《2022年通信系统综合实验的报告 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年通信系统综合实验的报告 .pdf（47页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、目录实验一数字基带仿真实验.1一：实验目的.1二：实验器材.1三：实验原理.1四：实验内容及结果分析.2五：思考题.14实验二语音传输.17一：实验目的.17二：实验器材.17三：实验原理.17四：实验内容及结果分析.18五：思考题.25实验三通信传输的有效性与可靠性分析.27一：实验目的.27二:实验器材.27三：实验原理.27四：实验内容及结果分析.28五：思考题.30实验四局域网接入实验.33一：实验目的.33二:实验器材.33三：实验原理.33四：实验内容及结果分析.35五：思考题.37实验五无线多点组网实验.39一：实验目的.39二:实验器材.39名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师
2、精心整理-第 1 页，共 47 页 -三：实验原理.39四：实验内容及结果分析.41五：思考题.43参考文献.45名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验1 实验一数字基带仿真实验一、实验目的1.理解差错控制方法、差错控制编码分类及其纠检错能力；了解差错控制编码的生成和纠检错方法。2.理解扩频通信（特别是跳频扩频通信）的基本概念、原理及其优缺点。3.理解两种加密体制的同异；了解保密通信的全过程，以及密钥在保密通信中的作用。二、实验器材软件：Windows 2000操作系统，TTP 基带仿真软件，Visual C+。硬件：PC机一台。三、实
3、验原理1.差错控制的基本原理通信信道中噪声的存在，使有用信号与噪声中和的结果可能会产生差错。常用的差错控制方法有：检错重发（ARQ）；前向纠错(FEC)；混合纠错(HEC)。按照误码控制的不同功能，可分为检错码、纠错码和纠删码等。检错码仅具备识别错码功能而无纠正错码功能；纠错码不仅具备识别错码功能，同时具备纠正错码功能；纠删码则不仅具备识别错码和纠正错码的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。按照误码产生的原因不同，可分为纠正随机错误的码与纠正突发性错误的码。前者主要用于产生独立的局部误码的信道，而后者主要用于产生大面积的连续误码的情况。按照信息码元与附加的监督码元之间的检验关
4、系可分为线性码与非线性码。如果两者呈线性关系，即满足一组线性方程式，就称为线性码；否则，两者关系不能用线性方程式来描述，就称为非线性码。汉明码属于线性分组编码方式，是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。CRC 码即循环码是一种重要的线性码。循环码具有循环性，即循环码中任一码组循环一位(将最右端的码移至左端)以后，仍为该码中的一个码组。循环码组中任两个码组之和(模 2)必定为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 47 页 -通信系统综合实验2 该码组集合中的一个码组。另外，循环码每个码组中，各码元之间还存在一个循环依赖关系。2.跳频扩频的基本原理扩频通信技术是
5、广泛运用在公网和专网的一种无线通信技术。扩频通信主要有直序扩频和跳频扩频两种，所谓跳频，就是指用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。跳频扩频具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享；可以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。3.保密通信原理在通信过程中，某些信息需要加密。对明文进行加密需要加密密钥，对密文进行解密需要解密密钥。加密密钥和解密密钥可以相同也可以不同。信息发送方用加密密钥，通过加密设备或算法，将信息加密后发送出去；接收方在收到密文后，用解密密钥将密文解密，恢复为明文。如果传输中有人窃取，由于没有解密密钥，他
6、只能得到无法理解的密文，从而对信息起到保密作用。常用的密码体制有常规密钥密码体制和公开密钥密码体制。蓝牙加密技术属于常规密钥密码体制。所谓常规密钥密码体制，即加密密钥与解密密钥是相同的密码体制。常规密钥密码体制的保密性取决于对密钥的保密，而算法是公开的。RSA 属于公开密钥密码体制。公开密钥密码体制使用不同的加密密钥与解密密钥，是一种由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的密码体制。4.常规和公开密钥密码体制的工作原理所谓常规密钥密码体制，即加密密钥与解密密钥是相同的。公开密钥（public key）密码体制最主要的特点就是加密和解密使用不同的密钥，每个用户保存着一对密钥 公开密钥 PK
7、 和秘密密钥SK，因此，这种体制又称为双钥或非对称密钥密码体制。在这种体制中，PK 是公开信息，用作加密密钥，而SK 需要由用户自己保密，用作解密密钥。加密算法 E 和解密算法D 也都是公开的。虽然 SK 与 PK 是成对出现，但却不能根据 PK 计算出 SK。公开密钥算法的特点如下：用加密密钥PK 对明文 X 加密后，再用解密密钥 SK 解密，即可恢复出明文。加密密钥不能用来解密，加密和解密的运算可以对调。四、实验内容及结果分析1.蓝牙基带包的差错控制技术实验实验中用到的软件界面如图1 所示，包括：包头校验（HEC），有效载荷校验（采用 CRC），名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理
