JPS6234306B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チヤネルボコーダ方式により、通話
信号を秘密保持しながら周波数帯域圧縮して伝送
する方法に関する。

この方法では、送信側の分析部において、各分
析インターバルの間に、複数のスペクトルチヤネ
ルに分割された信号エネルギから、平均スペクト
ル出力を表わすサンプリング値を整流器を介して
形成し、かつ通話信号固有のパラメータを表わす
別のサンプリング値を形成する。そして、少くと
も１つの同期情報と共に、前記サンプリング値を
時分割多重フレーム（和信号）の形で受信側へ伝
送する。受信側では、時分割多重和信号の個々の
サンプリング値を、フレームごとに、合成部のス
ペクトルチヤネル、通話信号固有パラメータ用の
入力側、および同期情報用の入力側に分配し、そ
れによつて合成部がもとの通話信号を再形成す
る。

この種の方法は例えばドイツ連邦共和国特許出
願公告公報第1173984号より公知であり、通常の
通話伝送のためそのために十分な帯域幅を有する
伝送チヤネルを用い得ないどんなところにも用い
られる。チヤネルボコーダ方式を用いる場合通話
信号をたんに1000Hz以下の伝送帯域幅のチヤネル
を介しても伝送され得る。チヤネルボコーダの場
合たんにチヤネルスペクトルのエンベロープ値並
びに別の通話固有のパラメータ、例えば通話基本
周波数とか音声−無声基準信号（ピツチ信号）が
伝送されるので、斯様な伝送チヤネルはもう既に
して良好な盗聴防止（秘密保持）特性を有する。

通話の伝送に対して、盗聴防止の点で比較的に
高い要求が課せられる場合、そのような通話信号
を、コード化された通話信号に変換し、次いでそ
のコード化された信号を、キーコード（暗号化）
列でModulo−２加算によりキーコード化（暗号
化）することが通常である。この場合も、チヤネ
ルボコーダ方式を用いると、できるだけわずかな
所要の帯域幅の点で著しい利点が得られる。この
場合通常必要な64kbitの代わりに１つのデイジタ
ルのチヤネルボコーダ信号をキーコード化（暗号
化）された形で既に2.4kbit／secで伝送できる。
このために、分析部において求められたチヤネル
スペクトルのサンプリング値及び通話固有のパラ
メータを成す別のサンプリング値が、１つの時分
割多重和チヤネルにまとめられる前にコード化さ
れ、それにひきつづき時分割多重デジタル和信号
が、通常の形式でキーコード列（暗号化列）で
Modulo2の加算を用いて暗号化される。

実地から明かなように、デイジタルの及び場合
により暗号化されたチヤネルボコーダ信号を短波
無線を介して伝送する上で著しい困難が生じ、こ
の困難は生じる多チヤネル伝搬および選択性フエ
ージングによつて惹起されるものである。アナロ
グ形式の通話信号が搬送波に振幅の点で又は周波
数の点で重畳変調されている無線周波信号の場合
は多チヤネル伝搬及び選択性フエージングの不都
合な影響があると、一般に信号ひずみが生じるに
過ぎず、この信号ひずみは例えば送信レベルの強
調（エンフアシス）によつて著しく補償され得
る。これに対して、デイジタル信号の場合例えば
多チヤネル伝搬で１ビツトの大きさの走行時間差
があるだけでもう伝送区間が全く台無しになる。
またこの場合送信レベルの増大（エンフアシス）
によつても障害を取除き得ない。さらに、チヤネ
ル内のビツトレートを高く選べば選ぶほど、多チ
ヤネル伝搬の不都合な影響がますますひどくな
る。しかも通話信号のデイジタル化に基づき、チ
ヤネルボコーダ方式の適用下で、ビツトレートを
2.4kbit／secよりずつと下に低下させ得ない。例
えば４相変調の適用の場合ほぼ3kHzの帯域幅が
必要である。

本発明の基礎を成す課題は冒頭に述べた形式の
伝送方法において、盗聴防止に対する著しい要求
の場合でも、チヤネルボコーダ方式の適用下で
3kHzの帯域幅を著しく下回る所要周波数で済む
手段を提供することにある。

