2022年通信系统实验 .pdf

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1、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

2、实验步骤 .25 4.5 思考题.30 参考文献.31名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真1 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，Visual 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

3、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

4、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 的包名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真2 头数据。若8

5、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

6、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

7、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、跳频扩频原理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真3 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

8、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+kMHz(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

9、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

10、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/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 4 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真4 起到保密作用。（2）蓝牙加密技术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

11、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。蓝牙加密算法的示意图如图1.6 所示。图 1.6蓝牙加密算法示意图（3）RSA 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。公开密钥密码体制的示意图如图1.7 所示。图 1.7公开密钥密码体制示意图1.4 实验内容及结果分析1、蓝牙基带包的差错控制技术（1）包头校验（HEC）在包头校验区，输入 UAP 的十六进制。当光标退出UAP 输入框且其值不为零时，上方发送端的8 个移位寄存器进行初始化，输入包头信息的十六进制。此时，在移位寄存

12、器的数据输入端会标注包头信息的二进制序列。具体如图1.8，在编码校验后，点击“误码”再校验，可得结论：包头校验可以检验出误码但无法纠错。输 入 线 性移 位 反 馈寄 存 器 初始 化kcaddresscolockRA ND密 码 流生 成 器数 据/加 密 数 据加 密 数 据/解 密 数 据名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真5 图 1.8 包头校验（2）有效载荷校验（CRC）输入 UAP 为 01，有效载荷为ef43735f4e5a4b8c9d52，点击“编码”后输出结果：循环冗余校验CRC 码：1100 0010 1110 011

13、0 附 加CRC 码 的信 息比 特：00011111 10101011 00010000 11111111 00001101 11011010 00010100 10100000 00010010 点击“校验”后，输出结果：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，此时接收的信息比特位：11011101 01011000 11101111 01000011 01110011 01011111 01001110 01011010 01001011 10001100 10011101 校验结果：0000000000000000 具体如图1.8（3）1/3

14、FEC 校验输入 51eda4c765，点击“编码”，经 1/3FEC 编码后的二进制序列：0101000111101101011111111 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真6 111000111000111111000111 000111000000000111111000 000000000111000000000111 000000000111000000000111 点击“译码”后，输出结果：信道传输正确！译码结果为：1111111110101101010001100001000100010001 具体如 1.8 图所示。（

15、4）2/3FEC 校验2、蓝牙系统的跳频查询设备时钟：1351521，查询接入码：656565，跳频数：200 时的查询状态结果如图1.12所示。图 1.9 蓝牙系统跳频查询扫描设备时钟：1351521，查询接入码：656565，跳频个数：200 15 23 19 27 31 39 35 43 17 25 21 29 33 41 37 45 47 55 51 59 63 71 67 75 49 57 53 61 65 73 69 77 实验得出结论：跳频序列具有较强的随机性，且跳频图案由查询设备时钟、查询扫描设备时名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 32 页 -实验一

16、数字基带仿真7 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，任意参数的改变，调频图案将会发生变化。3、数据流的加密与解密（1）常规密钥密码体制输入随机序列：fffffff4 44445656 32133256 46646132 输入链路密钥：45645456 45453452 11232312 23232300 字节设备地址：247534234123 加密密钥长度：5 产生的密钥：9C6D4OD285D5EB3DA10F76O21C1EC83A密码流如下图所示。点击“加密”，“解密”，输出的数据流如下图所示。图 1.13 常规密钥密码体制（2）公开密钥密码体制公开密钥密码的密钥

17、产生个参数如下图1.14。输入的明文：12345678 90123456 7897abcd efa00010 10101010 10101001，点击加密，解密，得到的密文、明文的十进制和十六进制形式，具体见下图。1.5 问题思考1、接收端的1/3FEC 码是如何进行纠错的？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 32 页 -实验一数字基带仿真8 答：接收到1/3FEC 码后，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。2、包头的两种差错控制1/3FEC 和 HEC，它们的先后顺序如何？为什么？答：应先进行HEC，在做1/3FEC。

