KR102411498B1 - Digital signal noise communication method and system - Google Patents

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KR102411498B1
KR102411498B1 KR1020220005933A KR20220005933A KR102411498B1 KR 102411498 B1 KR102411498 B1 KR 102411498B1 KR 1020220005933 A KR1020220005933 A KR 1020220005933A KR 20220005933 A KR20220005933 A KR 20220005933A KR 102411498 B1 KR102411498 B1 KR 102411498B1
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안승영
최준성
박동렬
김수일
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 송수신기에서 디지털 신호의 잡음 통신 방법에 있어서, 송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계; 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계; 상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및 상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함하며, 이러한 디지털 신호의 잡음 통신을 위한 시스템을 제공한다.The present invention provides a noise communication method of a digital signal in a transceiver, comprising: obtaining an I/Q signal by modulating the digital signal through a transmitter; modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter; transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal, and provides a system for noise communication of the digital signal.

Description

디지털 신호의 잡음 통신 방법 및 시스템{DIGITAL SIGNAL NOISE COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM}DIGITAL SIGNAL NOISE COMMUNICATION METHOD AND SYSTEM

본 발명은 디지털 신호의 잡음 통신 방법 및 시스템에 관한 발명이다. 구체적으로, 본 발명은 디지털 신호의 물리 계층에서의 정보 보안을 강화하기 위해, I/Q 데이터에 잡음 통신 기법을 적용하여 링 형태의 백색 잡음과 유사한 형태를 나타내도록 하는 잡음 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for noise communication of a digital signal. Specifically, the present invention relates to a noise communication method and system for representing a shape similar to ring-shaped white noise by applying a noise communication technique to I/Q data in order to enhance information security in the physical layer of a digital signal. will be.

전자전은 전자기파를 이용한 전쟁으로 과학기술, 전자장비의 발전으로 제안된 개념이다. 전자전에서는 전자정보탈취, 통신시스템 마비, 핵심장비 파괴 등등 다양한 공격이 가해진다. 이러한 공격 중 정보탈취의 경우 아군 군사력의 막대한 손실이 유발되기 때문에 방어를 위한 다양한 연구가 필요하다.Electronic warfare is a war using electromagnetic waves, a concept proposed by the development of science and technology and electronic equipment. In electronic warfare, various attacks such as electronic information theft, communication system paralysis, and destruction of core equipment are carried out. In the case of information stealing during such an attack, it is necessary to study various defenses for defense because it causes a huge loss of military power.

한편, 통신기술의 발달로 인하여 WiFi, LTE, 5G 등과 같은 통신 기법의 다양한 적용 가능성, 사용자 접근성 및 기술 확장성 등이 발달하면서, 송수신되는 데이터에 대한 보안 방안들이 더욱 필요하게 되었다. 기존의 보안 시스템 방안에는 스테가노그래피(steganography)나 블록체인(blockchain)과 같은 소프트웨어적으로 구현되는 방법이 있었다. 그러나 기술의 발달로 인하여 물리계층(PHY)의 RF 신호만으로도 개인정보를 취득할 수 있는 공격 방법들이 나옴에 따라, 물리계층에서의 보안 방법들이 필요하게 되었다. 다만, 기존에 논의되던 물리 계층에서의 보안 방법들은 적정 잡음 수준이 제시되지 않는 한계점이 있었고, 특정 변조 신호의 경우 제안된 기법을 사용하여도 변조(modulation) 기법이 구분 가능하다는 단점이 있었으며, 잡음의 추가로 인해 연산 과정이 증가하는 문제점이 있었다. 특히, 기존 연구들은 통신 신호를 완벽하게 숨기지 못하여 적군이 아군의 통신 유무를 알 수 있으며, 추정 알고리즘을 통해 신호가 탈취 가능하다는 한계를 가졌다.On the other hand, with the development of communication technology, various applicability of communication techniques such as WiFi, LTE, 5G, etc., user accessibility, and technology scalability have developed, and security measures for transmitted and received data have become more necessary. In the existing security system method, there was a method implemented in software such as steganography or blockchain. However, due to the development of technology, as attack methods that can acquire personal information with only the RF signal of the physical layer (PHY) have emerged, security methods in the physical layer are required. However, the previously discussed security methods in the physical layer had a limitation in that an appropriate noise level was not presented, and in the case of a specific modulated signal, there was a disadvantage that the modulation method could be distinguished even using the proposed method. There was a problem in that the calculation process increased due to the addition of . In particular, existing studies have limitations in that the communication signal cannot be completely hidden, so the enemy can know whether the enemy is communicating or not, and the signal can be seized through the estimation algorithm.

본 실시 예가 해결하고자 하는 과제는, RF 신호 보안을 물리계층에서 이루기 위하여 I/Q 신호를 링 형태의 잡음으로 변조하는 잡음 통신 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present embodiment is to provide a noise communication method and system for modulating an I/Q signal with ring-type noise in order to achieve RF signal security in a physical layer.

또한, 본 실시 예가 해결하고자 하는 과제는, 본 개시의 잡음 통신 기법에 따라 변조된 RF 신호를 범용적으로 사용되는 다양한 송수신기에 적용할 수 있도록 기존 송수신기의 필요 수정사항을 제안하는 잡음 통신 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.In addition, the problem to be solved by this embodiment is a noise communication method and system for proposing necessary modifications of the existing transceiver so that the RF signal modulated according to the noise communication technique of the present disclosure can be applied to various transceivers used in general purpose is to provide

본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.The technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may be inferred from the following embodiments.

일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법은, 송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계; 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터(phase parameter) 및 크기 파라미터(magnitude parameter)에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계; 상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및 상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함할 수 있다.A noise communication method of a digital signal according to an embodiment includes: obtaining an I/Q signal by modulating the digital signal through a transmitter; modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter; transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal.

일 실시 예에 따른 잡음 통신 시스템은 송신기 및 수신기를 포함하고, 상기 시스템은: 상기 송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하고, 상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조하고, 상기 송신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 상기 수신기로 전달하고, 상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조할 수 있다.A noise communication system according to an embodiment includes a transmitter and a receiver, the system comprising: modulating the digital signal through the transmitter to obtain an I/Q signal, and converting the I/Q signal to a phase parameter through the transmitter and modulating into a noise form based on the magnitude parameter, transmitting the modulated I/Q signal to the receiver through the transmitter, and demodulating the modulated I/Q signal to a digital signal by restoring the modulated I/Q signal through the receiver have.

일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체로서, 상기 잡음 통신 방법은: 송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계; 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계; 상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및 상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함할 수 있다.A computer-readable non-transitory recording medium recording a program for executing a method for communicating noise of a digital signal in a computer according to an embodiment, the method comprising: modulating the digital signal through a transmitter to obtain an I/Q signal to do; modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter; transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal.

본 개시에 따르면, I/Q 데이터를 링 형태의 백색 잡음과 유사하게 변조하여 최소한의 성능 저하와 우월한 정보 보안이 가능하다는 장점이 있다.According to the present disclosure, there is an advantage that minimal performance degradation and superior information security are possible by modulating I/Q data similarly to ring-shaped white noise.