本発明によれば、この課題は次のようにして解
決される。すなわち、 送信側では、和信号の順次連続するフレーム内
で、サンプリング値と同期情報との時間位置を擬
似ランダム的にスクランブリングし、 こうして得られたアナログ和信号を、成形回路
網を介して、そのベース位置またはそれよりも高
い所望の周波数位置で直接に受信側へ伝送し、あ
るいは搬送波に重畳して間接的に受信側へ伝送す
る、のである。

本発明は、次のような認識を基礎にしている。
すなわち、スペクトルチヤネルのサンプリング
値、通話信号に固有なパラメータのサンプリング
値、および同期情報について、そられの時間位置
をフレームごとに擬似ランダム的に変化させれ
ば、デジタル的な暗号化を行なわなくとも、チヤ
ネルボコーダ方式による通話信号の秘密保持性を
かなり改善できるのである。こうして得られたア
ナログ和信号の秘密保持性はかなり高く、付加的
な手段を用いればもつと改善できる。

本発明の実施例では、有色−無色基準信号の他
に、送信側で一定の和レベルに制御された、伝送
される通話信号の音量を、通話信号固有のパラメ
ータの１つとしている。このようにすれば、通話
の雰囲気や調子を暗号化された伝送信号から知る
ことはできない。もちろん、それらは受信側で再
現できる。

本発明の別の実施例によれば、送信側におい
て、無効値を表わす付加的なサンプリング値によ
つて、スペクトルチヤネルのサンプリング値の
数、および１つの分析インターバルに含まれる通
話信号固有パラメータのサンプリング値の数を増
大させる。付加的なサンプリング値は、例えばノ
イズ信号の発生源から取り出す。この無効値を表
わすサンプリング値によつて、暗号化された通話
信号の解読はさらに困難になる。もちろん、送信
側ではこのような困難は容易に除くことができ
る。

上のような構成が可能なのは、次の事実に基い
ている。通常のチヤネルボコーダでは、通話信号
のスペクトルチヤネルは20ｍｓに１度サンプリン
グされ、サンプリング値から時分割多重化された
和信号が形成される。このような場合に通話の秘
密保持性を改善するには、20ｍｓの単位時間内
に、スペクトルチヤネルのサンプリング値、通話
信号固有パラメータのサンプリング値、および同
期情報の他に、有効情報を含まない付加的なサン
プリング値を挿入すればよい。これが無効値を表
わすサンプリング値である。このサンプリング値
をノイズ信号のサンプリングによつて形成すれ
ば、その振幅が擬似ランダム的に変化するので有
利である。

上述の実施例と関連して本発明の第３の実施例
では、無効値を表わすサンプリング値の数、従つ
て和信号のフレームの長さを、最大10％の範囲内
で、フレームごとに擬似ランダム的に変化させ
る。この場合、フレーム長を所望通り擬似ランダ
ム的に変化させても和信号の経過に伴う情報の欠
落は起らない。と言うのも、すべてのフレームは
常に、同期情報を含めた順次連続するサンプリン
グ値の数の点で必要な長さになつているからであ
る。

本発明の別の実施例では、通話信号に固有のパ
ラメータが直流成分の形で付加的に伝送されるの
を防ぐために、次のような構成を採用している。
すなわち、送信側では、直流分のないアナログ和
信号を形成するために、成形回路網を用いて、和
信号の各フレーム内で順次連続するサンプリング
値を交互に反転させる。そして受信側では、和信
号を個々のサンプリング値に分割する前に前記反
転の影響を除去するのである。

平均して20ｍｓごとに、つまり50Hzのタイミン
グで、１つの分析インターバルを成すサンプリン
グ値の列が伝送されるなら、例えばスペクトルチ
ヤネルの数が14である場合、帯域幅は約1KHzに
なる。1KHzという帯域幅は、デジタル的なチヤ
ネルボコーダの通話信号の帯域幅と比べて約３分
の１である。従つて、（CCITT規格に従つて）伝
送に使用可能な帯域幅3.1KHzのチヤネルを、次
のようにして２線式デユプレクス動作の実施のた
めに利用できる。すなわち、分波器と変換器を用
いて、伝送チヤネルの使用可能な周波数帯域幅を
２つに等分し、周波数帯域の上半部では和信号を
１つの方向に伝送し、下半部では他の方向に伝送
するのである。

