CN101079681A - 语音通信保密装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种语音通信保密装置，包括接口、放大器和保密器，其特征为保密器包括加密器和解密器，加密器和保密器通过接口分别与麦克和耳机连接，形成发送加密支路和接收解密支路，其中加密器用于将送话器发送的语音信号加密后传送到通信终端；解密器用于将通信终端将接收的加密语音信号解密后传送到受话器。本发明公语音通信保密装置具有保密质量高、音质好、功耗低，便于使用等特点，特别适合PSTN固定电话、IP电话、计算机电话、HF/VHF/UHF电台、单边带、短波电台、蜂窝电话、无绳电话，各种体制的手机以及其它有线、无线通信的话音保密通信上，根据不同使用场合和要求可广泛推广使用。

Description

语音通信保密装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种适应各种不同类型的有线、无线和IP语音通信终端的语音通信保密装置。

背景技术

当今世界通信事业发展日新月异，各种通信技术层出不穷，然而，不管通信技术如何变革更新，人类最直接、最广泛使用的仍然是语音通信手段。随着电话由固定形式到移动形式，由地面形式到空间形式，由PSTN形式到IP形式等各种技术的革新和相互作用，语音通信保密安全技术和手段也在发生着深刻的变化。为了适应语音通信安全的需要，人们研制出了各种类型的保密设备。但尽管研发人员的思路、手段有所不同，其设计思想却如出一辙，即安全设备始终随着通信终端走，穷其思路，在通信终端上做文章。由于通信终端种类繁多，不同的终端需不同的保密设备，到目前为止，还没有一部能适应不同种类通信终端的语音安全设备问世。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明的目的是提供一种语音通信保密装置，该装置采用一种语音安全设备应对多种通信终端设备，实现语音的通信安全，以扰码的独立性和设备的移动性，在扰码因人而异，设备随人而动的基础上，解决语音通信的安全问题，实现人类语音信息安全由专一性向普遍性方向的发展。

本发明的技术方案是这样实现的，一种语音通信保密装置，包括接口、放大器和保密器，保密器包括加密器和解密器，加密器一端连接放大器通过接口与与麦克连接，另一端通过放大器将信号发送到通讯终端，形成发送加密支路；解密器通过接口和耳机连接，另一端通过放大器接受通讯终端的信号，形成和接收解密支路，其中

加密器用于将送话器发送的语音信号加密后传送到通信终端；

解密器用于将通信终端将接收的加密语音信号解密后传送到受话器。

所述加密器为扰频器，将送话器发送的语音信号通过一种载频或几个不同的载频按规律加扰；解密器为解扰器，对加扰的语音信号进行相应的解扰。

所述加密器为扰频器，解密器为解扰器，在发送加密支路和接受解密支路上还有频率合成器分别与扰频器和解扰器连接，频率合成器用于产生多个主频频率，频率合成器与扰频器结合产生多密钥和扰频序列对语音信号进行加扰；根据加扰方式，解扰器与频率合成器结合对语音信号进行相应解扰。

所述加密器为跳频器，解密器为解跳器，在跳频器和解跳器之间还设有同步器，其中

跳频器用于将送话器发送的语音信号按预先设计的伪随机序列表进行时间域和频率域的跳频加扰；

同步器用于发送包含随机序列跳频起点信息的同步码；

解跳器用于根据同步器发送的同步码对语音信号进行解跳。

所述加密器为乱码器，解密器为解码器，在发送加密支路和接受解密支路上还有还具有数模转换器，在乱码器和解码器之间设有同步器，其中

数模转换器用于将语音信号进行数/模或模/数转换；

乱码器用于将经模数转换器转换成数字信号的语音信号进行乱码、压缩、数字加密；

解码器用于根据接收的同步码对语音信号进行数字解密；

同步器用于同步收发双方的密钥。

在语音通信保密装置中还具有均衡器，用于根据信道质量情况对信道进行均衡，对不同频带进行不同预加重以减少语音信息的失真。

上述技术方案归纳起来基本为以下四种：

1.简单频率域加扰方案的语音通信保密装置

扰频器将送话器发送的语音信号用一种载频或几个不同的载频加扰，解扰器按照其加扰方式对加扰的语音信号进行相应的解扰。这种方式只使用加扰电路内部本身具有的几种加扰功能和几种密钥功能，该设备实现起来比较简单，所以保密要求不高的语音加扰系统中可采用。

