[发明专利]基于随机调制的联合信道与安全编译码设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及Turbo码，也称为并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Cade，PCCC)编码码流的一种调制器设计方法，主要涉及具有码流纠错和加密功能的Turbo码调制器(Modulator)设计方法。 

背景技术

为了在有噪信道上进行可靠传输，需要克服信道中的噪声和干扰。信道编码(Channel Coding)或称前向纠错编码(Forward Error Correction，FEC)，根据一定的准则在待发送的信息码元中加入必要的校验码元，接收端利用校验码元与信息码元之间的编码准则，检测和纠正差错，提高信息码元传输的可靠性。研究信道编码的目标是利用最少的校验码元，获得较高的可靠性传输，即在保证传输可靠性的前提下，尽量提高编码效率。常用的信道编码方案主要包括：Hamming码、线性分组码、卷积码、BCH码、RS码等。 

随着信道编码理论和计算机硬件技术的发展，在1993年召开的国际通信会议上，C.Berrou等学者提出了Turbo码的编、译码方案。它由两个递归系统卷积码(Recursive System Convolutional Code，RSCC)通过交织器以并行级联的方式结合而成，因此也称为并行级联卷积码(Parallel Concatenated Convolutional Code，PCCC)。Turbo码采用迭代算法译码，仿真试验结果表明，经过18次迭代译码，在信噪比E_b/N₀≥0.7dB时，码率为1/2的Turbo码在加性白高斯噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道上的误比特率(Bite Error Rate，BER)达到P_b≤10^-5，达到了近香农(Shannon)限的性能。至此，Turbo码的提出，将信道编码技术推进到了一个新的高度：使其后的信道编码性能不再以互相比较为目标，而是直接与香农限相比较。Turbo码编码器框图如图1所示。 

从编码器框图1可以看出，为了得到适合信道传输的信号，调制器采用下式对序列进行调制 

c_m＝2c-1 

其中c为二进制序列，c_m为取值{-1，1}的实数序列。该发送序列不具备加密功能，在信道(特别是无线信道)上传输容易被泄密。为获得加密码流，本发明基于Turbo码具有良好纠错性能的特点，对传统Turbo码编码器输出码流的调制方案进行随机化处理，如图2所示，从而可获 得加密码流。 

发明内容

为了解决经典Turbo码编码器码流不具备加密功能的问题，本发明设计了一种基于密钥控制的随机调制方法。该方法设计了一种与Turbo码编码器的交织器(Interleaver)等长的随机调制器，实现了Turbo码编码器的码流加密功能。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：采用密钥Key为种子，产生一个与交织器长度N相等随机序列，然后进行模2运算，获得一个N长二进制序列。该二进制序列用于控制调制器的调制输出，序列的每一个二进制数用于控制输入调制器的3个分量的调制输出：该二进制数为0时，与传统调制器输出相同；该二进制数为1时，与传统调制器输出相反。经过新设计的调制器调制后，输出码流具有加密功能。解调制时，将接收端信号分割为长度为3分组，采用与调制时相同的N长二进制随机序列，序列的每一个二进制数决定每3个信号的正确解调值。 

有益效果是，本发明设计的调制器，使调制码流实现了加密功能，从而将信道调制器和加密器合并成为一个联合信道安全编码器，降低了分离的信道调制器和加密器的编码复杂度。另一方面，通过密钥Key为种子产生的N长随机序列，该随机序列可同时用于交织器和调制器，从而本发明并没有显著增加发送端的计算复杂度。 

附图说明

图1传统Turbo码的编码器模型 

图中：1.第一分量递归卷积码编码器，2.随机序列交织器，3.第二分量递归卷积码编码器，4.多路复用器，5.调制器，u为输入待编码序列，u^I为交织器输出序列，c₁和c₂分别为两个递归卷积码编码器输出序列，c为多路复用器输出序列，c_m为调制器输出序列。 

图2修改后的Turbo码编码器模型