JPS62172829A - フレ−ム同期方式 - Google Patents

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】 〔概要〕 音声信号の周波数スクランブル暗号化方式の暗号化復号
化のフレーム同期方式において、サンプリング周波数の
１／ｎの周波数の信号の位相検出は、該１　／　ｎの周
波数の信号の１フレーム分を高速フーリエ変換処理して
平均化することによる位相検出で行い、フレーム同期誤
差を修正するようにすることで、フレーム同期を雑音が
あっても正確にとれるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、音声帯域通信路における音声信号の秘話対策
として用いられる、周波数スクランブル暗号化方式の暗
号化復号化のフレーム同期方式の改良に関する。

音声帯域通信路における音声信号の秘話対策として帯域
の拡がりや信号遅延の少ない方式である周波数スクラン
ブル暗号化方式が良く使用されている。

この方式の１例について以下説明する。

第４図は周波数スクランブル暗号化方式のブロック図、
第５図は第４図の各部の波形図で（Ａ）〜（Ｄ）は第４
図のａ　”　ｄ点に対応している。

図中１，７はＡ−Ｄ変換器、２．８は高速フーリエ変換
器（以下ＦＦＴと称す）、３ばスペクトル挿入部、４は
暗号化装置、５．１１は逆高速フーリエ変換器（以下逆
ＦＦＴと称す）、６．１２はＤ−Ａ変換器、９はスペク
トル除去器、１０は復号化装置、１３．１４は同期回路
を示す。

第５図（Ａ）に示す音声信号はＡ−Ｄ変換器工にて、秘
話強度、遅延、処理能力等より３２ｍ５を１フレームと
し、８ＫＨｚのサンプリング周波数にてサンプリングさ
れ、ディジタル信号に変換され、ＦＦＴｚ２で処理され
て、周波数軸に変換され、スペクトル挿入部３にて秘話
信号の包絡線を平坦にする為にダミースペクトルが挿入
され、第５図（Ｂ）に示す周波数列の信号となり、暗号
化装置４に入力し、鍵によりスクランブル（転置）し、
第５図（Ｃ）に示す信号となり、逆ＦＦＴ５に入力し再
び時間波形に変換され、Ｄ−Ａ変換器６にて第５図（Ｄ
）に示す包路線が平坦なアナログ信号に変換されて秘話
（ｉ号として受信側に出力される。

受信側では、Ａ−Ｄ変換器７にてディジタル信号に変換
され、ＦＦＴ８にて周波数列のスペクトルに変換され、
スペクトル除去器９にてダミースペクトルが除去され、
復号化装置ｌＯにて鍵によりデスクランブル（逆装置）
され、逆ＦＦＴＩＩにて時間波形に変換されＤ−Ａ変換
器１２にて復号化された音声信号を得るものである。

この場合、暗号通信の開始に際し、暗号化と復号化の同
期をとる為に同期回路１３より同期の為の信号を送り、
受信側の同期回路１４にて、暗号化のスタート点と復号
化の開始点とを一致させるようにしているが、このフレ
ーム同期は雑音があっても正確にとれることが望ましい
。

〔従来の技術〕

第６図は従来例のフレーム同期方式のブロック図、第７
図は第６図におけるｆｌ、ｆ２．２波によるフレーム同
期化説明図、第８図はｆｌ、ｆ２゜２波の振幅比に対す
る遅延量の特性図、第９図はサンプリング周波数（８Ｋ
Ｈ２）の１　／　ｎの周波数が２ＫＨｚの時の位相ずれ
を示す特性図、第１０図は第９図における各サンプル時
点における０〜３サンプル同期ずれの場合の振幅を示す
図である。

図中１５はクロック発生器、１６．２３はカウンタ、１
７ば信号発生部、１８はｆｌ波検出部、１９．２１は演
算回路、２０はシフト回路、２２は振幅検出回路を示し
、尚全図を通じ同一符号は同一機能のものを示す。

