双边带调制在语音加密中的应用

一、引言

　　多年来通信保密一直是有关部门研究的重要课题，近些年来，随着我国经济水平的提高，通信事业也在不断发展，人们对信息的获得意识越来越强烈。为防止某些通讯内容的泄露，语音加密显得日益重要起来。目前用户迫切需要的是一些造价低廉、安装方便，能在一定范围内实现保密的装置。本文阐述的利用双边带调制实现语音加密，即满足了这方面的要求。

二、工作原理

　　所谓双边带调制（DSB）即载波抑制的调幅调制，它的载波被抑制，包络与调制前的信号不同，利用这一点即可实现信号的加密。加密时，将发话方语音信号调制在一个单音频信号上，从而产生一个经过DSB调制的音频信号（该信号在听觉上类似于单音信号），因DSB信号载波被抑制，故受话方必须对音频信号进行还原，即恢复载波，此时要求解密方必须提供一个同频率的参考信号，方可还原出发话方的真正语音。

　　线性调制的一般模型是通过一个乘法器将调制信号与正弦波信号相乘，然后对其输出进行适当的线性滤波得到，只要将载波信号与被调制信号相乘，即可实现双边带调制，此时线性滤波器中的冲激响应是常数。由于实际乘法器的非线性作用，输出信号含有高次谐波分量，为了对上、下边频外的信号进行清除，我们加入滤波器，因此双边带调制信号的实际调制采用由乘法器和滤波器组成的平衡调制器。

　　平衡调制器可用模拟乘法器实现，也可用集成平衡调制器，如MC1496，本文采用理想的开关乘法器实现平衡调制。即用方波信号控制一个模拟双向开关，对调制信号周期性地切换于差动放大器的两输入端，进行同相和反相放大，从而产生调制。调制前信号是一正弦波，通过与方波信号相乘，即交替地乘上（+1）和（-1）可得调制输出信号。如图1（a）所示。从图中可看出调制输出信号含有谐波分量。为消除谐波信号，在开关乘法器的滤波器中，我们在中心频率处适当地选取了有一定带宽的带通滤波器，经滤波器滤后波形如图1（b）所示，可见谐波信号大大减弱。

　 另外，实际加密电路中，载频的选定是至关重要的，它是决定信号能否还原的关键。一般无线电通信中语音带宽为300-3000Hz，为了应用，调制信号应位于音频范围的低端。假定传输中无失真恢复8KHz。与音频的差为5KHz。当然载频也不能太低，当载频落在3KHz以内时，输出调制信号的频谱将发生“折叠”，使信号无法还原，故载频应取在3KHz与5KHz之间，本文选取4KHz.

三、加密与解密电路的实现

　　加密电路的框图如图2所示，这里要求输入的语音信号应大于200mv。该信号可由话筒和前置放大器产生。语音信号经300-3000Hz的带通滤波器，把语音信号的频率限定在3KHz。否则语音信号有可能高于载波频率。在实际调试中，我们采用有源滤波器，模拟双向开关和运放组成开关乘法器，在4KHz载频作用下，模拟开关高速转换从而产生调制信号。DSB滤波器为一带通滤波器，其中心频率为4KHz，带宽为6KHz。

　　平衡调制部分结构由AD7512和运算放大器LF366构成。方波输入正半周，运放反相输入端接语音信号，同相输入端接地，实现反相放大。方波输入为负半周时运放同相输入端接语言信号，反相输入端接地，实现同相放大。

　　4KHz信号发生器由555时基IC及两个JK触发器组成。555时基IC组成方波发生器，其振荡频率为16KHz。振荡频率可以通过外接电阻改变。两个JK触发器构成四分频电路，555产生的信号经过四分频获得4KHz的方波输出，送到平衡调制器作为载波信号。

　　双边带调制信号的还原同样可用开关乘法器实现。图3即为解密电路结构框图，因载波被抑制，必须用振荡器产生参考信号，且接收方的频率应与发送方一致，否则将严重失真或无法还原。本文采用晶振作震荡器，经分频获得4KHz信号，这样，解密输出信号失真小。被解密的音频信号送入1KHz-7KHz滤波器滤出其它频率，然后送入开关乘法器。与4KHz参考信号相乘，还原出语音信号。后面所接滤波器用以滤除发送与接收双方载频相位不完全一致可能产生的尖峰脉冲。

　　从以上分析可以看出，利用双边带调制可以实现语音信号的解密，通过对电路的实际调试也证实该电路方案是可行的。从而为保密通信提供了一种新方法。

四、结束语　　

　　上述加密与解密电路可用于电台、小型对讲机及电话线路作模拟加密处理用。同时，如果将电路集成化，并通过置换不同载波（3.5-4.5KHz）。可获得“密钥”功能 ，因此，这种对语音信号发送前进行加密处理，接收后再进行解密，从而有效地增加了通信的保密性，且由于其设计简单、价格便宜，对我国一些民用领域具有一定的实际意义。