CN109714129B - 编码方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种编码方法、装置及设备，该方法包括：确定极化信道的巴氏参数，极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；根据极化主信道的巴氏参数，在极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，根据极化窃听信道的巴氏参数，在极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，第一阈值和第二阈值分别为根据待编码信息的母码长度确定的；根据第一信道集合和第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；根据第一子信道集合、第二子信道集合和第三子信道集合，对待编码信息进行编码。用于提高数据传输的安全可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及编解码技术领域，尤其涉及一种编码方法、装置及设备。
背景技术
在无线通信过程中，在发送端通过主信道向接收端发送数据时，通常会有窃听者通过窃听信道对数据进行窃听，进而导致数据的安全性收到影响。
为了保证数据的安全传输，在发送端发送数据之前，需要先对数据进行编码处理。目前，通常通过两个阶段的极化过程来构造极化码，并通过构造的极化码对数据进行编码，具体的，在每个相干区间上，信道衰落被假定为常数，衰落信道被建模为二进制对称信道(Binary Symmetry Channel，BSC)。极化的第一阶段是将每个BSC极化成一组极端的极化子信道，在第二阶段，忽略第一阶段中未极化的信道，并将极化子信道当成二进制擦除信道(Binary Erasure Channel，BEC)进行极化。
然而，在上述过程中，由于进行了两次信道极化，使得极化码长度较长，导致数据的编码和解码效率低下，且在第二阶段中忽略了第一阶段中未极化的信道，导致数据传输的安全可靠性差。
发明内容
本申请提供一种编码方法、装置及设备，提高了数据传输的安全可靠性。
第一方面，本申请提供一种编码方法，当需要对待编码信息进行编码时，先确定极化主信道和极化窃听信道的巴氏参数，根据极化主信道的巴氏参数，在极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，根据极化窃听信道的巴氏参数，在极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，并根据第一信道集合和第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，根据第一子信道集合、第二子信道集合和第三子信道集合，对待编码信息进行编码。其中，第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；第二阈值为根据待编码信息的母码长度确定的。
在上述过程中，由于第一信道集合中的信道的巴氏参数小于第一阈值，使得第一信道集合中信道的可靠性较高，由于第二信道集合中的信道的巴氏参数大于第二阈值，使得第二信道集合中的信道的信息泄露性较低，然后在高可靠性的第一信道集合和低信息泄露性的第二信道集合中选择信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，其中，第一子信道集合中信道的可靠性高、且信息泄露性低，以实现在可靠性高、且信息泄露性低的信道传输信息比特，进而保证信息比特的安全可靠传输。
可选的，可以根据如下可行的实现方式确定第一子信道集合：将极化主信道和极化窃听信道中，同时位于第一信道集合和第二信道集合中的信道确定为第一子信道集合中的信道，这样，确定得到的第一子信道集合中的信道的可靠性高、且信息泄露性低，进而可以保证信息比特传输的安全可靠性。
可选的，可以根据如下可行的实现方式确定第二子信道集合：将极化主信道和极化窃听信道中，不位于第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为第二子信道集合中的信道。
可选的，可以根据如下可行的实现方式确定第二子信道集合：将极化主信道和极化窃听信道中，除第一信道子集合和第二子信道集合之外的信道确定为第三子信道集合中的信道。
可选的，第一阈值和第二阈值分别为
和
其中，N为极化码的长度，β为极化信道的衰减速率，β大于0小于0.5。
在一种可能的实施方式中，可以根据如下可行的实现方式确定极化信道的巴氏参数：确定极化信道的似然比，根据极化信道的似然比，确定极化信道的信道容量，根据极化信道的信道容量，确定极化信道对应的多个二进制对称信道BSC，根据多个BSC，确定极化信道的巴氏参数。
可选的，可以根据极化信道的信道容量，将极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同，分别将位于每一个子区间的输出符号映射成子区间对应的预设输出符号，以得到多个BSC。
在上述过程中，通过将一个连续信道离散为多个BSC，这样可以将对整个连续实域空间下的巴氏参数计算简化为对量化的BSC信道的巴氏参数计算，从而降低计算极化信道的巴氏参数的复杂度。
