[发明专利]一种基于Spinal码的无比率安全编码方法

权利要求书

1.一种基于Spinal码的无比率安全编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建无线通信系统，然后将系统参数初始化，所述系统包括Alice端、Bob端、Eve端和无线信道；所述Alice端包括S随机码生成器、Spinal编码器和QAM调制器；所述Bob端和所述Eve端都包含QAM解调器、Spinal译码器和解随机扰码器；所述无线信道包括主信道和窃听信道；

系统参数初始化，具体为：Alice端初始化，又包括如下子步骤：

步骤1.1、Alice端的S随机码生成器生成随机码序列存储空间；

步骤1.2、Alice端的Spinal编码器设置Spinal编码每组信息比特位数k、编码后比特位数n、RNG后每个子块中比特位数c，编码后每个符号比特数p、初始spine值s₀；

步骤1.3、Alice端的Spinal编码器生成Spinal编码采用的hash函数；

步骤1.4、Alice端的Spinal译码器定义Spinal译码的路径度量搜索宽度L；

步骤2、所述Alice端的随机码生成器将待传输的信息比特进行随机扰码，生成随机扰码后的序列；其中，将所述待传输的信息比特记为u，将所述生成随机扰码后的序列记为m；

步骤3、Spinal编码，包含以下子步骤：

步骤3.1、将所述步骤2中随机扰码后的序列m以每组K比特分组，将v比特状态值和k比特信息序列块通过hash函数映射，映射过程为：第i段信息序列块对应的前一个Spine值s_i-1和第i段信息序列块经过hash函数生成一串二进制位，输出s_i作为下一个hash函数的Spine值，此输出为c位，顺序进行上述操作，最后生成n/k个Spine值，所述Spine值为状态值；

步骤3.2、把每c比特长度的输出Spine值通过RNG映射为一个信道传输符号v_i，其中1≤i≤n/k，将v₁，v₂，...，v_n/k构成长度为n/k的码块；

步骤4、对所述步骤3生成的码块进行QAM调制；

所述步骤4中的QAM调制的具体包括以下子步骤：

步骤4.1、长度有限的状态信息值v_i用二进制比特序列表示，v_i＝b₁b₂b₃...；

步骤4.2、比特序列b₁，...b_2c表示位置是2c(l-1)的2c比特长度的序列，l＝1时，为b₁，...b_2c，在l＝2时，为b_2c+1，...b_4c；

步骤4.3、利用调制映射函数把序列b₁，...b_2c映射成传输符号x_i，然后把传输符号序列传入到信道之中；

步骤5、Alice端将所述步骤4输出的调制后符号输入到无线信道；

步骤6、Bob端的解调器和Eve端的解调器分别接收所述步骤5中Alice端经无线信道发送的符号并进行解调，输出解调后信息，再经过两端各自的译码器进行译码，输出译码后的信息序列；

所述步骤6中Bob端与Eve端的Spinal译码器的译码步骤相同，Spinal码的译码包括如下子步骤：

步骤6.1、初始化根节点，入栈stackR；

步骤6.2、扩展根节点，入栈stackS，删除根节点；

步骤6.3、栈stackS排序；

步骤6.4、判断stackS栈顶节点是否为叶子节点，若是，执行步骤6.7，若否，则执行步骤6.5；

步骤6.5、把stackS中栈顶的B个节点转移到stackR中，清空stackS；

步骤6.6、扩展栈stackR中所有节点，加入到栈stackS中，清空stackR；

步骤6.7、输出stackS栈顶节点；

步骤7、Eve端和Bob端将所述步骤6输出的Spinal码译码后的信息序列在各自的解扰器中进行解扰，输出解扰后的序列，再按照所述步骤2生成的扰码向量对输出的序列进行解扰，在Bob端与Eve端分别输出解扰后的序列；

步骤8、计算Bob端和Eve端的译码输出的误码率；

其中，步骤1.1所述S随机码生成器生成的随机扰码的距离不定时更新；

步骤6所述Spinal译码器采用气泡译码方法，遍历可能出现的传输符号序列，与接收到的符号序列进行路径距离度量值的计算，具体包括：从译码树根节点出发，每一层只保留B个路径度量值最小的节点，直到找出译码树最后一层上最好的节点，依据这个节点所携带的路径信息估计出信源信息序列。