語音通信保密裝置的製作方法
2023-10-24 06:31:27
專利名稱：語音通信保密裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及通訊領域，尤其涉及一種適應各種不同類型的有線、無線和IP語音通信終端的語音通信保密裝置。
背景技術：
當今世界通信事業發展日新月異，各種通信技術層出不窮，然而，不管通信技術如何變革更新，人類最直接、最廣泛使用的仍然是語音通信手段。隨著電話由固定形式到移動形式，由地面形式到空間形式，由PSTN形式到IP形式等各種技術的革新和相互作用，語音通信保密安全技術和手段也在發生著深刻的變化。為了適應語音通信安全的需要，人們研製出了各種類型的保密設備。但儘管研發人員的思路、手段有所不同，其設計思想卻如出一轍，即安全設備始終隨著通信終端走，窮其思路，在通信終端上做文章。由於通信終端種類繁多，不同的終端需不同的保密設備，到目前為止，還沒有一部能適應不同種類通信終端的語音安全設備問世。
實用新型內容為了解決上述存在的問題，本實用新型的目的是提供一種語音通信保密裝置，該裝置採用一種語音安全設備應對多種通信終端設備，實現語音的通信安全，以擾碼的獨立性和設備的移動性，在擾碼因人而異，設備隨人而動的基礎上，解決語音通信的安全問題，實現人類語音信息安全由專一性向普遍性方向的發展。
本實用新型的技術方案是這樣實現的，一種語音通信保密裝置，包括接口、放大器和保密器，保密器包括加密器和解密器，加密器一端連接放大器通過接口與與麥克連接，另一端通過放大器將信號發送到通訊終端，形成發送加密支路；解密器通過接口和耳機連接，另一端通過放大器接受通訊終端的信號，形成和接收解密支路。
所述加密器為擾頻器，解密器為解擾器。
所述加密器為擾頻器，解密器為解擾器，在發送加密支路和接受解密支路上還有頻率合成器分別與擾頻器和解擾器連接。
所述加密器為跳頻器，解密器為解跳器，在跳頻器和解跳器之間還設有同步器。
所述加密器為亂碼器，解密器為解碼器，在發送加密支路和接受解密支路上還有還具有數模轉換器，在亂碼器和解碼器之間設有同步器。
接收解密支路和發送加密支路分別設有均衡器。
上述技術方案歸納起來基本為以下四種1.簡單頻率域加擾方案的語音通信保密裝置擾頻器將送話器發送的語音信號用一種載頻或幾個不同的載頻加擾，解擾器按照其加擾方式對加擾的語音信號進行相應的解擾。這種方式只使用加擾電路內部本身具有的幾種加擾功能和幾種密鑰功能，該設備實現起來比較簡單，所以保密要求不高的語音加擾系統中可採用。
2.中等密鑰強度頻率域模擬加擾方案的語音通信保密裝置是用頻率合成器或採用多頻率源產生很多主頻頻率，在其主頻率和擾頻器本身具有的擾頻功能對語音信息進行擾頻，頻率合成器和擾頻器本身具有的功能結合而產生很多密鑰和擾頻序列。解擾器結合頻率合成器對語音信號進行相應的解擾。
3.高強度密鑰頻率域-時間域模擬加擾方案的語音通信保密裝置將送話器發送的語音信號進行時間域和頻率域的跳頻加擾，所加擾的載頻和時間間隔按預先設計的偽隨機序列表(跳頻圖案)進行跳頻，並發送同步碼，同步碼中包含隨機序列跳頻圖案起始點信息。解跳器根據同步碼對加密的語音信號進行解擾。
4.語音數字加密方案的語音通信保密裝置將送話器發送的語音信號進行模數轉換，並進行壓縮、數字加密後經傳送到通信終端；解密器為解碼器，將加密後的語音信號進行數字解密後傳送到受話器，接收設備接收密鑰同步碼，靠同步碼進行收發雙方的密鑰同步，這種方案是現代密碼學理論基礎而實現的方案，根據不同的密鑰算法和加密算法形成各種各樣的方案及設備，語音數字加密技術的最大特點是密碼強度極高，密碼和密鑰的算法都很複雜，密度也很強。
