前 言
自前作《信道编码及其识别分析》出版以来,八年时光,一晃而过。这八年来,国内在比特流分析方面取得了不少进步,但仍然不成体系,与实际应用的结合还不够紧密。而我也人为物役,在时光的如轮流转中常感可为之事甚多,多有浮生虚度之感。
考虑到比特流分析的门槛较高,自己也一直都是在摸索中曲折前进,而且教训多于经验。渐渐地产生了一种想法,也可算是本书的写作初心吧,那就是系统总结一下比特流分析的基本流程。将作者多年来的一些学习、研究成果和信号分析经验不嫌自敝地分享出来,以期自成一家之言。本着承前启后,重在反映比特流分析全貌的初衷,按照条理清楚易懂、算法实用好用、举例深入浅出的原则,全书尽量做到有技术、有思想、有文化,以介绍比特流分析常用方法为主,用作新人初入此门时的参考。如果有人能借此发现自己在比特流分析方面的研究兴趣,并且有志在此领域长期深耕,那真是善莫大焉,作者也有幸成就善知识之功了。
本书是前作内容的进一步深化拓展,既是作者研究经验的总结,同时也是对比特流分析深化研究的提高再出发!适用于对比特流分析感兴趣,特别是想了解比特流分析全貌的研究人员,便于初学者快速入门。全书默认读者已经掌握一定通信方面的相关知识,重在贯穿比特流分析全流程,各章节对比特流分析中所涉及的通信知识和基础理论大都一提而过,语焉不详,有些结论更是直接引用,具体可参见一般的通信类教材。
全书紧扣比特流分析主题,共八章,各章内容如下:
第1章以历史的视角来考察比特的过去、现在和未来,介绍了一些无线数字通信中的常见比特载体:短波通信系统、超短波通信系统及卫星通信系统,引出了约束比特行为的通信协议,对书中用到的一些通信协议知识也进行了相关介绍。
第2章讨论比特流分析的数据来源问题,重点介绍比特流的获取及解调数据的星座映射和相位模糊处理方法。考虑到全书分析对象为解调硬判决0、1比特数据,本章对解调软判决数据在信号分析中的应用也进行了相应介绍。
第3章在前作基础上重点讨论纠错码的容错分析问题,以卷积码、BCH码、RS码(含删除RS码)、校验码、Turbo码、TPC码为分析对象,介绍了多种实用的容错分析方法。同时以LDPC码和双二元Turbo码为例,从分析对象的综合特征入手,介绍了一些较为实用的纠错码参数快速识别方法。
第4章主要讨论了比特流分析中的交织容错分析问题,以分组交织和卷积交织为分析对象,讨论了交织前纠错码参数及交织置换关系的实用分析方法,同时介绍了交织分析中的多解问题。针对交织分析难题,介绍了一些专用交织方式,并给出了识别特征。
第5章介绍了多种扰码多项式和同步扰码初态的分析方法,分析了识别性能。根据扰码与纠错码相对位置的不同,在基于不平衡性分析方法受限的情况下,讨论了一些基于纠错码特征的扰码综合分析方法。
第6章介绍了多种信源编码的分析方法,重点讨论了语音、字符、文件等典型信源编码的比特流结构特征和比特流逻辑特征。本章在信源分析方面仅仅是开了一个头,更多的信源编码分析方法或带有一定通用性的分析方法还有待进一步深入研究。
第7章从协议分析中最常见的帧结构分析入手,介绍了已知协议和未知协议的分析方法,说明了协议分析的步骤和方法,针对未知协议分析中的语义分析和时序分析难题,提出了一些可供借鉴的分析思路。
第8章专门介绍已成事实标准的TCP/IP网络协议,在介绍典型网络协议(包括报文压缩协议)的同时分析了识别特征,以VoIP协议和FTP协议中业务数据的恢复为例,说明了网络业务数据的组包和具体业务的恢复方法,此外本章还介绍了需要深入研究的网络协议融合,以及正在飞速发展中的网电空间。
为说明具体的比特流分析方法,全书列举了大量通过仿真验证的实例。
本书由张永光统筹并负责主要部分撰写,翟绪论负责第1.3节、2.3.1节、5.1节、5.2节、7.3.2节和8.2.1节撰写,陈艳、张卫锋、贾璐提供部分素材。在这里,对多年来一直给予作者关心、指导的杨小牛和楼才义两位前辈致以真诚的谢意,同时也对唐卓和王李军两位同志对作者工作的认可与支持深表感谢,此外还要特别感谢多年来陈仕川、李新付、章军、李梦冰等同志给予的帮助。他们不仅是作者一起工作的同事,还是多年来帮忙解决问题的朋友,本书的出版也是大家同进步、共成长的结果,见证了大家的共同奋斗足迹。
本书注重比特流分析的前后逻辑关联性,可作为行业入门书使用,限于篇幅和作者水平,书中一定还有不少问题没有说深讲透,有机会希望能多听到批评和指正的声音。嘤其鸣矣,求其友声,如果真的有好苗子通过本书能有所裨益的话,也不枉作者忙中挤忙夙兴夜寐大费周章地写作本书,也算是为国育才了。
最后说一点作者的期望。多年来作者一直难以释怀的是,故园目前只是一群老人和留守儿童的乡村,虽然到处也在竖高楼、修新路,但终究见不到儿时印象中劳作年轻人的那种奔头,这样的土地其实是没有生机可言的。我们的事业需要不断有新同志来继承和开拓,非常希望大家能沉下心来,以铺路石般的踏实将我们的事业往良性方向一步一步向前推,惟有踏实最给人希望,仅靠一时的喧嚣解决不了任何问题。
张永光
2017年初秋