CN114422635A - 多用户有线保密通信系统及方法 - Google Patents

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CN114422635A
CN114422635A CN202210087221.1A CN202210087221A CN114422635A CN 114422635 A CN114422635 A CN 114422635A CN 202210087221 A CN202210087221 A CN 202210087221A CN 114422635 A CN114422635 A CN 114422635A
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刘三军
吴民民
焦秉立
杨瑞
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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体公开了一种多用户有线保密通信系统及方法，该系统包括n个节点，每个节点均与公共电话线相连，每个节点可与其他节点进行全双工有线保密通信，每个节点包括信号产生电路，信号接收电路和2/4转换电路，信号产生电路包括麦克风，噪声信源，分别为麦克风和噪声信源产生的信号进行处理的调制装置，分别为调制的语音信号和调制的噪声信号进行上变频操作的上变频装置，以及加法电路，加法电路将上变频后的语音信号和噪声信号相加，通过2/4转换电路发送至公共电话线。采用本技术方案，使用2/4转换电路，实现安全的有线通信，且便于集成、成本低廉、可靠性高。

Description

多用户有线保密通信系统及方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种多用户有线保密通信系统及方法。
背景技术
传统通信系统往往通过密钥加密的方法实现保密，这种通信方式存在着容易被窃听的安全问题，且密钥容易被他人破解，造成信息泄露。
目前密钥主要有对称密钥和非对称密钥。对称密钥加密即信息的发送方和接收方使用同一个密钥去加密和解密数据，这种加密方式加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，但密钥管理困难。非对称密钥加密需要使用不同的密钥来分别完成加密和解密操作，信息发送者用公开密钥去加密，而信息接收者则用私用密钥去解密，其加密更安全但加密和解密速度相比对称密钥慢。
针对传统通信系统容易被窃听的安全问题，以及计算机算力的发展使采用加密方式的保密通信容易被破解的缺点，如何设计更加安全的保密通信系统成为当前研究的热点和亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多用户有线保密通信系统及方法，实现安全的有线通信。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种多用户有线保密通信系统，包括n个节点，n为正整数，每个节点均与公共电话线相连，每个节点可与其他节点进行全双工有线保密通信；
每个节点包括信号产生电路，信号接收电路和2/4转换电路；
所述信号产生电路包括麦克风，噪声信源，分别为麦克风和噪声信源产生的信号进行处理的调制装置，分别为调制的语音信号和调制的噪声信号进行上变频操作的上变频装置，以及加法电路；
n个节点所述加法电路将上变频后的麦克风信号和噪声信号相加，通过2/4转换电路发送至公共电话线，公共电话线的信号为：
Figure BDA0003487419760000021
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：整个系统包含n个节点，每个节点都可和任何其他节点进行全双工的有线保密通信，利于使用。信号产生电路主要用来将语音信号进行调制、上变频，产生噪声信号并将噪声信号进行调制、上变频，再将二者加到一起送给2/4转换电路的信号施加端。信号接收电路主要用来从电话线上提取目标节点的语音信号，接收电路连接于2/4转换电路的信号接收端。基于2/4线转换电路，使得接收机能瞬间解调，进而窃听者的信噪比远低于接收机。通过将频分复用等技术应用于系统中，即使系统内存在窃听者也无法正确解调，得到有关通信内容的信号，实现保密通信。
