【摘 要】
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无线光通信技术主要是为了解决现有射频频段的频谱拥挤问题,具有通信速率高、频带宽、安全性能好以及不受政府管控等优点。随着光通信的研究越发流行和深入,可见光作为一种室内可到达的二极管光源,一方面它能提供环境下的照明功能,另外一方面可通过光信道直接向用户发送信息。现阶段,对可见光的研究逐渐增多,不仅仅考虑它在室内当中的应用,还逐渐扩展到室外,甚至是对水下可见光的探索。本文主要是将可见光应用在室内环境下进
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无线光通信技术主要是为了解决现有射频频段的频谱拥挤问题,具有通信速率高、频带宽、安全性能好以及不受政府管控等优点。随着光通信的研究越发流行和深入,可见光作为一种室内可到达的二极管光源,一方面它能提供环境下的照明功能,另外一方面可通过光信道直接向用户发送信息。现阶段,对可见光的研究逐渐增多,不仅仅考虑它在室内当中的应用,还逐渐扩展到室外,甚至是对水下可见光的探索。本文主要是将可见光应用在室内环境下进行通信,只要防止光信号到达窗外,就能在很大程度上保证通信的安全性。但是考虑到可见光并不能保证百分之百的室内覆盖,从而造成局部用户不能接收信息的问题,本文采用了中继协作的方式,构建了双跳可见光/射频通信系统模型,以此来拓展通信系统的覆盖范围。我们在这种模型中的中继处还配备了能量收集装置,专门用来收集从可见光信号中分离出来的直流偏置,利用这一部分能量给信号的再次发送提供动力。因为模型的第二段链路属于射频信道,所以其覆盖范围内的任何位置都可能存在安全隐患。基于以上分析,本文重点研究了双跳可见光/射频通信系统的物理层安全,所做工作主要如下:首先构建了用户和窃听者都不在可见光的覆盖范围内,只能通过射频信道获取信息的系统模型。在这种模型下,计算了系统安全中断概率和平均安全容量的解析表达式,提供了它们的精确解和渐进解,并通过MATLAB仿真观察不同参数对系统性能的影响。从结果可以得知,中继处收集到的能量越多,系统的整体性能越好。并且,当用户的平均信噪比趋向正无穷大时,系统的安全中断概率和平均安全容量都近似一个常数。其次,本文还构建了另外三种模型,分别是用户在可见光覆盖范围内但窃听者在可见光覆盖范围外、窃听者在可见光覆盖范围内但用户在可见光覆盖外以及用户和窃听者都在可见光覆盖范围内,当然,这三种模型的前提条件都是用户和窃听者能接收到中继转发的射频信号。针对这三种模型,分别探讨了它们的安全中断概率,并把它们相互作了比较,通过系统仿真来观察不同模型下系统的性能差异。根据结果可知,当用户相对于窃听者能直接接收到可见光的信号时,系统的安全性能明显提高;当窃听者相对于用户能直接接收到可见光的信号时,系统中断的概率变大;当用户和窃听者都能直接接收到可见光的信号时,系统性能在一定程度上会取决于用户和窃听者的通信质量。
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