JPS6166430A

JPS6166430A - スペクトラムスクランブル受信方式

Info

Publication number: JPS6166430A
Application number: JP18727684A
Authority: JP
Inventors: Seishichi Kishi; 政七岸; Noboru Kan; 冠　昇; Seizo Seki; 関　清三
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1984-09-08
Filing date: 1984-09-08
Publication date: 1986-04-05
Also published as: JPH0373185B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は通信の秘話性を高めたシ、あるいは通信の周波
数干渉による漏洩対耐を付与したりするために、信号源
のスペクトラムを周波数域上でスクランブルしさらにエ
ンファシスを施し変調した送信波の受信方式に係るもの
であり、通信の機密性が高く、かつＰＭ伝送路で生じる
フェージング雑音による通話品質の劣化を防止し得る受
信方式％式％（従来の技術）第１１図は従来の秘話受信方式を示す機能ブロック図で
あって、１は受信アンテナ、２はＰＭ復調部、３はスペ
クトラムデスクランブル部、４は出力端子であって、ａ
、ｌ）は観測点を示している。

第２図は従来の受信方式各部のスペクトラムを、スペク
トラムデスクランブル部として単純スペクトラム反転を
用いる場合について、模式的に表わした図で、（ａ）　
、　（ｂ）はそれぞれ第１１図の観測点ａ。

ｂに対応している。

第３図は送信方式の例を示すプロ、り図であって、５は
入力端子、６はスペクトラムスクランブル部、７はＰＭ
送信部、８は送信アンテナであって、ｃ、ｄは観測点を
示している。

第４図は送信方式各部のスペクトラムを模式的に表わし
た図で、（ｃ）　、　（ｄ）はそれぞれ第３図の観測点
ｃ、ｄに対応している。

従来のこの種受信方式は、第、１１図に示すようにスペ
クトラムデスクランゲル部３をＰＭ復調部２に縦続接続
した構成を用いて、例えば第３図に示す構造を有する送
信機で発射する変調波を受信すること全前提としておシ
、ＰＭ復調して得られる復調信号をスペクトラムデスク
ランブル（特にとこでは単純スペクトラム反転を考える
）シ、秘話信号を解読再生していた。位相変調された信
号が発射され受信アンテナに受信されるまでの間を、Ｐ
Ｍ伝送路と呼び、ＰＭ伝送路が定在波性電界を成し受信
復調信号に７エーノ／グ雑音が混入する場合、特にフェ
ージングＰＭ伝送路と呼ぶ。

自動車電話等の移動体通信は、はとんどフェージング性
雑音の影響を受ける。かかるフェージングＰＭ伝送路に
おける雑音の平均電力スペクトラムを第５図に示す。第
５図の受信レベル１０　ｄＢμは自動車電話のサービス
エリア端における電界を、２０　、ｄＢμは同エリアの
中央部の電界を示し、エリア全域にわたクー２０　ｄＢ
／ｄｅｃａｄｅ　（Ｄ傾きをなす積分性特性ｋｆｆｌす
る。したがって第２図（、）の斜線部の様に模式的に示
す事とした。

復調信号には、第２図（ａ）の斜線部の様なフェージン
グ雑音が混入するので、ス被りトラム反転部３によって
、第２図（ｂ）に示す様な三角形の雑音に変換される。

ＰＭ復調機能のかわシにＦ’Ｍ復調機能を用いる場合に
は、第６図（１１）に示す様に平坦なスにクトラムを有
するフェージング雑音が混入する。第６図（１）にＰＭ
復調時、さらに同（ｉｉｌ）　Ｋ　Ｐ　Ｍ復調後単純ス
ペクトラム反転した場合のフェージング雑音を併せ示す
。これらの３・ぞターンは典型的な雑音電力のスペクト
ラムを示し、これらの聴覚的レベル’ｊｉＺｗｉｃｋｅ
ｒ法による解析値と実験で求めた値を表１に示す。表１
に示したように、雑音電力は３・母ターンで等しく保っ
ても、聴覚的には逆三角形が最も低いレベルについて平
坦形がほぼ４ｄＢ高く、三角形が最も高いレベルで逆三
角形に比較して約１０ｄＢ高く聴かれる。