进一步，所述信号接收电路包括带通滤波器、下变频器、解调装置和喇叭，信号接收电路用于接收公共电话线输出的信号，并依次进行带通滤波、下变频处理和解调处理，处理后的数据由喇叭输出。
结构简单，利于使用。
进一步，每个节点的噪声信源的调制装置与解调装置的调制方式相同；
每个节点的麦克风信号的调制装置最好与噪声信源的调制装置的调制方式也相同。
这样可使信号传输过程更具有迷惑性，有利于信号保密。
进一步，当节点i与节点j通信时，节点i生成的语音上边带信号Si上与节点j生成的噪声上边带信号Nj上使用同一载波频段，节点i生成的噪声上边带信号Ni上与节点j生成的语音上边带信号Sj上使用的同一载波频段，所述节点i和节点j为n个节点中的任意两个不同的节点。
这样两节点进行通信时，使用一对子载波，保护通信内容，利于使用。
进一步，每对通信节点都要使用相同类型的调制器设置相同的调制方式，调制器类型需对每对节点保持一致。
根据需要选择合适的调制方式，便于使用。
本发明还提供一种多用户有线保密通信方法，节点i与节点j进行通信，节点j为n个节点中的不同于节点i的任意一个节点，对节点i进行说明，包括信息发送步骤和信息接收步骤：
所述信息发送步骤包括：
节点i的麦克风与噪声信源同时产生语音电信号和噪声信号，节点i为n个节点中的任意一个节点；
将语音电信号和噪声信号分别调制，得到调制后的语音信号和调制后的噪声信号；
将节点i调制后的语音信号与一个载波信号通过上变频进行混频得到语音上变频信号，将节点i调制后的噪声信号与另一个载波信号通过上变频进行混频得到噪声上变频信号，两个载波的频率不同；
将语音信号和噪声信号的上变频信号输入加法电路，进行信号混合并发送；
系统中存在n个节点，因此公共电话线的母线中的混合信号记为Sum(n)，混合信号应满足以下公式：
Figure BDA0003487419760000041
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号；
所述信息接收步骤为：
节点i从公共电话线上接收不包括自身信号的所有信号；
通过节点i的带通滤波器，过滤与节点i噪声信号所用振荡器不同中心频率的子载波，得到节点j的语音上边带信号；
节点i对接收的节点j的语音上边带信号，进行下变频处理，对下变频处理后的信号进行解调，得到用户j的语音电信号；
节点i的接收器会接收到系统中不包括自身信号的所有信号，把此信号记为
Figure BDA0003487419760000042
的上标表示系统中节点的数量，下标表示是哪一个节点的接收电路，应满足以下公式：
Figure BDA0003487419760000043
节点i的信号Si上+Ni上传输至2/4转换电路，通过子线传输至公共电话线的母线，由于节点i的2/4转换内部电路自身发出信号的特性，节点i的2/4转换电路的信号接收端得到信号
Figure BDA0003487419760000044
基于2/4线转换电路，使得接收机能瞬间解调，进而窃听者的信噪比远低于接收机。通过将频分复用等技术应用于系统中，即使系统内存在窃听者也无法正确解调，得到有关通信内容的信号，本方法借助载波频分实现有线保密通信。
进一步，利用两个载波频率不同的振荡器，进行混频处理的方法如下：
为了避免语音信号调制信号Si调与噪声信号调制信号Ni调混合在一起，节点i使用的两个振荡器产生不同的频率，满足：
fia≠fib，i∈{1,2，...，n}
其中，fia，fib为节点i的子载波频率；n为节点的数量。
操作简单，利于使用。
进一步，为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，在各子信道之间设立隔离带记为B,系统各节点的子载波频分满足：
(2W+B)≥|fi+1-fi|，i∈{1,2，...，n}
其中，将节点调制的语音信号的单边带宽记为W。
保证各子信道中所传输的信号互不干扰，利于后续操作。
进一步，当存在某一节点未在通信的情况，产生空白信道，所述空白信道的噪声信源能够继续工作发出噪声，用于干扰窃听者。
