基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置
阅读：738发布：2021-06-15
专利汇可以提供基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 提供了一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置，其中方法包括：获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；获取窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；计算第一信道集与第三信道集的差集；根据计算得到的差集，确定第二安全比特信道；通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码 信号 ；通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码 编码信号 。本发明实施例能够对安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。，下面是基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法，其特征在于，应用于退化窃听通信系统中，所述退化窃听通信系统包括：主信道和窃听信道，所述窃听信道是所述主信道的退化信道，所述方法包括：
获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；所述第一信道集为所述主信道经信道极化后生成的，信道质量好的信道的集合；所述第二信道集为所述主信道经信道极化后生成的，信道质量差的信道的集合；
获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；所述第三信道集为所述窃听信道经信道极化后生成的，信道质量好的信道的集合；所述第四信道集为所述窃听信道经信道极化后生成的，信道质量差的信道的集合；
计算所述第一信道集与所述第三信道集的差集；所述差集为第一安全比特信道的集合；所述第一安全比特信道为：相对于所述主信道具有好信道质量的信道，且相对于所述窃听信道具有差信道质量的信道；
根据计算得到的所述差集，确定第二安全比特信道；所述第二安全比特信道为：所述第一信道集中除所述第一安全比特信道以外的信道；
通过所述第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号；
通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集之前，所述方法还包括：
获取所述主信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子；
将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第一信道集；
将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第二信道集。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集之前，所述方法还包括：
获取所述窃听信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子；
将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第三信道集；
将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第四信道集。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号的步骤，包括：
获取经Polar码编码的码字并将所述码字调制为待发送信号；
将人工噪声注入所述待发送信号；
通过所述第二安全比特信道，发送经噪声注入后的所述待发送信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号之前，所述方法还包括：
根据所述人工噪声的预设功率，确定所述第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
6.一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置，其特征在于，应用于退化窃听通信系统中，所述退化窃听通信系统包括：主信道和窃听信道，所述窃听信道是所述主信道的退化信道，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；所述第一信道集为所述主信道经信道极化后生成的，信道质量好的信道的集合；所述第二信道集为所述主信道经信道极化后生成的，信道质量差的信道的集合；
第二获取模块，用于获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；所述第三信道集为所述窃听信道经信道极化后生成的，信道质量好的信道的集合；所述第四信道集为所述窃听信道经信道极化后生成的，信道质量差的信道的集合；
差集计算模块，用于计算所述第一信道集与所述第三信道集的差集；所述差集为第一安全比特信道的集合；所述第一安全比特信道为：相对于所述主信道具有好信道质量的信道，且相对于所述窃听信道具有差信道质量的信道；
第一确定模块，用于根据计算得到的所述差集，确定第二安全比特信道；所述第二安全比特信道为：所述第一信道集中除所述第一安全比特信道以外的信道；
第一发送模块，用于通过所述第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号；
第二发送模块，用于通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二发送模块，包括：
调制子模块，用于获取经Polar码编码的码字并将所述码字调制为待发送信号；
噪声注入子模块，用于将人工噪声注入所述待发送信号；
发送子模块，用于通过所述第二安全比特信道，发送经噪声注入后的所述待发送信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第四确定模块，用于根据所述人工噪声的预设功率，确定所述第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一项所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的方法步骤。
基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及网络通信技术领域，特别是涉及一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置。
背景技术
