[发明专利]联合信道安全编码中的Turbo码复用器设计方法

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 Code，PCCC)的一种编译码器设计方法，主要涉及具有加密功能的编码码流的复用器(Complexor)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，提高信道传输的可靠性，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2个(或l个)递归系统卷积码(Recursive System Convolutional Code，RSCC)通过1个(或l-1个)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^-8，达到了近香农(Shannon)限的性能。至此，Turbo的研究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。2个分量的Turbo编码器框图如图1所示。

从编码器框图1可以看出，Turbo码编码器首先对输入比特流u进行编码，获得3个码流u、c₁和c₂，为了复用成为1个码流，编码器引入了复用器(Complexor)。复用器按照一定的次序将3个码流复用成为1个码流，传统复用器一般采用u、c₁和c₂的顺序进行复用，从而该码流不具备加密功能。

为使编码码流具有加密功能，降低编码系统复杂度，本发明对Turbo码编码器进行改进，对复用器的输出次序采用密钥控制，接收端在密钥未知的情况下，不能获得正确的码流次序，从而使修改后的编码器输出的码流具有加密功能，改进后的编码器框图如图2所示。

发明内容

为了解决经典Turbo码编码器中复用器设计简单，编码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复用方法。该方法设计了一种与Turbo码编码器的交织器(Interleaver)等长的随机复用器，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相等的随机序列。由于输入的3路数据流u、c₁和c₂总计有6种不同的排列方式，即：0)uc₁c₂；1)uc₂c₁；2)c₂uc₁；3)c₂c₁u；4)c₁uc₂；5)c₁c₂u。故本发明由该随机序列进行模6(mod6)运算，产生一个长度为N的6进制随机序列，即该序列中的元素取自集合{0，1，2，3，4，5}。将3路数据流u、c₁和c₂输入复用器，复用器根据N长6进制随机序列决定输出次序，其对应关系为：i对应第i种输出次序，i＝0，1，2，3，4，5。解复用时，用与发送端相同的密钥产生相同的N长6进制随机序列，根据该序列输出正确的码流次序，最后进行信道译码。