这样干扰窃听者，提高信号传输的保密性。
进一步，当i节点与j节点通信时，节点i产生的语音上边带信号“Si上”与节点j产生的噪声上边带信号Nj上处于同一载波频段，信号“Nj上”会保护此频段的信号Si上；
节点j产成的语音上边带信号Sj上与节点i产生的噪声上边带信号Ni上处于同一载波频段，信号Ni上又会保护此频段的信号Sj上。
这样实现保护信号，结构简单，利于使用。
进一步，过滤掉与节点i噪声信号所用振荡器不同中心频率的子载波的方法如下：
Figure BDA0003487419760000061
信号通过节点i中心频率为fib的带通滤波器，由于带通滤波器有两个截止频率，会只得到节点j的语音上边带信号Sj上，过滤
Figure BDA0003487419760000062
信号中除Sj上的其他信号，将系统中任意节点调制的语音信号的单边带宽记为W，上述要求需满足以下两个公式：
fi1+fi2＝2fib
|fi1-fi2|＝2W
其中，fi1代表节点i带通滤波器的低端截止频率，fi2代表节点i带通滤波器的高端截止频率。
操作简单，便于使用。
进一步，第i个节点的噪声上边带信号Nj上与第i个节点的语音上边带信号Si上的功率比越大越好，设节点i的信噪比大于和/或等于15db，有以下公式：
Figure BDA0003487419760000063
其中，
Figure BDA0003487419760000064
代表第i个节点的语音信号的上边带信号Si上的功率，
Figure BDA0003487419760000065
代表第i个节点的噪声信号的上边带信号Si上的功率。
这样即使信号Sj上在传输过程中不幸被拦截，窃听者也只会得到整个系统的合信号Sum(n)，合信号Sum(n)中包含多个有效功率较高的上变频噪声信号，窃听者的信噪比远远大于15db，因此窃听者无法解调得到有效信息Sj上。
附图说明
图1是本发明多用户有线保密通信系统的结构示意图；
图2是本发明多用户有线保密通信系统的节点与电话线连接的结构示意图；
图3是本发明多用户有线保密通信方法的子载波频点序列的结构示意图；
图4是本发明多用户有线保密通信方法的FM调制模型的结构示意图；
图5是本发明多用户有线保密通信方法的FM非相干解调模型的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种多用户有线保密通信系统，基于2/4线转换电路，借助载波频分实现有线保密通信。该系统能够保证n(n>1)个用户同时全双工地通话，窃听者在电话线的任何位置窃听任何频段的信息时的信噪比远低于合法收信者在此信道的信噪比，从而实现Wyner原理意义上的绝对安全，具有便于集成、成本低廉、可靠性高等优势。
多用户有线保密通信系统包括n个节点，n为正整数，n>1。如图2所示，每个节点使用两条导线(称为子线)与公共电话线相连，每个节点可与其他节点进行全双工有线保密通信，设节点的名字分别是Node 1、Node 2、…、Node n；设节点i的子线分别命名为wi_1和wi_2，母线上的两条线分别命名为L1和L2，则当wi_1连接L1时，wi_2连接L2，当wi_2连接L1时，wi_1连接L2。
如图1所示，每个节点包括信号产生电路，信号接收电路和2/4转换电路，信号产生电路包括麦克风，噪声信源，分别为麦克风和噪声信源产生的信号进行处理的调制上变频装置，以及加法电路。节点的信号接收电路包括带通滤波器、下变频器、解调装置和喇叭，信号接收电路用于接收公共电话线输出的信号，并依次进行过滤、下变频处理和解调处理，处理后的数据由喇叭输出。2/4转换电路的四线接口分别与信号产生电路、信号接收电路连接，2/4转换电路的二线接口与公共电话线连接。2/4转换电路包括信号施加端、信号接收端和电话线端，信号施加端用于接收信号产生电路的信号，信号接收端用于接收远端信号并传输至信号接收电路，电话线端通过子线与电话线连接。
