KR100633709B1 - 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 코드분할다중접속 카오스음성비화시스템 - Google Patents

디지털 카오스 셀을 이용한 이진 코드분할다중접속 카오스음성비화시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이진 코드분할다중접속(Code division multiple access:이하 CDMA)시스템에서의 음성정보의 비화통신이 가능하도록 하는 카오스 음성비화시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템은 수신된 음성신호를 2진 레벨의 신호로 출력하는 제1 이진 CDMA시스템; 상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 인코딩하여 암호화하고, 상기 암호화된 신호를 송신기를 이용하여 통신채널로 전송하는 송신암호기; 상기 통신채널로 전송된 암호화신호를 수신기를 이용하여 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호를 기반으로 동기를 맞추어 디코딩하는 수신복호기; 및 상기 디코딩된 이진 레벨 신호를 음성신호로 출력하는 제2 이진 CDMA시스템;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN 코드 신호는 비도가 높아 안전한 카오스 시퀀스로 사용이 가능하므로 음성정보의 비화통신에 사용되어 안전한 음성정보의 전송을 가능케 한다. 또한 구조가 간단한 XOR 논리연산을 이용한 카오스 음성비화시스템과 칩 구현이 가능한 DS/SS 알고리즘을 이용한 카오스 음성비화시스템 등으로 음성신호를 처리하여 비화통신을 가능케 한다.

