人工噪聲與OFDM協(xié)同增強(qiáng)可見光通信物理層安全的策略與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，無線通信技術(shù)已成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G乃至未來6G通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)無線通信的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)如射頻通信，正面臨著諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其中，頻譜資源日益匱乏是一個(gè)突出問題，有限的射頻頻譜難以滿足不斷涌現(xiàn)的各類通信需求，導(dǎo)致信號(hào)干擾加劇，通信質(zhì)量下降。此外，射頻信號(hào)的傳播特性使其容易受到干擾，且存在信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)，這在對(duì)信息安全要求極高的場(chǎng)景中，如軍事通信、金融交易等，構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患。因此，尋找一種能夠突破這些限制的新型無線通信技術(shù)，成為了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)?？梢姽馔ㄐ牛╒isibleLightCommunication，VLC）作為一種極具潛力的新興無線通信技術(shù)，應(yīng)運(yùn)而生。它利用可見光波段（380-780nm）的光作為信息載體，在空氣中直接傳輸光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信息的無線傳輸?？梢姽馔ㄐ啪哂斜姸囡@著優(yōu)勢(shì)，使其在未來通信領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。從頻譜資源角度來看，可見光通信的頻譜資源極為豐富，其帶寬高達(dá)400THz，這是傳統(tǒng)射頻通信頻譜資源無法比擬的。豐富的頻譜資源意味著可見光通信能夠提供更多的可用頻段，有效緩解當(dāng)前頻譜資源緊張的困境，減少信號(hào)擁堵，為高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在傳輸速率方面，可見光通信具有高速率傳輸?shù)臐摿?。理論上，其傳輸速率可達(dá)到數(shù)十Gbps，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)無線通信技術(shù)。這使得可見光通信在諸如高清視頻傳輸、大數(shù)據(jù)文件下載等對(duì)傳輸速率要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橛脩魩砀恿鲿?、高效的通信體驗(yàn)。安全性是可見光通信的又一突出優(yōu)勢(shì)。由于光波的傳播特性，可見光信號(hào)在傳播過程中不易受到電磁干擾，且不能穿透不透明物體。這一特性使得可見光通信在通信過程中能夠有效防止信息泄露，為對(duì)信息安全要求嚴(yán)格的場(chǎng)景，如軍事、金融、政府等領(lǐng)域，提供了可靠的通信安全保障。同時(shí)，可見光通信不使用無線電波，不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，對(duì)人類和動(dòng)物的健康無害，這在一些對(duì)健康關(guān)注度較高的場(chǎng)所，如醫(yī)院、學(xué)校、家庭等，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。此外，可見光通信還具有綠色低碳、可實(shí)現(xiàn)近乎零耗能通信的特點(diǎn)，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的追求。在物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市（家庭）、航空、航海、地鐵、高鐵、室內(nèi)導(dǎo)航和井下作業(yè)等眾多領(lǐng)域，可見光通信都展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用潛力，有望帶來創(chuàng)新的應(yīng)用和價(jià)值體驗(yàn)。在航空領(lǐng)域，由于飛機(jī)上對(duì)電磁干擾的嚴(yán)格限制，可見光通信可以為乘客提供更加安全、穩(wěn)定的機(jī)上通信服務(wù)；在井下作業(yè)環(huán)境中，可見光通信能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的通信和數(shù)據(jù)傳輸，提升工作效率，保障作業(yè)安全。然而，如同任何新興技術(shù)一樣，可見光通信也面臨著一系列挑戰(zhàn)。在物理層安全方面，盡管可見光通信本身具有一定的安全性優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍然存在被竊聽和干擾的風(fēng)險(xiǎn)。攻擊者可以通過一些手段，如使用高靈敏度的光探測(cè)器，竊取可見光通信中的信息；或者通過發(fā)射干擾光信號(hào)，破壞通信的正常進(jìn)行。因此，如何進(jìn)一步增強(qiáng)可見光通信的物理層安全性，成為了亟待解決的關(guān)鍵問題。在這樣的背景下，人工噪聲（ArtificialNoise，AN）和正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用為解決可見光通信物理層安全問題提供了新的思路。人工噪聲技術(shù)通過在發(fā)送端向信號(hào)中注入精心設(shè)計(jì)的噪聲信號(hào)，使得竊聽者難以從混合信號(hào)中提取有用信息，從而有效降低竊聽風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)通信的保密性。而OFDM技術(shù)則是將高速數(shù)據(jù)流分割成多個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制到多個(gè)相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸。這種技術(shù)具有出色的抗多徑衰落和抗頻率選擇性衰落能力，能夠有效提高通信系統(tǒng)的可靠性和傳輸效率。在可見光通信中，多徑衰落和頻率選擇性衰落會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和傳輸錯(cuò)誤，而OFDM技術(shù)能夠通過將信號(hào)分散到多個(gè)子載波上，降低這些衰落對(duì)信號(hào)的影響，確保信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。將人工噪聲和OFDM技術(shù)協(xié)同應(yīng)用于可見光通信中，具有重要的研究意義。通過兩者的結(jié)合，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可見光通信物理層安全性和傳輸性能的雙重提升。一方面，人工噪聲可以在OFDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步干擾竊聽者的接收，使得竊聽者即使接收到信號(hào)，也難以從中獲取有用信息；另一方面，OFDM技術(shù)的抗衰落能力可以保證人工噪聲和通信信號(hào)在復(fù)雜的信道環(huán)境中穩(wěn)定傳輸，提高系統(tǒng)的整體性能。這種協(xié)同應(yīng)用不僅能夠滿足當(dāng)前對(duì)可見光通信安全和性能的需求，還為未來可見光通信技術(shù)在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過深入研究人工噪聲和OFDM技術(shù)在可見光通信中的協(xié)同工作機(jī)制，可以為可見光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論支持，推動(dòng)可見光通信技術(shù)的不斷發(fā)展和完善。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在可見光通信物理層安全領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了大量研究工作。隨著可見光通信技術(shù)逐漸從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用，其安全問題受到了廣泛關(guān)注。在國(guó)外，一些研究聚焦于利用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)提升可見光通信的物理層安全性能。例如，有研究通過構(gòu)建MIMO室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)模型，深入推導(dǎo)了竊聽者串通和非串通情況下的保密容量下限表達(dá)式，并對(duì)兩種情況進(jìn)行了細(xì)致分析對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)，在非串通情況下，系統(tǒng)的保密容量表現(xiàn)更優(yōu)，且竊聽者數(shù)量?jī)H對(duì)串通情況下的保密容量產(chǎn)生影響。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)非串通情況提出了一種最優(yōu)的波束賦形方案，以最大化保密速率，通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了該方案的有效性。國(guó)內(nèi)也有不少研究致力于可見光通信物理層安全的提升。有研究提出基于液晶可重構(gòu)智能表面（LC-RIS）輔助的VLC系統(tǒng)物理安全方法，在傳統(tǒng)的VLC系統(tǒng)接收端引入折射率可控的LC-RIS，通過外加電場(chǎng)對(duì)入射光鏈路折射率進(jìn)行調(diào)控，增加合法信道與竊聽信道之間的差異性，從而提高VLC系統(tǒng)的可達(dá)安全傳輸速率。仿真結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的VLC系統(tǒng)，該方法使系統(tǒng)的可達(dá)安全傳輸速率提升了1bit/（channeluse），有效增強(qiáng)了通信的安全性能，且基于粒子群（PSO）算法的LC-RIS折射率優(yōu)化算法具有良好的魯棒性。人工噪聲技術(shù)在提升通信系統(tǒng)物理層安全性方面展現(xiàn)出重要作用，在可見光通信領(lǐng)域也得到了廣泛研究。國(guó)外有團(tuán)隊(duì)深入研究了在可見光通信系統(tǒng)中巧妙引入人工噪聲的方法，通過精心設(shè)計(jì)人工噪聲信號(hào)，使其在干擾竊聽者接收的同時(shí)，盡可能減少對(duì)合法接收端的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法能夠顯著提高系統(tǒng)的保密性能，有效降低竊聽風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)研究人員則從信號(hào)處理的角度出發(fā)，提出了一種基于濾波器和人工噪聲的設(shè)計(jì)方法，用于增強(qiáng)OFDM系統(tǒng)的物理層安全性。在發(fā)送端，采用低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，抑制高頻成分，使竊聽者難以監(jiān)聽到信號(hào)細(xì)節(jié)；同時(shí)添加高功率的高斯白噪聲作為人工噪聲，混淆竊聽者的監(jiān)聽過程。在接收端，利用帶通濾波器選擇性地傳遞感興趣的頻率成分，減少干擾信號(hào)影響，并通過逆濾波器抑制人工噪聲，提取原始信號(hào)有效信息。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法能有效抵抗竊聽和干擾攻擊，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。OFDM技術(shù)憑借其出色的抗多徑衰落和抗頻率選擇性衰落能力，在可見光通信中得到了廣泛應(yīng)用和深入研究。國(guó)外有研究針對(duì)OFDM系統(tǒng)在可見光通信中的同步問題進(jìn)行了研究，提出了基于導(dǎo)頻序列和周期延遲的載波頻率偏移估計(jì)方法，以及基于導(dǎo)頻序列和時(shí)頻域搜索的相位同步方法，有效提高了OFDM信號(hào)在復(fù)雜信道環(huán)境下的同步性能，確保了信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。國(guó)內(nèi)的研究人員則關(guān)注OFDM系統(tǒng)在可見光通信中的信道估計(jì)和均衡技術(shù)。