每个节点的噪声信源的调制装置与解调装置的调制方式相同；每个节点的麦克风信号的调制装置最好与噪声信源的调制装置的调制方式也相同，解调装置分别记为Tia和Tib。优选，每对通信节点都要使用相同类型的调制器设置相同的调制方式，Node 1与Node 2的调制装置以及解调装置都设置设为AM调制，Node 3与Node 4的调制装置以及解调装置都设置为FM调制，Node 5与Node 6的调制装置以及解调装置都设置为PM调制，等等。可提高调制语音信号和噪声信号的多样性，调制方式也会影响到信噪比，从而提高保密通信过程的保密性。在通信系统中，每个节点都要保障噪声信源的调制装置Tib与解调装置Ji的调制方式相同，且最好把调制装置Tia也设置为与调制装置Tib相同的调制方式，使得信号传输过程中更具有迷惑性。
信号产生电路中的加法电路将上变频后的麦克风信号和噪声信号相加，通过2/4转换电路发送至公共电话线，公共电话线的信号为：
Figure BDA0003487419760000091
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号。
优选，节点i生成的语音上边带信号Si上与节点j生成的噪声上边带信号Nj上使用同一载波频段，节点i生成的噪声上边带信号Ni上与节点j生成的语音上边带信号Sj上使用同一载波频段，所述节点i和节点j为n个节点中的任意两个不同的节点。
本发明还提供一种多用户有线保密通信方法，假设节点i与节点j进行通信，对节点i进行说明，包括信息发送步骤和信息接收步骤：
信息发送步骤包括：
节点i的麦克风与噪声信源同时产生语音电信号和噪声信号，即在Node i上的麦克风将人讲话的声音转换成语音电信号Si，节点i为n个节点中的任意一个节点，在语音电信号Si产生的同时，噪声信源会产生一个噪声信号Ni，系统设置噪声信号源的功率远大于语音电信号的功率；
将语音电信号和噪声信号分别调制，得到调制后的语音信号和调制后的噪声信号，即通过调制装置Tia对语音电信号Si进行调制处理，获得一个调制信号Si调，通过调制装置Tib对噪声信号Ni进行调制处理，获得一个调制信号Ni调；
将节点i调制后的语音信号与一个载波信号通过上变频进行混频得到语音上变频信号，将节点i调制后的噪声信号与另一个载波信号通过上变频进行混频得到噪声上变频信号，两个载波的频率不同；即利用振荡器Oia产生一个本地载波信号fia，调制信号Si调与fia通过上变频器Uia进行混频处理，取混频后的上边带信号，即得到调制信号Si调的上变频信号Si上；振荡器Oib也产生一个本地载波信号fib，调制信号Ni调与fib通过上变频器Uib进行混频处理，取混频后的上边带信号，即得到调制信号Ni调的上变频信号Ni上；
将语音信号和噪声信号的上变频信号，即Ni上与Si上输入加法电路，进行信号混合并发送2/4转换电路的信号施加端；
系统中存在n个节点，因此公共电话线的母线中的混合信号记为“Sum(n)”，混合信号应满足以下公式：
Figure BDA0003487419760000101
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号。
信息接收步骤为：
节点i从公共电话线上接收不包括自身信号的所有信号；
通过节点i的带通滤波器，过滤掉与节点i噪声信号所用振荡器不同中心频率的子载波，得到节点j的语音上边带信号；
节点i对接收的节点j的语音上边带信号，进行下变频处理，对下变频处理后的信号进行解调，得到用户j的语音电信号；
节点i的接收器会接收到系统中不包括自身信号的所有信号，把此信号记为
Figure BDA0003487419760000111
的上标表示系统中节点的数量，下标表示是哪一个节点的接收电路，应满足以下公式：
Figure BDA0003487419760000112
节点i的信号Si上+Ni上传输至2/4转换电路，通过子线传输至公共电话线的母线，由于节点i的2/4转换内部电路消除自身发出信号的特性，2/4转换电路的信号接收端得到信号
Figure BDA0003487419760000113
本发明的一种优选方案中，利用两个载波频率不同的振荡器，进行混频处理的方法如下：
节点i振荡器Oia与振荡器Oib产生的本地振荡信号fia与fib，都会被上变频器Uia和Uib，与Si调和Ni调进行混频处理。节点i的子载波(fia与fib)都从图3所示的子载波频点序列{f1，f2，...，fn，n＞1}中分别选取一个载波频率；系统内子载波的排列应遵循以下原则：
