本文关键字: 网络3, 单片机17, 信令9, Modem5, PTT2, 射频1, 移动通信1

   模拟集群是一种无线专用调度通信系统，广泛应用于公安、交通、铁路等专业通信网络。随着设备的标准化和普及化，如何防止网外窃听和干扰，保障通信安全成为亟需解决的问题。

   CMX264是CML公司推出的用于话音通信系统的频域扰频芯片，片上有4个可编程的扰频频率点，以选定的频率为中心，将话音信号的频谱切割成两段并分别倒置；接收端将上述过程进行反变换，还原出原始语音信号，从而达到加密的目的。

   本文设计了一种基于CMX264，用于集群系统话音扰频的方案，通过引入无线数传技术和跳频概念，在不增加设备复杂度的情况下，保障网内通话的安全性和应用范围。

1 方案对比

1.1 单一扰频方式

   在固定扰频点上实施扰频，这种方案设计简单，且不受中继台影响，缺点是容易被破解。

1.2 跳频扰频

   通过单片机进行控制和定时，在提供的四个扰频点中按照约定的次序和时间间隔进行切换，类似跳频通信技术，只是跳动的不是载波频率，而是扰频点频率。与单一扰频方式相比，该方案安全性能有所提高，但不适于大网络，因为信号经过中继台以后会引入延时，导致跳频不同步，且跳频方式相对固定，仍有一定的安全隐患。

1.3 结合数传技术的跳频扰频

   针对以上两者的不足，提出了结合数传技术的跳频扰频方案。该方案在模拟系统上实现数据传输，每次通话前先发送跳频信令，即本次跳频的次序以及时间间隔，由扰频信令确定起跳时间，克服了中继台的延时影响；跳频次序的随机性，加大了窃听的难度。

2 系统设计

   系统原理如图1，选用ATmega8单片机进行控制和编码，CMX264进行话音扰频，MSM6882无线MODEM完成数据的调制解调，高莱 (Golay)码进行信道纠错，通过扰频信令确定跳频方式。呼叫方每次通话前，即按下PTT之后，在单片机控制下先由MSM6882发送扰频信令，确定此次通话是否扰频以及扰频的次序和时间间隔，CMX264按照约定的规则改变扰频点，接收方根据解调出的扰频信令设置起跳时间和方式，达到同步接收的效果。

2.1 CMX264的设计

   话音信号的频率范围是 300Hz～3 300Hz，CMX264选择四个频点中的一个，将话音信号划分为两个子带，并分别对子带的频谱进行倒置，接收端再进行反变换还原出原始语音信号。当晶振频率为4.433 619MHz时，四个扰频点频率分别为1 027Hz、1 276Hz、1 482Hz和1 966Hz。话音信号由MICIN端进入，经过扰频、加重处理后由MICO端输出；射频接收解调出的话音信号由RXIN端进入，经去扰频、加重处理后由 EXTO端输出。可见CMX264只是串接在原有的话音通路中改变频谱结构而不影响传输效果。

   CMX264提供串行接口来控制内部状态和工作模式，指令的功能包括：省电模式、是否扰频、话音输入输出控制、预加重/去加重选择和扰频点选择。指令的格式定义如表1所示。

   数据通过DATA端按高位在前的顺序写入，在SCLK端的上升沿锁存数据，CSN端提供片选信号。CMX264处在从接收的位置，单片机只需根据时序定义，通过I/O口即可实现此串行接口的功能，对CMX264进行控制。时序如图2所示。

2.2 无线数传模块设计

2.2.1 MODEM的设计

   电台内部针对话音频带进行了带通滤波，因此对MODEM调制后的信号有频率限制，不能超出话音频率范围。MSM6882是OKI公司推出的MSK全双工调制解调器，MSK信号包络恒定，具有最小功率谱占用率，在码元转换瞬间没有相位突变，数据传输波特率可以在1 200/2 400进行选择，载波频率600～2400Hz，因此完全可以通过电台的话音信道进行传输。

   MSM6882内部提供接收时钟RT和发送时钟ST，通过同步串口与单片机通信，单片机使用外部中断模拟实现同步串口的功能。