2023年秋物联网概论大作业
基于声波的简单信号传输脚本
python3 main.py gui
实验设计了一套基于声音的传输信息方式。实验使用不同频率的正弦波传输信息，支持两种传世方式：单音传输于多音传输。实验还设计了前同步码，后同步码以及频段轮转方法，来提高正确率。实验的大部分参数可以配置，以应对不同的实验环境。
机制提供了两种传输方式。
单音传输。 即每次仅传输一个具体频率的正弦波。这种方式能够更强的抵抗干扰，减少解码的难度，同时具有更好的比特错误率。单音传输的每个音能够编码的信息量S1（即不同的频率数量），基本等于设备有效工作频率（一般1K-11K）除以当时环境支持的频率最大差值（在100Hz左右）。这是在验收实验中采用的传输方式。
多音传输。 即每次传输N个具体频率的正弦波。这N个正弦波设计上属于互不相交的频率段。这种方式能够编码更多的信息：假设多音传输同时传输N个正弦波，每个正弦波频率端能够表示M个频率，那么一个音节能够编码共M * N信息。但是，这个方式更容易受到干扰，有更大的比特错误率，因此也需要更长的音节。单音传输是多音传输的一个特殊情况。
单音传输与多音传输的效率对比：假设当前环境与设备能够识别出
每个传输的包由前同步码，被填充至定长的负载以及后同步码组成。英文字母被连续映射到从1到52。0被用于标记空位。每个传输的包由前同步码，被填充至定长的负载以及后同步码组成。在单音传输中，这52个信息被直接映射到52个频率上。在双音传输中，这52个信息首先被转换为01串。接着，每N个01串被编码为某个频率的一个音，连续M个这样的小串被在M个不同频段同时发送。
直接当前的有效频段将收到的音频信息进行FFT处理，将音频解码为一段序列。FFT仅截取当前工作频段（见频段轮转）中最强的频率，并寻找离他最近的信息频率。对于多音传输的情况，根据FFT的结果分别对不同的M个频段进行解码。
前同步码是一段连续的信息，长度在8到16之间。
如果最大峰值的值小于设定的阈值，那么认为这是噪声。如果当前序列中没有前同步码，那么机制会调整起始解码的偏移量与工作频段。如果无论如何也找不到前同步码，认为这一段频率是无意义的。这样能够避免因为音频的起始点与同步码偏移而漏解的情况。
后同步码能够在连续发送的频率之间留下空隙。不做对后同步码的匹配。
频段轮转是指：在表达M个信息位时，为它实际分配K个互不重合的频段，每个频段能够承载M个不同的频率。频段之间和频段之间具有一定的间隙。在传输信息时，在第0个音节使用第0个频段，在第1个音节使用第1个频段……第T个音节使用第T % K个频段。每个频段内的编码方式不变。在解码时，仅考虑当前工作频段的信息，而忽略其他频段的信息。
尽管这引入了一些开销：（1）前同步码定位时除了考虑不同的音频时间偏移量，还考虑了工作频段的偏移量。（2）可以被编码的频率数量被减少了。但是，频段轮转总体而言能够显著提升传输的正确率。使用频段轮转，机制可以在一个音节里编码更多的信息（频率的识别变得更加敏感），从而抵消了频段轮转的空间小号。此外，频段轮转还可以降低音节的时长（短音节的识别更加准确），减少传输的时长。这是因为：频段轮转考虑了实际场景，能够显著避免之前音节对现在音节的影响。同时，由于不存在同一相近频率的连续快速切换，人耳的感觉也显著变好了。在验收实验中使用了K=2的频段轮转策略。