在另一种可能的实施方式中，可以根据第一子信道集合、第二子信道集合和第三子信道集合，对待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
第二方面，本申请提供一种编码装置，包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块和编码模块，其中，
所述第一确定模块用于，确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
所述第二确定模块用于，根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
所述第二确定模块还用于，根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
所述第三确定模块用于，根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
所述编码模块用于，根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行编码。
本申请提供的编码装置可以执行上述第一方面任一项所述的方法，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
在一种可能的实施方式中，所述第三确定模块具体用于：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二子信道集合之外的信道确定为所述第三子信道集合中的信道。
在另一种可能的实施方式中，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
在另一种可能的实施方式中，所述第一确定模块具体用于：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数。
在另一种可能的实施方式中，所述第一确定模块具体用于：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
在另一种可能的实施方式中，所述编码模块具体用于：
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
本申请提供的编码装置可以执行上述第一方面任一项所述的方法，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
第三方面，本申请提供一种编码设备，包括处理器、存储器及通信总线，所述通信总线用于实现各元器件之间的连接，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于读取所述存储器中的程序指令，并根据所述存储器中的程序指令执行如下步骤：
确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行编码。
本申请提供的编码设备可以执行上述第一方面任一项所述的方法，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
在一种可能的实施方式中，所述处理器具体用于：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二子信道集合之外的信道确定为所述第三子信道集合中的信道。
在另一种可能的实施方式中，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器具体用于：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器具体用于：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器具体用于：
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
本申请提供的编码设备可以执行上述第一方面任一项所述的方法，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当编码设备的至少一个处理器执行所述计算机执行指令时，所述编码设备执行上述第一方面任一项所述的方法。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机执行指令，所述计算机执行指令存储在计算机可读存储介质中，编码设备的至少一个处理器可以从所述计算机可读存储介质读取该计算机执行指令，所述至少一个处理器执行所述计算机执行指令使得所述编码设备执行上述第一方面任一项所述的方法。
第六方面，本申请提供一种芯片系统，所述芯片系统包括处理器，用于支持编码设备实现上述第一方面任一项所述的方法。
本申请提供的编码方法、装置及设备，当需要对待编码进行编码时，根据极化主信道的巴氏参数，在极化主信道中选择第一信道集合，根据极化窃听信道的巴氏参数，在极化窃听信道中选择第二信道集合，并根据第一信道集合和第二信道集合确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，并根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行编码。在上述过程中，由于第一信道集合中的信道的巴氏参数小于第一阈值，使得第一信道集合中信道的可靠性较高，由于第二信道集合中的信道的巴氏参数大于第二阈值，使得第二信道集合中的信道的信息泄露性较低，然后在高可靠性的第一信道集合和低信息泄露性的第二信道集合中选择信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，其中，第一子信道集合中信道的可靠性高、且信息泄露性低，以实现在可靠性高、且信息泄露性低的信道传输信息比特，进而保证信息比特的安全可靠传输。
