JPH0754926B2 - 狭帯域秘話通信方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、有線通信または無線通信において通信の秘話
性を保持するための秘話通信方法に関するものである。

（従来の技術） 従来の秘話通信装置の一構成例が、文献「特開昭61−19
8839号公報」に開示されている。

この文献に基づく方向を要約すれば秘話信号を得るため
に送信側で音声信号を音声帯域外のSSBに変換した後Ｎ
分周して再び音声帯域内の分周波に変換すると共に、音
声信号の包絡線成分を抽出し、これで副搬送波を変調
し、この変調波と分周波からなる合成波で更に搬送波を
周波数変調して外部に送出するといったものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこの方法では、音声信号は一度音声帯域外
のSSBに変換するために、一般に音声のディジタル信号
処理で用いられるサンプリング周波数8kHzでは不足しよ
り高いサンプリング周波数が必要であるという欠点があ
り、また分周器および逓倍器等の周波数変換器の特性が
広帯域に保証されない、更に、副搬送波、搬送波に対す
る振幅、周波数変調では、受信側で復調する際に帯域制
限フィルタの特性に大きく左右され復調音声の明瞭度が
劣化するといった問題点があった。

この発明は、以上述べたサンプリング周波数の高速化、
周波数変換器の特性不良、変復調方式に伴う復調音声の
明瞭度の劣化といった問題点を除去し、狭帯域、全ディ
ジタル信号処理、良好な復調明瞭度等の特長を有する音
声秘話装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、入力信号に基づいて、振幅が一定で互に直交
する同相成分x_eと直交成分x₀とを作成し、 暗号鍵に対応したランダムな位相値を取るランダム信号
に基づいて、振幅が一定で互いに直交する同相成分r_eと
直交成分r₀とを作成し、 前記入力信号の同相成分x_e及び直交成分x₀と前記ランダ
ム信号の同相成分r_e及び直交成分r₀とを、同相成分同士
及び直交成分同士乗積して同相成分乗算値u_eと直交成分
乗算値u₀とを作成し、 当該同相成分乗積値u_eと当該直交成分乗算値u₀とを加算
し、 当該加算値と前記入力信号の振幅成分ａとを乗積して秘
話信号を作成するようにしたものである。

（作用） 時点nTsについて、θとを位相成分として、x_e（nTs）
＝cosθ（nTs）、x₀（nTs）＝sinθ（nTs）,re（nTs）
＝cos（nTs）、ro（nTs）＝sin（nTs）で表わし、
振幅成分をａ（nTs）とすると、秘話信号ｐ（nTs）は、
ａ（nTs）cos（θ（nTs）−（nTs））となる。

θ（nTs）−（nTs）はランダムな位相であり、高い秘
話強度を有する。

今、θ（nTs）＝２πf_vnTs、（nTs）＝２πf_rnTsとす
ると秘話信号ｐ（nTs）は、ｐ（nTs）＝ａ（nTs）cos2
π（f_v−f_r）・nTs＝ａ（nTs）cos2π（f_r−f_v）（nT
s）と表わすことができ、適当な狭帯域に制限できる。
例えば、入力音声信号をf_BLからf_BHまで帯域制限した場
合、ランダム信号の帯域を適当に設定することにより、
秘話信号ｐ（nTs）もf_BLからf_BHまでの狭帯域信号とす
ることができる。

（実施例） 第１図は、この発明の実施例を示すブロック図である。
第１図において１と18はアナログディジタル変換部、２
と16と19と33は音声帯域制限フィルタ部、３と20は送受
信器入力信号直交化フィルタ部、４と21は振幅成分抽出
部、５と６と22と23は同相、直交信号変換部、７と24は
同一の暗号鍵、８と25は同一の暗号データ発生部、９と
26は同一のランダム信号発生部、10と27はランダム信号
帯域制限フィルタ部、11と28は、ランダム信号直交化フ
ィルタ部、12と13と29と30は乗積変調部、14と31は加算
部、15と32は乗積部、17と34はディジタル・アナログ変
換部である。