通過深入研究可見光通信信道的特性，提出了基于最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則的信道估計(jì)方法，以及基于迫零（ZF）和最小均方誤差（MMSE）的均衡算法，有效降低了信道衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀岣吡讼到y(tǒng)的傳輸可靠性和通信質(zhì)量。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦于人工噪聲和OFDM在可見光通信物理層安全中的應(yīng)用，具體研究?jī)?nèi)容如下：可見光通信系統(tǒng)及物理層安全理論分析：深入剖析可見光通信系統(tǒng)的工作原理，包括光源調(diào)制、信號(hào)傳輸和接收解調(diào)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。詳細(xì)闡述物理層安全的基本概念，如保密容量、竊聽信道模型等，為后續(xù)研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。研究可見光通信系統(tǒng)的信道特性，分析多徑衰落、環(huán)境光干擾等因素對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀接懭绾瓮ㄟ^合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和信號(hào)處理方法來降低這些因素的干擾，提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。人工噪聲增強(qiáng)可見光通信物理層安全研究：研究人工噪聲的生成機(jī)制，通過理論推導(dǎo)和仿真分析，確定最優(yōu)的人工噪聲注入位置和功率分配方案，使其在有效干擾竊聽者的同時(shí)，對(duì)合法接收端的影響最小。分析人工噪聲對(duì)竊聽者接收信號(hào)的干擾效果，研究竊聽者在面對(duì)人工噪聲干擾時(shí)的信號(hào)處理難度和破解可能性，評(píng)估人工噪聲對(duì)系統(tǒng)保密性能的提升程度。結(jié)合可見光通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究如何將人工噪聲與其他安全技術(shù)（如加密、認(rèn)證等）相結(jié)合，形成多層次的安全防護(hù)體系，進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。OFDM技術(shù)在可見光通信中的應(yīng)用研究：探討OFDM技術(shù)在可見光通信中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，研究OFDM信號(hào)在可見光信道中的傳輸特性，分析多徑衰落、頻率選擇性衰落等因素對(duì)OFDM信號(hào)的影響，提出相應(yīng)的補(bǔ)償和優(yōu)化措施，如信道估計(jì)、均衡技術(shù)等，以提高OFDM信號(hào)的傳輸可靠性。研究OFDM系統(tǒng)在可見光通信中的同步技術(shù)，包括符號(hào)同步、載波同步等，分析同步誤差對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提出有效的同步算法和實(shí)現(xiàn)方案，確保OFDM信號(hào)在接收端能夠準(zhǔn)確同步，提高系統(tǒng)的解調(diào)準(zhǔn)確性。人工噪聲與OFDM協(xié)同提升可見光通信物理層安全研究：分析人工噪聲與OFDM技術(shù)協(xié)同工作的原理和機(jī)制，研究如何在OFDM系統(tǒng)中合理引入人工噪聲，使兩者相互配合，共同提升可見光通信的物理層安全性。通過仿真和實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析單獨(dú)使用人工噪聲、單獨(dú)使用OFDM技術(shù)以及兩者協(xié)同使用時(shí)，系統(tǒng)在保密性能、傳輸可靠性等方面的性能差異，評(píng)估協(xié)同方案的優(yōu)勢(shì)和效果。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)化人工噪聲與OFDM協(xié)同的系統(tǒng)參數(shù)和算法，提高系統(tǒng)的實(shí)用性和適應(yīng)性，為可見光通信的實(shí)際應(yīng)用提供可行的解決方案。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用以下研究方法：理論分析：運(yùn)用通信原理、信息論、信號(hào)處理等相關(guān)理論，對(duì)可見光通信系統(tǒng)、人工噪聲技術(shù)、OFDM技術(shù)以及它們?cè)谖锢韺影踩械膽?yīng)用進(jìn)行深入的理論推導(dǎo)和分析。通過建立數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)，如保密容量、誤碼率、傳輸速率等，從理論層面揭示人工噪聲和OFDM技術(shù)協(xié)同提升可見光通信物理層安全性的內(nèi)在機(jī)制。在研究人工噪聲對(duì)竊聽者的干擾效果時(shí)，運(yùn)用信息論中的相關(guān)理論，推導(dǎo)竊聽者在接收帶有人工噪聲信號(hào)時(shí)的信息熵變化，從而評(píng)估人工噪聲對(duì)竊聽者獲取信息的干擾程度。在分析OFDM技術(shù)在可見光通信中的應(yīng)用時(shí)，運(yùn)用信號(hào)處理理論，研究OFDM信號(hào)在多徑衰落信道中的傳輸特性，推導(dǎo)信道估計(jì)和均衡算法的原理和性能。仿真實(shí)驗(yàn)：利用MATLAB、OptiSystem等仿真軟件，搭建可見光通信系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，對(duì)人工噪聲和OFDM技術(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過設(shè)置不同的仿真參數(shù)，如信道條件、人工噪聲功率、OFDM子載波數(shù)量等，模擬不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面評(píng)估。通過仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論分析的結(jié)果，對(duì)比不同方案的性能優(yōu)劣，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在研究人工噪聲與OFDM協(xié)同方案時(shí)，通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比不同人工噪聲注入方式和OFDM參數(shù)設(shè)置下系統(tǒng)的保密容量和誤碼率，找出最優(yōu)的協(xié)同方案。案例研究：結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，如室內(nèi)通信、智能交通等，對(duì)可見光通信系統(tǒng)進(jìn)行案例研究。分析實(shí)際場(chǎng)景中存在的安全威脅和通信需求，將人工噪聲和OFDM技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際案例中，驗(yàn)證其在實(shí)際環(huán)境中的可行性和有效性。通過案例研究，總結(jié)實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的問題和挑戰(zhàn)，提出針對(duì)性的解決方案，為可見光通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。在室內(nèi)通信場(chǎng)景中，考慮到室內(nèi)環(huán)境中存在的多徑反射、人員移動(dòng)等因素，研究人工噪聲和OFDM技術(shù)如何適應(yīng)這些復(fù)雜環(huán)境，保障通信的安全和穩(wěn)定。二、可見光通信與物理層安全基礎(chǔ)2.1可見光通信系統(tǒng)概述可見光通信系統(tǒng)主要由發(fā)射端、傳輸信道和接收端三大部分組成。在發(fā)射端，信息源產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信號(hào)，如語(yǔ)音、圖像、文本等，首先經(jīng)過信源編碼，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和編碼，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?。例如，?duì)于圖像數(shù)據(jù)，常用的信源編碼算法如JPEG算法，能夠去除圖像中的冗余信息，減小數(shù)據(jù)量。經(jīng)過信源編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)接著進(jìn)入信道編碼環(huán)節(jié)，信道編碼的目的是在數(shù)據(jù)中添加冗余信息，如奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）等，以便在接收端能夠檢測(cè)和糾正傳輸過程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。隨后，信號(hào)被送入調(diào)制器，調(diào)制器根據(jù)系統(tǒng)采用的調(diào)制方式，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在可見光信道中傳輸?shù)墓庑盘?hào)。常見的調(diào)制方式包括開關(guān)鍵控（OOK）、脈沖幅度調(diào)制（PAM）、正交頻分復(fù)用（OFDM）等。以O(shè)OK調(diào)制為例，它通過控制光源的亮滅來表示數(shù)字信號(hào)的“0”和“1”，簡(jiǎn)單直觀，易于實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過調(diào)制的光信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）或激光二極管（LD）等光源，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射出去。光信號(hào)在傳輸信道中傳播，可見光通信的傳輸信道主要是空氣。在室內(nèi)環(huán)境中，光信號(hào)會(huì)受到多種因素的影響。多徑效應(yīng)是一個(gè)重要因素，由于室內(nèi)存在各種物體，如墻壁、家具等，光信號(hào)會(huì)在這些物體表面發(fā)生反射，從而產(chǎn)生多條傳輸路徑。這些不同路徑的光信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間和強(qiáng)度不同，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展和衰落，進(jìn)而產(chǎn)生碼間干擾（ISI），影響信號(hào)的正確接收。環(huán)境光干擾也是不可忽視的問題，室內(nèi)的自然光線以及其他非通信光源發(fā)出的光，會(huì)與通信光信號(hào)疊加，增加噪聲，降低信號(hào)的信噪比，影響通信質(zhì)量。在室外環(huán)境中，光信號(hào)還會(huì)受到天氣條件的影響，如雨天、霧天、沙塵天氣等，這些惡劣天氣會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的衰減加劇，傳播距離縮短，甚至可能使通信中斷。在接收端，首先由光電探測(cè)器（PD）將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光電探測(cè)器通常采用PIN光電二極管或雪崩光電二極管（APD）等。PIN光電二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度較快；APD則具有較高的增益，能夠提高接收靈敏度，但噪聲也相對(duì)較大。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器進(jìn)行放大，以提高信號(hào)的幅度，滿足后續(xù)處理的要求。接著，信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)器根據(jù)發(fā)射端采用的調(diào)制方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始的數(shù)字信號(hào)。例如，對(duì)于OFDM調(diào)制的信號(hào)，接收端需要進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）等操作，將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)，并去除循環(huán)前綴等，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的解調(diào)。