[发明专利]一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法

权利要求书

1.一种基于极化码构造的连续加密物理层安全传输方法，其特征在于：实质是通过在合法接收者好而窃听者差的极化子信道集合中放置安全信息比特数据，在合法接收者和窃听者都好的极化子信道集合内放置与安全信息比特数据进行线性处理后的其他信息比特，在合法接收者和窃听者都差的极化子信道集合放置冻结比特，从而实现连续安全加密的效果；

其中，合法接收者好而窃听者差的极化子信道集合称为保密区间；合法接收者和窃听者都好的极化子信道集合，称为公共区间；合法接收者和窃听者都差的极化子信道集合，称为冻结区间；

所述连续加密物理层安全传输方法，采用窃听信道模型，发送者Alice发送数据，用户Bob为合法接收者，用户Eve为窃听者；窃听信道为主信道的退化信道，即窃听者Eve的信道容量小于主信道的信道容量；

包括以下步骤：

步骤1：对主信道和窃听信道进行极化操作，得到N条子信道，根据主信道与窃听信道的信道条件将N条子信道分为三个集合：子信道集合A、子信道集合B和子信道集合C；

其中，Bob和Eve都可以成功解出的子信道集合A，称之为公共区间，包含子信道个数为n_A；Bob可以解出但Eve不能解出的子信道集合B，称之为保密区间，包含子信道个数为n_B；Bob和Eve都不能成功解出的子信道集合C，称之为冻结区间，包含子信道个数为n_C；

步骤2：发送者Alice生成待发送信息比特流，长度为n_A+n_B，并随机生成冻结比特为n_C的全0序列，子信道集合A和子信道集合B中的子信道对应待发送信息比特的子信道；

其中，n_C为冻结比特为长度；

子信道集合A和子信道集合B中的子信道对应待发送信息比特的子信道，其中子信道集合A对应的信息比特向量为其中元素个数为n_A；子信道集合B对应的信息比特集合为其中元素个数为n_B；子信道集合C对应冻结比特的子信道，冻结比特集合为I_C，其中元素为n_C个0；

步骤3：设计映射f:(H_A,H_B)→H_S；

其中，映射f:(I_A,I_B)→I_S，输入为子信道集合A和子信道集合B对应的信息比特集合，输出为根据映射关系生成的元素个数为n_A+n_B信息比特集合；H_A和H_B分别是子信道集合A和子信道集合B对应的信息比特向量；H_S是生成的信息比特向量，是输出是根据映射关系生成的元素个数为n_A+n_B信息比特向量，映射操作为对H_A和H_B进行模二和操作，具体映射为：

令向量向量映射的设计分三种情况进行分析：

1)当n_A＞n_B时，将H_A分割为个矩阵,其中[·]为取整数操作；分割后的矩阵为：对分割后的矩阵右乘矩阵H_B′，得到则得到映射后的信息比特向量

2)当n_A＝n_B时，令则映射后的信息比特向量

3)当n_A＜n_B时，令则得到映射后的信息比特向量

步骤4：用步骤3生成的信息比特向量H_S代替H_A和H_B向量，再映射到子信道集合A和子信道集合B中，子信道集合C对应的步骤2中随机生成的冻结比特向量H_C不变，发送者Alice根据上述子信道集合和分别对应的信息比特向量配置进行Polar编码；

步骤5：发送者Alice对经过步骤4Polar编码后比特流进行调制并映射到资源块，并发送信号；

步骤6：合法接收者Bob接收经过信道传输的步骤5发出的信号，解映射并解调后对信息进行正常Polar译码过程，得到Polar译码后的信息比特集合

步骤7：对步骤6Polar译码的信息比特集合进行解映射得到信息比特向量H_A和H_B的估计值和

其中，且分为两个向量解映射过程实际上是根据和恢复出H_A的估计值该步骤分三种情况进行讨论：

1)当n_A＞n_B时，将分割为个矩阵,其中[·]为取整数操作；分割后的矩阵为：对分割后的矩阵右乘矩阵得到则可以得到解映射后的信息比特向量

2)当n_A＝n_B时，令则可以得到解映射后的信息比特向量

3)当n_A＜n_B时，令则可以得到解映射后的信息比特向量

步骤8：对和进行CRC校验，若通过CRC校验，则本次传输成功，Alice发送下一数据集合，若未通过CRC校验，则通知Alice重传此次数据。