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通信原理设计论文基于DES算法的数字对讲机通信系统设计摘要本次设计应用于对讲机的背景下无线电对讲机是移动通信中 的一个重要分支，其通信方式具有及时沟通、经济实用、运营成本 低、不耗费通话费用、使用方便等特点但传统以模拟信号传输的 对讲机存在传输距离近，信息质量差，安全性得不到保障的问题 将数字信号与模拟信号的比较，了解到数字通信系统的优势，认识 到数字对讲机成为未来对讲机的发展趋势，使本次课题研究具有一 定的价值为了能实现对讲机加密，所设计的数字对讲机必须满足 高质量，低误码率的要求因此以此为性能指标来设计数字对讲 机在系统设计过程着重于语音信号数字化，采用PCM编码将模拟 信号数字化对信道编码采用ECH循环码，调制方式为2PSK调制， 和相干解调方法然后对系统的信息传输速率，误码率进行分析， 检验该系统的有效性和可靠性另一个研究重点就是在此数字对讲 机上进行语音加密，采用对称加密体制的DES算法综合两方面， 设计出了基于DES算法的数字对讲机该课题的研究对数字通信系 统，对称密码学与数字通信安全的学习具有一定的指导意义关键词数字通信语音数字通信 PCM编码 DES对称加密目录第一章绪论 41. 1课题研究背景 41.2课题研究内容 4第二章对讲机相关知识 52.1对讲机 52. 1. 1 无线对讲机介绍 52. 1.2 特点 52. 2模拟信号与数字信号 62.2. 1模拟信号 62. 2. 2数字信号 62.3数字对讲机 62. 3. 1数字对讲机 62.3.2数字通信系统 62. 3. 3数字通信系统的主要性能指标 7第三章数字对讲机通信系统设计 93. 1通信系统组成及框图 93.2语音信号数字化 103. 2. 1 抽样 103. 2. 2 量化 113. 2. 3 编码 143. 2.4其他编码 153.3信道编码 163.4调制 173.5系统性能指标分析 183. 5. 1有效性 183. 5. 2 可靠性 193.6设计总述 19第四章数字对讲机语音加密 204. 1密码原理 204.2分组密码 204. 2. 1分组密码 204. 2. 2分组密码的设计准则 204.2 DES 算法 214. 2. 1 DES 概述 214. 2. 2 DES的加密算法 214. 2. 3 DES的解密算法 284. 2. 4 DES 安全性 284.3语音加密设计 28第五章课题研究心得 30附录参考文献 30第一章绪论1.1课题研究背景无线电对讲机既是移动通信中的一种专业无线通信工具，又是一种能满足人们生 活需要的具有消费类产品特点的消费工具。

公众对讲机的大量使用，更促进了无线电 对讲机和有线机一样成为人们喜爱和依赖的通信工具而以模拟信号传输的传统 对讲机存在传输距离近，传输信息质量较差以及安全性不能得到保障等的缺点，但以 数字信号传输的对讲机却能克服这些缺点，因此数字对讲机成为未来对讲机技术发展 的必然趋势另一方面无线对讲机是以广阔的牢间来进行语音信息的传递，任何人只要借助适 当的技术手段就可以在不经允许的情况下，收听到对讲机用户之间的通话内容不管 是有意还是无意的，都有■可能会使通话内容被窃听泄露其后果取决于通话者的身份 和通话的内容对于绝大多数对讲机用户来讲，所通话内容不在乎被窃听，即使通话 内容泄密也不会有不良的后果，因此对讲机用户绝大多数没有要求对讲机要有保密功 能一般只是为了防止干扰，设置亚音、数字亚音而已但对于一些在对讲机中谈论 工作内容、个人隐私等不希望别人所知道自己讲的内容的用户，如政府、公安、商 业，安全部门、军队等等，则希望对讲机要有■保密功能这就要求对数字对讲机进行 加密以满足使用者的保密要求1.2课题研究内容了解无线对讲机通信系统，即信源，信源编码，信道编码，调制，解调，信道译 码，信源译码各部分进行分析研究。

在此基础设计一种无线数字对讲机，其性能满足：（a）传输距离大于1000m； （b）误码率- 10 ； （c）信息传输速率运用DES算法对编码形成的数字信号进行简单加密，对接收到的解调信号进行相应的 译码第二章 对讲机相关知识2. 1对讲机2. 1.1无线对讲机介绍无线电对讲机，其涵盖范围较宽在这里我们将工作在超短波频段 （VHF3（f300MHZ、UHF300^3000MHZ）的无线电通信设备都统称为无线电对讲机实际 上按国家的有■关标准应称为超短波调频无线机，人们通常将功率小、体积小的手 持式的无线机叫做“对讲机”，以前曾有人称它为“步谈机”、“步话机”，而 将功率大、体积较大的可装在车（船）等交通工具或固定使用的无线机乂叫做 “电台”，如车载台（车载机）、船用台、固定台、基地台、中转台等无线电对讲机是移动通信中的一个重要分支它是一种无线的可在移动中使用的 一点对多点进行通信的终端设备，可使许多人同时彼此交流，使许多人能同时听到同 一个人说话，但是在同一时刻只能有一个人讲话这种通信方式和其它通信方式有不 同的特点：即时沟通、一呼白应、经济实用、运营成本低、不耗费通话费用、节约使 用方便，同时还具有■组呼通播、系统呼叫、机密呼叫等功能。