8、-第 4 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验3 1/3FEC 以及 2/3FEC 四个部分。实验中，要求记录包头校验、有效载荷校验、1/3 FEC 以及 2/3 FEC 在有误码和无误码情况下的输入输出结果并加以分析。图 1 差错控制实验界面（1）包头检验实验结果：输入 UAP：46；HEAD：66 编码后的 HEC 包头数据为：011001100011010110 按“编码”及“校验”按钮以后的输出结果为：UAP:46;HEAD:66-HEC包头数据为：011001100011010110 信道传输正确或 产生不可检错误码！校验结果（移位寄存器结果值）为：00000000 按“误码”
9、按钮后修改编码结果为：011001100011010110 再“校验”后输出结果为：信道传输产生误码！此时接收的包头数据为(LSB-MSB)：011001100011010110 校验结果（移位寄存器结果值）为：11010110 从以上的实验数据中，我们加以分析可以得到以下结论：包头校验可以检验出误码但无法纠错，所以在检出误码以后，需要通知发送端重传。（2）数据有效载荷信息的循环冗余校验结果：输入：UAP：46，有效载荷：45875168752963255265 编码后的结果为：A67845875168752963255265 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 47
10、 页 -通信系统综合实验4 按“编码”及“校验”按钮后输出结果为：循环冗余校验CRC 码(MSB-LSB)：1010 0110 0111 1000 附加CRC 码的信息比特(MSB-LSB)：01000101 10000111 01010001 01101000 01110101 00101001 01100011 00100101 01010010 01100101 10100110 01111000-信道传输正确或 产生不可检错误码！此时接收的信息比特为（MSB-LSB）：10100110 01111000 01000101 10000111 01010001 01101000 01110
11、101 00101001 01100011 00100101 01010010 01100101 校验结果为：0000000000000000 按“误码”按钮后修改编码结果为：A67845871568752927255265 再“校验”后输出如下结果：信道传输产生误码！此时接收的信息比特为（MSB-LSB）：10100110 01111000 01000101 10000111 00010101 01101000 01110101 00101001 00100111 00100101 01010010 01100101 校验结果为：0010110110101100 按“复原”再“误码”后修改编
12、码结果为：A67823875168757863255265 再“校验”后输出如下结果：信道传输产生误码！此时接收的信息比特为（MSB-LSB）：10100110 01111000 00100011 10000111 01010001 01101000 01110101 01111000 01100011 00100101 01010010 01100101 校验结果为：0100010100110110 从以上的实验数据中，我们加以分析可以得到以下结论：CRC 校验可以检验出误码但无法纠错，所以在检出误码以后，需要通知发送端重传。（3）包的前向纠错(FEC)控制实验1/3 FEC 实验结果输入：
13、1982643748 按“编码”按钮后输出结果为：0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 经 1/3FEC 编码后的二进制序列为(MSB-LSB)：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验5 000000000111111000000111 111000000000000000111000 000111111000000111000000 000000111111000111111111 0001110000001110
14、00000000 按“译码”按钮后输出结果为：-信道传输正确！译码结果为：0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0=2/3 FEC 实验结果输入：2ad 接收端经 2/3FEC 编码后数据：1010101101 按“编码”及“译码”按钮后输出结果为：编码前的二进制信息序列为(MSB-LSB)：1010101101 经 2/3FEC 编码后的二进制信息序列为(MSB-LSB)：11110 1010101101 信道传输正确或 产生不可检错的误码序列！接收序列为：11110 101
15、0101101 译码结果为：1010101101 十六进制结果为：2AD 按“误码”按钮后修改经2/3FEC 编码后的二进制序列为：111101011101101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 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=名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 47 页 -通信系
