基于Turbo码的比特级联合信道安全编译码

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无线通信系统主要面临三个方面的挑战:通信的有效性、可靠性以及安全性。信源编码通过去除冗余对信源进行压缩,以期在有限的带宽条件下传输尽量多的信息;信道编码则通过在传输信息中添加冗余码元实现信宿端的检错和纠错,以保证通信的可靠性;为防止非法用户监听、窃取数据,还要对信息进行加密。  一般通信系统中信道编码和加密是两个相对独立的工作模块,即先对信息进行加密,然后进行信道编码。基于信道中噪声污染和加密具有相似性的特点,编码学家McEliece提出一种联合信道安全编码架构,利用Goppa码构造了一类公钥体制,将信道编码与加密合二为一,开创了联合信道安全编码研究的先河。利用信道编码实现加密主要有两个优点:一是可以充分利用冗余码元和信道编码机制发挥加密和纠错的双重作用;二是基于信道编码的密码体制大多是概率型体制,即对同一明文经联合信道安全编码后可以生成多种完全不同的密文,从而能极大提高已知明文攻击的难度。因此,联合信道安全编码技术有广泛的应用前景。  继McEliece公钥之后,相继涌现了以算术编码、线性分组码为基础的多种公钥和私钥编码加密体制。自C.Berrou于1993年提出Turbo码以来,Turbo码以其优异的纠错性能和先进的编译码机制得到广泛的研究与应用,将Turbo码作为加密系统实现联合信道安全编码也逐渐成为编码领域和信息安全领域的研究热点。  本文采用基于密钥控制随机删余的Turbo码实现联合信道安全编码,利用密钥控制删余器删除特定数量和特定位置的比特,可以获得任意码率的加密码流。同时,针对目前基于最大后验概率的迭代译码方案计算量大,译码延时长,功耗大等问题,本文采用一种新的比特级迭代译码算法,结合编码时的加密删余信息,对未收敛比特在一个小窗口内进行部分迭代以减少已收敛比特的不必要迭代,从而减少总体迭代次数和计算量。数字仿真实验结果表明本方案可在保障通信可靠性和安全性的基础上进一步降低译码开销,提高译码效率。
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