Description

디지털 카오스 셀을 이용한 이진 코드분할다중접속 카오스 음성비화시스템{A chaotic speech secure communication system to binary CDMA using a digital chaotic cell}
도 1은 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 디지털 카오스 셀의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 다른 일실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 또 다른 일실시예를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 시스템을 음성비화 전송을 모의 실험한 출력파형을 단계별로 나타낸 것이다.
본 발명은 음성비화시스템에 관한 것으로, 특히 이진 코드분할다중접속(Code division multiple access:이하 CDMA) 시스템에서의 음성비화시스템에 관한 것이 다.
음성이나 동영상과 같은 멀티미디어 신호는 다른 데이터 정보와는 달리 지연시간이 업시 실시간으로 정보가 전송되어야 하는 특징을 갖고 있다. 따라서 멀티미디어 신호를 전송하기 위해서는 단순히 전송속도가 빠른 것으로만 전송방식의 성능이 평가되어서는 안 되고 항상 일정 속도 이상을 보장하는 것이 중요하다.
한편, 기존의 CDMA 시스템은 여러 개의 입력 신호를 동시에 전송하기 위해 각각의 입력 신호에 서로 다른 직교 코드를 곱하여 채널간의 직교성을 보장한 후, 각 채널 신호를 모두 합하여 동시에 전송한다. 전송된 신호는 수신단에서 송신시 사용한 직교 코드와 동일한 코드를 곱하여 자기상관(auto-correlation)을 취하여 각 채널의 정보를 재생한다. 이와 같이 여러 채널을 동시에 더해서 전송하게 되면 개개의 채널 신호는 이진 파형일지라도 합해진 전체 신호는 멀티 레벨 신호로 바뀌게 된다.
따라서 이진(binary) CDMA 방식은 멀티 레벨 신호를 이진 파형으로 바꾸어 송수신을 가능케 하여 송수신 시스템의 구조를 획기적으로 단순하게 만들 수 있으며 음성, 오디오, 영상 등 멀티미디어 전송에 효과적인 것으로 알려져 있다.
상기와 같은 이유로 이진 CDMA방식은 사용자 별로 일정 속도가 보장되고 기존의 CDMA 방식에 비해 매우 저렴한 비용으로 음성정보의 전송이 가능하기 때문에 유선음성전송, 무선 VoIP 전화기나 벽걸이 TV용무선 화상 전송장치 등의 보편적인 멀티미디어 전송 시스템에 응용이 가능하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이진 CDMA 통신시스템에 비화통신이 가능한 카오스 셀을 이용한 음성비화시스템을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템은 수신된 음성신호를 2진 레벨의 신호로 출력하는 제1 이진 CDMA시스템; 상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 인코딩하여 암호화하고, 상기 암호화된 신호를 송신기를 이용하여 통신채널로 전송하는 송신암호기; 상기 통신채널로 전송된 암호화신호를 수신기를 이용하여 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호를 기반으로 동기를 맞추어 디코딩하는 수신복호기; 및 상기 디코딩된 이진 레벨 신호를 음성신호로 출력하는 제2 이진 CDMA시스템;를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신암호기와 수신복호기에 사용되는 디지털 카오스 셀은 3차원 X-부, Y-부, Z-부 모듈러 매핑로직으로 구성되어 정해진 연산회수 만큼 이산 반복 계산을 수행하여 랜덤한 하이퍼카오스 신호 x(n+1), y(n+1) 및 z(n+1)을 발생시키는 m-HVPM 셀; 상기 하이퍼카오스 신호 중에서 하나를 선택하는 신호선택기; 및 상기 선택된 하이퍼카오스 신호를 입력받아 이진 디지털 카오스 시퀀스 신호로 출력하는 문턱값 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 m-HVPM 셀은 이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 x 카오스 신호(x(n+1))를 발생시키는 X-부 모듈러 매핑로직; 이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 y 카오스 신호(y(n+1))를 발생시키는 Y-부 모듈러 매핑로직; 및 이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 z 카오스 신호(z(n+1))를 발생시키는 Z-부 모듈러 매핑로직;을 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신암호기는 상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 XOR로직을 이용한 논리연산으로 암호화함을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신복호기는 상기 통신채널로 전송된 암호화신호를 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호 XOR로직을 이용한 논리연산으로 복호화함을 특징으로 한다.
또한, 상기 수신복호기는 수신기에서 수신된 신호와 디지털 카오스 셀에서 출력한 하이퍼카오스 PN 코드 신호에 의해 디코딩된 신호의 상관 값을 구하는 적분기; 및 상기 적분기를 통하여 구한 상관 값으로 상기 디코딩된 신호를 이진화 하는 문턱값 로직;을 더 구비하여 수신단에서 이진 CDMA 시스템의 입력신호가 되어 정보신호를 복호하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 구성을 블록도로 도시한 것으로, 제1 이진 CDMA시스템(110), 송신암호 기(120), 통신채널(130), 수신복호기(140) 및 제2 이진 CDMA시스템(150)으로 이루어진다.
제1 이진 CDMA시스템(110)은 수신된 음성신호를 2진 레벨의 신호로 출력한다.
송신암호기(120)는 상기 제1 이진 CDMA시스템(110)으로부터 출력된 이진 레벨의 신호를 수신하여 제1 디지털 카오스 셀(123)에 의해 발생된 하이퍼카오스(hyperchaos) 유사잡음(pseudo-noise:이하 PN) 신호와 인코딩하여 암호화하고, 상기 암호화된 신호를 송신기(121)를 이용하여 통신채널(130)로 전송한다.
통신채널(130)은 상기 송신암호기(120)의 송신기(121)로부터 송신된 암호화된 신호를 수신복호기(140)의 수신기(141)로 전송하는 채널이다.
수신복호기(140)는 상기 통신채널(130)로부터 전송된 암호화신호를 수신기(141)를 이용하여 수신하여 제2 디지털 카오스 셀(143)에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호를 기반으로 동기를 맞추어 디코딩한다.
제2 이진 CDMA시스템(150)은 상기 디코딩된 이진 레벨 신호를 음성신호로 출력한다.
도 2는 본 발명에 사용되는 디지털 카오스 셀의 구성을 도시한 것으로, 멀티쉬프트 에이치.브이.피.엠(m-HVPM) 셀(210), 신호선택기(220) 및 문턱값회로(230)로 구성된다.
상기 m-HVPM 셀(210)은 X-부 모듈러 매핑로직(211), Y-부 모듈러 매핑로직(213) 및 Z-부 모듈러 매핑로직(215)으로 구성되어 정해진 연산횟수 만큼 이산 반 복계산을 수행하여 랜덤한 하이퍼카오스 신호 x(n+1), y(n+1), z(n+1)을 발생시킨다.
상기 신호선택기(220)는 상기 m-HVPM 셀(210)에 의해 발생된 3개의 하이퍼카오스 신호 중에서 하나를 선택한다.
상기 문턱값 회로(230)는 상기 신호선택기(220)에 의해 선택된 신호를 이진 디지털 카오스 PN 코드 신호로 변환시켜 출력한다.
여기서, 상기 m-HVPM 셀(210)의 구성을 자세히 설명하면 다음과 같다.
X-부 모듈러 맵핑로직(211)은 이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고, 연산, 모듈러 변형의 과정을 거쳐, 현재 프레임의 x 카오스 신호(x(n+1))를 발생한다.
상기 Y-부 모듈러 맵핑로직(213)은 이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고, 연산, 모듈러 변형의 과정을 거쳐, 현재 프레임의 y 카오스 신호(y(n+1))를 발생한다.
상기 Z-부 모듈러 맵핑로직(215)은 이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))를 수신하고, 연산, 모듈러 변형의 과정을 거쳐, 현재 프레임의 z 카오스 신호(z(n+1))를 발생시킨다.
도 3은 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 다른 일실시예를 도시한 것으로, XOR 로직(321, 341)을 사용하여 음성비화를 전송하는 시스템을 나타낸 것이다.
제1 이진 CDMA 시스템(310)으로부터 출력된 이진신호와 제1 디지털 카오스 셀(323)의 하이퍼카오스 PN 코드를 제1 XOR로직(321)을 이용하여 논리연산을 수행하며 또한, 제2 디지털 카오스 셀(343)의 하이퍼카오스 PN 코드를 제2 XOR로직(341)을 이용하여 논리연산을 수행함으로써 송수신 비화통신시스템 구조가 간단하여 디지털 전자회로 구현이 용이한 카오스 음성비화시스템을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템의 또 다른 일실시예를 도시한 것으로, DS/SS 통신알고리즘을 통하여 음성비화 전송을 위한 통신시스템을 나타낸 것이다.
이진(Binary) CDMA의 이진레벨 출력 정보신호와 고속으로 동작시킨 제1 디지털 카오스 셀(425)에서 출력한 하이퍼카오스 PN 코드 신호를 제1 곱셈기(421)로 인코딩하여 암호화된 출력신호를 송신기(420)에서 통신채널(430)로 전송한다.
수신기(440)에서 수신된 신호와 제2 디지털 카오스 셀(445)에서 출력한 하이퍼카오스 PN 코드 신호를 제2 곱셈기(441)디코딩하고 적분기(442)를 통하여 상관값을 구한다. 그리고, 문턱값 로직(443)을 통하여 이진화를 수행하면 이진 CDMA 시스템의 입력신호가 되어 정보신호를 복호할 수 있다.
도 5는 도 4의 시스템을 음성비화 전송을 모의 실험한 출력파형을 단계별로 나타낸 것이다.
이진 CDMA의 출력신호인 이진코드(510)와 제1 디지털 카오스 셀(425)의 하이퍼카오스 PN 코드(520)을 제1 곱셈기(441)로 인코딩하여 암호화된 송신신호(530)를 발생시킨다.
실제 통신에서는 채널잡음이 존재하므로 통신채널(430)에 잡음신호를 더한 수신신호(540)에 송신단의 PN 코드와 동일한 하이퍼카오스 PN 코드(560)를 제2 곱셈기(441)로 디코딩하고 적분기(442)에 의해 적분한 정보신호(550)를 문턱값 로직(443)을 통하면 복호화된 정보신호(560)가 되며, 이러한 상기 정보신호(560)는 수신단의 이진 CDMA의 입력신호가 되어 음성정보신호를 정확하게 복호하게 된다.
이상으로, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN 코드 신호는 비도가 높아 안전한 카오스 시퀀스로 사용이 가능하므로 음성정보의 비화통신에 사용되어 안전한 음성정보의 전송을 가능케 한다. 또한 구조가 간단한 XOR 논리연산을 이용한 카오스 음성비화시스템과 칩 구현이 가능한 DS/SS 알고리즘을 이용한 카오스 음성비화시스템 등으로 음성신호를 처리하여 비화통신을 가능케 한다.

