认知系统AES-LDPC纠错加密器的设计与性能分析

在多跳的认知系统中,由于不存在可信实体作为服务器控制密钥分发,安全性将面临更大挑战,需要建立完善的加密体系结构来解决这一问题。将高级加密标准AES和在通信纠错领域性能优异的低密度奇偶校验码（low-density parity-check, LDPC）结合,设计出了分组长度为128 bit的六轮宽轨迹加密策略、密钥由128 bit AES密钥和LDPC生成矩阵组成的LDPC纠错加密器。由于LDPC生成矩阵具有更好的扩散性能,使得这种新设计的LDPC纠错加密器能在更少的轮数下具有较好的安全性。最后,通过实验结果验证了AES-LDPC纠错加密器的性能。     

基于LDPC频域编码MIMO-OFDM系统自适应调制算法研究

提出了一种基于发射功率、发送比特和误码率均受限时规则和非规则LDPC频域编码MIMO-OFDM系统自适应调制算法.仿真比较了规则、非规则LDPC编码及未编码自适应调制MIMO-OFDM系统性能,比较了LDPC-SISO-OFDM、LDPC-MIMO-OFDM系统子载波数变化对系统BER性能的影响,比较了收发天线数变化对LDPC-MIMO-OFDM系统BER性能的影响.仿真表明自适应调制MIMO-OFDM系统比非自适应调制系统性能有所提高,规则、非规则LDPC编码自适应调制MIMO-OFDM系统比未编码系统性能有很大提高,非规则LDPC编码自适应调制MIMO-OFDM系统比规则码自适应调制系统性能有提高,但在高信噪比时有错误平层.结果证明,适当设计非规则LDPC频域编码自适应调制算法,可以大大改善MIMO-OFDM系统性能.     

基于IBC策略驱动的组播内容分发方案

针对内容分发应用中的组播加密方案和多接收者加密方案所存在的动态组密钥管理复杂、计算和通信代价高等问题,分析了内容分发系统的典型安全需求,采用基于身份密码学提出了一种新的面向群组的安全内容分发系统模型与方案,经安全性与性能分析表明,方案满足接收方访问控制、发送方鉴别与防抵赖、策略加密等安全要求。将发送方的计算和通信代价降为O(1),同时具有密钥管理简单、组密钥更新开销小和易于实现等特点,能方便地应用于商业的组播内容分发系统。     

一种AES算法的FPGA设计与快速实现

针对AES算法特点,提出一种适于FPGA实现的改进的快速AES算法。本方案采用轮内流水线结构和密钥并行处理,ECB操作模式,并且可在一块芯片上同时支持128、192、256bit三种密钥长度,因而在占用相对较少的逻辑资源下提高了系统吞吐率,并且极大的增强了其安全性和使用周期。通过优化的逻辑层次和时序设计,较好地解决了并行处理中的子密钥与轮函数的时序节拍与控制关系,给出了仿真图。实验结果表明该设计相比其他一些设计具有更高性能。     

多用户正交多级差分混沌键控通信系统

针对传统差分混沌键控(differential chaos shift keying, DCSK)采用多电平方式传输多进制信息导致误比特率(bit error rate, BER)高的缺点,提出一种多用户正交多级DCSK(multi-user orthogonal multi-level DCSK, MOM-DCSK)通信系统。该系统将传输的多进制信息映射为不同的传输系数,多个传输系数分别乘以对应的Walsh码后调制在信息承载信号上,并且通过不同的延时传输多用户信息。在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道和多径Rayleigh衰落信道中推导了系统的理论BER公式并进行了仿真分析。结果显示,该系统在传输多进制信息时拥有较好的误码性能,并且在多用户传输领域中有较好的实际应用价值。     

基于SPW的LDPC码的仿真实现

在通信系统设计中，采用先进的仿真工具进行系统建模和仿真，已经成为复杂系统设计必不可少的环节。SPW是一个先进的通信系统建模、仿真工具，它具有非常灵活的自定义模块能力。LDPC码是近来出现的一种高效纠错编码，具有比turbo码更强的纠错能力。在介绍了LDPC码原理的基础上，将LDPC码封装为自定义模块，并在SPW环境中仿真了LDPC在AWGN信道和Rayleigh衰落信道下的性能，得到了预期的结果。     

高性能密码服务器的并行数据处理

随着大型电子商务和电子政务系统中客户数量的增多,主机端密码系统的性能成为提供安全服务的限制因素。提出了一种基于可编程密码模块的密码服务器体系结构。通过在模块中使用密码算法代理抽象密码芯片运算资源,管理机可以调度系统计算资源支持多模块内多密码芯片间的并行密码运算。在IBMService345和SJW系列PCI密码卡上,设计实现了基于算法代理间并行运算的高性能密码服务器。测试结果显示:用20个SSX04模幂运算芯片间并行签名(1024 bitRSA)速率达到1100次/s;用10个对称密码算法芯片并行加密(ECB模式),系统吞吐率达到312.6Mbps。     

