[发明专利]一种非正交多址接入系统中的极化码安全编码方法

说明书

本发明涉及一种非正交多址接入系统中的极化码安全编码方法，属于物理层安全编码技术领域。基站通过非正交多址接入系统给合法用户发送信息，每两个用户组成一个用户对占用相同的时频资源，同时存在一个窃听用户窃听用户对的信息；利用人工噪声辅助的方法，恶化窃听信道，同时对非正交多址接入系统中不同用户间的功率分配进行优化，使系统的安全容量最大化；基于主信道和窃听信道之间的信道差异，在发送端利用极化码嵌套特性，构造安全信息区间放置安全信息并进行极化码编码，实现安全传输。所述方法优化用户间的功率分配，使得极化码安全传输容量最大化；对于非退化窃听信道同样适用，应用场景更加适用广泛。

技术领域

本发明涉及一种非正交多址接入系统中的极化码安全编码方法，属于物理层安全编码技术领域。

背景技术

20世纪70年代，Wyner基于信息论方法构建了“窃听信道”模型，分析了在不依赖交换密钥的情况下建立几乎完全安全的通信链路的可能性。在Wyner的“窃听信道”模型中，当窃听信道为主信道的退化信道时，窃听者Eve的信道容量小于主信道的信道容量，则发送者Alice和信息接收者Bob之间存在大于零的安全容量；这时，存在某种编码方式，使合法通信者Alice和Bob之间可靠通信，使窃听者Eve获得的信息量为零。

2009年Arikan在一篇文章中提出的极化码编译码方案引起了信道编码界的广泛关注，这是信道编码历史上第一次给出了一种理论上可达信道容量的编译码方案。2010年，E.Hof等人将极化码应用在窃听信道模型中，从安全通信的角度分析了极化码，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极化码构造方法。

现有的基于极化码的安全传输方案虽然可以获得安全容量，但是现有方案需要假设窃听信道为主信道的退化信道，而在实际情况中，这种假设不一定成立，即窃听信道和主信道不满足退化关系。另外，实际场景中安全传输速率较小，缺少如何优化安全容量的方案设计。

发明内容

本发明的目的是针对基于极化码构造的安全传输方法存在安全传输速率较小，缺少如何优化安全容量的技术缺陷，提出了一种非正交多址接入系统中的极化码安全编码方法，通过对非正交多址接入系统中不同用户间的功率分配进行优化，使系统的安全容量最大化，再利用极化码编码实现最大安全容量传输。

本发明的核心思想为：基站通过非正交多址接入系统给合法用户发送信息，每两个用户组成一个用户对占用相同的时频资源，同时存在一个窃听用户窃听用户对的信息；利用人工噪声辅助的方法，恶化窃听信道，同时对非正交多址接入系统中不同用户间的功率分配进行优化，使系统的安全容量最大化；基于主信道和窃听信道之间的信道差异，在发送端利用极化码嵌套特性，构造安全信息区间放置安全信息并进行极化码编码，实现安全传输。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

所述极化码安全编码方法依托的非正交多址接入系统包括发送端、两个用户以及一个窃听用户Eve，所述非正交多址接入系统一个时隙发送的信息长度为N比特，发送端为基站，基站的发射天线为N_t；两个用户包括近端用户uc和远端用户uf；

其中，近端用户uc的信道增益，记为h_c，远端用户uf的信道增益，记为h_f；窃听信道的信道增益为h_e；

所述非正交多址接入系统中的极化码安全编码方法，包括以下步骤：

步骤一、发送端构造人工噪声，并对近端用户uc和远端用户uf的信道增益进行合并，得到信道矩阵H；

其中，H＝[h_c,h_f]，h_c为近端用户uc的信道增益，h_f为远端用户uf的信道增益；

步骤一、具体为：