通信系统实验

目录

实验一数字基带仿真 (1)

1.1实验目的 (1)

1.2实验设备与软件环境 (1)

1.3实验原理 (1)

1.4实验内容及结果分析 (4)

1.5问题思考 (7)

实验二无线多点组网实验 (9)

2.1实验目的 (9)

2.2实验设备及软件环境 (9)

2.3实验原理 (9)

2.4实验步骤 (11)

2.5思考题 (13)

实验三语音传输 (15)

3.1实验目的 (15)

3.2实验设备 (15)

3.3实验原理 (15)

3.4实验内容 (19)

3.5思考题 (21)

实验四通信传输的有效性和可靠性分析 (24)

4.1实验目的 (24)

4.2实验设备 (24)

4.3实验原理 (24)

4.4实验步骤 (25)

4.5思考题 (30)

参考文献 (31)

实验一数字基带仿真

1.1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。1.2实验设备与软件环境

硬件：PC机一台。

软件：Windows操作系统，TTP基带仿真软件，V isual C++。

1.3实验原理

1、差错控制原理

常用的差错控制方法：a. 检错重发（简称ARQ）；b. 前向纠错(FEC)；c. 混合纠错(HEC)。差错控制编码的实现方法：a. 在发送端将被传输的信息附上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。b. 接收端按照既定的规则校验信息码元与监督码元之间的关系，一旦传输发生差错，则信息码元与监督码元的关系就受到破坏，从而接收端可以发现错误乃至纠正错误。

蓝牙基带包中采用的差错控制编码：a. 包头附加循环冗余校验码以保证包头的完整性，该差错控制通常被称为包头检查（HEC）；b. 有效载荷中附加16比特的循环冗余校验码（由CRC-CCITT多项式210041（8进制表示）生成）；c. 基带包附加CRC码后，一般还应进行前向纠错控制（FEC）。

(1) 包头检查(HEC,header error correction)

HEC的生成示意图见图1.1。在产生HEC前，线性移位反馈寄存器（LFSR）需要初始化。为易于理解，初始化值采用设备的高8位地址（UAP）。输入数据为10位的包头信息（低位先入）。输出数据为包头信息（10位，低位先出）+HEC（8位，低位先出）。

图1.1HEC的生成示意图

在接收端，恢复包头信息的示意图与图1同。此时，输入数据为18位的附加HEC的包

头数据。若8位寄存器的结果值全为0，则说明包头信息传输正确；反之，则说明包头信息传输错误，需重传。

(2) 有效载荷校验(采用CRC,Cyclic redundancy check)

添加到有效载荷中的16位CRC循环冗余校验码，用来判断有效载荷数据传送得是否正确。该16位码通过CRC-CCITT多项式210041（8进制表示）生成，见图1.2的生成示意图。在生成CRC码前，采用设备的高8位地址初始化线性反馈移位寄存器。实验中规定输入数据为80位的有效载荷信息（低位先入）。输出为有效载荷（80位，低位先出）+CRC码（16位，低位先出）。

图1.2有效载荷校验码的生成示意图

在接收端，恢复有效载荷信息的示意图与图2同。此时，输入数据为96位的附加CRC 的有效载荷数据。若16位寄存器的结果值全为0，则说明有效载荷信息传输正确；反之，则说明有效载荷信息传输错误，需重传。

(3) 前向纠错(FEC,Forward Error Correction)

本实验包含两类FEC码：1/3FEC和2/3FEC。

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，见图1.3的1/3FEC码示意图。

图1.31/3FEC码示意图

2/3 FEC码则是个缩短的(15,10) 汉明码。该码用于有效载荷数据的纠错控制。其生成示意图见下页的图1.4。

图42/3FEC码的生成示意图

2、跳频扩频原理

扩频通信技术是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列扩频和跳频扩频两种，本实验重点研究跳频技术，以具体的蓝牙技术跳频方案为例介绍跳频扩频技术。直序扩频技术请参见其它资料。

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。

跳频通信的优点：a. 具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享；b. 可以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。

（1）蓝牙系统中的跳频方案

对于使用79个频道的蓝牙系统，它的工作频段为2400-2483.5 MHz ，射频信道为2402+k MHz (k =0,1,…,78)，每个信道带宽为1MHz 。

蓝牙系统一共定义了5种跳频序列。为易于理解，本实验只介绍其中的3种：查询状态跳频序列，查询扫描状态跳频序列和连接状态跳频序列。跳频计算框图见图1.5。

图1.5 跳频计算框图

查询和查询扫描状态是联系在一起的。如果一个蓝牙设备希望发现在其工作范围内有哪些未知地址的设备，就进入查询状态，成为主设备；而一个蓝牙设备允许自己被其它设备发现，就进入查询扫描状态来响应查询消息，成为从设备。

二者的跳频速率都由本地时钟（28比特计数器）决定。查询状态跳频序列以 3200 跳/秒的速率进行跳变，而查询扫描跳频序列则以1.28 秒/跳的变化率进行跳变。

当查询设备的跳频频率与查询扫描设备的跳频频率发生击中时，从设备就向主设备发送ID 包，从而完成链路建立的第一步。

当主、从蓝牙设备进入连接状态，跳频频率都由主设备的地址码和时钟决定。连接状态的跳频速率为1600 跳/秒。

3、保密通信原理

加密系统的组成部分：a 、未加密的报文，也即明文；b 、加密后的报文，也即密文；c 、加密解密设备或算法；d 、加密解密的密钥。

（1）密钥的作用

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，他只能得到无法理解的密文，从而对信息跳频频率计算方案UAP/LAP CLOCK 2827跳频频率