertragenen, sendeseitigen Chiffratimpulsfolge, welche um die Zeit zur Bildung der empfangsseitigen Chiffratimpulsfolge verzögert wurde (sogenannte Verfahrenskonstante), kann dann — auch während der Informationsübermittlung — der Empfängertaktgeber wieder schrittphasensynchronisiert werden. Hierbei geht jedoch die Möglichkeit der sogenannten Freund-Feind-Erkennung verloren, d. h., die Schrittphasensynchronisierung spricht auf jede beliebige, empfangene — auch feindliche — Impulsfolge an, sofern sie deren Taktfrequenz folgen kann.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die chiffrierte Übermittlung im Synchronbetrieb beschränkt ist. Es ist auch bei klarer Übermittlung zweckmäßig, im Synchronbetrieb zu arbeiten, da in diesem Fall gestört übermittelte Startimpulse keine zusätzliche Störung der übermittelten Information zur Folge haben. Die empfangenen Klarimpulse werden, solange der sende- und empfangsseitige Taktgeber im Phasensynchronismus sind, gesteuert durch den empfangsseitigen Taktgeber immer an der richtigen Stelle detektiert, auch wenn zufällig der vorangegangene Startimpuls gestört wurde. Der erfindungsgemäße Synchronbetrieb bringt somit auch bei klarer Übermittlung Vorteile.

Es stellt sich somit die Aufgabe, vor der Klarübermittlung die beiden Taktgeber bezüglich der Phase zu synchronisieren. Eine Schrittsynchronisierung ist in diesem Falle nicht notwendig, und es fällt somit der Einlauf in den Schrittsynchronismus weg. Zur Phasensynchronisierung — die hier ausdrücklich nicht Schrittphasensynchronisierung genannt wird, weil der Phasensynchronismus in diesem Fall periodisch ist — muß mittels des sende- und empfangsseitigen Taktgebers an Stelle der Schlüsselimpulsfolge eine neue Folge erzeugt und die sendeseitige Folge zur Empfangsseite übertragen werden. Mit den Korrelationsfunktionswerten dieser beiden Folgen wird in analoger Weise wie bei der schon beschriebenen chiffrierten Übermittlung der empfangsseitige Taktgeber phasensynchronisiert.

Die Periodendauer der Taktgeber entspricht der Länge der Klarimpulse, welche nach der Phasensynchronisation zu übermitteln sind. Soll es möglich sein, daß auf jeden Taktimpuls des sendeseitigen Taktgebers synchronisiert werden kann, so muß die Impulsfolge, welche zur Phasensynchronisation verwendet wird, die Periodendauer der Taktimpulse aufweisen, d. h., es können direkt die sendeseitigen Taktimpulse übermittelt werden. Diese Taktimpulse benötigen aber zur

ίο Übertragung die doppelte Bandbreite als die nach der Phasensynchronisation zu übermittelnden Klarimpulse und werden normalerweise zur Phasensynchronisation nicht in Frage kommen. Man wird somit mit einer Impulsfolge mit mindestens der doppelten Periodendauer arbeiten, wie dies Fig.22 zeigt. In Zeile a sind die Taktimpulse mit einer Periodendauer deines Klarimpulses aufgezeichnet und in Zeile b die Impulsfolge mit der doppelten Periodendauer zur Phasensynchronisation.
Normalerweise wird die Information in Gruppen (Impulskombinationen) übermittelt, z. B. Gruppen von sieben Impulsen (Bits). Wenn man der Impulsfolge zur Phasensynchronisierung die Periodendauer der Gruppe gibt, so können gleichzeitig noch Anfang und Ende der Impulsgruppe synchronisiert werden. F i g. 23 zeigt in Zeile a wieder die Taktimpulse und in Zeile b die Impulsfolge zur Phasensynchronisierung mit einer Periodendauer von sieben Klarimpulsen, mit welche die Phase des Taktgebers und der Gruppe mittels der Korrelationssynchronisierung synchronisiert werden kann.

Genau gleich wie bei der chiffrierten Übermittlung kann bei der Klarübermittlung nur zu Beginn der Übermittlung und während der Übermittlungspausen die Phasensynchronisierung wirksam sein. Während der Übermittlung selbst arbeiten die sehr genauen Taktgeber auf der Sende- und Empfangsseite, ohne nachsynchronisiert werden zu müssen. Ebenso kann aber auch mit der gleichen Methode wie bei der chiffrierten Übermittlung die Phasensynchronisierung während der Informationsübermittlung wirksam gemacht werden.

