一种基于多语音信道传输的数字通信方法

专利名称：一种基于多语音信道传输的数字通信方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，特别是基于语音信道传输的数字通信领域。
背景技术：
随着电信业的飞速发展，移动通讯网络的覆盖范围日益扩大，其提供的信息服务种类也越来越多。各种手机银行、商务通话等业务都存在加密保护隐私的需求；能在网络不健全或是突发紧急事件的情况下自动切换网络保持通信的畅通，提高通信质量，也将为人民生命健康和经济财产安全提供良好的保障。现今，使用中成熟的第二代移动通信系统以全球移动通信系统(GSM =Global System forMobile Communications)网络为代表，还包括码分多址技术通信系统(CDMA Code DivisionMultiple Access)网络等；而第三代移动通信系统，包括宽带码分多址技术通信系统(WCDMA =Wide Code Division Multiple Access)网络、码分多址技术通信系统 2000 (CDMA2000 Code Division Multiple Access 2000)网络以及时分-同步码多址通信系统(TD-SCDMA :Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)网络，也在逐渐发展起来。其中，普通2G和3G系统的语音传输网络仅提供部分加密，如空中接口加密(用户到基站的加密)。因为没有提供用户到用户的端到端加密服务，所以网络也不支持实行全程 (用户到用户)语音加密业务。不支持语音加密的原因是在基站处需要对语音进行编解码，而该语音编解码是一种有损的编码。在终端上对声码器输出数据进行加密后，形成的随机数字数据通过两次基站语音编解码，将会导致接收端获得的数字数据较发送端的加密随机数字数据发生很大改变，解密不能还原出原始信息。因此，若不进行任何处理直接在语音信道上进行加密数据传输是不能实现的。在GSM网络上，已有的加密语音是在电路交换数据(CSD :Circuit Switched Data)信道上传输的。该方案的问题是CSD信道的拨号接续时间长、数据传输的网络时延大，很大程度上影响通话的质量。在CDMA网络上，已有的加密语音传输是采取对网络上语音编解码处理的屏蔽措施，即对某些号段的语音不进行语音编解码处理。该方案的问题是需要对现有网络进行改动，成本较高，且不支持跨网通信。WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA等3G系统虽然有进一步的加密机制，但仍不能实现端对端的保密通信，并且系统正式投入使用时间短，还存在不稳定因素和网络覆盖范围小等问题。如上所述，如果能够在电信部门公共移动通信网络的基础上，利用现有的设备标准和营运功能，提出一种保证用户高质量的加密数据传输和语音通话的方案，将具有很强的可实施性。

发明内容
本发明揭示了一种基于多语音信道传输的数字通信方法。该方法在现有公共移动通信网络的基础之上，采用统一的数据处理机制实现不同网络间的数据传输，支持加密语音跨网通信，实现多通信网可控的加密数字可靠通信。本发明的特征和优点将在以下说明中进行阐述，并且在说明中部分地显见，或者可以从对本发明的实践来获知。通过文字说明及其权利要求以及附图中具体给出的结构， 可以实现并获知本发明的这些目的和其它优点。根据基本实施方式，一种基于多语音信道传输的数字通信方法体现为在用户和公共移动通信网络终端之间增加的数据处理机制所述处理机制采用新的设计思路，对语音数据进行预处理，然后再将信号通过标准公共移动通信网络传输，而不需改变现有任何公共移动通信网络的设施；所述处理机制能够处理语音数据；所述处理机制可提供对数据的加密和解密处理；所述处理机制同时支持2G和3G系统中多种信道传输；所述处理机制能够自动感知信道服务质量；所述处理机制能够跟据检测到的信道服务质量情况自动控制信道切换；所述处理机制拥有跟据选定信道种类和数量进行的一种数据分路处理策略；所述处理机制拥有针对多信道的同步定位控制方法；所述处理机制能够对数据进行调制和解调处理。所述处理机制在示例性实施例中逻辑实体化为端处理节点机；根据上述处理机制所具备的功能，所述端处理节点机的组成结构包括话筒喇叭、 键盘模块、显示模块、中央处理器CPU、语音处理模块、加解密处理模块(可选)、信道控制处理模块、同步及数据控制模块、2G/3G标准终端模块(实施例中以GSM模块、WCDMA模块和 TD-SCDMA模块为例)。所述端处理节点机对语音数据进行预处理，然后再将数据信号通过2G/3G标准终端模块发送；所述端处理节点机可直接利用语音信道进行传输而不改变现有公共移动通信网络的任何设施。