次に図示の実施例を用いて本発明の実施例を詳
細に説明する。

第１図の送信−受信局は本来の送信部STと、
本来の受信部ETと、送受信部に共通の制御装置
SEとから成る。第１図の送受信部は２重通信の
通話動作に設計されている。送信部STは入力側
にマイクロホンMIを有し、このマイクロホンの
出力信号が、マイクロホンアンプMVにて増幅さ
れ、それにひきつづいて送信側アンプRSに供給
される。同時にマイクロホンアンプMVの出力信
号が積分特性を有する整流装置Ｉ１と、有声−無
声基準信号を生じさせるピツチデテクタPDに供
給される。整流装置Ｉ１の出力信号を用いて送信
側制御増幅器VRSの出力側における通話信号の
レベルが、一定値に調整される。送信側制御増幅
器VRSの出力側にはスペクトルチヤネルを形成
する、バンドパスフイルタBP２，BP３…BP_oか
ら成るフイルタ装置がつづいている。これらのバ
ンドパスフイルタには積分特性を有する整流装置
Ｉ２，Ｉ３…Ｉ_oが後置接続されており、この整
流装置の出力側はやはりサンプリング値ホールド
回路SH２，SH３…SH_oに接続されている。同じ
サンプリング値ホールド回路SH１とSH_o+1は整
流装置Ｉ１の出力側における音量基準信号のサン
プリングのためと、ピツチデテクタPDの出力信
号のサンプリングのため設けられている。さらに
整流装置１の出力側における、音量を表わす信号
が、送信側ノイズ発生器RGSの制御入力側に供
給され、そのノイズ発生器の出力信号は積分特性
Ｉ０を有する整流装置と、可制御スイツチＳ０と
を介して出力線路ｌに供給される。すべてのサン
プリング値ホールド回路の出力側はそれぞれ可制
御スイツチＳ１…Ｓ_oとＳ_o+1を介して同じく共通
の出力線路ｌに接続されている。付加的可制御ス
イツチＳ_o+2により、同期情報を与える線路Ｓが
出力線路ｌに接続される。

出力線路ｌは送信側切換スイツチUSのスイツ
チ位置に依存して直接的又は間接的にインベータ
Ｉを介してローパスフイルタTPの入力側と接続
されており、そのローパスフイルタの出力側ａに
おいて送信側和信号ssが送出される。さらに、送
信部STは初期（開始）同期化信号を含むメモリ
ASを有し、このメモリから、行なうべき伝送の
始めに同期化パターンが共通の出力線路ｌに出力
される。

共通の制御装置SEは制御装置STWと、水晶で
安定化されたクロツク発振器TOと、擬似ランダ
ム発生器PN−Ｇとから成る。制御装置STWはサ
ンプリング値ホールド回路SH０，SH１…SH_o，
SH_o+1の制御のためのすべてのクロツクと、スイ
ツチＳ０，Ｓ１，…Ｓ_o，Ｓ_o+1，Ｓ_o+2に対する制
御クロツクを供給する。さらに制御装置STWは
同期化パターンの出力のためメモリAS及び送信
側切換スイツチUSに対する制御クロツクを供給
する。

