海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)

◎ 姚萍萍 廣州通信中心

海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)

◎ 姚萍萍 廣州通信中心

海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)能夠滿足海上的通信需求，并解決海上通信加密問題。本文以海事短波語言數(shù)字加密通信系統(tǒng)中心論點，先是概述了海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)，然后詳細闡述了該系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)原理。

海事 短波 語音數(shù)字 加密 通信系統(tǒng)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，海事事務逐漸受到人們的關注。而海事短波語言數(shù)字加密通信系統(tǒng)既能保證海上傳輸信息的安全性，也能抵抗大風等惡劣天氣的干擾。因而，為了提高我國海洋通訊的水平，促進海洋事業(yè)的快速發(fā)展，應當加強海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)的構(gòu)建。

1.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)概述

近年來，隨著我國軍事力量的提升，海事通信安全問題日益突出。尤其是在海洋通信方面，短波通信的應用越來越廣泛。另外，語音通信加密的方式包括模擬加密和數(shù)字加密兩種。模擬加密方式又可分為時間域加密、頻率域加密、變換域加密和多維域加密。模擬加密的優(yōu)點在于簡單、寬帶兆寬小。其缺點在于不安全、修改困難大。而數(shù)字加密在我國無線通信技術(shù)不斷發(fā)展和完善的背景下，也逐漸受到人們的重視。如衛(wèi)星通信技術(shù)、GSM技術(shù)等都為數(shù)字加密提供了可靠的技術(shù)支持。

2.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)設計

2.1結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)海事事務的具體需求，該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)主要是以獨立系統(tǒng)的形式存在。該獨立系統(tǒng)包括嵌入式微處理器、輸入端、輸出端，且系統(tǒng)所處位置是在電臺的話筒和設備之間。在實際工作過程中，只需利用電纜將系統(tǒng)輸出端與收發(fā)機相連，并將短波電臺手柄線連接到系統(tǒng)輸入端，即可實現(xiàn)完整的語音數(shù)字加密。另外，系統(tǒng)還設有開關，平常處于自動打開的狀態(tài)，當按下時即可進行系統(tǒng)語音加密。

2.2實現(xiàn)原理

短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)的工作流程是：模擬語音、摸數(shù)變換電路、聲碼化編碼、加密、調(diào)制。解密過程中是解調(diào)、解密、聲碼化解碼、摸數(shù)變換電路。其中摸數(shù)變換電路的主要作用是進行語音數(shù)字信息的收集和采用。聲碼化編碼主要就是進行聲音的編碼加密，以保證數(shù)字信號的安全性。調(diào)制是將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號，并傳送至短波電臺。而在解密的過程中，模擬信號會被解調(diào)成數(shù)字信號，并進入到解密模塊進行解密，而后才會被傳送至聲碼化模塊?？偟膩碚f，解密和加密過程是兩個相反的過程。

2.3技術(shù)分析

隨著我國通信技術(shù)的發(fā)展，短波通信也在不斷的發(fā)展和完善。該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)所用到的技術(shù)包括數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)、聲碼化編碼技術(shù)、流加密技術(shù)。

其中數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)主要用于數(shù)字信號和模擬信號的傳輸。兩者的工作原理是不相同的。模擬型號是呈正弦波形，通常家用有線電視、早起的大哥大手機都是模擬信號。數(shù)字信號主要是應用在手機方面。在該系統(tǒng)中進行數(shù)字信號和模擬信號轉(zhuǎn)換的是調(diào)制和解調(diào)部分。所謂調(diào)制就是指將模擬信號進行抽樣量化，并以二進制進行調(diào)制。而解調(diào)是調(diào)制的逆過程。解調(diào)方式是根據(jù)調(diào)制方式而定的。比較常用的解調(diào)方式包括正弦波解調(diào)和脈沖波解調(diào)。解調(diào)的工作過程主要就是將處于載波附近的信號頻譜轉(zhuǎn)移到基帶中，然后利用濾波器，濾出基帶信號，從而完成解調(diào)任務。