先ず、音声入力信号ｖ（ｔ）は、第１図のアナログ・デ
ィジタル（A/D）変換部１により、一定サンプリング周
波数_s,サンプリング周期T_sでサンプリングされディジ
タル信号となり、帯域制限フィルタ（BPF₁）２で、周波
数帯域が_BLから_BHまでの音声帯域信号ｘ（nTs）と
なる。この音声帯域信号ｘ（nTs）は、直交化フィルタ
部３により、直交信号（nTs）に変換される。ここ
で、直交化フィルタ部３はヒルベルト変換型トランスバ
ーサルフィルタアを用いており、ｘ（nTs）を実部、
（nTs）を虚部とする信号Ｘ（nTs）は、Ｘ（nTs）＝ｘ
（nTs）＋ｊ（nTs）＝a₁（nTs）ｅ^{ｊθ１（nTs）}で表
わされ、その振幅成分 位相成分θ_１（nTs）＝tan^-1（（nTs）/x（nTs））で
ある。従って、ｘ（nTs）＝a₁（nTs）cosθ_１（nTs），
（nTs）＝a₁（nTs）sinθ_１（nTs）と表現でき、振幅
成分抽出部４でa₁（nTs）を求め、同相信号変換部５と
直交信号変換部６で同相信号x_e（nTs）＝cosθ_１（nT
s）と直交信号x₀（nTs）＝sinθ_１（nTs）を算出する。
暗号鍵７と24は、1,0パターンが同一の64ビット長の暗
号鍵で暗号部８と25により、暗号鍵７と24を初期データ
とした64ビットごとのブロック暗号データとなる。この
64ビット暗号データの全部または一部を用いて作られる
整数値に各々異なる位相値（nTs）を割り当てること
によりランダム信号発生部９と26で送受同一のランダム
信号ｒ（nTs）＝ｂ（nTs）cos（nTs）を発生する。こ
のランダム信号ｒ（nTs）は、送受同一の周波数帯域
_Ｒすなわち_{RL Ｒ RH}のランダム信号帯域制限フ
ィルタ部10と27を通過後、分岐され、一方は同相成分r_e
（nTs）＝cos（nTs）また、他方は、ランダム信号直
交化部11と28によりr₀（nTs）＝sin（nTs）に変換さ
れる。乗積変調部12と13では、入力音声信号の同相成分
x_e（nTs）とランダム信号の同相成分の積u_e（nTs）＝x_e
（nTs）・r_e（nTs）及び入力音声信号の直交成分x₀（nT
s）とランダム信号の直交成分の積u₀（nTs）＝x₀（nT
s）r₀（nTs）が算出され、加算部14において両乗積値の
和ｕ（nTs）＝u_e（nTs）＋u₀（nTs）が算出される。更
に乗積部15において振幅成分抽出部４の出力a₁（nTs）
と加算部14の出力ｕ（nTs）の積p₀（nTs）が算出され、
音声帯域制限フィルタ部16を通過してp₁（nTs）とな
り、ディジタル・アナログ（D/A）変換部17によりアナ
ログの周波数が_VLから_VHに帯域制限された秘話信号
ｐ（ｔ）となる。

秘話信号ｐ（nTs）＝a₁（nTs）ｕ（nTs）＝a₁（nTs）
（cosθ_１（nTs）cos（nTs）＋sinθ_１（nTs）sin
（nTs））＝a₁（nTs）cos（θ_１（nTs）−（nTs））
であり、位相θ_１（nTs）−（nTs）は、ランダムな位
相であり秘話信号ｐ（ｔ）はランダム信号となり高い秘
話強度を有する。また、入力音声信号が有する周波数帯
域を_VLから_VHまでとすると、ランダム位相θ_１（nT
s）−（nTs）＝２π（_ｖ−_ｒ）nTsとなりｐ（nT
s）＝a₁（nTs）cos2π（_ｖ−_ｒ）nTs＝a₁（nTs）co
s2π（_ｒ−_ｖ）nTsより_{BL ｒ}−_{ｖ BH}と
なるように、ランダム信号制限フィルタ部10と27の帯域
特性_RLと_RHと調整すれば帯域が_BLから_BHまでの
狭帯域な秘話信号が得られる。

次に、受信側ではアナログ秘話信号ｐ（nTs）は、A/D変
換部18でディジタル信号y₀（nTs）となり、帯域制限フ
ィルタ部19で、送信側と同じく_BLから_BHまでの帯域
に制限された信号y₁（nTs）となる。この信号y₁（nTs）
は、送信側と同一の特性を有する直交化フィルタ部20に
より、（nTs）に変換され、ｙ（nTs）＝y₁（nTs）を
実部、（nTs）を虚部とする信号Ｙ（nTs）＝ｙ（nT
s）＋ｊ（nTs）＝a₂（nTs）ｅ^{ｊθ２（nTs）}の振幅成
分a₂（nTs）が、振幅成分抽出部21により として算出される。また、位相成分θ_２（nTs）＝tan^-1
（（nTs）/y（nTs））を用いてｙ（nTs）＝a₂（nTs）
cosθ_２（nTs），（nTs）＝a₂（nTs）sinθ_２（nTs）
と表現でき、同相信号変換部22でy_e（nTs）＝cosθ
_２（nTs）、直交信号変換部23でy₀（nTs）＝sinθ_２（n
Ts）が得られる。

