Telsiz sistemlerinde güvenli ses haberleşmesi
Secure voice communication over radio systems
Yazar: SELAHATTİN AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. ENSAR GÜL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgi Güvenliği Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, telsiz sistemlerinde güvenli haberleşme için NATO tarafından geliştirilen SCIP-214.6 protokolünün ses kalitesini iyileştirmek amacıyla alternatif çözümler önerilmektedir. Protokolün 2.4 Kbps veri hızını destekleyen dar bant modunda kripto senkronizasyon sürekliliğini sağlamak amacıyla periyodik olarak ses çerçevelerinin yerine senkronizasyon çerçeveleri yerleştirilir. Bu tez kapsamında yapılan ilk çalışma ile geliştirdiğimiz yöntemde, ses çerçevelerinin frekans cevapları arasındaki çapraz ilişki alıcıya bildirilerek düşürülen çerçevelerin yerine en uygun çerçevenin yerleştirilmesi sağlanır. SCIP protokolünün 16 Kbps veri hızını destekleyen geniş bant modunda, 54 bit uzunluğundaki MELPe çekirdek bitlerine ses kalitesini artırmak amacıyla 120 bit uzunluğundaki ekstra bilgiler eklenir. Bu tez çalışmasında protokolün geniş bant modu için iki yeni faydalı yük çerçevesi oluşturma yöntemi önerilmektedir. Birinci yöntemde, 54 bitlik MELPe çekirdek bitleri hata düzeltme kodlaması ile kodlanarak ve kodlanmış çerçeve üç kez tekrarlanarak faydalı yük çerçevesi oluşturulur. İkinci yöntemde ise MELPe'ye alternatif olarak paket kayıplarına karşı düzeltici mekanizmaları içeren ILBC ses kodlayıcı-kodçözücüsü kullanılmaktadır. Önerilen yöntemler SCIP protokolü ile birlikte benzetim ortamında gerçeklenerek farklı SNR seviyelerindeki başarım analizleri PESQ skorları kullanılarak raporlanmıştır. Dar bant modu için önerilen yöntem, düşük SNR seviyelerinde standarda yakın sonuç verirken yüksek SNR seviyelerinde daha iyi performans sergilemektedir. Geniş bant modunda ise, düşük SNR seviyelerinde Üçlü MELPe yöntemi, yüksek SNR seviyelerinde ILBC yöntemi en iyi ses kalitesi sunmaktadır.

Abstract:
In this thesis, alternative solutions to the NATO SCIP-214.6 protocol, which has been design for secure voice communication over radio systems, are proposed to enhance voice quality. The late net entry (LNE) mechanism periodically transmits crypto synchronization information by replacing audio frames with the LNE frames in the SCIP narrowband mode supporting 2.4 Kbps data rate. To minimize the voice quality degradation, the receiver replaces the dropped frames with the generated new frames. In the first study conducted in the scope of this thesis, the cross correlation information of the frequency responses of the voice frames is transmitted to the receiver to decide whether the previous or next frame will be used instead of the dropped frame. In the wideband mode of the SCIP protocol supporting 16 Kbps data rate, Extended MELPe frames are used to improve the voice quality, where extra 120 bits are transmitted in addition to the 54 bits MELPe core. In the second study conducted in the scope of this thesis, two methods are proposed to generate the payload frames for the wideband mode of the protocol. In the first method, we add forward error correction (FEC) bits to the 54 bits MELPe core and the encoded bits are repeated three times for majority voting. In the second method, the ILBC vocoder containing corrective mechanisms against packet losses is used. All the methods proposed in this thesis together with the SCIP protocol are implemented in the simulation environment and the performance analysis under different channel conditions is reported using the PESQ scores. The method proposed for the narrowband mode provides higher PESQ scores at high SNR levels while yielding similar performance results at low SNR levels compared to the standard mechanism. In the wideband mode, the best voice quality is provided by the Triple MELPe and ILBC at low and high SNR levels, respectively.