CN101765106A - 一种基于gsm语音通道传输加密话音的方法 - Google Patents

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虞忠辉
周治中
谢辉
左光磊
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Abstract

本发明适用于移动通信领域，提供了一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法，该方法通过在GSM发送端的类语音调制过程中直接将加密后的语言数据调制成符合声码编码格式的类语音编码信号，从而可以减少一次声码器的编解码，即使在IP网络中，通过该方法获得的信号传输速率也能满足高质量话音保密通信的需求。

Description

一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法
技术领域
本发明属于移动通信领域，尤其涉及一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法。
背景技术
从传输用户信息的角度来看，GSM系统提供了三种方式，即话音方式(CSV)、短消息方式(SMS)和数据方式(CSD或GPRS)。在GSM网络上实现保密话音通信有两种方法，一是通过数据方式，在数据通道上直接传输声码话，二是通过话音方式，将声码数据流调制成类语音信号，然后在GSM网络上传输。现有的GSM数据通道包括GPRS和CSD，前者属于低速分组域传输，用于话音数据传输时QOS基本无法保障，后者已逐渐退出实际应用。而话音方式作为GSM网络的基本应用，基本上是有GSM网络覆盖的地方就可实现话音通信，但通过话音方式时调制解调器需要克服由GSM声码器(语音压缩编码模块)带来的失真，常规的调制方式难以通过GSM的话音通道进行传输。
国内外对通过语音通道实现GSM的话音保密通信已进行过研究，如英国Surrey大学针对GSM声码器EFR(增强型全速率)编码实现了1200～1700bps的保密话音通信，东南大学针对GSM声码器FR(全速率)编码实现了2400bps的保密话音通信，但这些成果是在基于基站到基站间采用PCM传输得到的，即类语音调制通过了两次GSM声码器的编码解码，GSM声码器会对类语音信号产生非线性的失真，每经过一次声码器的编解码，调制解调器的性能都会急剧下降，因此，经过两次声码器编解码后，现有的技术能使类语音调制解调器的传输速率在1600bps左右，随着技术的发展，GSM的核心网络过度到了IP网络，在IP网络中话音会再经过一次声码器的编解码，这时调制解调器将经历3次编解码。
图1示出了现有的基于GSM语音通道传输语音的方法流程。在发送端，话音经主叫方的麦克风拾取后首先进行A/D转换，量化成8KHz、13bit的PCM语音数据，然后送入声码器采用压缩编码算法进行压缩编码处理，得到低于2.4K的适于窄带传输的数据流，该数据流由语音加密模块进行加密处理，加密后的数据流再进行类语音调制，得到适合GSM语音信道传输的音频信号，该音频信号送到GSM的EFR声码器进行编码，然后经信道纠错编码和GMSK调制后，发送到空中。在GSM网络中的发端基站，解调后的数据由GSM的EFR声码器恢复出音频信号，经PCM编码或再经过一次EFR编码后通过IP网络传送到对方的基站。在接收端基站，将接收到的语音信号经GSM的EFR声码器编码，然后调制成射频信号发送到空中。在接收端，将接收到的射频信号进行解调，然后由GSM的EFR声码器恢复出类语音信号，送到类语音解调器解调，再进行语音解密，最后由声码器恢复出保密话。
采用上述传统的技术，调制解调器的传输速率将下降到800bps以下，不能满足高质量话音保密通信的需求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法，旨在解决传统的加密语音传输技术在发送过程中需要对语音数据进行3次声码编解码，使得传输速率无法满足高质量话音保密通信需求的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法，在GSM发送端，所述方法包括下述步骤：
A、经A/D转换后的话音数据经声码器进行编码，对编码后所得的数据流进行语音加密处理；
B、加密后的数据流通过类语音调制直接调制成符合声码编码标准的类语音编码信号；
C、对所述类语音编码信号直接进行信道编码和GMSK调制，最后调制到射频上发送给GSM基站。
所述步骤B具体为：加密后的数据流通过类语音调制直接调制成符合EFR编码标准的246bit类语音编码信号。
所述步骤B具体通过：将所述加密后的数据流在调制过程中由EFR的代数码本承载，并按照EFR标准中对调制参数的比特值设定调制出符合EFR编码标准的246bit类语音编码信号。
