Browsing by Author "Koca, Mutlu"

Now showing 1 - 5 of 5

Citation Count: 0
Görünür Isıkla Haberlesmede Fiziksel Katman Güvenligi
(2021) Panayırcı, Erdal; Kurt, Güneş Zeynep Karabulut; Koca, Mutlu; Haas, Harald
Optik Kablosuz Haberlesme ve bunun olası bir uygulaması olan Görünür Isıkla Haberlesme (Visible Light Communications (VLC)), sahip oldugu çok yüksek bant genisligi, bilgi iletim kapasitesi, elektromanyetik girisimlere karsı yüksek bagısıklıgı, uzaysal ortamlarda yüksek oranda güvenli kapsama özelligi ve çalısma frekans spektrumunun belli regülasyonlarla düzenlenmemis olması nedeniyle, genis bir uygulama alanı içinde, çok önemli teknik ve operasyonel üstünlükler saglamakta ve radyo tabanlı kablosuz haberlesme sistemlerine bir seçenek olarak veya onların tamamlayıcı niteliginde karsımıza çıkmaktadır. Son bir kaç yıl içinde, varolan sifreleme tekniklerini güçlendirmek için ve onlara tamamlayıcı bir ek olarak, fiziksel katman güvenligi (physical layer security) diye adlandırılan umut verici yeni bir arastırma ve ilgi alanı ortaya çıkmıstır. Fiziksel katman güvenligi, haberlesme ortamındaki yetkili olmayan kisilerden bilginin saklanması amacıyla, her türlü üst katman sifrelemeden bagımsız olarak, tamamen iletisim kanal ortamının özelliklerini kullanarak, gelistirilen teknik ve yöntemlerdir. Projede, genisbant aglarda VLC fiziksel katman düzeyinde güvenligi saglamak amacıyla, geleneksel yaklasımların ötesinde hızlı ve güvenilir çözümler için, etkin kuramsal çalısmalardan baslayarak laboratuvar düzeyine kadar genis bir spektrumda özgün ve yenilikçi algoritmaların tasarımı önerilmektedir. Bu bakımdan, proje, 1003-BIT-GNBT 2018- 1 Genisbant Haberlesme Agları için Veri Isleme Teknolojileri Çagrı Metnindeki (a) ve (b) amaçları ile büyük bir uyum içinde, arastırma bileseni yüksek, yenilikçi ve özgün bir proje niteligindedir. Projede, geleneksel sistemlere göre getirilen yenilikler ve saglanan üstünlükleri su sekilde sıralanabilir: 1. Projede, fiziksel katman güvenligine sahip VLC sisteminin gerçeklenmesinde, Indis modülasyonu ve bunun bir takım varyasyonları olan uzamsal modülasyon, uzay kaydırmalı anahtarlama ve OFDM-indis modülasyonu gibi yeni modülasyon teknikleri ve çok-girisli-çok çıkıslı LED (light emitting diode) yapıları ile, dikgen olmayan çoklu erisimin birlikte çalısan MIMO-NOMA teknigi önerilmektedir. Elde edilecek yeni ve özgün algoritmalar geleneksel sistemlere göre hesaplama karmasıklıgı düsük, güç randımanı yüksek ve çok kullanıcılı senaryolar için de çalısabilme yetenegine sahip olacaktır. Özellikle, sadece bu modülasyon tekniklerine özgü, yapay karıstırma (artifical jammig) sinyal üretme özelligi, bu tekniklerin fiziksel güvenligin saglanmasında geleneksel yaklasımlara kıyasla en önemli üstünlügünü olusturmaktadır. Ayrıca, gelistirilecek algoritmalara iliskin ?erisilebilecek maksimum gizlilik kapasitesi? ve ?gizlilik oranları?nın analitik yollardan belirlenmesi için izlenecek kuramsal yaklasımlar, sistem mimarilerinin farklı olmasından dolayı, geleneksel sistemlerde izlenen yollardan çok daha farklı olacaktır. 2. LED?lerin ve ısıgın neden oldugu kısıtlar sonucu, radyo frekanslı kabosuz haberlesmedeki geleneksel kanal kestirim tekniklerinin uygulanamaması nedeniyle, Masif MIMO yapıdaki görünür ısık kanalların optimal ve hızlı kestiriminde yeni kanal kestirim algoritmalarının tasarımı önerilmektedir. Ayrıca, kestirim hataları ve kanal bilgilerin vericiye iletilmesindeki gecikmelerin, sistemin bit hata basarımına etkilerininin kuramsal ve bilgisyar benzetimleriyle incelenmesi hedeflenmektedir. 3. Projede son olarak, fizisel katman güvenligine sahip VLC sistemlerin laboratuvar ortamında donanımsal olarak geçeklestirilmesi ve gerçek-zamanda çalısmasının test edilmesi önerilmektedir. Literatürde bir karıstırma sinyali üreterek gizliligi saglayan geleneksel sistemlerle, algoritmanın gerek hesaplama karmasıklıgı ve hızı, gerekse hata basarımı ve erisilebilecek enbüyük gizlilik oranları farklı sinyal-gürültü düzeylerinde karsılastırılarak üstünlügü kanıtlanacaktır.
