音频混沌保密无线通信及在DSP上的实现

摘   要: 针对无线语音通信易被监听等特点，设计了一种基于混沌保密的无线语音通信系统。采用洛伦兹系统,以TMS320C6713 DSP和射频收发器为核心，在分析系统的工作原理和工作过程并给出了硬件原理图及软件流程图的基础上，说明了洛伦兹系统在DSP上的实现方法及改进型混沌同步。最后，利用DSP进行了混沌保密的无线语音通信实验并得到了相应的测试结果。
关键词: 混沌; 保密; DSP; 无线通信
   　无线语音通信技术是未来语音传输的发展趋势，它具有分布灵活、使用简便、几乎不受空间条件限制等特点。然而由于无线语音通信主要以无线电波为信息载体，易被监听，因此语音无线通信的保密显得尤为重要。
　本文结合无线数字语音通信系统的特点，利用混沌序列良好的保密性能[1-4]，实现了一种洛伦兹混沌语音保密通信系统，该系统设计简单、灵活多变，保密性优于一般混沌掩盖加密。
1 洛伦兹混沌系统
　本设计选用Lorenz系统，Lorenz方程为三维方程，属于高维混沌系统。应用Lorenz方程等高维系统构造序列密码的优点在于：可以对多个系统变量进行处理产生序列密码；同时能提供大量密钥空间[5]。
     选取系统参数：A=10.0,B=30.0,C=8.0/3,初值的选取可以是不为零的任意数，最好能选取在系统混沌吸引子中，这样可以使系统快速地进入混沌状态。结合实际情况，lorenz方程的所有参数采用浮点型，以便使混沌吸引子达到最佳效果。

其中,T在试验中根据实际情况可调节。
　利用上述产生的混沌方程的序列作为密码构建一个有混沌加密的语音无线通信系统。发送端加密过程为:

4.1.1核心处理器
     本设计的核心处理器采用TI公司的TMS320C6713 DSP（以下简称C6713），主要负责所有设备控制、任务调度、功能协调、通信协议控制、混沌保密算法的实施。本设计增加了外扩SDRAM存储器，用的是MT48LC4M32B2，SDRAM存储器被映射到DSP的CE0空间，工作频率为100 MHz，字节地址为0X8000 0000～0X801F FFFF，大小为2 MB，SDRAM与DSP的连接原理框图如图3所示。
   
   4.1.2 CODEC
     CODEC实现语音信号的采样、模/数转换、编码后传输给DSP进行信号调理。CODEC选用TI公司的TLV320AIC23B(以下简称AIC23B),与DSP的McASP模块实现无缝连接，串行传输数据；而DSP通过I2C总线初始化AIC23B[7]。
4.1.3 无线接收发送
     无线接收发送数据采用Nordic公司的nRF24L01,该芯片是一款新型单片射频收发器件,高效GFSK调制，抗干扰能力强,特别适合工业控制场合。nRF24L01工作于Enhanced ShockBurst模式下时具有自动应答和自动再发射功能，而且具有可选的内置包应答机制，极大地降低丢包率[8]。
4.1.4 主体硬件连接
　C6713有2个McASP(多通道音频接入接口)，McASP的串行数据多达8根，具有很强的编程能力，也可以配置多种同步串行标准，直接与各种器件高速接口。利用McASP1与AIC23的数据口相连，完成数据的发送和接收，而6713的IIC0口与AIC23的控制口相连，对AIC23写控制字，其基本的引脚连接图如图4所示。C6713还有两个McBSP(多通道缓冲串口)，利用McBSP1与GPIO口协作，共同控制24L01的数据与控制线，从而达到一帧30 B的传输效果，其中McBSP主管数据和同步脉冲，GPIO的GP8脚主要负责无线模块的发送接收启动、GP13脚主要负责帧信号的同步。