①为了避免语音信号调制信号Si调与噪声信号调制信号Ni调混合在一起，节点i使用的两个振荡器(Oia与Oib)产生不同的频率，满足：
fia≠fib，i∈{1,2，...，n}
其中，fia，fib为节点i的子载波频率；n为节点的数量。
②为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，在各子信道之间设立隔离带记为B,系统各节点的子载波频分满足：
(2W+B)≥|fi+1-fi|，i∈{1,2，...，n}
其中，将节点调制的语音信号的单边带宽记为W。
③当存在系统中某一节点未在通信的情况，产生空白信道，空白信道的噪声信源能够继续工作发出噪声，用于干扰窃听者，进一步提高本系统的保密性。
④当i节点与j节点通信时，节点i产生的语音上边带信号Si上与节点j产生的噪声上边带信号Nj上处于同一载波频段，信号Nj上会保护此频段的信号Si上；
节点j产成的语音上边带信号Sj上与节点i产生的噪声上边带信号Ni上处于同一载波频段，信号Ni上又会保护此频段的信号Sj上。
本发明的一种优选方案中，过滤与振荡器不同中心频率的子载波的方法如下：
Figure BDA0003487419760000121
信号通过中心频率为fib的带通滤波器，由于带通滤波器有两个截止频率(低端截止频率fi1和高端截止频率fi2)，会只得到节点j的语音上边带信号Sj上，过滤
Figure BDA0003487419760000122
信号中除Sj上的其他信号，将系统中任意节点调制的语音信号的单边带宽记为W，上述要求需满足以下两个公式：
fi1+fi2＝2fib
|fi1-fi2|＝2W
其中，fi1代表低端截止频率，fi2代表高端截止频率。
Sj上通过下变频器Di进行混频处理，取混频后的下边带信号，这样就可以得到调制信号Sj调；把得到的Sj调传输到与调制装置Tib相对应的解调装置Ji进行解调处理，解调后得到语音电信号Sj，语音电信号Sj转换为音频信号后输出至Node i的喇叭，可通过自带功率放大器的喇叭播放出来。
本发明的一种优选方案中，在第i个节点与第j个节点进行通信时，系统中节点i信号接收电路中的信号Nj上的有效功率应远大于信号产生电路中的信号Si上的有效功率，使得信号Nj上可以更好地干扰信号Si上。第i个节点的噪声上边带信号Nj上与第i个节点的语音上边带信号Si上的功率比越大越好，设节点i的信噪比大于和/或等于15db，有以下公式：
Figure BDA0003487419760000131
其中，
Figure BDA0003487419760000132
代表第i个节点的语音信号的上边带信号Si上的功率，
Figure BDA0003487419760000133
代表第i个节点的噪声信号的上边带信号Si上的功率。即使信号Sj上在传输过程中不幸被拦截，窃听者也只会得到整个系统的合信号Sum(n)，合信号Sum(n)中包含多个有效功率较高的上变频噪声信号，窃听者的信噪比远远大于15db，因此窃听者无法解调得到有效信息Sj上。
本方案的通信系统结构巧妙，能够利用现有的元件和装置来集成，实用性强，不仅适用于各种完全性要求较高的有线电话通信的场景，也适用于某些进行数字信息交互的场景。基于2/4线转换电路，使得接收机能瞬间解调，进而窃听者的信噪比远低于接收机。通过将频分复用等技术应用于系统中，即使系统内存在窃听者也无法正确解调，得到有关通信内容的信号。
例如，设置9用户进行通信的应用场景，每个用户分别设置为Node 1、Node2、...、Node 9，其调制方式都为FM调制。假设Node 1、Node 2、...、Node 8这8个用户正在通话，Node 9空置，Node 1、Node 2、...、Node 8的麦克风采集语音信号，Node 9只有噪声信源在工作，因此可得到语音电信号S1(t)、S2(t)、...、S8(t)，噪声信源发出的噪声信号设为N1(t)、N2(t)、...、N9(t)，且噪声信号幅值为原始语音信号幅值的数倍。
