【正文】 1 實(shí)驗(yàn)一 數(shù)字基帶仿真實(shí)驗(yàn) 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解漢明碼、 CRC 碼的基本原理。 二．實(shí)驗(yàn)設(shè)備與軟件環(huán)境 本實(shí)驗(yàn)一人一組，其中 硬件： PC機(jī)一臺(tái)。 3. 數(shù)據(jù)流的加密與解密 1) 藍(lán)牙加密技術(shù)（常規(guī)密鑰密碼體制的加密與解密）； 2) RSA公開密鑰密碼體制的加密與解密過程。 4. 編程實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析。接收端按照既定的規(guī)則檢驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，一旦傳輸過程中發(fā)生差錯(cuò)，則信息碼元與監(jiān)督碼元之間的校驗(yàn)關(guān)系將受到破壞，從而可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，乃至糾正錯(cuò)誤。 2） CRC 碼編碼的基本原理 CRC 碼（即校驗(yàn)和）加在幀尾，使 CRC 碼的幀的多項(xiàng)式能被生成多項(xiàng)式 G(x) 除盡；收方接收時(shí) G(x) 去除它，若有余數(shù)，則傳輸出錯(cuò)。 數(shù)字基帶仿真實(shí)驗(yàn) 3 發(fā)送端在時(shí)鐘控制下，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列去控制頻率合成器生成跳頻載波序列，稱做跳頻圖案。因此，時(shí)間同步是跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 3. 保密通信的基本原理 在通信過程中，某些信息需要加密。如果傳輸中有人竊取， 由于沒有解密密鑰， 他只能得到無法理解的密文，從而對(duì)信息起到保密作用。常規(guī)密鑰密碼體制的保密性取決于對(duì)密鑰的保密，而算法是公開的。公開密鑰（ public key）密碼體制最主要的特點(diǎn)就是加密和解密使用不同的密鑰，每個(gè)用戶保存著一對(duì)密鑰 ──公開密鑰 PK 和秘密密鑰 SK，因此，這種體制又稱為雙鑰或非對(duì)稱密鑰密碼體制。公開密鑰算法的特點(diǎn)如下：用加密密鑰 PK 對(duì)明文 X 加密后，再用解密密鑰 SK 解密，即可恢復(fù)出明文 。若 8 位寄存器的結(jié)果值全為 0，則說明包頭信息傳輸正確；反之說明包頭信息傳輸錯(cuò)誤，需 重傳。 ③前向糾錯(cuò) 1/3FEC 編碼： 圖 15 前向糾錯(cuò) 1/3FEC編碼圖 譯碼：結(jié)果正確 圖 16 前向糾錯(cuò) 1/3FEC校驗(yàn)圖 數(shù)字基帶仿真實(shí)驗(yàn) 6 分析： 1/3 FEC 僅僅是將每個(gè)信息位重復(fù)三次。跳頻圖案由查詢?cè)O(shè)備時(shí)鐘、查詢掃描設(shè)備時(shí)鐘、查詢接入碼、主設(shè)備時(shí)鐘、主設(shè)備地址等參數(shù)的綜合選擇有關(guān)， 任一參數(shù)改變，跳頻圖案將會(huì)發(fā)生變化。 2． 包頭的兩種差錯(cuò)控制 1/3FEC 和 HEC，它們的先后順序如何？為什么？ 答：先進(jìn)行 HEC差錯(cuò)控制再進(jìn)行 1/3FEC差錯(cuò)控制，因?yàn)閷?duì)包進(jìn)行 FEC 糾 錯(cuò)的目的是減少重傳的次數(shù)。下圖為跳頻序列產(chǎn)生的的原理框圖，基本上，輸入為當(dāng)前地址和本地時(shí)鐘，地址輸入由 28位構(gòu)成， 時(shí)鐘輸入由 27 位構(gòu)成，根據(jù)跳頻序列的不同分類，地址輸入和時(shí)鐘輸入采取不 同的選擇方案。加密算法 E和解密算法 D也都是公開的。 3. 了解檢錯(cuò)重發(fā)（ ARQ）、前向糾錯(cuò)（ FEC）等差錯(cuò)控制原理。 軟件： Windows 2021 或 Windows 操作系統(tǒng)， TTP通信傳輸?shù)挠行院涂煽啃苑治鰧?shí)驗(yàn)軟件。 數(shù)據(jù)傳輸速率的分析（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信） 通過無線信道速率測(cè)試程序，使學(xué)生體會(huì)：無線信道兩端距離、信道上障礙物 、幀長(zhǎng)對(duì)無線傳輸速率的影響。 2)接收方對(duì)收到的包進(jìn)行解碼，如能糾錯(cuò)，即糾正錯(cuò)誤；如能檢出錯(cuò)誤不能糾正，則要求重發(fā)。 改變兩個(gè)藍(lán)牙模塊之間的距離，增加信道上的金屬障礙物； 改變幀長(zhǎng)，觀察對(duì)文件傳輸速率和誤比特率的影響。分析各次測(cè)試結(jié)果，從中可以得出什么結(jié)論？ 五．實(shí)驗(yàn)原理 數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中出現(xiàn)差錯(cuò)的情況是經(jīng)常發(fā)生的，數(shù)據(jù)鏈路層常用的差錯(cuò)控制方法有停止 等待協(xié)議（又叫自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)）、連續(xù) ARQ（自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)， ARQ, Automatic Repeat request）協(xié)議、檢錯(cuò)重發(fā) ARQ 協(xié)議。 