16、统综合实验6=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。2.蓝牙系统的跳频实验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 6
17、0 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 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验7 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
18、接入码：468 跳频个数：24 22 13 26 15 28 1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 47 页 -通信系统综合实验8 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
19、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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验9 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：2AD3DCD4AB8DD196B208414377C
20、6B4B453C52BEA32396058 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 47 页 -通信系统综合实验10 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
21、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 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 47 页 -
22、实验一数字基带仿真实验11 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 4.编程实验编码原理：2/3FEC 码是缩短的（15，10）循环汉明码，它可以纠正1 位错误，发现2 位错误。它的生成多项式为：4542()(1)(1)1G DDDDDDD(1)由（1）式可得 2/3FEC 码的生成示意图，如图6 所示：
23、图 6 2/3FEC 码的编码器编码器的工作方式如下：1.移存器的初始状态全清零，开关S1，S2打到 1 点。然后移位，送入原码，低位首先进入电路；2 10 次移位后，移存器中保留的是校验元；3 此时开关S1，S2，再经过 5 次移位后，把移位器中的校验元全部输出，与原先的10 位信息元组成了一个长为15 的码字。译码原理：译码时采用伴随式译码，其原理图如图7 所示：D0D4D3D2D1与非非15级缓存器门输出输入名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 47 页 -通信系统综合实验12 图 7 2/3FEC 码译码器译码器的译码过程如下：1 开始译码时门开，移存器内容全
24、为0。收到序列R 以后一方面送入15 级缓存器，一方面送入 G(x)的除法电路计算伴随式。15 次移位后，R 全部存入缓存器，G(x)电路也得到了伴随式 S0(x)，此时门关，禁止输入。2 若 S0(x)=x4+x2+1=x14 mod G(x)，说明第一个进入译码器的码元有错，此时，D4 D0的值为 11010。此时与门则产生一个纠错信号“1”来纠正码元的错误，同时这个纠错信号也反馈到伴随式计算电路的输入端（图7 中虚线所示）对伴随式进行修正，以消去该错误对伴随式的影响。3如果 S0(x)x4+x2+1，此时与门不打开，说明第一个进入译码器的码元没错。这时伴随式计算电路和缓存器各移位一次，第
25、一个码元输出，接下来对第二个码元进行译码，方法同上。重复上述过程一直到译完一个码字为止。程序流程图：编码，加误码以及译码的流程图如图8 所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验13 读入十六进制数据转化为对应的二进制数据通过编码电路生成码字选择操作加误码恢复无错码字退出S(x)=00000是否译了15个码元S(x)=11010信道传输正确YNN纠错并将错误个数加一Y码元个数加一并准备译一下码元N错误个数不大于二产生 1位错误产生多于 1位错误,不可纠错求 S(x)YYN1234输出译码结果图 8 编程流程图实验结果比较分析：名师资
26、料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 47 页 -通信系统综合实验14 图 9 实验结果比较图图 9 给出了编程所得结果与实验软件所得结果的比较，通过比较可知，在所有的误码情况下，所编程序完全实现了实验给定软件的功能。五：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）
27、、（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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 47 页 -实验一数字基带仿真实验15 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？
28、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。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