附图说明
图1为本申请提供的系统架构图；
图2为本申请提供的二进制输入衰落信道示意图；
图3为本申请提供的编码方法的流程示意图；
图4为本申请提供的二进制衰落信道模型示意图；
图5为本申请提供的不同码长下的衰落窃听信道仿真结果示意图；
图6为本申请提供的巴氏参数确定方法的流程示意图；
图7为本申请提供的量化区间的边界线；
图8为本申请提供的量化衰落信道和原始衰落信道的对比图；
图9为本申请提供的晶格码
的晶格点分布图；
图10为本申请提供的编码装置的结构示意图；
图11为本申请提供的编码设备的结构示意图。
具体实施方式
图1为本申请提供的系统架构图，请参见图1，包括发送端11、第一接收端12和第二接收端13。可选的，发送端11、第一接收端12、及第二接收端13可以为任何终端设备，例如，终端设备可以为手机、电脑、网络设备等。
在实际通信过程中，发送端11对保密信息M和辅助信息M′进行编码，得到N维码字X[N]，在发送端发送N维码字X[N]之后，N维码字X[N]经过主信道传输到合法的第一接收端12，并通过窃听信道传输到非法(窃听)的第二接收端13。其中，N维码字X[N]经过主信道的传输之后，第一接收端12接收到的码字为Y[N]，N维码字X[N]经过窃听信道的传输之后，第二接收端13接收到的码字为Z[N]。
为了便于对本申请的理解，下面，结合图2，对本申请所示的主信道和窃听信道进行详细说明。
图2为本申请提供的二进制输入衰落信道示意图。请参见图2，以主信道为例，假设接收端有完美的信道状态信息(Channel State Information，CSI)，衰落信道可以被建模成以X为输入，以(Y，H)为输出的等效图。在这种等效的处理后，主信道和窃听信道均为二进制输入无记忆对称信道。当主信道的信道衰落向量HY和窃听信道的信道衰落向量HZ服从同一衰落分布时，即，主信道和窃听信道经历相同的信道衰落(HY＝HZ)时，由于窃听信道的噪声方差σe 2大于主信道的噪声方差σb 2，因此，窃听信道可以看成为主信道的退化信道，即，窃听信道的输出为主信道的输出与一部分噪声的叠加。
为了保证数据可以安全可靠的传输至合法的第一接收端，不但需要保证主信道具有高可靠性，还需要保证窃听信道具有高安全性。其中，主信道的可靠性可以通过第一接收端对接收到的数据的错误概率衡量，窃听信道的安全性可以通过第二接收端接收到的数据与发送端发送数据的互信息衡量。发送端需要发送的数据通常包括信息比特、固定比特和随机比特，信息比特为用于携带保密信息的比特，固定比特为收发端预先预定为固定值的比特，随机比特为发端随机设置数值的比特。为了保证数据传输的安全可靠性，需要在极化信道中选择可靠性高、且信息泄露性低的信道传输信息比特，在其它的信道上选择性的传输固定比特和随机比特，即，需要确定用于传输信息比特、固定比特和随机比特的极化信道。
在本申请中，通过信道的巴氏参数，在极化主信道中选择高可靠性的第一信道集合，在极化窃听信道中选择低信息泄露性的第二信道集合，并在第一信道集合和第二信道集合中选择用于传输信息比特、固定比特和随机比特的极化信道，以实现在可靠性高、且信息泄露性低的信道传输信息比特，进而保证信息比特的安全可靠传输。
下面，通过具体实施例，对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的内容，在不同的实施例中不再进行重复说明。
图3为本申请提供的编码方法的流程示意图。请参见图3，该方法可以包括：
S301、确定极化信道的巴氏参数，极化信道包括极化主信道和极化窃听信道。
为了便于对本申请的理解，下面，结合图4，对本申请所示的二进制衰落信道模型进行详细说明。
图4为本申请提供的二进制衰落信道模型示意图。请参见图4，在发送端(Alice端)，保密信息M被编码成N维码字X[N]，经过主信道和窃听信道的传输，主信道接收到的信号为Y[N]，窃听信道接收到的信号为Z[N]，其中，Y[N]和Z[N]如公式一所示：
其中，N为待编码信息的母码长度(下文简称码长)，HY [N]为主信道的N维信道衰落系数向量，HZ [N]为窃听信道的N维信道衰落系数向量，“*”标识比特位的相乘，Wb [N]为主信道的N维高斯噪声向量，We [N]为窃听信道的N维高斯噪声向量。其中，主信道的噪声方差为σb 2，窃听信道的噪声方差为σe 2。
在合法接收端(Bob端)，保密信息的估计
可以从HY [N]和Y[N]中恢复，系统的可靠性由合法接收端(Bob端)的解码误码率决定，即，
对于强安全准则，非法接收端(Eve端)泄露的互信息量随着码长的增加而减少，即，limN→∞I(M；HZ [N],Z[N])＝0。
窃听信道的安全容量实质在满足系统的高可靠性和高安全性时的最大传输码率，当极化主信道Vm和极化窃听信道Vn均为对称信道、且极化窃听信道Vn为极化主信道Vm的退化信道时，窃听信道的安全容量CS为：
