KR102425604B1 - 무선 통신 시스템에서의 보안 통신 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 제1 통신 노드에 의하여 수행되는 보안 신호 송신 방법은, 상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 무선 채널의 채널 정보에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 데이터 신호의 전송을 담당하는 제1 부반송파 그룹 및 재밍 신호의 전송을 담당하는 제2 부반송파 그룹으로 분류하는 단계, 상기 제1 부반송파 그룹의 부반송파들에 데이터 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 데이터 심볼들을 생성하는 단계, 상기 제2 부반송파 그룹의 부반송파들에 재밍 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 재밍 심볼들을 생성하는 단계, 상기 제2 통신 노드에서 상기 데이터 심볼들을 복원하기 위해 사용되는 제1 기준값을 포함하는 제1 제어 신호가 매핑된 제1 제어 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 데이터 심볼들, 재밍 심볼들 및 제1 제어 심볼을 상기 제2 통신 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 보안 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VERIFICATION OF LINE-OF-SIGHT SIGNAL IN COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 보안 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다중 반송파 기반 무선 통신 시스템에서 물리계층 보안(physical layer security, PHYSEC)을 달성하면서 효과적으로 부반송파 할당을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 대표적인 무선 통신 기술로 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 LTE(long term evolution), NR(new radio) 등이 있다. LTE는 4G(4th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있고, NR은 5G(5th Generation) 무선 통신 기술들 중에서 하나의 무선 통신 기술일 수 있다.
한편, 공중에서 무선으로 송신되는 무선 신호의 특성상, 무선 통신 시스템은 도청 또는 감청에 노출될 가능성이 존재한다. 따라서, 무선 통신 시스템에서 도감청을 방지하고 보안성을 향상시키기 위한 기술이 요구될 수 있다. 일례로, 무선 통신 시스템에는 보안키 사전 공유 방식의 보안 기술이 적용될 수 있다. 이 경우, 송신 노드 및 수신 노드는 간에 사전 공유된 보안키 정보에 기초하여 신호의 암호화 및 복호화 등을 수행함으로써 보안성을 확보할 수 있다. 하지만, 이와 같은 보안 방식은 송신 노드 및 수신 노드 간에 사전 공유되는 보안키가 유출될 경우 보안 성능이 심각하게 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다중 반송파 기반 통신 시스템에서 송신 노드와 수신 노드가 도청 여부에 관계 없는 하나의 실수값을 공유함으로써 부반송파 할당 정보를 공유하고 물리계층 보안을 달성하기 위한 통신 보안 방법 및 장치을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 제1 통신 노드에 의하여 수행되는 보안 신호 송신 방법은, 상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 무선 채널의 채널 정보에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 데이터 신호의 전송을 담당하는 제1 부반송파 그룹 및 재밍 신호의 전송을 담당하는 제2 부반송파 그룹으로 분류하는 단계, 상기 제1 부반송파 그룹의 부반송파들에 데이터 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 데이터 심볼들을 생성하는 단계, 상기 제2 부반송파 그룹의 부반송파들에 재밍 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 재밍 심볼들을 생성하는 단계, 상기 제2 통신 노드에서 상기 데이터 심볼들을 복원하기 위해 사용되는 제1 기준값을 포함하는 제1 제어 신호가 매핑된 제1 제어 심볼을 생성하는 단계, 및 상기 데이터 심볼들, 재밍 심볼들 및 제1 제어 심볼을 상기 제2 통신 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분류하는 단계는, 상기 채널 정보에 기초하여, 상기 전체 부반송파들 중에서 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계, 상기 제1 기준 부반송파의 위상과 나머지 부반송파들 각각의 위상의 차이값을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 제1 부반송파 그룹 및 상기 제2 부반송파 그룹을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 결정하는 단계는, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하인 부반송파를 상기 제1 부반송파 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 큰 부반송파를 상기 제2 부반송파 그룹으로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계는, 상기 전체 부반송파들의 신호 크기값을 비교하는 단계, 및 상기 전체 부반송파들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 부반송파를 상기 제1 기준 부반송파로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 기준값은, 상기 제1 및 제2 통신 노드 간의 통신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate)에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 제1 통신 노드에 의하여 수행되는 보안 신호 수신 방법은, 상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하는 단계, 상기 제2 통신 노드로부터 제1 제어 심볼을 수신하는 단계, 상기 무선 채널을 통하여 상기 제2 통신 노드로부터 복수개의 심볼들을 수신하는 단계, 상기 제1 제어 심볼에서 제1 기준값을 획득하는 단계, 상기 제1 기준값 및 상기 무선 채널의 채널 정보에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 데이터 신호의 전송을 담당하는 제1 부반송파 그룹 및 재밍 신호의 전송을 담당하는 제2 부반송파 그룹으로 분류하는 단계, 및 상기 복수개의 심볼들 중에서 상기 제1 부반송파 그룹을 통하여 수신된 심볼들을 복호화하여 데이터 신호를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분류하는 단계는, 상기 채널 정보에 기초하여, 상기 전체 부반송파들 중에서 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계, 상기 제1 기준 부반송파의 위상과 나머지 부반송파들 각각의 위상의 차이값을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 