一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统、方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统、方法。

背景技术

目前，当今互联网时代，信息成为人们的重要财富，信息被窃取就如同人们的私人财产被盗一样会给大家带来损失，因此，如何有效地抵制私人信号不被泄露成为保密通信的重要研究方向。

目前通信的安全性，主要是通过极为复杂的上层加密技术进行加密传输或常见的密匙和密钥方式，来实现保密通信。

但这些技术存在一些问题：复杂的上层加密技术确实极大提高了传递信息的安全性，但随着近年来计算机设备的计算能力快速增强的情况下，基于复杂计算量的上层加密的方法被攻陷的可能性逐渐增加。而保密通信的密钥存在被破译或者窃取泄露的风险，从而使得保密性丧失。

以上问题在上层的加密方式下是难以从根本上去克服的，因此本发明着手从物理层传递方式解决这一问题。

信号的物理层传递方式包含无线传递和有线传递两种方式，无线传递由于电磁波朝广阔的自由空间中释放，从物理层讲更容易被第三方窃取，这是由于当窃听者离发射信源更近时，其获得的信噪比将会很高，可能远大于目标受信者，从香农定理的角度更容易被泄露。因此本发明使用有线的方式传输信号，信号仅仅在规定的有线区域内传播，避免无线传递的问题。

舍弃目前应用普遍的加密算法，转而从物理层方式来实现保密通信，需要对整个通信电路结构进行新的设计，以及与之相匹配的通信方式。如何巧妙的解决这一问题且令电路简单、成本低廉，使其应用成为可能，这是厄待解决的难题。本发明公布了一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统，及其使用该电路进行通信的保密通信方法。

本发明可在物理层上实现理论上绝对安全的保密通信，解决加密技术存在的安全性问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统、方法。

本发明是这样实现的，一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统，所述基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统包括：

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块、两个信号源模块和两个信号解调处理单元模块；

所述两个信号源模块通过各自的功放输出端分别接入互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中两个信号源的输入端；

所述两个信号解调处理单元模块通过各自的射极跟随器1、2的输出端分别接入互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中两个信号解调处理单元1、2的输入端。

进一步，所述互为桥臂的联合惠更斯电桥模块电路连接如图1所示：

首先，将两个相同的一端口网络的端口通过双绞线连接起来组成一个回路电路，其中使用的一端口网络是由缺少一个桥臂电阻且从此支路开路的惠更斯电桥电路得来的一端口网络，同时互为桥臂的联合惠更斯电桥模块的a-c和h-f支路分别接入的是输入电阻极小的信号源1和信号源2；

然后，两个一端口网络在对方电路网络中可等效为一个等效电阻，用于作为对方电桥网络中所缺少的桥臂电阻，令两个一端口网络各自组成一个完整的惠更斯电桥电路；

最后，分别将两个信号解调处理单元模块中的射极跟随器1和射极跟随器2并联在两个惠更斯电桥的b-d和e-g端，在两个信号源通过功放对电路进行驱动时，获取惠更斯电桥的端电压U

进一步，所述互为桥臂的联合惠更斯电桥模块电路连接还包括：

在节点a-b、c-d、e-f、g-h之间分别连接定值电阻R

进一步，所述两个信号源模块如图2所示，包括：功放1、功放2、信号调制器1、信号解调器2、信号调制器3、信号调制器4、上变频器1、上变频器2和两个加法器；

信号调制器1，用于将“S

信号调制器2，用于将“N

信号调制器3，用于将“S

信号调制器4，用于将“N

所述信号调制器1与信号调制器4采用相同调制方法，所述信号调制器2与信号调制器3采用相同调制方法；

上变频器1，用于将噪声信号N

上变频器2，用于将声音信号S

加法器与功放1，用于对“N

加法器与功放2，用于对N

所述噪声信号“N

所述声音信号“S

所述声音信号S

两个信号源模块在互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中的连接如图3所示。

进一步，所述两个信号解调处理单元模块如图4所示，包括：射极跟随器1、射极跟随器2、带通滤波器、低通滤波器、下变频器1、解调器1、解调器3、喇叭1、喇叭2；

射极跟随器1，用于获取声音信号“S

射极跟随器2，用于获取声音信号S

所述带通滤波器，用于滤除噪声信号N

所述低通滤波器，用于滤除噪声信号“N

下变频器1，用于对声音信号“S

解调器1，与信号调制器1对应，用于对声音信号S

解调器3，与信号调制器3对应，用于对声音信号S

喇叭1，用于对“S

喇叭2，用于对“S

两个信号解调处理单元模块和两个信号源模块在互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中的连接如图5所示。