18、HEC 是包头检验，只要错了就丢弃，而不再对它进行1/3FEC 纠错；只有HEC 检查正确后，才对此包进行纠错。这样可以减少运算量。3、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。下图为跳频序列产生的原理框图，基本上，输入为当前地址和本地时钟，地址输入由28 为构成，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。4、公开密钥密码体制的一个重要保障是什么？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，它用于解密，另外一个

19、是公开密钥，它用于加密，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。这样我们根本不需要直接传送密钥，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UAP/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 9 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验9 实验二无线多点组网实验2.1 实验目的1、理解点对多点的网络、Ad hoc 网络多跳转接的拓扑结构；2、组网过程、简单的路由协议以及广播和组播的概念。2.2 实验设备及软件环境每 5 台 PC 为

20、一组。硬件：SEMIT TTP6603 软件：Windows 2000 2.3 实验原理1、通信网络拓扑结构现代通信网络可以大体归纳为几种网络拓扑结构，每种结构都有自己的优点和缺点，选择时要根据具体情况。图 2.1 拓扑结构OSI 从低到高的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。一个网络设备就是一个节点。网络层定义的网络设备（或节点）有两类：主机：包括PC 机、工作站、主机、文件服务器等等。路由器：它在主机和其它路由器之间转发数据包，使得主机不必和通信所用的链路直接相连。实现存储转发功能、执行路由协议。（2）路由技术数据包能够通过多条路径从源设备到达目的设备，选

21、择什么路径最合适，就是路由技术所要研究的问题。路由器之间通过路由协议交换信息，以报告它们各自所连接的网络和设备，更新路由表。传输的可靠性要求、数据包的传输费用和时延。根据不同要求，提出多种路由选择算法。网型网星型网复合型网环型网总线型网名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验10 图 2.2 路由选择流程（3）广播和组播将数据包的设备地址设置为一个特殊的广播地址。每个组播组通过唯一的组播地址来识别。任何节点都可以加入多个组播组，发给某个组的数据只有该组成员才能接收。组播也需要组播路由算法。广播：由任何一个节点设备向网络内的所有其他节点发

22、送同一消息，观察其发送的目标地址以及数据交换过程。在这种情况下的路由过程与两个节点间数据单播的过程有何不同。此时网络中的某个设备（例如设备e）向所有的设备发送一个公共消息，网络中的全部设备（包括发送设备本身）都能收到此公共信息。组播：网络中设置两个多播组。网络中任何一个节点都可以申请加入一个或多个多组，而后网络中的任何一个节点设备向某组发送组播信息，观察数据包的发送过程。可以更改节点加入的多播组，观察结果。组播路由表的维护比较复杂，无线网络环境下就更为繁琐，一方面要尽量减少网络发送信息数量，另一方面又不能漏掉任何一个本组的节点。大家可以根据本实验组成的网络思考或设计组播路由表的格式以及如何维护

23、组播路由表。（4）Ad hoc 网络Ad hoc 网络可使任何设备在任何地方都可以方便迅速组网。网络中所有节点的地位都是平等的。每个节点都有路由器的功能，信息可以经由各节点转发至目的节点。首先由一个设备（例如b）发起查询，如果找到多个设备，则任选其二（例如d、e）主名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验11 动与其建链。在这个阶段，b、d、e 构成一个微微网，b 为主设备(M)，d、e 为从设备(S)。注意在微微网中对处于激活状态的从设备的个数限制为2；而某个设备一旦成为从设备（即d、e），它就不能再被其它设备发现，也不能查询其它设备

24、或与其它设备建链。再由另外一个设备(a)发起查询，查询到设备b 和设备 c，再主动链接。此时，a、b、c、d、e 构成了一个分布式网络。由于参与组网的设备数量较少，它实际上已经组成了一个自组织的Ad hoc 网络。设备a 成为网络中的根设备。最终形成如前图所示的拓扑结构，是个典型的二叉树形结构，每个设备的角色为M，S,M/S。在建链过程中，如果已经作为M 的设备（如b）再接受建链成功，要把自己的从设备的信息（路由信息）告知上一个主设备（父设备）。这样最终所有的设备的路由信息都在保留在树形结构的根设备（最上层的父设备）中。每个节点也拥有自己的路由信息，路由表中包含默认路由器，也就是它的父节点。当