또한, 본 개시에 따르면, 송신기와 엔벨로프(envelope)를 공유하지 않은 수신기는 변조된 신호를 복조 불가능하거나 복조하여도 원본 데이터의 내용을 알기 어려운바, 종래 주고받던 RF 신호보다 높은 보안 성능을 가지는 이점이 있다.In addition, according to the present disclosure, a receiver that does not share an envelope with a transmitter cannot demodulate a modulated signal or it is difficult to know the contents of the original data even when demodulated, so it has an advantage of having higher security performance than a conventional RF signal exchanged There is this.

발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 잡음 변조된 I/Q 데이터의 크기 및 위상을 복소평면에서 나타낸 도면이다.
도 3은 QPSK 변조된 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따라 크기 파라미터가 적용된 I/Q 데이터를 복소평면에서 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 파형에서 크기 파라미터가 적용된 RF 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따라 위상 파라미터 값을 생성하는 방법을 도식화한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따라 위상 파라미터가 적용된 I/Q 데이터를 복소평면에서 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3의 파형에서 위상 파라미터가 적용된 RF 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 종래에 데이터를 심볼 형태로 변조하는 방법을 도식화한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따라 헤더와 데이터 비트를 독립적으로 변조하는 방법을 도식화한 도면이다.
도 11은 크기 파라미터의 최소값 Im에 따른 비트 오류율(BER)을 나타낸 그래프이다.
도 12는 크기 파라미터의 최소값 Im에 따른 변조 식별 확률(PMI)을 나타낸 그래프이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a noise communication method of a digital signal according to an exemplary embodiment.
2 is a diagram illustrating magnitudes and phases of noise-modulated I/Q data in a complex plane according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating a waveform of a QPSK modulated signal.
4 is a diagram illustrating I/Q data to which a magnitude parameter is applied in a complex plane according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating a waveform of an RF signal to which a magnitude parameter is applied in the waveform of FIG. 3 .
6 is a diagram schematically illustrating a method of generating a phase parameter value according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating I/Q data to which a phase parameter is applied in a complex plane according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram illustrating a waveform of an RF signal to which a phase parameter is applied in the waveform of FIG. 3 .
9 is a diagram schematically illustrating a method of modulating data in a symbol form in the related art.
10 is a diagram schematically illustrating a method of independently modulating a header and a data bit according to an embodiment of the present disclosure.
11 is a graph showing the bit error rate (BER) according to the minimum value I m of the magnitude parameter.
12 is a graph illustrating a modulation identification probability (PMI) according to a minimum value I m of a magnitude parameter.
13 is a flowchart illustrating a noise communication method of a digital signal according to an exemplary embodiment.
14 is a block diagram illustrating a digital signal noise communication system according to an embodiment.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in the embodiments are selected as currently widely used general terms as possible while considering functions in the present invention, but may vary according to intentions or precedents of those of ordinary skill in the art, emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a, b, 및 c 모두'를 포괄할 수 있다.In the entire specification, when a part "includes" a certain element, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, the expression "at least one of a, b, and c" described throughout the specification means 'a alone', 'b alone', 'c alone', 'a and b', 'a and c', 'b and c', or 'all of a, b, and c'.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the embodiments of the present invention. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 개시는 Phase-Shift Keying(PSK) 변조 방식을 사용하는 송수신기에 적용하는 것을 가정한다. 그리고 본 개시는 링 형태 잡음 통신 기법을 일반적인 송수신기에 적용하는 방법, 잡음 통신 기법의 구성요소 및 잡음 통신 기법을 적용하기 위한 송수신기의 필요 수정사항을 중점적으로 설명한다.It is assumed that the present disclosure is applied to a transceiver using a phase-shift keying (PSK) modulation scheme. And, the present disclosure focuses on a method of applying the ring-type noise communication technique to a general transceiver, components of the noise communication technique, and necessary modifications of the transceiver for applying the noise communication technique.

일 실시 예에 따르면, 보안을 위한 저감청 및 저피탐 성능을 높이기 위해, 신호를 백색 잡음과 유사하게 만들 수 있다. 백색 잡음은 특징을 가지고 있지 않은 신호 형태로서 공격자가 감청하기 위한 변수가 존재하지 않는다. 또한, 신호가 잡음의 형태로 바뀌면서 그의 데이터가 변형되기 때문에 신호가 탈취되어도 해독이 불가능하여 보안 성능이 향상될 수 있다. According to an embodiment, in order to increase the low hearing and low detection performance for security, a signal may be made similar to white noise. White noise is a non-characteristic signal type, and there is no variable for an attacker to intercept. In addition, since the data is transformed as the signal is changed into the form of noise, even if the signal is stolen, it cannot be decrypted, so security performance can be improved.

이와 같이 송신 신호를 백색 잡음과 유사하도록 변조하면 I/Q 데이터는 I/Q constellation에서 원점까지 데이터가 분포하는 형태를 나타내게 된다. I/Q constellation은 MPSK 변조의 M 값(즉, 차원)에 따라 위상 크기가 일정 단계로 구분되는 멀티-레벨 디지털 신호를 복소 평면 상에서 표현한 값들로서, 후술하는 도 2는 QPSK에 기초한 constellation을 나타낸다. 한편, I/Q constellation은 작은 연산에도 민감하게 반응하기 때문에 I/Q constellation 값이 작을수록 데이터 복원 연산이 매우 어렵다. 이러한 점을 고려하여 본 개시의 일 실시 예는 원점 주위에 위치하는 데이터들을 통제하여 링과 같은 모양을 가지도록 하는 변조 기법을 설명한다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 잡음 통신 방법은 송수신 신호를 백색 잡음의 형태와 유사하게 변조함으로써 신호의 탈취가 어렵고 탈취가 되더라도 전혀 다른 변조 기법으로 인지되어 신호 해석이 불가능하도록 할 수 있다. 또한, 본 개시의 잡음 통신 방법은 I/Q constellation의 원점 주변의 데이터를 제한할 수 있어, 데이터의 복원 시에도 연산이 용이한 장점이 있다. In this way, if the transmission signal is modulated to resemble white noise, the I/Q data shows a form in which the data is distributed from the I/Q constellation to the origin. I/Q constellation is a value expressed on a complex plane of a multi-level digital signal whose phase magnitude is divided into predetermined steps according to the M value (ie, dimension) of MPSK modulation, and FIG. 2 to be described later shows constellation based on QPSK. On the other hand, since I/Q constellation responds sensitively to small operations, the smaller the I/Q constellation value, the more difficult the data restoration operation. In consideration of this point, an embodiment of the present disclosure describes a modulation technique for controlling data positioned around an origin to have a ring-like shape. The noise communication method according to an embodiment of the present disclosure modulates a transmission/reception signal similarly to a form of white noise, so that it is difficult to steal the signal, and even if the signal is stolen, it is recognized as a completely different modulation technique and thus signal analysis is impossible. In addition, the noise communication method of the present disclosure can limit data around the origin of I/Q constellation, and thus has an advantage of easy operation even when data is restored.

도 1은 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a noise communication method of a digital signal according to an exemplary embodiment.