所述参数包括：两组线谱对、基音延时、基音增益、代数码本索引、代数码本增益、VAD以及SP。
本发明的突出优点是：本发明通过在GSM发送端的类语音调制过程中直接将加密后的语言数据调制成符合声码编码格式的类语音编码信号，从而可以减少一次声码器的编解码，即使在IP网络中，通过该方法获得的信号传输速率也能满足高质量话音保密通信的需求。
附图说明
图1是现有的基于GSM语音通道传输语音的方法流程图；
图2是本发明的一个实施例提供的基于GSM语音通道传输语音的方法流程图；
图3是图2实施例提供的基于GSM语音通道传输语音的方法应用在GSM手机的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明的一个实施例提供的基于GSM语音通道传输语音的方法流程。
在GSM发送端，经A/D转换后的话音数据经声码器进行编码得到编码后的数据流，该数据流由语音加密模块进行加密，加密后的数据流再进行类语音调制。相比于传统方法，在本发明实施例中，类语音调制不是将加密后的语音信号直接调制成音频信号，而是调制成符合EFR编码标准的246bit类语音编码信号，该编码信号将直接进行信道编码和GMSK调制，再由射频模块发射到GSM基站，从而可以减少一次GSM的EFR编码。在接收端的传输路径则与传统方式一样，先对接收到的射频信号进行解调，然后由GSM的EFR声码器恢复出类语音信号，送到类语音解调器解调，再进行语音解密，最后由声码器恢复出保密话。
表1示出了类语音调制与EFR编码格式之间的关系，上述加密后的数据流在调制过程中由EFR的代数码本承载，其它参数则是用于使调制信号具有语音特征，且各项参数的比特值均符合EFR的编码标准，从而实现类语音调制出的信号是符合EFR编码标准的类语音编码信号。
表1类语音调制与EFR编码格式的关系
Figure G200910312150520091224D000031
Figure G200910312150520091224D000041
在本发明实施例中，上述类语音调制解调算法是基于EFR设计的，适用于支持EFR的GSM网络。EFR语音编码是目前GSM移动通信网络的主流语音编码技术，绝大多数的现有GSM网络均支持EFR。相应的，通过修改类语音信号调制的算法，也可以用于采用其它编码方式的移动通信网络。
图3示出了上述实施例提供的基于GSM语音通道传输语音的方法应用在GSM手机的原理框图。
在发端手机中，从麦克风输入的话音经A/D编码模块采样后由低速率声码器进行压缩编码，然后由语音加密模块进行加密处理，密钥同步模块在语音加密过程中完成密钥同步的功能，加密后的语音数据流送到类语音调制模块进行调制，将调制得到的246bit符合EFR编码标准的类语音信号送到GSM信道编码模块进行纠错编码，然后由射频模块调制到射频上发射到空中。
在收端手机中，射频模块解调出的信号经GSM信道解码模块进行GSM信道解码后，由EFR声码器解压得到PCM话音信号，该信号送到类语音解调模块解调，再由语音解密模块解密，密码同步模块则在解密过程中完成接收方的密码同步处理，解密后的语音数据流送到低速率声码器恢复出语音信号，最后由D/A编码模块进行D/A转换后输出到扬声器输出解密后的密话。
本发明实施例通过在GSM发送端的类语音调制过程中直接将加密后的语音数据调制成符合声码编码格式的类语音编码信号，从而可以减少一次声码器的编解码，即使在IP网络中，通过该方法获得的信号传输速率也能满足高质量话音保密通信的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于GSM语音通道传输加密话音的方法，其特征在于，在GSM发送端，所述方法包括下述步骤：
A、经A/D转换后的话音数据经声码器进行编码，对编码后所得的数据流进行语音加密处理；
B、加密后的数据流通过类语音调制直接调制成符合声码编码标准的类语音编码信号；
C、对所述类语音编码信号直接进行信道编码和GMSK调制，最后调制到射频上发送给GSM基站。
2.如权利要求1所述的基于GSM语音通道传输加密话音的方法，其特征在于，所述步骤B具体为：加密后的数据流通过类语音调制直接调制成符合EFR编码标准的246bit类语音编码信号。
3.如权利要求2所述的基于GSM语音通道传输加密话音的方法，其特征在于，所述步骤B具体通过：将所述加密后的数据流在调制过程中由EFR的代数码本承载，并按照EFR标准中对调制参数的比特值设定调制出符合EFR编码标准的246bit类语音编码信号。
4.如权利要求3所述的基于GSM语音通道传输加密话音的方法，其特征在于，所述参数包括：两组线谱对、基音延时、基音增益、代数码本索引、代数码本增益、VAD以及SP。
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