通信综合实验实验报告_(编辑修改稿)

通信综合实验实验报告_(编辑修改稿)内容摘要：

果为： 2AD 按“误码”按钮后修改经 2/3FEC 编码后的二进制序列为： 101011001010101 再“译码”后输出如下结果： 信道传输产生 1 位错码。 可纠错。 该码位于第 9 位，译码结果为： 1010101101 十六进制结果为： 2AD ========================================================================================== 信道传输产生 2 位或 2 位以上错码。 超出 2/3FEC 码纠错范围，不可纠错。 译码结果为：1010011101 十六进制结果为： 29D 从以上的实验数据中，我们加以分析可以得到以下结论： 2/3 FEC 可以检验并纠正一位错码，对于两位以上错码只能检出但无法正确译码。 跳频实验中用到的软件界面如图 2 所示，要求记录在查询状态、查询扫描状态以及连接状态 下，不同查询设备时钟和接入码下产生的频点并加以分析。 查询状态实验结果： 查询设备时钟： 555 查询接入码： 147 跳频个数： 42 36 3 5 6 8 74 76 38 40 11 13 26 28 23 25 58 60 39 41 30 32 31 33 62 64 47 49 2 4 66 68 74 36 3 5 6 8 74 76 38 40 11 图 2 跳频实验界面 查询扫描状态实验结果 查询扫描设备时钟： 789 查询接入码： 2554 跳频个数： 36 49 51 65 67 2 4 18 20 53 55 69 71 6 8 22 24 57 59 73 75 10 12 26 28 61 63 77 0 14 16 30 32 49 51 65 67 连接状态实验结果： 查询扫描设备时钟： 251 查询接入码： 468 跳频个数： 24 22 13 26 15 28 1 32 3 30 17 34 19 4 68 6 72 8 5 10 9 12 70 14 74 从以上的实验数据中，我们加以分析可以得到以下结论： 跳频序列 具有较强的随机性。 且跳频图案由查询设备时钟、查询扫描设备时钟、查询接入码、主设备时钟、主设备地址等参数的综合选择有关，任一参数改变，跳频图案将会发生变化。 3. 数据流的加密与解密实验 数据流的加密与解密实验中用到的软件界面如图 3 所示，主要包括两个部分：常规密钥密码体制 —— 蓝牙保密技术和公开密钥密码体制 —— RSA。 要求记录密钥参数、密码流参数、明文和秘文。 图 3 数据流的加密与解密实验界面 图 4 常规密钥体密码制实验 （ 1） 蓝牙加密技术实验（常规密钥密码体制的加密与解密） 具体实验数据如图 4 所示，其中： 密钥： 14EFF4084601BA243E5BA4D24A771DFC 密码流： 2AD3DCC698BEE2A58129541777C6B4D753C52BE93239605A 明文： 1233333333332115546332 密文： 2AD3DCD4AB8DD196B208414377C6B4B453C52BEA32396058 图 5 公开密钥密码体 制实验 （ 2） RSA公开密钥密码体制的加密与解密实验 具体实验数据如图 5 所示，实验输出结果如下： 因为 n 的二进制形式为 1000100101111，所以将明文的二进制形式以长度为 12 进行分组 对明文的二进制形式进行分组后，各个分组的十进制形式为 (高位 低位 )： 1620 1637 1376 6 1318 562 1622 1366 1378 598 1301 1553 273 257 273 273 对各分组分别进行加密算法 得到各分组的密文十进制形式 (高位 低位 )： 3740 1552 1770 3377 3916 4107 450 2123 1431 2217 4283 2886 3671 1311 3671 3671 对各分组进行解密算法 得到各分组解密明文的十进制形式 (高位 低位 )： 1620 1637 1376 6 1318 562 1622 1366 1378 598 1301 1553 273 257 273 273 解密明文的十六进制形式为： 654665560006526232656556562256515611111101111111 对各分组进行解密算法 得到各分组解密明文的十进制形式 (高位 低位 )： 1620 1637 1376 6 1318 562 1622 1366 1378 598 1301 1553 273 257 273 273 解密明文的十六进制形式为： 654665560006526232656556562256515611111101111111 思考题 1. 