대다수의 통신기는 디지털 통신 방식을 사용하므로 RF 신호 생성을 위해 I/Q 데이터를 필수적으로 사용할 수 있다. 이에 따라 본 개시의 잡음 통신 방법은 범용성을 위해 도 1과 같이 RF 신호 생성 직전에 I/Q(In-phase/Quadrature-phase) 신호 (또는 I/Q 신호에 포함된 I/Q 데이터)에 본 개시의 잡음 통신 기법을 적용할 수 있다. I/Q 신호는 특정 시간에서의 값을 하나의 복소수로 표현할 수 있는 2차원 신호로서 복소 신호(complex signal)라고도 불리며, 실수부(real part; in-phase)와 허수부(imaginary part; quadrature-phase)로 표현될 수 있다.Since most of the communicators use a digital communication method, I/Q data can be used inevitably to generate an RF signal. Accordingly, in the noise communication method of the present disclosure, as shown in FIG. 1 for versatility, an In-phase/Quadrature-phase (I/Q) signal (or I/Q data included in the I/Q signal) is viewed immediately before RF signal generation. The noise communication technique of the disclosure may be applied. The I/Q signal is a two-dimensional signal that can express a value at a specific time as a single complex number, and is also called a complex signal, and includes a real part (in-phase) and an imaginary part (quadrature- phase) can be expressed as

일 실시 예에 따르면, 기존의 통신 시스템의 변조 연산 이후 잡음의 형태를 만드는 연산이 추가되어 잡음 형태의 특성을 가지는 신호를 만들 수 있다. 예를 들어, 이진 디지털 신호를 MPSK 변조(110)한 뒤 잡음 통신 방법에 따른 링 형태(ring shaped) 잡음 변조(120)가 I/Q 신호에 적용될 수 있다. According to an embodiment, an operation for generating a noise shape is added after the modulation operation of the existing communication system to create a signal having a noise shape characteristic. For example, after MPSK modulation 110 on a binary digital signal, ring shaped noise modulation 120 according to a noise communication method may be applied to the I/Q signal.

일 실시 예에 따르면, 신호를 잡음의 형태로 만드는 파라미터에는 위상 파라미터와 크기 파라미터가 포함될 수 있다. 위상 파라미터는 위상 변경 요소(∮)를 포함하며, I/Q constellation을 회전시켜 공격자가 쉽게 데이터를 해석하지 못하게 하며 잡음이 심한 신호처럼 보이게 만든다. 크기 파라미터는 크기 변경 요소(M)를 포함하며, ∮의 영향으로 원점과 일정 거리를 가지고 회전하는 I/Q constellation 점들을 원점과 가깝게 만들어 신호를 백색 잡음과 유사하게 변형하며, 데이터 신호의 전력을 낮춰 감청을 어렵게 만들 수 있다. 이와 같은 신호의 잡음 변조에 사용되는 파라미터들은 엔벨로프(envelope)에 포함되어 송신기와 수신기 사이에 공유될 수 있다. 또한, 엔벨로프는 디지털 신호의 변조 정보(예를 들어, MPSK의 차원)를 더 포함할 수 있다. 송신기와 수신기는 서로 약속된 엔벨로프를 사용함으로써 데이터의 변형 및 복원이 가능하게 된다. According to an embodiment, the parameters for making the signal in the form of noise may include a phase parameter and a magnitude parameter. The phase parameter contains a phase-changing factor (∮), which rotates the I/Q constellation, making it difficult for attackers to easily interpret the data and makes it look like a noisy signal. The magnitude parameter includes the magnitude change factor (M), and under the influence of ∮, the I/Q constellation points that rotate with a certain distance from the origin are made close to the origin, transforming the signal to resemble white noise, and changing the power of the data signal. Lowering it can make it difficult to eavesdrop. Parameters used for noise modulation of such a signal may be included in an envelope and shared between the transmitter and the receiver. In addition, the envelope may further include modulation information (eg, a dimension of MPSK) of the digital signal. Transmitter and receiver use mutually agreed envelopes, thereby enabling data transformation and restoration.

일 실시 예에 따라, 링 형태의 잡음으로 변조된 I/Q 신호는 채널(130)을 통해 수신기로 전달되고, 수신기는 송신기와 공유한 엔벨로프를 통해 링 형태 잡음의 수신 신호를 역-링 형태 잡음 복조(de-ring shaping, 140)할 수 있다. 그리고 수신기는 원본 데이터로 복원된 I/Q 신호를 원래의 MPSK 변조에 대응되도록 MPSK 복조(de-modulation, 150)하여 RF 신호를 최종적으로 복원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 링 형태의 잡음으로 변조된 I/Q 신호가 송신기에서 필터링되고 RF 파라미터(예를 들어, 반송 주파수(carrier frequency), 샘플링 레이트(sampling rate) 등)를 이용하여 RF 신호로 변환되어 수신기로 송신될 수 있다. 그리고 수신기에서는 RF 신호를 수신하여 I/Q 신호로 변환한 후 역-링 형태 잡음 복조(140) 및 MPSK 복조(150) 과정을 통해 원본 데이터를 추출할 수 있다.According to an embodiment, the I/Q signal modulated with ring-type noise is transmitted to the receiver through the channel 130, and the receiver reverses the received signal of ring-type noise through an envelope shared with the transmitter-ring-type noise. De-ring shaping (140) is possible. In addition, the receiver may finally restore the RF signal by performing MPSK demodulation (de-modulation, 150) on the I/Q signal restored to the original data to correspond to the original MPSK modulation. According to an embodiment, the I/Q signal modulated with ring-shaped noise is filtered by the transmitter and converted into an RF signal using an RF parameter (eg, a carrier frequency, a sampling rate, etc.) It can be converted and transmitted to the receiver. In addition, the receiver receives the RF signal, converts it into an I/Q signal, and then extracts the original data through the inverse-ring-type noise demodulation 140 and MPSK demodulation 150 .

일 실시 예에 따르면, 링 형태 잡음 변조(120)와 역-링 형태 잡음 복조(140)는 링 패턴 생성기(Ring pattern generator, 160)에 의해 파라미터가 조정될 수 있다. 링 패턴 생성기(160)는 강도 조절(intensity level) 변수인 Ip와 Im에 기초하여 링 패턴을 생성할 수 있다. Ip는 위상 파라미터 중 하나로서 위상 분할 정도를 나타내며, Im는 크기 파라미터 중 하나로서 크기(즉, 신호 세기)의 최소값을 나타낸다. 이와 관련한 자세한 설명은 후술하기로 한다.According to an embodiment, parameters of the ring-shaped noise modulation 120 and the inverse-ring-shaped noise demodulation 140 may be adjusted by a ring pattern generator 160 . The ring pattern generator 160 may generate a ring pattern based on intensity level variables I p and I m . I p is one of the phase parameters and represents the degree of phase division, and I m is one of the magnitude parameters and represents the minimum value of magnitude (ie, signal strength). A detailed description related thereto will be provided later.