所述端处理节点机通过电话线直接连接固定电话；或者通过自身内置的话筒喇叭来采集和广播语音；采集到的语音数据通过语音处理模块进行处理。所述键盘模块、显示模块等外设使操作人员更好的了解和控制端处理节点机的运行状态；在用户使用内置的话筒喇叭时还可为用户提供拨号操作。所述语音处理模块进行量化采样将语音数据模数转换为数字数据，再通过声码器对数字数据进行处理。由于多路传输可大大提高传输数据的带宽和速率，所述对语音数据的处理可采用更高质量、位数更多的量化编码，这将提供更高的通话质量。所述端处理节点机的加解密处理模块是可选模块，由用户需求来定制是否需要执行信息端对端的加密。所述加解密处理模块在用户发送信息时对用户数据进行加密操作，具体的算法可由高级加密标准(AES Advanced Encryption Standard)或其他加密算法的一种或几种共同实现，具体由用户需求的加密等级、加密复杂度和加密时间综合考量；所述加解密处理模块在用户接收数据时对接收的数据进行相应的解密操作；所述各端处理节点机之间采用加密和密钥协商机制，对所采用的加解密算法和密钥等在事先做好约定。所述信道控制处理模块进行数据的调制和解调处理并同时连接2G/3G系统不同信道的标准模块；所述不同信道的射频模块同时工作；各射频模块天线进行一定的改进， 各自独立屏蔽，尽量减小或防止各频段间的相互干扰。所述信道控制处理模块支持信道服务质量检测和控制信道自动切换；在用户发送数据时，信道控制处理模块通过2G/3G系统各信道向目标端处理节点机发送测试信息，目标端处理节点机针对不同信道接收到的测试信号做出相应的回应；所述信道控制处理模块根据响应的延时和信号质量综合判断各信道的服务质量，并根据信道检测结果，选择当时服务质量较好的多路信道自动切换相应射频模块的连接。所述多路信道可以是同网络中的多路信道，也可以是包括不同网络的多路信道。所述加解密处理模块的加密操作(若选择)和信道控制处理模块进行信道检测和选择的过程可以是同时进行的。所述信道控制处理模块在选定发送的多路信道之后，向CPU反馈信道选择信息并发送数据分路处理的请求；CPU根据得到的信道信息，发送指令和经语音处理模块处理后 (加解密处理模块加密后)的数据给同步及数据控制模块；所述同步及数据控制模块通过对不同信道类型和信道数量的综合策略而得的分路处理方法对数据进行分路处理，并增加一定的分路标志信息和信道信息。所述同步及数据控制模块完成分路操作后，通过信道控制处理模块将各路数据分别送入相应的信道模块发送出去。所述信道控制处理模块在接收到发送给用户的数据时，通过得到的信道信息控制选择接通有效的信道接收数据；同步及数据控制模块利用对多信道的同步定位控制机制， 包括采用整体时延调整、填充等方法和数据本身携带的分路标志信息对各有效信道接收的数据进行转换处理，整合为一路完好的数据。所述同步及数据控制模块完成数据整合操作后，向CPU发送反馈，通过CPU控制将数据送入加解密处理模块进行解密操作(若接收到的数据为加密数据)；解密操作完成后加解密模块向CPU发送反馈，由CPU控制语音处理模块将数字数据转换为语音数据。所述语音处理模块将的还原语音数据通过话筒喇叭或电话线送达用户。根据不同的实际情况，上述端处理节点机中各2G/3G标准信道终端模块也可以独立出来。直接使用支持不同制式的无线终端设备(如手机)来向标准信道发送和接收数据。在下述参照附图对实施方式的详细描述中，本领域技术人员将更清楚本发明的上述和其他实施方式。本发明不局限于本文中公开的基本实施方式。


本发明上述以及其他的特征、性质和优点将通过下面结合附图和实施例的描述而更加明显，附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解并被并入且构成本申请的一部分，示出了本发明的基本实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在不同的附图中使用相同标号表示的本发明特征、元素和方面代表根据一种或更多种实施方式的相同、等同、或类似的特征、元素和方面。在附图中图1为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的网络结构示意图；图2为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的实体模型端处理节点机的结构示意框图；图3为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的数据传输处理流程图；图4为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的多信道数据分路处理过程的一种方法示意图。