接收端收到 1/3 FEC 码后如何进行纠错。 答：接收端收到 1/3FEC 码后（假定已同步），将码元按三个一组进行分组。 如果三个码元一样则无错；若不一致，则判为个数为 2 的码元。 接收端收到 1/3 FEC码后能纠正一个错误。 当出现一个错误时，若收到的是（ 001）、（ 010）、（ 100），则译为 0；当出现一个错误时，若收到的是（ 110）、（ 101）、（ 011），则译为 1；若出现两个时，则无法纠正。 2. 包头的两种差错控制 1/3 FEC 和 HEC，他们的先后顺序如何。 为什么。 答：应先进行 HEC，再做 1/3FEC，这样可减少运算量。 对包进行 FEC 纠错的目的是减少重传的次数。 但在可以允许一些错误的情况下，使用 FEC 会导致效率不必要的减小，因此对于不同的包，是否使用 FEC 是灵活的。 因为包头包含了重要的链路信息， 所以总是用 1/3FEC 进行保护。 1/3 FEC 仅仅是使对每个信息位重复三次。 3. 在接收端如何对 2/3 FEC 码进行译码。 答：将码序列输入到译码器中，通过除法电路来产生伴随式得到错误样本图样，从而生成纠错信号来对每个码元进行纠错。 4. 三种跳频序列分别有无规律可循。 为什么。 答：三种跳频序列无规律可循。 图 10 为跳频序列产生的的原理框图，基本上，输入为当前地址和本地时钟，地址输入由 28位构成，时钟输入由 27位构成，根据跳频序列的不同分类，地址输入和时钟输入采取不同的选择方案。 由于输入的随机性变化，决定了输出为在 79 跳之间变化的一个伪随机序列。 跳频频率计算方案U A P/L A PC L O C K2827 跳频频率 图 10 跳频计算框图 5．公开密钥密码体制的一个重要保证是什么。 答：公开密钥密码体制中，对每一用户分配一对密钥，其中一个是使用者本人掌握的密钥称为私有密钥，它只用于解密，另一个是公开密钥，它只用于加密，两个密钥必须通过算法结成一一对应的关系，只有通过对应的私有密钥才能解开用公开密钥所加的密。 这样我们根本不需直接传送密钥，因此具有很高的安全性。 所以公开密钥密码体制的一个重要保证是：公钥与私钥必须匹配，且应该保持密钥的安全。 实验二 语音传输 实验目的 本实验软件主要对蓝牙语音编码技术和通信网络中的语音传输过程进行了介绍，做此次试验的主要目的有： (1) 理解蓝牙支持的三种语音编码方式的异同 (2) 随机错误和突发错误对传输的影响 (3) 理解语音传输与数据传输的异同： ACL 和 SCO链路 (4) 通过实际编程加深对实验原理的理解，提高实践能力 实验原理 脉冲编码调制 PCM 是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为二进制码形式传输。 通常 PCM 分为抽样、量化、编码三个步骤。 抽样过程为 ( ) ( ) ( )F t f t s t,其中 ()st 为抽样函数。 语音信号的频率为 – 4KHZ，由采样定理可知，采样频率应大于或等于模拟信号最高频率的两倍，故语音信号的采样频率为 8KHZ。 量化就是把离散时间的模拟样值信号近似地用有限个数的数值来表示。 量化过程中存在一定的量化误差， 量化误差为实际信号与量化信号的差值。 为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为 2的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。 通常，量化又分为均匀量化和非均匀量化。 把输入信号的取值按等距离分割的量化为均匀量化，它用于线性 PCM调制中。 非均匀量化是量化间隔随信号抽样值的 不同而变化的量化。 采用均匀量化时，对小信号和大信号都采用相同的量化等级，因而对小信号的量化不利，引起“信号 /量化噪声”比值变小，为了克服这个缺点，改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中采用非均匀量化。 