この事から、第１１図に示す秘話受信機を用いると秘話
を使用しないＰＭ受信機のＳＮＨに比較して１０ｄＢ（
電力）の通話品質劣化を生じる事が知れる。

（以下余日）この受信Ｓ狸の劣化を防止する方法として、第７図に示
す様にスペクトラムスクランブル部の前端に微分機能部
金、又後端に積分機能部を付加した秘話受信機を用いる
方式が本出願人によって開示されている（特願昭５８−
１７９３９５　）。この方式は、第８図に示す秘話送信
機を用いて発射するＰＭ変調波を受信し秘話解読するた
めに用いられるものである。第７図において、９は受信
用アンテナ、１０はＰＭ復調部、１１は微分機能部、１
２はスペクトラムデスクランブル部、１３は積分機能部
であり、ｅ＝ｈは観測点である。第８図において、１５
は入力端子、１６は微分機能部、１７はスペクトラムス
クランブル部、１８は積分機能部、１９はＰＭ送信部で
あり、１〜ｔは観測点である。第９図は、第７図の各観
測点におけるスペクトラムを示し、（ｅ）〜（ｈ）は、
観測点ｅ　ｚ　ｈに対応する。第１０図は、第８図の各
観測点におけるスペクトラムを示し、０）〜（４）は各
々観測点１〜ｔに対応する。

図９．１０のスペクトラムは模式的に示すものであり、
今、第８図の１５の入力端子に、第１０図（ｉ）に示す
スペクトラムを有する信号が入力されるものとする。入
力信号は、１６で微分され、第１０図（ｊ）の様になっ
た後、１７のスペクトラムスクランブラで秘話暗号化さ
れ第１０図（ｋ）の様に周波数域上でスクランブルされ
る。スクランブラサれた信号は次いで１８で積分され、
第１０図（４の如くスペクトラムされ、１９でＰＭ変調
され、２０のアンテナから発射される。フェーノングＰ
Ｍ伝送路を伝搬した電波は９のアンテナで受信されＩＯ
のＰＭ復調機で復調される。

ＰＭ復調のスペクトラムは第９図（、）に示す様に、斜
線で示したフェーノング雑音が混入する事を除いて第１
０図（４）に等しい形を有する。１０の復調出力は、１
１で微分され第９図（ｆ）の如くスペクトラム修正され
る。（ｆ）のスペクトラムの特徴として雑音成分が平坦
である事に注意してほしい。（ｆ）の雑音特性のため、
いかなるスにクトラムデスクランブル全ｌＯで施しても
雑音特性は不変に保れる。

一方、信号成分はスペクトラムデスクランブルの影響を
受は第９図（ｇ）の如くなる。スペクトラムデスクラン
ブルを施した信号は第７図の１３で積分され第９図（ｈ
）の如くスペクトラムを有する。第１０図（ｉ）の入力
信号と第９図（ｈ）の信号成分のスペクトラムが互いに
等しくかつ第９図（ｈ）の雑音が第６図（１）の逆三角
形のスペクトラムを成す事が明らかになる。第７図の１
２のスペクトラムデスクランブラと第８図１７のスペク
トラムスクランブラが互いにＳ（＊）と５−１（＊）の
様にスペクトラムスクランブラの逆特性を有するならば
必ず第１０図（ｉ）と第９図（ｈ）の上記の関係は保た
れる。

上に述べたように、従来の方式か有していた欠点を解決
する方法が既に本出願人によって開示されているが、こ
の方式は第７図に示すように、秘話機能１２とＰＭ受信
機能１０との必須機能の他に１１の微分と１３の積分機
能という付加的機能が必要であシ、回路で実現するとき
回路が複雑になりかつ経済的に高価になる欠点を有して
いた。

（発明が解決しようとする問題点）以上のごとく、従来のＰＭ復調方式はスペクトラムスク
ランブラにより雑音特性が影響をうけること、及び回路
構成が複雑であるという欠点を有していた。

