论文部分内容阅读
利用噪声和衰落等物理信道本身的特性,物理层安全可以达到信息理论意义上的安全,近年来引起了广泛的关注。Polar码是基于信道特征设计的纠错码,且理论上可达到香农信道容量极限,适用于物理层安全。论文研究搭线窃听信道和中继窃听信道下基于Polar码的物理层安全编码方法,具有重要的理论意义和参考价值。论文的主要研究内容如下:(1)针对搭线窃听信道中的安全编码问题,论文考虑通过引入删余机制隐藏Polar码在信道传输中的部分码字比特来增强通信的安全性。首先,论文给出一个新型的删余Polar码方法,将巴氏参数应用于编码比特的可信度计算,通过可信度数值选择删余比特位置,从而获得基于编码比特可信度的删余Polar码方法。其次,利用可信度删余Polar码,最大程度地增加合法用户和窃听者恢复信息程度的差异。数值仿真结果表明,可信度删余Polar码方法与随机删余、截止树删余方法相比,安全间隙分别下降了1.7dB和2.0dB,因此所需的安全间隙最小。在信道退化较小的条件下,可信度删余Polar码保证了信息传输的安全和可靠。(2)中继节点可分为可信任节点和不可信节点两种情况,论文给出这两种情形下的基于Polar码的中继窃听信道中的安全编码方法。首先,论文给出一种基于Polar码的可信任中继窃听信道中的安全编码改进方法,方法采用译码转发(DF)协议,在第二时隙传输时不限定中继信道的退化条件,且在安全编码时无需加入额外的随机噪声序列;其次,论文给出一种基于Polar码的不可信中继窃听信道中的安全编码方法,方法采用放大转发(AF)协议,将Polar码的生成矩阵作为私钥,并采用McEliece密码体制生成公钥矩阵对信息进行加密编码。数值仿真结果表明,在可信任中继窃听信道中采用提出的第一种安全编码改进方法时,当信道的信噪比(SNR)为3dB时,安全传输速率由0.16bits/Sys增加到0.42bits/Sys;而当信道的SNR为8dB时,安全传输速率由0.36bits/Sys提高到0.62bits/Sys,因此改进方法提高了源节点的编码效率;而在不可信中继窃听信道中采用第二种安全编码方法时,当信道的SNR为4dB时,合法接收者能够以足够小的误码率(3.6×10-5)完成信息的可靠传输,同时中继节点和窃听者均维持在较高误码率(0.5)左右,因此中继节点无法获得秘密信息,提高了系统的安全性。