제1 부반송파 그룹 및 상기 제2 부반송파 그룹을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 결정하는 단계는, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하일 경우, 해당 부반송파를 상기 제1 부반송파 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 클 경우, 해당 부반송파를 상기 제2 부반송파 그룹으로 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계는, 상기 전체 부반송파들의 신호 크기값을 비교하는 단계, 및 상기 전체 부반송파들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 부반송파를 상기 제1 기준 부반송파로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 제1 통신 노드는, 프로세서(processor), 상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory), 및 상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며, 상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 제1 통신 노드가, 상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하고, 상기 추정된 무선 채널의 채널 정보에 기초하여, 하나의 자원 블록을 구성하는 전체 자원 요소들 데이터 신호의 전송을 담당하는 제1 자원 요소 그룹 및 재밍 신호의 전송을 담당하는 제2 자원 요소 그룹으로 분류하고, 상기 제1 자원 요소 그룹의 자원 요소들에 데이터 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 데이터 심볼들을 생성하고, 상기 제2 부반송파 그룹의 자원 요소들에 재밍 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 재밍 심볼들을 생성하고, 상기 제2 통신 노드에서 상기 데이터 심볼들을 복원하기 위해 사용되는 제1 기준값을 포함하는 제1 제어 신호가 매핑된 제1 제어 심볼을 생성하고, 그리고 상기 데이터 심볼들, 재밍 심볼들 및 제1 제어 심볼을 상기 제2 통신 노드로 전송하는 것을 야기하도록 동작할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 채널 정보에 기초하여, 상기 자원 블록을 구성하는 전체 자원 요소들 중에서 제1 기준 자원 요소를 선택하고, 상기 제1 기준 자원 요소의 위상과, 나머지 자원 요소들 각각의 위상의 차이값을 계산하고, 그리고 상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 제1 자원 요소 그룹 및 상기 제2 자원 요소 그룹을 결정하는 것을 더 야기하도록 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하일 경우, 해당 자원 요소를 상기 제1 자원 요소 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 클 경우, 해당 자원 요소를 상기 제2 자원 요소 그룹으로 결정하는 것을 더 야기하도록 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 자원 블록을 구성하는 전체 자원 요소들의 신호 크기값을 비교하고, 그리고 상기 전체 자원 요소들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 자원 요소를 상기 제1 기준 자원 요소로 선택하는 것을 더 야기하도록 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가, 상기 자원 블록을 구성하는 전체 심볼들 중에서 제1 기준 심볼을 선택하고, 그리고 상기 제1 기준 심볼을 구성하는 부반송파들 중에서 제1 기준 부반송파를 선택하여 상기 제1 자원 요소를 선택하는 것을 더 야기하도록 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에는 통신 노드들 간의 무선 채널의 정보에 기초한 보안 설계가 적용될 수 있다. 송신 노드와 수신 노드가 사전에 공유하는 정보가 유출 또는 도청 당하더라도 보안성이 보장될 수 있다. 즉, 별도의 보안키 사전 공유 절차 없이도 무선 통신 시스템의 보안성이 확보될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전송하고자 하는 데이터의 요구되는 데이터 전송율(required data rate)에 따라 부반송파 할당(subcarrier allocation)이 유연하게 적용될 수 있다. 따라서 다양한 실시예의 통신 시스템에 적용 또는 응용될 수 있다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2는 통신 시스템의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 3은 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제1 실시예 및 제2 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제3 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8는 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제4 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 보안 통신 시스템에서 통신 노드 간의 신호 흐름의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
명세서 전체에서 망(network)은, 예를 들어, WiFi(wireless fidelity)와 같은 무선인터넷, WiBro(wireless broadband internet) 또는 WiMax(world interoperability for microwave access)와 같은 휴대인터넷, GSM(global system for mobile communication) 또는 CDMA(code division multiple access)와 같은 2G 이동통신망, WCDMA(wideband code division multiple access) 또는 CDMA2000과 같은 3G 이동통신망, HSDPA(high speed downlink packet access) 또는 HSUPA(high speed uplink packet access)와 같은 3.5G 이동통신망, LTE(long term evolution)망 또는 LTE-Advanced망과 같은 4G 이동통신망, 및 5G 이동통신망 등을 포함할 수 있다.
명세서 전체에서 단말(terminal)은 이동국(mobile station), 이동 단말(mobile terminal), 가입자국(subscriber station), 휴대 가입자국(portable subscriber station), 사용자 장치(user equipment), 접근 단말(access terminal) 등을 지칭할 수도 있고, 단말, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치, 접근 단말 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
여기서, 단말로 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(portable multimedia player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 사용할 수 있다.