（問題点を解決するための手段）本発明の特徴は、スペクトラムスクランブルされかつ位
相変調された送信波を受信する方式において、受信波を
周波数復調するＦ’Ｍ受信手段と、その出力に接続され
るスペクトラムデスクランブル手段と、その出力に接続
される積分手段とを具備するＰＭ信号の受信方式にある
。

（作用）上記構成によると、ＦＭ受信手段の出力の雑音スペクト
ラムが平坦となり従って雑音スペクトラムがスにクトラ
ムスクランブルの影響をうけず、又、積分手段の出力に
おける雑音スペクトラムはいわゆる逆三角形となって、
聴覚レベルの雑音を最小とすることができる。

（実施例）ＰＭ信号をＦＭ復調器と積分手段により復調可能なこと
は当業者には周知であシ、例えば科学新聞社発行の（１
９７２，９，３０）、書物「移動通信方式」（渡辺正信
著）の第５１頁に記載されている。

本発明はこの技術を発展させるものである。

第１図は本発明の１実施例を機能ブロックで示す図であ
って、２１は受信アンテナ、２２はＦＭ復調部、２３は
スにクトラムデスクランブル部、２４は積分部、２５は
出力端子部を表わしており、ｍ、ｎ、ｏはそれぞれ観測
点を示している。第１２図は本発明の実施例における各
観測点のスペクトラムを模式的に表わした図で、に）、
　（ｎ）　、　（、）は第１図の点ｍ　ｒ　ｎ　＊　Ｏ
に対応している。

第１図において、ＦＭ受信部２２とスペクトラムデスク
ランブル部２３と、積分部２４が縦続接続されて処理機
能を構成している。かかる処理機能を用いて第８図に示
す既に開示したスペクトラムスクランブル送信機で発射
されるＰＭ変調波を受信するとき、第１図の各点には、
第１２図に示すスペクトラムが生じ、第１２図（０）に
示す如く第１０図（ｉ）の入力信号のスペクトラムが正
しく受信され、かつフェージング雑音が第６図（ｉ）の
逆三角形を成し通話品質が全く秘話を使用しないＰＭ受
信時に比較して劣化しない事が知れよう。ここでＦＭ復
調出力信号が第１２図ｈ）の様なスペクトラムを有する
事を説明する。

第１３図はＰＭ復調部の詳細な構成例を示す図である。

同図において、２６はＰＭ復調機の入力端子、２７はＦ
’Ｍ復調機、２８は積分フィルタ、２９はＰＭ復調機の
出力端子である。かかる構成はＦＭ復調機の動作安定度
が優れている点に着目しＦＭ復調機を使用した、ＰＭ復
調機の構成例を示すものである。

第７図に示す本出願人が開示した従来のスペクトラムス
クランブル受信方式（特願昭５８−１７９３９．５）の
１０のＰＭ復調手段に第１３図の構成を有するＰＭ復調
手段を適用すると第１５図に示す構成を有するスペクト
ラムスクランブル受信方式が得られる。

第１５図において、３０は受信アンテナ、３１はＦＭ復
調手段、３２は積分手段、３３は微分手段、３４はスペ
クトラムデスクランブル手段、３５は積分手段、３６は
出力端子であり、ｒ、ｓｅｔは観測点を示す。同図にお
いて、３３の微分と３５の積分が付加手段であり、３１
のＦ’Ｍ復調、３２の積分、３４のスペクトラムデスク
ランブル手段は必須手段である。

第１６図にス被りトラムスクランブラ手段の一実現例を
示す。第１６図において、４０は入力端子、４１はミキ
サ、４２は局部発振器、４３はロー／セスフィルタ、４
４〜４６はスイッチ、４７〜４９はバンド・セスフィル
タ、５０〜５２は二キサ、５３〜５５は可変周波数局部
発振器、５６〜５８はカットオフ周波数が調整可能なロ
ー・セスフィルタ、５９は加算器、６０は出力端子であ
り、ＥＡ。