具体实施例方式下面将参照附图详细说明本发明的基本实施例，其示例在附图中示出。在可能的情况下，在附图中使用相同的附图标记表示相同或类似的部件。图1是本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的网络结构示意图图中用户A和用户B作为使用本发明方案进行通信的用户双方；在该实施例中本发明方案逻辑实体化为端处理节点机；采用本发明进行通信的用户直接将此端处理节点机架设在自己与公共移动通信网络之间使用；用户A侧使用端处理节点机01 ；用户B侧使用端处理节点机02。所述用户A使用与端处理节点机01相连的电话机Ta送出与用户B的通话内容；该通话内容经端处理节点机01加密和分路处理后通过2G/3G系统网络中服务质量较好的几路发送出去；所述多路信息分别通过对应的2G/3G系统网络信道传输到端处理节点机02 ； 所述端处理节点机02对接收到的多路数据进行同步及数据处理，还原为一路语音数据；所述用户B使用相连的电话机Tb从端处理节点机02得到用户A发送的原始语音数据。类似的，用户B可经由同样的过程向用户A发送通话数据。本发明方案同时涵盖了发送数据和接收数据的处理方法，用户使用逻辑实体化的一个端处理节点机可以兼并发起会话和接收会话的功能，这在一定程度上降低了本发明设备部署的成本并方便用户的使用。图2为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的实体模型端处理节点机的结构示意框图，其中2G/3G标准终端模块以GSM模块、WCDMA模块和 TD-SCDMA模块为例，实际中的终端模块将可以包括这些并不仅限于此。一个端处理节点机，包括话筒喇叭100 该内置话筒喇叭用于从用户处采集和向用户传达语音信息；所述内置话筒喇叭也可通过电话线外接固定电话来代替；该话筒喇叭直接连接语音处理模块104。中央处理器CPUlOl 该CPUlOl是所述端处理节点机的核心，与显示模块102、键盘模块103、语音处理模块104、加解密处理模块105 (可选)、同步及数据控制模块106、信道控制处理模块 107 (a、b、c)通过数据线和控制线直接相连，控制和操作各模块之间的协同工作和传递数据。
显示模块102和键盘模块103 该显示模块和键盘模块使操作人员更好的了解和控制端处理节点机的运行状态； 在用户使用内置的话筒和喇叭时还要提供用户拨号操作。语音处理模块104 该语音处理模块直接连接话筒喇叭；该语音处理模块主要执行模数(A/D)数模 (D/A)转换和声码器功能；当从话筒接收到语音信号时，该语音处理模块对语音进行一定的滤波处理并由CPUlOl控制进行A/D转换；跟据多路信道质量和用户需求，语音量化将采用更多位数更高质量的编码；当该语音处理模块从CPU接收到数字信号时，将进行D/A转换和处理还原语音数据，并送到话筒喇叭发送给用户接听。加解密处理模块105:该加解密处理模块是可选模块；该加解密处理模块在用户发送信息时对用户数据进行加密操作，在用户接收数据时对接收的数据进行相应的解密操作。实际使用中可由用户需求来定制是否需要执行信息加密以及加密的等级；不同的加密等级可由高级加密标准(AES Advanced Encryption Standard)或其他加密算法的一种或几种来不同构成；所述各端处理节点机之间可采用加密和密钥协商机制，对所采用的加解密算法和密钥等在事先做好约定。同步及数据控制模块106 该同步及数据控制模块主要执行数据分路和整合处理。在用户发送数据时，该同步及数据控制模块将从CPUlOl接收多路信道信息和预处理数据；该同步及数据控制模块根据分路处理策略对数据进行分路处理，将分路好的数据封包增加一定的分路标志信息和信道信息以辅助接收端接收和整合恢复数据；并将数据返回给CPU101，通过信道控制处理模块将各路数据分别调制送入相应信道的标准模块发送出去。所述分路处理策略是包括信道数量、各信道服务质量、不同信道类型特点等综合而来的一种经验总结。在接收到用户数据时，该同步及数据控制模块将利用针对多信道的同步定位控制策略和数据本身携带的信道和分路标志信息对各有效信道接收的数据进行拆包，去掉增加的标志信息，转换处理，整合为一路完好的数据；并将数据返回给CPUlOl进行下一步的解密操作或语音恢复处理。所述多信道的同步定位控制策略包括采用整体时延调整、填充等方法来实现。