명세서 전체에서 기지국(base station)은 접근점(access point), 무선 접근국(radio access station), 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved nodeB), 송수신 기지국(base transceiver station), MMR(mobile multihop relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 기지국, 접근점, 무선 접근국, 노드B, eNodeB, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 통신 시스템의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템(100)은 셀룰러 통신 방식의 통신시스템일 수 있다. 통신 시스템(100)은 복수의 통신 노드들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2, 130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 또한, 통신 시스템(100)은 코어 네트워크(core network)(예를 들어, S-GW(serving-gateway), P-GW(PDN(packet data network)-gateway), MME(mobility management entity))를 더 포함할 수 있다.
복수의 통신 노드들은 3GPP(3rd generation partnership project) 표준에서 규정된 4G 통신(예를 들어, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced)), 5G 통신(예를 들어, NR(new radio)) 등을 지원할 수 있다. 4G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역에서 수행될 수 있고, 5G 통신은 6GHz 이하의 주파수 대역뿐 만 아니라 6GHz 이상의 주파수 대역에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 4G 통신 및 5G 통신을 위해 복수의 통신 노드들은 CDMA(code division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, WCDMA(wideband CDMA) 기반의 통신 프로토콜, TDMA(time division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, FDMA(frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, Filtered OFDM 기반의 통신 프로토콜, CP(cyclic prefix)-OFDM 기반의 통신 프로토콜, DFT-s-OFDM(discrete Fourier transform-spread-OFDM) 기반의 통신 프로토콜, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 기반의 통신 프로토콜, SC(single carrier)-FDMA 기반의 통신 프로토콜, NOMA(Non-orthogonal Multiple Access), GFDM(generalized frequency division multiplexing) 기반의 통신 프로토콜, FBMC(filter bank multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, UFMC(universal filtered multi-carrier) 기반의 통신 프로토콜, SDMA(Space Division Multiple Access) 기반의 통신 프로토콜 등을 지원할 수 있다.
통신 시스템(100)은 복수의 기지국들(base stations)(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2), 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함할 수 있다. 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)을 포함하는 통신 시스템(100)은 "액세스 네트워크"로 지칭될 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 매크로 셀(macro cell)을 형성할 수 있다. 제4 기지국(120-1) 및 제5 기지국(120-2) 각각은 스몰 셀(small cell)을 형성할 수 있다. 제1 기지국(110-1)의 셀 커버리지(cell coverage) 내에 제4 기지국(120-1), 제3 단말(130-3) 및 제4 단말(130-4)이 속할 수 있다. 제2 기지국(110-2)의 셀 커버리지 내에 제2 단말(130-2), 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)이 속할 수 있다. 제3 기지국(110-3)의 셀 커버리지 내에 제5 기지국(120-2), 제4 단말(130-4), 제5 단말(130-5) 및 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다. 제4 기지국(120-1)의 셀 커버리지 내에 제1 단말(130-1)이 속할 수 있다. 제5 기지국(120-2)의 셀 커버리지 내에 제6 단말(130-6)이 속할 수 있다.
여기서, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 노드B(NodeB), 고도화 노드B(evolved NodeB), gNB, ng-eNB, BTS(base transceiver station), 무선 기지국(radio base station), 무선 트랜시버(radio transceiver), 액세스 포인트(access point), 액세스 노드(node), RSU(road side unit), RRH(radio remote head), TP(transmission point), TRP(transmission and reception point), f(flexible)-TRP 등으로 지칭될 수 있다. 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 UE(user equipment), 터미널(terminal), 액세스 터미널(access terminal), 모바일 터미널(mobile terminal), 스테이션(station), 가입자 스테이션(subscriber station), 모바일 스테이션(mobile station), 휴대 가입자 스테이션(portable subscriber station), 노드(node), 디바이스(device), IoT(internet of things) 기능을 지원하는 장치, 탑재 장치(mounted module/device/terminal), OBU(on board unit) 등으로 지칭될 수 있다.
한편, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 서로 다른 주파수 대역에서 동작할 수 있고, 또는 동일한 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크(ideal backhaul link) 또는 논(non)-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 연결될 수 있고, 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 서로 정보를 교환할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 아이디얼 백홀 링크 또는 논-아이디얼 백홀 링크를 통해 코어 네트워크와 연결될 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 코어 네트워크로부터 수신한 신호를 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)에 전송할 수 있고, 해당 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)로부터 수신한 신호를 코어 네트워크에 전송할 수 있다.
또한, 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 MIMO 전송(예를 들어, SU(single user)-MIMO, MU(multi user)-MIMO, 대규모(massive) MIMO 등), CoMP(coordinated multipoint) 전송, CA(carrier aggregation) 전송, 비면허 대역(unlicensed band)에서 전송, 단말 간 직접 통신(device to device communication, D2D)(또는, ProSe(proximity services)) 등을 지원할 수 있다. 여기서, 복수의 단말들(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6) 각각은 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)과 대응하는 동작, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2)에 의해 지원되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 기지국(110-2)은 SU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 SU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또는, 제2 기지국(110-2)은 MU-MIMO 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 MU-MIMO 방식에 의해 제2 기지국(110-2)으로부터 신호를 수신할 수 있다.