改进型正交多用户降噪差分混沌键控通信系统

针对差分混沌移位键控(differential chaos shift keying, DCSK)系统传输速率低和误码率(bit error rate, BER)性能差的缺点,提出一种改进型正交多用户降噪DCSK(improved orthogonal multiuser noise reduction DCSK, IOMU-NR-DCSK)通信系统。发送端将长为R的混沌序列复制P次作为参考信号,然后再扩展两路,通过希尔伯特变换使每路多传输N bit用户信息,并结合正交调制传输经Walsh码调制后的信息信号。接收端利用滑动平均滤波器对信号进行平均操作来降低噪声方差。在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道和多径Rayleigh衰落信道下推导了IOMU-NR-DCSK系统的BER公式并进行仿真分析。结果表明,在相同条件下该系统的数据传输速率比多用户DCSK(multiuser DCSK based on Hilbert transform, HMU-DCSK)系统提升了约50%,BER性能提高了近2 dB。     

基于新规则元胞自动机的混沌保密通信系统研究

提出一种新的即时同步流密码数字保密通信系统模型,在该通信系统中采用时空混沌来产生扩展密钥和进行误差扩散,并利用修改后的元胞自动机进行加密。数值模拟结果表明:该系统能产生随机性很好的流密码,并且具有较高的加解密速度和抗破译能力。     

CSI完备性对自适应MIMO-OFDM系统性能的影响分析

针对MIMO-OFDM系统的自适应算法建立了性能评估模型,推导了非自适应和自适应条件下系统的频谱效率,研究了信道状态信息(CSI)的完备性对2×2 MIMO-OFDM系统性能的影响.理论分析和仿真结果表明MIMO-OFDM系统对信道估计误差和时延有着一定的鲁棒性,但在条件较恶劣时频谱效率还是会受到较大影响,进而提出了不完备CSI情况下的应对策略.     

高阶量纠错码理论限及软判决编译码算法

基于tent混沌映射的高阶量纠错码可以实现对图像的线性纠错,解决了压缩图像峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)存在的“门限效应”问题。通过对基于tent混沌映射的纠错码的图像PSNR理论限的分析,得出符号位的准确估计是提高码字性能的关键。传统的基于符号位硬判决的编译码方法难以实现对符号位的有效保护。基于此,借鉴低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码的软判决编译码方法,提出一种基于符号位软判决译码的高阶量纠错码。仿真结果表明:基于符号位软判决译码的高阶量纠错码的图像PSNR不断逼近理论限;与硬判决高阶量纠错码相比,在编译码复杂度相当的情况下(符号位初始化概率通过查表得到),图像PSNR有2 dB的增益。     

基于LDPC码与星座旋转准正交STBC的级联编译码方法

在4×4多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统中,为了同时达到全分集增益和全速率数据传输,进而达到降低系统误码率及提高系统可靠性的要求,提出将低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码与基于星座旋转的准正交空时分组码级联的编码方案,并找出了在全数据传输速率的前提下能够获得满分集增益的最优旋转角度。仿真结果表明,该级联编码方案误码率低于传统的LDPC编码与空时分组码级联的编码方案,在误码率为10^-5的情况下,比LDPC码与正交空时分组码级联的编码方案有8 dB左右的增益。     

Construction of time-frequency codes based on protograph LDPC codes in OFDM communication systems

This paper proposes a scheme to construct timefrequency codes based on protograph low density parity check (LDPC) codes in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication systems.This approach synthesizes two techniques:protograph LDPC codes and OFDM.One symbol of encoded information by protograph LDPC codes corresponds to one subcarrier,namely the length of encoded information equals to the number of subcarriers.The design of good protograph LDPC codes with short lengths is given,and the proposed protograph LDPC codes can be of fast encoding,which can reduce the encoding complexity and simplify encoder hardware implementation.The proposed approach provides a higher coding gain in the Rayleigh fading channel.The simulation results in the Rayleigh fading channel show that the bit error rate(BER) performance of the proposed time-frequency codes is as good as random LDPC-OFDM codes and is better than Tanner LDPC-OFDM codes under the condition of different fading coefficients.     