FM调制模型如图4所示，Node 1(节点1)、Node 2、...、Node 8调制的语音信号分别记为Sfm1(t)、Sfm2(t)、...、Sfm8(t)，使用的子载波频率分别为100KHZ、200KHZ、...、800KHZ。Node 1的通信对象为Node 2，Node 3的通信对象为Node4，Node 5的通信对象为Node 6，Node 7的通信对象为Node 8，但在实际应用中不限制具体的通信对象为某一用户，只需遵循本发明中上述子载波的排列原则①、②、③、④即可。
以Node 1发出的语音电信号S1(t)为例对于Node 1的语音信号的调制做说明，语音电信号S1(t)经过FM调制后，成为调制的语音信号Sfm1(t)。Node 1调制的语音信号使用的子载波为100KHZ，把调制的语音信号Sfm1(t)的单边带宽W记为20KHZ，则保护带宽B＝60KHZ。以相同方法可对Node 2、...、Node 8的语音电信号进行调制，每个用户调制的语音信号的单片带宽都是20KHZ，保护带宽也为60KHZ。Node 1、Node 2、...、Node 9噪声信号也使用跟语音电信号相同的调制方式，把调制的噪音信号分别记为Nfm1(t)、Nfm2(t)、...、Nfm9(t)，Node 1、Node2、...、Node 8调制的噪声信号也使用100KHZ、200KHZ、...、800KHZ这几个子载波中的一个，但要注意每一用户调制的噪声信号其频率不等于调制的语音信号的频率，调制的噪声信号的幅值也要大于调制信号。
在本处实例应用中，Node 1与Node 2会使用100KHZ和200KHZ的子载波频率进行通信，其中Sfm1(t)与Nfm2(t)使用100KHZ的子载波频率，Nfm1(t)与Sfm2(t)使用200KHZ的子载波频率；Node 3与Node 4会使用300KHZ和400KHZ的进行通信，其中Sfm3(t)与Nfm4(t)使用300KHZ的子载波频率，Nfm3(t)与Sfm4(t)使用400KHZ的子载波频率；Node 5与Node 6会使用500KHZ和600KHZ的子载波频率进行通信，其中Sfm5(t)与Nfm6(t)使用500KHZ的子载波频率，Nfm5(t)与Sfm6(t)使用600KHZ的子载波频率；Node 7与Node 8会使用700KHZ和800KHZ的子载波频率进行通信，其中Sfm7(t)与Nfm8(t)使用700KHZ的子载波频率，Nfm7(t)与Sfm8(t)使用800KHZ的子载波频率。Node 9的调制的噪声信号会使用900HZ的子载波频率，即Nfm9(t)会一直占用900HZ的信道，用于本实例中的通信系统，起到干扰窃听的作用。此时，母线上的混合信号应为为Sum(9)。
FM非相干解调的模型如图5所示，以Node 1接收的信号使用非相干解调的方式为例，对于Node 1的接收器从系统中收到信号
Figure BDA0003487419760000151
先通过限幅器消除畸变，再通过中心频率为200KHZ带通滤波器去除
Figure BDA0003487419760000152
中除调制语音信号Sfm2(t)的其他信号，得到调制语音信号Sfm2(t)。再通过微分器把调制信号Sfm2(t)变成调幅调频信号Sd2(t)，接着由包络检波器检出包络信号Se2(t)。包络信号Se2(t)通过低通滤波器去除直流分量，得到Node 2产生的语音电信号S2(t)，最后将语音电信号S2(t)转换为音频信号输出至Node 1的喇叭。其余各用户也采用相同的解调方式解调出通信对象的语音电信号。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多用户有线保密通信系统，其特征在于，包括n个节点，n为正整数，每个节点均与公共电话线相连，每个节点可与其他节点进行全双工有线保密通信；
每个节点包括信号产生电路，信号接收电路和2/4转换电路；
所述信号产生电路包括麦克风，噪声信源，分别为麦克风和噪声信源产生的信号进行处理的调制装置，分别为调制的语音信号和调制的噪声信号进行上变频操作的上变频装置，以及加法电路；
n个节点所述加法电路将上变频后的麦克风信号和噪声信号相加，通过2/4转换电路发送至公共电话线，公共电话线的信号为：
Figure FDA0003487419750000011
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号。
