CN112866994B - 一种lte承载窄带语音编码的加密通信方法和*** - Google Patents

一种lte承载窄带语音编码的加密通信方法和*** Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法和***，其中方法包括：终端预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；在需要进行端到端加密通信业务时，网络侧根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。应用本申请公开的技术方案，能够有效提高语音的QoS质量。

Description

一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法和***
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法和***。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展，集群通信技术从模拟***发展到窄带数字集群***，同时随着行业用户对无线宽带的需求逐渐增加，从以前简单的语音业务，发展到以LTE技术体制的3GPP MCPTT、B-TrunC数字集群通信***。
窄带数字集群(PDT)采用窄带语音编码(NVOC)，TETRA采用AMBE编码格式支持语言。3GPP eMBMS中LTE宽带集群***采用VoIP技术支持语音业务，对集群采用MBSFN的IP组播支持语言集群，也支持IP单播语音，在B-Trunc中采VoIP或AMR Over PDCP支持语言业务，语言编码采用AMR编码格式。由于语音是基本业务需求，窄带语音集群的语音业务，如350MHz的PDT的NVOC编码的语音业务室外覆盖小区半径为11.5Km左右，而350MHz FDD LTE的AMR编码的语音覆盖小区半径大约8Km左右，1.4GHz的LTE语音覆盖的小区半径大约2–5Km，采用LTE上承载AMR语音有明显的率覆盖劣势。而窄带语音编码技术也可以承载在LTE宽带集群***上，可以大大提高LTE宽带集群***的群组容量。
窄带语音集群***在语音通信过程中支持端到端加密。由于窄带***空口承载能力有限，空口的语音承载能力是确定的，所以窄带***，如PDT***的端到端加密采用用户面数据抽取部分语音帧的比特位，传送加密控制信息的方式实现。
如图1所示，PDT***一个载波承载2路语音。空口2个30ms TDMA突发组成一个60msTDMA帧，每路语音由1个30ms TDMA帧承载。
如图2所示，每个30ms突发携带216比特有效载荷，可承载3个NVOC语音帧(72bit*3)。
为实现端到端加密，PDT***在启用端到端加密功能时，需要挪用语音帧中的一些信息比特位，用以携带语音帧序号，该语音帧序号用于密钥流的产生和同步。
如图3所示，发送方的声码器优先将60ms明文语音编码为一个语音帧；语音帧数据流与密钥流进行异或，然后挪用语音帧中的信息位承载12比特的语音帧序号后，输出密文语音帧。
相应地，接收方的声码器在收到密文语音帧后，首先从密文数据流中提出12比特的语音帧序列号；然后，与密钥流进行异或，解密后还原为明文语音。
在窄带***语音业务的端到端加密中，由于空口承载能力的限制，导致端到端加密是必须采用挪用语音帧的有用信息位，以便携带语音帧序列号用于通信双方的密钥流产生和同步。该加密方式下，由于需要挪用语音帧的有用信息位，破坏了语音数据的完整性，使得该有用信息位对应的语音数据对接收端而言是缺失的，即接收方无法接收到该部分有用信息位对应的语音数据，从而影响了语音数据的抗误码能力和QoS质量。
而LTE集群***在语音业务场景下，可以支持窄带语音编码格式，并支持窄带语音编码的端到端加密通信，且空口能力没有类似窄带***的限制；LTE终端在支持窄带语音编码的端到端加密时，如果同样采用挪用语音帧的信息比特位的方式携带端到端加密的语音帧序号，会导致在空口资源富余的情况，依然降低了语音的QoS质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法和***，能够有效提高语音的QoS质量。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法，包括：
终端预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；
在需要进行端到端加密通信业务时，网络侧根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。
较佳地，所述终端预先将自身的端到端加密支持能力信息通知给网络侧包括：
所述终端在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
较佳地，当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，所述方法进一步包括：
当采用不挪用信息比特位的加密方式时，网络侧根据端到端加密输出的密文语音帧的长度，调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合。
一种LTE承载窄带语音编码的加密通信***，包括：
终端，预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧服务器；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；
服务器，在需要进行端到端加密通信业务时，根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。
较佳地，所述终端，具体用于在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