非均匀量化中，广泛采用的是 A 律 或 181。 律 PCM，其系统框图如下图所示： 图 1 PCM通信框图 PCM编码原理 PCM编码方法为逐次比较型 A律 13折线二进制码，码位码型为 8 位的折叠二进制码，码位安排如下表所示： 表 1 码位安排 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 极性码 段落码 段内码 当抽样值为正时，极性码 D8=1，为负时， D8=0。 段落码为抽样值所处的区间，分为 8段，段内码 16等分每个段落。 连续可变斜率增量调制 连续可变斜率增量调制，其输出比特随波形变化而变化，用一位码表示相邻抽样值的相对大小。 为了减少斜率过载，使用了语音压缩技术，根据平均信号的斜率，阶梯高度可以调整。 CVSD 编码器的输入是每秒 64K 采样值的线性 PCM，量化级数为 162。 CVSD 编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到 4%，但 CVSD 编码的语音还是可听的。 图 2 CVSD编码示意图 图 3 CVSD编码方框图 图 4 CVSD解码方框图 图 5 累加器工作原理框图 随机错误和突发错误 随机错误是指错误的出现是随机的，错误出现的位置是随机分布的，各个码元是否发生错误是互相独立的，通常不是成片地出现错误。 它一般是由信道的加性随机噪声引起的。 突发错误是指错误的出现是一连串出现的。 在一个突发错误持续时间内，开头和末尾的码元总是错的，中间的某些码元可能错也可能对，但错误的码元相对较多。 这种情况如移动通信中信号在某一段时间内发生衰落，造成一串差错，光盘上的一条划痕等等。 内部通话与数据传输的工作过程 在蓝牙主设备与从设备之间可以建立两种不同类型的物理链路，分别是无连接的非实时异步链路和面向连接的实时同步链路，即 ACL（ AsynchronousConnectionLess）链路和SCO（ Synchronous ConnectionOriented）链路。 ACL链路中，主设备和从设备可以在任意时隙传输，以数据为主。 在一个主设备和一个从设备之间，只能存在一条 ACL链路。 对大多数 ACL分组，为确保数据的完整和正确，使用分组重传的机制； SCO 链路是指主设备和从设备在规定的时隙传送话音等实时性强的信息。 它使用固定间隔的保留时隙，为保证实时性， SCO链路上的信息不会重传。 ，在链路上采用动态复用技术传送分组 ， GSM 网络采用电路交换，每次通信占用一条专用的物理链路。 SCO 链路只在规定的时隙传送话音，即占用固定时隙，而 A 当 没有 SCO 时， ACL 可以使用任何时隙，一旦有 SCO， ACL 必须让出 SCO的固定时隙。 一般情况可以认为， ACL链路是分组交换， SCO链路是电路交换。 蓝牙设备的身份切换 通常首先提出通信要求的设备称为主设备 (Master)，被动进行通信的设备称为 (Slave)。 在一些特殊应用场合，如 LAP和 PSTN网关，被动进行通信的设备要求作主设备，此时就需进行身份的切换。 图 6 蓝牙设备身份切换过程 需要提及的是，协议规定建链完成后蓝牙从设备不能再被别的设备查询到也不能再去查询别的蓝牙设备，因此建链过程中的身份切换是一个很重要的功能。 实现蓝牙设备身份切换的功能的蓝牙协议层可对应 OSI七层模型中的数据链路层。 实验内容 1. 脉冲编码调制（线性、 A律 PCM）。 2. 连续可变斜律增量（ CVSD）调制原理。 3. 随机错误和突发错误的观察分析。 4．蓝牙设备的 ACL 链路和 SCO 链路分析。 5. 蓝牙设备的身份切换。 6. 蓝牙设备的内部通话与数据传输的工作过程。 7. 编程实验：在 Visual C＋＋环境中， 根据 A律 PCM和 CVSD 的编码原理和实验中已给出的程序， 试 完成其余的程序。 程序执行结果与实验所得数据是否相符。 实验结果及数据分析 三种调制方式的比较 参数相同时的波形 图 7 线性调制 图 8 A律 PCM调制 图 9 CVSD调制 由图可已看出，在有突发错误的情况下， CVSD调制方式的性能比 PCM的要好，而 A律PCM 调制方式比线性调制方式要好。 相同误码率不同频率的波形。