在第3、4個技術方案中還可加入MODEM或均衡器，用來根據信道質量情況對信道進行均衡，對不同頻帶進行不同預加重以減少語音信息的失真。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是本實用新型語音通信保密裝置跳出了傳統的開發思路，避開通信終端，在語音通信的「源」(語音的源頭——嘴巴)和「宿」(語音的歸宿——耳朵)上做文章，在真正解決語音安全問題的前提下，開創了「一種擾碼設備適應百種通信終端」的先河。其實用新型點在於不是讓安全設備跟著通信終端走，而是讓其緊跟著人類的耳朵和嘴巴，把安全的「警戒點」放在「源」和「宿」上——不論通信設備如何變化，語音的「源」發自嘴巴，「宿」歸於耳朵的原理不會變，抓住「源」「宿」，抓住語音通信的根本，以「以不變(擾碼設備不變)應萬變(通信終端可變)」的方式實現普遍意義上的語音通信安全。
保密質量高、音質好、功耗低，便於使用等特點，特別適合PSTN固定電話、IP電話、計算機電話、HF/VHF/UHF電臺、單邊帶、短波電臺、蜂窩電話、無繩電話，各種體制的手機以及其它有線、無線通信的話音保密通信上，根據不同使用場合和要求可廣泛推廣使用。
圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型實施例1的原理框圖；圖3為本實用新型實施例2的原理框圖；圖4為本實用新型實施例3的原理框圖；圖5為本實用新型實施例4的原理框圖；圖6為本實用新型語音通訊保密裝置發送支路加密的原理框圖；圖7為本實用新型語音通訊保密裝置接收支路解密的原理框圖；圖8為本實用新型語音通訊保密裝置中頻率合成器的原理框圖；具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。
實施例1如圖2所示，一種語音通信保密裝置，包括接口、放大器和保密器，保密器包括擾頻器和解擾器，擾頻器一端連接放大器通過接口與與麥克連接，另一端通過放大器將信號發送到通訊終端，形成發送加密支路；解擾器通過接口和耳機連接，另一端通過放大器接受通訊終端的信號，形成和接收解密支路。
其中，麥克發送的語音信號經放大器放大傳至擾頻器，擾頻器對語音信號進行加擾後再經放大後輸入到相應通訊終端，通訊終端將信號輸出、放大後經解擾器對信號解密，放大器將解密後的信號傳送至耳機，通過CPU按鍵來控制加密通話的開始和結束。
本實施例只用一個主頻率源，且只用加擾電路內部本身提供的加擾功能和密鑰功能進行工作，用CPU控制按鍵開關，選擇其中之一的密鑰，收發雙方按相同密鑰鍵時即可進行加擾通話。
擾頻電路是專為話音保密通信設計的一種高性能話音保密電路，具有多個可連續變動的可變分離頻帶(VSB)，可變分離頻帶(VSB)技術加擾是一種模擬語音加密技術，其原理是將話音頻帶劃分為多個頻帶後再分別進行擾頻，然後再合路輸出，因頻帶的劃分是可變的，因而加擾的密鑰也可變化，這就使其擾頻電路具有多密鑰的加擾功能。
本實施例的加擾方式為在幾個不同的載頻之間進行加擾和解擾。本實施例採用的簡單加擾電路具有有限的可變密鑰，話音恢復質量比較好，具有加擾模式/透明傳輸模式。加擾電路在微處理機的控制下進行載頻的變化和話音頻帶的分離。
下面根據圖6、圖7詳細說明擾頻技術的基本原理其加擾過程原理說明如下1.發送預加重為了補償傳輸中的信號衰減，在語音信號進行分離之前進行預加重，而在解擾側進行去加重。
2.發送TX下邊帶輸入濾波器本電路將語音信號分離為兩部分即上邊帶和下邊帶，下邊帶輸入濾波器將麥克的語音信號進行放大，並將其進行低通濾波，它選擇分離點以下語言信號頻譜，下變帶信號的帶寬受分離點的不同而不同，分離點的位置受內部數字分頻器和CPU的控制。