CS＝C(Vm)-C(Vw)
其中，C(Vm)为极化主信道Vm的信道容量，C(Vw)为极化窃听信道Vw的信道容量。
可选的，将多个独立的等效主信道Vw和多个独立的等效窃听信道Vw合并，再进行极化处理，得到本申请所示的极化主信道和极化窃听信道。其中，极化转换过程可以用U[N]＝X[N]GN表示，其中，U[N]为实际传输的码字，X[N]为编码前的码字，GN为极化码的生成矩阵。
可选的，信道的巴氏(Bhattacharyya)参数用于反应极化信道的错误概率。
在本申请中，为了便于计算极化主信道和极化窃听信道的巴氏参数，针对任意一个极化信道，可以对极化信道进行量化，得到多个被量化的二进制对称信道，并根据多个被量化的二进制对称信道，计算极化主信道和极化窃听信道的巴氏参数。
需要说明的是，在图6所示的实施例中，对计算极化主信道和极化窃听信道的巴氏参数的过程进行详细说明，此处不再进行赘述。
S302、根据极化主信道的巴氏参数在极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合。
可选的，第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定得到的，例如第一阈值可以为
其中，N为待编码信息的码长，β为极化信道的衰减速率，β大于0小于0.5。当然，在实际应用过程中，可以根据实际需要设置β的大小，本申请对此不作具体限定。
可选的，可以根据如下公二在极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合G(Vm)：
其中，Vm为极化主信道，i为信道的标识，N为极化码的长度，
为第i个信道的巴氏参数，Ui为第i个码字，U1:i-1为第1至i-1个码字，β为极化码的衰减速率，其中，0<β<0.5，当然，在实际应用过程中，还可以根据实际需要设置β的大小。
由公式二可知，由于第一信道集合中的信道的巴氏参数小于
因此，当N较大时，第一信道集合中的信道的错误概率较小，这样，可以保证第一信道集合中的信道的可靠性较高。
S303、根据极化窃听信道的巴氏参数，在极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合。
可选的，第二阈值为根据待编码信息的母码长度确定得到的，例如第二阈值可以为
其中，N为待编码信息的母码长度，β为极化信道的衰减速率，β大于0小于0.5。当然，在实际应用过程中，可以根据实际需要设置β的大小，本申请对此不作具体限定。
可选的，可以根据如下公三在极化主信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合N(Vw)：
其中，Vw为极化窃听信道，i为信道的标识，N为极化码的长度，
为第i个信道的巴氏参数，Ui为第i个码字，U1:i-1为第1至i-1个码字，β为极化码的衰减速率，其中，0<β<0.5。
对于第二信道集合中的信道，当极化码的长度N足够大时，可以得出窃听信道上接收的信号与发送端发送的任意一个码子之间的互信息满足如下关系：
由上可知，对于低信息泄露的第二信道集合中的极化窃听信道，当极化码的长度N足够大时，窃听信道上接收的信号与发送端发送的任意一个码子之间的互信息趋近于零，这样，保证了第二信道集合中各信道的高安全性。
S304、根据第一信道集合和第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合。
可选的，可以通过如下方式确定第一子信道集合、第二子信道集合以及第三子信道集合：
将极化主信道和极化窃听信道中，同时位于第一信道集合和第二信道集合中的信道确定为第一子信道集合中的信道。
将极化主信道和极化窃听信道中，不位于第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为第二子信道集合中的信道。
将极化主信道和极化窃听信道中，除第一信道子集合和第二子信道集合之外的信道确定为第三子信道集合中的信道。
可选的，假设第一子信道集合为集合A，第二子信道集合为集合B，第三子信道集合为集合C，集合A、集合B和集合C可以为：
A＝G(Vm)∩N(Vw)
B＝G(Vm)c∩N(Vw)
C＝(G(Vm)∩N(Vw)c)∪(G(Vm)c∩N(Vw)c)
其中，G(Vm)c为极化主信道中除第一信道集合中的信道之外的信道的集合，N(Vw)c为极化窃听信道中除第二信道集合中的信道之外的信道的集合。
假设通过UA和UB表示相互独立且均匀分布的M和F，则窃听信道上的信息泄漏量I(M,Z[N],HZ [N])可以通过如下公式推导得到：
由上可知，对于低信息泄露的第二信道集合中的极化窃听信道，当极化码的长度N足够大时，窃听信道上接收的信号与发送端发送的信息之间的互信息趋近于零，这样，保证了第二信道集合中各信道的高安全性。
在上述过程中，由于极化码的信道趋近特性，当码长足够大时，
趋近于C(Vm)，
趋近于1-C(Vw)，当忽略未被极化的部分信道，集合N(Vw)c近乎完全包含于集合G(Vm)中，因此，可以得出：
由上可知，上述方案可以实现窃听信道的安全容量。
下面，结合图5，对本申请中不同码长的极化码的衰落窃听信道的仿真结果进行说明。
图5为本申请提供的不同码长下的衰落窃听信道仿真结果示意图。请参见图5，坐标轴的横轴表示码率，坐标轴的纵轴表示可靠性和安全性。