도 2는 일 실시 예에 따라 잡음 변조된 I/Q 데이터의 크기 및 위상을 복소평면에서 나타낸 도면이다. 도 2의 I/Q constellation은 크기 파라미터와 위상 파라미터가 모두 적용되어 잡음 변조된 상태이다. 도 2에서 수평축에서 반시계 방향으로 측정한 점의 각도는 기준 위상에서 반송파의 위상 편이를 나타내고, 원점에서 점까지의 거리는 신호의 진폭 또는 전력의 측정치를 나타낸다. 도 2는 QPSK에 기초한 constellation을 나타내며, 도 3은 QPSK 변조된 신호의 파형을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating magnitudes and phases of noise-modulated I/Q data in a complex plane according to an exemplary embodiment. The I/Q constellation of FIG. 2 is a noise-modulated state by applying both a magnitude parameter and a phase parameter. In FIG. 2 , the angle of the point measured in the counterclockwise direction on the horizontal axis represents the phase shift of the carrier wave from the reference phase, and the distance from the origin to the point represents a measure of the amplitude or power of the signal. 2 is a diagram illustrating constellation based on QPSK, and FIG. 3 is a diagram illustrating a waveform of a QPSK-modulated signal.

일 실시 예에 따르면, 도 2의 복소평면에서 복수개의 제1 점(210)은 QPSK constellation을 나타내고, 제2 점(220)은 변경된(modified) constellation을 나타낸다. 기존의 I/Q 데이터는 제1 점(210)과 같은 형태를 띄나, 본 개시의 잡음 통신 방법에 따라 링 형태 잡음 변조된 I/Q 데이터는 위상과 크기가 변경되어 제2 점(220)들과 같은 형태를 띌 수 있다. According to an embodiment, in the complex plane of FIG. 2 , a plurality of first points 210 represent QPSK constellation, and a second point 220 represents modified constellation. Existing I/Q data has the same shape as the first point 210 , but the I/Q data that is ring-shaped noise-modulated according to the noise communication method of the present disclosure is changed in phase and size to form second points 220 . may have the same form as

이와 관련하여 기존의 송신 신호는 아래와 같다.In this regard, the conventional transmission signal is as follows.

Figure 112022005230671-pat00001
Figure 112022005230671-pat00001

여기서 x는 원본 신호 크기(signal magnitude)를, θ는 원본 신호 위상(signal phase)을 나타낸다.Here, x denotes an original signal magnitude, and θ denotes an original signal phase.

본 개시의 링 형태 잡음 통신 방법이 기존 송신 신호에 적용되면 아래의 수학식 2를 통해 위상과 크기가 변경되어 도 2의 제1 점(210)이 제2 점(220)들과 같이 변경되며, 송신 신호가 잡음 형태와 비슷하게 된다.When the ring-type noise communication method of the present disclosure is applied to an existing transmission signal, the phase and magnitude are changed through Equation 2 below, so that the first point 210 of FIG. 2 is changed like the second points 220, The transmitted signal becomes similar to the noise shape.

Figure 112022005230671-pat00002
Figure 112022005230671-pat00002

위 식에서 M 및 ∮는 본 개시의 링 형태 잡음 통신 방법의 중요한 구성요소이다. M은 신호 세기에 영향을 주는 크기 변경 요소(magnitude modifying factor)이고, ∮는 신호의 위상에 영향을 주는 위상 변경 요소(phase modifying factor)이다. 본 개시에서 M은 크기 파라미터로, ∮는 위상 파라미터로 각각 포괄적인 의미로서 지칭될 수 있다.In the above equation, M and ∮ are important components of the ring-type noise communication method of the present disclosure. M is a magnitude modifying factor that affects the signal strength, and ∮ is a phase modifying factor that affects the phase of the signal. In the present disclosure, M may be referred to as a magnitude parameter and ∮ may be referred to as a phase parameter in an inclusive sense.

도 4는 일 실시 예에 따라 크기 파라미터가 적용된 I/Q 데이터를 복소평면에서 나타낸 도면이다. 그리고 도 5는 도 3의 파형에서 크기 파라미터가 적용된 RF 신호의 파형을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating I/Q data to which a magnitude parameter is applied in a complex plane according to an embodiment. And FIG. 5 is a view showing a waveform of an RF signal to which a magnitude parameter is applied in the waveform of FIG. 3 .

일 실시 예에 따르면, M은 송신기의 초과 전력 누출을 방지하기 위하여 1을 최대값으로 상정할 수 있다. 그리고 M의 최소값은 송수신 채널 환경과 잡음 형태로의 변환 정도를 고려하여 (1, 0)사이 값 중에 선택하여 조정이 가능하다. 이로 인하여 M은 1과 최소값(Im) 중 I/Q 데이터 수와 동일한 랜덤 상수 값들을 가질 수 있으며, 수학식 2에서도 볼 수 있듯이 M이 신호 세기에 곱해질 수 있다. 이러한 M의 영향으로 인하여, 도 4와 같이 I/Q constellation은 I/Q 데이터의 최대값과 M의 최소값(Im) 사이에 분포하는 형태를 나타낸다. 또한, M의 영향으로 인하여 도 3과 같은 QPSK 파형은 도 5와 같이 변화할 수 있다.According to an embodiment, M may assume 1 as a maximum value in order to prevent excessive power leakage of the transmitter. In addition, the minimum value of M can be adjusted by selecting a value between (1, 0) in consideration of the transmission/reception channel environment and the degree of conversion to a noise form. Due to this, M may have random constant values equal to the number of I/Q data among 1 and the minimum value (I m ), and M may be multiplied by the signal strength, as shown in Equation (2). Due to the influence of M, I/Q constellation is distributed between the maximum value of I/Q data and the minimum value of M (I m ) as shown in FIG. 4 . Also, due to the influence of M, the QPSK waveform shown in FIG. 3 may change as shown in FIG. 5 .

도 6은 일 실시 예에 따라 위상 파라미터 값을 생성하는 방법을 도식화한 도면이다. 일 실시 예에 따르면, 도 6은 I/Q 데이터를 회전시키는 위상 변경 요소(∮)를 생성하는 방법을 나타낸다. 또한, 도 6의 위상 파라미터 값을 생성하는 방법은 I/Q 신호를 변조하는 송신기에서 수행될 수 있다.6 is a diagram schematically illustrating a method of generating a phase parameter value according to an embodiment. According to an embodiment, FIG. 6 illustrates a method of generating a phase changing element (∮) that rotates I/Q data. In addition, the method of generating the phase parameter value of FIG. 6 may be performed in a transmitter modulating an I/Q signal.

위상 변경 요소(∮)는 신호의 위상에 영향을 주어 위상이 분할된 신호처럼 I/Q constellation을 변경되게 한다. 이론적으로는 위상 파라미터 값의 변화로 인하여 I/Q constellation은 연속적으로 배치된 링 형태로 변경될 수 있다. 그러나 실제 송수신기의 하드웨어적인 한계로 인하여, I/Q constellation에서 데이터의 무한정 배치는 불가능 한바, 적절한 위상 파라미터 값의 선택이 요구된다. 다만, 작은 위상 파라미터 값을 적용하더라도 QPSK신호를 8PSK, 16PSK와 같은 고차원 MPSK 신호의 I/Q constellation 형상으로 변화시킬 수 있으며, 이로 인하여 오리지널 데이터의 위상 형태를 숨겨 정보 보안 기능성을 취득할 수도 있다.The phase modifying element (∮) affects the phase of the signal, causing the I/Q constellation to change like a phase divided signal. Theoretically, the I/Q constellation can be changed in the form of continuously arranged rings due to the change of the phase parameter value. However, due to the hardware limitations of the actual transceiver, indefinite arrangement of data in I/Q constellation is impossible, and selection of an appropriate phase parameter value is required. However, even if a small phase parameter value is applied, the QPSK signal can be changed to the I/Q constellation shape of a high-dimensional MPSK signal such as 8PSK and 16PSK, and thus information security functionality can be obtained by hiding the phase shape of the original data.