この同相、直交成分y_e（nTs）とy₀（nTs）は、送信部で
既に述べたランダム信号の同相成分r_e（nTs）と直交成
分r₀（nTs）とを用いて、乗積変調部29及び30により乗
積変調され、同相成分出力s_e（nTs）＝y_e（nTs）r_e（nT
s）、直交成分出力s₀（nTs）＝y₀（nTs）・r₀（nTs）を
得る。上記２成分出力s_e（nTs）,s₀（nTs）は、加算部3
1によりｓ（nTs）＝s_e（nTs）＋s₀（nTs）となり、更に
乗積部32で上記振幅成分a₂（nTs）とｓ（nTs）が乗積さ
れ、z₀（nTs）＝a₂（nTs）ｓ（nTs）となる。ここで秘
話信号ｐ（nTs）＝a₁（nTs）cos（θ_１（nTs）−（nT
s））に対して、a₂（nTs）＝a₁（nTs）,s_e（nTs）＝y_e
（nTs）r_e（nTs）＝cos（θ_１（nTs）−（nTs））・c
os（nTs）,s₀（nTs）＝y₀（nTs）r₀（nTs）＝sin（θ
_１（nTs）−（nTs））sin（nTs）より、z₀（nTs）
＝a₁（nTs）（cos（θ_１（nTs）−（nTs））cos（n
Ts）＋sin（θ_１（nTs）−（nTs）・sin（nTs））
＝a₁（nTs）cosθ_１（nTs）となり、z₀（nTs）は、帯域
制限フィルタ部33を通過後z₁（nTs）となり、D/A変換部
34によりアナログの復調音声信号ｚ（ｔ）が得られる。
帯域制限フィルタ部33の劣化がなければz₁（nTs）＝z₀
（nTs）＝ｘ（nTs）＝a₁（nTs）cosθ（nTs）となり完
全に入力音声信号が復調可能である。

第２図はこの実施例での動作の説明図であり、サンプリ
ング周波数_ｓ＝8kHz、入力音声信号として周波数_ｖ
＝800Hzの一定のトーン信号を用いた。音声帯域は_BL
＝300Hz,_BH＝3000Hz,ランダム信号帯域は_RL＝2800H
z,_RH＝3200Hzである。第２図ａ）は、入力信号のパワ
ースペクトル、第２図ｂ）は秘話信号のパワースペクト
ル、第２図ｃ）は復調信号のパワースペクトルで、高い
秘話性と良好な復調明瞭度が得られている。

なお、本発明におけるランダム信号は、暗号鍵を初期値
としてブロック暗号データを発生するアルゴリズムによ
ることの外、暗号鍵を初期値として一度は暗号データを
発生するが、次からは、初めの暗号データを種として構
成の簡単な一様乱数発生器により、乱数を発生させて、
それを暗号データとして使う方法、或いはブロック暗号
データの下位少数ビートのみ採用して新らたなるブロッ
クデータを発生させる方法などを採用して、作成するこ
ともできる。

また、第１図の同相直交変換部5,6は、図示の除去回路
の外、振幅可変手段によることもできる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように、秘話通信方法において、 （１） 送信側の暗号鍵と受信側の暗号鍵を同一のもの
としたので、暗号鍵の共有者以外には秘話出力の解読盗
聴が困難であるといった効果が期待できる。

（２） 秘話出力信号は、音声入力信号を非周期性のラ
ンダム位相値で周波数（位相）変調したものであり、高
い秘話程度が保証される。

（３） サンプリング周波数_ｓ＝8kHz、直交化部をデ
ィジタルフィルタとしたので全ディジタル信号処理が可
能で小型化が可能である。

（４） 伝送帯域内音声スクランブルとしたので狭帯域
音声秘話装置が実現可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図にした秘話通信装置の動作を示す説明図である。 1,18……アナログディジタル変換部、2,16,19,33……音
声帯域制限フィルタ部、3,20……送受信器入力信号直交
化フィルタ部、4,21……振幅成分抽出部、5,6,22,23…
…同相直交信号変換部、7,24……同一の暗号鍵、8,25…
…暗号データ発生部、10,27……ランダム信号帯域制限
フィルタ部、11,28……ランダム信号直交化フィルタ
部、12,13,29,30……乗積変調部、14,31……加算部、1
5,32……乗積部、17,34……ディジタルアナログ変換
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ） 入力信号に基づいて、振幅が一定で
   互に直交する同相成分x_eと直交成分x₀とを作成し、 ｂ） 暗号鍵を元にしたランダムな位相値を取るランダ
   ム信号に基づいて、振幅が一定で互いに直交する同相成
   分r_eと直交成分r₀とを作成し、 ｃ） 前記入力信号の同相成分x_e及び直交成分x₀と前記
   ランダム信号の同相成分r_e及び直交成分r₀とを、同相成
   分同士及び直交成分同士乗積して同相成分乗積値u_eと直
   交成分乗積値u₀とを作成し、 ｄ） 当該同相成分乗積値u_eと当該直交成分乗積値u₀と
   を加算し、 ｅ） 当該加算値と前記入力信号の振幅成分ａとを乗積
   して秘話信号を作成する、 ことを特徴とした狭帯域秘話通信方法。