基于無線數(shù)傳技術(shù)的話音擾頻模塊設(shè)計

　　模擬集群是一種無線專用調(diào)度通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于公安、交通、鐵路等專業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)。隨著設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和普及化，如何防止網(wǎng)外竊聽和干擾，保障通信安全成為亟需解決的問題。

　　CMX264是CML公司推出的用于話音通信系統(tǒng)的頻域擾頻芯片，片上有4個可編程的擾頻頻率點(diǎn)，以選定的頻率為中心，將話音信號的頻譜切割成兩段并分別倒置；接收端將上述過程進(jìn)行反變換，還原出原始語音信號，從而達(dá)到加密的目的。

　　本文設(shè)計了一種基于CMX264，用于集群系統(tǒng)話音擾頻的方案，通過引入無線數(shù)傳技術(shù)和跳頻概念，在不增加設(shè)備復(fù)雜度的情況下，保障網(wǎng)內(nèi)通話的安全性和應(yīng)用范圍。

　　1 方案對比

　　1.1 單一擾頻方式

　　在固定擾頻點(diǎn)上實(shí)施擾頻，這種方案設(shè)計簡單，且不受中繼臺影響，缺點(diǎn)是容易被破解。

　　1.2 跳頻擾頻

　　通過單片機(jī)進(jìn)行控制和定時，在提供的四個擾頻點(diǎn)中按照約定的次序和時間間隔進(jìn)行切換，類似跳頻通信技術(shù)，只是跳動的不是載波頻率，而是擾頻點(diǎn)頻率。與單一擾頻方式相比，該方案安全性能有所提高，但不適于大網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樾盘柦?jīng)過中繼臺以后會引入延時，導(dǎo)致跳頻不同步，且跳頻方式相對固定，仍有一定的安全隱患。

　　1.3 結(jié)合數(shù)傳技術(shù)的跳頻擾頻

　　針對以上兩者的不足，提出了結(jié)合數(shù)傳技術(shù)的跳頻擾頻方案。該方案在模擬系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，每次通話前先發(fā)送跳頻信令，即本次跳頻的次序以及時間間隔，由擾頻信令確定起跳時間，克服了中繼臺的延時影響；跳頻次序的隨機(jī)性，加大了竊聽的難度。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計

　　系統(tǒng)原理如圖1，選用ATmega8單片機(jī)進(jìn)行控制和編碼，CMX264進(jìn)行話音擾頻，MSM6882無線MODEM完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)，高萊 (Golay)碼進(jìn)行信道糾錯，通過擾頻信令確定跳頻方式。呼叫方每次通話前，即按下PTT之后，在單片機(jī)控制下先由MSM6882發(fā)送擾頻信令，確定此次通話是否擾頻以及擾頻的次序和時間間隔，CMX264按照約定的規(guī)則改變擾頻點(diǎn)，接收方根據(jù)解調(diào)出的擾頻信令設(shè)置起跳時間和方式，達(dá)到同步接收的效果。

　　2.1 CMX264的設(shè)計

　　話音信號的頻率范圍是 300Hz～3 300Hz，CMX264選擇四個頻點(diǎn)中的一個，將話音信號劃分為兩個子帶，并分別對子帶的頻譜進(jìn)行倒置，接收端再進(jìn)行反變換還原出原始語音信號。當(dāng)晶振頻率為4.433 619MHz時，四個擾頻點(diǎn)頻率分別為1 027Hz、1 276Hz、1 482Hz和1 966Hz。話音信號由MICIN端進(jìn)入，經(jīng)過擾頻、加重處理后由MICO端輸出；射頻接收解調(diào)出的話音信號由RXIN端進(jìn)入，經(jīng)去擾頻、加重處理后由 EXTO端輸出。可見CMX264只是串接在原有的話音通路中改變頻譜結(jié)構(gòu)而不影響傳輸效果。

　　CMX264提供串行接口來控制內(nèi)部狀態(tài)和工作模式，指令的功能包括：省電模式、是否擾頻、話音輸入輸出控制、預(yù)加重/去加重選擇和擾頻點(diǎn)選擇。指令的格式定義如表1所示。

　　數(shù)據(jù)通過DATA端按高位在前的順序?qū)懭?，在SCLK端的上升沿鎖存數(shù)據(jù)，CSN端提供片選信號。CMX264處在從接收的位置，單片機(jī)只需根據(jù)時序定義，通過I/O口即可實(shí)現(xiàn)此串行接口的功能，對CMX264進(jìn)行控制。時序如圖2所示。

　　2.2 無線數(shù)傳模塊設(shè)計

　　2.2.1 MODEM的設(shè)計

　　電臺內(nèi)部針對話音頻帶進(jìn)行了帶通濾波，因此對MODEM調(diào)制后的信號有頻率限制，不能超出話音頻率范圍。MSM6882是OKI公司推出的MSK全雙工調(diào)制解調(diào)器，MSK信號包絡(luò)恒定，具有最小功率譜占用率，在碼元轉(zhuǎn)換瞬間沒有相位突變，數(shù)據(jù)傳輸波特率可以在1 200/2 400進(jìn)行選擇，載波頻率600～2400Hz，因此完全可以通過電臺的話音信道進(jìn)行傳輸。

　　MSM6882內(nèi)部提供接收時鐘RT和發(fā)送時鐘ST，通過同步串口與單片機(jī)通信，單片機(jī)使用外部中斷模擬實(shí)現(xiàn)同步串口的功能。

　　發(fā)送數(shù)據(jù)時，單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)SD在ST上升沿被鎖存，因此將ST與單片機(jī)的外部中斷INT0相連，INT0設(shè)置為下降沿觸發(fā)，單片機(jī)在中斷處理程序中改變SD電平，數(shù)字信號經(jīng)過內(nèi)部調(diào)制后產(chǎn)生MSK信號輸出AO，發(fā)送時序如圖3所示。

　　接收數(shù)據(jù)時，輸入AI的MSK信號經(jīng)過內(nèi)部濾波器后可恢復(fù)為串行數(shù)據(jù)輸出，同時從接收的數(shù)據(jù)中還可恢復(fù)出同步時鐘RT，將RT與單片機(jī)的外部中斷INT1相連，中斷設(shè)置為上升沿觸發(fā)，單片機(jī)在中斷處理程序中讀取RD電平值。接收時序如圖4所示。

　　2.2.2 糾錯編碼的設(shè)計

　　移動通信時必然要受到無線信道傳輸特性的不理想以及加性噪聲的影響，要在這樣的傳播條件下保持可以接受的傳輸質(zhì)量，就必須采取各種技術(shù)措施來抵消衰落的不利影響，信道糾錯編碼就是其中一種有效的抗衰落技術(shù)。