2.中等密钥强度频率域模拟加扰方案的语音通信保密装置

是用频率合成器或采用多频率源产生很多主频频率，在其主频率和扰频器本身具有的扰频功能对语音信息进行扰频，频率合成器和扰频器本身具有的功能结合而产生很多密钥和扰频序列。解扰器结合频率合成器对语音信号进行相应的解扰。

3.高强度密钥频率域-时间域模拟加扰方案的语音通信保密装置

将送话器发送的语音信号进行时间域和频率域的跳频加扰，所加扰的载频和时间间隔按预先设计的伪随机序列表(跳频图案)进行跳频，并发送同步码，同步码中包含随机序列跳频图案起始点信息。解跳器根据同步码对加密的语音信号进行解扰。

4.语音数字加密方案的语音通信保密装置

将送话器发送的语音信号进行模数转换，并进行压缩、数字加密后经传送到通信终端；解密器为解码器，将加密后的语音信号进行数字解密后传送到受话器，接收设备接收密钥同步码，靠同步码进行收发双方的密钥同步，这种方案是现代密码学理论基础而实现的方案，根据不同的密钥算法和加密算法形成各种各样的方案及设备，语音数字加密技术的最大特点是密码强度极高，密码和密钥的算法都很复杂，密度也很强。

在第3、4个技术方案中还可加入MODEM或均衡器，用来根据信道质量情况对信道进行均衡，对不同频带进行不同预加重以减少语音信息的失真。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明语音通信保密装置跳出了传统的开发思路，避开通信终端，在语音通信的“源”(语音的源头——嘴巴)和“宿”(语音的归宿——耳朵)上做文章，在真正解决语音安全问题的前提下，开创了“一种扰码设备适应百种通信终端”的先河。其发明点在于不是让安全设备跟着通信终端走，而是让其紧跟着人类的耳朵和嘴巴，把安全的“警戒点”放在“源”和“宿”上——不论通信设备如何变化，语音的“源”发自嘴巴，“宿”归于耳朵的原理不会变，抓住“源”“宿”，抓住语音通信的根本，以“以不变(扰码设备不变)应万变(通信终端可变)”的方式实现普遍意义上的语音通信安全。

保密质量高、音质好、功耗低，便于使用等特点，特别适合PSTN固定电话、IP电话、计算机电话、HF/VHF/UHF电台、单边带、短波电台、蜂窝电话、无绳电话，各种体制的手机以及其它有线、无线通信的话音保密通信上，根据不同使用场合和要求可广泛推广使用。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明实施例1的原理框图；

图3为本发明实施例2的原理框图；

图4为本发明实施例3的原理框图；

图5为本发明实施例4的原理框图；

图6为本发明语音通讯保密装置发送支路加密的原理框图；

图7为本发明语音通讯保密装置接收支路解密的原理框图；

图8为本发明语音通讯保密装置中频率合成器的原理框图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图2所示，一种语音通讯保密装置，包括接口、放大器和保密器，其中接口用于将保密装置和耳麦相连接，麦克发送的语音信号经放大器放大传至扰频器，扰频器对语音信号进行加扰后再经放大后输入到相应通讯终端，通讯终端将信号输出、放大后经解扰器对信号解密，放大器将解密后的信号传送至耳机，通过CPU按键来控制加密通话的开始和结束。

本实施例只用一个主频率源，且只用加扰电路内部本身提供的加扰功能和密钥功能进行工作，用CPU控制按键开关，选择其中之一的密钥，收发双方按相同密钥键时即可进行加扰通话。

扰频电路是专为话音保密通信设计的一种高性能话音保密电路，具有多个可连续变动的可变分离频带(VSB)，可变分离频带(VSB)技术加扰是一种模拟语音加密技术，其原理是将话音频带划分为多个频带后再分别进行扰频，然后再合路输出，因频带的划分是可变的，因而加扰的密钥也可变化，这就使其扰频电路具有多密钥的加扰功能。

本实施例的加扰方式为在几个不同的载频之间进行加扰和解扰。本实施例采用的简单加扰电路具有有限的可变密钥，话音恢复质量比较好，具有加扰模式/透明传输模式。加扰电路在微处理机的控制下进行载频的变化和话音频带的分离。