3.發送TX混頻器(平衡調製器)混頻器對下邊帶輸入濾波器的輸出信號進行混頻，進行頻率的顛倒變換，即高頻段頻率變為低頻段頻率，即變為下邊帶頻譜，低頻段頻率變為高頻段頻率。下邊帶頻譜作為擾頻信號的下邊帶信號發送出去。它的不同分離點頻率對應於下邊帶不同載頻。
4.發送TX下邊帶輸出濾波器它的功能是將平衡調製器產生的上、下邊帶信號中選擇下邊帶的信號，而濾掉上邊帶信號，下邊帶輸出濾波器的輸出信號將形成語音加擾信號的下邊帶信號。它將與上邊帶加擾信號合路後成為完整的語音加擾信號並發送出去。
5.發送TX上邊帶輸入濾波器上邊帶輸入濾波器輸出信號將被上邊帶混頻器調製，該濾波器輸出為分離點以上的上邊帶信號。
6.發送TX上邊帶平衡調製器(混頻器)該混頻器將上邊帶信號進行混頻後也形成兩個邊帶，一個頻譜變換到下邊帶和一個上邊帶信號，變換到下邊帶部分的頻率將被上邊帶輸出濾波器選擇後形成上邊帶加擾信號，即語音信號分離點以上的加擾頻率。
7.發送TX上邊帶輸出濾波器上邊帶輸出濾波器將選澤被混頻器變換到下邊帶的頻率，並形成語言加擾信號的上邊帶信號。
8.發送TX發送合路器對上邊帶和下邊帶語音擾頻信號進行相加，以形成完整的語音擾頻信號後進行傳輸。
9.發送支路去加重該電路用來補償發送支路上的預加重。
如圖7所示接收支路解擾過程如下接收支路解擾原理框圖解擾原理如下說明1.接收支路預加重2.接收RX下邊帶輸入濾波器它將接收到的語言下邊帶擾頻信號進行選擇。它的帶寬受頻率分離點設置而不同。
3.接收RX下邊帶混頻器(平衡調製器)它對下邊帶擾頻信號進行調製(混頻)，其載頻與發送支路的下邊帶載頻一致，調製後有兩個邊帶，其下邊帶變換到原來對應的下邊帶，即恢復到對應於原來基帶信號，如果發送支路和接收支路的載頻相等，則下邊帶信號就是希望恢復的下邊帶信號。調製後的上邊帶信號不被解擾，並由下邊帶輸出濾波器濾除。
4.接收RX下邊帶輸出濾波器選擇混頻器輸出的下邊帶信號，它的輸出是解擾信號的下邊帶部分，並送到合路器。
5.接收RX上邊帶輸入濾波器它選擇接收到的上邊帶加擾信號，並濾除接收信號噪音。
6.接收RX上邊帶混頻器(平衡調製器)它的載頻與發送支路的上邊帶載頻一致，調製後輸出有兩個部分，即上邊帶和下邊帶信號；其下邊帶信號顛倒變換到對應的下邊帶，當TX和RX的載頻相同時，下邊帶部分就是希望被恢復的上邊帶信號。混頻後的上邊帶信號被RX上邊帶輸出濾波器濾樣。
7.接收RX上邊帶輸出濾波器它的功能是選擇RX濾波器調製的下邊帶信號，它的輸出就是解擾信號的上邊帶部分，它將與下邊帶解擾信號進行合路，形成完整的解擾信號。
8.接收RX去加重它對被解擾的信號進行去加重，以減少語音信號失真，它與發送方的加擾電路配合使用。
本實施例的信號流程如下發送方送話器的語音信號經送到本實用新型設備，經放大後進入擾頻電路，具提擾頻過程如上發送支路擾頻工作過程的說明，經上下邊帶輸入濾波，混頻(平衡調製)後，選擇擾頻後的上下邊帶信號，合路後送到電話機電路並通過電話機送到線路上去。
接收方從電話機接收到的加擾信號也送到本實用新型設備，經放大濾波後進入解擾電路，它被上下邊帶濾波器濾波，混頻(平衡調製)後形成解擾信號，只要收發雙方載頻相同，即收發雙方密鑰同步而同一密鑰時，在接收方即可恢復原來發送方加擾的解擾信號，經上下邊帶輸出濾波器濾波、合路後形成已被解擾的明話，送到耳機(受話器)，具體解擾過程如上接收支路解擾工作過程的說明，當結束加擾通話後，再按同步鍵，收發雙方又進入明話狀態。