クロック発生器１５にて作成されたクロックパルスによ
り、カウンタ１６にてフレーパルスと暗号化開始パルス
が生成される。

信号発生部１７よりフレームパルスに同期して周波数の
異なる２波ｆｌ、ｆ２が交番に逆ＦＦＴ５（暗号処理と
同期処理に共用して用いる）に入力して、第７図（Ａ）
に示す如く１フレーム毎に交番に時間軸の正弦波として
、受信側で遅延を、（ｎ−１）サンプリング内に修正可
能なフレーム数である例えば２０フレームＤ−Ａ変換器
６を介して受信側に送出する。　次は、サンプリング周
波数の１　／　ｎの周波数の信号、例えばサンプリング
周波数が８ＫＨｚならば１／４の２ＫＨｚの信号ｒ３を
信号発生部１７より送出し、逆ＦＦＴ５にて時間軸の正
弦波として１フレーム以上所定フレームＤ−Ａ変換器６
を介して送信する。

受信側では送られてきた第７図（Ｂ）に示す信号の先頭
のｆｌ波をｆ１波検出部１８にて検出し、ＦＦＴ８　　
（同期処理と復号処理に共用している）にスタート信号
を送る。

ＦＦＴ８では、この時点から１フレーム分の信号（遅延
によりｆ２波を含む）より第７図（Ｃ）の（イ）に示す
如＜ｆｌ、ｆ２．波のスペクトル振幅を抽出し、演算回
路１’ｌに送る。

演算回路１．’ｌではｆｌ波の振幅ａｌ、ｆ２波の振幅
ａ２を２進数で表した時の桁数の差で、１ｏｇｚ　（ａ
ｌ／ａ２）と近似した値を求め、第８図のｌｏｇｚ　（
ａｌ／ａ２）と遅延量Δτとの関係を示す特性図に従っ
て作られた同期テーブルを用い同期ずれを推定し、シフ
ト回路２０に送り、シフト回路２０ではこれにより２フ
レーム後迄のシフト量ΔＳ、即ちフレーム開始を知らせ
るパルスをＦＦＴ８及びカウンタ２３に送り、前記と同
様に、第７図（Ｃ）の（ロ）に示す如く、［１，ｆ２．
波のスペクトル振幅を抽出し、演算回路１９にて同期ず
れを推定し、２フレーム後迄のシフト量、即ちフレーム
開始を知らせるパルスをＦＦＴ８及びカウンタ２３に送
る動作を、２０フレーム分繰り返して行う。

こうすると、タイミングの誤差が（ｎ−１）＝３サンプ
リング内に納まる。

カウンタ２３は２０フレーム分をカウントすると、切り
替え信号をシフト回路２０に送り、入力を演算回路２１
側に切り替える。

この時第９図に示す２ＫＨｚのｆ３波が振幅検出回路２
２に入力する。

この入力した２ＫＨｚの信号を正しい同期位置（第１０
図のサンプル点Ｏ）で受信ずれば、位相ずれは０で、１
サンプルずれた場合は９０度、２サンプルずれれば１８
０度、３サンプルずれれば２７０度となる。

この２ＫＨｚの信号を第１０図（Ａ）に示す如く、正し
い同期位置サンプル点Ｏ及び１〜３サンプルずれた点の
０〜３サンプルずれた場合の振幅を示すと（Ｂ）に示す
如くなる。

この（Ｂ）に示す振幅のデータを２点、例えばＯサンプ
ル点と３サンプル点のデータをテーブルとして演算回路
２１に持たせておき、振幅検出回路２２にてＯサンプル
点と３サンプル点の振幅を検出し、演算回路２１に送り
、ここでテーブルと比較してタイミングの誤差を判定し
て、シフト回路２０よりシフトｉｔを振幅検出回路２２
及びカウンタ２３に送り、サンプル点のタイミングを修
正することを、所定フレーム数例えば１フレーム分行う
と、暗号化開始とのタイミング誤差は１サンプル以内と
なる。