下面根据图6、图7详细说明扰频技术的基本原理：

其加扰过程原理说明如下：

1.发送预加重：

为了补偿传输中的信号衰减，在语音信号进行分离之前进行预加重，而在解扰侧进行去加重。

2.发送TX下边带输入滤波器：

本电路将语音信号分离为两部分即上边带和下边带，下边带输入滤波器将麦克的语音信号进行放大，并将其进行低通滤波，它选择分离点以下语言信号频谱，下变带信号的带宽受分离点的不同而不同，分离点的位置受内部数字分频器和CPU的控制。

3.发送TX混频器(平衡调制器)：

混频器对下边带输入滤波器的输出信号进行混频，进行频率的颠倒变换，即高频段频率变为低频段频率，即变为下边带频谱，低频段频率变为高频段频率。下边带频谱作为扰频信号的下边带信号发送出去。它的不同分离点频率对应于下边带不同载频。

4.发送TX下边带输出滤波器

它的功能是将平衡调制器产生的上、下边带信号中选择下边带的信号，而滤掉上边带信号，下边带输出滤波器的输出信号将形成语音加扰信号的下边带信号。它将与上边带加扰信号合路后成为完整的语音加扰信号并发送出去。

5.发送TX上边带输入滤波器

上边带输入滤波器输出信号将被上边带混频器调制，该滤波器输出为分离点以上的上边带信号。

6.发送TX上边带平衡调制器(混频器)

该混频器将上边带信号进行混频后也形成两个边带，一个频谱变换到下边带和一个上边带信号，变换到下边带部分的频率将被上边带输出滤波器选择后形成上边带加扰信号，即语音信号分离点以上的加扰频率。

7.发送TX上边带输出滤波器

上边带输出滤波器将选泽被混频器变换到下边带的频率，并形成语言加扰信号的上边带信号。

8.发送TX发送合路器

对上边带和下边带语音扰频信号进行相加，以形成完整的语音扰频信号后进行传输。

9.发送支路去加重

该电路用来补偿发送支路上的预加重。

如图7所示接收支路解扰过程如下：

接收支路解扰原理框图：解扰原理如下说明：

1.接收支路预加重

2.接收RX下边带输入滤波器

它将接收到的语言下边带扰频信号进行选择。它的带宽受频率分离点设置而不同。

3.接收RX下边带混频器(平衡调制器)

它对下边带扰频信号进行调制(混频)，其载频与发送支路的下边带载频一致，调制后有两个边带，其下边带变换到原来对应的下边带，即恢复到对应于原来基带信号，如果发送支路和接收支路的载频相等，则下边带信号就是希望恢复的下边带信号。调制后的上边带信号不被解扰，并由下边带输出滤波器滤除。

4.接收RX下边带输出滤波器

选择混频器输出的下边带信号，它的输出是解扰信号的下边带部分，并送到合路器。

5.接收RX上边带输入滤波器

它选择接收到的上边带加扰信号，并滤除接收信号噪音。

6.接收RX上边带混频器(平衡调制器)

它的载频与发送支路的上边带载频一致，调制后输出有两个部分，即上边带和下边带信号；其下边带信号颠倒变换到对应的下边带，当TX和RX的载频相同时，下边带部分就是希望被恢复的上边带信号。混频后的上边带信号被RX上边带输出滤波器滤样。

7.接收RX上边带输出滤波器

它的功能是选择RX滤波器调制的下边带信号，它的输出就是解扰信号的上边带部分，它将与下边带解扰信号进行合路，形成完整的解扰信号。

8.接收RX去加重

它对被解扰的信号进行去加重，以减少语音信号失真，它与发送方的加扰电路配合使用。

本实施例的信号流程如下：

发送方：

送话器的语音信号经送到本发明设备，经放大后进入扰频电路，具提扰频过程如上发送支路扰频工作过程的说明，经上下边带输入滤波，混频(平衡调制)后，选择扰频后的上下边带信号，合路后送到电话机电路并通过电话机送到线路上去。

接收方：

从电话机接收到的加扰信号也送到本发明设备，经放大滤波后进入解扰电路，它被上下边带滤波器滤波，混频(平衡调制)后形成解扰信号，只要收发双方载频相同，即收发双方密钥同步而同一密钥时，在接收方即可恢复原来发送方加扰的解扰信号，经上下边带输出滤波器滤波、合路后形成已被解扰的明话，送到耳机(受话器)，具体解扰过程如上接收支路解扰工作过程的说明，当结束加扰通话后，再按同步键，收发双方又进入明话状态。

