KR102221250B1 - 보안 성능 최적화를 위한 무선 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

보안 성능 최적화를 위한 무선 통신 장치 및 방법이 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는 하나 이상의 목적 단말로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성하는 코드 블록 생성부, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 상기 하나 이상의 목적 단말로 송신하는 코드 블록 송신부 및 상기 하나 이상의 목적 단말로부터 상기 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신하는 응답 정보 수신부를 포함한다.

Description

보안 성능 최적화를 위한 무선 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPTIMIZING SECURITY EFFICIENCY}
개시되는 실시예들은 보안 성능을 최적화하기 위한 무선 통신 기술과 관련된다.
무선 통신 시스템이 확산됨에 따라 무선 통신 환경에서의 보안이 중요한 이슈가 되고 있다.
이와 관련된 현재의 보안 기술은 신호를 전송하는 단계에서, 목표 수신단에서는 신호를 높은 SNR(Signal to Noise Ratio)로 수신할 수 있도록 하고, 도청 수신단에서의 SNR은 낮게 함으로써 도청 수신단에서의 복호 및 복조가 불가능하도록 하는 것을 목표로 하고 있다.
이를 위해서는 일반적으로 도청 수신단이 목표 수신단에 비해 송신단에서 멀리 떨어져 있어서 물리적으로 수신하는 신호가 약해야 하나, 실제로 목표 수신단이 도청 수신단보다 송신단에서 멀리 있는 경우가 많기 때문에, 이러한 상황 하에서도 무선 통신 시스템의 보안을 달성할 수 있는 기술의 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1695055호 (2017.01.04.)
개시되는 실시예들은 HARQ를 사용하는 다중 안테나 환경 하에서 목표 단말이 아닌 다른 단말이 정보를 도청하지 못하도록 하는 물리 계층 보안을 달성하기 위한 것이다.
개시되는 일 실시예에 따른 무선 통신 장치는, 하나 이상의 목적 단말로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성하는 코드 블록 생성부, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 상기 하나 이상의 목적 단말로 송신하는 코드 블록 송신부 및 상기 하나 이상의 목적 단말로부터 상기 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신하는 응답 정보 수신부를 포함하고, 상기 코드 블록 송신부는, 상기 각 응답 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 목적 단말에 상기 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단하고, 상기 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 상기 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송한다.
상기 코드 블록 송신부는, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용할 수 있다.
상기 코드 블록 송신부는, 상기 응답 정보에 기초하여, 상기 하나 이상의 목적 단말 중 상기 복호화에 실패한 목적 단말로 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송할 수 있다.
상기 코드 블록 송신부는, 코드 블록 전송 횟수를 상기 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 상기 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정하고, 상기 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크에서의 보안 정보 전송률을 계산할 수 있다.
상기 평균 보안 정보 전송률은, 적법 링크에서의 보안 정보 전송률, 도청 링크에서의 보안 정보 전송률, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률에 기초하여 계산될 수 있으며, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은 코드 블록 전송 횟수가 독립 변수일 수 있다.
상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 적법 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 미만일 확률일 수 있다.
상기 적법 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 적법 링크를 통해 연결된 목적 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 도청 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 도청 링크에서의 보안 정보 전송률 이상일 확률일 수 있다.
상기 도청 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 도청 링크를 통해 연결된 도청 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)-CC(Chase Combining)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 2일 수 있으며, 상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ-IR(Incremental Redundancy)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 기 설정된 최대 전송 횟수일 수 있다.
개시되는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법은, 하나 이상의 목적 단말로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성하는 단계, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 상기 하나 이상의 목적 단말로 송신하는 단계, 상기 하나 이상의 목적 단말로부터 상기 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신하는 단계, 상기 각 응답 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 목적 단말에 상기 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단하는 단계 및 상기 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 상기 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송하는 단계를 포함한다.
상기 송신하는 단계는, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용할 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 응답 정보에 기초하여, 상기 하나 이상의 목적 단말 중 상기 복호화에 실패한 목적 단말로 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송할 수 있다.
상기 순차 전송하는 단계는, 코드 블록 전송 횟수를 상기 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 상기 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정하는 단계 및 상기 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크에서의 보안 정보 전송률을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 평균 보안 정보 전송률은, 적법 링크에서의 보안 정보 전송률, 도청 링크에서의 보안 정보 전송률, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률에 기초하여 계산될 수 있으며, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은 코드 블록 전송 횟수가 독립 변수일 수 있다.
상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 적법 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 미만일 확률일 수 있다.
상기 적법 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 적법 링크를 통해 연결된 목적 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 도청 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 도청 링크에서의 보안 정보 전송률 이상일 확률일 수 있다.