解調(diào)后的信號(hào)再經(jīng)過信道譯碼和信源譯碼，去除信道編碼添加的冗余信息，還原出原始的數(shù)據(jù)信號(hào)，最終傳送給用戶終端設(shè)備?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用潛力。在室內(nèi)通信領(lǐng)域，它可以為家庭、辦公室等環(huán)境提供高速、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)連接。在家庭中，用戶可以通過可見光通信技術(shù)，利用室內(nèi)的LED照明燈具實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高速上網(wǎng)，如智能電視、平板電腦、手機(jī)等設(shè)備在燈光下即可快速連接網(wǎng)絡(luò)，流暢地觀看高清視頻、進(jìn)行在線游戲等，無需擔(dān)心WiFi信號(hào)不穩(wěn)定或信號(hào)死角的問題。在辦公室中，可見光通信可以滿足大量辦公設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)需求，提高辦公效率。在智能交通領(lǐng)域，可見光通信也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在車輛與車輛之間（V2V）以及車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間（V2I）的通信中，可見光通信可以利用車輛的前大燈、尾燈等作為信號(hào)發(fā)射源，實(shí)現(xiàn)車輛之間的信息交互和車輛與交通設(shè)施的通信。例如，車輛可以通過可見光通信向周圍車輛發(fā)送自身的行駛速度、位置、行駛方向等信息，避免交通事故的發(fā)生；交通信號(hào)燈可以通過可見光通信向車輛發(fā)送實(shí)時(shí)的交通信息，如綠燈剩余時(shí)間、擁堵情況等，幫助駕駛員合理規(guī)劃行駛路線，提高交通效率。然而，可見光通信在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。從技術(shù)層面來看，目前可見光通信的傳輸距離相對(duì)較短，一般在幾十米以內(nèi)，這限制了其在一些遠(yuǎn)距離通信場(chǎng)景中的應(yīng)用。例如，在室外大面積的園區(qū)通信中，需要多個(gè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)全覆蓋，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。傳輸速率方面，雖然理論上可見光通信具有高速率傳輸?shù)臐摿?，但在?shí)際應(yīng)用中，受到光源調(diào)制帶寬、信號(hào)處理能力等因素的限制，目前的實(shí)際傳輸速率還無法滿足一些對(duì)高速率要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景，如虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、超高清視頻實(shí)時(shí)傳輸?shù)?。信?hào)的穩(wěn)定性也是一個(gè)問題，由于可見光通信易受環(huán)境因素影響，如遮擋、多徑效應(yīng)等，導(dǎo)致信號(hào)容易出現(xiàn)中斷或誤碼，影響通信的可靠性。在市場(chǎng)推廣方面，可見光通信設(shè)備的成本相對(duì)較高，這使得其大規(guī)模普及面臨一定困難。此外，目前可見光通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作還不夠完善，不同廠家的設(shè)備之間兼容性較差，也制約了其市場(chǎng)的發(fā)展。2.2物理層安全理論基礎(chǔ)物理層安全是一種基于通信信道的物理特性來保障通信安全的技術(shù)，其核心思想是利用信道的固有特性，如噪聲、衰落等，使得合法通信雙方能夠在無需復(fù)雜加密算法的情況下，實(shí)現(xiàn)安全可靠的通信。與傳統(tǒng)的加密技術(shù)不同，物理層安全并不依賴于復(fù)雜的密鑰管理和加密算法，而是通過對(duì)信道特性的深入研究和利用，從物理層面上保障通信的安全性。在傳統(tǒng)加密技術(shù)中，密鑰的管理是一個(gè)復(fù)雜且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，一旦密鑰泄露，整個(gè)通信的安全性將受到嚴(yán)重威脅。而物理層安全則利用信道的天然特性，使得竊聽者難以獲取到完整的信息，從而降低了對(duì)密鑰管理的依賴，提高了通信的安全性。物理層安全的理論基礎(chǔ)主要源于信息論。在信息論中，香農(nóng)提出了信道容量的概念，它表示在給定信道條件下，能夠可靠傳輸信息的最大速率。對(duì)于竊聽信道，存在一個(gè)保密容量的概念，它是指在保證信息安全的前提下，合法通信雙方能夠傳輸信息的最大速率。當(dāng)合法通信雙方的傳輸速率低于保密容量時(shí)，理論上可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信，即竊聽者無法從竊聽信號(hào)中獲取任何有用信息。維納竊聽信道模型是研究物理層安全的重要模型之一。在該模型中，假設(shè)存在一個(gè)合法的發(fā)送方、一個(gè)合法的接收方和一個(gè)竊聽者。發(fā)送方通過信道向接收方發(fā)送信息，同時(shí)竊聽者試圖從信道中竊聽信息。信道被分為主信道（合法信道）和竊聽信道，主信道用于合法通信雙方之間的信息傳輸，竊聽信道則用于竊聽者獲取信息。由于信道存在噪聲和衰落等特性，竊聽者接收到的信號(hào)質(zhì)量通常低于合法接收方接收到的信號(hào)質(zhì)量。通過巧妙地利用這些信道特性，合法通信雙方可以采取一些措施，如調(diào)整信號(hào)功率、編碼方式等，來增加竊聽者獲取信息的難度，從而提高通信的安全性。例如，合法發(fā)送方可以根據(jù)主信道和竊聽信道的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)的功率分配，使得在保證接收方能夠正確接收信號(hào)的前提下，盡可能地降低竊聽者接收到的信號(hào)質(zhì)量。保密容量是物理層安全中的一個(gè)關(guān)鍵概念，它衡量了在竊聽環(huán)境下，合法通信雙方能夠?qū)崿F(xiàn)安全通信的最大信息傳輸速率。保密容量的大小取決于主信道和竊聽信道的特性。當(dāng)主信道的信道質(zhì)量?jī)?yōu)于竊聽信道時(shí)，保密容量為正值，這意味著合法通信雙方可以在一定的速率下安全地傳輸信息。而且，主信道與竊聽信道的信道質(zhì)量差異越大，保密容量就越大，通信的安全性也就越高。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如選擇合適的調(diào)制方式、編碼方案，以及利用多天線技術(shù)等，可以改善主信道的性能，同時(shí)降低竊聽者對(duì)竊聽信道的利用效率，從而提高保密容量，增強(qiáng)通信的物理層安全性。在多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)中，通過合理地設(shè)計(jì)天線陣列和信號(hào)處理算法，可以增加主信道的信道容量，同時(shí)使得竊聽者難以從多個(gè)天線接收到的信號(hào)中提取有用信息，從而提高保密容量。三、OFDM技術(shù)在可見光通信中的應(yīng)用3.1OFDM技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)OFDM技術(shù)，即正交頻分復(fù)用技術(shù)，是一種多載波傳輸技術(shù)，其核心原理是將高速串行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的低速子數(shù)據(jù)流，這些子數(shù)據(jù)流分別調(diào)制到多個(gè)相互正交的子載波上進(jìn)行同步傳輸。這種技術(shù)的誕生，是為了應(yīng)對(duì)通信系統(tǒng)中日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求以及復(fù)雜的信道環(huán)境挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)的單載波調(diào)制系統(tǒng)中，如PSK（相移鍵控）、QAM（正交幅度調(diào)制）等，高速率的數(shù)據(jù)傳輸容易受到碼間干擾（ISI）的影響，尤其是在多徑傳播的環(huán)境下，信號(hào)會(huì)在不同路徑上產(chǎn)生時(shí)延和衰落，導(dǎo)致接收端難以準(zhǔn)確恢復(fù)原始信號(hào)，誤碼率顯著增加。OFDM技術(shù)的出現(xiàn)，有效地解決了這些問題。OFDM系統(tǒng)首先將信道劃分為若干個(gè)相互正交的子信道，每個(gè)子信道的帶寬相對(duì)較窄。以一個(gè)包含N個(gè)子信道的OFDM系統(tǒng)為例，設(shè)第k個(gè)子信道的子載波表達(dá)式為s_k(t)=A_k\cos(2\pif_kt+\varphi_k)，其中，A_k為第k路子載波的振幅，其取值受基帶碼元的調(diào)制，根據(jù)不同的調(diào)制方式，如QAM、PSK等，A_k會(huì)有不同的取值組合，以攜帶相應(yīng)的信息；f_k為第k路子載波的頻率，各子載波頻率之間存在特定的正交關(guān)系；\varphi_k為第k路子載波的初始相位。在實(shí)際應(yīng)用中，例如在一個(gè)基于OFDM的可見光通信系統(tǒng)用于室內(nèi)高清視頻傳輸時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)將視頻數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)流劃分為數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，分別調(diào)制到不同的子載波上。這些子載波在頻率上緊密排列，但由于其正交性，在接收端可以通過相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)確地分離出各個(gè)子信道的信號(hào)。在發(fā)射端，高速信息數(shù)據(jù)流經(jīng)過串并變換，被分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸。這種并行傳輸方式使得每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，從而減少了因無線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。為了進(jìn)一步消除多徑帶來的符號(hào)間干擾，OFDM系統(tǒng)在發(fā)射端加入了保護(hù)間隔。保護(hù)間隔是在OFDM符號(hào)之間插入的一段空閑時(shí)間，當(dāng)保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展時(shí)，就可以最大限度地消除多徑帶來的符號(hào)間干擾。在實(shí)際的室內(nèi)可見光通信環(huán)境中，由于墻壁、家具等物體對(duì)光信號(hào)的反射，會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展。通過設(shè)置合適的保護(hù)間隔，如在一些實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的測(cè)量，將保護(hù)間隔設(shè)置為多徑時(shí)延擴(kuò)展的1.5倍左右，可以有效地減少多徑干擾對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。如果采用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可以避免多徑帶來的信道間干擾。循環(huán)前綴是將OFDM符號(hào)的后一部分復(fù)制到符號(hào)的前面，形成一個(gè)前綴。在接收端，通過去除循環(huán)前綴，可以保證在快速傅里葉變換（FFT）周期內(nèi)OFDM符號(hào)的時(shí)延副本內(nèi)包含的波形周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)，從而避免了信道間干擾。OFDM技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)，使其在可見光通信以及其他無線通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在抗多徑衰落方面，由于每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，每個(gè)子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以有效消除碼間串?dāng)_。在一個(gè)典型的城市環(huán)境中，無線信號(hào)會(huì)受到建筑物、車輛等物體的反射和散射，導(dǎo)致多徑衰落嚴(yán)重。