2.如权利要求1所述的多用户有线保密通信系统，其特征在于，所述信号接收电路包括带通滤波器、下变频器、解调装置和喇叭，信号接收电路用于接收公共电话线中不包括自身信号的所有信号，并依次进行带通滤波、下变频处理和解调处理，处理后的数据由喇叭输出。
3.如权利要求1所述的多用户有线保密通信系统，其特征在于，每个节点的噪声信源的调制装置与解调装置的调制方式相同；
每个节点的麦克风信号的调制装置最好与噪声信源的调制装置的调制方式也相同。
4.如权利要求1所述的多用户有线保密通信系统，其特征在于，当节点i与节点j通信时，节点i生成的语音上边带信号Si上与节点j生成的噪声上边带信号Nj上使用同一载波频段，节点i生成的噪声上边带信号Ni上与节点j生成的语音上边带信号Sj上使用的同一载波频段，所述节点i和节点j为n个节点中的任意两个不同的节点。
5.如权利要求1所述的多用户有线保密通信系统，其特征在于，每对通信节点都要使用相同类型的调制器设置相同的调制方式，每对节点的调制器类型保持一致。
6.一种多用户有线保密通信方法，其特征在于，节点i与节点j进行通信，节点j为n个节点中的不同于节点i的任意一个节点，对节点i进行说明，包括信息发送步骤和信息接收步骤：
所述信息发送步骤包括：
节点i的麦克风与噪声信源同时产生语音电信号和噪声信号，节点i为n个节点中的任意一个节点；
将语音电信号和噪声信号分别调制，得到调制后的语音信号和调制后的噪声信号；
将节点i调制后的语音信号与一个载波信号通过上变频进行混频得到语音上变频信号，将节点i调制后的噪声信号与另一个载波信号通过上变频进行混频得到噪声上变频信号，两个载波的频率不同；
将语音信号和噪声信号的上变频信号输入加法电路，进行信号混合并发送；
系统中存在n个节点，因此公共电话线的母线中的混合信号记为Sum(n)，混合信号应满足以下公式：
Figure FDA0003487419750000031
其中，Sk上代表第k个节点的语音信号的上边带信号，Nk上代表第k个节点的噪声信号的上边带信号；
所述信息接收步骤为：
节点i从公共电话线上接收不包括自身信号的所有信号；
通过节点i的带通滤波器，过滤与节点i噪声信号所用振荡器不同中心频率的子载波，得到节点j的语音上边带信号；
节点i对接收的节点j的语音上边带信号，进行下变频处理，对下变频处理后的信号进行解调，得到用户j的语音电信号；
节点i的接收器会接收到系统中不包括自身信号的所有信号，把此信号记为
Figure FDA0003487419750000032
的上标表示系统中节点的数量，下标表示是哪一个节点的接收电路，应满足以下公式：
Figure FDA0003487419750000033
7.如权利要求6所述的多用户有线保密通信方法，其特征在于，利用两个载波频率不同的振荡器，进行混频处理的方法如下：
为了避免语音信号调制信号Si调与噪声信号调制信号Ni调混合在一起，节点i使用的两个振荡器产生不同的频率，满足：
fia≠fib，i∈{1,2，...，n}
其中，fia，fib为节点i的子载波频率；n为节点的数量。
8.如权利要求6所述的多用户有线保密通信方法，其特征在于，为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，在各子信道之间设立隔离带记为B,系统各节点的子载波频分满足：
(2W+B)≥|fi+1-fi|，i∈{1,2，...，n}
其中，将节点调制的语音信号的单边带宽记为W。
9.如权利要求6所述的多用户有线保密通信方法，其特征在于，当存在某一节点未在通信的情况，产生空白信道，所述空白信道的噪声信源能够继续工作发出噪声，用于干扰窃听者。
10.如权利要求6所述的多用户有线保密通信方法，其特征在于，当i节点与j节点通信时，节点i产生的语音上边带信号Si上与节点j产生的噪声上边带信号Nj上处于同一载波频段，信号Nj上会保护此频段的信号Si上；
节点j产成的语音上边带信号Sj上与节点i产生的噪声上边带信号Ni上处于同一载波频段，信号Ni上又会保护此频段的信号Sj上。
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