LDPC码偏移修正加权比特翻转译码算法

大量仿真表明,基于幅度和的改进型加权比特翻转(modified sum of the magnitude based weighted bit flipping, MSMWBF)译码算法对于行重/列重较小的低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码而言,展现出巨大的性能优势,但对于行重/列重较大的基于有限域几何(finite geometry, FG)的LDPC码,性能损失严重。首先对此现象进行理论分析。其次,引入附加的偏移项对MSMWBF算法的校验方程可靠度信息进行修正,提高了算法对行重/列重较大的LDPC码的译码性能。仿真结果表明,在加性高斯白噪声信道下,误比特率为10E-5时,相比于MSMWBF算法,在适度增加实现复杂度的条件下,所提算法可获得约0.63 dB的增益。     

基于错误特征的MLC闪存最小和译码算法

由于多级单元(multi level cell,MLC)闪存存储信道中随机电报噪声(random telegraph noise,RTN)、〖JP〗数据保持噪声(data retention noise,DRN)和单元间干扰(cell-to-cell interference,CCI)严重影响了MLC闪存阈值电压,从而导致获取的对数似然比(log-likelihood ratio,LLR)不够准确而影响了软判决译码时MLC闪存的低密度校验(low-density parity-check codes,LDPC)码的性能。在深入分析MLC闪存错误特征的基础上,通过利用MLC阈值电压的熵函数计算相邻MLC阈值电压分布的重叠区域来确定存储比特的可靠度,设计了MLC存储比特LLR值的动态更新策略。从而,提出了RTN、DRN和CCI噪声模型下适用于MLC闪存的LDPC码改进的最小和译码算法。仿真结果表明,与传统的LDPC码最小和译码算法相比较,MLC闪存信道下所改进的MLC闪存的LDPC码最小和译码算法具有更好的译码性能与更少的平均迭代次数。     

Construction of protograph LDPC codes with circular generator matrices

The application of protograph low density parity check(LDPC) codes involves the encoding complexity problem.Since the generator matrices are dense,and if the positions of "1" s are irregularity,the encoder needs to store every "1" of the generator matrices by using huge chip area.In order to solve this problem,we need to design the protograph LDPC codes with circular generator matrices.A theorem concerning the circulating property of generator matrices of nonsingular protograph LDPC codes is proposed.The circulating property of generator matrix of nonsingular protograph LDPC codes can be obtained from the corresponding quasi-cyclic parity check matrix.This paper gives a scheme of constructing protograph LDPC codes with circulating generator matrices,and it reveals that the fast encoding algorithm of protograph LDPC codes has lower encoding complexity under the condition of the proposed theorem.Simulation results in additive white Gaussian noise(AWGN) channels show that the bit error rate(BER) performance of the designed codes based on the proposed theorem is much better than that of GB20600 LDPC codes and Tanner LDPC codes.     

基于WBP-CNN算法的LDPC译码

针对低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码在相关噪声条件下译码误比特率上升的问题,结合传统译码算法与卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)设计了新的译码器。该译码器在置信传播(belief propagation, BP)算法中引入加权比特翻转(weighted bit-flipping, WBF)算法,生成加权BP(weighted BP,WBP)结构以解决码字临界处误比特率较高的问题。然后通过CNN降低噪声,在WBP和CNN之间迭代处理接收信号,使信号估计值不断逼近真实值以降低相关噪声的影响。通过仿真发现,与BP算法相比,所提算法能够有效降低相关噪声条件下LDPC译码的误比特率。     

基于WBP-CNN算法的LDPC译码

针对低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码在相关噪声条件下译码误比特率上升的问题,结合传统译码算法与卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)设计了新的译码器。该译码器在置信传播(belief propagation, BP)算法中引入加权比特翻转(weighted bit-flipping, WBF)算法,生成加权BP(weighted BP,WBP)结构以解决码字临界处误比特率较高的问题。然后通过CNN降低噪声,在WBP和CNN之间迭代处理接收信号,使信号估计值不断逼近真实值以降低相关噪声的影响。通过仿真发现,与BP算法相比,所提算法能够有效降低相关噪声条件下LDPC译码的误比特率。     

单通道混合信号的深度联合分离译码算法

针对采用低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码编码的单通道同频混合信号,提出一种深度联合分离译码算法。采用了Gibbs分离过程中的逐符号分离步骤和译码过程中的逐符号译码步骤之间交替更改变量节点似然软信息的方式,在初期译码步骤输出的软信息模值较小,便于分离步骤对译码步骤的结果及时进行纠正,降低整体误比特率,软信息达到译码门限后开始发挥译码作用并最终和分离步骤达到一致收敛。仿真结果表明,本文提出的深度联合算法能够有效避免传统迭代分离译码算法由于分离过程的误比特率超出软输入软输出(soft input soft output, SISO)译码器纠错能力范围导致算法无法收敛的现象,降低联合分离译码算法的门限并提升整体性能,对于8PSK调制的混合信号在误比特率为10^-3时有1 dB的性能改善^。