상기 도청 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 도청 링크를 통해 연결된 도청 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)-CC(Chase Combining)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 2일 수 있으며, 상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ-IR(Incremental Redundancy)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 기 설정된 최대 전송 횟수일 수 있다.
개시되는 실시예들에 따르면, 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되도록 목적 단말로 보안 정보를 송신함으로써, 다중 안테나를 포함한 기지국에서 목적 단말로 정보를 전달함에 있어서 신뢰성 있는 물리 계층 보안을 달성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면
도 2는 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 설명하기 위한 블록도
도 3은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치를 설명하기 위한 블록도
도 4는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 5는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 6은 일 실시예에 따른 특정 조건 하에서의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
몇몇 실시예들에서, 통신 네트워크는 인터넷, 하나 이상의 로컬 영역 네트워크(local area networks), 광역 네트워크(wire area networks), 셀룰러 네트워크, 모바일 네트워크, 그 밖에 다른 종류의 네트워크들, 또는 이러한 네트워크들의 조합을 포함할 수 있다.
무선 통신 환경에서는 다중 안테나(Antenna)를 이용하여 통신함에 있어서, 통신의 신뢰성을 확보하기 위하여 에러 보상 기법을 활용한다.
예를 들어, FEC(Forward Error Correction) 방식은 송신 측이 전송할 문자나 프레임(frame)에 부가적인 정보를 첨가하여 전송하고, 수신 측이 이를 수신하여 위 부가적인 정보를 이용하여 에러(error)를 검출하거나 정정하는 방식이다. FEC 방식은 연속적인 데이터 전송이 가능하며, 수신 측에서의 재전송이 불필요하다는 장점이 있으나, 관련 기기 및 부호화(coding) 방식이 복잡하고, 부가 정보가 추가되는 비트(bit)에 의해 채널 대역이 낭비되며, 양호한 채널 환경에서 시스템 효율이 떨어지는 단점이 있다.
다른 예시로, ARQ(Automatic Repeat reQuest) 방식은 수신 측이 전송된 데이터 내 첨부된 오류 검출 정보(예를 들어, 체크섬)로 에러 발생 유무를 점검하고, 에러 발생 시 데이터 재전송을 요청함으로써 에러를 정정하는 방식이다. ARQ 방식은 수신 측에서 에러 정정을 따로 하지 않아도 신뢰성 있는 통신이 가능하다는 장점이 있으나, 재전송 채널이 필요하며 고속 전송에 불리하고, 열악한 채널 환경에서 시스템 효율이 떨어지는 단점이 있다.
위 두 방식의 상반되는 단점을 해결하기 위해 제안된 에러 보상 기법이 FEC 방식과 ARQ 방식을 결합한 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest) 방식이며, 이하에서 도 1을 참조하여 HARQ 방식의 동작 원리를 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)의 동작 원리를 설명하기 위한 도면(100)이다.
도 1을 참조하면, 전송하고자 하는 보안 정보 메시지(이하, 보안 정보)가 있는 경우, 기지국에서는 채널 부호화를 통하여 위 보안 정보 메시지에 대응되는 전체 채널 코드 블록을 생성하고, 이어서 m개의 부 채널 코드 블록(c(1), c(2), ?? , c(m))으로 변환한다. 이후, 첫 전송에서는 c(1)을 변조(modulation)한 s(1)을 목적 단말로 전송한다. 이때, 목적 단말은 보안 정보 메시지를 전달하고자 하는 단말을 의미한다.
목적 단말에서는 s(1)에 해당하는 수신 신호 yd(1)를 복조(demodulation) 및 복호화(decoding)하여 원래의 보안 정보 메시지를 복원하려 시도한다. 이때, 목적 단말은 복원에 성공하면 ACK(Acknowledgement) 신호를 기지국으로 송신하며, 복원에 실패하면 NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 기지국으로 송신한다. 기지국에서 ACK 신호를 수신하면 보안 정보 전송이 마무리되나, NACK 신호를 송신하는 경우에는 기지국은 두 번째 부 채널 코드 블록 c(2)를 변조한 s(2)를 목적 단말로 전송한다. 목적 단말에서는 s(2)에 해당하는 수신 신호 yd(2)와 기 수신한 yd(1)을 바탕으로 보안 정보 메시지를 복원하려 시도하고, 이후 상술한 과정을 반복한다. 만약 기 설정된 최대 보안 정보 전송 횟수만큼의 재전송이 이루어진 후에도 목적 단말이 보안 정보 메시지를 복원하지 못하면 메시지는 전송되지 못하고 기지국의 송신단 큐(Queue)에서 폐기된다.
