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隐蔽可见光通信的基本性能限研究

王金元 余鹏飞 石佳炜 林敏 王俊波

王金元, 余鹏飞, 石佳炜, 林敏, 王俊波. 隐蔽可见光通信的基本性能限研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(8): 2619-2628. doi: 10.11999/JEIT220026
引用本文: 王金元, 余鹏飞, 石佳炜, 林敏, 王俊波. 隐蔽可见光通信的基本性能限研究[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(8): 2619-2628. doi: 10.11999/JEIT220026
WANG Jinyuan, YU Pengfei, SHI Jiawei, LIN Min, WANG Junbo. Research on Fundamental Performance Limit of Covert Visible Light Communications[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(8): 2619-2628. doi: 10.11999/JEIT220026
Citation: WANG Jinyuan, YU Pengfei, SHI Jiawei, LIN Min, WANG Junbo. Research on Fundamental Performance Limit of Covert Visible Light Communications[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(8): 2619-2628. doi: 10.11999/JEIT220026

隐蔽可见光通信的基本性能限研究

doi: 10.11999/JEIT220026
基金项目: 国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目(61720106003),宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室开放基金(JZNY202115)
详细信息
    作者简介:

    王金元:男,1986年生,副教授,研究方向为可见光通信、隐蔽通信、物理层安全、无人机通信等

    余鹏飞:男,1998年生,硕士生,研究方向为隐蔽可见光通信

    石佳炜:男,1998年生,硕士生,研究方向为隐蔽可见光通信

    林敏:男,1972年生,教授,研究方向为无线光通信、卫星通信、阵列信号处理等

    王俊波:男,1979年生,副教授,研究方向为无线光通信

    通讯作者:

    王金元 jywang@njupt.edu.cn

  • 中图分类号: TN929.1

Research on Fundamental Performance Limit of Covert Visible Light Communications

Funds: The Key International Cooperation Research Project (61720106003), The Open Research Foundation of Key Laboratory of Broadband Wireless Communication and Sensor Network Technology (JZNY202115)
  • 摘要: 面向第6代移动通信的发展需求,可见光通信(VLC)是一种极具发展潜力的室内覆盖方案。由于开放性和广播性,VLC的信息安全问题不容忽视。作为一种新型的信息安全技术,隐蔽无线通信近年来得到了广泛研究。然而VLC和无线射频通信存在显著差异,隐蔽无线通信的研究成果并不能直接运用在隐蔽VLC中。鉴于此,该文对隐蔽VLC的基础理论进行了研究。首先,在隐蔽性约束、信号非负性和平均光功率约束下,建立了泛函优化问题,得到了输入信号的最优分布为指数分布,为隐蔽VLC的信号设计提供了参考。接着,利用隐蔽性约束条件,得到了发射机的平均光功率需满足的条件,为发射机设定发送光功率提供了依据。然后,在发射机已知或未知监视者信息情况下,分别推导了隐蔽VLC可以隐蔽传输的最大信息量,揭示了隐蔽VLC的基本性能限。最后,数值结果对理论分析进行了验证。
  • 图  1  室内隐蔽VLC系统模型

    图  2  传统隐蔽无线通信和隐蔽VLC的收发信号对比

    图  3  隐蔽VLC中相对熵和互信息随平均光功率的变化关系

    图  4  $ \varepsilon = 0.1 $时,传统隐蔽无线通信和隐蔽VLC的性能差异比较

    图  5  $ {{{h_{\text{B}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{h_{\text{B}}}} {{h_{\text{W}}}}}} \right. } {{h_{\text{W}}}}} = 10 $时,最大可传输信息量和信道使用次数的关系

    图  6  Willie处于不同位置,Bob的位置为 (d, e, f) = (2.5 m, 2.5 m, 0.85 m)时最大可传输信息量上界

    图  7  当(a, b, c) = (2.5 m, 2.5 m, 3 m)和(x, y, f) = (2.5 m, 2.5 m, 0.85 m),Bob处于不同位置时最大可传输信息量上界

    表  1  室内VLC系统仿真参数

    参数数值
    LED灯的高度$c$3 m
    接收者和监测者的高度$f$0.85 m
    朗伯指数阶数$m$1
    光电二极管的物理面积${A_r}$1 cm2
    光滤波器的增益${T_s}$1
    光学集中器的增益$g$1
    光电二极管的视场角$\varPsi$60o
    隐蔽约束值$ \varepsilon $0.10
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-06
  • 修回日期:  2022-03-10
  • 网络出版日期:  2022-04-18
  • 刊出日期:  2022-08-17

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