[0002] 随着通信技术的发展，无线通信设备具有越来越高的通信速率，人们可以通过无线通信设备快速接入互联网，无线通信已经成为人们生活不可缺少的一部分。
[0003] 窃听信道模型是Wyner在二十世纪七十年代提出的一种通信模型，在窃听信道模型中，合法用户Alice和Bob通过主信道进行通信，而第三方窃听者Eve通过窃听信道窃取合法用户之间的通信内容。
[0004] Polar码作为第五代通信技术的其中一种编码方案，是一种理论上能达到香农限的编码方案。如图1所示，可以构建基于Polar码的退化窃听信道模型。该模型中，u是Alice发送的信息比特序列；X是信息u经过编码器后输出的比特序列；Y是主信道输出的比特序列；Z是窃听信道输出的比特序列； 是合法接收者Bob译码后得到的信息序列的估计值；Cm表示主信道的信道容量；Cw表示窃听信道的信道容量。
[0005] 在基于Polar码的构造方法中，最关键的部分是信息位集合A的选择。信道极化后，大部分子信道的巴特查里亚因子Z的值会趋向于“0”(无噪比特信道)或“1”(全噪比特信道)，无噪比特信道所对应的系数i组成的集合称为信息位集合A，这些比特信道用来传输信息；而全噪比特信道的系数则组成固定位集合Ac，它是A的补集，这些信道不传输任何信息。
[0006] 在退化窃听信道模型中，由于窃听信道是主信道的退化信道，即，窃听信道Aw的噪声比主信道Am的噪声大，可以证明 因此利用主信道中多出的信息位As，即Aw-Am这部分来传输信息，从而实现安全通信，简称这部分信息位的集合为安全位，它对应的比特信道称为安全比特信道，在安全比特信道下获得的传输速率成为安全传输速率。
[0007] 现有的基于Polar码的退化窃听信道通信技术中，由于信息位集合A的选择与码长和信道的特性存在着密切关系，在窃听信道退化程度有限的情况下或者码长N有限的情况下，由于安全位的值Aw-Am很小，导致安全比特信道的传输速率R＝[Am-Aw]/N的值也很小，因此，现有的基于Polar码的退化窃听信道通信技术，存在安全传输速率低的问题。
发明内容
[0008] 本发明实施例的目的在于提供一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置，以实现提高安全传输速率。具体技术方案如下：
[0009] 第一方面，本发明实施例提供了一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法，应用于退化窃听通信系统中，所述退化窃听通信系统包括：主信道和窃听信道，所述窃听信道是所述主信道的退化信道，所述方法包括：
[0010] 获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；所述第一信道集为所述主信道中，信道质量好的信道的集合；所述第二信道集为所述主信道中，信道质量差的信道的集合；
[0011] 获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；所述第三信道集为所述窃听信道中，信道质量好的信道的集合；所述第四信道集为所述窃听信道中，信道质量差的信道的集合；
[0012] 计算所述第一信道集与所述第三信道集的差集；所述差集为第一安全比特信道的集合；所述第一安全比特信道为：相对于所述主信道具有好信道质量的信道，且相对于所述窃听信道具有差信道质量的信道；
[0013] 根据计算得到的所述差集，确定第二安全比特信道；所述第二安全比特信道为：所述第一信道集中除所述第一安全比特信道以外的信道；
[0015] 通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0016] 可选地，所述获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集之前，所述方法还包括：
[0017] 获取所述主信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子；
[0018] 将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第一信道集；
[0019] 将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第二信道集。
[0020] 可选地，所述获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集之前，所述方法还包括：
[0021] 获取所述窃听信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子；
[0022] 将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第三信道集；
[0023] 将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第四信道集。
[0024] 可选地，所述通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号的步骤，包括：
[0025] 获取经Polar码编码的码字并将所述码字调制为待发送信号；
[0026] 将人工噪声注入所述待发送信号；
[0027] 通过所述第二安全比特信道，发送经噪声注入后的所述待发送信号。
[0028] 可选地，所述通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号之前，所述方法还包括：
[0029] 根据所述人工噪声的预设功率，确定所述第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
[0030] 第二方面，本发明实施例提供了一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置，应用于退化窃听通信系统中，所述退化窃听通信系统包括：主信道和窃听信道，所述窃听信道是所述主信道的退化信道，所述装置包括：
[0031] 第一获取模块，用于获取所述主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；所述第一信道集为所述主信道中，信道质量好的信道的集合；所述第二信道集为所述主信道中，信道质量差的信道的集合；
[0032] 第二获取模块，用于获取所述窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；所述第三信道集为所述窃听信道中，信道质量好的信道的集合；所述第四信道集为所述窃听信道中，信道质量差的信道的集合；
[0033] 差集计算模块，用于计算所述第一信道集与所述第三信道集的差集；所述差集为第一安全比特信道的集合；所述第一安全比特信道为：相对于所述主信道具有好信道质量的信道，且相对于所述窃听信道具有差信道质量的信道；
[0034] 第一确定模块，用于根据计算得到的所述差集，确定第二安全比特信道；所述第二安全比特信道为：所述第一信道集中除所述第一安全比特信道以外的信道；