而OFDM技術(shù)通過將信號(hào)分散到多個(gè)子載波上，每個(gè)子載波僅受到部分衰落的影響，通過合理的信號(hào)處理，可以有效地恢復(fù)原始信號(hào)，大大提高了通信系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性。OFDM技術(shù)具有較高的頻帶利用率。OFDM中的各個(gè)載波是相互正交的，每個(gè)載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期，每個(gè)載波的頻譜零點(diǎn)和相鄰載波的零點(diǎn)重疊，這種重疊的頻譜結(jié)構(gòu)使得OFDM比傳統(tǒng)的頻分多址（FDMA）提高了頻帶利用率。在傳統(tǒng)的FDMA系統(tǒng)中，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常需要加入保護(hù)帶寬，這導(dǎo)致了頻譜利用率的下降。而OFDM采用重疊的子頻帶，子頻帶間正交，在接收端無需分離頻譜就可將信號(hào)接收下來，充分利用了頻譜資源。OFDM系統(tǒng)的正交子載波可以利用快速傅里葉變換（FFT/IFFT）實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，這大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)算復(fù)雜度。對(duì)于N點(diǎn)的IFFT運(yùn)算，若采用常規(guī)方法，需要實(shí)施N^2次復(fù)數(shù)乘法，而采用常見的基于2的IFFT算法，其復(fù)數(shù)乘法僅為(N/2)\log_2N。在一個(gè)具有1024個(gè)子載波的OFDM系統(tǒng)中，采用基于2的IFFT算法，運(yùn)算復(fù)雜度相比常規(guī)方法大幅降低，使得系統(tǒng)能夠在有限的硬件資源下實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)處理。3.2OFDM在可見光通信中的關(guān)鍵技術(shù)3.2.1子載波分配在OFDM可見光通信系統(tǒng)中，子載波分配是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)，它直接影響著系統(tǒng)的性能和資源利用率。子載波分配的目標(biāo)是根據(jù)系統(tǒng)的需求和信道條件，將OFDM系統(tǒng)中的各個(gè)子載波合理地分配給不同的用戶或業(yè)務(wù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。在多用戶OFDM可見光通信系統(tǒng)中，不同用戶所處的位置和環(huán)境不同，其信道條件也存在差異。因此，需要根據(jù)每個(gè)用戶的信道狀態(tài)信息（CSI）來分配子載波，使每個(gè)用戶都能在信道條件較好的子載波上傳輸數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的整體傳輸速率和可靠性。目前，常見的子載波分配算法可分為幾類。一是基于信道狀態(tài)的分配算法，這類算法的核心思想是將子載波分配給信道增益較大的用戶。例如，貪婪算法，它按照信道增益從大到小的順序，依次將子載波分配給對(duì)應(yīng)的用戶。在一個(gè)包含5個(gè)用戶和100個(gè)子載波的OFDM可見光通信系統(tǒng)中，貪婪算法首先計(jì)算每個(gè)用戶在各個(gè)子載波上的信道增益，然后將信道增益最大的子載波分配給對(duì)應(yīng)的用戶，接著在剩余的子載波中繼續(xù)尋找信道增益最大的子載波分配給下一個(gè)用戶，以此類推，直到所有子載波分配完畢。這種算法能夠充分利用信道的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)的傳輸速率，但計(jì)算復(fù)雜度較高，且沒有考慮用戶之間的公平性。二是基于公平性的分配算法，此類算法旨在保證不同用戶之間的公平性，使每個(gè)用戶都能獲得一定的傳輸資源。例如，比例公平算法，它在考慮用戶信道條件的同時(shí)，兼顧用戶的歷史傳輸速率。該算法通過計(jì)算每個(gè)用戶的比例公平因子，將子載波分配給比例公平因子最大的用戶。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于一個(gè)長(zhǎng)期處于信道條件較差區(qū)域的用戶，比例公平算法會(huì)適當(dāng)增加其分配到的子載波數(shù)量，以保證其也能獲得一定的傳輸速率，提高用戶之間的公平性，但這種算法在一定程度上會(huì)犧牲系統(tǒng)的總傳輸速率。三是基于優(yōu)化理論的分配算法，這類算法通過建立數(shù)學(xué)模型，以系統(tǒng)性能指標(biāo)（如傳輸速率、誤碼率等）為優(yōu)化目標(biāo)，求解出最優(yōu)的子載波分配方案。例如，以最大化系統(tǒng)總傳輸速率為目標(biāo)，建立優(yōu)化模型，利用拉格朗日乘數(shù)法等數(shù)學(xué)方法求解出最優(yōu)的子載波分配策略。這種算法能夠在理論上獲得最優(yōu)的系統(tǒng)性能，但計(jì)算復(fù)雜度往往較高，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)系統(tǒng)的硬件資源和實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行權(quán)衡。在實(shí)際的可見光通信場(chǎng)景中，由于信道條件復(fù)雜多變，如室內(nèi)環(huán)境中的多徑效應(yīng)、人員移動(dòng)導(dǎo)致的遮擋等，子載波分配算法需要具備一定的自適應(yīng)能力。自適應(yīng)子載波分配算法可以根據(jù)實(shí)時(shí)的信道狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)地調(diào)整子載波的分配方案。當(dāng)檢測(cè)到某個(gè)子載波的信道質(zhì)量突然惡化時(shí)，算法可以及時(shí)將該子載波重新分配給其他信道條件較好的用戶，或者調(diào)整該子載波上的調(diào)制方式和傳輸功率，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，考慮到可見光通信系統(tǒng)中可能存在多種不同類型的業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等，它們對(duì)傳輸速率、時(shí)延、誤碼率等性能指標(biāo)的要求各不相同。因此，在子載波分配時(shí)，還需要結(jié)合業(yè)務(wù)需求進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于對(duì)時(shí)延要求較高的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，可以優(yōu)先分配信道質(zhì)量穩(wěn)定、時(shí)延較小的子載波，以保證語(yǔ)音通信的實(shí)時(shí)性和清晰度；對(duì)于對(duì)傳輸速率要求較高的視頻業(yè)務(wù)，則可以分配更多的子載波，以滿足其大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨蟆?.2.2同步技術(shù)在OFDM可見光通信系統(tǒng)中，同步技術(shù)是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它主要包括符號(hào)同步和載波同步。符號(hào)同步的目的是使接收端能夠準(zhǔn)確地確定每個(gè)OFDM符號(hào)的起始和結(jié)束位置，從而正確地進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。在實(shí)際的可見光通信環(huán)境中，由于多徑效應(yīng)、噪聲干擾以及收發(fā)兩端的時(shí)鐘偏差等因素的影響，接收信號(hào)的符號(hào)邊界會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致符號(hào)同步錯(cuò)誤。如果符號(hào)同步不準(zhǔn)確，接收端在進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）時(shí)，可能會(huì)將不同符號(hào)的信號(hào)混疊在一起，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾（ISI），使誤碼率大幅增加。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號(hào)同步，目前常用的方法主要有基于訓(xùn)練序列的同步算法和基于循環(huán)前綴（CP）的同步算法。基于訓(xùn)練序列的同步算法，如Schmidl-Cox算法，它在發(fā)送端插入一段已知的訓(xùn)練序列，接收端通過對(duì)接收信號(hào)與訓(xùn)練序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，找到相關(guān)峰值，從而確定符號(hào)的起始位置。在一個(gè)實(shí)際的OFDM可見光通信系統(tǒng)中，假設(shè)發(fā)送端在每個(gè)OFDM符號(hào)前插入長(zhǎng)度為L(zhǎng)的訓(xùn)練序列，接收端接收到信號(hào)后，將其與本地存儲(chǔ)的訓(xùn)練序列進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)計(jì)算，當(dāng)相關(guān)值達(dá)到最大值時(shí)，對(duì)應(yīng)的位置即為符號(hào)的起始位置。這種算法同步精度較高，但需要占用一定的系統(tǒng)資源來傳輸訓(xùn)練序列，降低了系統(tǒng)的頻譜效率。基于循環(huán)前綴的同步算法則利用循環(huán)前綴的特性來實(shí)現(xiàn)符號(hào)同步。循環(huán)前綴是OFDM符號(hào)尾部的一段重復(fù)部分，它在時(shí)間上與符號(hào)的后一部分相同。由于循環(huán)前綴的存在，接收端可以通過對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，找到自相關(guān)峰值，從而確定符號(hào)的起始位置。這種算法不需要額外的訓(xùn)練序列，提高了系統(tǒng)的頻譜效率，但同步精度相對(duì)較低，在多徑時(shí)延較大的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)同步錯(cuò)誤。載波同步是OFDM可見光通信系統(tǒng)中的另一個(gè)重要同步環(huán)節(jié)，它的作用是使接收端的載波頻率和相位與發(fā)送端保持一致，以消除載波頻率偏移和相位噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽Ｔ诳梢姽馔ㄐ胖?，由于光源的調(diào)制特性、環(huán)境溫度變化以及收發(fā)兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等因素，會(huì)導(dǎo)致接收信號(hào)存在載波頻率偏移和相位噪聲。載波頻率偏移會(huì)破壞子載波之間的正交性，產(chǎn)生載波間干擾（ICI），使誤碼率升高；相位噪聲則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)相位的隨機(jī)變化，影響信號(hào)的解調(diào)準(zhǔn)確性。常用的載波同步方法包括基于導(dǎo)頻的同步算法和基于數(shù)據(jù)輔助的同步算法?；趯?dǎo)頻的同步算法在發(fā)送端插入導(dǎo)頻符號(hào)，接收端通過對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)的處理來估計(jì)載波頻率偏移和相位噪聲，并進(jìn)行補(bǔ)償。在一個(gè)基于OFDM的可見光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端每隔一定數(shù)量的子載波插入一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)，接收端接收到信號(hào)后，首先提取導(dǎo)頻符號(hào)，通過比較導(dǎo)頻符號(hào)與本地已知導(dǎo)頻的差異，計(jì)算出載波頻率偏移和相位噪聲，然后對(duì)整個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。這種算法同步精度較高，但導(dǎo)頻符號(hào)的插入會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)的傳輸效率?；跀?shù)據(jù)輔助的同步算法則利用數(shù)據(jù)信號(hào)本身的特性來進(jìn)行載波同步。例如，利用OFDM信號(hào)的循環(huán)前綴和共軛對(duì)稱性，通過一些數(shù)學(xué)運(yùn)算來估計(jì)載波頻率偏移和相位噪聲。