室内可见光通信(VLC)是一种利用可见光作为信号载体进行无线通信的技术,被认为是未来无线通信的最有前景的候选技术之一。由于VLC具有无需许可、低功耗和高达太赫兹(THz)的带宽等优势,使其在室内无线接入方面具有吸引力。在室内环境中,VLC作为射频(RF)无线通信的补充技术,近年来吸引了广泛的关注。 本文研究的是室内VLC的保密容量。保密容量是指在存在窃听者的情况下,合法通信双方能够安全地交换的最大信息速率。在无线通信物理层安全的研究中,保密容量是一个关键的度量标准,它衡量了在给定的通信和窃听信道条件下,系统可以提供的信息保密性程度。 文章首先建立了一个包含发射器、合法接收器和窃听者的VLC系统模型。在此模型中,考虑了非负性、峰值光强约束和可调平均光强约束。基于信息论的原理,研究者推导出了保密容量上界和下界的封闭形式表达式。数值结果表明,提出的上界和下界非常接近,从而验证了所得到的封闭形式表达式的准确性。 文章的引言部分指出,随着可见光通信技术在多个领域的快速发展,尤其是信道建模、调制、编码、均衡、信道估计、信道容量分析和收发器设计等方面,目前的研究重点正从点对点场景转向网络场景。在VLC网络中,数据隐私和安全成为研究者关注的焦点之一。 VLC系统的保密容量分析是一个复杂的任务,因为VLC系统受限于室内照明环境的特殊性,信号强度受到视觉舒适度和室内照明需求的限制。为了在保障用户视觉舒适度的前提下保证通信安全,研究者必须考虑峰值光强和平均光强的约束条件。在此基础上,通过信息论原理,可以为VLC系统设计一种既保护了信息传输的安全性,又符合实际应用限制的通信策略。 文章提出了一个模型框架,该框架将保密容量的分析分为两个部分:上界和下界。上界是指在给定窃听者能力的情况下,合法通信双方能够实现的最大保密通信速率;下界则是在同样条件下,合法通信双方实际能够实现的最小保密通信速率。理论上,如果上界和下界很接近,就说明已经找到了一个相当准确的保密容量解。 文章的这部分内容给出了室内VLC在物理层安全方面的分析方法和研究成果,这不仅对于理解VLC通信系统的安全性有重要的学术意义,对于未来设计更为安全的VLC通信设备和系统也具有重要的参考价值。
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