人工噪声辅助可见光通信保密速率最大化研究

施 歌,李 勇,程 伟

(西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710129)

0 引言

可见光通信(visible light communication, VLC)结合了通信和照明技术，在过去十年中受到越来越多研究者的关注。与传统的射频(radio frequency, RF)技术相比，它具有实施成本低和频谱源丰富等优势[1-3]。尽管前景广阔，但由于其广播特性，VLC系统实际的部署仍然面临安全问题的挑战。最近，物理层安全(physical layer security, PLS)已经成为一种有前途的技术，可以保护无线通信并补充传统应用层[4-6]上的加密技术。在射频(radio frequency, RF)网络中，近几十年来，研究人员已经对RF系统中的物理层安全问题进行了深入研讨[7-10]。但是，与RF系统相比，VLC系统具有一些不同的特性。例如，VLC通道调制信号是实数且为正值。由于发光二极管(light emitting diode,LED)的线性动态范围有限，VLC系统的信号输入受到峰值幅度约束的限制。因此，在VLC系统中，PLS的一些优化问题值得被重新审视。

多输入单输出(multiple input single output, MISO)和多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)是利用空间复用增益来增强VLC系统安全性能[11-15]。在室内使用多个LED阵列并且形成MISO传输是很自然的，因为它可以保证房间内照明充分且均匀。文献[11]利用波束成形的方法，求解多输入单输出多窃听者(multiple input single output multiple eavesdroppers, MISOME)信道的可达保密速率，并且仿真结果表明：迫零(zero-forcing, ZF)是近乎最优的安全传输策略。文献[14]提出了一种预编码方案，旨在增强最大化受峰值幅度约束的多用户MISO VLC广播信道的保密性能，数值结果表明：该方案优于常规的ZF预编码。文献[15]在采用同步光信号和功率传输技术的MISO VLC网络中，考虑了保密波束成形设计，在理想信道状态信息(channel statement information, CSI)和有界误差CSI模型下最大化保密速率。……