引用本文:
张亚娟,边亚红,郑英昊. 基于MIMO室内可见光通信系统最大化保密速率分析[J]. 光通信技术,2022,46(2):51-55.
张亚娟1,边亚红1,郑英昊2*
(1.中国联合网络通信有限公司 河北省分公司,石家庄 050035; 2.华北电力大学 电子与通信工程系,河北 保定 071003)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:可见光通信(VLC)物理层安全研究对于VLC的商用化和普及有着重要的作用。以一个多输入多输出(MIMO)室内VLC系统为模型,先分别推导了窃听者串通和非串通情况下的保密容量下限表达式并进行分析对比,然后针对非串通情况提出了一种最优的波束赋形方案来最大化保密速率,最后进行了数值仿真。仿真结果表明:非串通情况下的保密容量优于串通情况,窃听者的数量仅对串通情况下的保密容量有影响。
关键词:可见光通信;多窃听者;串通;非串通;保密容量
中图分类号:TN929.12 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2022)02-0051-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.02.010
0 引言
可见光通信(VLC)是一种新兴的技术,由于其具有高速和部署成本低的优点,在过去十年中引起了人们极大的研究兴趣。与其它无线通信技术相同,VLC链路具有广播性、开放性和不稳定性,再加上安全机制不完善和人们防范意识疏忽,通信系统极易受到非法用户的攻击。物理层安全(PLS)是指借助信道的随机性,在牺牲部分信息速率与带宽的条件下,弱化窃听者(Eve)作为接收端的作用,减少Eve接收到的正确信息,削弱Eve的正确破译能力,从而达到安全传输的效果。因此,如何在保密传输的同时保证较高的传输速率一直是研究者们关注的关键技术。
为了保持线性电流光强度转换和避免剪切失真[1-3],VLC系统对信道输入施加了振幅约束,这使得无界输入(如高斯输入)被禁止。因此,为射频系统开发的PLS方案不能直接应用于VLC系统。于是,一些研究者对PLS技术进行扩展,然后将其应用到VLC系统中。目前,这些PLS扩展应用技术只考虑了单输入单输出(SISO)或多输入单输出(MISO)VLC高斯窃听通道,主要研究工作仍然集中在PLS技术,如波束形成[4-5]和人工噪声[6-8],或者是输入信号的分布[9]。与这些研究方向不同的是,本文将保密容量扩展到多输入多输出(MIMO)的室内VLC高斯窃听系统,研究多Eve情况下Eve之间的状态对VLC系统最大化保密速率的影响,并提出一种最优的波束赋形方案。
5 结束语
本文分析和考虑了在VLC系统中存在多个Eve、Eve之间是否独立情况下的Eve数量对保密速率的影响,得到非串通情况下保密性能优于串通情况且受其数量干扰小;又通过设计最优的波束赋形方案对非串通情况下保密速率进行了最大化。仿真结果表明:本文提出的波束赋形方案性能优于迫零波束赋形方案,但复杂度高于迫零波束赋形方案,能满足更加严格的保密要求。