请参见仿真曲线A和仿真曲线B，仿真曲线A为码长N＝214时极化主信道的可靠性，仿真曲线B为码长N＝214时极化窃听信道的信息泄露率。
请参见仿真曲线C和仿真曲线D，仿真曲线C为码长N＝216时极化主信道的可靠性，仿真曲线D为码长N＝216时极化窃听信道的信息泄露率。
请参见仿真曲线E和仿真曲线F，仿真曲线E为码长N＝218时极化主信道的可靠性，仿真曲线F为码长N＝218时极化窃听信道的信息泄露率。
请参见仿真曲线G和仿真曲线H，仿真曲线G为码长N＝220时极化主信道的可靠性，仿真曲线H为码长N＝220时极化窃听信道的信息泄露率。
由上可知，衰落分布为瑞利衰落，其参数σh＝1.2575，主信道高斯噪声标准差σb＝1，窃听信道高斯噪声标准差σe＝3。当码长N＝220时，合法接收端(Bob端)的系统误码率上限值为10-8、且信息泄露量少于10-9比特，在该种情况下，窃听者需要至少攻击10亿次此系统才能获得1比特的信息。
S305、根据第一子信道集合、第二子信道集合和所述第三子信道集合，对待编码信息进行编码。
可选的，极化码主要针对二进制输入信道，而极化晶格码则主要针对多进制输入信道。即，对于二进制输入信道，则可以采用极化码进行编码，对于多进制输入信道，则可以采用极化晶格码进行编码。
本申请提供的编码方法，由于第一信道集合中的信道的巴氏参数小于第一阈值，使得第一信道集合中信道的可靠性较高，由于第二信道集合中的信道的巴氏参数大于第二阈值，使得第二信道集合中的信道的信息泄露性较低，然后在高可靠性的第一信道集合和低信息泄露性的第二信道集合中选择信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，其中，第一子信道集合中信道的可靠性高、且信息泄露性低，以实现在可靠性高、且信息泄露性低的信道传输信息比特，进而保证信息比特的安全可靠传输。
在上述任意一个实施例的基础上，下面，结合图6所示的实施例，对确定信道的巴氏参数的过程(图3所示实施例中的S301)进行详细说明。
图6为本申请提供的巴氏参数确定方法的流程示意图。请参见图6，该方法可以包括：
S601、确定极化信道的似然比。
可选的，可以根据如下公式四确定信道输出(y，h)所对应的似然比：
对于衰落信道，
另外，由于采用二进制相移键控(Binary PhaseShift Keying，BPSK)调制，因此，对于任意的y≥0，均可以得出LR(y,h)≥1。
S602、根据极化信道的似然比，确定极化信道的信道容量。
对于每一个特定的LR(y,h)，均有一个二进制对称信道与之对应，且该二进制对称信道的交叉概率(差错概率)为
相应的，极化信道的信道容量可以如公式五所示：
其中，h2(.)为二进制熵函数。
S603、根据极化信道的信道容量，确定极化信道对应的多个BSC。
可选的，可以根据极化信道的信道容量，将极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同，分别将位于每一个子区间的输出符号映射成子区间对应的预设输出符号，以得到多个BSC。
可选的，每个衰落信道都根据其输出所对应的C[LR(y,h)]函数来进行量化。令μ＝2Q为信道的输出符号集大小限制，将区间{y≥0,h≥0}分为Q个子区间，每个子区间如公式六所示：
其中，0≤i≤Q。
对于任意的i，子区间Ai的边界线可以如图7所示。
图7为本申请提供的量化区间的边界线。请参见图7，横轴表示h，纵轴表示y，不同的曲线为不同区间对应的曲线。
请参见图7，信道量化过程中，一个子区间中的所有输出符号均可以被映射成一个对应输出符号，即，每一个子区间对应一个预设输出符号，相应的，衰落信道则可以被量化为Q个BSC，BSC的交叉概率如公式七所示：
由于
因此，Ai还可以如公式八所示：
S604、根据多个BSC，确定极化信道的巴氏参数。
需要说明的是，可以参见现有技术中的方法根据多个BSC确定极化信道的巴氏参数，本申请对此不再进行赘述。
在图6所示的实施例中，将一个连续信道离散为多个BSC，这样可以将对整个连续实域空间下的巴氏参数计算简化为对量化的BSC信道的巴氏参数计算，从而降低计算极化信道的巴氏参数的复杂度。
下面，结合图8，对量化衰落信道和原始衰落信道之间的关系进行说明。
图8为本申请提供的量化衰落信道和原始衰落信道的对比图。请参见图8，横轴为信噪比，纵轴为信道容量。请参见图8，包括曲线A、曲线B、曲线C和曲线D，其中，
曲线A为主信道的量化衰落信道，曲线B为主信道的原始衰落信道，从图8可知，曲线A和曲线B几乎重合，即，主信道的量化衰落信道可以近似为主信道的原始衰落信道。
曲线C为窃听信道的量化衰落信道，曲线D为窃听信道的原始衰落信道，从图8可知，曲线C和曲线D几乎重合，即，窃听信道的量化衰落信道可以近似为窃听信道的原始衰落信道。
由上可知，通过图6实施例方法得到的量化衰落信道可以近似为原始衰落信道，因此，根据量化衰落信道可以准确的确定得到极化信道的信道容量。
在上述任意一个实施例的基础上，本申请上述所涉及的二进制极化编码技术还可以推广至极化晶格码，以使得本申请所示的技术方案更适合于功率受限的衰落窃听信道。进一步的，还可以引入代数分割，以提高系统性能。
代数晶格码为极化晶格码中的一种，代数晶格码在衰落信道中具有良好的抗误码率性能，且在高斯噪声信道中的性能也较好，代数晶格码可以被认为是一种带旋转效果的Zn晶格码，其旋转的目的是为了获得更好的复用阶数。