サンプル値ホールド回路の制御が同時に相互に
順次連続する分析インターバル（間隔）のリズム
（タイミング）で、例えば20ｍsecごとに行なわれ
るが、サンプル値ホールド回路に後続するスイツ
チＳ１，Ｓ２…Ｓ_o，Ｓ_o+1が、１つ分析インター
バル内でそのつど１回作動され、その際その作動
の順序が、擬似ランダム発生器PN−Ｇにより発
生されるパルスパターンに依存して擬似ランダム
的に行なわれる。送信側ノイズ発生器RGSのノ
イズ信号に対応づけられたスイツチＳ０は他のス
イツチＳ１，Ｓ２…Ｓ_o，Ｓ_o+1と同様に、１つの
分析インターバル内で擬似ランダムの時間位置で
作動されるが、その場合その作動を１分析インタ
ーバル内で１回より多く行なうことができる。ス
イツチＳ０を介して共通の出力線路ｌに供給され
る、分析インターバルごとのノイズサンプリング
値の個数は和信号が用いる帯域幅に依存する。既
述のように、和信号の１フレーム内で伝送される
そのノイズサンプリング値により和信号の秘密保
持度（暗信号）が高められる。送信側切換スイツ
チUS、これに前置接続されたインバータＩ、該
インバータに後置接続されたローパスフイルタ
TPは出力側ａから送出される送信側和信号ssに
対する成形回路網を成す。送信側切換スイツチ
USはインバータＩと共に、スイツチＳ０，Ｓ
１，…Ｓ_o，Ｓ_o+1，Ｓ_o+2の出力側における、１フ
レーム内で順次連続するサンプリング値の２番目
ごとのものを反転し、そのようにして、直流成分
のない交流電圧信号を得る役割を有する。ローパ
スフイルタは不都合な高調波を抑圧する。

受信部ETは入力側ｅから受信側和信号seを受
信し、この和信号は受信側増幅器VEにおいて増
幅されそれにひきつづいて受信側切換スイツチ
UEを介してそのスイツチアームのスイツチ位置
に依存してインバータＩを介して又は直接スイツ
チＳ１，Ｓ２…Ｓ_o，Ｓ_o+1，Ｓ_o+2に対する共通の
出力路線l′に供給される。受信側切換スイツチ
UEとインバータＩとを用いて、１フレーム内で
順次連続するサンプリング値の２番目ごとの値の
送信側反転が解消（無効化）される。送信部ST
に相応して、共通の入力線路l′に接続されたスイ
ツチＳ１，Ｓ２…Ｓ_o，Ｓ_o+1はサンプリング値ホ
ールド回路SH１，SH２…SH_o，SH_o+1の入力側
と接続されている。スイツチＳ_o+1は同期信号弁
別器SYNと接続されており、この弁別器は出力
側がスイツチ装置STWの制御入力側と接続され
ている。

スペクトルチヤネルのサンプリング値ホールド
回路SH２，SH３，…SH_oは出力側が、乗算器Ｍ
２，Ｍ３…Ｍ_oの入力側に接続されており、この
乗算器の第２出力側は伝送される有声／無声基準
信号（この信号はピツチ発生器PGの制御入力側
に供給される）の種類に応じて、ピツチ発生器
PGの出力信号かそれとも受信側ノイズ発生器
RGEの出力醜号を有効にする。そのようにして
重みづけられた、スペクトルチヤネルのサンプリ
ング値が、バンドパスフイルタBP２，BP３…
BP_oを介して加算器SUに供給され、この加算器
の出力側からは受信側増幅器VREを介して、合
成的に生成された通話がスピーカーLSを介して
出力される。ラウドネス情報を含む伝送されたサ
ンプリング値が、サンプリング値ホールド回路
GH１と、時定数を生じさせるコンデンサＣとを
介して受信側制御増幅器VREに供給される。

さらに、受信側ETは同期化パターン相関器
AWKを有し、この相関器は入力側が共通の入力
線路l′に接続されており、出力側が制御装置STW
と接続されている。さらに、行なうべき伝送の始
めにおいてその同期化パターン相関器の作動のた
め制御装置STWから同期化パターン相関器AWK
へ別の制御線路が設けられている。

またスイツチ及びサンプリング値ホールド回路
に対する制御クロツクはやはり制御装置STWか
ら供給され、この制御装置はスイツチＳ１，Ｓ２
…Ｓ_o，Ｓ_o+1，Ｓ_o+2を、受信側加算信号のseのフ
レーム周期のリズム（タイミング）でそのつど１
度作動する。それもその際、スペクトルチヤネ
ル、ピツチ発生器PG、受信側制御増幅器VRE、
同期信号弁別器SYNに所属するサンプリング値
が所属の入力側に加わるようにここで、第１図の
ピツチデテクタPDとノイズ発生器RGSについて
付加的に説明する。