25、它无法从本地路由表查找到数据的目的地址时就转发给默认路由器，因为默认路由器可能包含有比它本身更多的路由信息。2.4 实验步骤1、组网过程五人一组，相互配合共同组成一个无线网络。从实验中体会微微网、分布式网络的概念和构造，并且掌握如何构造一个基于分布式网络的无中心、自组织的Ad hoc 网络。记录本组五个网络节点组成的自组织网络的结构，拓扑图如下图图 2.3 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验12 本组的网络拓扑结构本实验中本机地址为：00:37:16:00:A6:80 其中每个节点的角色如下：A：00:37:16:00:A6:84

26、 M B：00:37:16:00:A6:81 S C：00:37:16:00:A6:88 M/S D：00:37:16:00:A6:80 SE：00:37:16:00:A6:7D S A、B、C、D、E 构成了一个分布式网络。由于参与组网的设备数较少，它实际上已经组成了一个基于分布式网络的无中心、自组织的 Ad hoc 网络。设备 A 成为网络中的根设备。2、单跳与多跳及其路由选择通过单跳或多跳实现网络中的任意两个节点的通信。单播与多播单播（D-C）3、广播与组播广播：由任何一个节点设备向网络内所有其他点发送同一消息，这种情况下的路由过程如下：组播：网络中设置两个多播组。网络中任何一个节点都可

27、以申请加入一个或多个组播组，而后网络中的任何一个节点设备向某组发送组播信息名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验13 从 本 节 点 即 节 点D向 本 网 络 中 用 户 广 播，由 上 图 中 课 件 其 目 的 地 址 为：FF:FF:FF:FF:FF:FF。即广播信息没有特定的路由选择，传送给网络中的每个设备。将本机节点加入多播组1 和多播组2，并分别给多播组1 和多播组2 发送信息，从本机发往多播组1 的目的地址为：FF:FF:FF:FF:FF:00，从本机发往多播组2 的目的地址为：FF:FF:FF:FF:FF:01。且发

28、往多播组1 的信息只有加入多播组1 的用户才能接收。2.5 思考题1、组播具体如何实现？路由器如何知道相应的组播目的节点在哪一方向？如何减小无用组播数据的传播以及形成环路的情况？答：主机收到数据包后，确认目的地址是组播地址。若本机也在该组播内，则将其送入本机内部处理。若本机路由表内有其它的同组主机，且不是该数据包的上一跳节点，则将数据包按路由表继续转发。对于无线网络来说，路由器无法只针对相应的目的节点进行发送，只能将设置接收点的地址。在该无线路由的功率覆盖范围内的所有主机都将收到其发送的数据包，若本机地址与接收地址不一致则丢弃。若下一跳覆盖有同组节点，则直接发送；若有同组节点需要经过多跳，则继

29、续转发，接收地址按路由表填写，目的地址仍为组播地址。为了减少无用的数据传播和避免环路的形成，可以设置数据包的生存期。2、本实验的组网方式有什么不足，你能提出更好的组网方式吗？答：在本实验过程中，有时会出现下面的情况：多台计算机通过蓝牙无线模块组网后，若其中一台死机，该计算机实际上与其它网内的计算机已失去联系，但是它节点上的拓扑图仍然长时间不改变。这说明了本实验的组网方式中，网络的健壮性还有很大的欠缺，无线组网协议还不够完善。3、无线网络环境非常复杂，链路经常会在某一方或双方可能都不知道的情况下因不可靠而断开，如何保证网络的自检查和恢复？对网络负载将会有何影响？答：无线网络需要定时探测网络的完整

30、性，需要发现故障时自我修复的功能。当网络出现故障后，相当数量的业务需要重置和重发，这只会加重网络的负载。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 32 页 -实验二无线多点组网实验14 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 32 页 -实验三语音传输15 实验三语音传输3.1 实验目的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3.2 实验设备本实验每两人为一组，每台软、硬件配置相同。硬件：PC 机一台，带语音功

31、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。3.3 实验原理1、脉冲编码调制（线性、A 律 PCM）原理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PCM 分为抽样、量化、编码三个步骤：（1）抽样f(t)=f(t)*s(t)；语音信号的频率：0.3KHZ 4KHZ；语音信号的采样频率：8KHZ。（2）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。量化误差:实际信号与量化信号的差值。量化电平：为便于用数字电路