この時点でカウンタ２３より復号化開始パルスを発する
。

このように、ｆｌ、ｆ２．波により演算回路１９側で、
暗号化開始と復号化開始とのタイミング誤差を（ｎ−１
）サンプル以内に納め、ｆ３波により演算回路２１側で
タイミング誤差を１サンプル以内にするようにしている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ｆ３波によりタイミング誤差を１サンプ
ル以内にするのには、［３波の２点のサンプリング点に
おける振幅の瞬時値を用いてデープルをルックアンプし
正しいフレーム位置からの位相ずれ（サンプルずれ）を
検出して行っているので、この２点の振幅が雑音により
変動すると、位相検出を誤る場合がある問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、復号化開始時点を求める為の、サンプリ
ング周波数の１　／　ｎの周波数の信号ｆ３波の位相検
出は、該１　／　ｎの周波数の信号を１フレーム分を高
速フーリエ変換処理して平均化することによる位相検出
で行い、フレーム同期誤差を修正するようにした本発明
のフレーム同期方式により解決される。

〔作用〕

本発明によれば、ＦＦＴにて、１フレーム内のサンプリ
ング周波数の１　／　ｎの周波数の信号を平均すること
により、１フレーム内における平均位相を求め、この位
相により従来と同様にして暗号化開始と復号化開始との
タイミング誤差が１サンプル以内になるよう修正してい
る。

従って、雑音により数サンプル点マスクされてもこの影
客は平均化されるので、雑音の影ξの少ないフレーム同
期を行うことが出来る。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の受信側のフレーム同期回路の
ブロック図、第２図はｆ３波をサンプリング周波数の１
／４にとった場合の第１図の演算回路の位相ずれ判定動
作説明図、第３図は一般的な場合の第１図の演算回路の
動作説明図である。

図中２４は演算回路、２５．２６は符号判定部、２７は
比較回路、２８．３１は位相判定部、２９はＣｏｓ　−
’　ａ３ｒ／八演算へ、３０は５ｉｎ−’ａ３ｉ／Ａ演
算部、３２は位相判定テーブル部を示す。

第１図で第６図の場合と異なる点は、サンプリング周波
数のｌ／Ｈの周波数の信号１３波による位相検出を振幅
検出回路２２を用いず、ＦＦＴ８を用いた点である。

この点に付いて説明すると、ｎ＝４とした第９図第１０
図に示す２ＫＨｚのｆ３波をＦＦＴ８にて１フレーム分
フーリエ変換処理をすると、周波数の実数部ａ３ｒ、虚
数部ａ３ｉの振幅は第２図（Ｂ）に示す如く、実数部は
第１０図の０サンプル時点、虚数部は３サンプル時点と
同様になり、実数部ａ３ｒと虚数部ａ３ｉの絶対値の差
、及びＡ／２．−Ａ／２のしきい値にて符号を判定すれ
ば、第２図（Ｃ）に示す如くなる。

従って、第２図（Ａ）に示す如く演算回路２４にてＦＦ
Ｔ８の出力の、実数部ａ３ｒと虚数部ａ３１の符号を符
号判定部２５．２６にて判定し、又実数部ａ３ｒと虚数
部ａ３ｉとの絶対値の差を比較回路２７にて求め位相判
定部２８に入力すれば、ずれていないか、１〜３サンプ
ルずれか判定出来るので、このずれに応じてシフト回路
２０にてシフトさせれば、従来と同じくタイミング誤差
を１サンプル以内とすることが出来る。