實施例2如圖3所示，本實施例的語音通訊保密裝置是在實施例1的基礎上增加頻率合成器，頻率合成器是將一個高穩定度的參考頻率經過各種處理生成具有同樣穩定度的大量離散頻率的技術。參考頻率可由高穩定度的晶體振蕩器產生，處理技術包括各種數字處理技術和鎖相技術，使合成的離散頻率與參考頻率有嚴格的比例關係，而且具有同樣的穩定度和精確度。頻率合成器有很多類型，在本實用新型中採用比較簡單的鎖相頻率合成法，它的優點是可以實現任意頻率和帶寬的頻率合成，電路簡單可靠、功耗低、體積小。
如下圖8所示，鎖相頻率合成器的工作原理如下本振及分頻器產生穩定的頻率和精度，壓控振蕩器VCO輸出的fo經程序分頻器分頻後變為fo/M，然後送入鑑相器，與參考頻率fc進行相位比較。鑑相器輸出相位誤差信號，經過環路濾波器後送至壓控振蕩器，調整其輸出fo，使得fo/M＝fc，鎖相環路進入鎖住狀態。此時壓控振蕩器輸出頻率為fo＝fc*M；通過CPU對頻率控制編碼進行控制，改變程序分頻器的分頻比M，就可得到不同的輸出fo。輸出頻率解析度為Δfo＝fc。
本方案中本振頻率為4.096MHZ，分頻係數＝512，輸出頻率FO＝2MHZ至8MHZ，參考頻率FC＝4.096/512＝8KC，M＝250-1000頻率控制編碼指令通過數/模轉換器(DAC)變成一個直流控制電壓，送至VCO，將VCO調整到輸出頻率附近，大大降低環路鎖定時間。由於採用高穩定度和高精度的本振4.096MHZ，其輸出頻率FO也是高穩定、高精度的。
本實施例的工作原理如下收發雙方通過明話或手機先約定這次通話時的密鑰，即確定收發雙方密鑰同步碼，這時CPU根據輸入按鍵自動選擇主頻和加擾電路內部載頻，雙方同步好後即可進入加擾通話，收發雙方按同步鍵並輸入該密鑰後就可進入加擾通話狀態。其信號流程是發送方送話器的語音信號送到本實用新型設備，經放大後進入擾頻電路，具體擾頻過程如上發送支路擾頻工作過程的說明，經上下邊帶輸入濾波，混頻(平衡調製)後，選擇擾頻後的上下邊帶信號，合路後送到電話機電路並通過電話機送到線路上去。
接收方從電話機接收到的加擾信號也送到本實用新型設備，經放大濾波後進入解擾電路，它被上下邊帶濾波器濾波，混頻(平衡調製)後形成解擾信號，只要收發雙方載頻相同，即收發雙方密鑰同步而同一密鑰時，在接受方即可恢復原來發送方加擾的解擾信號，經上下邊帶輸出濾波器濾波、合路後形成已被解擾的明話，送到耳機(受話器)，具體解擾過程如上接收支路解擾工作過程的說明，當結束加擾通話後，再按同步鍵，收發雙方又進入明話狀態。
可攜式設備的工作原理是可攜式設備不嵌入在電話機裡，即可隨身攜帶，在任何有電話機的地方，將其手柄拔下，然後將本實用新型設備接入手柄和電話機之間，即可進行如上工作過程。
這種中等密鑰強度加擾通話的密鑰比第一種簡單加擾設備(比如4種密鑰)的密鑰多得多，更不易被人竊聽或攻破，是比第一種更安全的加擾通話設備。
其加擾過程和解擾過程與實施例1方案相同。
實施例3如圖4所示，本語音通訊保密裝置的保密方案通過跳頻器和解跳器的調頻技術來實現，採用每個載頻在不同時間域內進行變化，以實現頻率-時間域的跳頻功能，同時加入同步器發送同步碼，使跳頻同步以使接收方能相應解密，跳頻同步是指收發雙方在相同的時刻使用相同的頻率。跳頻同步的內容包括跳頻頻率表相同，跳頻序列相同，跳頻的起止時刻相同。在發送支路和接收支路上都加有均衡器，用於根據信道質量情況對信道進行均衡，對不同頻帶進行不同預加重以減少語音信息的失真。
根據不同用途配置不同跳頻方案，使其具有更難破解和抗幹擾功能，該技術設備的關鍵是設計好的偽隨機碼序列以形成可靠的、密度強的跳頻圖案，偽隨機序列有很多種，利用各種偽隨機序列的各種跳頻圖案。
跳頻圖案一般可分為m序列跳頻圖案、改進的L-G跳頻圖案、M序列跳頻圖案、素數跳頻序列圖案、GMW序列構造的跳頻圖案等。