제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 CoMP 방식을 기반으로 신호를 제4 단말(130-4)에 전송할 수 있고, 제4 단말(130-4)은 CoMP 방식에 의해 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 복수의 기지국들(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 각각은 자신의 셀 커버리지 내에 속한 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)과 CA 방식을 기반으로 신호를 송수신할 수 있다. 제1 기지국(110-1), 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각은 제4 단말(130-4)과 제5 단말(130-5) 간의 D2D를 제어할 수 있고, 제4 단말(130-4) 및 제5 단말(130-5) 각각은 제2 기지국(110-2) 및 제3 기지국(110-3) 각각의 제어에 의해 D2D를 수행할 수 있다.
한편, 통신 시스템에서 기지국은 통신 프로토콜의 모든 기능들(예를 들어, 원격 무선 송수신 기능, 기저대역(baseband) 처리 기능)을 수행할 수 있다. 또는, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 원격 무선 송수신 기능은 TRP(transmission reception point)(예를 들어, f(flexible)-TRP)에 의해 수행될 수 있고, 통신 프로토콜의 모든 기능들 중에서 기저대역 처리 기능은 BBU(baseband unit) 블록에 의해 수행될 수 있다. TRP는 RRH(remote radio head), RU(radio unit), TP(transmission point) 등일 수 있다. BBU 블록은 적어도 하나의 BBU 또는 적어도 하나의 DU(digital unit)를 포함할 수 있다. BBU 블록은 "BBU 풀(pool)", "집중화된(centralized) BBU" 등으로 지칭될 수 있다. TRP는 유선 프론트홀(fronthaul) 링크 또는 무선 프론트홀 링크를 통해 BBU 블록에 연결될 수 있다. 백홀 링크 및 프론트홀 링크로 구성되는 통신 시스템은 다음과 같을 수 있다. 통신 프로토콜의 기능 분리(function split) 기법이 적용되는 경우, TRP는 BBU의 일부 기능 또는 MAC/RLC의 일부 기능을 선택적으로 수행할 수 있다.
통신 시스템(100)에서, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)들은 허가된 주파수 대역 또는 면허 (licenced) 주파수 대역에서 통신을 수행할 수 있다. 한편, 통신 시스템(100)에서, 기지국(110-1, 110-2, 110-3, 120-1, 120-2) 및 단말(130-1, 130-2, 130-3, 130-4, 130-5, 130-6)들은 비허가 주파수대역 또는 비면허(unlicenced) 주파수 대역에서 통신을 수행할 수 있다.
도 2는 통신 시스템의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 통신 시스템은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준에 따른 통신 시스템(예를 들어, 무선랜(wireless local area network, WLAN) 기반의 통신 시스템)일 수 있다. 무선랜 통신 시스템은 WLAN 통신 시스템, 또는 Wi-Fi(Wireless Fidelity) 통신 시스템 등으로 칭할 수 있다. 무선랜 통신 시스템에서 STA(station)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준에 규정된 매체 접속 제어(medium access control, MAC) 계층의 기능과 무선 매체(medium)에 대한 물리(physical) 계층의 기능을 수행하는 통신 노드를 지시할 수 있다. STA은 AP(access point) STA과 non-AP STA으로 분류될 수 있다. AP STA은 단순히 액세스 포인트로 지칭될 수 있고, non-AP STA은 단순히 스테이션으로 지칭될 수 있다. 또한, 액세스 포인트는 기지국(base station, BS), 노드 B(node B), 고도화 노드 B(evolved node B), 릴레이(relay), RRH(radio remote head), TRP(transmission and reception point) 등으로 지칭될 수 있다. 스테이션은 터미널(terminal), WTRU(wireless transmit/receive unit), UE(user equipment), 디바이스(device) 등으로 지칭될 수 있고, 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC, 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 센서(sensor) 디바이스 등일 수 있다.
무선랜 시스템은 적어도 하나의 기본 서비스 세트(basic service set; BSS)를 포함할 수 있다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(STA1, STA2(AP1), STA3, STA4, STA5(AP2), STA6, STA7, STA8)의 집합을 의미하며, 특정 영역을 의미하는 개념은 아니다. 아래 실시예들에서 액세스 포인트(access point)의 기능을 수행하는 스테이션은 "액세스 포인트(AP)"로 지칭될 수 있고, 액세스 포인트의 기능을 수행하지 않는 스테이션은 "non-AP 스테이션" 또는 "스테이션"으로 지칭될 수 있다.
BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(independent BSS; IBSS)로 구분될 수 있다. 여기서, BSS1과 BSS2는 인프라스트럭쳐 BSS를 의미할 수 있고, BSS3은 IBSS를 의미할 수 있다. BSS1은 제1 스테이션(STA1), 분배 서비스(distribution service)를 제공하는 제1 액세스 포인트(STA2(AP1)), 및 다수의 액세스 포인트들(STA2(AP1), STA5(AP2))을 연결하는 분배 시스템(distribution system, DS)을 포함할 수 있다. BSS1에서 제1 액세스 포인트(STA2(AP1))는 제1 스테이션(STA1)을 관리할 수 있다.
