برحسب نوع شماهای مدولاسیون به کار رفته و ماهیت خروجی منبع اطلاعات، سیستم های مخابراتی را می توان به سه گروه زیر تقسیم کرد:
- سیستم های مخابراتی آنالوگ که برای انتقال اطلاعات آنالوگ با استفاده از روش های مدولاسیون آنالوگ طراحی می شوند.
- سیستم های مخابراتی دیجیتال که برای انتقال اطلاعات دیجیتال با استفاده از شماهای مدولاسیون دیجیتال طراحی می شوند.
- سیستم های مختلط که برای انتقال سیگنال های پیام آنالوگ نمونه برداری و کوانتیزه شده، از شماهای مدولاسیون دیجیتال، استفاده می کنند.
روشهای دیگر تقسیم بندی سیستمهای مخابراتی براساس فرکانس حامل و ماهیت کانال مخابراتی است. یکی از روش های تأمین امنیت در سیستم های مخابراتی، رمزنگاری است. در رمزنگاری سیستم های مخابراتی آنالوگ و دیجیتال باید مبنا را بر پایه دیجیتال نهاد به این معنی که اعمال رمزنگاری در محیط دیجیتال صورت گیرد.
در سیستمهای آنالوگ هم شنوایی سیستماتیک مکرر رخ میدهد و اطلاعات در معرض نظر و سمع دیگران قرار می گیرد. از نظر امکان تجسس و شنود عمدی نیز سیستم های آنالوگ نسبت به سیستم های دیجیتال بی دفاع ترند. امنیت اطلاعات و رمزنگاری دیجیتالی در سیستم آنالوگ سطح محدودی از امنیت را صرفاً در حد جلوگیری از شنود عمدی یا غیر عمدی فراهم می کند. در این نوع رمزنگاری، کیفیت سیگنال صوت پایین می آید. در مقایسه با سیستم های آنالوگ، در سیستم های دیجیتال سطح امنیت، با به کارگیری رمزنگاری دیجیتالی عملاً نامحدود است. رمزنگاری در سیستم های دیجیتال روی کیفیت اطلاعات اثر چندانی ایجاد نمیکند و تنها ظرفیت پردازشی بیشتری را در سخت افزار سامانه های سیستم طلب میکند. در کانال انتقال، سیستم های دیجیتال رفتاری به شدت غیرخطی دارند و تداخلات در آنها تقریباً غیرقابل درک اند.
الف) رویکرد سیستمی رمزکننده سیگنال صحبت در یک سیستم مخابراتی بی سیم
در شکل (6-3 الف) و (6-3 ب ) بلوک دیاگرام دو سیستم آنالوگ و دیجیتال نشان داده شده است. سیگنال صحبت طبیعتاً آنالوگ است. در سیستم مخابراتی ساده شامل ورودی (صحبت)، فرستنده، کانال انتقال، گیرنده و خروجی، میکروفن به عنوان مبدل ورودی عمل میکند و فشار ناشی از موج صحبت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. به همین ترتیب بلندگو در طرف گیرنده سیگنال الکتریکی دریافتی را به صدا تبدیل می کند. کانال انتقال به عنوان واسطه، سیگنال الکتریکی را از فرستنده به گیرنده انتقال می دهد. پس از تبدیل صحبت به سیگنال الکتریکی توسط میکروفن، سیگنال حاصل هنوز آنالوگ است. تمام الگوریتم های کدینگ و رمزنگاری صحبت بر مبنای پردازش کامپیوتری، نمونه های گسسته صحبت را تفسیر می کنند.
سیگنال آنالوگ در بلوک A/Dنمونه برداری شده و نمونه ها پس از کوانتیزه شدن، کد میشوند.این کد میتواند یک دنباله باینری باشد. ترکیب کوانتیزه کننده و کدکننده را مبدل آنالوگ به دیجیتال گویند. سیگنالی که به صورت دیجیتالی کد شده و پس از فشرده سازی، برای انجام اعمال پردازش امنیتی و رمزنگاری وارد بلوک Processor می شود. در این قسمت سیگنال، رمز شده و جهت ارسال به بلوک بعدی وارد می شود. در صورتی که مدولاسیون سیستم آنالوگ باشد، لازم است مجدداً سیگنال توسط بلوک A/D به آنالوگ تبدیل شده و سپس ارسال شود. همانطور که در شکل 3 نمایان است در گیرنده نیز عکس اعمال فوق صورت میگیرد.
ب) عملکرد رمزکننده در یک سیستم مخابراتی بی سیم
برای ساختن سیگنال صحبت رمزشده، ساختار آن باید به هم ریخته شود به طوری که برای عوامل غیرمجاز به کلی نامفهوم شود. به طور ایده آل برای ایجاد امنیت بیشتر باید سیگنال صحبت تغییر شکل یافته و به وسیله یک پردازش امنیتی، قابلیت فهم باقیمانده در آن در مقایسه با سیگنال اصلی به صفر رسانده شود. از طرفی زمانی که سیگنال رمزشده فرستاده می شود، طرف مقابل باید بتواند آن را در زمان مقرر دریافت کند. سیگنال دریافتی باید در حد ایده آل با همان کیفیت و یا کیفیتی نزدیک به سیگنال اصلی دریافت شود.این سیگنال باید دارای متدی جهت تعیین و تعریف سطح امنیتی مشخصی باشد. مقاومت در مقابل نویز و اعوجاج کانال آزاد از دیگر خصوصیات سیگنال رمز شده است. در نهایت سیگنال باید در پهنای باند یکسان، سازگار با سیستم مخابراتی موجود باشد و تأخیر بیش از حد بر اثر پردازش در آن وجود نداشته باشد. برای ایجاد چنین سیگنالی با خصوصیات ذکرشده بایستی برخی موارد را هنگام طراحی در نظر داشت که در فصل قبل بعضی از این موارد بیان شد.
