物理層セキュリティを用いたイメージセンサ型可視光通信システム

使用物理层安全的图像传感器型可见光通信系统

• 批准号: 22K04092
• 负责人: 鎌倉 浩嗣
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Chiba Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04092/
• 关键词: 可視光通信; 二次元通信路; イメージセンサ; 離散フーリエ変換; 物理層セキュリティ; ピーク対平均電力比; 光直交周波数分割多重; 並列伝送

本研究は，複数の光源と複数の受信値が二次元的に構成される空間並列伝送型可視光通信（Parallel transmission visible light communication: PT-VLC）システムに注目し，VLC の機密性を向上させる物理層セキュリティ技術を考案するものである．具体的な研究課題は，PT-VLC システムの送信側で行うM点逆離散フーリエ変換（Inverse discrete Fourier transform: IDFT）と受信側で行われるM点離散フーリエ変換（Fourier transform: DFT）のM個の信号が二次元通信路で伝送されるときにそれら信号の配置に設計自由度があるが，この配置の自由度と，M点DFTにおける順序制約を利用した暗号化の方式を提案した．中心的な課題は，提案する物理層セキュリティ技術の実装と，その機密性（耐傍受性）を数値化する評価方法を検討したことにある．PT-VLC の研究のそもそもの目的は，M個の信号を空間方向に配置するとしても，本質的に，OFDM であるため，ピーク対平均電力比が大きくなってしまう問題に対処することであった．限られた線形範囲（ダイナミックレンジ）で，１フレーム当たりのビット数を増加させようと空間周波数の数Nを増やしていくと，高いピーク対平均振幅比（PAPR）によって，信号が歪んでしまい，各空間周波数のPSK 信号を正しく復調できない問題があった．この非線形問題を解決しつつ，１フレーム当たりに重畳する空間周波数数N を増大させ，受信側で正しく復調できるビット数，結果として，ビットレートを向上させることを明らかにした．

本研究重点关注二维配置多个光源和多个接收值的空间并行传输可见光通信（PT-VLC）系统，旨在提高VLC的保密性，这是为了设计物理层安全性。技术。具体研究课题是PT-VLC系统发送端进行的M点离散傅里叶变换(IDFT)和接收端进行的M点离散傅里叶变换(DFT)。二维信道中，设计这些信号的排列有一定的自由度，我们提出了一种利用这种排列自由度和 M 点 DFT 中的阶数约束的加密方法。核心挑战是考虑所提出的物理层安全技术的实施以及量化其机密性（抗拦截性）的评估方法。研究PT-VLC的最初目的是为了解决即使M个信号在空间方向上排列也存在较大的峰均功率比的问题，因为它本质上是OFDM。如果我们在有限的线性范围（动态范围）内增加空间频率数 N 来增加每帧的位数，则信号将由于较高的峰均幅度比（PAPR）而失真。无法正确解调各个空间频率的PSK信号的问题。在解决这个非线性问题时，我们已经证明，通过增加每帧叠加的空间频率 N 的数量，我们可以增加接收端可以正确解调的位数，从而提高比特率。

项目成果

Simultaneous Visible Light Communication and Ranging Using High-Speed Stereo Cameras Based on Bicubic Interpolation Considering Multi-Level Pulse-Width Modulation

基于考虑多级脉宽调制的双三次插值的高速立体相机同时可见光通信和测距

• DOI: 10.1587/transfun.2022eap1078
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
• 作者: HUANG Ruiyi;KINOSHITA Masayuki;YAMAZATO Takaya;OKADA Hiraku;KAMAKURA Koji;ARAI Shintaro;YENDO Tomohiro;FUJII Toshiaki
• 通讯作者: FUJII Toshiaki

M-Point Combinatory for Parallel Transmission Image Sensor-Based Visible Light Communications

用于基于并行传输图像传感器的可见光通信的 M 点组合

• DOI: 10.1109/jlt.2022.3218071
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Journal of Lightwave Technology
• 作者: Takumi Sato;Koji Kamakura;Masayuki Kinoshita;Takaya Yamazato
• 通讯作者: Takaya Yamazato

M点組合せを用いた空間並列伝送イメージセンサ型可視光通信

采用M点组合的空间并行传输图像传感器型可见光通信

• 发表时间: 2022
• 作者: 有末 知矢;木下 雅之;山里 敬也;岡田 啓;鎌倉 浩嗣;荒井 伸太郎;圓道 知博;藤井 俊彰;亀川智史，木下雅之，山里敬也，岡田啓，藤井俊彰，荒井伸太郎，圓道知博，鎌倉浩嗣;木下雅之，山里敬也，岡田啓，藤井俊彰，荒井伸太郎，圓道知博，鎌倉浩嗣;佐藤拓実，鎌倉浩嗣，木下雅之，山里敬也
• 通讯作者: 佐藤拓実，鎌倉浩嗣，木下雅之，山里敬也

Performance Enhancement of Rolling Shutter Based Visible Light Communication via Selective Reception Using Dual Cameras

通过使用双摄像头选择性接收增强基于卷帘快门的可见光通信的性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Masayuki Kinoshita;Takumi Toguma;Shun Yamaguchi;Sora Ibaraki;Koji Kamakura;Takaya Yamazato
• 通讯作者: Takaya Yamazato

M点組合せ変調を用いた空間並列伝送イメージセンサ型可視光通信における復調誤り性能評価

使用M点组合调制的空间并行传输图像传感器型可见光通信中的解调误差性能评估

• 发表时间: 2023
• 作者: Takumi Sato;Koji Kamakura;Masayuki Kinoshita;Takaya Yamazato;佐藤拓実，鎌倉浩嗣，木下雅之，山里敬也
• 通讯作者: 佐藤拓実，鎌倉浩嗣，木下雅之，山里敬也