[0035] 第一发送模块，用于通过所述第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号；
[0036] 第二发送模块，用于通过所述第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0037] 可选地，所述第二发送模块，包括：
[0038] 调制子模块，用于获取经Polar码编码的码字并将所述码字调制为待发送信号；
[0039] 噪声注入子模块，用于将人工噪声注入所述待发送信号；
[0040] 发送子模块，用于通过所述第二安全比特信道，发送经噪声注入后的所述待发送信号。
[0041] 可选地，所述装置还包括：
[0042] 第四确定模块，用于根据所述人工噪声的预设功率，确定所述第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道
[0043] 第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；所述机器可读存储介质存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器被所述机器可执行指令促使：实现本发明实施例第一方面提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的方法步骤。
[0044] 第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行本发明实施例第一方面提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的方法步骤。
[0045] 本发明实施例提供的一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法及装置，首先，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集，以及窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；然后，计算第一信道集与第三信道集的差集；再然后，将第一信道集差集中除第一安全比特信道外的信道，确定为第二安全比特信道，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号，并通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入后的Polar码编码信号。由于第二比特信道相对于合法用户而言能够完全滤除其中的人工噪声，对于窃听者而言无法滤除其中的人工噪声，因此，可以通过第二安全比特信道也能够安全地传输通信数据，相当于将安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明
[0046] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047] 图1为基于Polar码的退化窃听信道模型示意图；
[0048] 图2为本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的一种流程示意图；
[0049] 图3为本发明实施例中S106的一种流程示意图；
[0050] 图4为本发明实施例中信号发送过程的示意图；
[0051] 图5为本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的另一种流程示意图；
[0052] 图6为本发明实施例中主信道和窃听信道各自传输信息的示意图；
[0053] 图7为本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置的一种结构示意图；
[0054] 图8为本发明实施例中第二发送模块的一种结构示意图；
[0055] 图9为本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置的另一种结构示意图；
[0056] 图10为本发明实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
[0057] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058] 如图2所示，本发明实施例提供了一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法，应用于退化窃听通信系统中，退化窃听通信系统包括：主信道和窃听信道，窃听信道是主信道的退化信道，该过程可以包括以下步骤：
[0059] S101，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集。
[0060] 窃听信道模型是Wyner在上个世纪七十年代提出的，窃听信道中，合法用户Alice和Bob通过主信道进行通信，而第三方窃听者Eve通过窃听信道窃取合法用户Alice和Bob之间的通信内容。在退化的窃听通信信道模型中，窃听信道是主信道的退化信道，即，窃听信道的噪声比主信道的噪声大。
[0061] 信道极化包括信道组合和信道分解两部分，当组合信道的数目趋于无穷大时，则会出现极化现象，即：一部分信道将趋于无噪信道，另外一部分信道则趋于全噪信道，这种现象称之为信道极化现象。其中，无噪信道的传输速率将达到信道容量，全噪信道的传输速率将趋于零。Polar码的编码策略正是应用了这种现象的特性，利用无噪信道传输用户有用的信息，利用全噪信道传输约定的信息或者不传信息。
[0062] 本发明实施例中，主信道经信道极化后，信道质量好的信道可以组成一个信道集，称为第一信道集；信道质量差的信道可以组成一个信道集，称为第二信道集。
[0063] S102，获取窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集。
[0064] 窃听信道的噪声比主信道的噪声大同样存在信道极化现象，窃听信道经信道极化后，信道质量好的信道可以组成一个信道集，称为第三信道集；信道质量差的信道可以组成一个信道集，称为第四信道集。
[0065] S103，计算第一信道集与第三信道集的差集。
[0066] 获取第一信道集和第三信道集后，可以计算得到二者的差集。
[0067] 在退化窃听信道中，主信道和窃听信道极化后将会分别产生各自信道质量好的信道和信道质量差的信道。由于窃听信道是主信道的退化信道，因此窃听信道中，信道质量好的信道的信道集Aw，为主信道中信道质量好的信道的信道集Am的子集，即，第三信道集是第一信道集的子集，二者的差集AS＝Am\Aw，即为相对于主信道具有好信道质量的信道，且相对于窃听信道具有差信道质量的信道(对于窃听者而言受干扰)，记为AS。可以通过AS对应的信道来传输秘密信息。该信道集AS称为第一安全比特信道的集合。
[0068] S104，根据计算得到的差集，确定第二安全比特信道。