HARQ 방식은 크게 HARQ-CC(Chase Combining) 방식과 HARQ-IR(Incremental Redundancy) 방식으로 구분된다. HARQ-CC 방식은 에러가 검출된 데이터를 버리지 않고 이후에 재전송된 데이터와 결합시켜 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)의 이득을 얻는 방법이며, HARQ-IR 방식은 재전송되는 데이터에 추가적인 부가 정보가 덧붙여져 전송되어 재전송에 따른 부담을 줄이고 부호화 이득(coding gain)을 얻는 방법이다.
이때, HARQ-CC 방식에서는 모든 부 채널 부호 블록이 동일한 값을 갖는다. 즉, c(1)=c(2)=c(3)=??=c(m)이기 때문에, 이를 변조한 s(1) 내지 s(m)도 모두 같은 신호로 정의된다. 이에 따라, 목적 단말의 수신단에서는 위 s(1) 내지 s(m)에 해당하는 수신 신호 yd(1) 내지 yd(m)를 최대율 결합(Maximal Ratio Combining, MRC) 형태로 합한 이후에 복조 및 복호화를 진행한다.
한편, HARQ-IR 방식에서는 부 채널 부호 블록의 값이 각각 다르므로, 이를 변조한 s(1) 내지 s(m)도 각기 다른 값을 갖게 되고, 이에 따라 목적 단말의 수신단에서는 수신 신호 yd(1) 내지 yd(m)를 각각 복조한 이후에 복호화를 수행하게 된다. 따라서, HARQ-CC 방식은 비교적 구현이 간단한 반면, 성능이 떨어지고, HARQ-IR 방식은 성능이 더 뛰어난 반면, 구현의 복잡도가 증가한다.
도 2는 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(200)을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(200)은 무선 통신 장치(210), 목적 단말(220), 도청 단말(230), 적법 링크(240) 및 도청 링크(250)를 포함한다.
무선 통신 장치(210)는 하나 이상의 목적 단말(220)로 정보를 전송함에 있어서, 도청 단말(230)이 그 정보를 도청하지 못하도록 물리 계층 상의 보안을 구현함으로써 목적 단말(220)로 무선 통신 서비스를 제공하는 장치이다. 구체적으로, 무선 통신 장치(210)는 복수 개의 안테나를 가진 기지국일 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(210)는 CDMA(Code-Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), WCDMA(Wideband Code-Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신 액세스 네트워크와 목적 단말(220)을 연결할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)는 안테나의 빔(beam)이 도창 단말(230)에 비해 목적 단말(220)에 집중되도록 하기 위해 빔포밍(beamforming) 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 장치(210)는 랜덤 빔포밍 기술, MRT(Maximal Ratio Transmission) 빔포밍 기술 등을 사용할 수 있으나, 사용 가능한 빔포밍 기술은 이에 한정되지 않으며, 목적 단말(220)에 안테나의 빔을 집중시킬 수 있는 다양한 빔포밍 기술이 사용될 수 있다.
목적 단말(220)(Destination)은 무선 통신 장치(210)가 정보를 전송하고자 하는 단말로서, 무선 통신 장치(210)가 전송한 신호에 기초하여 원래 정보를 복원하려 시도한 후, 복원 성공 여부를 알리는 신호를 다시 무선 통신 장치(210)로 송신한다. 예를 들어, 목적 단말(220)은 CDMA, GSM, WCDMA, LTE 등의 이동통신 액세스 네트워크에 연결된 휴대 단말일 수 있다.
도청 단말(230)(Eavesdropper)은 무선 통신 장치(210)가 정보를 전송하고자 하는 단말이 아니지만, 무선 통신 장치(210)가 목적 단말(220)로 전송한 신호를 중간에서 복호화하여 원래 정보를 가로채기 위해 무선 통신 장치(210)가 송신한 신호를 수신하는 단말이다.
구체적으로, 도청 단말(230)은 항상 수신 모드로 동작하면서 무선 통신 장치(210)가 목적 단말(220)로 전송하는 신호를 수신하고, 복조 및 복호화하여 정보를 도청하고자 하는 단말이다.
적법 링크(240)(legitimate link)는 무선 통신 장치(210)와 목적 단말(220) 간에 신호가 송, 수신되는 전송 경로를 의미한다. 예를 들어, 적법 링크(240)는 상향 링크(uplink), 하향 링크(downlink), 포워드 링크(forward link) 및 리턴 링크(return link) 중 어느 하나이거나, 두 종류 이상의 링크가 병합된 형태일 수 있다.
도청 링크(250)(eavesdropping link)는 무선 통신 장치(210)와 도청 단말(230) 간에 신호가 송, 수신되는 전송 경로를 의미한다. 도청 링크(250)는 예를 들어, 상향 링크(uplink), 하향 링크(downlink), 포워드 링크(forward link) 및 리턴 링크(return link) 중 어느 하나일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 무선 통신 장치(210)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 무선 통신 장치(210)는 코드 블록 생성부(211), 코드 블록 송신부(213) 및 응답 정보 수신부(215)를 포함한다.