Hierzu 18 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Synchronisierung der Taktgeber und der Schlüsselimpulsgeneratoren bei einem Verfahren zur verschlüsselten Übertragung impulsförmiger, binär codierter Nachrichten (Chiffratübertragung), bei welchem mit identischen Schlüsselimpulsfolgen sendeseitig die Klarimpulsfolge zwecks Bildung der zu übertragenden Chiffratimpulsfolge und empfangsseitig die übertragene Chiffratimpulsfolge zwecks Rückgewinnung der Klarimpulsfolge gemischt werden, bei welchem die sendeseitig und empfangsseitig nach identischen Regeln jeweils mittels eines Schlüsselimpulsgenerators erzeugten, in ihrem Verlauf durch den Anfangszustand dieses Generators bestimmten Schlüsselimpulsfolgen »pseudozufallsmäßigen Charakter« und eine Periodenlänge aufweisen, die größer ist als die Dauer der längsten während der Einsatzzeit der betreffenden Schlüsselimpulsfolge möglichen Chiffratübertragung, bei welchem die Anfangszustände der mit einem geheimen Grundschlüssel arbeitenden Schlüsselimpulsgeneratoren vorzugsweise unter Verwendung mindestens eines Zusatzschlüssels erzeugt werden, bei welchem die Ver- und die Entschlüsselung sowie die Fortschaltung der Schlüsselimpulsgeneratoren sende- und empfangsseitig jeweils durch einen Taktgeber gesteuert werden und bei welchem die Synchronisation mittels der Korrelationstechnik erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite der Informationsinhalt einer Teilfolge (sendeseitige Teilfolge) der vom vom sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerator erzeugten, zum Zwecke der Synchronisierung unvermischt übertragenen Schlüsselimpulsfolge (sendeseitige Schlüsselimpulsfolge) selbst mit dem Informationsinhalt einer Teilfolge (empfangsseitige Teilfolge) der vom empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator erzeugten Schlüsselimpulsfolge (empfangsseitige Schlüsselimpulsfolge) korreliert und als Kriterium für eine auf mindestens ± '/2 Bit der Schlüsselimpulsfolge genaue Schrittsynchronisierung zwischen dem sende- und dem empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator der Korrelationsfaktor (r) für das durch die Länge der empfangsseitigen Teilfolge bestimmte Korrelationsintervall sowie erforderlichenfalls mindestens ein als Kriterium für die Schrittphasensynchronisierung zwischen dem sende- und dem empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator sowie für die Synchronisierung des empfangsseitigen Taktgebers dienender Korrelationsfunktionswert (ψ) aus den bereits schrittsynchronisierten Teilfolgen gebildet wird.

2. Verfahren zur Bildung des Korrelationsfaktors bei dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite die empfangsseitige Teilfolge in einem Speicher (Empfangsintervallspeicher) gespeichert wird und die empfangene sendeseitige Schlüsselimpulsfolge einen weiteren Speicher (Sendeintervallspeicher) annähernd gleicher Speicherkapazität durchläuft.

3. Verfahren zur Herstellung des Schrittsynchronismus zwischen dem sende- und dem empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerator bei dem Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbindungsaufnahme der Informationsinhalt (empfangsseitige Teilfolge) des Empfangsintervallspeichers mit dem Informationsinhalt (sendeseitige Teilfolge) des Sendeintervallspeichers korreliert wird und der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators an den sendeseitigen Taktgeber bzw. an den Ablauf des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators angepaßt wird, sobald der dabei ermittelte Korrelationsfaktor (r) einen vorgegebenen Schwellenwert (SW) erreicht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlauf in den Schrittsynchronismus der sende- und der empfangsseitige Taktgeber (5, 10) voneinander abweichende Taktfrequenzen aufweisen und der Korrelationsfaktor (r) für die Informationsinhalte des Empfangs- und des Sendeintervallspeichers periodisch gebildet wird mit einer Frequenz, welche mindestens so groß ist wie die höhere der beiden Taktfrequenzen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator (9) vorlaufend stillgesetzt wird (Taktfrequenz Null) und der sendeseitige Schlüsselimpulsgenerator (4) mit vorgegebener (auf der Empfangsseite bekannter) Taktfrequenz abläuft und bei Überschreiten des Schwellenwerts des Korrelationsfaktors (r) der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators mit der Taktfrequenz des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators gestartet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Teilfolge in zwei oder mehr Sendeintervallspeichern (300,400) gespeichert wird, welche die sendeseitige Schlüsselimpulsfolge mit gegeneinander verschobenen Phasen durchläuft, der Informationsinhalt des Empfangsintervallspeichers (200) mit dem Informationsinhalt dieser Sendeintervallspeicher korreliert und der Ablauf des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators (9) an den Ablauf des sendeseitigen Schlüsselimpulsgenerators (4) angeglichen wird, sobald mindestens einer der dabei ermittelten Korrelationsfaktoren einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfangsintervall- (200) und als Sendeintervallspeicher (300, 400) Schieberegister (201, 202, 203,... ; 301, 302, 303,... ; 401, 402, 403,...) verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsfaktoren durch gleichzeitige Multiplikation (Vergleich) der einander entsprechenden Bits der sende- und der empfangsseitigen Teilfolge im Korrelationsintervall ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsfaktoren durch nacheinander erfolgende Multiplikation (Vergleich) der einander entsprechenden Bits der sende- und der empfangsseitigen Teilfolge im Korrelationsintervall ermittelt werden.