ｎが４以外の値をとる時は第３図に示す如＜■パＦＴ８
の出力の実数部ａ３ｒと虚数部ａ３ｉより、Ｃｏ５−　
’　ａ３ｒ／Ａ演算部２９．５ｉｎ−’ａ３ｉ／Ａ演算
部３０より、但しＡ＝（ａπＴ青３ｉＴ Ｃｏｓ　’ａ３ｒ／Ａ及び　５ｉｎ−’ａ３ｉ／Ａを求
め、位相判定部３１に入力し、これ等のデータより位相
判定が出来る予め用意しであるテーブルを持つ位相判定
テーブル部３２を用い、位相判定を行って、シフト回路
２０にてシフトさせれば、従来と同じくタイミング誤差
を１サンプル以内とすることが出来る。

以上の場合ＦＦＴ８の出力ば、ｌフレーム内のサンプリ
ング周波数の１　／　ｎの周波数の１８号を平均するこ
とにより、１フレーム内における平均位相を求めたもの
であるので、雑音により数サンプル点マスクされてもこ
の影響は平均化されるので、雑音の影響は少ないフレー
ム同期を行うことが出来る。

尚ＦＦＴ８は共用して使用するので回路規模を小ざくす
ることも出来る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明せる如く本発明によれば、雑音の影響は
少ない、暗号化開始と復号化開始とのフレーム同期を行
うことが出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の受信側のフレーム同期回路の
ブロック図、 第２図はｆ３波をサンプリング周波数の１／４にとった
場合の第１図の演算回路の位相ずれ判定動作説明図、 第３図は一般的な場合の第１図の演算回路の動作説明図
、 第４図は周波数スクランブル暗号化方式のブロック図、 第５図は第４図の各部の波形図、 第６図は、従来例のフレーム同期方式のブロック図、 第７図は第６図におけるｆｌ、ｆ２，２波によるフレー
ム同期化説明図、 第８図はｆｌ、ｆ２，２波の振幅比に対する遅延量の特
性図、 第９図はサンプリング周波数（８ＫＨ２）の１／ｎの周
波数が２　Ｋ　Ｈｚの時の位相ずれを示す特性図、 第１０図は第９図における各サンプル時点におけるＯ〜
３サンプル同朋同期の場合の振幅を示す図である。 図において、 １．７はＡ−Ｄ変換器、 ２．８は高速フーリエ変換器、 ３はスペクトル挿入部、 ４は暗号化装置、 ５．１１は逆高速フーリエ変換器、 ６．１２はＤ−Ａ変換器、 ９はスペクトル除去器、 １０は復号化装置、 １３．１４は同期回路、 １５はクロック発生器、 １６．２３はカウンタ、 １７は信号発生部、 １８はｆｌ波検出部、 １９．２１．２４は演算回路、 ２０はシフト回路、 ２２は振幅検出回路、 ２５．２６は符号判定部、 ２７は比較回路、 ２８．３１は位相判定部、 ２９はＣｏ５１ａ３ｒ／八演算部、 ３０は５ｉｎ−１ａ３ｉ／八演算部へ ３２は位相判定テーブル部を示す。 、木全和耳の爽屓邑イク゛ｌのｅ１Ｌ但・１の７し一ム
同兵■巨請芥のブ盲ツク園＃１　圀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周波数の異なる２波を交互に所定フレーム送信した後、
   サンプリング周波数の１／ｎ（ｎは３以上の整数）の周
   波数の信号を１フレーム以上所定フレーム送信し、受信
   側では最初に送出された波を検出後、高速フーリエ変換
   処理により１フレーム期間の該２波のスペクトラム振幅
   により同期誤差を求め、この同期誤差が（ｎ−１）サン
   プリング周期以内になるよう繰り返し修正後、該サンプ
   リング周波数の１／ｎの周波数の位相検出を行いフレー
   ム同期誤差を修正する、 音声信号の周波数スクランブル暗号化方式の暗号化復号
   化のフレーム同期方式において、 上記サンプリング周波数の１／ｎの周波数の信号の位相
   検出は、該１／ｎの周波数の信号の１フレーム分を高速
   フーリエ変換処理して平均化することによる位相検出で
   行い、フレーム同期誤差を修正するようにしたことを特
   徴とするフレーム同期方式。