BSS2는 제3 스테이션(STA3), 제4 스테이션(STA4), 분배 서비스를 제공하는 제2 액세스 포인트(STA5(AP2)), 및 다수의 액세스 포인트들(STA2(AP1), STA5(AP2))을 연결하는 분배 시스템(DS)을 포함할 수 있다. BSS2에서 제2 액세스 포인트(STA5(AP2))는 제3 스테이션(STA3)과 제4 스테이션(STA4)을 관리할 수 있다.
BSS3은 애드-혹(ad-hoc) 모드로 동작하는 IBSS를 의미할 수 있다. BSS3에는 중앙에서 관리 기능을 수행하는 개체(centralized management entity)인 액세스 포인트가 존재하지 않을 수 있다. 즉, BSS3에서 스테이션들(STA6, STA7, STA8)은 분산된 방식(distributed manner)으로 관리될 수 있다. BSS3에서 모든 스테이션들(STA6, STA7, STA8)은 이동 스테이션을 의미할 수 있으며, 분배 시스템(DS)으로 접속이 허용되지 않으므로 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
액세스 포인트(STA2(AP1), STA5(AP2))는 자신에게 결합된 스테이션(STA1, STA3, STA4)을 위하여 무선 매체를 통해 분산 시스템(DS)에 대한 접속을 제공할 수 있다. BSS1 또는 BSS2에서 스테이션들(STA1, STA3, STA4) 사이의 통신은 일반적으로 액세스 포인트(STA2(AP1), STA5(AP2))를 통해 이루어지나, 다이렉트 링크(direct link)가 설정된 경우에는 스테이션들(STA1, STA3, STA4) 간의 직접 통신이 가능하다.
복수의 인프라스트럭쳐 BSS들은 분배 시스템(DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. 분배 시스템(DS)을 통하여 연결된 복수의 BSS들을 확장된 서비스 세트(extended service set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 통신 노드들(STA1, STA2(AP1), STA3, STA4, STA5(AP2))은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 임의의 스테이션(STA1, STA3, STA4)은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
분배 시스템(DS)은 하나의 액세스 포인트가 다른 액세스 포인트와 통신하기 위한 메커니즘(mechanism)으로서, 이에 따르면 액세스 포인트는 자신이 관리하는 BSS에 결합된 스테이션들을 위해 프레임을 전송하거나, 다른 BSS로 이동한 임의의 스테이션을 위해 프레임을 전송할 수 있다. 또한, 액세스 포인트는 유선 네트워크 등과 같은 외부 네트워크와 프레임을 송수신할 수 있다. 이러한 분배 시스템(DS)은 반드시 네트워크일 필요는 없으며, IEEE 802.11 표준에 규정된 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예를 들어, 분배 시스템은 메쉬 네트워크(mesh network)와 같은 무선 네트워크이거나, 액세스 포인트들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수 있다.
도 3은 통신 시스템을 구성하는 통신 노드의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 통신 노드(300)는 도 1을 참조하여 설명한 셀룰러 통신 시스템, 또는 도 2를 참조하여 설명한 무선랜 통신 시스템을 구성하는 통신 노드일 수 있다. 또는, 통신 노드(300)는 그 외에 다양한 통신 시스템을 구성하는 통신 노드일 수 있다.