ＥＢ　、・・・、　ＥＰは各々観測点である。これら各
点に表われるスペクトラムを第１７図（ＥＡ）〜（ＥＭ
）に示す。

第１７図において（ＥＡ）〜（ＥＭ）は点ＥＡ−ＥＭに
各々対応している。局部発振器４２の周波数はｆｌ＋ｆ
２（＝ｆｏ）ニ固定、ロー・々ス４３のカットオフ周波
数はｆ２に、又バ／トノＪスフィルタ４７〜４９０通過
域帯域はＣｆｔ　、　ｆｔ＋１ｗ）　、　Ｃｆｔ＋１ｗ
、ｆｌ−Ｖ２ｆｖｔ〕。

Ｃｆ２−ｆｗ、ｆｚ）に各々固定されている。ここにｆ
ｗ　＝　（ｆｚ−ｆｔ　）／ｍであり、入力信号の帯域
分割数ｍと入力帯域幅Ｃｆｚ−ｆｔ　）によって定まる
。ここでは帯域分割数ｍを３の場合について説明するが
ｍが３以外の場合でも容易に類推できるので説明を省く
。可変局部発振器の発振周波数を各々５３は２（ｆ１＋
ｆｗ）、５４は２（ｆｔ＋１ｗ）、５５は２ｆｚ　　ｆ
ｗ　（！：　Ｌ、可変カットオフロー・セスフィルタの
カットオフ周波数を各々５６　ｔ”　ｆｔ＋２ｆｗ、　
５７ｋ　ｆｔ　＋ｆｗ、　５８　ｔ　ｆ２に設定し、ス
イッチ４４ｔＥＡ側に、４５ｉＥＢ側に、４６をＥＡ側
に設定する。

第１７図（ＥＡ）に模式的に示したスペクトラム？有す
る信号を入力端子４０に入力すると、点Ｅ８には（ＥＢ
）に示す様に単純スペクトラム反転した信号が現われる
。（ＥＡ）および（ＥＢ）は、バンド・ぐスフィルタ４
７〜４９で形成されるフィルタパンクで（ＥＡ）　、　
（ＥＢ）に点線で示す様にｍ個に帯域分割される。図中
１　、２　、３Ｆｉ入力信号の帯域に存在していた信号
成分を意味し、（ＥＢ）の様、ｌ１％１．３／は各成分
が反転している事を示す。４４と・【７′Ｊ土、（ＥＡ
）の１の成分を抽出しくＥＣ）のスペクトラムが点ＥＣ
に現われる。５３の出力と４７の出力との積全ミキサ５
０は出力し、その出力信号のスペクトラムは図１７の（
ＥＤ）の様に両側波となる。この両側波の下側のみ５６
で抽出すれば、点ＥＥにスペクトラム（ＥＥ）が現われ
る。

この操作により成分ｌは反転され、かつ周波数ｆｗのみ
偏位される。４５と４８の作用により、スペクトラム（
ＥＦ）が抽出された後、ミキサ５１で局部発振器５４の
出力信号で変調し変調波の下部側帯波を５７で抽出すれ
ばスペクトラム（ｇＨ）が求まる。この間、成分２は、
周波数ｆｗのみ下方へ偏位される。

第３の信号成分３は、４６と４９で抽出された後、ミキ
サ５２で局部発振器の出力で変調され、変調波の下部側
帯波を抽出して、同一周波数域においてスペクトラム反
転の操作を受ける。３点ＥＥ　、　ＥＨ、ＥＬ　　にお
ける３信号の和を５９の加算器で求めれば点ＥＭにスペ
クトラム（ＥＭ）が現われる。