下面，以
为例，对代数晶格码的特性进行说明。
由于
为多项式x2-2＝0的一个根，且
不属于有理数域
可以用
构建一个
的扩域，即
有理数域
上的整数环为
而
在复数域上的嵌入为:
他们互为共轭。
所对应的代数格的生成矩阵为：
即，
其晶格点分布如图9所示：
图9为本申请提供的晶格码
的晶格点分布图。请参见图9，代数晶格点的复用阶数为2，该复用阶数等于其晶格维度。也就是说，只有当晶格码的两维同时受到强衰落时，晶格点才会出现混淆，导致出现误码概率。相较于传统的晶格码Z或者Z2，其复用阶数从1提高到2，具有更好的抗衰落的特性。因此可以在设计晶格码的时候，用代数分割
来取代传统分割Z/2Z/4Z/.../2r/2Z。这样将带来更好的性能效果。
图10为本申请提供的编码装置的结构示意图。请参见图10，该装置可以包括第一确定模块101、第二确定模块102、第三确定模块103和编码模块104，其中，
所述第一确定模块101用于，确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
所述第二确定模块102用于，根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
所述第二确定模块102还用于，根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
所述第三确定模块103用于，根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
所述编码模块104用于，根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行编码。
本申请提供的编码装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
在一种可能的实施方式中，所述第三确定模块103具体用于：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二子信道集合之外的信道确定为所述第三子信道集合中的信道。
在另一种可能的实施方式中，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
在另一种可能的实施方式中，所述第一确定模块101具体用于：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数。
在另一种可能的实施方式中，所述第一确定模块101具体用于：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
在另一种可能的实施方式中，所述编码模块104具体用于：
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
本申请提供的编码装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
图11为本申请提供的编码设备的结构示意图。请参见图11，该设备包括处理器21、存储器22及通信总线23，所述通信总线23用于实现各元器件之间的连接，所述存储器22用于存储程序指令，所述处理器21用于读取所述存储器22中的程序指令，并根据所述存储器22中的程序指令执行如下步骤：
确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行编码。
本申请提供的编码设备可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
在一种可能的实施方式中，所述处理器21具体用于：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二子信道集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二子信道集合之外的信道确定为所述第三子信道集合中的信道。
在另一种可能的实施方式中，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器21具体用于：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器21具体用于：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
在另一种可能的实施方式中，所述处理器21具体用于：
根据所述第一子信道集合、所述第二子信道集合和所述第三子信道集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
本申请提供的编码设备可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当编码设备的至少一个处理器执行所述计算机执行指令时，所述编码设备执行上述方法实施例所述的方法。
本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机执行指令，所述计算机执行指令存储在计算机可读存储介质中，编码设备的至少一个处理器可以从所述计算机可读存储介质读取该计算机执行指令，所述至少一个处理器执行所述计算机执行指令使得所述编码设备执行上述方法实施例所述的方法。