29、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。跳 频 频 率 计 算 方 案UA P/LAPCLOCK2827跳 频 频 率名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 47 页 -通信系统综合实验16 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 47 页 -实验二语音传输17 实验二语音传输一：实验目的(1)理解蓝牙支持的三种语音编码方式的异同(2)理解
30、随机错误和突发错误对传输的影响(3)理解语音传输（SCO 链路）与数据传输（ACL 链路）的异同(4)通过实际编程加深对实验原理的理解，提高实践能力二：实验器材硬件：PC 机一台，带语音功能的蓝牙模块，串口电缆，耳机话筒。软件：Windows 2000 或 Windows 操作系统，TTP 局域网语音传输实验软件。三：实验原理1PCM 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都离散的量，然后将其转化为二进制码形式传输。PCM 分为抽样、量化、编码三个步骤。2A 律 PCM 编码是一种非均匀量化的PCM 编码方式，它首先将输入量化器的信号进行压缩处理，再把
31、压缩的信号进行均匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，微弱的信号被放大，强的信号被压缩。在接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复信号。3CVSD 是输出比特跟随波形变化而变化，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64K 采样值/秒的线性PCM。4随机错误和突发错误随机错误：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。突发错误：错误的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。5ACL 链路：主
32、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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 47 页 -通信系统综合实验18 从设备之间，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。6SCO 链路：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。四：实验内容及结果分析实验内容如下：1线性 PCM 编码调制原理；2CVSD 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
33、内部通话与数据传输的工作过程；7根据 A 律 PCM 和 CVSD 的编码原理进行自己编程。实验记录如下：1记录线性PCM、A 律 PCM 和 CVSD 在相同参数下的量化编码参数：幅度：5V，频率:0.5KHZ，编码位数：8 位，各量化波形如图1 所示：原波形线性 PCM 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 47 页 -实验二语音传输19 A 律 PCM CVSD 图 1 量化编码波形图2画出线性PCM、A 律 PCM 和 CVSD 在相同随机错误与突发错误参数下得译码后波形并加以比较。参数：误码率：1%，突发错误参数：1001110101011 译码后的波形如图
34、2 所示：线性 PCM A 律 PCM CVSD 图 2 三种编码方式的译码波形比较结论：通过比较可以看出，在遇到随机错误时，误码率一定的条件下，A 律 PCM 和线性名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 47 页 -通信系统综合实验20 PCM 译码后波形失真较小且相当，CVSD 码的波形失真较严重；在遇到突发错误时，在突发参数相同的情况下，A 律 PCM 译码效果最好，线性PCM 译码次之，CVSD 的译码效果最差。3分别画出同一种语音编码方式在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形，并加以比较。幅度：8V,编码位数：8 位，误码率：1%，突发错误
35、参数：10001100110001 线性 PCM 编码在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形如图3 所示：F=0.5Hz F=2Hz 图 3 线性 PCM 译码波形F=0.5Hz 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 47 页 -实验二语音传输21 F=2Hz 图 4 A 律 PCM 译码波形A 律 PCM 编码在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码后波形如图4 所示。CVSD 编码在不同采样频率和相同随机错误与突发错误参数下的译码波形如图3 所示：F=0.5Hz F=2Hz 图 5 CVSD 译码波形结论：在CVSD 编/译码语音编码方
