退化窃听信道中Polar码的优化设计方法研究

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由于Polar码是理论上能够达到香农限的信道编码,自2007年提出以来,成为信息理论界的研究热点。通过信道极化,比特信道趋于两种状态,即无噪比特信道和全噪比特信道,Polar码的构造就是选择无噪比特信道来传输信息,而将全噪比特信道作为冻结位,这样既可提高传输速率又保证可靠性。Wyner窃听信道是实现安全通信的方法之一。论文主要将Polar码与窃听信道相结合,对退化窃听信道中Polar码编码进行了优化设计。论文首先研究了退化窃听信道中基于Polar码编码加密优化问题,把加密的思想引入到基于窃听信道的Polar码构造中。已有的退化窃听信道Polar码编码方案中,系统的传输速率可接近安全容量,但与主信道的信道容量还有很大差距。论文提出了一种融入加密思想的退化窃听信道Polar码编码优化设计。方案中,先在Bob是无噪而Eve是全噪的比特信道传输密钥;然后把加密后的信息通过主信道的无噪比特信道来传输;接收方Bob在收到加密信息后,通过密钥解密,得到传输的信息;而Eve由于没有密钥所以获得不到任何信息。数值仿真表明:当主信道SNR=2dB时,原方案传输速率为0.2bit/Sys,新方案的传输速率为0.58bit/Sys;当主信道SNR=9dB时,原方案传输速率为0.52bit/Sys,新方案的传输速率为0.89bit/Sys。与原方案相比,新方案提高了系统传输速率,降低了系统的误码率,同时保证了通信的安全。论文进一步研究了退化窃听信道基于Polar码编码速率兼容优化设计。随着无线通信的不断发展,通信系统在不同信道条件下通常采用不同的编码速率,所以信道编码必须具备码率自适应的功能,其中删余是实现码率自适应的有效方式。在已有的退化窃听信道Polar码编码方案中,系统的码率较低,在此基础上论文研究了退化窃听信道中的删余Polar码,设计出适用于Polar码的删余矩阵,并应用于退化窃听信道的Polar码的编码中。数值仿真表明:当主信道SNR=2dB时,不删余时传输速率约为0.2bit/Sys,删掉32位时传输速率为0.23bit/Sys,删掉64位时传输速率为0.28bit/Sys;新方案在误码率可接受的情况下,提高了系统的传输速率,实现了速率兼容并保证了系统的安全。
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