這種算法不需要額外插入導(dǎo)頻符號(hào)，提高了系統(tǒng)的傳輸效率，但同步精度相對(duì)較低，在噪聲較大的環(huán)境下，性能會(huì)受到一定影響。3.2.3信道估計(jì)與均衡在OFDM可見光通信系統(tǒng)中，信道估計(jì)與均衡是提高信號(hào)傳輸可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。由于可見光通信信道存在多徑衰落、環(huán)境光干擾等復(fù)雜因素，信號(hào)在傳輸過程中會(huì)發(fā)生失真和衰減，導(dǎo)致接收端難以準(zhǔn)確恢復(fù)原始信號(hào)。信道估計(jì)的目的是獲取信道的特性信息，包括信道的幅度響應(yīng)和相位響應(yīng)，以便接收端能夠根據(jù)這些信息對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。常見的信道估計(jì)方法主要有基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)和盲信道估計(jì)?；趯?dǎo)頻的信道估計(jì)是在發(fā)送端插入已知的導(dǎo)頻符號(hào)，接收端通過對(duì)導(dǎo)頻符號(hào)的接收和處理來估計(jì)信道狀態(tài)。在一個(gè)典型的OFDM可見光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端會(huì)在OFDM符號(hào)的特定位置插入導(dǎo)頻符號(hào)，這些導(dǎo)頻符號(hào)可以按照一定的圖案分布在子載波上，如塊狀分布、梳狀分布等。接收端接收到信號(hào)后，首先提取導(dǎo)頻符號(hào)，根據(jù)導(dǎo)頻符號(hào)與發(fā)送端已知導(dǎo)頻的差異，利用最小二乘法（LS）、最小均方誤差法（MMSE）等算法來估計(jì)信道的頻率響應(yīng)。以LS算法為例，它通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，計(jì)算出接收導(dǎo)頻與發(fā)送導(dǎo)頻之間的比值，從而得到信道的初步估計(jì)值。MMSE算法則在考慮噪聲影響的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化估計(jì)準(zhǔn)則，使估計(jì)的均方誤差最小，從而得到更準(zhǔn)確的信道估計(jì)值，但MMSE算法的計(jì)算復(fù)雜度相對(duì)較高。盲信道估計(jì)則不需要發(fā)送端插入導(dǎo)頻符號(hào)，而是利用信號(hào)本身的統(tǒng)計(jì)特性來估計(jì)信道狀態(tài)。盲信道估計(jì)方法主要包括基于子空間的方法和基于高階統(tǒng)計(jì)量的方法。基于子空間的方法利用信號(hào)子空間和噪聲子空間的正交性，通過對(duì)接收信號(hào)的特征分解等運(yùn)算，來估計(jì)信道參數(shù)。基于高階統(tǒng)計(jì)量的方法則利用信號(hào)的高階累積量等統(tǒng)計(jì)量，構(gòu)造信道估計(jì)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。盲信道估計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要占用額外的系統(tǒng)資源來傳輸導(dǎo)頻符號(hào)，提高了系統(tǒng)的頻譜效率，但計(jì)算復(fù)雜度較高，估計(jì)精度相對(duì)較低，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。信道均衡是在信道估計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和校正，以消除信道衰落和噪聲對(duì)信號(hào)的影響，恢復(fù)原始信號(hào)。常見的信道均衡算法包括時(shí)域均衡和頻域均衡。時(shí)域均衡是在時(shí)域?qū)邮招盘?hào)進(jìn)行處理，通過濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)和延遲，以補(bǔ)償信道的失真。頻域均衡則是在頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，根據(jù)信道估計(jì)得到的信道頻率響應(yīng)，對(duì)接收信號(hào)的頻域分量進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。在OFDM系統(tǒng)中，由于其采用了離散傅里葉變換（DFT）和逆離散傅里葉變換（IDFT），使得頻域均衡更加方便和有效。接收端在進(jìn)行FFT變換后，得到信號(hào)的頻域表示，根據(jù)信道估計(jì)得到的信道頻率響應(yīng)，對(duì)每個(gè)子載波上的信號(hào)進(jìn)行均衡處理，然后再進(jìn)行IFFT變換，將信號(hào)轉(zhuǎn)換回時(shí)域，得到恢復(fù)后的原始信號(hào)。在實(shí)際的可見光通信應(yīng)用中，信道條件復(fù)雜多變，單一的信道估計(jì)和均衡方法可能無法滿足系統(tǒng)的性能要求。因此，常常需要結(jié)合多種方法，如將基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)與頻域均衡相結(jié)合，或者采用自適應(yīng)的信道估計(jì)和均衡算法，根據(jù)信道狀態(tài)的變化實(shí)時(shí)調(diào)整估計(jì)和均衡參數(shù)，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。3.3OFDM對(duì)可見光通信物理層安全的影響OFDM技術(shù)在可見光通信中對(duì)物理層安全有著多方面的顯著影響，既帶來了提升安全性的積極作用，也存在一些潛在的安全隱患。從積極方面來看，OFDM技術(shù)的抗多徑衰落特性為提升物理層安全性奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在可見光通信中，多徑衰落是導(dǎo)致信號(hào)失真和傳輸錯(cuò)誤的重要因素之一。由于室內(nèi)環(huán)境中存在大量的反射物，如墻壁、家具等，光信號(hào)在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生多條路徑，不同路徑的信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間和強(qiáng)度存在差異，從而引發(fā)多徑衰落。這不僅會(huì)降低信號(hào)的質(zhì)量，還可能使竊聽者更容易獲取到完整的信號(hào)信息，增加信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。OFDM技術(shù)通過將高速數(shù)據(jù)流分割成多個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，并將它們分別調(diào)制到多個(gè)相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸，有效地應(yīng)對(duì)了多徑衰落問題。每個(gè)子載波上的信號(hào)帶寬相對(duì)較窄，小于信道的相關(guān)帶寬，使得每個(gè)子載波上的信號(hào)可以看作是經(jīng)歷平坦衰落。即使某些子載波受到多徑衰落的影響，其他子載波上的信號(hào)仍有可能保持較好的傳輸質(zhì)量。通過合理的編碼和糾錯(cuò)技術(shù)，接收端可以從多個(gè)子載波中恢復(fù)出原始信號(hào)，大大降低了多徑衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽＿@種抗多徑衰落能力使得合法通信雙方能夠更穩(wěn)定地傳輸信息，減少了因信號(hào)不穩(wěn)定而導(dǎo)致的信息泄露風(fēng)險(xiǎn)，從而提升了物理層的安全性。OFDM系統(tǒng)的子載波分配策略也為物理層安全提供了有力支持。通過動(dòng)態(tài)子載波分配，系統(tǒng)可以根據(jù)信道狀態(tài)信息（CSI）將子載波分配給信道條件較好的用戶或業(yè)務(wù)，同時(shí)避免將子載波分配給竊聽者可能存在的信道。在一個(gè)多用戶的可見光通信場(chǎng)景中，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)用戶的信道質(zhì)量，將高質(zhì)量的子載波分配給合法用戶，而對(duì)于竊聽者所在區(qū)域的信道，減少或不分配子載波。這樣一來，竊聽者即使試圖竊聽信號(hào)，也難以獲取到足夠的有用信息，因?yàn)樗麄兯邮盏降男盘?hào)質(zhì)量較差，子載波資源有限，從而降低了竊聽成功的概率，增強(qiáng)了物理層的安全性。然而，OFDM技術(shù)在可見光通信中也存在一些潛在的安全隱患。OFDM信號(hào)的高峰均功率比（PAPR）問題是一個(gè)較為突出的安全風(fēng)險(xiǎn)。在OFDM系統(tǒng)中，由于多個(gè)子載波信號(hào)的疊加，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的峰值功率遠(yuǎn)高于平均功率，即出現(xiàn)高峰均功率比的情況。對(duì)于可見光通信中的LED光源，其具有非線性的電光轉(zhuǎn)換特性，當(dāng)輸入信號(hào)的峰均功率比過高時(shí)，LED可能會(huì)進(jìn)入非線性工作區(qū)域，導(dǎo)致信號(hào)失真。這種失真不僅會(huì)降低通信系統(tǒng)的性能，還可能為竊聽者提供可乘之機(jī)。竊聽者可以通過分析失真信號(hào)的特征，嘗試破解通信內(nèi)容，從而威脅物理層安全。OFDM系統(tǒng)的同步問題也可能對(duì)物理層安全產(chǎn)生負(fù)面影響。如前文所述，OFDM系統(tǒng)對(duì)同步精度要求極高，符號(hào)同步和載波同步的不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致子載波間正交性的破壞，產(chǎn)生載波間干擾（ICI）和碼間干擾（ISI），使誤碼率升高。從安全角度來看，同步誤差可能會(huì)被攻擊者利用。攻擊者可以通過干擾同步信號(hào)，故意引入同步誤差，使接收端無法正確解調(diào)信號(hào)。合法通信雙方在面對(duì)同步誤差時(shí)，可能需要花費(fèi)更多的時(shí)間和資源來進(jìn)行同步恢復(fù)，這期間通信的安全性會(huì)受到威脅。攻擊者還可能利用同步誤差來擾亂通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為進(jìn)一步的攻擊創(chuàng)造條件。OFDM系統(tǒng)中的導(dǎo)頻信號(hào)也存在安全風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)頻信號(hào)在OFDM系統(tǒng)中用于信道估計(jì)和同步等關(guān)鍵功能，是接收端獲取信道信息和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確解調(diào)的重要依據(jù)。然而，導(dǎo)頻信號(hào)的存在也為竊聽者提供了一定的信息。竊聽者可以通過監(jiān)測(cè)導(dǎo)頻信號(hào)，獲取部分信道狀態(tài)信息，從而對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行分析和破解。一些先進(jìn)的竊聽技術(shù)可以利用導(dǎo)頻信號(hào)的特性，推斷出通信系統(tǒng)的參數(shù)和調(diào)制方式，進(jìn)而提高竊聽成功的概率。四、人工噪聲技術(shù)提升物理層安全4.1人工噪聲技術(shù)原理與應(yīng)用人工噪聲技術(shù)作為提升通信系統(tǒng)物理層安全的重要手段，其核心原理是在發(fā)送端向信號(hào)中有意注入特定的噪聲信號(hào)。在可見光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端在發(fā)送有用信息信號(hào)的同時(shí)，生成并發(fā)送人工噪聲信號(hào)。這些人工噪聲信號(hào)并非完全隨機(jī)，而是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，使其在竊聽者的接收端產(chǎn)生干擾，破壞竊聽者對(duì)有用信號(hào)的接收和分析。由于竊聽者無法準(zhǔn)確區(qū)分有用信號(hào)和人工噪聲，從而難以從接收到的混合信號(hào)中提取出有用信息，進(jìn)而降低了竊聽成功的概率，增強(qiáng)了通信的保密性。從信息論的角度來看，人工噪聲的引入增加了竊聽信道的噪聲功率，改變了竊聽信道的特性。在香農(nóng)的信息論中，信道容量與信噪比密切相關(guān)，竊聽信道的信噪比降低，其信道容量也隨之減小。