一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统的制作方法

本申请属于语音通信技术领域，具体地说，涉及一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统。

背景技术：

无线语音通信具有使用方便、灵活、不受地理环境限制、无需铺设线缆等优点，但电磁空间是开放的，信息很容易被他人获取或干扰，如何进行可靠、保密通信在很多场合显得尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统，能够利用LoRa芯片的抗干扰能力，使得语音通信具有抗干扰、抗截获、保密、远距离等优点。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统，并采用以下技术方案来实现。

一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统，包括信号采集和数字处理模块、LoRa模块以及功放/滤波模块；所述信号采集和数字处理模块、所述LoRa模块以及所述功放/滤波模块依次电连接；所述信号采集和数字处理模块与送受话器电连接，所述功放/滤波模块与天线电连接。

进一步的，所述LoRa模块包括SX1276芯片。

进一步的，所述信号采集和数字处理模块包括PCM编码模块、解压缩模块和FPGA模块；所述PCM编码模块、所述解压缩模块和所述FPGA模块依次电连接。

更进一步的，所述PCM编码模块的编码芯片为MC14LC5540。

更进一步的，所述解压缩模块的解压缩芯片为AMBE2000。

更进一步的，所述FPGA模块包括FIFO缓存器模块、加密模块和组帧模块；所述FIFO缓存器模块、所述加密模块和所述组帧模块依次电连接。

进一步的，所述基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统，还包括电源模块；所述电源模块分别与所述信号采集和数字处理模块、所述LoRa模块以及所述功放/滤波模块电连接。

与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：采用基于LoRa的线性调频扩频技术和加密技术实现保密通信，使得语音通信具有抗干扰、抗截获、保密、远距离等优点，具有较强的实际应用价值。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一个实施例的实时语音加密传输系统硬件构成框图。

图2是本申请一个实施例的信号采集和数字处理模块原理框图。

图3是本申请一个实施例的FPGA处理部分原理框图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型的实时语音加密传输系统，采用LoRa和数字加密技术，其中LoRa基于一种扩频技术，具有较强的抗干扰能力，由于电磁信号峰值功率低，隐蔽性强，不易被截获。LoRa技术还有效解决了无线通信中常见的多径衰落和多普勒频移，并用正交扩频序列提高了信道容量。由于LoRa芯片传输数据速率低、延时大，目前多用于实时性要求不高的小信息量数据传输。LoRa模块基于升特公司的SX1276芯片进行设计，追加一些供SX1276芯片正常工作的外围电路，以便其功能的实现。

通过对LoRa芯片的分析和测试后，将其应用在实时性高的语音传输场合，通过合理的信息源数据处理，达到了较为理想的话音传输效果。首先对模拟话音信号进行数字化PCM编码，在对其进行AMBE压缩编码，得到2.4kbps低速率数字化语音信息，最后通过LoRa模块实现数据无线传输，经过实际外场测试，在无遮挡和同频干扰的环境下，通信距离可达10Km以上。

系统硬件构成框图如图1所示，基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统包括信号采集和数字处理模块、LoRa模块、功放/滤波模块以及电源模块，共四大部分。电源模块输入端与外部电源电连接，输出端与系统的其他三大模块电连接，为整个系统供电。信号采集和数字处理模块、LoRa模块、功放/滤波模块依次电连接，其中信号采集和数字处理模块与送受话器电连接，功放/滤波模块与天线电连接。

语音的传输分为发送过程和接收过程。

发送过程时，信号采集和数字处理模块的输入端与外部送话器电连接，用于采集语音并对采集到的语音进行数字化处理。信号采集和数字处理模块接收到原始模拟语音，对其进行滤波、放大等处理后，对放大后的模拟语音信息进行PCM编码、压缩编码，得到低速数字化语音数据，再对该数据进行数字信号处理，将处理后的基带待调制数据发给LoRa模块。信号采集和数字处理模块的输出端与LoRa模块的输入端电连接，将数字化处理后的语音信号进行基带调制、数模转换、超外差上变频、滤波、放大等处理后将射频信号送给功放/滤波模块。LoRa模块的输出端与功放/滤波模块的输入端电连接，将经过LoRa模块进一步处理完的小信号语音输送到功放/滤波模块进行进行放大和滤波，再通过与功放/滤波模块的输出端电连接的天线将电磁信号辐射到空中。

接收过程与发送过程电路连接顺序以及对信号的处理顺序正好相反，电路连接角度，信号采集和数字处理模块、LoRa模块、功放/滤波模块以及电源模块的输入端变为输出端，输出端变为输入端；信号转化角度，需要将电磁信号最终转换为模拟语音信号供接收端收听。接收过程具体为：空间电磁信号通过天线接收并转换为电信号；再进入LoRa模块，进行放大、滤波、超外差下变频、模数转换、基带解调等处理后，将解调数据传送给信号采集和数字处理模块，进行接口数据分组和速率变换、解帧、解密等处理后；再将数字化语音信息转换为模拟语音信号，再经过滤波、放大等处理后，驱动外部受话器实现语音恢复。

如图2所示，信号采集和数字处理模块包括PCM编码模块、解压缩模块和FPGA模块，PCM编码模块、解压缩模块和FPGA模块依次电连接。PCM编码模块选用的编码芯片为MC14LC5540，能够在发送过程中将模拟语音信号编码转换为64Kbps的数字信号或者在接收过程中将64Kbps的数字信号转换为模拟语音信号。解压缩模块选用的解压缩芯片为AMBE2000，能够在发送过程中对PCM编码后的数字信号进行压缩，得到速率为2.4kbps的低速数字化语音数据，或者在接收过程中将低速数字化语音数据解压缩成64Kbps的数字信号。FPGA能够在发送过程中对数字信号进行成帧、加密、接口数据分组和速率变换等数字信号处理，也能够在接收过程中进行相反的处理过程。

FPGA对数据进行处理的原理框图如图3所示，包括FIFO缓存器模块、加密模块、组帧模块，分别用来进行接口数据分组和速率变换、加密和成帧的信号处理过程，最终实现AMBE格式压缩数据与串口数据的转换。另外FPGA以其优良的性能可以作为整个系统的控制、协调中心，是语音信源端的核心芯片。

本申请的有益效果是：采用基于LoRa的线性调频扩频技术和数字加密技术实现保密通信，使得语音通信具有抗干扰、抗截获、保密、远距离等优点，具有较强的实际应用价值。

以上对本申请实施例所提供的一种基于LoRa芯片的实时语音加密传输系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。