本申请还提供一种芯片系统，所述芯片系统包括处理器，用于支持编码设备实现上述方法实施例所述的方法。
Claims (11)
1.一种编码方法，其特征在于，包括：
确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
根据所述第一信道子集合、所述第二信道子集合和所述第三信道子集合，对所述待编码信息进行编码；
所述确定极化信道的巴氏参数，包括：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数；
所述根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合，包括：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一信道子集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二信道子集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二信道子集合之外的信道确定为所述第三信道子集合中的信道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC，包括：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述第一信道子集合、所述第二信道子集合和所述第三信道子集合，对所述待编码信息进行编码，包括：
根据所述第一信道子集合、所述第二信道子集合和所述第三信道子集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
5.一种编码装置，其特征在于，包括第一确定模块、第二确定模块、第三确定模块和编码模块，其中，
所述第一确定模块用于，确定极化信道的巴氏参数，所述极化信道包括极化主信道和极化窃听信道；
所述第二确定模块用于，根据所述极化主信道的巴氏参数，在所述极化主信道中确定巴氏参数小于第一阈值的第一信道集合，所述第一阈值为根据待编码信息的母码长度确定的；
所述第二确定模块还用于，根据所述极化窃听信道的巴氏参数，在所述极化窃听信道中确定巴氏参数大于第二阈值的第二信道集合，所述第二阈值为根据所述待编码信息的母码长度确定的；
所述第三确定模块用于，根据所述第一信道集合和所述第二信道集合，确定信息比特的子信道对应的第一信道子集合、固定比特的子信道对应的第二信道子集合和随机比特的子信道对应的第三信道子集合；
所述编码模块用于，根据所述第一信道子集合、所述第二信道子集合和所述第三信道子集合，对所述待编码信息进行编码；
所述第一确定模块具体用于：
确定所述极化信道的似然比；
根据所述极化信道的似然比，确定所述极化信道的信道容量；
根据所述极化信道的信道容量，确定所述极化信道对应的多个二进制对称信道BSC；
根据所述多个BSC，确定所述极化信道的巴氏参数；
所述第三确定模块具体用于：
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，同时位于所述第一信道集合和所述第二信道集合中的信道确定为所述第一信道子集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，不位于所述第一信道集合、且位于第二信道集合中的信道确定为所述第二信道子集合中的信道；
将所述极化主信道和所述极化窃听信道中，除所述第一信道子集合和所述第二信道子集合之外的信道确定为所述第三信道子集合中的信道。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值分别为
和
其中，所述N为极化码的长度，所述β为极化信道的衰减速率，所述β大于0小于0.5。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
根据所述极化信道的信道容量，将所述极化信道对应的输出信号和衰落信号划分为多个子区间，每一个子区间对应的信道容量所属的范围不同；
分别将位于每一个子区间的输出符号映射成所述子区间对应的预设输出符号，以得到所述多个BSC。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述编码模块具体用于：
根据所述第一信道子集合、所述第二信道子集合和所述第三信道子集合，对所述待编码信息进行极化编码、或者极化晶格码编码。
9.一种编码设备，其特征在于，包括处理器、存储器及通信总线，所述通信总线用于实现各元器件之间的连接，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于读取所述存储器中的程序指令，并根据所述存储器中的程序指令执行权利要求1-4任一项所述的方法。
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中存储有计算机执行指令，当编码设备的至少一个处理器执行所述计算机执行指令时，所述编码设备执行权利要求1-4任一项所述的方法。
11.一种芯片系统，其特征在于，所述芯片系统包括处理器，用于支持编码设备实现权利要求1-4任一项所述的方法。
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