코드 블록 생성부(211)는 하나 이상의 목적 단말(220)로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성한다.
일 실시예에 따르면, 코드 블록 생성부(211)는 보안 정보를 부호화하여 전체 채널 코드 블록을 생성한 후, HARQ-CC 방식에 따라 복수의 부 채널 코드 블록을 생성할 수 있다. 이때, 각 부 채널 코드 블록은 전체 채널 코드 블록과 같은 값을 가지는, 서로 동일한 부 채널 코드 블록일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 코드 블록 생성부(211)는 보안 정보를 부호화하여 전체 채널 코드 블록을 생성한 후, HARQ-IR 방식에 따라 복수의 부 채널 코드 블록을 생성할 수 있다. 이때, 각 부 채널 코드 블록은 전체 채널 코드 블록을 기 설정된 개수만큼 분할한, 서로 다른 값을 가지는 부 채널 코드 블록일 수 있다.
코드 블록 송신부(213)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 하나 이상의 목적 단말(220)로 송신한다.
구체적으로, 코드 블록 송신부(213)는 하나 이상의 목적 단말(220)로부터 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보에 기초하여, 하나 이상의 목적 단말(220)에 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단한다.
이어서, 코드 블록 송신부(213)는 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말(220)에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송한다.
일 실시예에 따르면, 코드 블록 송신부(213)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용할 수 있다.
구체적으로, 코드 블록 송신부(213)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 무선 통신 장치(210)와 목적 단말(220) 간의 채널 정보 및 무선 통신 장치(210)와 도청 단말(230) 간의 채널 정보가 전혀 없기 때문에, 보안 성능의 향상을 기대하지 않고 부호화된 하나의 부 채널 코드 블록을 무작위로 송신할 수 있다. 이후 목적 단말(220)에서 무선 통신 장치(210)로 해당 부 채널 코드 블록을 이용한 보안 정보의 복원에 실패했다는 NACK 신호를 송신하면, 무선 통신 장치는 해당 NACK 신호를 이용하여 적법 링크(240)의 채널 정보를 얻을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 코드 블록 송신부(213)가 송신하는 u-번째 부 채널 코드 블록에 의한 신호 X(u)는 아래의 수학식 1에 의할 수 있다..
[수학식 1]
Figure 112019091184344-pat00001
이때, v(u)는 u-번째 전송에서 사용하는 빔 벡터(beam vector), s(u)는 변조된 u-번째 부 채널 코드 블록, ()T 연산은 전치(Transpose) 연산을 나타낸다.
이에 대해, 상기 X(u)를 수신한 목적 단말(220)에서의 수신 신호는 아래의 수학식 2에 의하며, 상기 X(u)를 수신한 도청 단말(230)에서의 수신 신호는 아래의 수학식 3에 의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019091184344-pat00002
[수학식 3]
Figure 112019091184344-pat00003
이때, nd T(u)는 u-번째 신호 X(u)에 대한 목적 단말(220)에서의 수신 백색 잡음(White noise), ne T(u)는 u-번째 신호 X(u)에 대한 도청 단말(230)에서의 수신 백색 잡음, hH(u)는 u-번째 신호 X(u)에 대한 적법 링크(240)의 채널 벡터(channel vector), gH(u)는 u-번째 신호 X(u)에 대한 도청 링크(250)의 채널 벡터를 나타낸다.
한편, nd T(u) 및 ne T(u) 각각의 평균은 0, 공분산은 각각 δd 2I, δe 2I이다(이때, I는 단위 행렬).
또한 일 실시예에 따르면, 코드 블록 송신부(213)는 응답 정보에 기초하여, 하나 이상의 목적 단말(220) 중 복호화에 실패한 목적 단말(220)로 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송할 수 있다.
또한 일 실시예에 따르면, 코드 블록 송신부(213)는 코드 블록 전송 횟수를 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정하고, 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 계산할 수 있다.
구체적으로, 코드 블록 송신부(213)는 자연수 변수인 코드 블록 전송 횟수를 증가시키면서 평균 보안 정보 전송률의 변화를 파악한다. 평균 보안 전송률은 코드 블록 전송 횟수에 대하여 quasi-concave 함수이므로, 코드 블록 전송 횟수를 증가시키다보면 평균 보안 전송률의 감소가 시작되는 시점이 존재한다. 이에 따라 코드 블록 송신부(213)는 그때 코드 블록 전송 횟수의 증가를 멈추어 최적의 코드 블록 전송 횟수를 결정할 수 있다.