통신 노드(300)는 적어도 하나의 프로세서(310), 메모리(320) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(330)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(300)는 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350), 저장 장치(360) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(300)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(370)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 다만, 통신 노드(300)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(370)가 아니라, 프로세서(310)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(310)는 메모리(320), 송수신 장치(330), 입력 인터페이스 장치(340), 출력 인터페이스 장치(350) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(310)는 메모리(320) 및 저장 장치(360) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(310)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(320) 및 저장 장치(360) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(320)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
한편, 공중에서 무선으로 송신되는 무선 신호의 특성상, 무선 통신 시스템은 도청 또는 감청에 노출될 가능성이 존재한다. 이를테면, 통신 환경에는 도청자(eavesdropper) 노드가 존재하여, 송신 노드가 수신 노드로 전송하는 무선 신호를 도청하려고 시도할 수 있다. 따라서, 무선 통신 시스템에서 도감청을 방지하고 보안성을 향상시키기 위한 기술이 요구될 수 있다. 일례로, 무선 통신 시스템에는 보안키 사전 공유 방식의 보안 기술이 적용될 수 있다. 이 경우, 송신 노드 및 수신 노드는 상호간에 사전 공유된 보안키 정보에 기초하여 신호의 암호화 및 복호화 등을 수행할 수 있다. 도청자 노드는 사전에 공유된 보안키를 알지 못하기 때문에, 암호화되어 송신된 무선 신호를 제대로 해독할 수 없을 것으로 기대된다. 하지만, 이와 같은 보안 방식은 송신 노드 및 수신 노드 간에 사전 공유되는 보안키가 유출될 경우 보안 성능이 심각하게 저하될 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 도청자 노드가 사전에 공유된 보안키의 정보를 획득한 경우, 암호화되어 송신된 무선 신호가 도청자 노드에 의해 해독 및 도청될 위험성이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 송신 노드와 수신 노드가 보안키를 사전 공유하지 않고도 보안성을 확보하기 위한 기술이 필요할 수 있다. 물리계층 보안(physical layer security, PHYSEC) 방식은 송신 노드와 수신 노드가 사전에 보안키를 공유하지 않고도 보안성을 확보하기 위한 통신 보안 기술 중 하나일 수 있다. 물리 계층 보안 방식에 따르면, 보안키 대신 물리계층 무선 채널의 특성을 이용하여 송수신 노드 간의 보안성을 확보하고 도청자 노드에 의한 도감청의 가능성을 차단할 수 있다. 따라서, 보안키 유출로 의한 보안 성능 저하 문제가 해결될 수 있다는 장점이 있다. 물리 계층 보안 방식에서 무선 채널의 정보에 기초하여 송수신 노드 간의 보안성을 확보하는 구체적인 동작은 실시예들에 따라 다르게 구현될 수 있다.
종래의 물리 계층 보안 방식에서는, 송신 노드가 사전에 의도된 수신 노드 뿐 아니라 송신 노드와 도청자 노드 사이의 채널 정보를 알고 있어야 최적의 설계가 가능하다는 단점이 있었다. 또는, 송신 노드가 송신자 노드와 도청자 노드 사이의 무선 채널을 모를 경우, 복수 개의 안테나들을 이용하여 상기 송신 노드와 수신 노드 사이의 채널의 빈 공간(null space)에 인공적인 잡음(artificial noise) 또는 재밍(jamming) 신호를 송출함으로써 보안성을 유지할 수 있다. 다만, 이와 같은 경우, 보안성을 유지하기 위해 반드시 복수 개의 안테나들을 이용해야 한다는 문제점이 있었다. 더불어, 물리 계층 보안 방식은 도청자 노드의 안테나 개수가 송신 노드의 안테나 개수를 초과할 경우, 보안성을 유지하기 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 또한, 물리 계층 보안 방식은 수신 노드의 안테나의 개수에 따라 양방향 통신 환경에서 보안성의 유지가 제한되는 문제점이 있다.
이하, 도 4 내지 9를 참조하여 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 물리 계층 보안 방식을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제1 실시예 및 제2 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제1 실시예를 설명한다. 보안 통신 시스템(400)은 도 1을 참조하여 설명한 셀룰러 통신 방식의 통신 시스템과 동일 또는 유사할 수 있다. 또는, 보안 통신 시스템(400)은 도 2를 참조하여 설명한 무선랜 통신 방식의 통신 시스템과 동일 또는 유사할 수 있다. 이하, 보안 통신 시스템(400)이 셀룰러 통신 방식의 통신 시스템일 경우를 예시로 하여 본 발명의 구성을 설명한다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명의 구성은 무선랜 통신 방식이나 그밖의 무선 통신 방식의 통신 시스템에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 보안 통신 시스템(400)은 물리계층 보안 방식이 적용된 통신 시스템일 수 있다. 보안 통신 시스템(400)은 기지국(base station, BS)(410) 및 사용자 단말(mobile station, MS)(420)을 포함할 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 무선 채널을 통하여 상호간에 신호를 송수신할 수 있다. 기지국(410)로부터 단말(420)로의 무선 채널을 h라 할 수 있다. 단말(420)로부터 기지국(410)로의 무선 채널을 h'라 할 수 있다. 무선 채널 h 및 h'는 다중 경로 페이딩(multipath fading) 채널일 수 있다. 무선 채널 h 및 h'는 일정 이상의 주파수 선택성(frequency selectivity)을 가지는 다중 경로 페이딩 채널일 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 다중 부반송파 전송 방식에 기초하여 신호를 전송할 수 있다. 이를테면, 기지국(410) 및 단말(420)는 OFDM 통신 방식에 기초하여 신호를 전송할 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 시분할 이중화(time division duplex, TDD) 방식으로 상호간 무선 신호를 송수신할 수 있다. 또는, 기지국(410) 및 단말(420)는 동일대역 전이중(in-band full duplex) 방식으로 상호간 무선 신호를 송수신할 수 있다. 이 경우, 무선 채널 h 및 h' 간에는 채널 상호성(channel reciprocity)이 성립될 수 있다. 즉, 무선 채널 h 및 h'는 서로 동일한 것으로 간주될 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 상호간 형성되는 무선 채널의 정보를 확인할 수 있다.