[0069] 确定由第一安全比特信道组成的信道集AS后，即可确定第一信道集中除第一安全比特信道以外的信道，即，第二安全比特信道。容易理解，第二安全比特信道不仅为相对于主信道具有好信道质量的信道，而且也为相对于窃听信道具有好信道质量的信道。
[0070] S105，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0071] 由于第一安全比特信道是对主信道而言的好信道而对于窃听信道而言的差信道，因此可以通过第一安全比特信道直接发送Polar码编码信号。
[0072] S106，通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0073] 确定第二安全比特信道后，即可通过该信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。如图3所示，具体发送过程可以为：
[0074] S1061，获取经Polar码编码的码字并将码字调制为待发送信号。
[0075] 获取经Polar码编码的码字后，可以利用现有的信号调制技术，将码字 调制为待发送信号。具体而言，如图4所示，码字经过Polar编码后，码字 会被调制成为待发送信号然后经信道W发送，接收者接收的信号为yi。Polar码编码技术为现有技术，本发明实施例在此不再赘述。
[0076] S1062，将人工噪声注入待发送信号。
[0077] 信号在发送之前可以被注入人工噪声，该人工噪声对于合法用户而言可以滤除，对于窃听者而言无法滤除。需要说明的是，本发明实施例中假设合法用户能够完全滤除发送端所注入的人工噪声，而窃听用户无法滤除人工噪声，保证该假设条件成立的方案因物理信道环境和系统条件而异，且保证该假设条件成立的方案为现有技术，本发明实施例不再赘述。可以采用现有的噪声注入技术，将人工噪声注入待发送信号。
[0078] S1063，通过第二安全比特信道，发送经噪声注入后的待发送信号。
[0079] 通过第二安全比特信道，发送的第i个信号为：
[0080]
[0081] 其中ni是人工噪声的离散样点，γi是ni的系数。
[0082] 在接收端，合法用户接收到的第i个信号为：
[0083]
[0084] 窃听者接收到的第i个信号为：
[0085]
[0086] 其中 和 分别为主信道和窃听信道的信道冲击响应， 和 分别为主信道和窃听信道的独立同分布加性高斯白噪声，假设方差分别为 和
[0087] 假设：合法用户能够完全滤除发送端所注入的人工噪声，而窃听者无法滤除人工噪声。
[0088] 基于上述假设，实际输入合法用户的译码器的第i个信道观测序列为：
[0089]
[0090] 实际输入窃听者的译码器的第i个信道观测序列为：
[0091]
[0092] 得到合法用户第i次使用物理信道的信噪比为：
[0093]
[0094] 得到窃听者第i次使用物理信道的信噪比为：
[0095]
[0096] 式中，Pi为第i次使用物理信道的有效信号发送功率，PiJ为干扰第i次使用物理信道的人工噪声功率。
[0097] 作为本发明实施例一种可选的实施方式，如图5所示，本发明实施例的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法还可以包括：
[0098] S201，根据人工噪声的预设功率，确定第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
[0099] 当确定人工噪声的预设功率后，便建立了人工噪声功率与主信道、窃听信道信噪比的关系，也就建立起了人工噪声功率与物理信道巴特查里亚因子的数学关系，而由于Polar编码过程中，衡量信道好与差是通过计算巴特查里亚因子而决定，因此进而可以通过控制人工噪声功率，获得第二安全比特信道中满足编码所要求的安全比特信道，即，第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
[0100] 作为本发明实施例一种可选的实施方式，在步骤S101之前，本发明实施例的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法还可以包括：
[0101] 获取主信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子。
[0102] 主信道极化后可以产生多个比特信道，因此可以计算各个比特信道的巴特查里亚因子(也称巴氏参数)。巴特查里亚因子能够用于衡量信道质量的好与坏。当一个比特信道的巴特查里亚因子趋向于0时，该信道将趋向于无噪比特信道；当一个比特信道的巴特查里亚因子趋向于1时，该信道将趋向于全噪比特信道。
[0103] 将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第一信道集。
[0104] 容易理解，当一个比特信道的巴特查里亚因子趋向于0时，该比特信道趋向于无噪比特信道，即，该信道为具有好信道质量的比特信道。因此可以将该信道归类至第一信道集中。
[0105] 将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第二信道集。
[0106] 当一个比特信道的巴特查里亚因子趋向于1时，该比特信道趋向于全噪比特信道，即，该信道为具有差信道质量的比特信道。因此可以将该信道归类至第二信道集中。
[0107] 作为本发明实施例一种可选的实施方式，在步骤S102之前，本发明实施例的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法还可以包括：
[0108] 获取窃听信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子。
[0109] 同样地，窃听信道极化后也可以产生多个比特信道，因此可以计算各个比特信道的巴特查里亚因子。
[0110] 将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第三信道集。
[0111] 将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第四信道集。
[0112] 本发明实施例中，Polar编码的目的在于：一方面，通过编码处理使合法用户Bob的译码误码率尽可能小，估计序列 更加准确；另一方面，期望窃听者Eve从窃听信道获取的观测序列 获取的有效信息尽可能接近于0。
[0113] 因此，现有Polar编码方案将比特信道划分成三类：第一类为用来传输有效信息的比特信道，其索引集为AS，对应的待编码序列为 第二类为用来传输随机序列的比特信道，其索引集为AR，对应的待编码序列为 第三类为用来传输固定比特的比特信道，其索引集为AF，对应的待编码序列为 其中AS、AR、AF三者不相交，并且满足：
[0114] AS∪AR∪AF＝N
[0115] 从现有Polar安全编码方案的分析可见，构造Polar安全码字的关键在于找到满足对于合法用户信息传输是高效可靠的，而对窃听用户是完全不能提取有效信息的比特信道集AS。已有文献证明了在窃听信道是退化版的主信道的条件下，存在上述的AS，并给出了具体的定义：
[0116] AS＝G(WM,β)\(WE,β)
