如何該語音數(shù)據(jù)加密，我今天給大家介紹一種方法——窄帶語音數(shù)據(jù)加密。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們所設(shè)計的窄帶語音數(shù)據(jù)加密通信系統(tǒng)框圖如圖1所示，其包括A/D、D/A模塊，聲碼器編解碼模塊和數(shù)據(jù)加密通信系統(tǒng)。

這種新的數(shù)據(jù)加密通信技術(shù)系統(tǒng)框圖如圖2所示，為防止數(shù)據(jù)傳輸中的突發(fā)錯誤，首先對待傳數(shù)據(jù)進行交織，之后再進行前向糾錯(FEC)編碼，經(jīng)串并變換后，在多個正交的頻率點分別進行DQPSK調(diào)制，將多路調(diào)制結(jié)果相加，經(jīng)信道傳輸后再進行FFT解調(diào)，前向糾錯(FEC)解碼和解交織，即可正確接收傳送數(shù)據(jù)。

二、系統(tǒng)具體實現(xiàn)分析

為了增大頻帶利用率和傳碼率，我們采用了MCM (Multi-Canier Modulation，多載波調(diào)制)技術(shù)和多進制調(diào)制方式π/4 -DQPSK，為了減小系統(tǒng)的誤碼率，增強系統(tǒng)抗干擾的能力，我們采用了FFT解調(diào)方式。

1、正交頻率點的選擇

對語音數(shù)據(jù)而言，其頻率范圍為：0.3kHz~3.OkHz，根據(jù)奈奎斯特抽樣定律，采樣頻率至少為6.OkHz，最終我們決定在一個符號周期4ms內(nèi)，采樣32點，即采樣頻率為8.OkHz，采樣間隔為0.125ms。為滿足正交條件（在符號周期上任何兩個載波的乘積都為0），要求載波最小間隔大于等于符號間隔的倒數(shù)，為實現(xiàn)最大頻帶利用率，我們使得二者相等，即最小頻率間隔為：1/4ms=0.25kHz。為了在一個符號周期內(nèi)恰好有整數(shù)個頻率周期，故頻率點我們選擇0.50kHz、0.75kHz、l.OOkHz、1.25 Hz、1.50kHz、1.75kHz、 2.OOkHz、 2.25kHz、2.50kHz、2.75kHz，共有10個，其中0.50kHz和2.75kHz我們用作粗同步確定頻點和待擴展的頻點，其余8個頻點我們用于正交頻點。理論上可以采取更多的頻點來進行調(diào)制從而實現(xiàn)更高的傳輸速率，但是更多的頻點會導(dǎo)致發(fā)射功率的提高，對發(fā)射設(shè)備的要求會更高，如果不提高發(fā)射功率，接收端就很難正確解調(diào)。

2、π/4 - DQPSK調(diào)制

π/4 - DQPSK調(diào)制方式具有頻譜利用率高、抗衰落性能強等突出特點，它是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)，1962年由Baker教授首先提出。其介于QPSK和OQPSK之間的調(diào)制方式，其相位最大突變?yōu)棣?4，因而其頻譜特性優(yōu)于QPSK；相應(yīng)于OQPSK，它能實現(xiàn)差分檢測，這樣可以避免相干檢測中相干載波的相位模糊問題。由于它具有頻譜特性好、頻譜利用率高、抗多普勒頻移等顯著優(yōu)點，在移動通信、衛(wèi)星通信中得到了廣泛應(yīng)用，其調(diào)制框圖如圖3所示：

π/4 - DQPSK信號載波相位與雙比特碼元的關(guān)系如下表所示：

3、FFT解調(diào)

我們采取了在接收端對信號進行FFT變換的解調(diào)方法，經(jīng)仿真比在發(fā)送端加IFFT，接收端加FFT的解調(diào)方法的抗噪性能好、實現(xiàn)簡單、計算復(fù)雜度低；而傳統(tǒng)的DQPSK差分相干解調(diào)方法，由于解調(diào)復(fù)雜，且傳送會引起碼間干擾，抽樣和判決時的誤差等因素影響，導(dǎo)致最終的誤碼率很大。故對于前兩種方法，F(xiàn)FT解調(diào)不僅在運算量上有很大的節(jié)省，而且抗噪聲能力也有很大的提高。FFT解調(diào)的思路如下：