Citation Count: 22
Physical Layer Security for Multi-User MIMO Visible Light Communication Systems with Generalized Space Shift Keying
(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2021) Su, Nugman; Panayırcı, Erdal; Koca, Mutlu; Yeşilkaya, Anıl; Poor, Harold Vincent; Haas, Harald
We consider the physical layer security (PLS) of multi-user (MU) multiple-input-multiple-output visible light communication (VLC) systems with an eavesdropper (Eve) and propose a novel spatial constellation design technique based on generalized space shift keying (MU-GSSK-SCD). The received signals of the legitimate users are optimized jointly, such that their bit error ratios (BERs) are minimized and Eve's BER is significantly degraded. The emission power of randomly selected light-emitting diodes is adjusted, by exploiting users' channel state information at the transmitter. Our strategy ensures that legitimate users receive confidential messages fully in an undistorted fashion, while any meaningful leakage to Eve is strongly prohibited, without any artificial noise addition. Every user can decode only its information, hence inter-user security is also guaranteed. The PLS improvements are presented in terms of both BERs and achievable secrecy rates in practical VLC scenarios. For various user configurations, it is shown that MU-GSSK-SCD increases the BER at Eve to the 0.5 level, while providing minimized BERs to the legitimate users. The achievable secrecy rate region is derived for MU-GSSK-SCD and it is shown that full secrecy can be achieved at 0 dB signal-to-noise ratio (SNR) level with a user separation as small as 90 cm.
Citation Count: 7
Spatial Constellation Design Based Generalized Space Shift Keying for Physical Layer Security of Multi-User MIMO Communication Systems
(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2021) Su, Nugman; Panayırcı, Erdal; Koca, Mutlu; Poor, H. Vincent
We propose a novel spatial constellation design (SCD) method with generalized space shift keying (GSSK-SCD) signaling for physical layer security (PLS) in multi-user (MU) multiple-input multiple-output (MIMO) communication systems. In GSSK-SCD, the received spatial constellations are optimized through a novel precoding scheme, which minimizes the BERs at legitimate users and significantly worsens eavesdroppers’ BER. In addition to extensive BER simulations, we also provide analytical expressions for the secrecy rate regions for the proposed GSSK-SCD. Both analytical derivations and simulation results, including comparisons with artificial noise aided conventional GSSK, reveal that the GSSK-SCD approach provides significant PLS improvements for MU-MIMO systems.
Citation Count: 2
Spatial Modulation Aided Physical Layer Security for NOMA-VLC Systems
(IEEE-Inst Electrical Electronics Engineers Inc, 2023) Panayırcı, Erdal; Koca, Mutlu; Haas, Harald; Poor, H. Vincent
We consider the physical layer security (PLS) problem in multi-user non-orthogonal multiple access (NOMA) enabled multiple-input multiple-output (MIMO) visible light communication systems intercepted by a passive eavesdropper (Eve). We propose a novel transmit precoding scheme based on receive spatial modulation (RSM) to degrade the signal-to-interference-noise ratio (SINR) of Eve by exploiting only the slow-fading characteristics of the visible light channel of the legitimate users (Bobs). The proposed PLS precoder is reinforced with secret parameter exchange with Bobs and a CSI acquisition model is proposed to reduce the PLS algorithm's computational load substantially at the transmitter. The closed-form expressions for the achievable secrecy rates and their upper and lower bounds are derived. Via Monte Carlo simulations, we confirm that Bobs can successfully decode their information in various user configurations while Eve's received SINR is significantly worsened by the jamming signal induced by the proposed precoder with secret key exchange. It is also shown that Eve's bit error rate (BER) is increased to the 0.5-level for almost any position in the considered indoor environment. Finally, we corroborate the derived secrecy expressions by computer simulations and show that the proposed scheme provides PLS for Bobs.
Citation Count: 2
Spatial Modulation Aided Physical Layer Security for NOMA-VLC Systems
(Ieee-inst Electrical Electronics Engineers inc, 2023) Panayırcı, Erdal; Koca, Mutlu; Haas, Harald; Poor, H. Vincent
We consider the physical layer security (PLS) problem in multi-user non-orthogonal multiple access (NOMA) enabled multiple-input multiple-output (MIMO) visible light communication systems intercepted by a passive eavesdropper (Eve). We propose a novel transmit precoding scheme based on receive spatial modulation (RSM) to degrade the signal-to-interference-noise ratio (SINR) of Eve by exploiting only the slow-fading characteristics of the visible light channel of the legitimate users (Bobs). The proposed PLS precoder is reinforced with secret parameter exchange with Bobs and a CSI acquisition model is proposed to reduce the PLS algorithm's computational load substantially at the transmitter. The closed-form expressions for the achievable secrecy rates and their upper and lower bounds are derived. Via Monte Carlo simulations, we confirm that Bobs can successfully decode their information in various user configurations while Eve's received SINR is significantly worsened by the jamming signal induced by the proposed precoder with secret key exchange. It is also shown that Eve's bit error rate (BER) is increased to the 0.5-level for almost any position in the considered indoor environment. Finally, we corroborate the derived secrecy expressions by computer simulations and show that the proposed scheme provides PLS for Bobs.