可见光通信的物理层安全优化与加密技术
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构建室内 MISO VLC 系统，具体包含发射器、合 法者、窃听者（k 个）。在系统的组成中，发射器包 含 Nt 个 LED，可以作为发射天线；合法者和窃听者 均对应有特定的光电二极管，可以高效接收传输的 信号。合法者和窃听者各自的信道增益分别视为 h、 gk（k ∈ R）。若存在窃听者，则会及时触发 LED，
即 CSI 误差模型下的 V发L射C功系率/统MW在此方面的性能表现 1.0
更佳0.9[5-10]。CSI 误差模型优化问题的平均计算时间如
信号强度/dB保密速率（bits/s/Hz）
作的复杂度较低，可以高效实现，但存在精度不足的 问题，即根据结果难以准确估计实际性能。
借助概率模型来描述误差。其可以寻找到应用 效果较佳的解决方案，可行性较高，在延迟敏感的通 信设备中具有可行性，也可以应用于对安全波束形成
收稿日期：2021-03-10 作者简介：符安文（1989-），女，四川成都人，博士，主 要研究方向为基于分布式点对点智能合约、大数据流分布 式算法以及点对点加密通信。
LED 将数据快速传递给合法者，以便掌握具体情况。 系统模型的组成如图 1 所示。
图 1 室内 MISOVLC 系统模型图
2 概率 CSI 误差模型 2.1 误差模型
Keywords: visible light communication; physical layer; security optimization; encryption technology
1 可见光通信安全约束下的鲁棒优化
1.1 波束成形 现阶段无线通信技术研究中，多天线技术是重
要的研究对象，随着研究的深入，该项技术在无线通 信领域的应用优势正逐步凸显。其中，波束成形为多 天线技术的重要细分技术，其能够有效克服信道衰落， 扩充系统容量，进而提高通信质量 [1-3]。波束成形技 术的应用原理简单来说就是将智能天线与数字信号处 理技术深度融合，充分发挥出多天线的空间自由度优 势，实现对波束成形因子的精细化调整，进而完成对 信号的加权处理操作，一方面可增强信号，另一方面 可削弱干扰信号，保证通信的安全性 [4]。 1.2 室内 MISO VLC 系统的组成
关键词：可见光通信；物理层；安全优化；加密技术
Physical Layer Security Optimization and Encryption Technology for Visible Light Communication
FU Anwen (Xcener Blockchain Technology Co., Ltd., Chengdu 610041, China)
2021 年 4 月 10 日第 38 卷第 7 期
doi：10.19399/ki.tpt.2021.07.039
Telecom Power Technology
Ａｐｒ． １０， ２０２１， Ｖｏｌ．３８ Ｎ化与加密技术
符安文 （成都埃克森尔科技有限公司，四川 成都 610041）
Ａｐｒ． １０， ２０２１， 概Ｖ率ｏCｌS．I３误８差 Ｎ模型ｏ．７
0.1
有界CSI误差模型
CSI 误差模型，可以通过两种方法形成鲁棒安全波束， 度更低01 ，据此0.可2 以对0.4各自的0.6物理0层.8 安全1.性0 能做1.2出判断1.4，
具体如下。 借助有界集对 CSI 误差建模。其应用优势在于操
摘要：可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是解决现有射频通信频谱稀缺问题的关键技术之一。 相对于传统 RF 通信，VLC 具备更好的安全性，但若将其应用于大型公共场所，则容易出现 VLC 链路遭窃听的情况。 基于此，对具体的物理层安全优化与加密技术展开分析，提出一些思路和方法，以达到有效提高通信安全防护水平、 切实保证 VLC 系统的安全性的目的。
误差模型的提出与设计主要是考虑到实际通信 中存在估计误差或量化误差等多种形式的误差，通常 误差模型可分为随即误差模型和确定误差模型。对于
· １２５ ·
保密速率（bits/s/
0.7
0.6
0.5
0.4
完美CSI
0.3
2021 年 4 月 10 日第 38 卷第 7 期
Telecom Power Techn0o.2logy
Abstract: Visible light communication is a key supplementary technology to solve the problem of scarcity of existing radio frequency communication spectrum. Relying on the line-of-sight link is significantly better than traditional RF communication. But what needs to be considered is that the VLC channel still has a broadcast nature, so if it is used in a large public place, it is prone to eaves dropping on the VLC link. Based on this, the specific physical layer security optimization and encryption technology are analyzed, and some ideas and methods are put forward to achieve the purpose of effectively improving the level of communication security protection and effectively ensuring the security of the VLC system.