实施例2：

如图3所示，本实施例的语音通讯保密装置是在实施例1的基础上增加频率合成器，频率合成器是将一个高稳定度的参考频率经过各种处理生成具有同样稳定度的大量离散频率的技术。参考频率可由高稳定度的晶体振荡器产生，处理技术包括各种数字处理技术和锁相技术，使合成的离散频率与参考频率有严格的比例关系，而且具有同样的稳定度和精确度。频率合成器有很多类型，在本发明中采用比较简单的锁相频率合成法，它的优点是：可以实现任意频率和带宽的频率合成，电路简单可靠、功耗低、体积小。

如下图8所示，锁相频率合成器的工作原理如下：

本振及分频器产生稳定的频率和精度，压控振荡器VCO输出的fo经程序分频器分频后变为fo/M，然后送入鉴相器，与参考频率fc进行相位比较。鉴相器输出相位误差信号，经过环路滤波器后送至压控振荡器，调整其输出fo，使得fo/M＝fc，锁相环路进入锁住状态。此时压控振荡器输出频率为fo＝fc*M；

通过CPU对频率控制编码进行控制，改变程序分频器的分频比M，就可得到不同的输出fo。输出频率分辨率为Δfo＝fc。

本方案中本振频率为4.096MHZ，分频系数＝512，输出频率FO＝2MHZ至8MHZ，参考频率FC＝4.096/512＝8KC，M＝250-1000

频率控制编码指令通过数/模转换器(DAC)变成一个直流控制电压，送至VCO，将VCO调整到输出频率附近，大大降低环路锁定时间。由于采用高稳定度和高精度的本振4.096MHZ，其输出频率FO也是高稳定、高精度的。

本实施例的工作原理如下：

收发双方通过明话或手机先约定这次通话时的密钥，即确定收发双方密钥同步码，这时CPU根据输入按键自动选择主频和加扰电路内部载频，双方同步好后即可进入加扰通话，收发双方按同步键并输入该密钥后就可进入加扰通话状态。其信号流程是：

发送方：

送话器的语音信号送到本发明设备，经放大后进入扰频电路，具体扰频过程如上发送支路扰频工作过程的说明，经上下边带输入滤波，混频(平衡调制)后，选择扰频后的上下边带信号，合路后送到电话机电路并通过电话机送到线路上去。

接收方：

从电话机接收到的加扰信号也送到本发明设备，经放大滤波后进入解扰电路，它被上下边带滤波器滤波，混频(平衡调制)后形成解扰信号，只要收发双方载频相同，即收发双方密钥同步而同一密钥时，在接受方即可恢复原来发送方加扰的解扰信号，经上下边带输出滤波器滤波、合路后形成已被解扰的明话，送到耳机(受话器)，具体解扰过程如上接收支路解扰工作过程的说明，当结束加扰通话后，再按同步键，收发双方又进入明话状态。

便携式设备的工作原理是：便携式设备不嵌入在电话机里，即可随身携带，在任何有电话机的地方，将其手柄拔下，然后将本发明设备接入手柄和电话机之间，即可进行如上工作过程。

这种中等密钥强度加扰通话的密钥比第一种简单加扰设备(比如4种密钥)的密钥多得多，更不易被人窃听或攻破，是比第一种更安全的加扰通话设备。

其加扰过程和解扰过程与实施例1方案相同。

实施例3：

如图4所示，本语音通讯保密装置的保密方案通过跳频器和解跳器的调频技术来实现，采用每个载频在不同时间域内进行变化，以实现频率-时间域的跳频功能，同时加入同步器发送同步码，使跳频同步以使接收方能相应解密，跳频同步是指收发双方在相同的时刻使用相同的频率。跳频同步的内容包括跳频频率表相同，跳频序列相同，跳频的起止时刻相同。在发送支路和接收支路上都加有均衡器，用于根据信道质量情况对信道进行均衡，对不同频带进行不同预加重以减少语音信息的失真。

根据不同用途配置不同跳频方案，使其具有更难破解和抗干扰功能，该技术设备的关键是设计好的伪随机码序列以形成可靠的、密度强的跳频图案，伪随机序列有很多种，利用各种伪随机序列的各种跳频图案。