3. 檢錯(cuò)重發(fā) ARQ 協(xié)議基本原理 檢錯(cuò)重發(fā) ARQ 協(xié)議是只將出錯(cuò)的幀進(jìn)行重發(fā)，而對(duì)后面送來的正確幀可以先收下來放在一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)，待重傳的幀收到后，再一起按正確的順序送往主機(jī)。 圖 213 誤碼率為 通信傳輸有效性和可靠性分析實(shí)驗(yàn) 24 結(jié)果為：誤碼率設(shè)置為 時(shí)，最大重傳次數(shù)設(shè)置為 50 時(shí)，提示最大重傳次數(shù)設(shè)置過小，傳輸中斷。 圖 216 誤碼率為 幀長(zhǎng)為 300 字節(jié)；誤碼率為： ，結(jié)果為：花費(fèi)時(shí)間為 111250ms，重傳次數(shù)為 0。在可靠性要求較高而實(shí)時(shí)性要求較低的場(chǎng)合可以使用這種傳輸方式。 答：碼長(zhǎng) 21mn??，信息位數(shù) 21mkm? ? ? ，監(jiān)督碼位 1r n k? ? ? ，這里 m為 ? 2的正整數(shù)，給定 m后，即可構(gòu)造出具體的 (,)nk 漢明碼。所以這種形式的 H矩陣構(gòu)成的碼很便于糾錯(cuò)，但這是非系統(tǒng)的，可調(diào)整各列次序來實(shí)現(xiàn) ，有 了 H0 ，就可得到系統(tǒng)碼的生成矩陣為： 041 0 0 0 1 0 10 1 0 0 1 1 1[]0 0 1 0 1 1 00 0 0 1 0 1 1TG I Q????????，也可得到系統(tǒng)碼的校驗(yàn)位。 3. 了解廣播、組播的基本知識(shí)。 三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 五人一組，相互配合，共同組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。 觀察各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間地址及數(shù)據(jù)信息的交換過程，理解簡(jiǎn)單的路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過程。 網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置兩個(gè)多播組。 ，觀察并紀(jì)錄到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由選擇。一般認(rèn)為，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)應(yīng)當(dāng)具有三個(gè)主要的組成部分，即能向用戶提供服務(wù)的若干主機(jī)；由一些專用的通信處理機(jī)和連接這些結(jié)點(diǎn)的通信鏈路所組成的一些通信子網(wǎng)；為主機(jī)與主機(jī)，主機(jī)與通信子網(wǎng)， 或者通信子網(wǎng)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)之間通信而建立的一系列協(xié)議，即通信雙方事先約定的、共同遵守的一組規(guī)則。通信網(wǎng)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)在接收到一個(gè)分組之后，通過路由算法決定通過哪條鏈路把分組輸送出去。在 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)移動(dòng)主機(jī)（例圖 1 中的主機(jī) A 和 B）在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，他們可以直接通信。 圖 31 主機(jī) A,C 通過 B 的轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行通信 3. 路由選擇 路由選擇是指在一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的網(wǎng)際網(wǎng)以及 Inter 內(nèi)，除收信的目的結(jié)點(diǎn)外 ，其余結(jié)點(diǎn)都要確定分組沿本結(jié)點(diǎn)的哪一條輸出鏈路繼續(xù)傳送。路由選擇算法大致可以分為兩大類：距離向量算法和鏈路狀態(tài)算法。 七．思考題 ？路由器如何知道相應(yīng)的組播目的節(jié)點(diǎn)在哪一方向？如何減小無用組播數(shù)據(jù)的傳播以及形成環(huán)路的情況？ 答：組播實(shí)現(xiàn)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)某組發(fā)送組播信息，網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都可以申請(qǐng)加入一個(gè)或多個(gè)組播組，每個(gè)組播組通過唯一的組播地址來識(shí)別，發(fā)給某個(gè)組的數(shù)據(jù)只有該組成員才能接收。