信道控制处理模块107 (a、b、c)信道控制处理模块107a、107b、107c分别连接各信道的终端射频模块GSM模块 108a、108b，WCDMA 模块 109a、109b 和 TD-SCDMA 模块 IlOaUlOb ；上述各信道射频模块可以为两个或多个，本实施例仅示例性地选择这样六个信道来进行通信。该信道控制处理模块主要执行信道服务质量检测、控制信道自动切换以及对数据进行调制和解调处理。在用户发送数据时，该信道控制处理模块通过各支持信道向目标端处理节点机发送测试信息，目标端处理节点机将针对不同信道接收到的测试信号做出相应的回应；该信道控制处理模块根据响应的延时和信号质量综合判断各信道的服务质量；该信道控制处理模块根据信道检测结果，选择服务质量较好的多路信道，自动切换相应标准模块的连接；该信道控制处理模块同时将信道选择结果反馈给CPU101，CPUlOl控制进行数据分路处理；该信道控制处理模块将分路好的每一路数据调制送入对应标准模块发送。所述多路信道可以是同类网络中的多路信道，也可以是包括不同网络的多种信道。在接收到用户数据时，该信道控制处理模块将接通有效的信道，将接收到的数据解调为数字数据传送给CPU101，CPUlOl控制进行数据整合处理。图3为本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的数据传输处理流程图图中用户A发送的语音数据M进入端处理节点机01进行数据处理；所述端处理节点机01中数据处理的基本流程为首先语音数据M送入语音处理模块(如图2所示104)转化为数字数据，到达Ma点；然后Ma点的数字数据送入加解密处理模块(如图2所示10 进行加密，到达Mb点；接着Mb点数据送入同步及数据控制模块 (如图2所示106)，同步及数据控制模块根据信道控制处理模块(如图2所示107)反馈的所选信道信息，对数据进行分路处理，到达Mc点；最后Mc点数据通过信道控制处理模块将每路数据调制并送到对应的信道标准模块发送出去；经端处理节点机01处理后生成的Ula、Ulb、U2a、U2b、U3a、U3b六路数据分别由 GSM两路信道、WCDMA两路信道、TD-SCDMA两路信道通过公共移动通信网络发送；图中端处理节点机02从公共移动通信网络接收到Vla、Vlb、Ma、Mb、V3a、V;3b六路数据，进行数据处理；所述端处理节点机02中数据处理的基本流程为首先通过信道控制处理模块(如图2所示107)接收到六路数据，解调处理后到达Mc点；接着Mc点数据送入同步及数据控制模块(如图2所示106)，同步及数据控制模块进行多路信道的同步定位控制，将多路数据整合为一路数据，到达Mb点；然后Mb点数据送入加解密处理模块(如图2所示10 进行解密，到达Ma点；最后Ma点数据送入语音处理模块(如图2所示104)恢复为语音数据N ；所述端处理节点机02将处理得到的语音数据N送达接收用户B。图中所示用户A发送的语音数据M和送达用户B的语音数据N应该是相同的，经端处理节点机01和02数据处理对应Ma点、Mb点、Mc点的数据理论上也是对应相同的。图4是本发明一种基于多语音信道传输的数字通信方案基本实施例的多信道数据分路处理过程的一种方法示意图。如图所示，假设经语音处理模块(若选择对数据进行加密则为加解密处理模块) 处理后得到的预分路数据Mc编号为0到23共M块；采用GSM两路信道108a、108b, WCDMA 两路信道109a、109b和TD-SCDMA两路信道110a、IlOb共六路信道进行数据发送；经过同步及数据控制模块106处理后的分路结果如图所示通过GSM信道控制处理模块107a连接，由GSM信道108a发送的数据为 Aal01Aa21213，其中的Aal和Aa2为加入的108a信道信息和分路标志信息位；由GSM信道 108b发送的数据为Abl23Ab21415，其中的Abl和Ab2为加入的108b信道信息和分路标志
信息位；
通过WCDMA信道控制处理模块107b连接，由WCDMA信道109a发送的数据为 Bal45Ba21617,其中的Bal和Ba2为加入的109a信道信息和分路标志信息位；由WCDMA信道109b发送的数据为Κ3 67Β 321819，其中的Bbl和恥2为加入的109b信道信息和分路标