이어서, 코드 블록 송신부(213)는 결정한 최적 코드 블록 전송 횟수 하에서 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 초기화 한 후 평균 보안 전송률이 최대가 되는 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률을 계산할 수 있다(과정 1).
이후 코드 블록 송신부(213)는 계산한 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률을 고정한 후 평균 보안 전송률이 최대가 되는 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 계산할 수 있다(과정 2).
이후 다시 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 고정하고 상술한 과정 1 및 2를 반복하여 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률이 기 설정된 임계 값 이하로 수렴할 때까지 최적화 과정을 수행할 수 있다. 개시되는 이하 실시예에서는 해당 최적화 기법을 교차 최적화로 명명한다.
상술한 교차 최적화 과정과 관련한 더욱 상세한 설명은 후술하는 수학식 4 내지 수학식 13을 이용하여 하기로 한다.
또한 일 실시예에 따르면, 평균 보안 정보 전송률은 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률, 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률, 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 및 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률에 기초하여 계산될 수 있다.
이때, 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 및 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률은 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 가질 수 있다.
구체적으로, 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률은, 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 적법 링크(240)에서의 누적 채널 용량이 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률 미만일 확률일 수 있다.
더욱 상세하게, 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률은, 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률이 실제 적법 링크의 누적 채널 용량보다 커서 목적 단말(220)로 보안 정보 전송이 되지 못하는 확률을 나타낼 수 있다.
또한, 적법 링크(240)에서의 누적 채널 용량은, 적법 링크(240)를 통해 연결된 목적 단말(220)에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
이때, 채널 용량(Channel capacity)은 한 곳에서 다른 곳으로 정보를 보내기 위해 사용되는 물리적인 통로인 채널에서, 정보가 에러를 발생시키지 않고 보내질 수 있는 최대 속도를 의미할 수 있다. 또한 채널 용량은 전송에 쓰이는 매체가 수용할 수 있는 정보의 전송 능력일 수도 있다.
또한, 신호 대 잡음 비(SNR)는 신호의 전력을 잡음의 전력으로 나눈 비율을 의미할 수 있다.
한편, 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률은, 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 도청 링크(250)에서의 누적 채널 용량이 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률 이상일 확률일 수 있다.
구체적으로, 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률은, 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률이 도청 링크(250)의 누적 채널 용량보다 작아서 도청 단말(230)이 보안 정보를 복조 및 복호화할 확률을 나타낼 수 있다.
또한, 도청 링크(250)에서의 누적 채널 용량은, 도청 링크(250)를 통해 연결된 도청 단말(230)에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산될 수 있다.
일 실시예에 따르면, HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 평균 보안 전송률 SRCC은 아래의 수학식 4에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019091184344-pat00004
이때, m은 코드 블록 전송 횟수, Rd는 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률, Re는 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률, Od CC(m)은 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률, Oe CC(m)은 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률을 나타낸다.
일 실시예에 따르면, HARQ-IR 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 평균 보안 전송률 SRIR은 아래의 수학식 5에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019091184344-pat00005
이때, m은 코드 블록 전송 횟수, Od IR(m)은 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률, Oe IR(m)은 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률을 나타낸다.
구체적으로, HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 Od CC(m)과 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률 Oe CC(m)은 아래의 수학식 6 및 수학식 7에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112019091184344-pat00006
[수학식 7]
Figure 112019091184344-pat00007
이때, Pr[] 연산은 [] 내의 조건을 만족할 확률, log의 밑수는 2, SNRd(u)는 u-번째 전송에서 목적 단말(220)에서의 신호 대 잡음 비, SNRe(u)는 u-번째 전송에서 도청 단말(230)에서의 신호 대 잡음 비를 나타낸다.
또한 구체적으로, HARQ-IR 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 Od IR(m)과 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률 Oe IR(m)은 아래의 수학식 8 및 수학식 9에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112019091184344-pat00008
[수학식 9]
Figure 112019091184344-pat00009
이때, log의 밑수는 2이다.
더욱 상세하게, HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 u-번째 전송에서 목적 단말(220)에서의 신호 대 잡음 비 SNRd(u)및 u-번째 전송에서 도청 단말(230)에서의 신호 대 잡음 비 SNRe(u)는 아래의 수학식 10 및 11에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112019091184344-pat00010
Figure 112019091184344-pat00011
[수학식 11]
Figure 112019091184344-pat00012
이때, Nt는 무선 통신 장치(210)의 안테나 수를 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)와 목적 단말(220) 간 복수 개의 장애물이 존재하여 보안 정보에 대한 신호가 산란 또는 분산되는 경우, 기 설정된 조건을 만족한다면, HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210) 및 HARQ-IR 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률과 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률은 간략화될 수 있다.