本发明的另一目的在于提供一种应用于所述基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统的基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法，所述基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法包括：

通过双绞线连接两个通信终端节点1和节点2；采用A、B两个信道进行节点1和节点2的信息传输。

进一步，所述采用A、B两个信道进行节点1和节点2的信息传输包括：

节点1经信号源1发送声音信号S

进一步，所述信道A与信道B没有重叠，且有一定裕度；信道A的中心频率为10KHZ，信道带宽为W

进一步，所述基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法包括以下步骤：

信号加密方法：

节点1中的信号源1模块,将“S

节点2中的信号源2模块,将处于人声频段20HZ～20KHZ的噪声“N

令声音信号“S

S

信号接收方法：

信号解调处理单元1中的射极跟随器1检测到节点1的惠更斯电桥在节点2中的等效电阻R

信号解调处理单元2中的射极跟随器2检测到节点2的惠更斯电桥在节点1中的等效电阻R

信号处理方法：

节点1中信号解调处理单元1的射极跟随器1获取声音信号“S

节点2中信号解调处理单元2的射极跟随器2获取噪声信号“N

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明使用有线的方式传输信号，信号仅仅在规定的有线区域内传播，同时通过在传输线中同时释放目标信号与强功率的同频自干扰信号的方式从物理层上防止传递信息被窃取的风险，从而实现保密通信的目的，同时又因惠更斯电桥平衡原理使得受信方可以轻易获取目的信息。

本发明的电路通信结构简单，易于实现，所达到的安全性非常高。

本发明也不仅限于语音通话方面的保密，还可实现其他通过信号传递进行信息通信的保密，例如文字信息传递、图片信息传递等。但需要指出的是要遵循核心要点：

(1)节点1传递的目的信息与节点2发送的噪声信号位于同频段，节点2传递的目的信息与节点1发送的噪声信号位于同频段，且上述两个频段没有重叠。

(2)利用在传输线中同时释放目标信号与强功率的同频自干扰信号，和利用惠更斯电桥平衡消除自干扰

附图说明

为了更清楚地阐释，下面将结合实施例附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的互为桥臂的联合惠更斯电桥模块示意图。

图2是本发明实施例提供的两个信号源模块示意图。

图3是本发明实施例提供的两个信号源模块在惠更斯电桥模块电路中的连接示意图。

图4是本发明实施例提供的两个信号处理单元示意图。

图5是本发明实施例提供的利用电桥平衡原理消干扰实现保密通信方法的电路示意图。

图6是本发明实施例提供的基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统、方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的基于惠更斯电桥平衡法的保密通信系统包括：

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块、两个信号源模块和两个信号解调处理单元模块；

两个信号源模块通过各自的功放输出端分别接入互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中两个信号源的输入端；

两个信号解调处理单元模块通过各自的射极跟随器输出端分别接入互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中两个信号解调处理单元的输入端。

如图1所示，本发明实施例提供的互为桥臂的联合惠更斯电桥模块电路连接如下：

首先，将两个相同的一端口网络的端口通过双绞线连接起来组成一个回路电路，其中使用的一端口网络是由缺少一个桥臂电阻且从此支路开路的惠更斯电桥电路得来的一端口网络，同时互为桥臂的联合惠更斯电桥模块的a-c和h-f支路分别接入的是输入电阻极小的信号源1和信号源2；

然后，两个一端口网络在对方电路网络中等效为一个等效电阻，用于作为对方电桥网络中所缺少的桥臂电阻，令两个一端口网络各自组成一个完整的惠更斯电桥电路；

最后，分别将两个信号解调处理单元模块中的射极跟随器1和射极跟随器2并联在两个惠更斯电桥的b-d和e-g端，在两个信号源通过功放对电路进行驱动时，获取惠更斯电桥的端电压U