志信息位；通过TD-SCDMA信道控制处理模块107c连接，由TD-SCDMA信道IlOa发送的数据为 Cal89Ca22021，其中的Cal和Ca2为加入的109a信道信息和分路标志信息位；由TD-SCDMA 信道IlOb发送的数据为Cbll011Cb22223，其中的Cbl和Cb2为加入的109b信道信息和分路标志信息位。在实际发送中，各信道控制处理模块将上述各路数字数据调制为模拟数据送入各标准信道终端发送。在接收数据时，则仅将图中箭头反转，采用相类似的方式从六路信道分别接收解调数据，由同步及数据处理模块106根据多信道的同步定位控制方法，去掉添加的标志信息，将多路数据重新整合为一路数据。上述数据分路的方法仅提供示例性的参考，在实际应用中，根据信道数量、信道服务质量和不同信道种类的不同特点，将采用更加复杂的分路策略。由以上说明和图示容易得出，使用本发明方案多路传输数据可以大大提高通信的信道带宽，提高信息传输速率，保证采用更多位数语音编码的通信质量，提高用户的通话质量。尽管以上所示的逻辑实现实施例描述了本发明一种实现功能的较佳具体操作，但本发明不仅限于此。在另选实施方式中，可以在仍能实现本发明所述功能的同时以不同的模式结构，不同的实体化模型，不同的连接方式，不同的执行顺序，修改、合并、增加或移除特定的逻辑操作，本领域的技术人员可以在以上描述的基础之上进行各种变化和改变。不脱离发明精神的各种改变和变化都应落在本发明的保护范围之内。发明的保护范围由所附的权利要求书来限定。
权利要求
1.一种基于多语音信道传输的数字通信方法，该方法包括以下特征所述方法是在用户的公共移动通信网络(包括2G和3G各种网络)终端之间的一种数据传输处理机制；所述方法将源用户发送的语音数据进行分路处理，选择服务质量较好的多个语音信道 (可以是同类网络中的多路信道，也可以是包括不同网络的多种信道)向目标用户发送；目标用户端采用相对应的处理方案，将接收到的多路数据进行处理，恢复为一路数据， 得到源用户发送的原始信息；所述方法支持自动感知信道服务质量、自动控制信道切换、数据分路处理策略、同步定位控制方法；在数据传输过程中实现了数据加密。
2.根据权利要求1所述的方案，其特征是所述端处理节点机对输入的语音信号进行采样、量化、编码等处理，将语音数据变换为数字数据；数字数据同时在2G、3G公共移动通信系统中多种信道传输，所述多路信道可以是同类网络中的多路信道，也可以是包括不同网络的多种信道；在接收方的端处理节点机将接收的数字数据恢复为语音数据。
3.根据权利要求2所述，其特征在于，包括所述端处理节点机通过控制2G/3G系统的通信模块实现信道建立及数据传输； 通信模块可以包括2G系统网络中的GSM模块、CDMA模块，3G系统网络中的WCDMA模块、CDMA2000模块和TD-SCDMA模块等。
4.根据权利要求3所述，其特征在于，包括所述不同通信模块的射频模块是同时工作的，各射频模块天线有一定的改进，各自独立屏蔽，尽量减小或防止各频段间的相互干扰。
5.根据权利要求1所述的方案，其特征是 所述端处理节点机实现自动感知信道服务质量；所述自动感知信道服务质量，即自动通过支持的多个信道发送测试信息，根据不同信道收到响应的延时和信号质量综合判断各信道的服务质量，做出通信信道的多路选择。
6.根据权利要求1所述的方案，其特征是 所述端处理节点机实现自动控制信道切换；所述自动控制信道切换，即能够根据信道服务质量感知反馈的信道选择结果，自动控制开关相应射频模块的连接。
7.根据权利要求1所述的方案，其特征是所述端处理节点机实现跟据选定信道种类和数量而进行的数据分路处理策略； 所述数据分路处理策略是包括所选信道数量、各信道服务质量、不同信道类型特点等综合而来的一种规则。
8.根据权利要求1所述，其特征在于所述分路处理还对各分路数据进行封包，在包头增加一定的分路标志信息和信道信息以辅助收信端的接收和整合恢复数据。
9.根据权利要求1所述的方案，其特征是所述多信道的同步定位控制方法包括采用整体时延调整、填充等方法来实现；其根据数据本身携带的分路标志和信道信息，对各有效信道接收的数据进行拆包，去掉添加的标志信息，转换处理，整合为一路完好的数据。
10.根据权利要求1所述，其特征在于 所述传输信息端到端的加密是指 在用户发送信息时对用户数据进行加密操作； 在用户接收数据时对接收的数据进行相应的解密操作；根据不同的加密等级可由高级加密标准(AES，Advanced Encryption Standard)或其他加密算法的；在各用户端之间采用加密和密钥协商机制，对所采用的加解密算法和密钥等在事先做好约定。
全文摘要
本发明揭示了一种基于多语音信道传输的数字通信方案。该方案在现有公共移动通信网络基础之上，采用统一的数据处理机制实现2G、3G等各种不同网络间的数据传输。本数字通信方案可支持端对端的语音加密，支持加密语音跨网通信，提高通信信道带宽和信息速率，提高用户的通话质量，实现多通信网可控的加密数字可靠通信。
文档编号H04W12/02GK102202295SQ20101013275
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者谢德育 申请人:谢德育