구체적으로, 무선 통신 장치(210), 목적 단말(220) 및 도청 단말(230)이 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 모델을 만족하고, 1~m 번째 전송까지 무선 통신 장치(210), 목적 단말(220), 도청 단말(230), 적법 링크(240) 및 도청 링크(250)가 시간에 따라 변하지 않는 경우, HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 Od CC(m)과 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률 Oe CC(m)은 아래의 수학식 12 및 수학식 13과 같이 간략화될 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112019091184344-pat00013
[수학식 13]
Figure 112019091184344-pat00014
이때, Q{} 연산은 Q 함수를 나타낸다.
또한 구체적으로, 무선 통신 장치(210), 목적 단말(220) 및 도청 단말(230)이 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 모델을 만족하고, 1~m 번째 전송까지 무선 통신 장치(210), 목적 단말(220), 도청 단말(230), 적법 링크(240) 및 도청 링크(250)가 시간에 따라 변하지 않는 경우, HARQ-IR 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)에서 m-번째 전송까지의 적법 링크(240)에서의 연결 정지 확률 Od IR(m)과 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률 Oe IR(m)은 아래의 수학식 14 및 수학식 15와 같이 간략화될 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112019091184344-pat00015
[수학식 15]
Figure 112019091184344-pat00016
이때, log의 밑수는 2이다.
상술한 수학식 4 내지 수학식 15를 참조한 코드 블록 송신부(213)의 작동에 대한 설명은 후술할 도 7에 대한 설명과 중복되므로, 아래 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 방법은 예를 들어, 무선 통신 장치(210)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
또한 도 4에 도시된 방법은 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 개략적으로 설명한 것일 수 있으며, 보다 상세한 무선 통신 방법의 각 단계는 이하의 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 무선 통신 장치(210)는 하나 이상의 목적 단말(220)로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성한다(410).
이후, 무선 통신 장치(210)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 하나 이상의 목적 단말(220)로 송신한다(420).
일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용할 수 있다.
이후, 무선 통신 장치(210)는 하나 이상의 목적 단말(220)로부터 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신한다(430).
이후, 무선 통신 장치(210)는 각 응답 정보에 기초하여 하나 이상의 목적 단말(220)에 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단한다(440).
일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)는 각 응답 정보에 기초하여, 하나 이상의 목적 단말(220) 중 복호화에 실패한 목적 단말(220)로 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송할 수 있다.
이후, 무선 통신 장치(210)는 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말(220)에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송한다(440).
일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)는 코드 블록 전송 횟수를 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정할 수 있다.
이후, 일 실시예에 따르면, 무선 통신 장치(210)는 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 계산할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 방법은 예를 들어, 무선 통신 장치(210)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
도 5는 도 4를 참조하여 개시된 무선 통신 방법의 더욱 상세한 일 예시를 설명하기 위한 것이므로, 도 5의 단계 510 내지 530은 도 4의 단계 410 내지 430과 동일한 바 이에 대한 설명은 도 4와 중복되어 생략하기로 한다.
단계 530 이후, 무선 통신 장치(210)는 수신한 응답 정보가 ACK 신호인지 NACK 신호인지 판별한다(540).
이후, 수신한 응답 정보가 ACK 신호인 경우, 무선 통신 장치(210)는 목적 단말(220)로의 보안 정보 전송이 마무리된 것으로 판단하고 부 채널 코드 블록의 전송을 종료한다.
그러나, 수신한 응답 정보가 NACK 신호인 경우, 무선 통신 장치(210)는 NACK 신호를 송신한 목적 단말에서의 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송한다(550).
도 6은 일 실시예에 따른 특정 조건 하에서의 무선 통신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시된 방법은 예를 들어, 무선 통신 장치(210)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 무선 통신 장치(210)는 무선 통신 장치(210)에 포함된 복수의 안테나의 개수 및 사용하는 무선 통신 기법의 종류에 따라 최적 코드 블록 전송 횟수를 특정한 값으로 고정하고, 곧바로 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크에서의 보안 정보 전송률을 최적화할 수 있다.
우선, 무선 통신 장치(210)가 응답 정보에 기초하여 하나 이상의 목적 단말(220)에 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 곧이어 무선 통신 장치(210)는 안테나의 개수가 기 설정된 값 x(예를 들어, 10) 이상인지 판단한다(610).
이 경우, 안테나의 개수가 기 설정된 값 x 미만이면, 무선 통신 장치(210)는 도 7에 개시된 최적화 알고리즘을 통해, 나머지 코드 블록을 추가 수신하는 목적 단말(220)에서의 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되도록 최적 코드 블록 전송 횟수(m), 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률(Rd) 및 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률(Re)을 최적화한다(630).