人間の発する音声には有声音と無声音がある。
例えば母音ａ、ｉ、ｏ等は有声音であり、子音
ｐ、ｔ、ｋなどは無声音である。受信側で元の音
声を再形成するためには、受信した情報が有声音
を表わすのか無声音を表わすのか判別しなければ
ならず、そのためには受信側に判別基準となる情
報を伝送する必要がある。この判別基準となるの
が有声−無声基準信号であり、ピツチデテクタ
PDはこの信号を発生するために設けられてい
る。

有声−無声基準信号は、受信側のピツチ発生器
PGの制御入力側に供給される。その時伝送され
ている情報が有声音を表わすものであれば、ピツ
チ発生器が作動して、その出力信号が乗算器Ｍ２
〜Mnに加わる。無声音であれば、受信側ノイズ
発生器RGEの信号が乗算器に加わる。

また送信側ノイズ発生器RGSは、通話信号の
音量パラメータを形成するためにのみ用いられ
る。そのためにノイズ発生器RGEには、整流装
置Ｉ１の出力信号が増幅度制御信号として供給さ
れる。ノイズ発生器の出力信号は整流され、実効
平均値を表わす整流値がサンプリングされた伝送
される。受信側ノイズ発生器は、ボコーダ信号か
ら本来の通話信号を再形成する時に、無声子音を
発生するために用いられる。

第１図の送、受信装置の動作の説明のため第２
図に、２つの順次連続する分析インターバルAI
１，AI２に対して、６つのスペクトルチヤネル
Ｋ１，Ｋ２…Ｋ６から成るチヤネルボコーダ信号
に対する振幅Ａと周波数ｆとの関係を示す。サン
プル値ホールド回路の作動の時点にて整流装置の
出力側から取出される、平均スペクトル出力を表
わすサンプリング値k1、k2…k6を示す。わかり
易く区別するため第２図に分析インターバルAI
１に後続する分析インターバルAI２の振幅経過
のスペクトルをサンプリング値と共に破線で示
す。

第３図のダイヤグラムは第２図の２つの分析イ
ンターバルAI１，AI２にわたつての、第１図の
出力側ａにおける送信側和信号ssの振幅経過を示
す。その１つの分析インターバルによつて与えら
れるフレームＴの長さを同様に第３図に示す。第
３図に示すように、サンプリング値k1、k2…k6
及びノイスサンプル値ｘは１フレームＴ内の時間
位置の点で擬似ランダム性であるのみならず、擬
似ランダム的に与えられる順次配列で交互に反転
され、それにより、伝送に不都合な直流値が除去
される。同様に一定振幅の１サンプル値を成す同
期化情報syを成す同期化情報sy（この情報はフ
レームごとにその極性が変る）は第３図にフレー
ムＴをわかり易く見るため１フレームの始めに設
けてある。実際上この同期化情報はその時間位置
の点で、順次連続するフレーム中のほかのサンプ
リング値と同じように擬似ランダム的に時間位置
的にずらされている。これにより、受信側の同期
を、受信側和信号の順次連続するフレームのリズ
ム（タイミング）で維持するという同期化情報
syの役割（働き）は損なわれなくなる。それ
は、同期化情報の位置が、擬似ランダム発生器の
擬似ランダム列（順序）によつてその都度与えら
れるからである。

第４図の実施例は２線式デユプレクス動作を可
能にする送、受信局の実施例を示す。その際送信
部STと受信部ETは第１図の送受信局の相応の部
分に相応する。但し、送、受信部に共通な１つの
制御装置の代わりに、一方では送信部STに、他
方では受信部ETにそれぞれ１つの制御装置
SES，SEEが配属されている。その場合両伝送方
向に対して必要な異なる周波数チヤネルの形成の
ため出力側ａにおける送信側和信号ssが、変換発
振器Ｏを有する周波数変換器FUに供給され、そ
の周波数が比較的に高い領域にシフトされる。そ
れにつづいて、そのように周波数シフトされた送
信側和信号ss′が分波器Ｗを介して両伝送方向に
対して共通の伝送区間に送出される。到来する受
信側和信号seはもとのベース周波数位置で分波器
Ｗを介して受信部ETの入力側ｅに供給される。
相手局では第４図に示す局と異なつて変換発振器
を有する変換器FUが受信素子列中に挿入接続さ
れている。