도 6을 참조하면, 먼저, 위상 분할 정도(Ip)를 결정하고, I/Q 신호와 동일한 길이(n)를 입력 값으로 하여, Ip와 n의 합의 길이의 랜덤한 이진데이터를 만들 수 있다(S610). 그리고 생성된 이진데이터를 십진데이터로 변환하고(S620), 변환된 십진데이터 각각을 2의 Ip 제곱으로 나누어 (0, 2π)의 범위를 가지는 위상 변경 요소를 계산할 수 있다(S630).Referring to FIG. 6 , first, the degree of phase division (I p ) is determined, and by using the same length (n) as the I/Q signal as an input value, random binary data of the length of the sum of I p and n can be created. There is (S610). Then, the generated binary data is converted into decimal data (S620), and each of the converted decimal data is divided by 2 I p squared to calculate a phase change factor having a range of (0, 2π) (S630).

도 7은 일 실시 예에 따라 위상 파라미터가 적용된 I/Q 데이터를 복소평면에서 나타낸 도면이다. 그리고 도 8은 도 3의 파형에서 위상 파라미터가 적용된 RF 신호의 파형을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating I/Q data to which a phase parameter is applied in a complex plane according to an exemplary embodiment. And FIG. 8 is a view showing a waveform of an RF signal to which a phase parameter is applied in the waveform of FIG. 3 .

도 6의 방법을 통해 생성된 위상 파라미터는 원본 데이터의 위상에 더해질 수 있으며, I/Q constellation에 회전성을 줄 수 있다. 즉, 위상 파라미터는 I/Q 신호에서 I/Q 데이터 각각의 위상을 회전시킬 수 있다. 이로 인하여 변경된 I/Q constellation은 도 7과 같이 원본 형태와 다르게 회전된 형태를 나타낼 수 있다. 또한, 위상 파라미터의 영향으로 인하여 도 3과 같은 QPSK 파형은 도 8과 같이 변화할 수 있다. The phase parameter generated through the method of FIG. 6 may be added to the phase of the original data, and may give rotation to the I/Q constellation. That is, the phase parameter may rotate the phase of each of the I/Q data in the I/Q signal. Due to this, the changed I/Q constellation may represent a rotated form different from the original form as shown in FIG. 7 . Also, the QPSK waveform shown in FIG. 3 may change as shown in FIG. 8 due to the influence of the phase parameter.

도 9는 종래에 데이터를 심볼 형태로 변조하는 방법을 도식화한 도면이고, 도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따라 헤더와 데이터 비트를 독립적으로 변조하는 방법을 도식화한 도면이다.9 is a diagram schematically illustrating a method of modulating data in a symbol form in the prior art, and FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a method of independently modulating a header and data bits according to an embodiment of the present disclosure.

본 개시의 링 형태 잡음 통신 방법을 기존 송수신기에 적용하는 경우 필수적으로 고려해야 할 사항들이 있다. 예를 들어, 변조된 데이터의 복원을 위하여 M과 ∮값을 포함한 엔벨로프의 정확한 추출이 필요하다. 특히, 각각의 데이터 값에 엔벨로프에 포함된 값들을 정확하게 적용하기 위해서는 수신된 데이터의 동기(sync)가 정확하여 데이터 배열이 정확히 맞아야 한다. 이러한 정확한 동기를 위하여 송신된 신호의 MPSK나 샘플 레이트(sample rate) 등의 정보를 통한 RF 신호의 전처리 방법과 데이터 헤더를 이용하는 방법들이 필요하다.When the ring-type noise communication method of the present disclosure is applied to an existing transceiver, there are essential considerations. For example, in order to restore the modulated data, it is necessary to accurately extract the envelope including the M and ∮ values. In particular, in order to accurately apply the values included in the envelope to each data value, the received data must be synchronized so that the data arrangement must be exactly correct. For such accurate synchronization, a method of pre-processing an RF signal through information such as MPSK or a sample rate of a transmitted signal and a method of using a data header are required.

RF 신호의 전처리 과정 중 변조에 따라 바뀌는 기능은 carrier synchronizer 알고리즘과 frequency offset estimator 기능이 있다. 보통 carrier synchronizer 알고리즘은 Phase Locked Loop(PLL) 방법을 사용한다. PLL 기능은 위상 값에 따라 변화하므로, 수신기가 변조된 데이터를 복조하여 원본 데이터를 얻기 위해서는 송수신기가 같은 차원의 MPSK의 위상 정보를 공유하고 있어야 한다. 일 실시 예에 따라 링 형태 잡음 통신 방법을 사용할 경우, 수신된 RF 신호는 ∮ 값의 영향으로 원본 데이터의 MPSK와 다른 차원의 MPSK로 변조되기 때문에, 수신기의 PLL 세팅은 변경된 MPSK 차원에 맞춰줘야 한다. 마찬가지로 frequency offset estimator 또한 같은 이유로 변경된 MPSK 차원에 맞춰줘야 한다.The functions that change according to the modulation during the RF signal pre-processing are the carrier synchronizer algorithm and the frequency offset estimator function. Usually, the carrier synchronizer algorithm uses the Phase Locked Loop (PLL) method. Since the PLL function changes according to the phase value, in order for the receiver to obtain original data by demodulating the modulated data, the transceiver must share the same dimension of MPSK phase information. In the case of using the ring-type noise communication method according to an embodiment, since the received RF signal is modulated with MPSK of a different dimension from the MPSK of the original data under the influence of the value ∮, the PLL setting of the receiver must match the changed MPSK dimension. . Similarly, the frequency offset estimator must also be adapted to the changed MPSK dimension for the same reason.