较佳地，所述服务器，具体用于当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，包括：
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，所述服务器，具体用于当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，包括：
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，所述***进一步包括：
基站，当采用不挪用信息比特位的加密方式时，根据端到端加密输出的密文语音帧的长度，调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合。
由上述技术方案可见，本申请提出的LTE承载窄带语音编码的加密通信方法和***，在需要进行端到端加密通信业务时，根据所涉及终端的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，采用优先选择不挪用信息比特位的加密方式的策略，为端到端加密通信业务确定所采用的加密方式，如此，可以充分利用不挪用信息比特位的加密方式的优势，来确保语音的QoS质量，从而可以有效提高语音的QoS质量。
附图说明
图1为现有PDT***中空口2时隙复用示意图；
图2为现有PDT***通用突发结构示意图；
图3为现有挪用信息比特位的加密示意图；
图4为本发明实施例的方法流程示意图；
图5为本发明实施例采用的不挪用信息比特位的加密示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
图4为本发明实施例的方法流程示意图，如图4所示，该实施例实现的LTE承载窄带语音编码的加密通信方法主要包括以下步骤：
步骤401、终端预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式。
本步骤中，为了使得网络侧为端到端加密通信业务配置合适的加密方式，以提高传输质量，终端需要将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息通知给网络侧。
较佳地，终端可以采用下述方法，预先将自身的端到端加密支持能力信息通知给网络侧：
所述终端在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
步骤402、在需要进行端到端加密通信业务时，网络侧根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。
本步骤中，为了避免在空口资源富余的情况下，仍采用挪用语音帧的信息比特位的加密方式所造成的语音QoS质量下降问题，将根据业务所涉及的每个终端的端到端加密支持能力来确定所采用的加密方式。
在实际应用中，当本申请应用于LTE宽带集群***中时，本步骤具体可由集群服务器来确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。
较佳地，当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，可以采用下述方法来确定该端到端加密通信业务采用的加密方式：
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，可以采用下述方法来确定该端到端加密通信业务采用的加密方式：
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
在实际应用中，在LTE宽带集群和PDT集群互通中，考虑到需要兼容窄带***，上述方法中允许采用挪用信息比特位的端到端加密机制方式处理。对于其它的窄带语音编码，如AMBE，也可以采用类似的方式不挪用用户面信息比特位的方式来进行端到端加密。
从上述确定加密方式的方法可以看出：通过对参与语音通信的终端，根据终端的端到端加密能力，确定语音加密通信时采用挪用信息比特位的加解密方式还是不挪用信息比特位的加解密方式，如此，兼容窄带终端和宽带终端的加密模式，从而可以在窄带集群到宽带集群的过渡期存在大量宽带集群***和窄带集群语音场景下，满足终端间的互通需求。
在实际应用中，如图5所示，当采用不挪用信息比特位的加密方式时，相应的加密通信过程可以采用下述方法实现：
在每个有语音流产生的帧，数据发送方的声码器先将60ms明文语音编码为一个语音帧，并将所述语音帧的数据流输入至加密安全芯片，所述加密安全芯片采用不挪用信息比特位的加密方式，输出语音密钥流和语音帧序号(FN)，所述语音密钥流根据所述语音帧序号和预设的密钥生成，将所述语音数据流与所述语音密钥流进行异或产生密文信息流，然后把所述密文信息流和所述语音帧序号组装，得到相应的密文语音帧输出。
数据接收方的声码器在收到所述密文语音帧后，从相应的密文数据流中提出语音帧序列号和密文信息流；根据所述语音帧序列号和预设的密钥生成语音密钥流，将所提取的密文信息流与本地生成的语音密钥流进行异或，得到相应的明文语音。
较佳地，当采用不挪用信息比特位的加密方式时，为了与该加密方式相适配，网络侧将根据此时端到端加密输出的密文语音帧的长度，来调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合，其数据长度为密文信息流长度+语音帧序号长度，如PDT***中语音帧采用2.4K/3.6k编码速率，则每60ms生成216bit的语音数据，采用不挪用信息比特位的端到端加密，60ms密文语音帧会增加12比特的长度；如按照20ms的编码时间间隔，则每20ms帧需要增加4bit的FSN，3个20ms帧增加12bit的语音帧编号。宽带集群***中LTE基站将根据该增加后的长度，来调度发送和接收密文语音帧数据。
在实际应用中，上述挪用信息比特位的端到端加密方法和现有的窄带语音加密方法相同，在此不再赘述。
