CN108683497A - 多维空间码的构成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多维空间码的构成装置。本发明的多维空间码的构成装置包括寄存器、移位寄存器、乘法器、加法器、锁存器等器件，构成装置组成部件简单，易于搭建，产生矩阵的步骤简单，速度快。多维空间码可用于文字、图片和音视频等通信传输，同时也是可以应用于保密通信进行数据加密。

Description

多维空间码的构成装置
技术领域
本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种多维空间码的构成装置。
背景技术
量子是人们发现的一种新的信息载体，它将是继光信号、电信号等之后的一种为信息化社会发展所提供的能够载荷和处理信息的新的物质基础。利用量子作为信息载体的方式称为量子信息(quantum information)。量子信息是在量子力学中关于量子系统"状态" 所带有的物理信息。通过量子系统的各种相干特性(如量子并行、量子纠缠和量子不可克隆等)，进行计算、编码和信息传输的全新信息方式。
在信息传输过程中，衡量数据传输效率的是码元传输速率RB，简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特(Baud)，记为B。码元传输速率也可以表示为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为 bit/s，或b/s，或bps。每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量。
对于量子信息来说，它常见的单位是为量子比特(qubit)--也就是一个只有两个状态的量子系统。然而不同于经典数位状态(其为离散)，一个二状态量子系统实际上可以在任何时间为两个状态的叠加态，这两状态也可以是本征态。在量子系统中，信息是由量子比特来存储的。量子比特可以假定将其本身具有的两个状态作为为“0”或“1”，这两个状态在同一时刻是叠加的。同时从量子力学的角度出发，在空间上可能分开的两个粒子在两个或两个以上粒子组成系统中会产生相互影响的量子纠缠现象。量子纠缠技术是安全的传输信息的加密技术，与超光速传递信息无关。尽管知道这些粒子之间“交流”的速度很快，但我们却无法利用这种联系以如此快的速度控制和传递信息。同时量子中的电子向右自旋和正电子向左自旋的状态是相关联的，因此量子还具有相干性。
基于量子信息理论和以上特点，目前人们正在进行基于量子理论的计算机，即量子计算机的研究。量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。量子计算机应用的是量子比特，可以同时处在多个状态，而不像传统计算机那样只能处于0或1的二进制状态。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的问题，提供一种多维空间码的构成装置及其构成的多维空间码。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多维空间码的构成装置，包括用于存放经典信息域中信息的寄存器1、存放多维类正交伪随机矩阵中列信息的寄存器2、将寄存器1和寄存器2中信息对应位相乘的乘法器、将乘法器相乘的结果进行模2加法运算的加法器1、用于存放加法器相加结果的移位寄存器1、将移位寄存器1的信息中的“1”数值进行累加得出变换后信息中“1”的个数的加法器2、接收加法器2的输出信息并输出信息的权重系数的锁存器1、接收加法器2的输出信息并进行编码的编码器、对移位寄存器1中的信息进行筛选的多路开关、存储多路开关筛选出的信息的锁存器2、对“群”信息进行比较的特征比较器A和对“分布”情况进行比较的特征比较器B；
所述特征比较器A输出得到群号；所述特征比较器B输出得到分布号；
还包括用于存储权重系数的的寄存器A、用于存储群号的寄存器B和用于存储分布号的寄存器C；