スペクトラム（ＥＡ）と（ＥＭ）とを比較すれば良く判
る様に、各成分はスイッチ４４〜４６の状態と、局部発
振器５３〜５５の周波数によシ２”ｍｊ通シのスペクト
ラムスクランブルの・ぐターンが得られる。今、（ＥＭ
）は示すパターンをスクランブル出力とすれば、デスク
ランブルは、この操作の逆を行えば良い。すなわち、（
ＥＭ）における成分ｌｔｆｗ上へ偏位し、成分２を反転
しかつｆＷのみ下へ偏位し、成分３を反転すれば源信号
のスペクトラム（ＥＡ）が求まる。かかるスペクトラム
デスクランブル手段は、第１６図の４４をＥＢ側に、４
５をＥＡ側に、４６をＥＢ側に設定し、かつ局部発振器
５３〜５５の発振周波数を各々５３を２ｆ　ｔ　＋　３
ｆｗに、５４を２Ｃｆｌ＋ｆｖｉ）に、５５を２　（ｆ
ｔ　＋２ｆｗ　）に設定、５６〜５８０ローノクスフイ
ルタのカットオフ周波数ヲ各々、５６ｔｆｚに、５７ｔ
ｆｔ＋ｆｗに、５８をｆｔ＋２ｆｖに設定する事で実現
できる。

ところで、微分手段は入力信号Ｇ（、？”）　ｔ、ｆＧ
（ト）なるスペクトラムに変換する機能を、積分手段は
入力信号Ｆ（ｆ）ｔ　ｆ−２Ｆ（ｆ）なるスペクトラム
に変換する機能を有している。ここにｆは周波数を示す
。

第１５図において、観測点ｔのス（クトラムは、同ｒの
スペクトラムに等しい事は３２の積分と３３の微分とが
相殺（ｆ″″・ｆ＝１）する事から理解できる。換言す
れば３１のＦＭ復調出力を直接スにクトラムデスクラン
ブルしても、第７図に示す様にＦＭ復調出力（第１５図
Ｓ点に対応）？微分してからスペクトラムデスクランブ
ルしてもデスクランブラの特性が等しい時正しく一致す
る。したがって本発明の実施例の点ｍのスにクトラムが
第１２図（ホ）の如くなる事が示される。

議論を第１５図に戻す。３２の積分と３３の微分全土め
相殺し３１の出力の出力を３４のデスクランブラへ導く
様にする時得られる構成が、本発明となる・本発明の実施例である第１１図において、２２０ＦＭ復
調手段と２４の積分手段はそれぞれＰＭ復調手段の部分
である。第１１図は、実はスペクトラムデスクランブラ
２３を第１３図に示すＦＭ復調−の点Ｐに挿入した構造
を有し、−切の付加手段を有さない事が明らかである。

以上説明した様に、本発明の方式によれば、Ｆ’Ｍ復調
手役とスペクトラムデスクランブル手段と積分手段とを
縦列的に使用する事によシ、通信の機密度を高める事が
できる第１の利点が、受信時に混入する７エーノング雑
音がデスクランブルに際し変形されて通話品質が劣化す
る事を完全に防止しうる第２の利点が“、かつ−切の付
加手段を使用しないので本発明の適用にあたり回路の型
造コストが高くなる事は全く生じない第４の利点が得ら
れる。

以上、主に聴覚的雑音レベルに着目し通話品質の劣化防
止とその経済的な実現技術の開示に力点を置いて説明し
てきた。以下は、本発明で開示したスペクトラム反転ラ
”ンブル受信方式と、既に開示されている第８図に示す
ス４クトラムスクランブル送信方式（特願昭５８−１８
０６３６）とを組み合せるとき、ＰＭ伝送路での秘話度
と干渉耐力を向上する新しい効果が生じる事を示す。

第８図１５の入力端子に電力Ｇ（ｆ）なる信号を入力す
る。１６の微分、１７のスクランブラ、１８の積分手段
により、点ｔに電力Ｔ（ｆ）なる信号が得られる。すな
わち、ＴＣｆ）はＴ（ｆ）＝　ｆ−ｓＣｆ　ａｃｆ）Ｅ　　　　　　　　
　　（１）ここにＳ〔＊〕はスペクトラムスクランブル
を示し、信号＊がスクランブルされＳ〔＊〕が求まる。