[0117] AR＝G(WE,β)
[0118] AF＝B(WM,β)
[0119] 其中“\”为差集运算符，G(WE,β)和B(WM,β)分别为信道质量好的和信道质量差的比特信道集，(下文分别简称好比特信道和差比特信道)，其基本定义为：
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 式中β∈[0,1/2]，N为物理信道的复用次数， 为主信道的第i个比特信道，为窃听信道的第i个比特信道，Z(W)为信道的巴氏因子。
[0124] 从上述定义来看，在窃听信道是退化版的主信道的条件下，一定存在[0125] 本发明实施例中，基于退化窃听信道中的Polar码编码通信方法中，如图6所示，合法用户通过主信道发送信息，其中信息序列放在第一安全比特信道As中进行传输，也即，第一安全比特信道映射的是信息序列；信息序列(阴影所示)和随机序列(阴影所示)可以放在第二安全比特信道中进行传输，也即，第二安全比特信道中映射的是随机序列和信息序列；固定序列可以放在第二信道集中传输，也即，第二信道集映射的是固定序列。
[0126] 本发明实施例提供的一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法，首先，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集，以及窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；然后，计算第一信道集与第三信道集的差集；再然后，将第一信道集差集中除第一安全比特信道外的信道，确定为第二安全比特信道，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号，并通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入后的Polar码编码信号。由于第二比特信道相对于合法用户而言能够完全滤除其中的人工噪声，对于窃听者而言无法滤除其中的人工噪声，因此，可以通过第二安全比特信道也能够安全地传输通信数据，相当于将安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。
[0127] 本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置的一种具体实施例，与图2所示流程相对应，参考图7，图7为本发明实施例的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置的一种结构示意图，包括：
[0128] 第一获取模块301，用于获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；第一信道集为主信道中，信道质量好的信道的集合；第二信道集为主信道中，信道质量差的信道的集合。
[0129] 第二获取模块302，用于获取窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；第三信道集为窃听信道中，信道质量好的信道的集合；第四信道集为窃听信道中，信道质量差的信道的集合。
[0130] 差集计算模块303，用于计算第一信道集与第三信道集的差集；差集为第一安全比特信道的集合；第一安全比特信道为：相对于主信道具有好信道质量的信道，且相对于窃听信道具有差信道质量的信道。
[0131] 第一确定模块304，用于根据计算得到的差集，确定第二安全比特信道；第二安全比特信道为：第一信道集中除第一安全比特信道以外的信道。
[0132] 第一发送模块305，用于通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0133] 第二发送模块306，用于通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0134] 其中，第二发送模块306，如图8所示，包括：
[0135] 调制子模块3061，用于获取经Polar码编码的码字并将码字调制为待发送信号。
[0136] 噪声注入子模块3062，用于将人工噪声注入待发送信号。
[0137] 发送子模块3063，用于通过第二安全比特信道，发送经噪声注入后的待发送信号。
[0138] 本发明实施例提供的一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置，首先，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集，以及窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；然后，计算第一信道集与第三信道集的差集；再然后，将第一信道集差集中除第一安全比特信道外的信道，确定为第二安全比特信道，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号，并通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入后的Polar码编码信号。由于第二比特信道相对于合法用户而言能够完全滤除其中的人工噪声，对于窃听者而言无法滤除其中的人工噪声，因此，可以通过第二安全比特信道也能够安全地传输通信数据，相当于将安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。
[0139] 本发明实施例还提供了一种基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置，如图9所示，包括：
[0140] 第一因子计算模块401，用于获取所述主信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子。
[0141] 第二确定模块402，将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第一信道集。
[0142] 其中，第二确定模块402，还用于将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第二信道集。
[0143] 第二因子计算模块403，用于获取窃听信道经信道极化后的各个比特信道，计算各个比特信道的巴特查里亚因子。
[0144] 第三确定模块404，用于将巴特查里亚因子趋向于0的比特信道，确定为具有好信道质量的比特信道，并归类为第三信道集。
[0145] 其中，第三确定模块404，还用于将巴特查里亚因子趋向于1的比特信道，确定为具有差信道质量的信道，并归类为第四信道集。
[0146] 其中，本发明实施例的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置还包括：
[0147] 第四确定模块501，用于根据人工噪声的预设功率，确定第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道。