그러나, 안테나의 개수가 기 설정된 값 x 이상이면, 무선 통신 장치(210)는 사용하는 무선 통신 기법이 HARQ-CC 방식인지 HARQ-IR 방식인지 판단한다(620).
이후 HARQ-CC 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)의 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수를 2로 고정시킨다(640).
한편, HARQ-IR 방식을 사용하는 무선 통신 장치(210)는, 최적 코드 블록 전송 횟수를 기 설정된 최대 전송 횟수(M)로 고정시킨다(650).
단계 640 또는 단계 650을 통해, 최적 코드 블록 전송 횟수가 특정 값으로 고정되면, 무선 통신 장치(210)는 해당 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되도록 적법 링크(640)에서의 보안 정보 전송률(Rd) alc 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률(Re)을 최적화한다(660).
상술한 특정 최적 코드 블록 전송 횟수는 도 7에 개시된 최적화 알고리즘을 참조하여, 무선 통신 장치(210)에 포함된 안테나의 개수 및 무선 통신 장치(210)의 무선 통신 기법을 다양하게 적용시키며 시뮬레이션(simulation) 한 결과로부터 얻어진 값일 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 무선 통신 알고리즘을 설명하기 위한 흐름도이다.
보다 상세한 설명을 위해, 이하에서는 도 7과 상술한 수학식 4 내지 15를 참조하여 무선 통신 알고리즘을 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 방법은 예를 들어, 무선 통신 장치(210)에 의해 수행될 수 있다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
우선, 무선 통신 장치(210)는 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 전송하는 경우(m=1), 평균 보안 정보 전송률을 0으로 초기화한다(710).
이후, 상술한 수학식 7, 9, 13 또는 15에 개시된 m-번째 전송까지의 도청 링크(250)에서의 보안 정지 확률이 0.5 미만이 되도록 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 초기화한다(720).
이후, 결정된 코드 블록 전송 횟수 m 및 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률에 기초하여, 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률을 계산한다(730).
이후, 계산된 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률 및 결정된 코드 블록 전송 횟수 m에 기초하여 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 계산한다(740).
이후, 교차 최적화 기법을 적용하여, 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률이 기 설정된 임계 값(
Figure 112019091184344-pat00017
) 미만이 되고, 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률이 기 설정된 임계 값(
Figure 112019091184344-pat00018
) 미만이 될 때까지 단계 730 및 단계 740을 반복한다(750).
이후, 기 설정된 임계 값(
Figure 112019091184344-pat00019
) 미만으로 수렴한 적법 링크(240)에서의 보안 정보 전송률을 적법 링크(240)에서의 최종 보안 정보 전송률로 결정하고, 기 설정된 임계 값(
Figure 112019091184344-pat00020
) 미만으로 수렴한 도청 링크(250)에서의 보안 정보 전송률을 도청 링크(250)에서의 최종 보안 정보 전송률로 결정하여, 이에 기초하여 m-번째 전송까지의 평균 보안 정보 전송률을 계산한다(760).
이후, m-번째 전송까지의 평균 보안 정보 전송률이 m-1 번째 전송까지의 평균 보안 정보 전송률 이상인지, 코드 블록 전송 횟수(m) 이 기 설정된 최대 전송 횟수(M) 이하인지 판단하여, 위 두 조건을 모두 만족한 경우에는 코드 블록 전송 횟수를 1 가산하여 단계 720으로 회귀한다(780).
만약, 위 두 조건 중 하나라도 만족하지 못한 경우에는 그때까지의 코드 블록 전송 횟수, 적법 링크(240)에서의 최종 보안 정보 전송률 및 도청 링크(250)에서의 최종 보안 정보 전송률을 평균 보안 정보 전송률을 최대로 하는 최적값으로 판단하고, 이를 출력한다(790).