일반적인 수신기의 경우 송신된 데이터 헤더의 비트 길이를 사전에 알고 있기 때문에 심볼(symbol) 형태로 되어 있는 데이터를 수신하고 심볼의 길이를 산출하여 이를 기반으로 정확한 데이터 시작점을 파악할 수 있다. 그러나 도 9와 같은 기존의 변조 방식으로 신호를 변조할 경우, 헤더 또한 잡음 변조되기 때문에 심볼 형태로 치환된 헤더의 길이 또한 바뀌게 된다. 헤더의 길이가 바뀌게 되면 데이터의 정확한 시작점을 찾기 어려워지므로 수신기에서 데이터를 복조 하는데 어려움이 있다.In the case of a general receiver, since the bit length of the transmitted data header is known in advance, the data in the form of a symbol is received, the length of the symbol is calculated, and an accurate data start point can be identified based on this. However, when a signal is modulated using the conventional modulation method as shown in FIG. 9, since the header is also noise-modulated, the length of the header replaced with a symbol is also changed. When the length of the header is changed, it becomes difficult to find the exact starting point of the data, so it is difficult for the receiver to demodulate the data.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 헤더와 메시지 데이터 비트를 동시에 전처리하지 않고 독립적으로 처리하는 방식을 이용한다. 예를 들어, 데이터 비트를 헤더와 분리하여 데이터 비트 부분만 MPSK 변조를 통해 심볼로 치환하고 본 개시의 잡음 통신 방법을 적용하여 변조할 수 있다. 그리고, 같은 패턴과 길이를 가진 심볼 형태의 헤더를 생성하여, 변조된 데이터 비트 부분과 합쳐(merge) 전체의 심볼 데이터를 구성할 수 있다. 별도로 생성된 심볼 형태의 헤더는 위상 파라미터가 무엇이든 상관없이 동일한 길이를 가질 수 있다. 동일한 공유 헤더를 사용하면 링 형태의 신호가 유연하게 변화하는 위상에 걸쳐 MPSK 변조 차원이 변경되더라도 동기화를 위한 정확한 데이터 정렬을 얻을 수 있다. 다시 말해, 동일한 패턴과 길이를 가진 심볼 형태의 헤더를 사용하므로, 데이터 메시지의 MPSK 차원(즉, M-ary의 M 값)이나 ∮값의 변화로 MPSK의 차원이 바뀌게 되더라도 수신기는 정확한 데이터의 시작점을 찾을 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of independently processing a header and a message data bit without preprocessing at the same time is used. For example, a data bit may be separated from a header, only a data bit portion may be replaced with a symbol through MPSK modulation, and the noise communication method of the present disclosure may be applied for modulation. Then, a symbol-type header having the same pattern and length may be generated and merged with the modulated data bit portion to configure the entire symbol data. A separately generated symbol-type header may have the same length regardless of any phase parameter. The use of the same shared header allows the ring-shaped signal to achieve accurate data alignment for synchronization, even if the MPSK modulation dimension changes over a flexible phase-changing phase. In other words, since a symbol-type header with the same pattern and length is used, even if the MPSK dimension is changed due to a change in the MPSK dimension of the data message (that is, the M value of M-ary) or the ∮ value, the receiver receives the correct data starting point. can be found

도 10을 참조하면, 원본 데이터 비트 부분(1010)은 원본 길이 b에서 QPSK 변조되어 길이 b/log24 의 심볼 형태(1020)가 되고, 이후 각각 결정된 위상 분할 정도(Ip)에 따라 링 형태 잡음 변조(1030)될 수 있다. 그리고, 원본 헤더와 같은 패턴과 길이 A를 가진 심볼 형태의 헤더(1040)와 잡음 변조된 데이터 비트 부분(1030)이 최종적으로 결합되어 데이터 전송에 이용될 수 있다.Referring to FIG. 10 , the original data bit portion 1010 is QPSK-modulated at the original length b to have a symbol shape 1020 of length b/log 2 4 , and thereafter, a ring shape according to the determined degree of phase division (I p ) It may be noise modulated (1030). In addition, the symbol header 1040 having the same pattern and length A as the original header and the noise-modulated data bit portion 1030 may be finally combined and used for data transmission.

도 11은 크기 파라미터의 최소값 Im에 따른 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)을 나타낸 그래프이다. 그리고 도 12는 크기 파라미터의 최소값 Im에 따른 변조 식별 확률(Probability of Modulation Identification, PMI)을 나타낸 그래프이다.11 is a graph illustrating a bit error rate (BER) according to a minimum value I m of a magnitude parameter. And FIG. 12 is a graph showing the probability of modulation identification (PMI) according to the minimum value I m of the magnitude parameter.

QPSK 변조를 사용하는 기존 송수신기의 경우 수신 데이터의 복조에 대한 비트 오류율 P는 아래와 같다.In the case of a conventional transceiver using QPSK modulation, the bit error rate P for demodulation of received data is as follows.

Figure 112022005230671-pat00003
Figure 112022005230671-pat00003

Q 함수는 표준 정규 분포의 꼬리 분포 함수(tail distribution function)를 나타내고, Es는 심볼 당 평균 에너지를 나타내며, N0는 잡음 스펙트럼 밀도를 나타낸다.The Q function represents the tail distribution function of the standard normal distribution, E s represents the average energy per symbol, and N 0 represents the noise spectral density.

링 형태 잡음 통신 방법이 적용된 신호에 대해 수신기가 ∮ 값을 모르는 경우에는 복원된 신호가 항상 0.5 BER 값을 가지게 되나, 수신기가 ∮ 값을 아는 경우에는 아래 수학식 4와 같이 비트 오류율 P가 Im값에 따라 변화될 수 있다.When the receiver does not know the value of ∮ for the signal to which the ring-type noise communication method is applied, the restored signal always has a BER value of 0.5. However, when the receiver knows the value of ∮, the bit error rate P is I m as shown in Equation 4 below. It can be changed according to the value.

Figure 112022005230671-pat00004
Figure 112022005230671-pat00004

도 11을 참조하면 Im값이 작아질수록 BER 값은 커지며, 이를 통해 잡음 변조가 많이 될수록 오류율이 증가하여 성능저하가 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서 Im값에 따라 복원된 신호는 어느 정도 성능저하가 있을 수 있다. 그러나, 수신기가 ∮ 값을 모르는 경우 비트 오류율은 어느 경우에도 0.5 BER이므로, 본 개시의 잡음 변조 방법은 엔벨로프가 공유되지 않은 수신기에 대해 우월한 보안 성능을 가질 수 있다. Referring to FIG. 11 , as the value of I m decreases, the BER value increases. Through this, it can be seen that as the noise modulation increases, the error rate increases, resulting in performance degradation. Therefore, depending on the value of I m , the restored signal may have some performance degradation. However, since the bit error rate is 0.5 BER in any case when the receiver does not know the value of ∮, the noise modulation method of the present disclosure can have superior security performance to the receiver in which the envelope is not shared.

도 12는 도 11과 동일한 환경에서 Im값에 따른 PMI를 인공지능(Artificial Intelligent, AI) 기법 중 하나인 Convoluational Neural Network(CNN) 기법을 사용하여 얻은 그래프이다. 도 12를 참조하면, Im값이 감소함에 따라 PMI 값 또한 감소함을 확인할 수 있으며, Im값이 약 0.3일 때부터 정확한 변조 방식의 구분이 어려워짐을 확인할 수 있다. 다시 말해, 잡음 변조가 많이 될수록 변조 식별 확률이 줄어들며, PSK 변조 차원을 알기 어려우므로 원본 신호로의 복원이 어려워 지는바, 보안 성능이 높아짐을 알 수 있다. 따라서 도 12를 통해 최소한의 성능저하를 가지며 우월한 통신보안 성능이 가능한 Im값을 구할 수 있다.FIG. 12 is a graph obtained by using a Convoluational Neural Network (CNN) technique, which is one of artificial intelligence (AI) techniques, for PMI according to an Im value in the same environment as FIG. 11 . Referring to FIG. 12 , it can be seen that the PMI value also decreases as the I m value decreases, and it can be confirmed that the accurate modulation method becomes difficult to distinguish when the I m value is about 0.3. In other words, as the noise modulation increases, the probability of identification of modulation decreases, and it is difficult to know the PSK modulation dimension, so it is difficult to restore the original signal, so it can be seen that the security performance is improved. Therefore, it is possible to obtain an Im value that has a minimum performance degradation and is capable of superior communication security performance through FIG. 12 .