第５図のダイヤグラムは第４図の送受信局で行
ない得る２線式デユプレクス動作用の伝送チヤネ
ルの使用可能な周波数帯域U¨K−BBの下方帯域半
部Ｕ−BHにおける受信側和信号と、上方帯域半
部Ｏ−BHにおける送信側の周波数シフトされた
和信号ss′のスペクトルの平均振幅Ａと周波数と
の関係を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を使用する送受信局例の
ブロツク接続図、第２図及び第３図は第１図の送
受信局の動作を詳細に説明する図、第４図は２線
式デユプレクス動作用の送受信局の実施例のブロ
ツク図、第５図は第４図の送受信局の動作を詳細
に説明する線図である。 ST……送信部、ET……受信部、SE……共通
の制御装置、MI……マイクロホン、MV……マイ
クロホンアンプ、PD……ピツチデテクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チヤネルボコーダ方式により、通話信号を秘
   密保持しながら周波数帯域圧縮して伝送する方法
   であつて、 送信側の分析部において、各分析インターバル
   の間に、複数のスペクトルチヤネルに分割された
   信号エネルギから、平均スペクトル出力を表わす
   サンプリング値を整流器を介して形成し、かつ通
   話信号固有のパラメータを表わす別のサンプリン
   グ値を形成し、 少くとも１つの同期情報と共に、前記サンプリ
   ング値を時分割多重フレーム（和信号）の形で受
   信側へ伝送し、 受信側では、時分割多重和信号の個々のサンプ
   リング値を、フレームごとに、合成部のスペクト
   ルチヤネル、通話信号固有パラメータ用の入力
   側、および同期情報用の入力側に分配し、 それによつて合成部がもとの通話信号を再形成
   する、 通話信号を秘密保持して周波数帯域圧縮伝送す
   る方法において、 送信側では、和信号の順次連続するフレームＴ
   内で、サンプリング値（k1、k2……k6／k1′、
   k2′……k6′）と同期情報（sy）との時間位置を擬
   似ランダム的にスクランブリングし、 こうして得られたアナログ和信号ssを、成形回
   路網Ｉ，US，TPを介して、そのベース位置また
   はそれよりも高い所望の周波数位置で直接に受信
   側へ伝送し、あるいは搬送波に重畳して間接的に
   受信側へ伝送する、 ことを特徴とする通話信号を秘密保持して周波数
   帯域圧縮伝送する方法。 ２ 有声−無声基準信号の他に、送信側で一定の
   和レベルに制御された、伝送される通話信号の音
   量を、通話信号固有のパラメータの１つとする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 送信側において、無効値を表わす付加的なサ
   ンプリング値（ｘ）によつて、スペクトルチヤネ
   ル（K1、K2……K6）のサンプリング値の数
   （k1、k2……k6）、および１つの分析インターバ
   ルに含まれる通話信号固有パラメータ（kf、
   kp）のサンプリング値の数を増大させる特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 無効値を表わすサンプリング値（ｘ）の数、
   従つて和信号ss，seのフレームＴの長さを、最大
   10％の範囲内で、フレームごとに擬似ランダム的
   に変化させる特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 送信側で直流分のないアナログ和信号を形成
   するために、成形回路網Ｉ，US，TPを用いて、
   和信号の各フレーム内で順次連続するサンプリン
   グ値（k1……k6、kf、kp、sy）を交互に反転さ
   せ、 受信側では、和信号seを個々のサンプリング値
   に分割する前に前記反転の影響を除去する、特許
   請求の範囲第１項から第４項のいずれか１項記載
   の方法。 ６ ２線式デユプレクス動作を実施するために、
   分波器Ｗと変換器FU，Ｏを用いて、伝送チヤネ
   ルの利用可能な周波数帯域幅を２つに等分し、周
   波数帯域の下半部Ｕ−BHでは和信号ssを１つの
   方向に伝送し、上半部Ｏ−BHでは他の方向に伝
   送する特許請求の範囲第１項から第５項のいずれ
   か１項記載の方法。