[发明专利]基于Turbo码的联合信道安全编码的比特级译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于Turbo码的联合信道安全编译码的比特级译码方法，主要涉及可以降低译码计算量和复杂度的比特级译码方法。

背景技术

信息在有噪信道中传输，为了保证通信的安全性和可靠性，需要对信息进行加密和信道编码，防止非法用户的窃取并保证合法用户能够对信息进行有效检错和纠错。在传统的通信系统当中，加密和信道编码是两个相对独立的工作，直到编码学家Mc Eliece将二者合二为一，提出了联合信道安全编码(Joint Channel-Security Coding，JCSC)的概念和设计方法。

目前，联合信道安全编码主要有三个发展分支。一是Mc Eliece提出的公钥体制(M System)及其改进形式，其特点是信道编码分组长，纠错能力强，计算量大；二是T.Rao和K.Nam提出的私钥加密系统，它采用较为简单的分组编码方案，计算量较小。以上两类方案有一个共同的特点是都需要比较大的密钥，因此阻碍了它们在实际通信系统中的应用。第三类是基于密钥控制信道编码器结构的加密方案，由于它使用一个较小的密钥就可以控制加密和信道编码过程，因此吸引了越来越广泛的关注和研究。

采用Turbo码实现联合信道安全编码有其特定优势。首先，Turbo码是一种性能非常优良的信道编码方案，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码在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道上的误比特率(Bite Error Rate，BER)P_b≤10^-5，达到了近香农(Shannon)限的性能；其次，在实际的应用中，为提高带宽利用率，通常需要使用删余机制提高编码码率，而Turbo码的删余机制本身就具有一定的加密效果，并且删余器可通过密钥控制。Turbo码采用迭代译码算法，其主要问题是译码复杂度高，计算量大，延时长。随着迭代次数增加，译码增益逐步减低，因此需要通过迭代终止判定准则终止迭代译码过程。研究表明，在一个数据帧内，不同的比特收敛速度不同，因此，帧级迭代译码终止判定度量无法准确反映每一个比特的收敛情况，而针对单个比特收敛性的比特级迭代译码判定准可更加精确地控制迭代过程。

本发明所采用的基于Turbo码的联合信道安全编码方案通过密钥控制删余器生成加密码流，删除比特的数量由码率来决定，而删除位置则由密钥控制的随机序列发生器控制。编码端系统框图如图1所示，N长分组信息序列经过Turbo码编码器，输出3路N长码流，并将其输入复用器，输出长度为3N的码流，并送入删余器。删余器首先确定删除比特数N_p，N_p取由编码码率R_p确定，满足N／(3N-N_p)=R_p，最后得其中，表示向下取整函数。密钥控制随机序列发生器产生集合{1，2，…，3N}的一个随机置换{Ψ(1)，Ψ(2)，…，Ψ(3N)}，即k=1，2，…，3N。通过删除所有满足f(k)≤N_p的第k个编码比特，生成加密码流并输出。

经过有噪信道传输的调制信号到达信宿端解调后得到数字码流，然后需要在密钥的控制下进行比特填充，即在删余的位置填上比特符号0或者1。译码系统框图如图2所示。

为减少不必要迭代运算，降低译码复杂度和延时，本发明针对上述联合信道安全编码系统采用一种新的比特级迭代译码方案，它充分利用加密编码时的删除位置信息，进一步筛选需要进行后续迭代的比特，加速比特的收敛，减小译码开销。

发明内容

为提高基于Turbo码的联合信道安全编码的译码效率，本发明设计了一种新的比特级迭代译码方法，可以在经典的迭代译码算法的基础上减少不必要的计算量，降低译码延时，提高译码效率。