Claims (7)

  1. 음성신호를 암호화하여 전송하는 음성비화시스템에 있어서,
    수신된 음성신호를 2진 레벨의 신호로 출력하는 제1 이진 CDMA시스템;
    상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 인코딩하여 암호화하고, 상기 암호화된 신호를 송신기를 이용하여 통신채널로 전송하는 송신암호기;
    상기 통신채널로 전송된 암호화신호를 수신기를 이용하여 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호를 기반으로 동기를 맞추어 디코딩하는 수신복호기; 및
    상기 디코딩된 이진 레벨 신호를 음성신호로 출력하는 제2 이진 CDMA시스템;를 포함함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 송신암호기와 수신복호기에 사용되는 카오스 셀은
    3차원 X-부, Y-부, Z-부 모듈러 매핑로직으로 구성되어 정해진 연산회수 만큼 이산 반복 계산을 수행하여 랜덤한 하이퍼카오스 신호 x(n+1), y(n+1) 및 z(n+1)을 발생시키는 m-HVPM 셀;
    상기 하이퍼카오스 신호 중에서 하나를 선택하는 신호선택기; 및
    상기 선택된 하이퍼카오스 신호를 입력받아 이진 디지털 카오스 시퀀스 신호 로 출력하는 문턱값 회로;를 포함함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 m-HVPM 셀은
    이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 x 카오스 신호(x(n+1))를 발생시키는 X-부 모듈러 매핑로직;
    이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))와 이전 프레임의 z 카오스 신호(z(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 y 카오스 신호(y(n+1))를 발생시키는 Y-부 모듈러 매핑로직; 및
    이전 프레임의 x 카오스 신호(x(n))와 이전 프레임의 y 카오스 신호(y(n))를 수신하고 연산, 모듈러 변형 과정을 거쳐 현재 프레임의 z 카오스 신호(z(n+1))를 발생시키는 Z-부 모듈러 매핑로직;을 포함함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 송신암호기는
    상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 XOR로직을 이용한 논리연산으로 암호화함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 송신암호기는
    상기 이진 레벨의 신호를 수신하여 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호와 곱셈기를 이용한 연산으로 암호화함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수신복호기는
    상기 통신채널로 전송된 암호화신호와 디지털 카오스 셀에 의해 발생된 하이퍼카오스 PN신호 XOR로직을 이용한 논리연산으로 복호화함을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수신복호기는
    수신기에서 수신된 신호와 디지털 카오스 셀에서 출력한 하이퍼카오스 PN 코드 신호에 의해 디코딩된 신호의 상관 값을 구하는 적분기; 및
    상기 적분기를 통하여 구한 상관 값으로 상기 디코딩된 신호를 이진화 하는 문턱값 로직;을 더 구비하여 수신단에서 이진 CDMA 시스템의 입력신호가 되어 정보신호를 복호하는 것을 특징으로 하는 디지털 카오스 셀을 이용한 이진 CDMA 카오스 음성비화시스템.
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