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200: 무선 통신 시스템
210: 무선 통신 장치
211: 코드 블록 생성부
213: 코드 블록 송신부
215: 응답 정보 수신부
220: 목적 단말
230: 도청 단말
240: 적법 링크
250: 도청 링크

Claims (20)

  1. 하나 이상의 목적 단말로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성하는 코드 블록 생성부;
    상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 상기 하나 이상의 목적 단말로 송신하는 코드 블록 송신부; 및
    상기 하나 이상의 목적 단말로부터 상기 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신하는 응답 정보 수신부를 포함하고,
    상기 코드 블록 송신부는, 상기 각 응답 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 목적 단말에 상기 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단하고, 상기 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 상기 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송하고,
    상기 평균 보안 정보 전송률은, 적법 링크에서의 보안 정보 전송률, 도청 링크에서의 보안 정보 전송률, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률에 기초하여 계산되며,
    상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은 코드 블록 전송 횟수가 독립 변수인, 무선 통신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코드 블록 송신부는, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용하는, 무선 통신 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 코드 블록 송신부는, 상기 응답 정보에 기초하여, 상기 하나 이상의 목적 단말 중 상기 복호화에 실패한 목적 단말로 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송하는, 무선 통신 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 코드 블록 송신부는, 코드 블록 전송 횟수를 상기 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 상기 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정하고, 상기 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크에서의 보안 정보 전송률을 계산하는, 무선 통신 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 적법 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 미만일 확률인, 무선 통신 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적법 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 적법 링크를 통해 연결된 목적 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산되는, 무선 통신 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 도청 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 도청 링크에서의 보안 정보 전송률 이상일 확률인, 무선 통신 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 도청 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 도청 링크를 통해 연결된 도청 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산되는, 무선 통신 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)-CC(Chase Combining)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 2이며,
    상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ-IR(Incremental Redundancy)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 기 설정된 최대 전송 횟수인, 무선 통신 장치.
  11. 하나 이상의 목적 단말로 송신할 보안 정보를 부호화한 복수의 부 채널 코드 블록을 생성하는 단계;
    상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 복수의 안테나를 이용하여 상기 하나 이상의 목적 단말로 송신하는 단계;
    상기 하나 이상의 목적 단말로부터 상기 송신된 코드 블록의 복호화 성공 여부에 대한 응답 정보를 수신하는 단계;
    상기 각 응답 정보에 기초하여 상기 하나 이상의 목적 단말에 상기 복수의 부 채널 코드 블록에 포함된 나머지 코드 블록을 추가 송신할지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 나머지 코드 블록을 추가 송신하기로 판단한 경우, 상기 나머지 코드 블록을 수신할 목적 단말에서 평균 보안 정보 전송률이 최대가 되게 하는 최적 보안 정보 전송률 및 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초하여 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 평균 보안 정보 전송률은, 적법 링크에서의 보안 정보 전송률, 도청 링크에서의 보안 정보 전송률, 상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률에 기초하여 계산되며,
    상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률 및 상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은 코드 블록 전송 횟수가 독립 변수인, 무선 통신 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 송신하는 단계는, 상기 복수의 부 채널 코드 블록 중 하나를 최초로 송신하는 경우, 랜덤 빔포밍(Random beamforming) 기법을 이용하는, 무선 통신 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 판단하는 단계는, 상기 응답 정보에 기초하여, 상기 하나 이상의 목적 단말 중 상기 복호화에 실패한 목적 단말로 상기 나머지 코드 블록 중 적어도 일부를 순차 전송하는, 무선 통신 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 순차 전송하는 단계는, 코드 블록 전송 횟수를 상기 평균 보안 정보 전송률이 최대가 될 때까지 증가시켜 상기 최적 코드 블록 전송 횟수를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 최적 코드 블록 전송 횟수에 기초한 교차 최적화(alternating optimization)를 통해 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 및 도청 링크에서의 보안 정보 전송률을 계산하는 단계를 더 포함하는, 무선 통신 방법.
  15. 삭제
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 적법 링크에서의 연결 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 적법 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 적법 링크에서의 보안 정보 전송률 미만일 확률인, 무선 통신 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적법 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 적법 링크를 통해 연결된 목적 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산되는, 무선 통신 방법.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 도청 링크에서의 보안 정지 확률은, 상기 코드 블록 전송 횟수를 독립 변수로 하여 계산된 도청 링크에서의 누적 채널 용량이 상기 도청 링크에서의 보안 정보 전송률 이상일 확률인, 무선 통신 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 도청 링크에서의 누적 채널 용량은, 상기 도청 링크를 통해 연결된 도청 단말에서의 신호 대 잡음 비(SNR)에 기초하여 계산되는, 무선 통신 방법.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)-CC(Chase Combining)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 2이며,
    상기 안테나의 개수가 기 설정된 값 이상이고 무선 통신 기법으로 HARQ-IR(Incremental Redundancy)를 사용하는 경우, 최적 코드 블록 전송 횟수는 기 설정된 최대 전송 횟수인, 무선 통신 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120086497A (ko) * 2011-01-26 2012-08-03 경희대학교 산학협력단 보안 데이터 송신장치와 그 방법 및 다중채널 무선통신 시스템
US20160043832A1 (en) * 2014-08-10 2016-02-11 Lg Electronics Inc. Secure communication method and system based on bit error probability
KR101695055B1 (ko) 2010-01-08 2017-01-10 인터디지탈 패튼 홀딩스, 인크 다중 반송파의 채널 상태 정보 전송 방법

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