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基于LDPC码的无线通信系统物理层安全实现的中期报告
一、研究背景
物理层安全是保障无线通信系统安全通信的一个重要措施。在无线通信领域，传说世界上没有绝对安全的通信系统，即使采取最佳的信息加密措施，黑客仍有可能利用一些高科技手段实现窃听、篡改或拒绝服务等恶性攻击。因此，必须在信息加密的前提下，开发特殊的机制和技术，使得系统具有一定的安全性。物理层安全在信息理论、通信工程、电子信息安全、密码学等领域受到广泛研究。LDPC码作为一种近年来备受关注的纠错码，其应用于物理层安全领域具有重要的研究意义。
二、理论分析
1.LDPC码的原理
LDPC码全称是低密度奇偶校验码，是一种线性块码的变体，是一种例行比特或符号错误修正的纠错编码技术。LDPC码利用了概率图论中的稀疏矩阵和图论的相关概念，使得编码过程简化，译码复杂度降低，同时可实现接近香农极限的误码率性能。LDPC码在数字通信、光通信、存储系统、卫星通信、无线通信等领域都得到广泛应用。
2.物理层安全的实现
物理层安全的实现手段主要有两种：一种是通过无痕量化，在保证原有信息传输效果的基础上，在信号中添加一些额外的鲁棒性以干扰窃听者；另一种是基于密码学的方法，通过随机化、扰动等技术对原有信号进行加密。LDPC码的特性可应用于物理层加密和保护。
三、技术路线
LDPC码的物理层加密主要包括两种方式：一种是LDPC码的扰动加密；一种是LDPC码的密钥加密。
1.LDPC码的扰动加密
LDPC码的扰动加密是通过信道编码过程中增加噪声等扰动信号来提高信号的安全性。在信息编码时，将正确码字扰动为错误码字，但接收端通过概率估计和迭代译码正确地恢复出原始信息。应用于物理层加密中，通过在信道编码过程中增加噪声等扰动信号，以干扰窃听者对信号的接收和解码，从而提高信号的安全性。
2.LDPC码的密钥加密
LDPC码的密钥加密是通过在编码和译码过程中添加密钥信息来增强加密效果。加密密钥在编码、译码过程中起到控制、引导的作用，使得译码过程变得复杂，从而达到加密的目的。
四、实验方案
本次研究确定的实验方案如下：
1.实验对象：采用LDPC码实现的物理层安全通信系统。
2.硬件设备：以软件仿真方式进行。
3.实验流程：
（1）根据物理层安全的实现原理，确定实验目标和加密手段。
（2）设计LDPC码的信道编码和信源编码，采用扰动加密的方式增加噪声。
（3）实现LDPC码的密钥加密，控制、引导译码过程。
（4）基于MATLAB软件，进行LDPC码的仿真与性能评估。
（5）分析实验结果，总结LDPC码在物理层安全中的应用。
五、预期成果和意义
预期成果：通过LDPC码的扰动加密和密钥加密手段，建立物理层安全机制，保证无线通信系统安全通信，实现信道安全性与信源安全性。
意义：推动LDPC码在物理层安全领域的应用，增强无线通信系统的安全性，对保障信息安全具有重要的现实意义。