在节点a-b、c-d、e-f、g-h之间分别连接定值电阻R

如图2-图3所示，本发明实施例提供的信号源模块包括：功放1、功放2、信号调制器1、信号解调器2、信号调制器3、信号调制器4、上变频器1、上变频器2和两个加法器；

信号调制器1，用于将“S

信号调制器2，用于将“N

信号调制器3，用于将“S

信号调制器4，用于将“N

所述信号调制器1与信号调制器4采用相同调制方法，所述信号调制器2与信号调制器3采用相同调制方法；

上变频器1，用于将噪声信号N

上变频器2，用于将声音信号S

加法器与功放1，用于对“N

加法器与功放2，用于对N

所述“N

所述声音信号“S

所述声音信号S

如图4所示，本发明实施例提供的信号解调处理单元模块包括：射极跟随器1、射极跟随器2、带通滤波器、低通滤波器、下变频器1、解调器1、解调器3、喇叭1、喇叭2；

射极跟随器1，用于获取声音信号“S

射极跟随器2，用于获取声音信号S

所述带通滤波器，用于滤除噪声信号N

所述低通滤波器，用于滤除噪声信号“N

下变频器1，用于进行下混频，获取声音信号S

解调器1，与信号调制器1对应，用于对声音信号S

解调器3，与信号调制器3对应，用于进行声音信号S

喇叭1，用于对“S

喇叭2，用于对“S

如图5所示，为本发明两个信号源模块和两个信号解调处理单元模块接入互为桥臂的联合惠更斯电桥的完整图示。

如图6所示，本发明实施例提供的基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法包括以下步骤：

S101，通过双绞线连接两个通信终端节点1和节点2；

S102，采用A、B两个信道分别进行节点1和节点2的信息传输。

本发明实施例提供的采用A、B两个信道分别进行节点1和节点2的信息传输包括：

节点1经信号源1发送声音信号S

本发明实施例中的信道A与信道B没有重叠，且间隔有一定裕度；信道A的中心频率为10KHZ，信道带宽为W

本发明实施例提供的基于惠更斯电桥平衡法的保密通信方法包括以下步骤：

信号加密方法：

节点1中的信号源1模块,将“S

节点2中的信号源2模块,将处于人声频段20HZ～20KHZ的噪声“N

令声音信号“S

令声音信号S

S

信号接收方法：

信号解调处理单元1中的射极跟随器1检测到节点1的惠更斯电桥在节点2中的等效电阻R

信号解调处理单元2中的射极跟随器2检测到节点2的惠更斯电桥在节点1中的等效电阻R

信号处理方法：

节点1中信号解调处理单元1的射极跟随器1获取声音信号“S

节点2中信号解调处理单元2的射极跟随器2获取噪声信号“N

下面结合具体实施例对本发明的技术效果作进一步描述。

实施例1：

本发明采用惠更斯电桥法的原理设计了一款保密性能优越的通信系统。该系统的电路设计包括三个部分：互为桥臂的联合惠更斯电桥模块、两个信号源模块和两个信号解调处理单元模块。

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块如图1所示，首先将两个相同的一端口网络的端口通过双绞线连接起来组成一个回路电路，这个回路电路就是本发明的主电路，其中使用的一端口网络是由缺少一个桥臂电阻且从此支路开路的惠更斯电桥电路得来的一端口网络，同时互为桥臂的联合惠更斯电桥模块的a-c和h-f支路分别接入的是输入电阻极小的信号源1和信号源2。然后由于电路结构设计上的特点，两个一端口网络在对方电路网络中又可以等效为一个等效电阻，用来作为对方电桥网络中所缺少的桥臂电阻，从而令两个一端口网络都各自组成了一个完整的惠更斯电桥电路。最后将射极跟随器1和射极跟随器2分别并联在两个惠更斯电桥的b-d和e-g端，在两个信号源通过功放对电路进行驱动时，来获取惠更斯电桥的端电压U

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块所采用的电阻如图1所示，在节点a-b、c-d、e-f、g-h之间分别连接定值电阻R

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中从节点1的惠更斯电桥端看入，将节点2等效为节点1中惠更斯电桥的等效桥臂电阻。由于信号源2的输入电阻R