加密解密算法的種類比較多。常見的加密解密算法包括安全散列算法SHA、RSA算法、數(shù)據(jù)加密標準DES、BASE64。其中 SHA是一種數(shù)據(jù)加密算法，該算法的思想是接收一段明文，然后以一種不可逆的方式將它轉(zhuǎn)換成一段（通常更?。┟芪?，也可以簡單的理解為取一串輸入碼（稱為預映射或信息），并把它們轉(zhuǎn)化為長度較短、位數(shù)固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認證代碼）的過程。而RSA算法是用于加密和數(shù)字簽名的算法，主要優(yōu)點是便于簡單。但是產(chǎn)生密鑰過程繁瑣、安全性低、算法長度越長保密性越好。選擇加密解密算法需要根據(jù)實際的環(huán)境需要。而該系統(tǒng)主要用到的是流密碼加密方式。流密碼就是使用較短的一串數(shù)字，來生成無限長的偽隨機密碼流，當然事實上只需要生成和明文長度一樣的密碼流就夠了。如一個非常簡單的流密碼算法是，用6個比特位101100做密鑰，將它不斷重復得到密碼流101100101100101100....直到和明文長度相等，然后將密碼流和明文“相加”就得到密文了，解密就是將這個密碼流和密文“相加”。流密碼算法的特殊名稱—維吉尼亞密碼，當然這里密鑰長度可以不是6。之所以選擇流密碼加密方式是因為該系統(tǒng)采用的是聲碼化編碼方式，平均每幀的數(shù)據(jù)量比較小，而流密碼的安全性和保密性主要是取決于密鑰序列。

聲碼化編碼是指參數(shù)編碼，主要是提取語音信號特征參數(shù)，并進行提取而后重新構(gòu)建語音信號，既要保證原語音的語義氣，也要盡可能的提高語音的可懂度。如果從信號角度考慮，語音信號主要是由音素組成。所謂音素，包括清音和濁音兩種。若干個音素結(jié)合可形成音節(jié)。語音信號的主要產(chǎn)生過程是：如果處于濁音狀態(tài)下，激勵信號經(jīng)由周期脈沖之后，會產(chǎn)生沖激序列。如果處在清音的狀態(tài)下，激勵信號經(jīng)由隨機噪聲發(fā)生器會產(chǎn)生呈高斯分布式的序列。假設沖激序列的周期為N，那么每個N，就會出現(xiàn)一個脈沖。該沖激序列的周期計算方式是序列的采樣率與音頻的比值。同時假設如果高斯分布式序列的方差為1，均值為0,那么有可能沖激信號頻譜等于聲門氣流脈沖頻譜。據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示：對于聲道參數(shù)而言，如果能夠在30毫秒內(nèi)保持值不變，則語音分析幀長保持在20毫秒之內(nèi)。對于激勵參數(shù)而言，能夠在5毫秒內(nèi)保持長度不變。該系統(tǒng)在采用改進算法之后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)率值在2050千帕，幀持續(xù)時長微20毫秒左右，長度約為41字節(jié)。

2.4測試

在系統(tǒng)設計完成后，需要對系統(tǒng)進行測試、分析。該海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)進行測試時，選擇了廣州、海口到天津的遠距離通信實驗。目前通用的通信系統(tǒng)評價方式主要以國際MOS評分法為主。該評分方式滿分設五分。共分三個層次：4.0-4.5分、3.5分、3.0分以下。據(jù)測試顯示：當信噪比超過15分貝時，其通信質(zhì)量能夠接收。實驗的平均信噪比在30分貝左右，其網(wǎng)絡通信語音值在3.2左右，達到了國際評分標準。這也就是表明，該系統(tǒng)的設計比較合理，能夠用于海上事務的通信工作中。總得來說，該系統(tǒng)采用的流加密算法，獨立的處理系統(tǒng)，較高的網(wǎng)路通信質(zhì)量都能夠使其達到現(xiàn)代海事短波通信體制的要求。鑒于此，我國一方面要重視該系統(tǒng)的應用。另一方面應當重視利用最新的科學技術(shù)，不斷完善該系統(tǒng)，以彌補其中的不足，并最終提升我國海事通短波通信的技術(shù)水平，促進我國海洋事業(yè)的發(fā)展。

3.總結(jié)

綜上所述，海事短波語音數(shù)字加密系統(tǒng)對于保證海上傳輸信號安全，加強我國海洋事務的管理非常重要。尤其是能夠提升我國海洋軍事實力，從而擴大我國在國際上的影響力，最終贏得海上軍事話語權(quán)。

[1]蘇本征.海事短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)[J].中國水運(下半月),2015,01:45-47.

[2]蘇本征.短波語音數(shù)字加密通信系統(tǒng)[J].天津航海,2015,01:55-57.

[3]汪艷麗.無線超短波語音數(shù)字化集群加密系統(tǒng)研究[D].長春理工大學,2013.