32、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。均匀量化：量化电平间隔均匀线性PCM。非均匀量化：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，这时可采用非均匀量化的方法加以解决A 律或 律 PCM 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 32 页 -实验三语音传输16 图 3.1 PCM 通信框图PCM 编码原理：编码方法：逐次比较型A 律 13 折线二进制码。码位码型：8 位，折叠二进制码。码位安排如下表：表 3.1 码位安排D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 极性码段落码

33、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2、连续可变斜率增量(CVSD)调制原理CVSD 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。CVSD 编码器的输入是64K 采样值/秒的线性PCM，量化级数为。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。图 3.2 CVSD 的编码过程名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 32 页 -实验三语音传输17 图

34、 3.3 CVSD 的解码过程3、随机错误和突发错误随机错误：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。一般是由信道的加性随机噪声引起的。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。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。突发错误图样 收码 发码 错误图样突发长度b=b1+t,t b1（b1是 1 的个数，t 是 0 的个数）4、内部通话与数据传输的工作过程（1）ACL 链路和 SCO 链路

35、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（Asynchronous Connection-Less）链路和SCO（Synchronous Connection-Oriented）链路。ACL 链路：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：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

36、，SCO 链路上的信息不会重传。分组交换：在链路上采用动态复用技术传送分组-X.25 网络。电路交换：每次通信占用一条专用的物理链路-GSM 网络ACL 与 SCO 链路区别，SCO 链路：只在规定的时隙传送话音，即占用固定时隙；ACL链路：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。可以认为：ACL 链路是分组交换，SCO 链路是电路交换。（2）蓝牙设备的身份切换台 阶 高 度 控制 器累 加 器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 32 页 -实验三语音传输18 通常首先提出通信要求的设备称为主设备(Master)

37、，被动进行通信的设备称为从设备(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 3.4 蓝牙系统的身份切换需要提及的是，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（3）内部通话与数据传输的工作过程表 3.2 内部通话与数据传输的工作过程内部通话过程数据传输过程初始化蓝牙设备初始化蓝牙设备查询周围蓝牙设备查询周围蓝牙设备建立 ACL 链路建立 ACL 链路建立 SCO 链

38、路通话传送数据名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 32 页 -实验三语音传输19 断开 SCO 链路断开 ACL 链路断开 ACL 链路3.4 实验内容1、PCM 线性编码、A 律 PCM 编码、CVSD 编码在相同参数下的量化编码以及三种编码在相同随机错误和突发错误参数下的译码波形如下图：幅度 V：8 频率 k：1 误码率：1%突发错误参数：1001110011000001 图 3.5 PCM 线性编码名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 32 页 -实验三语音传输20 图 3.6 A 律 PCM 编码图 3.7 CVSD 编码结论：通过

39、比较可以看出，在误码率一定的条件下，A 律 PCM 和线性PCM 译码后波形失真较小且相当，CVSD 吗的波形失真较严重；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。2、同一种语音编码方式在不同的采样频率和错误图样下的译码波形（1）A 律 PCM 译码，在不同采样频率时，随机错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。在突发错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。（2）PCM 线性译码，在不同采样频率时，随机错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。在突发错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。名师资料总结-精品资料欢

40、迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 32 页 -实验三语音传输21（3）CVSD 译码，在不同采样频率时，随机错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。在突发错误图样相同时，采样频率越高，译码的失真越小。3、建立和断开链路过程图 3.8 链路的建立与断开建立链路时，先建立ACL 链接，才能建立SCO 链接。断开ACL 链接时，若没有断开SCO 链接，则有提示。3.5 思考题1、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：随机错误的出现时随机的，出现的位置是随机分布的，各个码元是否发生错误是相互独立的，通常不是成片出现的。一般是由信道的加性随机噪声引起的。出发错误时

41、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。这种情况如何移动通信中信号在某一段时间内发生衰落，造成一串差错。2、思考解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、量化过程中具体的参数选择、输入参数的选择。3、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，其量化名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 32 页 -实验三语音传输22 间隔也小；反之，量化间隔就大。实际中，输入量化器的信