互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中从节点2的惠更斯电桥端看入，将节点1等效为节点2中惠更斯电桥的等效桥臂电阻。由于信号源1的输入电阻R

调节滑动变阻器R

调节滑动变阻器R

除了互为桥臂的联合惠更斯电桥模块外，还有两个信号源模块和两个信号处理单元模块。

信号源模块如图2所示，包括：功放1、功放2、信号调制器1、信号解调器2、信号调制器3、信号调制器4、上变频器1、上变频器2和两个加法器；

在图2(a)中S

在图2(b)中N

令声音信号“S

令声音信号S

其中信号调制器1和信号调制器4采用相同调制方法，信号调制器2和信号调制器3采用相同调制方法。图2信号源模块(a)和(b)通过各自的功放输出端分别接入互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中信号源1和2的输入端,如图3所示。

采用本发明的保密通信方法。

(1)如图3所示，节点1和节点2代表两个通信终端，通过双绞线连接。

(2)节点1和节点2的信息传输采用A、B两个信道进行传输。节点1经信号源1发送声音信号S

(3)噪声信号N

(4)通过对“N

(5)保证信道A与信道B没有重叠，且间隔有一定裕度。信道A的中心频率为10KHZ，信道带宽为W

(6)根据上述设计，双绞线上将有声音信号S

(7)而对于节点1和节点2来说，由于利用惠更斯电桥平衡法消干扰的电路结构设计特点，当令两个节点各自的惠更斯电桥达到平衡时，两个射极跟随器只检测的到对方节点中的电压信息，从而在通信中仅获取对方节点发送的信息，即节点1获取声音信号“S

信号处理单元如图4，包括：射极跟随器1、射极跟随器2、带通滤波器、低通滤波器、下变频器1、解调器1、解调器3、喇叭1、喇叭2；

(1)图4(a)中，将射极跟随器1获取声音信号“S

(2)图4(b)中，将射极跟随器2获取噪声信号“N

本发明从物理层上实现了保密通信，保密程度非常高。将功放及信号产生模块、信号接收及处理模块与主电路连接后如图5所示。

实施例2：

为将本发明的电路基本工作原理进行更加具体详细的阐述。具体可分为信号加密、信号接收和信号解密三个过程，如图5所示。

信号加密过程具体如下述步骤：

(1)节点1中的信号源1模块,将“S

(2)同理。节点2中的信号源2模块,将处于人声频段20HZ～20KHZ的噪声“N

(3)令声音信号“S

(4)令声音信号S

(5)S

(6)信道A和信道B满足公式

信号接收过程具体如下述步骤：

(1)互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中从节点1的惠更斯电桥端看入，节点2在节点1中惠更斯电桥的等效电阻为R

(2)互为桥臂的联合惠更斯电桥模块中从节点1的惠更斯电桥端看入，节点1在节点2中惠更斯电桥的等效电阻为R

信号处理过程如下述步骤：

(1)节点1中的射极跟随器1获取声音信号“S

(2)同理，首先节点2中的射极跟随器2获取噪声信号“N

至此，完成了信号的产生、传输、接收及处理的全过程。

上述实施例仅是对本发明的解释，但不仅局限于上述实施例，例如在本发明的核心要点“(1)节点1传递的目的信息与节点2发送的噪声信号位于同频段，节点2传递的目的信息与节点1发送的噪声信号位于同频段，且上述两个频段没有重叠。(2)利用在传输线中同时释放目标信号与强功率的同频自干扰信号，和利用惠更斯电桥平衡消除自干扰”的基础上上，还可有但不仅限于以下方式的实施例。

实施例3

在本发明用于解释的实施例图的基础上，为根据带宽资源，使信道的选定更加自由，可将节点1的声音信号S

实施例4

本发明不仅限于语音通信的传递，在本发明用于解释的实施例图的基础上，可将节点1和节点2的声音信号替换为文字信息信号、图像信息信号或其他可传递信息的信号，需指出的是要根据传递目的信息信号的频段范围，选择对应噪声信号的频段范围，即遵守传输线中释放的目标信号有强功率的同频自干扰信号。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。