10. Verfahren zur Schrittphasensynchronisierung bei dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsfunktionswerte (ψΐ, %) zwischen den Zeitfunktionen einer empfangsseitigen Teilfolge oder durch Phasenverschiebung davon abgeleiteter weiterer empfangsseitiger Teilfolgen und einer sendeseitigen Teilfolge oder durch Phasenverschiebung davon empfangsseitig abgeleiteter weiterer sendeseitiger Teilfolgen ermittelt werden.

11. Verfahren zur Bestimmung der Richtung der Schrittphasenabweichung des Taktes des empfangsseitigen Taktgebers gegenüber dem Takt des sendeseitigen Taktgebers bei dem Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite die Korrelationsfunktionswerte (ψι, Ψ2) zwischen der empfangsseitigen Teilfolge sowie einer durch Phasenverschiebung von dieser abgeleiteten weiteren empfangsseitigen Teilfolge einerseits und der sendeseitigen Teilfolge andererseits ermittelt werden.

12. Verfahren zur Bestimmung der Richtung der Schrittphasenabweichung des Taktes des empfangsseitigen Taktgebers gegenüber dem Takt des sendeseitigen Taktgebers bei dem Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite die Korrelationsfunktionswerte (ψι, Ψ2) zwischen der empfangsseitigen Teilfolge einerseits und der sendeseitigen Teilfolge sowie einer durch Phasenverschiebung von dieser abgeleiteten weiteren sendeseitigen Teilfolge andererseits ermittelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsfunktionswerte (ψι, Ψ2) zwischen zwei empfangsseitigen Teilfolgen, welche um vorzugsweise eine Schrittlänge gegeneinander phasenverschoben sind und im schrittphasensynchronisierten Zustand symmetrisch zur sendeseitigen Teilfolge liegen, einerseits und der sendeseitigen Teilfolge andererseits ermittelt werden und die Differenz der beiden Korrelationsfunktionswerte als Kriterium für die Regelung der Taktfrequenz und der Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers dient.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationsfunktionswerte (ψι, ip2J zwischen zwei sendeseitigen Teilfolgen, welche um vorzugsweise eine Schrittlänge gegeneinander phasenverschoben sind und im schrittphasensynchronisierten Zustand symmetrisch zur empfangsseitigen Teilfolge liegen, einerseits und der empfangsseitigen Teilfolge andererseits ermittelt werden und die Differenz der beiden Korrelationsfunktionswerte als Kriterium für die Regelung der Taktfrequenz und der Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers dient.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der beiden Korrelationsfunktionswerte vor der Korrelationsintegration (Mittelwertbildung) gebildet und in einem einzigen Integrator integriert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Taktfrequenz und der Taktphase des empfangsseitigen Taktgebers (10) erst dann erfolgt, wenn der Betrag der Differenz der beiden Korrelationsfunktionswerte (ψι, ψ2) einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.

17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittphasensynchronisierung nur vor dem Beginn sowie während der Pausen der Chiffratübertragung vorgenommen wird und daß während der Chiffratübertragung die Ver- und die Entschlüsselung sowie der Ablauf der Schlüsselimpulsgeneratoren sende- und empfangsseitig jeweils nur durch den vorzugsweise quarzgesteuerten sende- bzw. empfangsseitigen Taktgeber (5, 10) gesteuert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch

gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite durch Mischung der zurückgewonnenen Klarimpulsfolge mit der empfangsseitigen Schlüsselimpulsfolge eine empfangsseitige Chiffratimpulsfolge mit der Phase des empfangsseitigen Taktgebers (10) erzeugt und eine Teilfolge (Korrelationsintervall) dieser empfangsseitigen Chiffratimpulsfolge mit einer auf der Empfangsseite um eine laufzeitabhängige Verfahrenskonstante verzögerten Teilfolge der empfangenen sendeseitigen Chiffratimpulsfolge korreliert wird und der dabei ermittelte Korrelationsfunktionswert als Kriterium für die Synchronisierung der Schrittphase des empfangsseitigen Taktgebers während der Chiffratübertragung dient.

19. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Korrelationsintervall entsprechende Teilfolge für die Schrittsynchronisierung vor der Verbindungsaufnahme sowohl sende- als auch empfangsseitig gespeichert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schritte, nach welchen der empfangsseitige Schlüsselimpulsgenerator vorlaufend stillgesetzt wird, von dem geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einem Zusatzschlüssel abhängig gemacht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem synchronen Einschalten des empfangsseitigen Schlüsselimpulsgenerators (9) und dem Beginn der Chiffratübertragung ein Abstand eingefügt wird, dessen Länge (in Bits) von dem geheimen Grundschlüssel und/oder mindestens einem Zusatzschlüssel abhängig gemacht wird.