采用復(fù)合型網(wǎng)，它由網(wǎng)型網(wǎng)和星型網(wǎng)復(fù)合而成，兼取了前面兩種網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，比較經(jīng)濟(jì)合理且有一定的穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的角色分配：任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能通過多跳實(shí)現(xiàn)相互間的通信；路由算法盡可能簡(jiǎn)潔，網(wǎng)絡(luò)效率盡可能高。 3. 了解隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤對(duì)傳輸?shù)挠绊憽? 三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 脈沖編碼調(diào)制（線性、 A律 PCM）。 5. 藍(lán)牙設(shè)備的身份切換。 2. 畫出線性 PCM、 A律 PCM和 CVSD 在相同隨機(jī)錯(cuò)誤與突發(fā)錯(cuò)誤參數(shù)下得譯碼后波形并加以比較 。 語音傳輸實(shí)驗(yàn) 35 五．實(shí)驗(yàn)原理 1. 基帶信號(hào)編碼的基本原理 1）線性 PCM 編碼的基本原理 PCM 編碼是將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)廣泛應(yīng)用的一種方法，其處理具體包括抽樣、量化和編碼。當(dāng)輸入信號(hào)幅度小時(shí)，量化間隔劃分的較??；當(dāng)輸入信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔劃分的大。為減少斜率過載，使用了語音壓縮技術(shù)，根據(jù) 平均信號(hào)的斜率，階梯高度可以調(diào)整。 SCO 鏈接是一個(gè)對(duì)稱的主從節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的同步鏈接，在預(yù)留的時(shí)間里發(fā)送 SCO分組，屬于電路交換，主要攜帶話音信息。一對(duì)主從節(jié)點(diǎn)只可以維持一個(gè) ACL 鏈接。突發(fā)錯(cuò)語音傳輸實(shí)驗(yàn) 36 誤是指錯(cuò)誤的的出現(xiàn)是一連串的。非均勻量化：采用均勻量化時(shí)，對(duì)小信號(hào)和大信號(hào)都采用相同的 量化等級(jí)，因而對(duì)小信號(hào)的量化不利，引起“信號(hào) /量化噪聲”比值變小，這時(shí)可采用非均勻量化的方法加以解決。 由于兩種編碼方式，參數(shù)選擇不一致，導(dǎo)致了其不可比較性。 ACL 鏈路：當(dāng)沒有 SCO時(shí)， ACL 可以使用任何時(shí)隙，一旦有 SCO， ACL 必須讓出 SCO 的固定時(shí)隙。 2． 思考解碼后的波形失真程度與哪些因素有關(guān)？ 答：編碼位數(shù)、編碼方式、信噪比、信號(hào)采樣頻率。 突發(fā)錯(cuò)誤： 錯(cuò)誤的的出現(xiàn)是一連串出現(xiàn)的。采用交織技術(shù)可以將突發(fā)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換成隨機(jī)錯(cuò)誤。 CVSD 編碼所占空間大。 。但這種編碼方式的譯碼結(jié)果穩(wěn)定，受信道質(zhì)量、采樣頻率影響小。因此，在隨機(jī)錯(cuò)誤小，采樣頻率低時(shí)，是一種很好的編碼方式。如移動(dòng)通信中信號(hào)在某一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生衰落而造成一串差錯(cuò)，光盤上的一條劃痕等等。 4． 隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤的異同是什么？怎樣將突發(fā)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換成隨機(jī)錯(cuò)誤？ 答：隨機(jī)錯(cuò)誤： 錯(cuò)誤的出現(xiàn)是隨機(jī)的，錯(cuò)誤出現(xiàn)的位置是隨機(jī)分布的，各個(gè)碼元是否發(fā)生錯(cuò)誤是互相獨(dú)立的，通常不是成片地出現(xiàn)錯(cuò)誤。各有其優(yōu)勢(shì)所在， ACL 可以保證傳輸?shù)男?，路徑較多，但實(shí)時(shí)性未必好； SCO 能保證實(shí)時(shí)性，像是固定電話網(wǎng)能夠保證長(zhǎng)話不斷話，但效率不高。 通過比較可以看出，在遇到隨機(jī)錯(cuò)誤時(shí)，誤碼率一定的條件下， A 律 PCM 和線性 PCM譯碼后波形失真較小且相當(dāng)， CVSD 碼的波形失真較嚴(yán)重；在遇到突發(fā)錯(cuò)誤時(shí)，在突發(fā)參數(shù)相同的情況下， A 律