42、号具有非均匀量化是，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。4、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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 32 页 -实验三语音传输23 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析24 实验四通信传

43、输的有效性和可靠性分析4.1 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。4.2 实验设备每两台 PC 机为一组，双方软、硬件配置相同。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，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。4.3 实验原理1、数据传输的流量控制（1）停

44、止等待协议图 4.1 停止等待协议中数据帧和应答帧的时序正确传输一个数据帧平均所需时间为每秒成功发送的最大帧数就是链路的最大吞吐量max,max=1/tav。（2）连续 ARQ 协议连续 ARQ 协议一方面因连续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)1/()1(1pttippttTiTiTAV名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析25 送效率降低。因此，若传输信道的传输质量很差时，连续ARQ 并不优于停止等待协议。图 4.2 连续

45、 ARQ 时序（3）信道利用率和最佳帧长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。对于陆地链路，取往返时延=100ms。链路容量为4.8Kb/s 和 48Kb/s 两种数值。对于卫星链路，取往返时延=700ms。设每帧中信息长度为=48bit,误比特率=0.00001。可以求出在这种信道下，最佳帧长大体在1000-2000bit 之间。2、误码和差错控制（1）检错重发ARQ 需要通信两端具有双向信道

46、。编译码器比较简单，纠错能力较强。但实时性较差。本实验中使用CRC-16（2）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），监督字节中第三位无意义，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。4.4 实验步骤1、性能仿真（1）连续 ARQ 和停等协议的插错率和帧传送平均时延的关系图 4.3 ARQ 和停等协议比较仿真结果分析：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析26 A、相同条件下，连续 A

47、RQ 的平均传输时间整体上稍大。差错率在0-0.1 之间变化时使用两种协议传送的平均时间变化都很稳定，但随着差错率的继续增大，平均传输时间都会明显增大。B、相同条件下，连续ARQ 的最大吞吐量整体上稍大。随着差错率的增大，两种方式的最大吞吐量都会减少，但是差错率在0-0.1 之间变化时，停等协议的最大吞吐量变化量非常小，几乎稳定。C、当传播延迟时，重发时间，处理时间都远小于一个帧的发送时间时，采用停等和连续ARQ 没有多少区别，而对于卫星链路，由于延时很大，停等协议就很不适用，这时就必须采用连续ARQ 协议。（2）信道利用率与帧长的关系分析在下图的仿真结果：不论是陆地链路，还是卫星链路在帧长1

48、000b 时达到最大的信道利用率，在这之前信道利用率随着帧长的增加而增加，当帧长大于1000b 时，信道利用率渐小。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 27 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析27 图 4.4 信道利用率与帧长的关系（3）CSMA 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 28 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析28 图 4.5 非坚持 CSMA 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 29 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析29 图 4.6 坚持 CSMA 通过分析以上两图得结论：延迟

49、越小，吞吐量越大。随负载增加，吞吐量先增大最大又逐渐减少。非坚持CSMA 的吞吐量要比坚持CSMA 的大。2、数据速率设置包个数：10，帧长：100，测试次数：10，去不同的包记录测试结果如下图：图 4.7 数据传输速率分析分析：包越长，传输的数据量越大，花费的时间越长和平均速率越快。同样包长的情况下，USB 接口传输花费的时间和平均速度远远大于COM 口。3、文件传输传输一个大小约为100kb 的文件，误码率分别设为：0.001、0.01 和 0.05。分别采用CRC 与线性纠错编码方式纠错，测试结果如下：表 4.1 CRC 传输测试帧长50 90 200 400 花费时间3438 4718

50、 11055 22516 重传次数14 26 54 87 表 4.2 线性分组码测试名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 30 页，共 32 页 -实验四通信传输的有效性和可靠性分析30 帧长300 400 500 450 600 花费时间703 641 1516 625 516 重传次数0 0 0 0 0 实验结论：在 CRC 校验方式下，在误码率和最大重传次数一定的情况下，随着帧长的长度增加，传输花费时间增加，并且重传次数也增加。在线性分组码校验方式下，在误码率和最大重传次数一定的情况下，随着帧长度的增加，传输花费时间出现波动。在误码率和最大重传次数一定的情况下，线性分组码的传