Physical layer security (PLS) has recently gained a lot of attention in the research and development of visible light communication (VLC). In this article, we study the designs of PLS in VLC systems in the presence of multiple unauthorized users (i.e. eavesdroppers) using artificial noise (AN)-aided precoding. The design objective focuses on minimizing the total transmit power subject to specific constraints on the signal-to-interference-plus-noise ratios (SINRs) of the legitimate and unauthorized users. In particular, two design approaches are investigated considering the availability of unauthorized users’ channel state information (CSI) at the transmitter. In the case of unknown CSI, the AN is constructed to lie on the null-space of the legitimate user’s channel. The design problem is convex, thus, can be effectively solved. When the CSI is available, the design additionally imposes constraints on the maximum allowable unauthorized users’ SINRs. The design problem, in this case, is, nevertheless, non-convex. Therefore, instead of finding the optimal solution, we examine two different sub-optimal yet low-complexity approaches to solve the problem, namely: Concave-Convex Procedure (CCP) and Semidefinite Relaxation (SDR). Additionally, robust designs that take into account channel uncertainty are also investigated. Extensive numerical results are shown to demonstrate the feasibility and performance of each design with practical parameters.

中文翻译：

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用于安全可见光通信系统的节能人工噪声辅助预编码设计

物理层安全（PLS）最近在可见光通信（VLC）的研究和开发中获得了很多关注。在本文中，我们使用人工噪声 (AN) 辅助预编码研究了存在多个未授权用户（即窃听者）的 VLC 系统中的 PLS 设计。设计目标的重点是在合法和未授权用户的信号干扰加噪声比 (SINR) 的特定约束下，最大限度地减少总发射功率。特别地，考虑到发射机处未授权用户的信道状态信息 (CSI) 的可用性，研究了两种设计方法。在未知 CSI 的情况下，AN 被构造为位于合法用户信道的零空间上。设计问题是凸的，因此可以有效地解决。当 CSI 可用时，该设计还会对最大允许的未授权用户的 SINR 施加限制。然而，在这种情况下，设计问题是非凸的。因此，我们没有找到最佳解决方案，而是研究了两种不同的次优但低复杂度的方法来解决问题，即：凹凸过程 (CCP) 和半定松弛 (SDR)。此外，还研究了考虑到信道不确定性的稳健设计。大量的数值结果显示了具有实际参数的每个设计的可行性和性能。我们研究了两种不同的次优但低复杂度的方法来解决这个问题，即：凹凸过程（CCP）和半定松弛（SDR）。此外，还研究了考虑到信道不确定性的稳健设计。大量的数值结果显示了具有实际参数的每个设计的可行性和性能。我们研究了两种不同的次优但低复杂度的方法来解决这个问题，即：凹凸过程（CCP）和半定松弛（SDR）。此外，还研究了考虑到信道不确定性的稳健设计。大量的数值结果显示了具有实际参数的每个设计的可行性和性能。