Secrecy Outage Probability Analysis for Visible Light Communicat...

### 可见光通信中的保密中断概率分析：结合SWIPT与随机终端的研究 #### 摘要概览 本文探讨了室内可见光通信（VLC）系统在同时无线信息与能量传输（SWIPT）及随机终端部署情况下，物理层数据安全传输问题。具体考虑了一个典型的室内VLC系统，该系统包含一个发射器、一个合法信息接收器和一个能量接收器。这两个接收器被随机部署在地板上，并对其随机信道特性进行了分析。鉴于能量接收器可能被动地窃听信息的可能性，本文采用了保密中断概率（SOP）来评估系统的性能。通过推导出SOP的闭式下限表达式，验证了理论结果与仿真结果的一致性，证明所得到的下限可以有效地评价系统的保密性能。 #### 研究背景 随着第五代无线通信技术的发展，作为射频（RF）无线通信的有效补充，室内可见光通信技术因其无需电磁频谱监管且对人体无害等优势而备受关注。VLC作为一种有前途的技术，在室内环境中能够同时提供照明和信息传输服务，预计将在未来的5G无线通信中发挥关键作用。 #### 系统模型与问题定义 在室内VLC环境下，发光二极管（LED）用作光源。只要用户处于LED照射范围内，就可以接收来自光源的信息。然而，这也为合法用户带来了数据传输的安全风险。为了应对这一挑战，近年来物理层（PHY）安全已成为保障信息安全传输的有效手段之一。本文主要关注如何在同时实现无线信息与能量传输的情况下提高系统的安全性。 #### 研究方法与贡献 - **系统模型**：构建了一个典型的VLC系统模型，包括一个发射器、一个合法信息接收器和一个能量接收器。 - **随机终端部署**：考虑到实际应用中的不确定性，将两个接收器随机放置于室内环境中，并分析了这种随机部署对系统性能的影响。 - **保密中断概率分析**：采用SOP作为评价指标，通过数学推导获得了其闭式下限表达式。该表达式有助于评估系统的保密性能。 - **理论与仿真验证**：通过理论分析与仿真实验相结合的方法，验证了所提出的SOP下限表达式的准确性与有效性。 #### 主要成果 - 提出了针对可见光通信系统在SWIPT场景下的保密中断概率的分析方法。 - 得到了保密中断概率的闭式下限表达式，该表达式与仿真结果吻合良好，证明了方法的正确性和实用性。 - 通过对比分析，发现理论下限与精确仿真结果之间的差距较小，进一步验证了分析方法的准确性。 - 研究揭示了在随机终端部署情况下，如何优化系统配置以提高保密性能。 #### 结论与展望 本文通过对室内可见光通信系统在同时实现无线信息与能量传输时的保密中断概率进行深入分析，为提高系统的安全性提供了理论基础和技术支持。未来的研究方向可以探索更多复杂场景下的保密性能评估方法，以及如何结合其他技术进一步增强系统的安全性和可靠性。