한편, 통신 환경에는 도청자(eavesdropper) 노드(430)가 존재할 수 있다. 도청자 노드(430)는 기지국(410)로부터 전송되는 신호를 수신 및 도청하려는 통신 노드를 의미할 수 있다. 도청자 노드(430)는 기지국(410)로부터 발신된 신호를 무선 채널을 통하여 수신할 수 있다. 도청자 노드(430)가 기지국(410)로부터 신호를 수신하는 무선 채널을 g a 라 할 수 있다. 무선 채널 g a 는 다중 경로 페이딩 채널일 수 있다. 무선 채널 g a 는 일정 이상의 주파수 선택성을 가지는 다중 경로 페이딩 채널일 수 있다.
보안 통신 시스템(400)에서, 기지국(410), 단말(420) 및 도청자 노드(430)는 서로 제1 설정 거리 이상으로 이격되어 있을 수 있다. 이 경우, 무선 채널 h 및 g a 는 상호간 독립적으로 형성될 수 있다.
보안 통신 시스템(400)은 기지국(410)로부터 단말(420)로의 무선 채널 h의 정보, 및 도청자 노드(430)가 기지국(410)로부터 신호를 수신하는 무선 채널 g a 의 정보에 기초하여 기지국(410) 및 단말(420) 간의 보안성을 확보할 수 있다. 무선 채널 h는 주파수 영역에서 수학식 1의 H와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00001
수학식 1에서, N은 무선 채널 h를 구성하는 부반송파(subcarrier)의 개수를 의미할 수 있다. H(k)는 기지국(410)로부터 단말(420)로의 무선 채널 h의 k 번째 부반송파를 의미할 수 있다. H(k)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00002
수학식 2에서,
Figure 112020119716258-pat00003
는 H(k)의 위상을 의미할 수 있다.
한편, 무선 채널 g a 는 주파수 영역에서 수학식 3의 Ga와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00004
수학식 3에서, N은 무선 채널 g a 를 구성하는 부반송파의 개수를 의미할 수 있다. Ga(k)는 도청자 노드(430)가 기지국(410)로부터 신호를 수신하는 무선 채널을 g a 의 k 번째 부반송파를 의미할 수 있다. Ga(k)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00005
수학식 4에서,
Figure 112020119716258-pat00006
는 Ga(k)의 위상을 의미할 수 있다.
기지국(410)는 N개의 부반송파 중 어느 하나를 선택하여 제1 기준 부반송파(reference subcarrier)로 설정할 수 있다. 이와 같이 선택된 제1 기준 부반송파 넘버를 k*라 할 수 있다. 제1 기준 부반송파에 대한 정보는 기지국(410)만 가지고 있을 뿐, 단말(420)에 전달되지 않을 수 있다. 기지국(410)는 제1 기준 부반송파 넘버 k*에 기초하여 2개의 부반송파 집합(subcarrier set)을 결정할 수 있다. 기지국(410)는 제1 기준 부반송파 넘버 k*에 기초하여 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ는 각각 수학식 5 및 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00007
Figure 112020119716258-pat00008
수학식 5 및 6을 참조하면, 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ는 제1 기준 부반송파 넘버 k* 및 제1 기준값 δ에 기초하여 정의될 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD은 각 부반송파의 위상과 제1 기준 부반송파의 위상 간의 차이(
Figure 112020119716258-pat00009
)가 제1 기준값 δ보다 작거나 같게 되는 부반송파들의 집합으로서 정의될 수 있다. 한편, 제2 부반송파 집합 SJ는 각 부반송파의 위상과 제1 기준 부반송파의 위상 간의 차이(
Figure 112020119716258-pat00010
)가 제1 기준값 δ보다 크게 되는 부반송파들의 집합으로서 정의될 수 있다. 여기서, 제1 기준값 δ는 하나의 실수값일 수 있다.
기지국(410)는 제1 부반송파 집합 SD에 포함되는 부반송파들과 제2 부반송파 집합 SJ에 포함되는 부반송파들이 서로 다른 종류의 신호를 전송할 수 있다. 이를테면, 기지국(410)는 제1 부반송파 집합 SD에 포함되는 부반송파들을 통하여는 단말(420)로 전송하고자 하는 데이터를 포함한 데이터 심볼들을 전송할 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD는 데이터 부반송파 집합(data subcarrier set)에 해당할 수 있다. 한편, 기지국(410)는 제2 부반송파 집합 SJ에 포함되는 부반송파들을 통하여는 허위(dummy) 심볼들 또는 재밍(jamming) 심볼들을 전송할 수 있다. 제2 부반송파 집합 SJ는 재밍 부반송파 집합(jamming subcarrier set)에 해당할 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD를 통해 전송되는 데이터 심볼들과 제2 부반송파 집합 SJ를 통해 전송되는 허위 심볼들은 서로 같은 변조(modulation) 방식으로 변조된 심볼들일 수 있다. 이를테면, 데이터 심볼들 및 허위 심볼들은 PSK 방식 또는 QAM으로 변조된 심볼들일 수 있다.