还包括用于存放寄存器A、寄存器B和寄存器C的移位寄存器2，将移位寄存器2 的输出信息与寄存器1中的信息进行信息交换得到多维空间码。
多路开关的输入信息包括移位寄存器1中的信息和编码器中的信息。
本发明中指的多维空间码，由“1”或“0”的个数和空间位置分布来表达，其表达式是：
(N)B＝L(M,Ki,Tj·)
式中，N代表多维空间码，B代表“0”和“1”数值，L代表函数关系，M代表信息中“1”的个数，K代表群号标识位，T代表分布号。
多维空间码数据格式依次包括：表示信息中“1”的个数的叠加位、表示多维空间码所在群的群号标识位、表示多维空间码在群中发生的位移的移位位和表示群中信息“1”和“0”的互补的反向位。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的多维空间码的构成装置包括寄存器、移位寄存器、乘法器、加法器、锁存器等器件，构成装置组成部件简单，易于搭建，产生矩阵的步骤简单，速度快。多维空间码可用于文字、图片和音视频等通信传输，同时也是可以应用于保密通信进行数据加密。
附图说明
图1：多维空间码构成装置示意；
图2：信息变换构成装置；
图3：物理特征提取构成装置；
图4：多维空间码信息叠加示意图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述该发明。
多维空间码的构成装置：
1、多维类正交伪随机矩阵的产生
多维空间码实现了与经典信息域中信息的转换。在转换过程中需要应用多维类正交伪随机矩阵。该矩阵是由经过筛选的若干个BCH码组合成多项式f(x)，再将f(x)经过群变换和数值转换之后得到的。多维类正交伪随机矩阵的构成方法和构成装置参考专利“多维类正交伪随机扩展矩阵的构成方法”(授权专利2014年,专利号-ZL200910264376.2)，“多维类正交伪随机扩展矩阵的构成装置”(授权专利2014年, 专利号-ZL200910264377.7)。
由于多维类正交伪随机矩阵需要和经典信息域的信息进行多体仿真变换，因此多维类正交伪随机矩阵的大小必须与经典信息域中的信息长度相匹配，即必须要选择若干个合适的BCH码，使得这些BCH码组成的多项式f(x)在经过群变换和数值变换之后得到的多维类正交伪随机矩阵大小与输入信息相匹配。
在信息变换时，需要将经典信息域中的信息与多维类正交伪随机矩阵进行乘法运算。
构成装置：将经典信息域中的信息存放在寄存器1中，将多维类正交伪随机矩阵中的列信息依次存入寄存器2中，将寄存器1与寄存器2中的对应位相乘，并将所有相乘的结果进行模2加法运算，运算后的结果存放入移位寄存器1，经典信息域中的信息与多维类正交伪随机矩阵中的多列信息相乘累加之后存入移位寄存器1中的信息即为变换后的信息。具体构成装置如图2所示。
2、物理特征提出
为了产生多维空间码，必须要先获得其相关的物理特征，即产生多维空间码的权重系数、群号和分布号。具体构成装置如图3所示。
构成装置：将移位寄存器1的信息(即变换后的信息)通过加法器2，对信息中的“1”的数值进行累加，计算出变换后信息中“1”的个数，这个计算结果一方面输出到锁存器1作为信息的权重系数；另一方面通过编码器进行编码，并控制多路开关对变换后的信息进行筛选，筛选出同权重的信息。
将筛选出的同权重的一组信息存入锁存器2，并将后续的同权重的信息与锁存器2中的信息进行比较，在特征比较器A中主要对“群”信息进行比较，比较后可以得到群号。在特征比较器B中主要对“分布”情况进行比较，比较后可以得到分布号。
将获得的权重、群号和分布号分别存入寄存器A、寄存器B和寄存器C，然后将这三个寄存器中信息放入移位寄存器中。最后将移位寄存器的结果和经典信息域中的信息进行信息变换，最终得到由权重、群号和分布号等信息组成的多维空间码，具体构成装置图如图1所示。
多维空间码具有叠加、纠缠、相干和不确定性等特点，因此对于多维空间码如何编码、解码已经是不同于经典信息编码、解码方法，同时要实现量子信息中的“叠加”和“纠缠”等特性，不仅仅用是数学方法，而是物理、数学结合方法，并且采用信息群编码、解码方法来实现多维空间码的编解码。
多维空间码是“1”或“0”的个数和空间位置分布来表达，其表达式是：