[0148] 本发明实施例提供的基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信装置，能够根据人工噪声的预设功率计算得到第二安全比特信道中用于传输秘密信息的比特信道，能够根据实际需求控制安全比特信道的数量，在通信时增加灵活性。
[0149] 本发明实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器601、通信接口602、存储器603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线
604完成相互间的通信，
604完成相互间的通信，
[0150] 存储器603，用于存放计算机程序；
[0151] 处理器601，用于执行存储器603上所存放的程序时，实现如下步骤：
[0152] 获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；第一信道集为主信道中，信道质量好的信道的集合；第二信道集为所述主信道中，信道质量差的信道的集合；
[0153] 获取窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；第三信道集为窃听信道中，信道质量好的信道的集合；第四信道集为窃听信道中，信道质量差的信道的集合；
[0154] 计算第一信道集与第三信道集的差集；差集为第一安全比特信道的集合；第一安全比特信道为：相对于主信道具有好信道质量的信道，且相对于窃听信道具有差信道质量的信道；
[0155] 根据计算得到的差集，确定第二安全比特信道；第二安全比特信道为：第一信道集中除第一安全比特信道以外的信道；
[0156] 通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号；
[0157] 通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0158] 本发明实施例提供的一种电子设备，首先，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集，以及窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；然后，计算第一信道集与第三信道集的差集；再然后，将第一信道集差集中除第一安全比特信道外的信道，确定为第二安全比特信道，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号，并通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入后的Polar码编码信号。由于第二比特信道相对于合法用户而言能够完全滤除其中的人工噪声，对于窃听者而言无法滤除其中的人工噪声，因此，可以通过第二安全比特信道也能够安全地传输通信数据，相当于将安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。
[0159] 上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral Component Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry Standard Architecture，简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0160] 通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
[0161] 存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
[0162] 上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0163] 本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，用以执行如下步骤：
[0164] 获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集；第一信道集为主信道中，信道质量好的信道的集合；第二信道集为所述主信道中，信道质量差的信道的集合；
[0165] 获取窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；第三信道集为窃听信道中，信道质量好的信道的集合；第四信道集为窃听信道中，信道质量差的信道的集合；
[0166] 计算第一信道集与第三信道集的差集；差集为第一安全比特信道的集合；第一安全比特信道为：相对于主信道具有好信道质量的信道，且相对于窃听信道具有差信道质量的信道；
[0167] 根据计算得到的差集，确定第二安全比特信道；第二安全比特信道为：第一信道集中除第一安全比特信道以外的信道；
[0168] 通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号；
[0169] 通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入的Polar码编码信号。
[0170] 本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，首先，获取主信道经信道极化后的第一信道集和第二信道集，以及窃听信道经信道极化后的第三信道集和第四信道集；然后，计算第一信道集与第三信道集的差集；再然后，将第一信道集差集中除第一安全比特信道外的信道，确定为第二安全比特信道，通过第一安全比特信道，发送未经人工噪声注入的Polar码编码信号，并通过第二安全比特信道，发送经人工噪声注入后的Polar码编码信号。由于第二比特信道相对于合法用户而言能够完全滤除其中的人工噪声，对于窃听者而言无法滤除其中的人工噪声，因此，可以通过第二安全比特信道也能够安全地传输通信数据，相当于将安全比特信道的数量进行扩充，从而提升安全传输速率。
[0171] 对于装置/电子设备/存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0172] 需要说明的是，本发明实施例的装置、电子设备及存储介质分别是应用上述基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的装置、电子设备及存储介质，则上述基于退化窃听信道噪声干扰的Polar码通信方法的所有实施例均适用于该装置、电子设备及存储介质，且均能达到相同或相似的有益效果。
[0173] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0174] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
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