糾錯(cuò)碼及其在中繼和物理層安全技術(shù)中的應(yīng)用研究.pdf

1、無(wú)線通信系統(tǒng)的可靠性一直是研究人員所關(guān)注的主要內(nèi)容之一。信道糾錯(cuò)碼通過(guò)引入冗余信息，能夠有效地提高通信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，已?jīng)被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中；作為提高移動(dòng)通信系統(tǒng)可靠性或者增加其覆蓋范圍的有效手段，中繼技術(shù)被列為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)(LTE-Advanced)的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合信道糾錯(cuò)碼和中繼技術(shù)兩者優(yōu)點(diǎn)的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼技術(shù)，成為一個(gè)重要的研究方向。除了可靠性之外，無(wú)線通信系統(tǒng)的安全性也是廣大用戶和研究人員十分關(guān)注的問(wèn)題。近年來(lái)，物

2、理層安全技術(shù)可以和應(yīng)用在協(xié)議高層的傳統(tǒng)安全技術(shù)互為補(bǔ)充，共同提高無(wú)線通信系統(tǒng)的安全性，成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。在物理層安全技術(shù)中，無(wú)論是物理層密鑰提取還是利用物理層安全通信的密鑰傳輸，都依賴于信道糾錯(cuò)碼的應(yīng)用。總而言之，信道糾錯(cuò)碼無(wú)論是在無(wú)線通信系統(tǒng)的可靠性方面還是在無(wú)線通信系統(tǒng)的物理層安全技術(shù)方面都是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文針對(duì)LDPC碼在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)和物理層密鑰提取中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)級(jí)聯(lián)碼的迭代譯碼算法和基

3、于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的物理層安全通信的性能分析也進(jìn)行了研究。
　　本文第二章探討以里德-所羅門(RS)碼和遞歸系統(tǒng)卷積碼(CC)作為分量碼的級(jí)聯(lián)碼(如RS-CC級(jí)聯(lián)碼和RS乘積碼-CC級(jí)聯(lián)碼)的迭代譯碼算法。這類級(jí)聯(lián)碼的優(yōu)秀糾錯(cuò)性能一般需要基于軟信息的軟判決迭代譯碼算法。我們首先介紹RS-CC級(jí)聯(lián)碼及其軟判決迭代譯碼算法，并提出改進(jìn)的軟判決迭代譯碼算法來(lái)提高譯碼性能。其次，由于RS乘積碼是一類好碼，并能提供比上述算法更準(zhǔn)確的軟信息，

4、所以我們以RS乘積碼取代RS碼作為外碼，以遞歸系統(tǒng)卷積碼作為內(nèi)碼，并使用基于同余序列的交織器。通過(guò)使用軟判決迭代譯碼算法，有效地改善了這類級(jí)聯(lián)碼的譯碼性能。
　　本文第三章研究譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中基于LDPC碼的比特交織編碼調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用。采用LDPC碼的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的關(guān)鍵是對(duì)碼率兼容LDPC碼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先在二進(jìn)制調(diào)制下，我們應(yīng)用校驗(yàn)分裂技術(shù)得到碼率兼容非規(guī)則重復(fù)累積碼，并提出了此類碼率兼容非規(guī)則重復(fù)累積碼在非均勻信道下改

5、進(jìn)的外信息轉(zhuǎn)移圖(EXIT)，然后將其用于尋找最優(yōu)碼字。其次，為了提高頻譜利用率，我們討論了采用高階調(diào)制時(shí)基于碼率兼容原圖碼的比特交織編碼調(diào)制技術(shù)在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對(duì)基于并行級(jí)聯(lián)技術(shù)、校驗(yàn)分裂技術(shù)或者延長(zhǎng)雙層技術(shù)的比特交織編碼(高階)調(diào)制系統(tǒng)，我們利用原型圖EXIT獲得的譯碼門限來(lái)同時(shí)優(yōu)化LDPC碼和映射圖案。研究表明優(yōu)化的方案能夠取得良好的性能。
　　論文后兩章討論了在物理層安全技術(shù)中基于竊聽(tīng)信道模型的物理層密鑰提取和物

6、理層安全通信的性能。其中密鑰提取可認(rèn)為是安全通信在時(shí)分雙工系統(tǒng)中的特殊應(yīng)用。
　　本文第四章分析了使用保護(hù)帶信道量化器的密鑰提取方案及其改進(jìn)方案的密鑰提取效率。首先，我們推導(dǎo)出應(yīng)用保護(hù)帶信道量化器的密鑰提取方案的誤比特率和密鑰提取效率的閉式表達(dá)式。為了提高密鑰提取效率，我們提出了改進(jìn)的密鑰提取方案，并給出該改進(jìn)方案的密鑰提取效率的上界閉式表達(dá)式；通過(guò)選擇合理的參數(shù)，使得改進(jìn)的密鑰提取方案逼近自身最大的密鑰提取效率。其次，在信噪比較

7、高時(shí)，密鑰提取方案能夠利用多比特量化器來(lái)提高密鑰提取效率。我們發(fā)現(xiàn)原有的多比特保護(hù)帶信道量化器的密鑰提取效率較低，因而提出一種改進(jìn)的多比特保護(hù)帶信道量化器。針對(duì)多比特量化器每級(jí)量化比特的誤比特率不同的情況，我們使用基于原圖碼的比特交織編碼調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)對(duì)稱SWC編碼，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，取得了良好的效果。
　　最后，本文第五章分析了基于譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇的物理層安全通信的安全性能。首先在譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇系統(tǒng)分別應(yīng)用最優(yōu)中繼選擇策略和