無線語音通信技術是未來語音傳輸的發(fā)展趨勢，它具有分布靈活、使用簡便、幾乎不受空間條件限制等特點。然而由于無線語音通信主要以無線電波為信息載體，易被監(jiān)聽，因此語音無線通信的保密顯得尤為重要。
　本文結合無線數字語音通信系統(tǒng)的特點，利用混沌序列良好的保密性能[1-4]，實現了一種洛倫茲混沌語音保密通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)設計簡單、靈活多變，保密性優(yōu)于一般混沌掩蓋加密。
1 洛倫茲混沌系統(tǒng)
　本設計選用Lorenz系統(tǒng)，Lorenz方程為三維方程，屬于高維混沌系統(tǒng)。應用Lorenz方程等高維系統(tǒng)構造序列密碼的優(yōu)點在于：可以對多個系統(tǒng)變量進行處理產生序列密碼；同時能提供大量密鑰空間[5]。
    選取系統(tǒng)參數：A=10.0,B=30.0,C=8.0/3,初值的選取可以是不為零的任意數，最好能選取在系統(tǒng)混沌吸引子中，這樣可以使系統(tǒng)快速地進入混沌狀態(tài)。結合實際情況，lorenz方程的所有參數采用浮點型，以便使混沌吸引子達到最佳效果。

其中,T在試驗中根據實際情況可調節(jié)。
　利用上述產生的混沌方程的序列作為密碼構建一個有混沌加密的語音無線通信系統(tǒng)。發(fā)送端加密過程為:

4.1.1核心處理器
    本設計的核心處理器采用TI公司的TMS320C6713 DSP（以下簡稱C6713），主要負責所有設備控制、任務調度、功能協調、通信協議控制、混沌保密算法的實施。本設計增加了外擴SDRAM存儲器，用的是MT48LC4M32B2，SDRAM存儲器被映射到DSP的CE0空間，工作頻率為100 MHz，字節(jié)地址為0X8000 0000～0X801F FFFF，大小為2 MB，SDRAM與DSP的連接原理框圖如圖3所示。

4.1.2 CODEC
    CODEC實現語音信號的采樣、模/數轉換、編碼后傳輸給DSP進行信號調理。CODEC選用TI公司的TLV320AIC23B(以下簡稱AIC23B),與DSP的McASP模塊實現無縫連接，串行傳輸數據；而DSP通過I2C總線初始化AIC23B[7]。
4.1.3 無線接收發(fā)送
    無線接收發(fā)送數據采用Nordic公司的nRF24L01,該芯片是一款新型單片射頻收發(fā)器件,高效GFSK調制，抗干擾能力強,特別適合工業(yè)控制場合。nRF24L01工作于Enhanced ShockBurst模式下時具有自動應答和自動再發(fā)射功能，而且具有可選的內置包應答機制，極大地降低丟包率[8]。
4.1.4 主體硬件連接
　C6713有2個McASP(多通道音頻接入接口)，McASP的串行數據多達8根，具有很強的編程能力，也可以配置多種同步串行標準，直接與各種器件高速接口。利用McASP1與AIC23的數據口相連，完成數據的發(fā)送和接收，而6713的IIC0口與AIC23的控制口相連，對AIC23寫控制字，其基本的引腳連接圖如圖4所示。C6713還有兩個McBSP(多通道緩沖串口)，利用McBSP1與GPIO口協作，共同控制24L01的數據與控制線，從而達到一幀30 B的傳輸效果，其中McBSP主管數據和同步脈沖，GPIO的GP8腳主要負責無線模塊的發(fā)送接收啟動、GP13腳主要負責幀信號的同步。

4.2 軟件設計
　系統(tǒng)軟件設計包括接收和發(fā)送兩部分，而這兩部分又可各自分為三個主要部分，包括硬件驅動程序和各硬件間的協調調度以及混沌加解密程序。發(fā)送和接收的各部分幾乎相同，只是接收部分需要中斷，以提醒DSP停止當前的處理，進入中斷去取數據。
　硬件驅動程序主要是包括DSP各寄存器配置、SDRAM的配置、AIC23B寄存器的配置、24L01的配置。這些配置在主函數中以初始化的形式編寫。
　各硬件間的協調調度是進行數據流傳輸的重要工作內容，其中包括利用AIC23B的取得或播放數據、數據進入緩沖區(qū)或流出緩沖區(qū)、混沌保密環(huán)節(jié)的取或出數據、24L01接收和發(fā)送數據。接收端程序采用中斷程序+循環(huán)主程序的方式。
　混沌加解密程序是系統(tǒng)保密的核心部分，加密端與解密端的混沌方程參數一定要相同才能解密出原始信號，否則會導致混沌發(fā)散。迭代方程中的比例系數的調節(jié)很關鍵，根據經驗值，混沌信號一般大于去直流信號后語音信號的10~100倍。軟件設計流程圖如圖5所示。

4.3 數據傳輸速率的匹配的解決
　通過示波器測試分析,含有15個數據的信息包的傳輸時間大約為750 μs，按此速度計算，每個數據的傳輸時間平均為50 μs，混沌加解密算法占用的時間約為20 μs,而AIC23B的采樣率設置為8 kS/s，每個語音信號采集時間約120 μs，50 μs+20 μs遠小于120 μs，加入一定的延時時間和設置數據緩沖區(qū)就會解決速度匹配的問題。另外盡量保證發(fā)送數據速度小于接收速度，以免丟失數據包，導致混沌吸引子發(fā)散。
5 實驗結果分析
    通過示波器觀看到發(fā)送端原始信號波形圖與接收端未解密出來的信號對比，如圖6所示?？梢钥闯觯用芎蟮男盘柺请s亂無章的，趨向于噪聲。另外接收到的語音信號的質量無明顯下降,如圖7所示。也可以看出解密后的信號幾乎與原始信號一樣。解密端僅有一些延時，由于距離和加解密程序的耗時，這是難以避免的。

    混沌保密通信分為有線通信和無線通信兩大類。無線混沌保密通信相對有線混沌保密通信難度大得多。本文設計了語音無線通信的硬件和軟件系統(tǒng)，并以洛倫茲混沌系統(tǒng)為加密方式，用Euler算法作離散化處理，對語音信號進行加密和解密,成功實現了語音無線混沌通信。由于語音無線通信設計中采用了各種糾錯方式，使得語音混沌無線通信具有更好的實際可行性。
參考文獻
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