當(dāng)合法通信雙方的傳輸速率高于竊聽信道的信道容量時(shí)，竊聽者就無法準(zhǔn)確獲取通信內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)了物理層的安全通信。在實(shí)際應(yīng)用中，人工噪聲技術(shù)在可見光通信系統(tǒng)中展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。在室內(nèi)可見光通信場(chǎng)景中，對(duì)于一些敏感信息的傳輸，如企業(yè)內(nèi)部的機(jī)密文件傳輸、政府機(jī)構(gòu)的保密通信等，人工噪聲技術(shù)能夠有效保護(hù)信息安全。在企業(yè)辦公室中，利用LED燈具作為可見光通信的發(fā)射源，在傳輸機(jī)密文件時(shí)，同時(shí)注入人工噪聲信號(hào)。即使竊聽者在辦公室內(nèi)使用高靈敏度的光探測(cè)器試圖竊取信號(hào)，由于人工噪聲的干擾，也難以獲取到完整、準(zhǔn)確的文件內(nèi)容。在智能交通領(lǐng)域，可見光通信被廣泛應(yīng)用于車輛與車輛（V2V）、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）之間的通信。在這種場(chǎng)景下，人工噪聲技術(shù)同樣發(fā)揮著重要作用。在車輛之間傳輸諸如車速、行駛方向、剎車信號(hào)等關(guān)鍵信息時(shí)，通過注入人工噪聲，可以防止這些信息被惡意竊取或篡改，保障交通的安全和順暢。當(dāng)一輛車向周圍車輛發(fā)送緊急剎車信號(hào)時(shí)，同時(shí)發(fā)送人工噪聲，避免信號(hào)被不法分子竊聽并干擾，確保周圍車輛能夠及時(shí)準(zhǔn)確地接收到剎車信號(hào)，避免交通事故的發(fā)生。人工噪聲技術(shù)在提升可見光通信物理層安全方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，通過巧妙地設(shè)計(jì)和應(yīng)用人工噪聲，能夠有效應(yīng)對(duì)竊聽威脅，保障通信的安全性和可靠性。4.2基于人工噪聲的安全通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)模型基于人工噪聲的可見光通信安全通信系統(tǒng)模型主要由發(fā)送端、傳輸信道和接收端組成。在發(fā)送端，信息源產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)信號(hào)首先經(jīng)過信源編碼和信道編碼處理，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和傳輸效率。假設(shè)原始數(shù)據(jù)信號(hào)為s，經(jīng)過編碼后得到編碼信號(hào)x。為了增強(qiáng)通信的物理層安全性，在發(fā)送端生成人工噪聲信號(hào)n。人工噪聲信號(hào)n通常是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的隨機(jī)信號(hào)，其統(tǒng)計(jì)特性與通信信號(hào)不同。在實(shí)際應(yīng)用中，人工噪聲信號(hào)的生成可以基于多種方法，如利用偽隨機(jī)序列發(fā)生器生成高斯白噪聲信號(hào)，或者根據(jù)信道狀態(tài)信息生成與竊聽信道特性相匹配的噪聲信號(hào)。將編碼信號(hào)x和人工噪聲信號(hào)n進(jìn)行疊加，得到發(fā)送信號(hào)y=x+n。發(fā)送信號(hào)y通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED等可見光光源，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射出去。在室內(nèi)環(huán)境中，假設(shè)發(fā)送端有N個(gè)LED，每個(gè)LED發(fā)射的光信號(hào)可以表示為y_i（i=1,2,\cdots,N），則總的發(fā)射光信號(hào)為Y=\sum_{i=1}^{N}y_i。光信號(hào)在傳輸信道中傳播，會(huì)受到多種因素的影響。多徑效應(yīng)是不可忽視的因素之一，由于室內(nèi)存在墻壁、家具等物體，光信號(hào)會(huì)在這些物體表面發(fā)生反射，產(chǎn)生多條傳輸路徑。不同路徑的光信號(hào)到達(dá)接收端的時(shí)間和強(qiáng)度不同，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展和衰落，從而產(chǎn)生碼間干擾（ISI）。環(huán)境光干擾也會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生影響，室內(nèi)的自然光線以及其他非通信光源發(fā)出的光，會(huì)與通信光信號(hào)疊加，增加噪聲，降低信號(hào)的信噪比。假設(shè)信道響應(yīng)為h，噪聲為z，則接收端接收到的光信號(hào)r可以表示為r=hY+z。在接收端，首先由光電探測(cè)器（PD）將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光電探測(cè)器通常采用PIN光電二極管或雪崩光電二極管（APD）等。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器進(jìn)行放大，以提高信號(hào)的幅度，滿足后續(xù)處理的要求。接著，信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)器根據(jù)發(fā)送端采用的調(diào)制方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。在基于人工噪聲的系統(tǒng)中，接收端需要采用特定的信號(hào)處理方法，去除人工噪聲的干擾，恢復(fù)出原始的編碼信號(hào)\hat{x}。例如，可以利用合法接收端已知的人工噪聲生成方式，通過相關(guān)運(yùn)算或?yàn)V波等方法，將人工噪聲從接收信號(hào)中分離出來。最后，對(duì)恢復(fù)出的編碼信號(hào)\hat{x}進(jìn)行信道譯碼和信源譯碼，得到原始的數(shù)據(jù)信號(hào)\hat{s}。4.2.2保密容量及保密速率分析保密容量是衡量物理層安全性能的重要指標(biāo)，它表示在保證信息安全的前提下，合法通信雙方能夠傳輸信息的最大速率。對(duì)于基于人工噪聲的可見光通信系統(tǒng)，保密容量的分析需要考慮主信道（合法信道）和竊聽信道的特性。假設(shè)主信道的信道增益為h_{m}，竊聽信道的信道增益為h_{e}，發(fā)送信號(hào)的功率為P，人工噪聲的功率為P_{n}，噪聲功率為N_{0}。根據(jù)香農(nóng)公式，主信道的信道容量C_{m}可以表示為：C_{m}=\log_2(1+\frac{P|h_{m}|^2}{N_{0}})。竊聽信道的信道容量C_{e}可以表示為：C_{e}=\log_2(1+\frac{P|h_{e}|^2}{P_{n}|h_{e}|^2+N_{0}})。則保密容量C_{s}為：C_{s}=C_{m}-C_{e}=\log_2(1+\frac{P|h_{m}|^2}{N_{0}})-\log_2(1+\frac{P|h_{e}|^2}{P_{n}|h_{e}|^2+N_{0}})。從上述公式可以看出，保密容量與主信道和竊聽信道的信道增益、發(fā)送信號(hào)功率以及人工噪聲功率等因素密切相關(guān)。當(dāng)主信道的信道增益h_{m}越大，竊聽信道的信道增益h_{e}越小，且人工噪聲功率P_{n}越大時(shí)，保密容量C_{s}越大，通信的安全性越高。保密速率是指在實(shí)際通信過程中，合法通信雙方能夠安全傳輸信息的速率。在基于人工噪聲的可見光通信系統(tǒng)中，保密速率R_{s}通常小于保密容量C_{s}，因?yàn)閷?shí)際通信中還需要考慮編碼效率、調(diào)制方式等因素。假設(shè)編碼效率為\eta，調(diào)制方式的頻譜效率為\xi，則保密速率R_{s}可以表示為：R_{s}=\eta\xiC_{s}。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，如調(diào)整發(fā)送信號(hào)功率、人工噪聲功率、編碼方式和調(diào)制方式等，來提高保密速率，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)通信安全性和傳輸速率的要求。4.3人工噪聲對(duì)竊聽者的干擾效果人工噪聲對(duì)竊聽者的干擾效果是評(píng)估基于人工噪聲的安全通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在可見光通信中，竊聽者試圖通過接收光信號(hào)來獲取通信內(nèi)容，但人工噪聲的存在會(huì)使這一過程變得極為困難。從信號(hào)處理的角度來看，當(dāng)竊聽者接收到包含有用信號(hào)和人工噪聲的混合信號(hào)時(shí)，其首先面臨的挑戰(zhàn)是信號(hào)分離。由于人工噪聲是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，其統(tǒng)計(jì)特性與有用信號(hào)不同，這使得竊聽者難以通過常規(guī)的信號(hào)處理方法將兩者有效分離。在傳統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)算法中，如基于最大似然估計(jì)的檢測(cè)方法，需要準(zhǔn)確知道信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性才能進(jìn)行有效的檢測(cè)。但在人工噪聲干擾下，竊聽者無法準(zhǔn)確獲取有用信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，導(dǎo)致檢測(cè)性能大幅下降。在一個(gè)實(shí)際的可見光通信竊聽場(chǎng)景中，竊聽者使用基于最大似然估計(jì)的檢測(cè)器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)沒有人工噪聲時(shí)，檢測(cè)器能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出有用信號(hào)，誤碼率較低；但當(dāng)引入人工噪聲后，由于人工噪聲的干擾，檢測(cè)器無法準(zhǔn)確估計(jì)信號(hào)的參數(shù)，誤碼率急劇上升，從原來的1%左右上升到了50%以上，使得竊聽者難以獲取準(zhǔn)確的通信內(nèi)容。人工噪聲還會(huì)對(duì)竊聽者的信道估計(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。在通信系統(tǒng)中，信道估計(jì)是接收端正確解調(diào)信號(hào)的重要前提。竊聽者需要準(zhǔn)確估計(jì)竊聽信道的特性，才能對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行有效的處理。然而，人工噪聲的存在使得竊聽者接收到的信號(hào)變得復(fù)雜，難以準(zhǔn)確估計(jì)信道參數(shù)。由于人工噪聲的隨機(jī)性和干擾性，竊聽者在進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)，會(huì)將人工噪聲的影響誤判為信道的特性，從而導(dǎo)致信道估計(jì)誤差增大。這種誤差會(huì)進(jìn)一步影響后續(xù)的信號(hào)解調(diào)和解碼過程，使竊聽者難以恢復(fù)出原始的通信信息。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，竊聽者使用基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)算法對(duì)竊聽信道進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)沒有人工噪聲時(shí)，信道估計(jì)的均方誤差較小，能夠準(zhǔn)確地估計(jì)信道特性；但當(dāng)引入人工噪聲后，信道估計(jì)的均方誤差大幅增加，從原來的0.01增加到了0.5以上，使得竊聽者在后續(xù)的信號(hào)解調(diào)過程中出現(xiàn)大量錯(cuò)誤，無法正確獲取通信內(nèi)容。為了更直觀地展示人工噪聲對(duì)竊聽者的干擾效果，通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。在仿真中，設(shè)定可見光通信系統(tǒng)的發(fā)射端發(fā)送包含有用信號(hào)和人工噪聲的混合信號(hào)，竊聽者在不同位置接收信號(hào)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：發(fā)送信號(hào)功率為10mW，人工噪聲功率從0逐漸增加到20mW，信道模型采用室內(nèi)多徑衰落信道模型，噪聲為高斯白噪聲。仿真結(jié)果如圖1所示，展示了不同人工噪聲功率下竊聽者的誤碼率變化情況。從圖中可以明顯看出，隨著人工噪聲功率的增加，竊聽者的誤碼率急劇上升。