ج) شبکه رادیویی آنالوگ
برای تأمین امنیت در یک شبکه رادیویی آنالوگ، در شبکه ای رادیویی مانند VHF- HBمیتوان از رمزگذاری E2Eدر سطح بی سیم های شبکه استفاده کرد. اصولاً ارزش امنیتی در یک شبکه به قابلیت برقراری رمزگذاری E2E در آن بستگی زیادی دارد. در رمزگذاری E2E تقریباً امنیت شبکه در سطح بالایی تأمین شده و میزان دسترسی به اطلاعات مورد انتقال کنترل شده و محدود و تنها با استفاده از Interfaceهایی که قابلیت رمزگشایی و رمزنگاری مجدد آن را در شبکه دارند، امکان پذیر است. در یک شبکه رادیویی آنالوگ مانند VHF- HB می توان از یک رمزکننده دیجیتال استفاده کرد. همان گونه که در شکل (7-3 ) نمایان است، سیگنال صدا پس از ورود به بی سیم از طریق میکروفن وارد بلوک رمزکننده می شود.
شکل 3-7 :بلوک دیاگرام رمزکننده دیجیتال در یک سیستم آنالوگ
در این سیستم به علت دیجیتال بودن فرآیند و آنالوگ بودن بی سیم، دو بار عمل مدولاسیون صورت می گیرد. یک بار مدولاسیون QPSK در مودم رمزکننده و یک بار مدولاسیون FM در قسمت RF بی سیم. باید توجه داشت که این عمل باعث کاهش کیفیت صوت و نیز کم شدن برد ارتباطی میشود. در مدولاسیون FM در فواصل طولانی نسبت S/Nکاهش می یابد. این اثر هنگامی که رمزکننده دیجیتال روی بی سیم نصب می شود به صورت آثار مخرب روی مودم نمایان می شود، یعنی افزایش نویز روی مودم تأثیر گذاشته و در نتیجه برخی از بیت های سیگنال از بین می روند که اثر آن به صورت خرابی روی صدا خود را نشان می دهد.
شکل8-3 :تضعیف سیگنال رادیویی
در حالی که در سیستم های دیجیتال به علت انجام مدولاسیون دیجیتال، پس از رمزنگاری، سیگنال با یکبار مدولاسیون ارسال می شود. از جمله بلوک های یک سیستم رمزکننده Vocoder است که مخفف اصطلاح voice coder است. نرخ بیت یک فشرده سازی در یک vocoder بسته به میزان نرخ بیت در شبکه و نیز ملاحظات طراحی می تواند از انواعی چون MELP ،طراحی شود. (آنالیزسیگنال) در vocoder در هر کسری از ثانیه، یک بازبینی روی سیگنال انجام می شود تا بدین وسیله صدادار یا بی صدا بودن سیگنال بررسی شود در ادامه، سیگنال صوت دیجیتالی فشرده شده وارد بلوک رمزنگاری، جهت پردازشهای امنیتی و عملیات رمزنگاری می شود. معمولاً در یک رمزکننده صوت، به منظور عدم تأخیر در ارسال و دریافت پیام ناشی از رمزنگاری، وظیفه پردازش امنیتی بر عهدة یک DSP با توان محاسباتی و سرعت بالا قرار می گیرد. بدین منظور بایستی الگوریتم رمز مورد نظر را به صورت کد درآورده و آن را به وسیله زبان اسمبلی مخصوص همان DSP پیاده سازی کرد.
در مرحله بعدی، سیگنال رمزشده به یک مودم جهت انجام مدولاسیون QPSK وارد می شود. مدولاسیون QPSK هر زوج بیت را به 4 حالت فازی تبدیل می کند. در PSK چهار فاز (QPSK ) ، در هر فاصله زمانی T ثانیه یکی از چهار شکل موج مختلف ارسال می شود. این شکل موجها مربوط به انتقال فاز 0،90،180،360 است. شمای QPSK نشان میدهد که بهترین حالت را از نظر تعویض پهنای باند و توان مصرفی دارا است. این نوع مدولاسیون، مناسب ترین نوع برای یک شبکه رادیویی آنالوگ است. پس از انجام اعمال پردازش جهت رمزنگاری، یک سیگنال رمزشده حاصل می شود. سیگنال رمزشده جهت ارسال به قسمت RF بی سیم منتقل میشود. به همین ترتیب در بی سیم گیرنده نیز ابتدا سیگنال دریافتی در رمزکننده رمزگشایی شده و سپس از طریق برد اصلی بی سیم به خروجی بلندگو منتقل می شود. در شبکه های رادیویی اگر 60 %کیفیت صوت (نسبت 5/3 ) وجود داشته باشد می توان آن را کد کرده، رمز کرد و به گیرنده ارسال کرد. بدیهی است در کیفیت های کمتر از مقدار مذکور، عملیات رمزنگاری باعث ایجاد اختلال و به هم ریختگی صوت دریافتی میشود.
