0 引言

　　作为演进中第五代移动通信技术（5G）以及未来6G的重要潜在候选技术，基于绿色、高能效发光二极管（LED）的可见光通信（VLC）正处于持续的发展和完善之中。VLC具备频谱资源丰富、不受传统电磁干扰、潜在容量大和保密性强等优势[1-5]。不同于传统射频无线信号，可见光信号不会穿过房间墙壁传播到室外，因而客观上具备更高的安全性。但是，由于VLC自身广播式的传输覆盖特性，对于房间内潜在的窃听行为，VLC同样需要面对保密信息被非法拦截的严峻挑战[6-10]。为此，研究人员将物理层安全技术引入VLC研究领域，以期在物理层构筑VLC的首道信息安全屏障。截至目前，以空间迫零、人工加扰和波束成形等为代表的物理层安全技术已经展现出优良的保密传输增益特性[11-13]。但上述技术方案仍然局限于朗伯光波束的技术范式，对商用LED光源多样化的非朗伯波束特性缺少充分的考虑[11-13]。另外，现有保密VLC方案高度依赖分布式光源配置，在此类配置下，根据分布式光源阵列到保密用户与窃听者之间差异化的信道增益矢量，可以为每个分布式发射器设定关联的发射权值。全部发射权值所构造的权值矢量由窃听者信道矢量的零空间组成。一般来说，只要保密用户和窃听者彼此空间位置不满足高度相邻，两者的信道矢量就会有显著差异。因此，在发射器权值配置下，窃听者所捕获的来自不同分布式发射器的保密可见光信号叠加后相互抵消，但保密用户捕获的来自不同发射器的信号叠加后仍然得到保留，从而增强保密速率。在单光源也就是单发射器场景下，原有的信道矢量被缩减至信道标量，因此无法生成所需的零空间。在该标量信道配置下，如果要使窃听者信号接收为零，就需要将权值标量设置为零。但是，该标量设置在将窃听者接收迫零（等效于不发送任何保密数据流，直到对LED发射器加载直流驱动点亮）的同时，也不可避免地强制保密用户接收迫零。因此，上述方案仅能适用于具有多个分布式LED光源发射器的场景，难以直接匹配仅有单一光源发射器的众多室内场景。

　　与此同时，一些研究工作已经初步探索借助光波束的多样性来弥补发射器数量的不足 [14-17]。但是，对于VLC物理层安全这一重要分支研究领域，关于LED光波束维度可提供的潜在增益特性的研究还较少。综合上述分析，不同于传统基于朗伯光波束的静态配置方案，本文提出一种包含非朗伯波束的动态光波束配置方案，以期提升保密传输表现。

3 结束语

　　针对已有保密VLC方案过度聚焦分布式多光源场景，难以适用于仅有单光源场景的局限性，本文提出了基于垂直光波束选择的VLC物理层安全表现增强方法。该方法能够充分利用候选光波束之间空间辐射特性的显著差异性，根据保密用户和窃听者的空间位置信息，将保密信息动态地加载到能为用户提供最大保密传输容量的候选光波束。在典型的单光源场景中，与传统静态朗伯光波束配置相比，本文提出的方法可以将平均保密容量从3.54 b·s-1·Hz-1提升至6.57 b·s-1·Hz-1，保密容量低于4 b·s-1·Hz-1的空间接收位置占比从初始配置的56%改善至19.3%。因此，所提方法可以显著降低保密相对弱覆盖位置的整体占比。