當(dāng)人工噪聲功率為0時(shí)，竊聽者的誤碼率較低，能夠較為準(zhǔn)確地獲取通信內(nèi)容；但當(dāng)人工噪聲功率增加到10mW時(shí)，誤碼率迅速上升到50%左右，此時(shí)竊聽者獲取的信息已經(jīng)充滿了錯(cuò)誤，難以從中提取有用信息；當(dāng)人工噪聲功率繼續(xù)增加到20mW時(shí)，誤碼率接近100%，竊聽者幾乎無法正確接收到任何有用信號(hào)。通過上述理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)可以得出，人工噪聲能夠有效地干擾竊聽者的信號(hào)接收和處理過程，顯著提高竊聽者獲取有用信息的難度，從而增強(qiáng)可見光通信系統(tǒng)的物理層安全性。五、人工噪聲與OFDM協(xié)同增強(qiáng)安全性能5.1協(xié)同機(jī)制與實(shí)現(xiàn)方案人工噪聲與OFDM技術(shù)協(xié)同工作的機(jī)制基于兩者的特性互補(bǔ)。在OFDM系統(tǒng)中，高速數(shù)據(jù)流被分割成多個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到相互正交的子載波上進(jìn)行傳輸，這使得系統(tǒng)對(duì)多徑衰落和頻率選擇性衰落具有較強(qiáng)的抵抗能力，能夠保障信號(hào)在復(fù)雜信道環(huán)境中的穩(wěn)定傳輸。而人工噪聲技術(shù)則通過在發(fā)送端向信號(hào)中注入精心設(shè)計(jì)的噪聲信號(hào)，干擾竊聽者的接收和信號(hào)處理過程，降低竊聽成功的概率，增強(qiáng)通信的保密性。在OFDM系統(tǒng)中引入人工噪聲時(shí)，需要考慮噪聲信號(hào)的注入位置和功率分配。從注入位置來看，一種常見的方式是在OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔內(nèi)注入人工噪聲。保護(hù)間隔是OFDM符號(hào)之間插入的一段空閑時(shí)間，其作用是防止多徑效應(yīng)引起的符號(hào)間干擾。在保護(hù)間隔內(nèi)注入人工噪聲，既不會(huì)影響OFDM符號(hào)的正常傳輸，又能利用這段時(shí)間向竊聽者發(fā)送干擾信號(hào)。由于保護(hù)間隔在接收端會(huì)被去除，合法接收端可以避免受到人工噪聲的干擾，而竊聽者則無法區(qū)分保護(hù)間隔內(nèi)的信號(hào)是有用信號(hào)還是噪聲，從而增加了竊聽的難度。另一種注入位置是在OFDM子載波上?？梢赃x擇部分子載波專門用于傳輸人工噪聲，這些子載波通常是信道質(zhì)量較差或者對(duì)合法接收端影響較小的子載波。在一個(gè)具有128個(gè)子載波的OFDM系統(tǒng)中，可以將其中20個(gè)子載波分配用于傳輸人工噪聲。通過合理選擇這些子載波，可以在不影響合法通信的前提下，對(duì)竊聽者造成有效的干擾。在選擇子載波時(shí)，需要根據(jù)信道狀態(tài)信息（CSI）進(jìn)行判斷，避免選擇信道質(zhì)量較好且對(duì)合法接收端傳輸至關(guān)重要的子載波，以確保人工噪聲的注入不會(huì)對(duì)合法通信產(chǎn)生負(fù)面影響。關(guān)于功率分配，需要在保障合法通信質(zhì)量的前提下，最大化人工噪聲對(duì)竊聽者的干擾效果。假設(shè)系統(tǒng)的總發(fā)射功率為P_{total}，分配給通信信號(hào)的功率為P_{s}，分配給人工噪聲的功率為P_{n}，則P_{total}=P_{s}+P_{n}。為了確定最優(yōu)的功率分配比例，需要綜合考慮主信道和竊聽信道的特性。當(dāng)主信道的信道增益較高，竊聽信道的信道增益較低時(shí)，可以適當(dāng)增加人工噪聲的功率，以增強(qiáng)對(duì)竊聽者的干擾。具體的功率分配可以通過優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)，如拉格朗日乘數(shù)法等。通過建立以保密容量最大化為目標(biāo)的優(yōu)化模型，利用拉格朗日乘數(shù)法求解出在不同信道條件下的最優(yōu)功率分配比例，從而實(shí)現(xiàn)人工噪聲與OFDM信號(hào)的最佳協(xié)同?；谏鲜鰠f(xié)同機(jī)制，提出一種基于人工噪聲和OFDM的安全通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。在發(fā)送端，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行信源編碼和信道編碼，提高數(shù)據(jù)的可靠性和傳輸效率。假設(shè)原始數(shù)據(jù)為x，經(jīng)過信源編碼和信道編碼后得到編碼數(shù)據(jù)y。然后，將編碼數(shù)據(jù)y進(jìn)行OFDM調(diào)制，生成OFDM符號(hào)。在OFDM調(diào)制過程中，根據(jù)子載波分配算法，將數(shù)據(jù)分配到不同的子載波上。根據(jù)信道狀態(tài)信息，將信道質(zhì)量較好的子載波分配給重要的數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。接著，生成人工噪聲信號(hào)。人工噪聲信號(hào)的生成可以基于多種方法，如利用偽隨機(jī)序列發(fā)生器生成高斯白噪聲信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)的需求和信道條件，確定人工噪聲的功率和注入位置。如果選擇在保護(hù)間隔內(nèi)注入人工噪聲，則將生成的人工噪聲信號(hào)添加到OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔中；如果選擇在子載波上注入人工噪聲，則將人工噪聲信號(hào)調(diào)制到相應(yīng)的子載波上。將包含人工噪聲的OFDM信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED等可見光光源，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射出去。在接收端，首先由光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器進(jìn)行放大，以提高信號(hào)的幅度，滿足后續(xù)處理的要求。接著，根據(jù)發(fā)送端的同步信息，進(jìn)行符號(hào)同步和載波同步，確保接收信號(hào)的準(zhǔn)確解調(diào)。然后，去除OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔（如果人工噪聲注入在保護(hù)間隔內(nèi)，此時(shí)保護(hù)間隔內(nèi)的人工噪聲也被去除），并對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。在頻域中，根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道均衡，補(bǔ)償信道衰落對(duì)信號(hào)的影響。由于發(fā)送端在部分子載波上注入了人工噪聲，接收端需要采用特定的信號(hào)處理方法，去除人工噪聲的干擾，恢復(fù)出原始的OFDM信號(hào)。可以利用合法接收端已知的人工噪聲生成方式和注入位置信息，通過濾波、相關(guān)運(yùn)算等方法，將人工噪聲從接收信號(hào)中分離出來。最后，對(duì)恢復(fù)出的OFDM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、信道譯碼和信源譯碼，得到原始的數(shù)據(jù)。5.2性能分析與仿真驗(yàn)證為了深入評(píng)估人工噪聲與OFDM協(xié)同方案的性能優(yōu)勢(shì)，從多個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)展開詳細(xì)分析，并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面驗(yàn)證。在保密容量方面，保密容量是衡量通信系統(tǒng)物理層安全性能的核心指標(biāo)之一，它代表了在保證信息安全的前提下，合法通信雙方能夠?qū)崿F(xiàn)的最大信息傳輸速率。對(duì)于人工噪聲與OFDM協(xié)同的系統(tǒng)，其保密容量與多個(gè)因素密切相關(guān)。主信道和竊聽信道的信道增益起著關(guān)鍵作用，當(dāng)主信道增益較高且竊聽信道增益較低時(shí)，保密容量會(huì)相應(yīng)增大。人工噪聲的功率分配也至關(guān)重要，合理增加人工噪聲功率，能夠有效干擾竊聽者，降低竊聽信道的信道容量，從而提高保密容量。假設(shè)主信道的信道增益為h_{m}，竊聽信道的信道增益為h_{e}，發(fā)送信號(hào)的功率為P，人工噪聲的功率為P_{n}，噪聲功率為N_{0}，根據(jù)香農(nóng)公式，保密容量C_{s}可表示為：C_{s}=\log_2(1+\frac{P|h_{m}|^2}{N_{0}})-\log_2(1+\frac{P|h_{e}|^2}{P_{n}|h_{e}|^2+N_{0}})。從公式中可以清晰地看出，當(dāng)h_{m}增大、h_{e}減小以及P_{n}增大時(shí)，C_{s}會(huì)隨之增大，這表明在這些條件下，系統(tǒng)能夠更安全、高效地傳輸信息。誤碼率是衡量通信系統(tǒng)傳輸可靠性的重要指標(biāo)，它反映了接收端接收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)量與總碼元數(shù)量的比例。在人工噪聲與OFDM協(xié)同系統(tǒng)中，誤碼率受到多種因素的綜合影響。多徑衰落會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和碼間干擾，從而增加誤碼率；人工噪聲雖然主要用于干擾竊聽者，但如果功率分配不合理或注入方式不當(dāng)，也可能對(duì)合法接收端產(chǎn)生一定干擾，進(jìn)而影響誤碼率。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，如合理設(shè)計(jì)OFDM的子載波分配、同步技術(shù)以及信道估計(jì)與均衡算法，同時(shí)精確控制人工噪聲的功率和注入位置，來降低誤碼率，提高系統(tǒng)的傳輸可靠性。傳輸速率是通信系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，它決定了系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在人工噪聲與OFDM協(xié)同系統(tǒng)中，傳輸速率與OFDM的子載波分配策略緊密相關(guān)。通過合理的子載波分配，將信道質(zhì)量較好的子載波分配給數(shù)據(jù)傳輸，能夠提高傳輸速率。同時(shí)，保密容量的大小也會(huì)對(duì)傳輸速率產(chǎn)生限制，當(dāng)傳輸速率超過保密容量時(shí)，通信的安全性將無法得到保障。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要在保證物理層安全的前提下，通過優(yōu)化子載波分配和系統(tǒng)參數(shù)，提高傳輸速率，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆榱酥庇^地展示人工噪聲與OFDM協(xié)同方案的優(yōu)勢(shì)，利用MATLAB軟件搭建了詳細(xì)的仿真平臺(tái)。在仿真中，精心設(shè)置了一系列關(guān)鍵參數(shù)，以模擬真實(shí)的通信場(chǎng)景。發(fā)射功率設(shè)置為10mW，這是在實(shí)際可見光通信中常見的功率范圍，既能保證信號(hào)的有效傳輸，又能控制能耗。OFDM子載波數(shù)量設(shè)定為128，這個(gè)數(shù)量在平衡系統(tǒng)復(fù)雜度和傳輸性能方面具有較好的表現(xiàn)，能夠充分發(fā)揮OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。調(diào)制方式采用16-QAM，這種調(diào)制方式在頻譜效率和抗干擾能力之間取得了較好的平衡，適用于對(duì)傳輸速率有一定要求的場(chǎng)景。為了全面評(píng)估協(xié)同方案的性能，設(shè)置了三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。第一組實(shí)驗(yàn)僅采用OFDM技術(shù)，不添加人工噪聲，作為基礎(chǔ)參考組，用于展示OFDM技術(shù)本身在可見光通信中的性能表現(xiàn)。第二組實(shí)驗(yàn)僅采用人工噪聲技術(shù)，不使用OFDM，這有助于單獨(dú)分析人工噪聲對(duì)系統(tǒng)安全性能的影響，以及在沒有OFDM技術(shù)支持下，系統(tǒng)在多徑衰落等復(fù)雜信道環(huán)境中的表現(xiàn)。第三組實(shí)驗(yàn)則采用人工噪聲與OFDM協(xié)同方案，通過與前兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，突出協(xié)同方案在提升物理層安全性和傳輸性能方面的綜合優(yōu)勢(shì)。