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科学技术的高速发展使我们在传递信息时不仅仅满足于可靠性,安全性也扮演着一个越来越重要的角色,然而采用基于密码学的方法来传输信息并不能真正保证其安全性,因为那些方法对秘钥的要求过高,因此,为了解决解决物理层的安全通信问题,信道编码技术被提出并得以发展,它克服了密码学的秘钥过长、难于保存的缺点,而极化码是一种接近“完美”的码,它编译码复杂度低,在理论上和仿真上都具有可证明的性能优势,因此,本文就极化码的安全编码技术进行研究。
首先,针对无窃听的瑞利衰落信道的极化安全编码问题,本文先介绍两种极化码构造的方法,其一是蒙特卡罗逼近法,其二是等效BEC法;接着提出扩展的高斯近似算法——在原有的高斯近似算法的基础上,引入衰落因子,使之符合瑞利衰落信道。仿真结果表明,三种方法中,蒙特卡罗逼近法和等效BEC法性能相近,扩展的高斯近似方法拥有更高的可达速率和更低的译码错误概率。
然后,基于瑞利衰落单向窃听信道模型,我们将适用于无窃听瑞利衰落信道的极化编码方法扩展到其编码系统中。对于存在窃听者的瑞利衰落单向窃听信道模型,通过分解模型,以巴氏参数为指标构造极化码,此外,基于扩展的高斯近似方法,通过调整接收者和窃听者的极化阈值,调整信息位的集合,仿真结果表明,与原来统一阈值的极化码构造方法相比,调整阈值法在保证传输可靠性的基础上,提升了信息传输的安全性。
最后,由于现有极化码的研究多在离散无记忆信道或者高斯噪声信道中展开,但需要指出的是这些理想信道模型和实际的无线信道模型有着很大的差别,为了探究更加符合实际的具有全双工特性的信道模型的极化问题,我们将适合于离散无记忆的双向窃听信道的极化编译码方法扩展到瑞利衰落双向窃听信道上来,研究瑞利衰落双向窃听信道下的安全编码的基础是研究瑞利衰落MAC-2信道的安全编码问题,从MAC-2的极化编译码入手,我们将实用性强、复杂度低的蒙特卡罗逼近法应用于此,译码采用了基于LLR的SC译码算法。仿真结果表明,蒙特卡罗逼近法构造的极化码能让瑞利衰落双向窃听信道实现安全可靠通信,当码长越长,信道极化现象更加明显,译码错误概率就越低;当信噪比不变时,译码错误概率随和速率的增大而增大;码长增长和合法信道的信噪比增大可以使gapSNR减小。
首先,针对无窃听的瑞利衰落信道的极化安全编码问题,本文先介绍两种极化码构造的方法,其一是蒙特卡罗逼近法,其二是等效BEC法;接着提出扩展的高斯近似算法——在原有的高斯近似算法的基础上,引入衰落因子,使之符合瑞利衰落信道。仿真结果表明,三种方法中,蒙特卡罗逼近法和等效BEC法性能相近,扩展的高斯近似方法拥有更高的可达速率和更低的译码错误概率。
然后,基于瑞利衰落单向窃听信道模型,我们将适用于无窃听瑞利衰落信道的极化编码方法扩展到其编码系统中。对于存在窃听者的瑞利衰落单向窃听信道模型,通过分解模型,以巴氏参数为指标构造极化码,此外,基于扩展的高斯近似方法,通过调整接收者和窃听者的极化阈值,调整信息位的集合,仿真结果表明,与原来统一阈值的极化码构造方法相比,调整阈值法在保证传输可靠性的基础上,提升了信息传输的安全性。
最后,由于现有极化码的研究多在离散无记忆信道或者高斯噪声信道中展开,但需要指出的是这些理想信道模型和实际的无线信道模型有着很大的差别,为了探究更加符合实际的具有全双工特性的信道模型的极化问题,我们将适合于离散无记忆的双向窃听信道的极化编译码方法扩展到瑞利衰落双向窃听信道上来,研究瑞利衰落双向窃听信道下的安全编码的基础是研究瑞利衰落MAC-2信道的安全编码问题,从MAC-2的极化编译码入手,我们将实用性强、复杂度低的蒙特卡罗逼近法应用于此,译码采用了基于LLR的SC译码算法。仿真结果表明,蒙特卡罗逼近法构造的极化码能让瑞利衰落双向窃听信道实现安全可靠通信,当码长越长,信道极化现象更加明显,译码错误概率就越低;当信噪比不变时,译码错误概率随和速率的增大而增大;码长增长和合法信道的信噪比增大可以使gapSNR减小。