异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可见光通信技术领域，是一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统及方法，包括可见光接收装置和光源阵列；光源阵列包括多个可见光发射装置，可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束，其中调制数据流中包括保密信息；可见光接收装置，接收调制数据流的非朗伯异构光波束，获得对应的数据流。本发明专利技术根据异构光波束能为可见光通信物理层安全图样综合技术提供全新的空间自由度的特点，借助全新的空间自由度，减少甚至消除传统可见光通信物理层安全图样综合技术对巨大接入点几何站址资源的高度依赖性；并将多种迥异异构非朗伯光源波束的固态商用光源引入到同一光源阵列，使得高度兼容现有天花板发射器几何配置。花板发射器几何配置。花板发射器几何配置。

【技术实现步骤摘要】
异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统及方法


[0001]本专利技术涉及可见光通信
，是一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，可见光通信物理层安全技术方案仍高度关注商用固态光源阵列或者空间分离的单一光源(也就是可见光接入点)作分布式布放的室内场景。在此类场景中，每个光源阵列或者空间分离的单一光源作为一个可见光无线接入点。在此类场景的设计分析中，国际已发表文献通常假设光源阵列或者空间分离的单一光源遵从朗伯空间辐射模型，满足全向对称辐射特性。典型地，2015年加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究人员Ayman Mostafa及Lutz Lampe在公开发表的文献“Pattern Synthesis of Massive LED Arrays for Secure Visible Light Communication Links”一文中，提出将借助布放于天花板上的大规模LED光源阵列来实现光波束图样综合。
[0003]上该方式的灵活性仍然伴随着基础性约束。一方面，此类方案必须依赖天花板上布放众多波束同构的分布式低功率LED光源，换言之借助巨大数量的光源站址数量来提供图样综合所需的空间自由度；另一方面，此类方案仅仅支持网格，特别是密集网格状的光源布放范式，并未涉及蜂窝状、随机几何状等更为灵活的光源布放配置；此外，上述该方式仍局限于传统的朗伯，特别是低功率朗伯光源，因此所有光源波束属于同构光波束。由于对应光波束之间的同构性，无法在波束维度提供足够的空间设计自由度，因此必须借助天花板上大量的可见光通信站址资源来满足图样综合技术对于空间设计自由度的刚性需求。一旦应用场景不具备上述充裕的可用站址资源(或者可用站址资源严重受限)，对应的空间设计自由度必然被大幅度降低，现有的基于辐射图样综合的保密可见光通信表现必然会大幅度劣化，难以满足对窃听用户全部潜在位置保密信号的最小衰减水平。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统及方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决基使用同构的朗伯光源的于辐射图样综合的保密可见光通信方案存在的空间设计自由度与可用站址资源依赖程度高，在可用站址资源受限时，易造成空间设计自由度大幅度降低的问题。
[0005]本专利技术的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统，包括可见光接收装置和光源阵列；
[0006]光源阵列包括多个可见光发射装置，可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束，其中调制数据流中包括保密信息；
[0007]可见光接收装置，接收调制数据流的非朗伯异构光波束，获得对应的数据流。
[0008]下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：
[0009]上述可见光发射装置包括预编码器、第一调节单元、直流偏置器、第二调节单元、
前置补偿器和光源；
[0010]预编码器，对数据流进行编码，其中数据流中包括保密信息；
[0011]第一调节单元，通过波束缩放矢量对编码后的数据流进行调制，获得调制数据流矢量；
[0012]直流偏置器，生成直流偏置电流；
[0013]第二调节单元，将调制数据流矢量叠加在直流偏置电流上，获得加载有调制数据流的电信号；
[0014]前置补偿器，对加载有调制数据流的电信号进行补偿；
[0015]光源，发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束。
[0016]上述第一调节单元包括参数设置模块和乘法处理模块；
[0017]参数设置模块，生成及输出波束缩放矢量；
[0018]乘法处理模块，将编码后的数据流与波束缩放矢量相乘，获得调制数据流矢量。
[0019]上述可见光接收装置包括光波束接收单元、放大单元和解码器；
[0020]光波束接收单元，接收携带调制数据流的非朗伯异构光波束，并转换为携带调制数据流的电信号；
[0021]放大单元，对携带调制数据流的电信号进行放大；
[0022]解码器，获取调制数据流，并进行解码，输出对应的数据流。
[0023]本专利技术的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合方法，包括：