(N)B＝L(M,Ki,Tj·)。
式中，N代表多维空间码，B代表“0”和“1”数值，L代表函数关系，M代表叠加位，表示信息中“1”的个数，经典域中的“权重”(M∈1，N/2)，K代表群号标识位，T 代表反向位。
多维空间码以群组为组织单位，信息码的长度为L，它经过变换后的多维空间码数据格式如下(L＝8时)：
叠加位(M)表示“1”的个数：S1、S2
S1S2＝00时表示1个“1”的叠加；
S1S2＝01时表示2个“1”的叠加；
S1S2＝10时表示3个“1”的叠加；
S1S2＝11时表示4个“1”的叠加。
群号标识位(K)表示多维空间码所在的群：S3、S4
S3S4＝00表示群1。
S3S4＝01表示群2。
S3S4＝10表示群3。
S3S4＝11表示群4。
移位位(S)表示在群中发生的偏移：S5、S6、S7
其中S5表示上半群或下半群；
S6、S7表示偏移量；
S5S6＝00表示各个“1”均不移动。
S5S6＝11表示各个“1”均移动。
S5S6＝01表示后部分“1”移动。
S5S6＝10表示前部分“1”移动。
反向位(T)表示群中信息“1”和“0”的互补，S7
S7＝0表示信息中“1”的个数<“0”的个数，例如“11000000”。
S7＝1表示信息中的互补吗(“1”的个数>“0”的个数)，例如“00111111”。
实施例：
以经典信息矩阵X为例，如果M＝2(S1S2＝01)，群组编号如下表(群组编号非固定)设定时，T＝0时表示不移动，T＝1时表示移动，则其多维空间码如下：
表1多维空间码参照表
经过多体仿真变换后的多维空间码，它的构造方法完全不同于经典信息码，因此可以将这种特殊的信息构造方法应用于保密数据通信，在其不确定参数和群组(群组编号为非确定值)时，无法完成信息的破译，因此多维空间码可用于文字、图片和音视频等通信传输，同时也是可以应用于保密通信进行数据加密。
多维空间码也可以在“空间”中进行+、-、*、/的四则运算。例如以8位码长，并且 M＝2情况下，进行四维信息运算如下：
11111111＝(11000000+00110000+00001100+00000011)【参见表1中群B】＝10100000+01010000+00001100+00000011【参见表1中群C】
如图4所示，多维空间码的“糖葫芦串”特性使得在某一“空间”看到的信息，从另外一个“空间”中可以分解为不同的信息，即展现了多维空间码的叠加特性。并且在不同“空间”中的表达方式也并非是唯一的，即其构建的数组也是非唯一，如上实例11111111数可以由一个、二个、四个不同的数组构成；具有类正交伪随机码一样随机特性。在经典信息域中11111111是唯一，而在多维空间码域中11111111信息，如同面团一样，可任意组合了。

Claims (2)

1.多维空间码的构成装置，其特征在于：包括用于存放经典信息域中信息的寄存器1、存放多维类正交伪随机矩阵中列信息的寄存器2、将寄存器1和寄存器2中信息对应位相乘的乘法器、将乘法器相乘的结果进行模2加法运算的加法器1、用于存放加法器相加结果的移位寄存器1、将移位寄存器1的信息中的“1”数值进行累加得出变换后信息中“1”的个数的加法器2、接收加法器2的输出信息并输出信息的权重系数的锁存器1、接收加法器2的输出信息并进行编码的编码器、对移位寄存器1中的信息进行筛选的多路开关、存储多路开关筛选出的信息的锁存器2、对“群”信息进行比较的特征比较器A和对“分布”情况进行比较的特征比较器B；
所述特征比较器A输出得到群号；所述特征比较器B输出得到分布号；
还包括用于存储权重系数的的寄存器A、用于存储群号的寄存器B和用于存储分布号的寄存器C；
还包括用于存放寄存器A、寄存器B和寄存器C的移位寄存器2，将移位寄存器2的输出信息与寄存器1中的信息进行信息交换得到多维空间码。
2.根据权利要求1所述的多维空间码的构成装置，其特征在于：所述多路开关的输入信息包括移位寄存器1中的信息和编码器中的信息。
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