通过上述方法实施例，在集群通信***中，利用终端驻留网络和发起LTE集群***注册时，携带终端的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，从而使得网络侧可以获取终端加密支持能力和加密的支持模式：挪用信息比特位的加密或不挪用信息比特位的加密方式。
在集群***中，当终端发起点对点端到端通信和集群端到端加密通信时，如点呼中的通信双方主叫/被叫、群组中的集群终端都支持不挪用信息比特位的加密方式时，则可以设定安全芯片的工作模式为不挪用信息比特位的加密；对语音码流进行密钥流加密和语音帧号组合的方式，产生密文语音帧；接收方也根据不挪用信息比特位的加密方式，对密文语音帧解析分解为密文信息流和语音帧号方式解密语音码流。从而可以在LTE集群通信***中采用不挪用语音信息位，支持端到端语音加密功能，提升语音通信的抗干扰能力QoS质量。
同时考虑到过渡阶段中的窄带***和安全芯片的利用，根据通信中终端的加密能力，通过设定端到端加密模式，从而可以支持挪用信息比特位的加密或不挪用信息比特位的加密方式，对不支持不挪用信息比特位的加密宽带终端和窄带终端，采用原先的挪用信息比特位的加密方式，从而兼容窄带***和终端的端到端加密语音通信。
与上述方法实施例相对应，本申请还提出了一种LTE承载窄带语音编码的加密通信***，包括：
终端，预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧服务器；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；
服务器，在需要进行端到端加密通信业务时，根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务。
较佳地，所述终端，具体用于在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
较佳地，所述服务器，具体用于当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，包括：
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，所述服务器，具体用于当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，包括：
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
较佳地，所述***进一步包括：
基站，当采用不挪用信息比特位的加密方式时，根据端到端加密输出的密文语音帧的长度，调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种LTE承载窄带语音编码的加密通信方法，其特征在于，包括：
终端预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；
在需要进行端到端加密通信业务时，网络侧根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务；
其中，当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式；
当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；
如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述终端预先将自身的端到端加密支持能力信息通知给网络侧包括：
所述终端在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括：
当采用不挪用信息比特位的加密方式时，网络侧根据端到端加密输出的密文语音帧的长度，调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合。
4.一种LTE承载窄带语音编码的加密通信***，其特征在于，包括：
终端，预先将自身的窄带语音编码通信的端到端加密支持能力信息，通知给网络侧服务器；所述端到端加密支持能力信息用于指示所述终端是否支持端到端加密以及所支持的加密方式，所述加密方式包括挪用信息比特位的加密方式和不挪用信息比特位的加密方式；
服务器，在需要进行端到端加密通信业务时，根据该端到端加密通信业务的类型以及业务所涉及终端的所述端到端加密支持能力信息，确定该端到端加密通信业务采用的加密方式，并触发采用所确定的加密方式进行所述端到端加密通信业务；其中，当所述端到端加密通信业务为终端点对点的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；如果所述端到端加密通信业务中的主叫方和被叫方均支持端到端加密通信，且至少有一方不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式；当所述端到端加密通信业务为集群语音的端到端加密通信业务时，所述确定该端到端加密通信业务采用的加密方式包括：如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用不挪用信息比特位的端到端加密方式；如果所述端到端加密通信业务中的所有群组终端均支持端到端加密通信，且至少有一个群组终端不支持不挪用信息比特位的加密方式，则确定采用挪用信息比特位的端到端加密方式。
5.如权利要求4所述的***，其特征在于：
所述终端，具体用于在进行驻留网络和/或LTE集群***注册时，携带自身的所述端到端加密支持能力信息。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于：所述***进一步包括：
基站，当采用不挪用信息比特位的加密方式时，根据端到端加密输出的密文语音帧的长度，调度发送和接收密文语音帧数据；所述密文语音帧为语音帧数据对应的密文信息流和语音帧号的组合。
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