36、式下，采样频率越高，遇到随机或突发错误时译码的失真越小。而线性PCM 和 A 律 PCM 则是采样频率越高，遇到随机或突发错误时译码的失真越大。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 47 页 -通信系统综合实验22 图 6 传输过程示意图4 记录蓝牙建立和断开语音链路的过程。如图6：建立链路时，先建立ACL连接，才能建立SCO连接。断开ACL连接时，若没有断开SCO连接，则有提示。5 写出自己进行A 律 PCM 和 CVSD 的编程程序A 律 PCM 编译码原理编码方法：逐次比较型A 律 13 折线二进制码，每比较一次得出一位码，直到编码值和抽样值逼近为止。码位码型：
37、8 位，折叠二进制码码位安排如下表所示：D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 极性码段落码段内码极性码：D8 抽样值为正D8=1 为负 D8=0 段落码：抽样值所处区间分为8 段段内码：16 等分每段落译码方法：由极性码判断采样值的正负，再由段落码判断落在哪一个段落区间，最后将段落区间的起始电平加段内码的值与该项段落的量化间隔的乘积。A 律 PCM 编译码程序流程图如图7 所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 47 页 -实验二语音传输23 极性码为0输入电平的极性是否为正极性码为1输入电平极性取反将输入电平转化为二进制形式NoYes最高位是否为1极性
38、为正极性为负判断段落译码结果极性（段落起始电平段落内电平）NoYes判断段落码和段内码(a)编码(b)译码图 7 A 律 PCM 编译码流程图CVSD 编译码原理编码原理：如图8 所示，输出比特跟随波形变化而变化，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。图 8 CVSD 编码波形CVSD 编码器的输入是64K 采样值/秒的线性PCM，量化级数为1016。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%，CVSD 编码的语音还是可听的。编码器框图如图9 所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第
39、 25 页，共 47 页 -通信系统综合实验24 累加器台阶高度控制器图 9 CVSD 编码器框图CVSD 译码原理：译码原理与编码原理类似，其译码框图如图10 所示：累加器台阶高度控制器图 10 CVSD 译码器框图CVSD 编译码程序流程图如图11 所示：开始参数初始化采样值是否分析完毕？符号函数b(k)=signx(k)-x(k-1)b(k)=1?编码值为1编码值为 0是否有连续4比特编码值相同？当前的量化台阶上升一个 由 控制做振荡计算 y(k)的估计值及其y(k)采样值的估计值为X(k)=h*y(k)完毕否是是否否是(a)编码名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页
40、，共 47 页 -实验二语音传输25 译码开始初始化变量连续4个bit 相同=min(k-1)+min,max=max(k-1),min计算本次输出值否是(b)译码图 11 CVSD 编译码流程图五：思考题1 实际应用中通常采用非均匀量化，而不是均匀量化，为什么？答：非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。实际中，输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度，因此采取该种方法可得到大的SNR 比值。并且非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例，因此量化噪声对大小信号的影响大致相同，改善了小信号的信噪比。2.思考解
41、码后的波形失真程度与哪些因素有关？答：信号采样频率、传输信道的质量、采用的编码方式、量化过程中具体参数的选择、输入信号的参数。3.蓝牙系统如何分配ACL 链路与 SCO 链路所占用的时隙？答：蓝牙系统预留出固定的时隙分配给SCO 链路，剩余的时隙根据传输数据的要求机动地分配给 ACL 链路。因此，SCO 链路不支持重发，实时性要求强；ACL 要求重发机制，对实时性的要求低。4.随机错误和突发错误的异同是什么？怎样将突发错误转换成随机错误？答：随机错误的出现是随机的，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。一般是由信道的加性随机噪声引起的。突发错误是一连
42、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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 27 页，共 47 页 -通信系统综合实验26 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。改变方法可以有两种：改变首位错误码元或采用CVSD 编码。5.试定性地比较PCM 和 CVSD 的性能？答：PCM 编码所占空间较少，在传输信道质量好时性能好，受采样频率影响较大。因此，在随机错误小，采样频率低时，是一种很好的编码方式。但是由于上述分析，可知该种编码方式的译码结果不太稳定，会随不同因素而
43、变化。CVSD 编码所占空间大。量化噪声较大。但这种编码方式的译码结果稳定，受信道质量、采样频率影响小。特别是对于突发错误的抵抗能力好。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 28 页，共 47 页 -实验三通信传输的有效性与可靠性分析27 实验三通信传输的有效性与可靠性分析一：实验目的（1）理解点对点数据传输中的流量控制，差错控制的方法。（2）结合实验原理分析无误码情况下速率测试的结果；加上误码之后，在通信的可靠性和有效性之间做出折衷。（3）可选：理解多点共享信道的常用技术和它们的性能。二:实验器材硬件：串口连接电缆（反绞，用于连接两台计算机的串口），带串口及USB 接口的蓝牙模块