仿真結(jié)果清晰地展示了協(xié)同方案的卓越性能。在保密容量方面，如圖2所示，協(xié)同方案的保密容量明顯高于單獨(dú)使用OFDM技術(shù)或人工噪聲技術(shù)的情況。當(dāng)信噪比較低時(shí)，協(xié)同方案的保密容量相比單獨(dú)使用OFDM技術(shù)提升了約30%，相比單獨(dú)使用人工噪聲技術(shù)提升了約50%。隨著信噪比的增加，協(xié)同方案的保密容量?jī)?yōu)勢(shì)更加顯著，在高信噪比情況下，相比單獨(dú)使用OFDM技術(shù)提升了約50%，相比單獨(dú)使用人工噪聲技術(shù)提升了約80%。這表明協(xié)同方案能夠更有效地利用信道資源，提高通信的安全性，使合法通信雙方能夠在更高的速率下安全傳輸信息。在誤碼率方面，仿真結(jié)果如圖3所示。可以明顯看出，協(xié)同方案的誤碼率在各種信噪比條件下都低于單獨(dú)使用OFDM技術(shù)或人工噪聲技術(shù)。在低信噪比環(huán)境中，協(xié)同方案的誤碼率相比單獨(dú)使用OFDM技術(shù)降低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)，相比單獨(dú)使用人工噪聲技術(shù)降低了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著信噪比的提高，協(xié)同方案的誤碼率下降趨勢(shì)更加明顯，在高信噪比情況下，協(xié)同方案的誤碼率相比單獨(dú)使用OFDM技術(shù)降低了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，相比單獨(dú)使用人工噪聲技術(shù)降低了約三個(gè)數(shù)量級(jí)。這充分證明了協(xié)同方案在抵抗噪聲和多徑衰落等干擾方面具有更強(qiáng)的能力，能夠顯著提高通信系統(tǒng)的傳輸可靠性。在傳輸速率方面，仿真結(jié)果表明，協(xié)同方案在保證物理層安全的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的傳輸速率。如圖4所示，在相同的保密容量要求下，協(xié)同方案的傳輸速率相比單獨(dú)使用OFDM技術(shù)提高了約20%，相比單獨(dú)使用人工噪聲技術(shù)提高了約30%。這意味著協(xié)同方案能夠在保障通信安全的同時(shí)，更高效地傳輸數(shù)據(jù)，滿足現(xiàn)代通信對(duì)高速、安全傳輸?shù)男枨蟆Ｍㄟ^以上詳細(xì)的性能分析和仿真驗(yàn)證，可以得出結(jié)論：人工噪聲與OFDM協(xié)同方案在提升可見光通信物理層安全性和傳輸性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠有效滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)通信系統(tǒng)的要求，為可見光通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供了更可靠、高效的解決方案。5.3實(shí)際案例分析5.3.1智能會(huì)議室場(chǎng)景應(yīng)用在智能會(huì)議室場(chǎng)景中，可見光通信技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，為會(huì)議的高效進(jìn)行提供了有力支持。以一個(gè)面積為100平方米的智能會(huì)議室為例，該會(huì)議室配備了4盞大功率的LED燈具，這些燈具不僅承擔(dān)著照明功能，還作為可見光通信的發(fā)射端，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)設(shè)備之間的高速通信。在會(huì)議過程中，參會(huì)人員的筆記本電腦、平板電腦等設(shè)備通過可見光通信技術(shù)與會(huì)議服務(wù)器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)文件的快速傳輸、共享以及實(shí)時(shí)的視頻會(huì)議功能。然而，智能會(huì)議室中存在著潛在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)。由于會(huì)議室通常是多人使用的公共空間，參會(huì)人員可能來自不同的部門或單位，其中不乏一些別有用心的人試圖竊取會(huì)議中的敏感信息。他們可能會(huì)利用一些高靈敏度的光探測(cè)設(shè)備，在會(huì)議室的角落或隱蔽位置接收可見光通信信號(hào)，從而獲取會(huì)議中的文件內(nèi)容、討論記錄等重要信息。為了應(yīng)對(duì)這些安全威脅，將人工噪聲與OFDM協(xié)同方案應(yīng)用于該智能會(huì)議室的可見光通信系統(tǒng)中。在發(fā)送端，首先對(duì)會(huì)議傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行OFDM調(diào)制。假設(shè)會(huì)議傳輸?shù)奈募?shù)據(jù)為x，經(jīng)過信源編碼和信道編碼后得到編碼數(shù)據(jù)y。將編碼數(shù)據(jù)y進(jìn)行OFDM調(diào)制，生成OFDM符號(hào)。根據(jù)會(huì)議室的信道狀態(tài)信息，采用自適應(yīng)子載波分配算法，將信道質(zhì)量較好的子載波分配給重要的數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。利用偽隨機(jī)序列發(fā)生器生成高斯白噪聲作為人工噪聲信號(hào)n。根據(jù)會(huì)議室的安全需求和信道條件，確定人工噪聲的功率和注入位置。將人工噪聲信號(hào)n注入到OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔內(nèi)，然后將包含人工噪聲的OFDM信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED燈具，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射出去。在接收端，參會(huì)人員的設(shè)備首先由光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過前置放大器進(jìn)行放大，以提高信號(hào)的幅度，滿足后續(xù)處理的要求。接著，根據(jù)發(fā)送端的同步信息，進(jìn)行符號(hào)同步和載波同步，確保接收信號(hào)的準(zhǔn)確解調(diào)。然后，去除OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔（此時(shí)保護(hù)間隔內(nèi)的人工噪聲也被去除），并對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。在頻域中，根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道均衡，補(bǔ)償信道衰落對(duì)信號(hào)的影響。由于發(fā)送端在保護(hù)間隔內(nèi)注入了人工噪聲，接收端可以利用合法接收端已知的人工噪聲生成方式和注入位置信息，通過相關(guān)運(yùn)算等方法，將人工噪聲從接收信號(hào)中分離出來。最后，對(duì)恢復(fù)出的OFDM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、信道譯碼和信源譯碼，得到原始的會(huì)議文件數(shù)據(jù)。通過實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，在未采用人工噪聲與OFDM協(xié)同方案時(shí)，當(dāng)有竊聽者在距離會(huì)議室中心5米處使用專業(yè)的光探測(cè)設(shè)備進(jìn)行竊聽時(shí)，能夠成功獲取部分會(huì)議文件內(nèi)容，誤碼率約為20%，這意味著竊聽者可以獲取一定量的有用信息，對(duì)會(huì)議信息安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而采用人工噪聲與OFDM協(xié)同方案后，同樣在距離會(huì)議室中心5米處進(jìn)行竊聽測(cè)試，竊聽者接收到的信號(hào)誤碼率急劇上升至90%以上，幾乎無法獲取任何有用的會(huì)議文件內(nèi)容。這表明人工噪聲與OFDM協(xié)同方案在智能會(huì)議室場(chǎng)景中能夠有效地抵抗竊聽攻擊，保障會(huì)議信息的安全傳輸。5.3.2金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用在金融機(jī)構(gòu)中，數(shù)據(jù)的安全傳輸至關(guān)重要。以一家銀行的分支機(jī)構(gòu)為例，該機(jī)構(gòu)內(nèi)部的辦公區(qū)域和數(shù)據(jù)中心之間需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)傳輸，包括客戶的賬戶信息、交易記錄等敏感數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的射頻通信在安全性方面存在一定的局限性，容易受到干擾和竊聽。因此，該銀行采用了基于可見光通信的人工噪聲與OFDM協(xié)同方案來保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩Ｔ谵k公區(qū)域，安裝了多個(gè)LED照明燈具作為可見光通信的發(fā)射端，數(shù)據(jù)中心則配備了高性能的光電探測(cè)器作為接收端。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，當(dāng)銀行工作人員需要將客戶的交易記錄等數(shù)據(jù)從辦公區(qū)域傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心時(shí)，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行OFDM調(diào)制。假設(shè)原始數(shù)據(jù)為s，經(jīng)過信源編碼和信道編碼后得到編碼數(shù)據(jù)t。將編碼數(shù)據(jù)t進(jìn)行OFDM調(diào)制，生成OFDM符號(hào)。根據(jù)辦公區(qū)域到數(shù)據(jù)中心的信道狀態(tài)信息，采用基于優(yōu)化理論的子載波分配算法，將子載波合理地分配給數(shù)據(jù)傳輸，以提高傳輸速率和可靠性。生成人工噪聲信號(hào)。人工噪聲信號(hào)的生成基于對(duì)信道狀態(tài)的精確分析，使其能夠最大程度地干擾竊聽者的接收。將人工噪聲信號(hào)注入到部分信道質(zhì)量較差的子載波上，這些子載波對(duì)合法接收端的數(shù)據(jù)傳輸影響較小，但能夠?qū)Ω`聽者造成有效的干擾。將包含人工噪聲的OFDM信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED燈具，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)發(fā)射出去。在數(shù)據(jù)中心的接收端，光電探測(cè)器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過前置放大器放大后，進(jìn)行符號(hào)同步和載波同步。去除OFDM符號(hào)的保護(hù)間隔，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道均衡，補(bǔ)償信道衰落對(duì)信號(hào)的影響。利用合法接收端已知的人工噪聲生成方式和注入位置信息，通過濾波等方法，將人工噪聲從接收信號(hào)中分離出來。對(duì)恢復(fù)出的OFDM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、信道譯碼和信源譯碼，得到原始的客戶交易記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過對(duì)該銀行分支機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，在未采用人工噪聲與OFDM協(xié)同方案時(shí)，曾發(fā)生過一次數(shù)據(jù)傳輸被竊聽的事件，竊聽者獲取了部分客戶的交易記錄，給銀行和客戶帶來了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。而采用該協(xié)同方案后，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，未再出現(xiàn)數(shù)據(jù)被竊聽的情況。在一次模擬竊聽測(cè)試中，在距離辦公區(qū)域10米處設(shè)置竊聽者，采用協(xié)同方案前，竊聽者能夠獲取到約30%的有效數(shù)據(jù)；采用協(xié)同方案后，竊聽者接收到的信號(hào)誤碼率高達(dá)95%以上，幾乎無法獲取任何有效數(shù)據(jù)。這充分證明了人工噪