[0024]各个可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束；
[0025]可见光接收装置接收调制数据流的非朗伯异构光波束，转换、放大及解码后获得对应的数据流。
[0026]下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：
[0027]上述可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束，包括：
[0028]通过预编码器对数据流进行编码，其中数据流中包括保密信息；
[0029]经参数设置模块生成及输出波束缩放矢量，再由乘法处理模块将编码后的数据流与波束缩放矢量相乘，获得调制数据流矢量；
[0030]直流偏置器生成直流偏置电流，第二调节单元将调制数据流矢量叠加在直流偏置电流上，获得加载有调制数据流的电信号；
[0031]加载有调制数据流的电信号由前置补偿器进行补偿后，光源发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束。
[0032]上述可见光接收装置接收调制数据流的非朗伯异构光波束，转换、放大及解码后获得对应的数据流，包括：
[0033]光波束接收单元接收携带调制数据流的非朗伯异构光波束，并将携带调制数据流的非朗伯异构光波束转换为携带调制数据流的电信号；
[0034]通过放大单元对携带调制数据流的电信号进行放大；
[0035]解码器获得调制数据流，并进行解码，输出对应的数据流。
[0036]上述放大后的携带调制数据流的电信号如下所示：
[0037][0038]其中，为h
J
的转置，h
j
为视线信道增益矢量；w
j
为波束缩放矢量；s(t)为可见光发射装置发射的保密信息；n(t)为可见光接收装置所捕获的信号噪声。
[0039]上述视线信道增益矢量如下所示：
[0040][0041]其中，J为可见光发射装置的数量；N
B
为同一可见光发射装置中非朗伯异构光波束的数量；
[0042]其中，为第j个可见光发射装置的第i类光波束到接收平面上任意接收位置的视线信道增益，具体如下所示：
[0043][0044]其中，为第j个可见光发射装置的第i类光波束的总和发射功率；A
R
为目标用户的光波束接收单元的探测面积；为第j个可见光发射装置的第i类光波束与目标用户的光波束接收单元之间的LOS距离；θ为光波束相对当前可见光发射装置法向的出射俯仰角；φ为光波束相对当前可见光发射装置法向的出射方位角；为在(θ，φ)空间方向上当前第j个可见光发射装置中第i类光波束的辐射强度；γ为光波束在目标用户的光波束接收单元上的入射角；Υ
FOV
为目标用户的光波束接收单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统，其特征在于，包括可见光接收装置和光源阵列；光源阵列包括多个可见光发射装置，可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束，其中调制数据流中包括保密信息；可见光接收装置，接收调制数据流的非朗伯异构光波束，获得对应的数据流。2.根据权利要求1所述的异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统，其特征在于，所述可见光发射装置包括预编码器、第一调节单元、直流偏置器、第二调节单元、前置补偿器和光源；预编码器，对数据流进行编码，其中数据流中包括保密信息；第一调节单元，通过波束缩放矢量对编码后的数据流进行调制，获得调制数据流矢量；直流偏置器，生成直流偏置电流；第二调节单元，将调制数据流矢量叠加在直流偏置电流上，获得加载有调制数据流的电信号；前置补偿器，对加载有调制数据流的电信号进行补偿；光源，发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束。3.根据权利要求2所述的异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统，其特征在于，所述第一调节单元包括参数设置模块和乘法处理模块；参数设置模块，生成及输出波束缩放矢量；乘法处理模块，将编码后的数据流与波束缩放矢量相乘，获得调制数据流矢量。4.根据权利要求1或2或3所述的异构光波束可见光通信物理层安全图样综合系统，其特征在于，所述可见光接收装置包括光波束接收单元、放大单元和解码器；光波束接收单元，接收携带调制数据流的非朗伯异构光波束，并转换为携带调制数据流的电信号；放大单元，对携带调制数据流的电信号进行放大；解码器，获取调制数据流，并进行解码，输出对应的数据流。5.一种异构光波束可见光通信物理层安全图样综合方法，其特征在于，包括：各个可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束；可见光接收装置接收调制数据流的非朗伯异构光波束，转换、放大及解码后获得对应的数据流。6.根据权利要求5所述的异构光波束可见光通信物理层安全图样综合方法，其特征在于，所述可见光发射装置发射携带调制数据流的非朗伯异构光波束，包括：通过预编码器对数据流进行编码，其中数据流中包括保密信息；经参数设置模块生成及输出波束缩放矢量，再由乘法处理模块将编码后的数据流与波束缩放矢量相乘，获得调制数据流矢量；直流偏置器生成直流偏置电流，第二调节单元将调制数据流矢量叠加在直流偏置电流上，获得加载有调制数据流的电信号；加载有调制数据流的电信号由前置补偿器进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁举鹏，易芝玲，赵楷，张琳琳，王丽丽，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：