室内可见光通信物理层安全：空间调制与保密率分析

"这篇文章探讨了基于空间调制（SM）的室内可见光通信（VLC）系统的物理层安全问题，该系统配置有多台发射器、一个合法接收器和一个潜在的被动窃听者。在发射端，应用了SM技术，即在任何时刻只有一个发射器处于工作状态。为了确定激活的发射器，文章提到了统一选择（US）策略。考虑了两种场景：一种是带有非负性和平均光强度限制；另一种增加了峰值光强度约束。接着，为这两种情况分别推导了保密率的上限和下限，并分析了在高信噪比（SNR）下的渐近行为。此外，为提升保密性能，提出了信道自适应选择（CAS）和贪婪选择（GS）策略。数值仿真显示，保密率的边界估计很接近，高SNR下的渐近性能差距较小。GS方案在性能上表现最优，其次为CAS和US方案。" 在本文中，作者深入研究了可见光通信（VLC）的物理层安全，这是一种利用室内照明设备进行数据传输的技术。空间调制（SM）是一种有效的提高VLC系统容量的方法，它通过改变发射器的激活状态来编码信息，从而增加数据传输的密度而不增加频谱使用。然而，这种技术也带来了一定的安全风险，因为潜在的窃听者可能通过接收同样的光信号来解码信息。 文章提出的统一选择（US）策略是在所有发射器中随机选择一个作为活动发射器，这为系统引入了一定的随机性，但同时也可能导致安全性下降。为了增强系统对抗窃听的能力，作者进一步分析了两种约束条件下的保密率。第一种约束只考虑信号的非负性和平均光强，而第二种更严格，还加入了峰值光强的限制。这些约束反映了实际系统中光源的功率管理要求。 在分析保密率的上下限时，作者不仅考虑了系统的理论极限，还研究了在SNR很高的情况下，这些界限的渐近行为。在高SNR条件下，保密性能通常会得到改善，但可能会有性能差距。为此，他们提出了两种新的发射机选择策略：信道自适应选择（CAS）和贪婪选择（GS）。CAS根据信道条件动态选择发射器，而GS则优先选择能提供最大安全增益的发射器。仿真结果显示，这两种策略都优于US方案，其中GS方案提供了最佳的保密性能。 这篇论文为基于SM的VLC系统的物理层安全提供了深入的理论分析和实用的策略优化，对于未来VLC系统的设计和安全性提升有着重要的参考价值。通过理解这些技术，工程师可以更好地平衡VLC系统的容量、效率和安全性，以满足不断增长的室内无线通信需求。