Physical Layer Security in the Visible Light Communications Systems

Abstract

With the rapid developments in technology in recent years, the need for fast and secure access to information has been increasing day by day. With this increasing demand, the radio frequency (RF) band which used for wireless communication is rapidly filling and even the limit is approached. Therefore, this increasing need day by day has led to the emergence of a new research area. Many researchers from both academia and industry are looking for an alternative route. Visible light communication (VLC) is a strong candidate to meet this demand due to its advantages such as broad bandwidth visible light spectrum (340 THz to 790 THz), the spectrum's openness for license-free use, the high-speed data transfer and the security it provides. For this reason, issues such as estimation of realistic optical channel used in VLC systems and analysis of their performance have gained importance. Apart from the security that VLC systems provide for single users in closed areas, studies are carried out to ensure security in common areas (eg airports, shopping malls, offices etc.) and in multi-user scenarios. Accurate estimation of the channel used is also very important for this security performance analysis. The main purposes of this thesis is to make the physical layer security (PLS) scheme more applicable for situations where the channel is not fully known, as in real life applications, and to increase the security capacity. in addition to those, to present a performance analysis for VLC systems under the presence of different clipping noises of a new channel estimation method for DCO-OFDM systems, a type of optical OFDM.

Son yıllarda teknolojideki hızlı gelişmelerle birlikte bilgiye hızlı ve güvenli erişime olan ihtiyaç da gün geçtikçe artmaktadır. Artan bu taleple birlikte kablosuz haberleşme için kullanılmakta olan radyo frekans (RF) bandı hızla dolmakta ve hatta sınıra yaklaşılmaktadır. Dolayısıyla günden güne artmakta olan bu ihtiyaç yeni bir araştırma alanının doğmasına sebep olmuştur. Gerek akademi gerekse sanayiden birçok araştırmacı alternatif bir yol aramaktadır. Görünür ışık haberleşmesi, geniş bant genişliğine sahip görünür ışık spektrumu (340 THz to 790 THz), bu spektrumun lisanssız kullanıma açık olması, sağladığı yüksek hızlı veri transferi, ışığın kapalı ortamdan dışarı çıkamama özelliğinin sağladığı güvenlik gibi avantajları nedeniyle bu talebi karşılama açısından güçlü bir aday olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, VLC sistemlerde kullanılan gerçekçi optik kanalın tahmini ve başarımlarının analizi gibi konular önem kazanmıştır. VLC sistemlerinin kapalı alanlarda tek kullanıcı için sağladığı güvenlik dışında ortak alanlar (ör; havaalanları, alışveriş merkezleri, ofisler vb.) ve çoklu kullanıcılı senaryolarda güvenliği sağlamak adına çalışmalar yapılmaktadır. Kullanılan kanalın doğru tahmini bu güvenlik performansı analizi için de oldukça önemlidir. Bu tezin temel amacı, fiziksel katman güvenlik (PLS) şemasını gerçek hayat uygulamalarında da olduğu gibi kanalın tamamen bilinmediği durumlar için daha uygulanabilir hale getirmek ve güvenlik kapasitesinin artırılmasının yanı sıra optik OFDM'in bir türü olan DCO-OFDM sistemleri için yeni bir kanal tahmin yönteminin farklı kırpma gürültülerinin varlığı altındaki VLC sistemleri için bir performans analizinin sunulmasıdır.