即 CSI 误差模型下的 V发L射C功系率/统MW在此方面的性能表现 1.0
更佳0.9[5-10]。CSI 误差模型优化问题的平均计算时间如
信号强度/dB保密速率（bits/s/Hz）
作的复杂度较低，可以高效实现，但存在精度不足的 问题，即根据结果难以准确估计实际性能。
借助概率模型来描述误差。其可以寻找到应用 效果较佳的解决方案，可行性较高，在延迟敏感的通 信设备中具有可行性，也可以应用于对安全波束形成
收稿日期：2021-03-10 作者简介：符安文（1989-），女，四川成都人，博士，主 要研究方向为基于分布式点对点智能合约、大数据流分布 式算法以及点对点加密通信。
LED 将数据快速传递给合法者，以便掌握具体情况。 系统模型的组成如图 1 所示。
图 1 室内 MISOVLC 系统模型图
2 概率 CSI 误差模型 2.1 误差模型
Keywords: visible light communication; physical layer; security optimization; encryption technology
1 可见光通信安全约束下的鲁棒优化
1.1 波束成形 现阶段无线通信技术研究中，多天线技术是重
要的研究对象，随着研究的深入，该项技术在无线通 信领域的应用优势正逐步凸显。其中，波束成形为多 天线技术的重要细分技术，其能够有效克服信道衰落， 扩充系统容量，进而提高通信质量 [1-3]。波束成形技 术的应用原理简单来说就是将智能天线与数字信号处 理技术深度融合，充分发挥出多天线的空间自由度优 势，实现对波束成形因子的精细化调整，进而完成对 信号的加权处理操作，一方面可增强信号，另一方面 可削弱干扰信号，保证通信的安全性 [4]。 1.2 室内 MISO VLC 系统的组成
关键词：可见光通信；物理层；安全优化；加密技术
Physical Layer Security Optimization and Encryption Technology for Visible Light Communication
FU Anwen (Xcener Blockchain Technology Co., Ltd., Chengdu 610041, China)
2021 年 4 月 10 日第 38 卷第 7 期
doi：10.19399/ki.tpt.2021.07.039
Telecom Power Technology
Ａｐｒ． １０， ２０２１， Ｖｏｌ．３８ Ｎ化与加密技术
符安文 （成都埃克森尔科技有限公司，四川 成都 610041）
Ａｐｒ． １０， ２０２１， 概Ｖ率ｏCｌS．I３误８差 Ｎ模型ｏ．７
0.1
有界CSI误差模型
CSI 误差模型，可以通过两种方法形成鲁棒安全波束， 度更低01 ，据此0.可2 以对0.4各自的0.6物理0层.8 安全1.性0 能做1.2出判断1.4，
具体如下。 借助有界集对 CSI 误差建模。其应用优势在于操
摘要：可见光通信（Visible Light Communication，VLC）是解决现有射频通信频谱稀缺问题的关键技术之一。 相对于传统 RF 通信，VLC 具备更好的安全性，但若将其应用于大型公共场所，则容易出现 VLC 链路遭窃听的情况。 基于此，对具体的物理层安全优化与加密技术展开分析，提出一些思路和方法，以达到有效提高通信安全防护水平、 切实保证 VLC 系统的安全性的目的。
误差模型的提出与设计主要是考虑到实际通信 中存在估计误差或量化误差等多种形式的误差，通常 误差模型可分为随即误差模型和确定误差模型。对于
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保密速率（bits/s/
0.7
0.6
0.5
0.4
完美CSI
0.3
2021 年 4 月 10 日第 38 卷第 7 期
Telecom Power Techn0o.2logy
Abstract: Visible light communication is a key supplementary technology to solve the problem of scarcity of existing radio frequency communication spectrum. Relying on the line-of-sight link is significantly better than traditional RF communication. But what needs to be considered is that the VLC channel still has a broadcast nature, so if it is used in a large public place, it is prone to eaves dropping on the VLC link. Based on this, the specific physical layer security optimization and encryption technology are analyzed, and some ideas and methods are put forward to achieve the purpose of effectively improving the level of communication security protection and effectively ensuring the security of the VLC system.