[发明专利]一种基于Polar码的退化窃听信道速率兼容方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信信息安全技术领域，特别涉及一种基于Polar码的退化窃听信道速率兼容方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的不断发展和人们对服务需求的不断增加，对无线通信系统的安全和速率兼容要求越来越高。物理层安全成为信息安全的一个重要分支，引起人们广泛的关注。Wyner窃听信道(Wiretap Channel)模型是物理层安全研究的一个重要模型，其重要指标“安全容量”成为信息安全研究的关键。

Wyner窃听信道模型包括合法用户Alice与Bob间的主信道(main channel)和非法用户Eve与发送者Alice间的搭线窃听信道（eavesdropping channel）。通常假设搭线窃听信道噪声要高于主信道噪声，即搭线窃听信道是主信道的退化信道。信道编码方法是保证无线系统达到“安全容量”的重要手段。2005年，Thangaraj等人针对主信道是无噪信道、搭线窃听信道是二进制可抹信道（BEC），给出了基于随机低密度奇偶校验码（LDPC）的、传输速率达到安全容量的方法。2011年，V.Rathi等人进一步在主信道和搭线窃听信道都是BEC信道时，运用卷积式LDPC码，使得传输速率达到整个可达速率区域。Polar码是2007年由Arikan提出的、至今为止理论上唯一可达到香农限的信道编码方法，而且是具有低复杂度的编译码方法。2010年，E.Hof等人将Polar码应用于Wyner窃听信道中，给出了二进制离散无记忆对称窃听信道的安全容量以及获得安全容量的Polar码构造。由于主信道和搭线窃听信道通过“信道极化”（channel polarization）获得的比特信道（bit-channel）不同，让信息仅通过对于主信道是无噪比特信道而对于搭线窃听信道为全噪比特信道时可获得安全传输，这些用来传输信息的比特信道被称为“安全比特”信道。Polar码在退化窃听信道中的构造充分利用了搭线窃听信道是主信道的退化信道这一特点。

由于无线通信信道环境的时变特性较强，信道编码的码率应自适应地满足要求，因此需要一种速率兼容的编码方法。删余是构建速率兼容编码的一种常用方法，通过码的删余使同一组速率兼容码中的所有码都可以通过同一组编、译码器实现，这大大降低了发射机和接收机的复杂度。而且，通过删余也可以提高wyner窃听信道模型的安全性，如Klinc等人2011年在高斯窃听信道模型中，利用删余（puncturing）技术与LDPC码构造相结合，使得搭线窃听信道信噪比小于主信道最小信噪比时，窃听者获取不到任何有效信息。本发明利用Polar码的设计和删余矩阵的构造，能够很好地解决退化窃听信道的安全性和速率兼容两方面问题。

发明内容

本发明目的在于提出了一种基于删余Polar码的退化窃听信道速率兼容方法，该方法将删余Polar码与退化窃听信道模型相结合，根据Polar码的构造特点和退化窃听信道的信道环境，构造出适合的删余矩阵，实现退化窃听信道编码的速率兼容。由于窃听者不知道删余矩阵，且删余操作使得编码后的码字长度减少，信息通过删余操作被隐藏。窃听者通过搭线窃听信道所获得的接收码字来恢复原信息的复杂度增加，保证了系统的安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明以退化窃听信道模型为基础，以Polar码的构造方法为前提，利用删余方法，设计出基于删余Polar码的速率兼容方法，实现退化窃听信道的速率兼容和安全性的保证。