44、，USB 电缆，串口连接电缆（不反绞），电源（串口实验时用）。软件：Windows 2000 或 Windows 操作系统，TTP 通信传输的有效性和可靠性分析实验软件。三：实验原理ARQ 协议是指收端收到一帧后，经过 CRC 检验，如果发现该帧传输有误，则通过反馈信道以某种反馈规则通知发端重复上述过程，直到收端收到正确的帧为止。停等式 ARQ 的基本思想是在开始下一帧传送以前，必须确保当前帧已被正确接收。连续 ARQ 的基本思路是发端没有收到对方应答的情况下，可以连续发送n 帧。收端仅接收正确且顺序连续的帧，其应答中的RN 表示 RN 以前的所有帧都已正确接收。连续 ARQ 协议一方面因连续
45、发送数据帧而提高了效率，但另一方面，在重传时又必须把原来正确传过的数据帧进行重传（仅因为这些数据帧前有一个帧出错），这种做法又使传送效率降低。因此，若传输信道的传输质量很差时，连续ARQ 并不优于停等ARQ。信道利用率和最佳帧长的关系如下：数据帧取得很短，控制信息占的比例增大，导致信道利用率下降，如果帧长取得太长，数据帧在传输过程中出错的概率就增大，于是重传的次数就增大，这也会使信道利用率下降。所以，存在一个最佳帧长，在此帧长下信道利用率最高。检错重发ARQ 需要通信两端具有双向信道。编译码器比较简单，纠错能力较强。但实时名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 29 页，共 47 页
46、 -通信系统综合实验28 性较差。本实验中使用CRC-16 前向纠错FEC 不需要反向信道，也不需要有反复重发引起的延误时间，故实时性较好。但设备较复杂。本实验中使用（32，24）的线性分组码改自（31，26），监督字节中低三位无意义，高五位能够纠正32 个位置的单比特错误。编码效率为1-r/n=3/4。四：实验内容及结果分析实验内容如下：（1）理解实验原理，观察软件性能仿真（2）进行速率测试，运用实验原理分析结果（3）进行文件传输，分析两种纠检错方法使用的场合（帧长，误码率）实验记录如下：1 在速率测试中，设置包的个数为10，测试次数为10 次，取不同的包长，记录通过串口连接蓝牙设备模块和通
47、过USB 口连接蓝牙模块的测试结果（包括包长、数据量、花费时间和平均速率）。分析各次测试结果，从中可以得出什么结论？串口连接：包长为 200 字节时，记录的结果如表1 所示：表 1 序号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数据量2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 花费时间1796 1797 1860 1828 1828 1891 1937 1906 1797 1922 平均速率1.114 1.113 1.075 1.094 1.094 1.058 1.033 1.049 1.113 1.041 包长为 500 字节时，记录的结
48、果如表2 所示：表 2 序号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数据量5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 花费时间3593 3250 3422 3032 3015 2922 2875 2969 2937 2875 平均速率1.392 1.538 1.461 1.649 1.658 1.711 1.739 1.684 1.702 1.739 USB 口连接：包长为 450 字节时，记录的结果如表3 所示：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 30 页，共 47 页 -实验三通信传输的有效性与可靠性分析29 表 3 序
49、号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数据量4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 4500 花费时间625 640 641 640 704 609 641 625 593 657 平均速率7.2 7.031 7.02 7.031 6.392 7.398 7.02 7.2 7.02 6.849 包长为 45 字节时，记录的结果如表4 所示：表 4 序号0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数据量450 450 450 450 450 450 450 450 450 450 花费时间328 312 328 328 313 312 329 3
50、12 328 313 平均速率1.372 1.442 1.372 1.372 1.438 1.442 1.368 1.442 1.372 1.438 结论：通过对上述四张表的分析，我们发现包长越长，串口连接和USB 口连接的传输的数据量越大，花费时间越大，平均速率越高。而当包长相同时，USB 口连接比串口连接的花费时间短得多，平均速率高得多。2 在文件传输测试中，传输一个大小为100kb 的文件，误码率分别设为0.001、0.01 和 0.05，帧长设为 300 字节，最大传输次数为50。分别采用CRC 与线性纠错编码方式纠错，记录通过串口连接蓝牙设备模块和通过USB 口连接蓝牙模块的测试结果