經(jīng)π/4 - DQPSK調(diào)制后，在接收端進行FFT變換，我們對頻域中不同正交頻點上實部和虛部攜帶的相位信息進行了詳細(xì)的分析，以此為根據(jù)來進行解調(diào)，即為FFT解調(diào)。而以前不用FFT解調(diào)方法是因為在實際實現(xiàn)時，單片機或DSP的計算能力不夠，不能支持FFT在短時間如此大的計算能力，實時性不夠。按照我們的設(shè)計，在FFT解調(diào)時需要在125μs內(nèi)完成一次32點的FFT運算。經(jīng)過計算，使用C8051F410（帶硬乘法器）可以滿足需求。

三、matlab仿真結(jié)果

經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)，同步的好壞對系統(tǒng)的誤碼率有很大的影響，而誤碼率是衡量通信系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)，故我們在Matlab環(huán)境下實現(xiàn)該系統(tǒng)后，對同步技術(shù)和誤碼率進行了詳細(xì)仿真。

1、關(guān)于同步的仿真

同步分為粗同步和精同步兩部分。粗同步頭，是由0.50kHz和2.75kHz頻點在4ms內(nèi)分別抽樣32點相加構(gòu)成的。經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)：在接收端進行粗同步時，發(fā)現(xiàn)若能夠正確分析出我們所加的由0.50kHz和2.75kHz構(gòu)成粗同步頭，至少應(yīng)該包括原來的32點中的24點，此時的頻譜還是很好的。具體分析圖如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示：

圖形分析：圖4為0.50kHz和2.75kHz頻點在4ms內(nèi)分別抽樣32點相加構(gòu)成的時域和頻域圖，此時兩頻點對應(yīng)的譜線很明顯；

圖5為滑動2點對應(yīng)的頻譜，其他頻譜點已經(jīng)出現(xiàn)低微擾動；

圖6滑動4點，圖7滑動8點，此時擾動對于0.50kHz和2.75kH頻點譜線還是很小的；

圖8滑動了16點，此時擾動已經(jīng)很大了。

結(jié)論：進行FFT解調(diào)時，至少應(yīng)包括32點中的24點，才可正確確定所包含頻點。

精同步碼我們選擇POCSAG碼的同步碼，其由固定的32 bit所組成，作用是提供碼組間的同步信號，具體規(guī)定為：01111100110100100001010111 011000。

最終仿真結(jié)果，我們在粗同步時可以將同步誤差控制在+1個碼字內(nèi)，再經(jīng)精同步后，即可精確定位，以便正確解調(diào)。

2、關(guān)于誤碼率的仿真

我們對發(fā)送端的數(shù)據(jù)加高斯白噪聲后，進行傳送。其中碼速率取4kbiUs，采樣率為8kHz，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為：011111001101001000010101110110001111100100共42位時，經(jīng)前向糾錯編碼后變?yōu)?4位：0111110011010010000101011101100010111011000011011111110100100010，后分8路分別進行調(diào)制，下圖9至圖12為FFT解調(diào)時對應(yīng)的時域和頻譜圖：

結(jié)論：當(dāng)對發(fā)送的數(shù)據(jù)加高斯白噪聲時，經(jīng)程序運行分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)信噪比為30db，20db時，系統(tǒng)的誤碼率仍然保持為0。

分兩種情況分析：

(1)當(dāng)假設(shè)系統(tǒng)在理想同步的情況下，則系統(tǒng)的抗噪聲干擾能力很強，可以達到-5~-lOdb。

(2)當(dāng)加入搜索相同步一精同步時，為能夠精確搜索到同步字，系統(tǒng)的抗噪聲能力可以達到20-lOdb。

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