在处理紧急突发事件 中，在进行调度指挥中其作用是其它通信工具所不能替代的无线电对讲机和其它无 线通信工具（如）其市场定位各不相同，难以互相取代无线电对讲机决不是过 时的产品它还将长期使用下去随着经济的发展，社会的进步，人们更关注自身的 安全、工作效率和生活质量的提高，对无线电对讲机的需求也将日益增长公众对讲 机的大量使用，更促进了无线电对讲机和有线机一样成为人们喜爱和依的通信工 具2. 1. 2特点a. 对讲机不受网络限制，在网络未覆盖到的地方，对讲机可以让使用者轻松沟通；b. 对讲机提供一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作简单，令沟通更自由，尤 其是紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重要的；c. 通话成本低2. 2模拟信号与数字信号2. 2. 1模拟信号信号波形模拟随着信息的变化而变化，模拟信号其特点是幅度连续（连续的含义是 在某一取值范围内可以取无限多个数值）模拟信号，其信号波形在时间上也是连续 的，因此它乂是连续信号模拟信号按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，由于其 波形在时间上是离散的，但此信号的幅度仍然是连续的，所以仍然是模拟信号电 话、、电视信号都是模拟信号。

2. 2. 2数字信号数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内二进制码 就是一种数字信号二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到 了广泛的应用2. 3数字对讲机2. 3.1数字对讲机数字对讲机是采用数字技术进行设计的数字对讲机数字对讲机则是将语音信号 数字化，要以数字编码形式传播，也就是说，对讲机传输频率上的全部调制均为数 字只有■直接采用数字信号处理器的对讲机才是真正意义上的数字对讲机，而采用数 字控制信号的对讲机（如集群系统的对讲机）则不属于数字对讲机数字对讲机有许多优点a. 可以更好地利用频谱资源，与蜂窝数字技术相似，数字对讲机可以在一条指定 的信道上如25KHZ装载更多用户，提高频谱利用率，这是一种解决频率拥挤的解决方 案，具有长远的意义b. 提高话音质量由于数字通信技术拥有系统内错误校正功能，和模拟对讲机相 比，可以在一个范围更广泛的信号环境中，实现更好的语音音频质量，其接收到的音 频噪音会更少些，声音更清晰c. 提高和改进语音和数据集成，改变控制信号随通讯距离增加而降低的弱点，与 类似集成模拟语音及数据系统相比，数字对讲机可以提供更好的数据处理及界面功 能，从而使更多的数据应用可以被集成到同一个双向无线通讯基站结构中对语音和数 据服务集成更完善、更加方便。

这三大特点使数字对讲机成为未来对讲机技术发展的必然趋势2. 3. 2数字通信系统信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统数字信号是在时间和幅度上都是 离散值的信号，与模拟信号想对应与模拟通信系统相比，数字通信系统具有以下主要优点：a. 抗干扰能力强、无噪声积累在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号 进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大随着传输距离 的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值（通常取两个幅值），在传输 过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，即在适当的距离采用 判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长 距离高质量的传输b. 便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易 得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、 解密处理c. 便于存储、处理和交换数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是一.进制代码，因此便于与计算 机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维 护实现自动化、智能化。

d. 设备便于集成化、微型数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器设备中大部分电路是数 字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低e. 便于构成综合数字网和综合业务数字网采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交 换的综合另外，业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字 网因为数字通信的优点，所以各国都在积极发展数字通信近来，数字通信得到迅 速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进但数字传输也有缺点，它与模拟信号传输相比，占用传输频带宽，如传输一路数 字化语音信息占64khz的带宽，而传输一路模拟信息只需占4khz的带宽同时数字信 号传输过程中，需要严格的同步随着数字集成技术的发展，各种中、大规模集成器 件的体积不断减小，加上数字压缩技术的不断完善，数字通信设备体积将会越来越来 小并且随着微波和卫星信道及光线信道的迅速发展（它们有■很宽的带宽），使占用 传输频带宽的矛盾逐渐缩小因而数字传输的应用日益广泛2. 3. 3数字通信系统的主要性能指标衡量数字通信的质量指标，包括信息传输的有效性、可靠性、适应性、标准性、 经济性等。

对于一个通信系统，要求起主导和决定作用的是有•效性和可靠性这两个指 标，这也是衡量通信系统好坏的两个指标有效性是通信系统中传输信息速率的表 征，一.可靠性是通信系统传输信息质量的表征传输速度越快，有效性越高；传输信 号月准确，可靠性越高在通信系统中，人们总是希望传输信息既快乂准确，既有效 乂可靠然而有效性和可靠性两者却是矛盾的所以在一般情况下，依据实际系统要 求采取相对统一的办法，即在满足一定可靠性指标下，尽量提高消息的传输速率，即 有■效性；或者，在维持一定有效性条件下，尽可能提高系统的可靠性a.有效性码元传输速率Rb数字通信是用有限个数字波形来代表信息的，每秒钟所传输的数字波形的数口就 是传输速度，即码元传输速度，乂可称为码元速率或波形速率，有符号R&表示，单 位为波特（Baud）消息传输速率Rb信道的传输效率通常是以每秒所传输的信息量多少来衡量信息传输速率是指每 秒传送的信息量信息量的度量单位是“比特” （bit）, —个二进制码元（一个 “1”或一个“0”）所含的信息量是一个“比特”，所以信息传输速率的单位是比特/ 秒（bit/s）。