[發明專利]一種非正交多址接入系統中的極化碼安全編碼方法

有效

• 申請號: 201911376448.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111130571B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 費澤松;孫策
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H03M13/29
• 分類號: H03M13/29;H04L1/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

本發明涉及一種非正交多址接入系統中的極化碼安全編碼方法，屬于物理層安全編碼技術領域。基站通過非正交多址接入系統給合法用戶發送信息，每兩個用戶組成一個用戶對占用相同的時頻資源，同時存在一個竊聽用戶竊聽用戶對的信息；利用人工噪聲輔助的方法，惡化竊聽信道，同時對非正交多址接入系統中不同用戶間的功率分配進行優化，使系統的安全容量最大化；基于主信道和竊聽信道之間的信道差異，在發送端利用極化碼嵌套特性，構造安全信息區間放置安全信息并進行極化碼編碼，實現安全傳輸。所述方法優化用戶間的功率分配，使得極化碼安全傳輸容量最大化；對于非退化竊聽信道同樣適用，應用場景更加適用廣泛。

技術領域

本發明涉及一種非正交多址接入系統中的極化碼安全編碼方法，屬于物理層安全編碼技術領域。

背景技術

20世紀70年代，Wyner基于信息論方法構建了“竊聽信道”模型，分析了在不依賴交換密鑰的情況下建立幾乎完全安全的通信鏈路的可能性。在Wyner的“竊聽信道”模型中，當竊聽信道為主信道的退化信道時，竊聽者Eve的信道容量小于主信道的信道容量，則發送者Alice和信息接收者Bob之間存在大于零的安全容量；這時，存在某種編碼方式，使合法通信者Alice和Bob之間可靠通信，使竊聽者Eve獲得的信息量為零。

2009年Arikan在一篇文章中提出的極化碼編譯碼方案引起了信道編碼界的廣泛關注，這是信道編碼歷史上第一次給出了一種理論上可達信道容量的編譯碼方案。2010年，E.Hof等人將極化碼應用在竊聽信道模型中，從安全通信的角度分析了極化碼，給出了二進制離散無記憶對稱竊聽信道的安全容量以及獲得安全容量的極化碼構造方法。

現有的基于極化碼的安全傳輸方案雖然可以獲得安全容量，但是現有方案需要假設竊聽信道為主信道的退化信道，而在實際情況中，這種假設不一定成立，即竊聽信道和主信道不滿足退化關系。另外，實際場景中安全傳輸速率較小，缺少如何優化安全容量的方案設計。

發明內容

本發明的目的是針對基于極化碼構造的安全傳輸方法存在安全傳輸速率較小，缺少如何優化安全容量的技術缺陷，提出了一種非正交多址接入系統中的極化碼安全編碼方法，通過對非正交多址接入系統中不同用戶間的功率分配進行優化，使系統的安全容量最大化，再利用極化碼編碼實現最大安全容量傳輸。

本發明的核心思想為：基站通過非正交多址接入系統給合法用戶發送信息，每兩個用戶組成一個用戶對占用相同的時頻資源，同時存在一個竊聽用戶竊聽用戶對的信息；利用人工噪聲輔助的方法，惡化竊聽信道，同時對非正交多址接入系統中不同用戶間的功率分配進行優化，使系統的安全容量最大化；基于主信道和竊聽信道之間的信道差異，在發送端利用極化碼嵌套特性，構造安全信息區間放置安全信息并進行極化碼編碼，實現安全傳輸。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案如下：

所述極化碼安全編碼方法依托的非正交多址接入系統包括發送端、兩個用戶以及一個竊聽用戶Eve，所述非正交多址接入系統一個時隙發送的信息長度為N比特，發送端為基站，基站的發射天線為N_t；兩個用戶包括近端用戶uc和遠端用戶uf；

其中，近端用戶uc的信道增益，記為h_c，遠端用戶uf的信道增益，記為h_f；竊聽信道的信道增益為h_e；

所述非正交多址接入系統中的極化碼安全編碼方法，包括以下步驟：

步驟一、發送端構造人工噪聲，并對近端用戶uc和遠端用戶uf的信道增益進行合并，得到信道矩陣H；

其中，H＝[h_c,h_f]，h_c為近端用戶uc的信道增益，h_f為遠端用戶uf的信道增益；

步驟一、具體為：