m序列是一種線性移位寄存器序列，是狹義的偽隨機序列，它易於產生和複製，廣泛用於擴頻通信中。各種編碼通信書籍中都提供n≤12的不可約多項式，可選擇使用，它是一種很成熟的技術，在本實用新型跳頻序列中也使用。
M序列數量大，可供選擇的序列數多，在跳頻和加密編碼具有極強的抗偵破能力，M序列是由非線性移位寄存器產生的碼長為2n的周期序列，M序列的構造也可在m序列基礎上實現。
基於m序列的幾種改進型序列方案還有；基於GF(P)上的m序列構造跳頻序列方案L-G模型，改進L-G模型等，它們有更大的密鑰量，也是可選方案之一。還有基於GMW序列構造跳頻圖案，具有比m序列複雜得多的特點。
本實用新型通過上述的跳頻圖案來實現本實用新型的技術方案。
本實施例的工作原理如下，當需要進行加擾通話時(密話)收發雙方首先按本地側PTT(push to talk)鍵(同步鍵)，通過同步電路發送本地側同步信息，收發雙方都收到對方同步信息後進行雙方都認可的同步算法計算，建立收發雙方的同步，第三方即使收到同步碼也不能同步，收發雙方同步後收發雙方進行加擾通話，要恢復到明話時再按一次PTT鍵即可退出加擾狀態。
語音的擾頻基本原理與實施例1、2的方案類似，但擾頻過程比上兩種複雜，其載頻按跳頻圖案進行跳躍變化，在頻率域和時間域進行跳變。
實施例4如圖5所示，由麥克發送的語音信號經放大器放大，由數模轉換器轉換為數位訊號，亂碼器對信號進行數字加密，同步器同時發送同步碼，加密後的信號再經過均衡器傳送至通信終端，接收支路的放大器對通訊終端的信號放大，經MODEM接收後，解碼器根據同步碼進行數字解密，再經過數模轉換器轉換為模擬信號放大後送到耳機。
權利要求1.語音通信保密裝置，包括接口、放大器和保密器，其特徵為保密器包括加密器和解密器，加密器一端連接放大器通過接口與與麥克連接，另一端通過放大器將信號發送到通訊終端，形成發送加密支路；解密器通過接口和耳機連接，另一端通過放大器接受通訊終端的信號，形成和接收解密支路。
2.根據權利要求1所述的語音通信保密裝置，其特徵為所述加密器為擾頻器，解密器為解擾器。
3.根據權利要求1所述的語音通信保密裝置，其特徵為所述加密器為擾頻器，解密器為解擾器，在發送加密支路和接受解密支路上還有頻率合成器分別與擾頻器和解擾器連接。
4.根據權利要求1所述的語音通信保密裝置，其特徵為所述加密器為跳頻器，解密器為解跳器，在跳頻器和解跳器之間還設有同步器。
5.根據權利要求1所述的語音通信保密裝置，其特徵為所述加密器為亂碼器，解密器為解碼器，在發送加密支路和接受解密支路上還有還具有數模轉換器，在亂碼器和解碼器之間設有同步器。
6.根據權利要求4或5所述的語音通信保密裝置，其特徵為接收解密支路和發送加密支路分別設有均衡器。
專利摘要本實用新型公開了一種語音通信保密裝置，包括接口、放大器和保密器，其特徵為保密器包括加密器和解密器，加密器一端連接放大器通過接口與與麥克連接，另一端通過放大器將信號發送到通訊終端，形成發送加密支路；解密器通過接口和耳機連接，另一端通過放大器接受通訊終端的信號，形成和接收解密支路。本實用新型語音通信保密裝置具有保密質量高、音質好、功耗低，便於使用等特點，特別適合PSTN固定電話、IP電話、計算機電話、HF/VHF/UHF電臺、單邊帶、短波電臺、蜂窩電話、無繩電話，各種體制的手機以及其它有線、無線通信的話音保密通信上，根據不同使用場合和要求可廣泛推廣使用。
文檔編號H04L9/12GK2912121SQ20062011615
公開日2007年6月13日 申請日期2006年5月22日 優先權日2006年5月22日
發明者徐鬥勳, 王好禮, 張麗豔 申請人:徐鬥勳, 王好禮, 張麗豔