式１のＴ（ｆ）をＰＭ変調し発射し本発明の方式の実施
例である第１１図の２２においてＦ’Ｍ復調するとき、
ＰＭ伝送路が理想的ならば、復調電力Ｒ（ｆ冠、Ｔ（ｆ
）の微分形、すなわちｆ　Ｔ（７）と与えられる。した
がってＦｔＣｆ）＝　ｆ　Ｔ（ｆ）＝ｓ［：ｆｃ（ｆ））　　
　　　　　（２）本発明の方式においては、ＦＭ復調後
、ただちにス（クトラムデスクランブルされ、２４で積
分され出力される。出力信号の電力をＯＣｆ）とすれば
、次の様に与えられる。

０（ｆ）＝ｆ″″ｓ　　（Ｒ（ｆ））　　　　　　　　
　（３）ここにＳ−１（＊：］はスペクトラムデスクラ
ンブル機能を表わし、次の関係を満たす。

ｓ−”ｓ（＊）＝　５ｓ−１（＊）　＝　＊式３に、式
２を代入すれば、０（ｆ）＝ｆ−２８−１［Ｓ〔ｆ２Ｇ（ｆ）１＝ｆ″″
ｓ　　ｓＣｆ　ａ（ｆ））＝　ｃ（ｆ）　　　　　（４
）となシ、ＰＭ伝送路が無雑音無歪み条件を満たす場合
、送信入力信号ＧＣｆ）が正しく受信側で再生される事
が知れる。したがって、本発明が第４の利点を有する事
が明らかになる。

（発明の効果）以上のごとく、本発明によると簡単な構成で、スペクト
ラムスクランブルに影響されない雑音特性をもつＰＭ受
信方式が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は従来の
受信方式各部のスペクトラムを模式的に表わした図、第
３図は送信方式の例を示すプロ。り図、第４図は送信方式各部のスペクトラムを模式的に
表わした図、第５図はＰＭ復調時に混入するフェージン
グ雑音電力の長時間平均ス（クト２ムを示す図、第６図
はフェージング雑音の典型的な電力スペクトラム・母タ
ーンを示す図、第７図は、従来の受信方式の別の例を示
すブロック図、第８図は、従来の送信方式の別の例を示
すブロック図、第９図は受信方式各部のスペクトラムを
模式的に表わした図、第１０図は送信方式各部のスペク
トラムを模式的に表わした図、第１１図は従来の受信方
式を示すブロック図、第１２図は本発明の実施例各部の
スペクトラムを模式的に表わした図、第１３図はＰＭ復
調手段の詳細な構成を示すブロック図、第１４図はＰＭ
復調手段各部のスペクトラムを模式的に表わした図、第
１５図は、ＦＭ復調手段を用いた秘話受信方式の構成を
示したブロック図、第１６図は、スにクトラムスクラン
プラの一実現例、第１７図は第１６図の各部のスペクト
ラムを模式的に表わす図である。１．９，２１，３０・・・受信アンテナ、２．１０・・
・ＰＭ復調部、３，１２，２３・・・スペクトラムデス
クランブル部、６，１７，３４・・・スペクトラムスク
ランブル部、７．１９・・・ＰＭ変調（送信）部、８．
２０・・・送信アンテナ、１１，１６．３３・・・微分
部、１３，１８，２４，２８，３２，３５・・・積分部
、２２，２７，３１・・・ＦＭ復調部、４０・・・入力
端子、４１．５０〜５２・・・ミキサ、４２，５３〜５
５・・・局部発振器、４３．５６〜５８・・・ローパス
フィルタ、４４〜４６・・・スイッチ、４７〜４９・・
・バンド・母スフィルタ、５９・・・加Ｘ器、６０・・
・出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】

スペクトラムスクランブルされ、かつ位相変調された送
信波を受信する方式において、少くとも受信波を周波数
復調するＦＭ受信手段と、ＦＭ受信手段の復調出力信号
についてスペクトラムデスクランブルする手段と、デス
クランブルした出力を積分する手段を設け、位相変調（
ＰＭ）無線伝送路においてスペクトラムスクランブルを
施した信号を受信する事を特徴とするスペクトラムスク
ランブル受信方式。