跳频图案一般可分为m序列跳频图案、改进的L-G跳频图案、M序列跳频图案、素数跳频序列图案、GMW序列构造的跳频图案等。

m序列是一种线性移位寄存器序列，是狭义的伪随机序列，它易于产生和复制，广泛用于扩频通信中。各种编码通信书籍中都提供n≤12的不可约多项式，可选择使用，它是一种很成熟的技术，在本发明跳频序列中也使用。

M序列数量大，可供选择的序列数多，在跳频和加密编码具有极强的抗侦破能力，M序列是由非线性移位寄存器产生的码长为2n的周期序列，M序列的构造也可在m序列基础上实现。

基于m序列的几种改进型序列方案还有；基于GF(P)上的m序列构造跳频序列方案L-G模型，改进L-G模型等，它们有更大的密钥量，也是可选方案之一。还有基于GMW序列构造跳频图案，具有比m序列复杂得多的特点。

本发明通过上述的跳频图案来实现本发明的技术方案。

本实施例的工作原理如下，当需要进行加扰通话时(密话)收发双方首先按本地侧PTT(push to talk)键(同步键)，通过同步电路发送本地侧同步信息，收发双方都收到对方同步信息后进行双方都认可的同步算法计算，建立收发双方的同步，第三方即使收到同步码也不能同步，收发双方同步后收发双方进行加扰通话，要恢复到明话时再按一次PTT键即可退出加扰状态。

语音的扰频基本原理与实施例1、2的方案类似，但扰频过程比上两种复杂，其载频按跳频图案进行跳跃变化，在频率域和时间域进行跳变。

实施例4

如图5所示，由麦克发送的语音信号经放大器放大，由数模转换器转换为数字信号，乱码器对信号进行数字加密，同步器同时发送同步码，加密后的信号再经过均衡器传送至通信终端，接收支路的放大器对通讯终端的信号放大，经MODEM接收后，解码器根据同步码进行数字解密，再经过数模转换器转换为模拟信号放大后送到耳机。

Claims (6)

1.语音通信保密装置，包括接口、放大器和保密器，其特征为保密器包括加密器和解密器，加密器一端连接放大器通过接口与与麦克连接，另一端通过放大器将信号发送到通讯终端，形成发送加密支路；解密器通过接口和耳机连接，另一端通过放大器接受通讯终端的信号，形成和接收解密支路，其中

加密器用于将送话器发送的语音信号加密后传送到通信终端；

解密器用于将通信终端将接收的加密语音信号解密后传送到受话器。

2.根据权利要求1所述的语音通信保密装置，其特征为所述加密器为扰频器，解密器为解扰器，其中

扰频器用于将送话器发送的语音信号通过一种载频或几个不同的载频按规律加扰；

解扰器用于对加扰的语音信号进行相应的解扰。

3.根据权利要求1所述的语音通信保密装置，其特征为所述加密器为扰频器，解密器为解扰器，在发送加密支路和接受解密支路上还有频率合成器分别与扰频器和解扰器连接，其中

频率合成器用于产生多个主频频率，频率合成器与扰频器结合产生多密钥和扰频序列对语音信号进行加扰；

根据加扰方式，解扰器与频率合成器结合对语音信号进行相应解扰。

4.根据权利要求1所述的语音通信保密装置，其特征为所述加密器为跳频器，解密器为解跳器，在跳频器和解跳器之间还设有同步器，

其中

跳频器用于将送话器发送的语音信号按预先设计的伪随机序列表进行时间域和频率域的跳频加扰；

同步器用于发送包含随机序列跳频起点信息的同步码；

解跳器用于根据同步器发送的同步码对语音信号进行解跳。

5.根据权利要求1所述的语音通信保密装置，其特征为所述加密器为乱码器，解密器为解码器，在发送加密支路和接受解密支路上还有还具有数模转换器，在乱码器和解码器之间设有同步器，其中

数模转换器用于将语音信号进行数/模或模/数转换；

乱码器用于将经模数转换器转换成数字信号的语音信号进行乱码、压缩、数字加密；

解码器用于根据接收的同步码对语音信号进行数字解密；

同步器用于同步收发双方的密钥。

6.根据权利要求4或5所述的语音通信保密装置，其特征为接收解密支路和发送加密支路分别设有均衡器，均衡器分别与加密器和解密器连接，均衡器用于根据信道质量情况对信道进行均衡，对不同频带进行不同预加重以减少语音信息的失真。

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