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室内可见光通信(VLC)将信息加载到白光LED上进行传递,在室内场景下同时实现照明和通信两种功能。VLC以高带宽、低功耗、高空间复用率、无电磁干扰等优势成为下一代通信网络的重要接入技术之一。OFDM是经典的多载波传输方案,具有较高的传输速率,已经被引入到VLC系统中。目前,光OFDM做为常见的光多载波技术被广泛应用。下一代通信网络需要具有高频谱效率的波形,以节省宝贵的频谱资源。OFDM技术依赖于在多载波符号之前添加CP以保证非理想信道下子载波之间的正交性。携带了重复信息的CP降低了所传输数据的有效速率,浪费时频资源。因此,室内VLC系统需要一种新型多载波波形以满足下一代通信场景对频谱利用率的需求。滤波器组多载波(FBMC)是一种新型多载波波形,应用了具有良好时频特性的原型滤波器来保证子载波之间的正交性。FBMC系统中收发端对滤波器组的使用取代了占用时频资源的CP,在频谱效率上优于传统OFDM技术。然而,VLC系统作为采用IM/DD机制的系统,所传递的信号需要具有实值、单极化特性。将VLC场景与FBMC波形结合会面临FBMC信号的独特过采样符号结构,这使得传统光OFDM方案中对信号的实值化方法不能够直接应用于光FBMC波形的设计。光信号具有直射性并且不能够穿透墙壁,这使得VLC系统能够达到较高的空间复用率,还能够使系统保证一定的安全性。但是,室内光信道依然是非专用的无线信道,VLC网络在多用户场景下,可能存在非法窃听用户对保密信息的捕获和截取,这对VLC系统的用户数据安全造成了一定威胁。因此,VLC多载波系统需要依靠保密性能良好的物理层安全技术实现对数据的加密。本文基于信号的时频分析理论和多载波理论,将FBMC这一新型多载波实现方案与室内VLC系统相结合。在Nyquist准则约束和模糊函数评价下,本文考虑了矩形窗函数在时频约束特性上的不足,并仿真了几种具有良好时频特性的原型滤波器冲激响应,其中包括恒定系数滤波器和变系数滤波器。在选择使用时频约束特性良好滤波器的前提下,针对VLC通信场景的需求和FBMC收发系统的独特结构,本文提出了叠加过采样镜像向量的方法以实现FBMC信号的实值化,通过对移位叠加后的信号进行直流偏置实现信号的单极化,设计出新型光多载波系统——DCO-FBMC(直流偏置-FBMC)系统,并对其在多个方面进行了性能分析。DCO-FBMC在误码率性能和对载波频率偏移的敏感性上与传统DCO-OFDM系统的性能表现相当,在有效数据速率上明显优于传统DCO-OFDM系统。在可能存在非法窃听用户的多用户VLC网络中,本文分析了VLC物理层安全模型。由于DCO-FBMC系统在收发端使用了滤波器组,所以VLC系统的物理层加密拥有了一个全新的操作自由度。收发端滤波器在不匹配的情况下,会使信号受到较大的干扰。变系数原型滤波器在系数不同时,以及不同原型滤波器的函数形式不同时,收发端滤波器的不匹配程度会增加。利用这一特点,本文提出了基于DCO-FBMC系统的多滤波器混合滤波跳跃机制以实现系统对合法用户数据的加密。采用滤波跳跃机制中的滤波器及其系数序列对数据进行加密,采用非对称加密对该密码序列进行加密。这种多滤波器混合滤波跳跃机制相比于单一变系数原型滤波器跳跃,为系统提供了更大的可选滤波器集合,在非法接收端和合法接收端误码率性能差异上体现出了较高的系统安全容量。