도 13은 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 방법을 나타낸 흐름도이다. 13 is a flowchart illustrating a noise communication method of a digital signal according to an exemplary embodiment.

단계 S1301에서 송신기를 통해 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디지털 신호에서 헤더 및 데이터 비트를 구분하고, 헤더와 동일한 패턴 및 길이를 가진 심볼 형태의 헤더를 생성하고, 데이터 비트는 MPSK 변조하여 심볼 형태의 데이터 비트로 치환할 수 있다. 그리고 이하에서 설명될 단계 S1302에서 심볼 형태의 데이터 비트를 잡음 형태로 변조하고, 전송을 위해 심볼 형태의 헤더 및 심볼 형태의 변조된 데이터 비트를 결합할 수 있다.In step S1301, an I/Q signal may be obtained by modulating a digital signal through a transmitter. According to an embodiment, a header and a data bit may be distinguished from a digital signal, a symbol-type header having the same pattern and length as the header may be generated, and the data bit may be MPSK-modulated to replace the data bit with a symbol-type data bit. In addition, in step S1302 to be described below, a symbol-type data bit may be modulated into a noise form, and a symbol-type header and a symbol-type modulated data bit may be combined for transmission.

단계 S1302에서 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 위상 파라미터는 I/Q 신호의 위상을 회전시키며, 위상 분할 값 및 I/Q 신호의 길이 값을 기초로 생성될 수 있다. 일 예로, I/Q 신호를 변조하는 송신기는, 위상 분할 값 및 I/Q 신호의 길이 값을 합한 길이의 랜덤 이진 데이터를 생성하고, 랜덤 이진 데이터를 십진 데이터로 치환하고, 십진 데이터와 위상 분할 값을 기초로 위상 변경 요소를 계산함으로써 위상 파라미터를 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 크기 파라미터는 I/Q 신호의 세기를 조정하며, 0에서 1 사이의 값을 포함할 수 있다. 그리고, 잡음 형태는 링 형태의 백색 잡음에 대응될 수 있다.In step S1302, the I/Q signal may be modulated into a noise form based on the phase parameter and the magnitude parameter. According to an embodiment, the phase parameter rotates the phase of the I/Q signal and may be generated based on the phase division value and the length value of the I/Q signal. For example, the transmitter modulating the I/Q signal generates random binary data having a length obtained by adding a phase division value and a length value of the I/Q signal, replaces the random binary data with decimal data, and divides the decimal data and the phase. A phase parameter can be created by calculating a phase modifying factor based on the value. According to an embodiment, the magnitude parameter adjusts the strength of the I/Q signal and may include a value between 0 and 1. And, the noise shape may correspond to ring-shaped white noise.

단계 S1303에서 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 송신기는 수신기와 디지털 신호에 관련된 엔벨로프를 공유할 수 있다. 이때 엔벨로프는 위상 파라미터에 관련된 위상 분할 값 및 크기 파라미터의 최소값을 포함할 수 있다. 추가적으로, 엔벨로프는 신호의 변조 정보(예를 들어, MPSK의 차원)를 더 포함할 수 있다.In step S1303, the modulated I/Q signal may be transmitted to the receiver. According to an embodiment, the transmitter may share an envelope related to the digital signal with the receiver. In this case, the envelope may include a phase division value related to the phase parameter and a minimum value of the magnitude parameter. Additionally, the envelope may further include modulation information of the signal (eg, a dimension of MPSK).

단계 S1304에서 수신기를 통해 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디지털 신호의 변조와 복조는 QPSK 방식에 기초할 수 있다.In step S1304, the modulated I/Q signal may be restored through the receiver and demodulated into a digital signal. According to an embodiment, modulation and demodulation of a digital signal may be based on a QPSK method.

이와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른 잡음 통신 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로서 기록되어 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체를 통해 구현될 수 있다.Such a noise communication method according to an embodiment of the present disclosure may be recorded as a program to be executed by a computer and implemented through a computer-readable non-transitory recording medium.

도 14는 일 실시 예에 따른 디지털 신호의 잡음 통신 시스템을 나타낸 블록도이다.14 is a block diagram illustrating a digital signal noise communication system according to an embodiment.

본 개시의 일 실시 예에 따른 잡음 통신 시스템(1400)은 송신기(1410) 및 수신기(1420)를 포함할 수 있다. 도 14의 수신기(1420)는 송신기(1410)와 엔벨로프를 공유하는 수신기일 수도 있으며, 그렇지 않은 수신기일 수도 있다. The noise communication system 1400 according to an embodiment of the present disclosure may include a transmitter 1410 and a receiver 1420 . The receiver 1420 of FIG. 14 may be a receiver that shares an envelope with the transmitter 1410 , or may be a receiver that does not.

일 실시 예에 따르면, 잡음 통신 시스템(1400)은 송신기(1410)를 통해 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하고, I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조할 수 있다. 그리고, 잡음 통신 시스템(1400)은 변조된 I/Q 신호를 송신기(1410)에서 수신기(1420)로 전달하고, 수신기(1420)를 통해 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조할 수 있다. 잡음 통신 시스템(1400)의 송신기(1410) 및 수신기(1420)를 이용하여 수행될 수 있는 실시 예들에 대해 중복되는 설명은 생략하도록 한다.According to an embodiment, the noise communication system 1400 modulates a digital signal through the transmitter 1410 to obtain an I/Q signal, and modulates the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter. can In addition, the noise communication system 1400 transmits the modulated I/Q signal from the transmitter 1410 to the receiver 1420, and restores the modulated I/Q signal through the receiver 1420 to demodulate it into a digital signal. have. Duplicate descriptions of embodiments that may be performed using the transmitter 1410 and the receiver 1420 of the noise communication system 1400 will be omitted.

이상의 설명은 본 명세서의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 명세서의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present specification, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential quality of the present specification by those skilled in the art to which this specification belongs. Accordingly, the embodiments disclosed in the present specification are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present specification, and the scope of the technical spirit of the present specification is not limited by these embodiments. The protection scope of the present specification should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present specification.

