高斯窃听信道最佳反馈方案的研究

摘要

随着电子技术，通信技术与计算机技术的飞速发展，通信系统的安全性已不可或缺，其相关技术广泛应用于军事、电信等部门。如今我们研究的通信信道模型一般由三个部分组成，发送端，接收端与窃听者，这三者基本构成了窃听信道的初代模型。本文对带反馈的高斯窃听信道模型展开研究，通过对现有的三种编译码方案进行论述，分别得到了在退化模型与非退化模型下的最优编码方案。　　首先我们研究了Ahlswede和Cai提出的基于密钥的反馈编码方案，该方案利用反馈生成密钥，并使用该密钥作为保护所传输消息的一部分以此迷惑窃听者。接下来，我们研究了Dai提出的一种新的混合型反馈方案，该反馈不仅用于生成密钥，而且还用于生成辅助信息，改善信道传输的环境，提升编译码性能。除此之外，由于Schalkwijk和Kailath提出SK编码方案在高斯信道中展示出卓越的性能，我们同样对该方案展开研究，SK方案可以显著减化编码工作，并利用反馈使编译过程的复杂性和延迟大幅度降低。最终我们将以上三种方案分别应用于带反馈的高斯窃听信道模型的退化与非退化条件下，得到了如下结论。在退化的带反馈的高斯窃听信道模型下，Dai提出的混合型反馈方案简化为基于密钥的反馈方案，两种方案均无法达到信道的安全容量，而SK方案在此退化模型下可以达到无保密约束的安全容量，所以在退化模型下，SK编码方案最优。在非退化的带反馈高斯窃听信道模型下，我们研究表明Dai提出的混合反馈方案和SK方案，结论表明两种方案均可达到非退化模型下无全约束的模型信道容量，但基于密钥的编码方案在该非退化的模型下仍无法达到安全容量，所以在非退化的模型下，SK方案和Dai提出的混合方案同样出色，且均优于基于密钥的反馈方案。　　为了使我们的研究更切合实际，我们通过简单的汉明码为高斯窃听信道设计了实用的安全编译码方案过程通过编码，调制，解调，译码等一系列流程还原了编译码过程，结论表明我们的方案是有效的。

目录

声明

主要符号对照表

第1 章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.2.1 通信安全的研究意义

1.2.2 窃听信道的研究意义

1.3 论文主要内容与结构安排

第2 章信息论常用知识介绍

2.1 基本定义

2.2 预备知识

2.2.1 强典型集

2.2.2 链式规则

2.2.3 填充引理与覆盖引理

2.3 窃听信道模型概述

第3 章各类反馈编码方案介绍

3.1 反馈编码方案过程及原理

3.2 基于密钥的编码方案

3.3 混合型反馈方案

3.3.1 Wyner-Ziv编译码方案

3.3.2 混合型反馈方案

3.4 SK编码方案

第4 章 高斯窃听反馈信道上的一些新结果

4.1 引言

4.2 基于带反馈的退化高斯窃听信道最佳反馈方案研究

4.2.1 带反馈的退化高斯窃听信道模型定义及主要结论

4.2.2 退化模型下基于密钥的编码方案

4.2.3 退化模型下的混合型反馈方案

4.3 基于带反馈的非退化高斯窃听信道最佳反馈方案研究

4.3.1 带反馈的非退化高斯窃听信道模型定义及主要结论

4.3.2 非退化模型下基于密钥的编码方案

4.3.3 非退化模型下的混合型反馈方案

4.4 本章小结

第5 章 基于高斯窃听信道的实用编译码设计

5.1 研究背景

5.2 信道模型编译码方案的理论分析

5.2.1 汉明码定义

5.2.2 高斯信道模型

5.3 窃听信道下汉明码编译码的实验仿真

5.4 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与成果