Claims (11)

송수신기에서 디지털 신호의 잡음 통신 방법에 있어서,
송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계;
상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터(phase parameter) 및 크기 파라미터(magnitude parameter)에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계;
상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및
상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함하고,
상기 위상 파라미터는 상기 I/Q 신호의 위상을 회전시키며, 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 기초로 생성되고,
상기 송신기를 통해 상기 위상 파라미터를 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 위상 파라미터를 생성하는 단계는:
상기 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 합한 길이의 랜덤 이진 데이터를 생성하는 단계;
상기 랜덤 이진 데이터를 십진 데이터로 치환하는 단계; 및
상기 십진 데이터와 상기 위상 분할 값을 기초로 위상 변경 요소를 계산하는 단계를 포함하는, 잡음 통신 방법.
A noise communication method of a digital signal in a transceiver, comprising:
modulating the digital signal through a transmitter to obtain an I/Q signal;
modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter through the transmitter;
transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and
Restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal,
the phase parameter rotates the phase of the I/Q signal, and is generated based on a phase division value and a length value of the I/Q signal;
The method further comprises generating the phase parameter via the transmitter, wherein generating the phase parameter comprises:
generating random binary data having a length obtained by adding the phase division value and the length value of the I/Q signal;
replacing the random binary data with decimal data; and
and calculating a phase modifying factor based on the decimal data and the phase division value.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 크기 파라미터는 상기 I/Q 신호의 세기를 조정하며, 0에서 1 사이의 값을 포함하는, 잡음 통신 방법.
According to claim 1,
The magnitude parameter adjusts the strength of the I/Q signal, and includes a value between 0 and 1.
송수신기에서 디지털 신호의 잡음 통신 방법에 있어서,
송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계;
상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터(phase parameter) 및 크기 파라미터(magnitude parameter)에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계;
상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및
상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함하고,
상기 송신기는 상기 수신기와 상기 디지털 신호에 관련된 엔벨로프(envelope)를 공유하며,
상기 엔벨로프는 상기 위상 파라미터에 관련된 위상 분할 값 및 상기 크기 파라미터의 최소값을 포함하는, 잡음 통신 방법.
A noise communication method of a digital signal in a transceiver, comprising:
modulating the digital signal through a transmitter to obtain an I/Q signal;
modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter through the transmitter;
transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and
Restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal,
the transmitter shares an envelope associated with the digital signal with the receiver,
wherein the envelope includes a phase division value related to the phase parameter and a minimum value of the magnitude parameter.
제1항에 있어서,
상기 잡음 형태는 링 형태의 백색 잡음에 대응되는, 잡음 통신 방법.
According to claim 1,
The noise form corresponds to ring-shaped white noise.
송수신기에서 디지털 신호의 잡음 통신 방법에 있어서,
송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계;
상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터(phase parameter) 및 크기 파라미터(magnitude parameter)에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계;
상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및
상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함하고,
상기 디지털 신호를 변조하여 상기 I/Q 신호를 획득하는 단계는,
상기 디지털 신호에서 헤더 및 데이터 비트를 구분하는 단계;
상기 헤더와 동일한 패턴 및 길이를 가진 심볼(symbol) 형태의 헤더를 생성하는 단계; 및
상기 데이터 비트를 MPSK 변조하여 심볼 형태의 데이터 비트로 치환하는 단계를 포함하는, 잡음 통신 방법.
A noise communication method of a digital signal in a transceiver, comprising:
modulating the digital signal through a transmitter to obtain an I/Q signal;
modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter through the transmitter;
transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and
Restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal,
The step of modulating the digital signal to obtain the I/Q signal comprises:
distinguishing a header and a data bit in the digital signal;
generating a header in the form of a symbol having the same pattern and length as the header; and
Comprising the step of MPSK-modulating the data bits and replacing the data bits in the form of symbols, noise communication method.
제7항에 있어서,
상기 I/Q 신호를 변조하는 단계는,
상기 심볼 형태의 데이터 비트를 상기 위상 파라미터 및 상기 크기 파라미터를 기초로 상기 잡음 형태로 변조하는 단계; 및
상기 심볼 형태의 헤더 및 상기 심볼 형태의 변조된 데이터 비트를 결합(merge)하는 단계를 포함하는, 잡음 통신 방법.
8. The method of claim 7,
The step of modulating the I/Q signal comprises:
modulating the data bits in the symbol form into the noise form based on the phase parameter and the magnitude parameter; and
and merging the symbol type header and the symbol type modulated data bits.
제1항에 있어서,
상기 디지털 신호의 변조와 복조는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 방식에 기초하는, 잡음 통신 방법.
According to claim 1,
The modulation and demodulation of the digital signal is based on a Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) method, a noise communication method.
디지털 신호의 잡음 통신 시스템에 있어서,
상기 시스템은 송신기 및 수신기를 포함하고, 상기 시스템은:
상기 송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하고,
상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조하고,
상기 송신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 상기 수신기로 전달하고,
상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하고,
상기 위상 파라미터는 상기 I/Q 신호의 위상을 회전시키며, 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 기초로 생성되고,
상기 잡음 통신 시스템은,
상기 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 합한 길이의 랜덤 이진 데이터를 생성하고,
상기 랜덤 이진 데이터를 십진 데이터로 치환하고,
상기 십진 데이터와 상기 위상 분할 값을 기초로 위상 변경 요소를 계산하는, 잡음 통신 시스템.
A digital signal noise communication system comprising:
The system comprises a transmitter and a receiver, the system comprising:
modulating the digital signal through the transmitter to obtain an I/Q signal,
modulates the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter through the transmitter;
passing the modulated I/Q signal to the receiver through the transmitter,
demodulate to a digital signal by restoring the modulated I/Q signal through the receiver;
the phase parameter rotates the phase of the I/Q signal, and is generated based on a phase division value and a length value of the I/Q signal;
The noise communication system,
generating random binary data having a length obtained by adding the phase division value and the length value of the I/Q signal;
replacing the random binary data with decimal data,
and calculating a phase modifying factor based on the decimal data and the phase division value.
디지털 신호의 잡음 통신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체로서, 상기 잡음 통신 방법은:
송신기를 통해 상기 디지털 신호를 변조하여 I/Q 신호를 획득하는 단계;
상기 송신기를 통해 상기 I/Q 신호를 위상 파라미터 및 크기 파라미터에 기초하여 잡음 형태로 변조하는 단계;
상기 변조된 I/Q 신호를 수신기로 전달하는 단계; 및
상기 수신기를 통해 상기 변조된 I/Q 신호를 복원하여 디지털 신호로 복조하는 단계를 포함하고,
상기 위상 파라미터는 상기 I/Q 신호의 위상을 회전시키며, 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 기초로 생성되고,
상기 송신기를 통해 상기 위상 파라미터를 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 위상 파라미터를 생성하는 단계는:
상기 위상 분할 값 및 상기 I/Q 신호의 길이 값을 합한 길이의 랜덤 이진 데이터를 생성하는 단계;
상기 랜덤 이진 데이터를 십진 데이터로 치환하는 단계; 및
상기 십진 데이터와 상기 위상 분할 값을 기초로 위상 변경 요소를 계산하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체.
A computer-readable non-transitory recording medium recording a program for executing a method for communicating noise in a digital signal in a computer, the method comprising:
modulating the digital signal through a transmitter to obtain an I/Q signal;
modulating the I/Q signal into a noise form based on a phase parameter and a magnitude parameter via the transmitter;
transferring the modulated I/Q signal to a receiver; and
Restoring the modulated I/Q signal through the receiver and demodulating it into a digital signal,
the phase parameter rotates the phase of the I/Q signal, and is generated based on a phase division value and a length value of the I/Q signal;
The method further comprises generating the phase parameter via the transmitter, wherein generating the phase parameter comprises:
generating random binary data having a length obtained by adding the phase division value and the length value of the I/Q signal;
replacing the random binary data with decimal data; and
and calculating a phase modifying factor based on the decimal data and the phase division value.
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