제1 기준값 δ는 이와 같이 기지국(410)와 단말(420) 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate)에 따라서 결정될 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD에 포함되는 부반송파들이 더 많을수록 데이터 전송율(data rate)이 증가할 수 있다. 한편, 제2 부반송파 집합 SJ에 포함되는 부반송파들이 더 적을수록 데이터 전송율이 감소할 수 있다. 즉, 요구되는 데이터 전송율이 높을수록 제1 기준값 δ가 높은 값으로 설정될 수 있다. 한편, 요구되는 데이터 전송율이 낮을수록 제1 기준값 δ가 낮은 값으로 설정될 수 있다.
기지국(410)는 단말(420)에게 제1 기준값 δ의 정보를 전달할 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 제1 기준값 δ의 정보 및 무선 채널 h의 정보를 확인할 수 있다. 따라서, 단말(420)는 제1 기준값 δ의 정보 및 무선 채널 h의 정보에 기초하여, 기지국(410)로부터 송신된 신호를 해독할 수 있다.
한편, 도청자 노드(430)는 도청을 통해 제1 기준값 δ의 정보를 알아낼 수는 있으나, 제1 기준 부반송파 넘버 k*의 정보 및 무선 채널 h의 정보는 정확히 확인할 수 없다. 도청자 노드(430)는 임의의 기준 부반송파 넘버
Figure 112020119716258-pat00011
및 무선 채널 g a 의 정보에 기초하여 기지국(410)로부터 송신된 신호를 해독하고자 할 수 있다. 이 경우, 도청자 노드(430)는 데이터 부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00012
와 재밍 부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00013
를 각각 수학식 7 및 8과 같이 분류할 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00014
Figure 112020119716258-pat00015
도청자 노드(430)가 수학식 7 및 8과 같이 데이터 부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00016
와 재밍 부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00017
를 분류하더라도, 그 결과는 수학식 5 및 6과 동일할 것으로 예상할 수 없다. 도청자 노드(430)가 임의로 사용한 임의의 기준 부반송파 넘버
Figure 112020119716258-pat00018
는 기지국(410)가 사용한 제1 기준 부반송파 넘버 k*와 다를 수 있다. 또한 무선 채널 g a 의 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00019
는 무선 채널 h의 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00020
와 다를 수 있다. 우연의 일치로
Figure 112020119716258-pat00021
이고
Figure 112020119716258-pat00022
일 경우를 가정하더라도,
Figure 112020119716258-pat00023
와
Figure 112020119716258-pat00024
가 서로 상이하기 때문에 결과적으로
Figure 112020119716258-pat00025
및
Figure 112020119716258-pat00026
는 제1 부반송파 집합 SD 및 SJ와 상이할 수 있다. 즉, 도청자 노드(430)는 기지국(410)로부터 송신된 무선 신호를 제대로 해독해낼 수 없다. 따라서, 기지국(410)와 단말(420)는 별도의 보안키를 사전 공유하지 않고도 보안성이 확보된 무선 통신을 수행할 수 있다.
한편, 제1 기준 부반송파 넘버 k*는 수학식 9에서와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00027
수학식 9를 통해 결정된 제1 기준 부반송파의 위상을
Figure 112020119716258-pat00028
라 할 수 있다. 여기서,
Figure 112020119716258-pat00029
와 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00030
, 그리고 기지국(410)와 단말(420) 간에 사전 공유된 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00031
에 기초하여, 제1 위상값
Figure 112020119716258-pat00032
가 정의될 수 있다. 이를테면,
Figure 112020119716258-pat00033
는 수학식 10과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00034
여기서, 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00035
는 기지국(410)와 단말(420) 간에 사전 공유된 값이며, 도청자 노드(430)에 유출되어도 보안성이 저하되지 않을 수 있다. 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00036
와 제1 위상값
Figure 112020119716258-pat00037
에 기초하여, 0에서 2π 사이의 값을 가지는 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00038
가 정의될 수 있다. 이를테면,
Figure 112020119716258-pat00039
는 수학식 11과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00040
수학식 10 및 수학식 11에 기초하면, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00041
는 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00042
제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00043
는, 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00044
와 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00045
간의 차이에 기초하여, 0에서 2π 사이의 값을 가지도록 설정될 수 있다. 제1 기준값 δ는 수학식 11 또는 수학식 12에 따라 정의된 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00046
에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 각각의 부반송파 단위의 연산에 따라 계산될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 제1 기준값 δ의 계산 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하 도 5를 참조하여 설명하는 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예는, 도 4를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제1 실시예에서 수행될 수 있다. 도 4에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 제1 기준값 δ는 기지국과 단말 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate), 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이분법(bisection method)에 기초한 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다. 이분법이란, 해가 존재하는 구간을 이분한 후, 이 중 해가 존재하는 하위 구간을 선택하는 것을 반복하여서 최종적으로 해를 찾는 방식을 의미할 수 있다. 기지국과 단말 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송률을, 요구 전송율 Rreq라 할 수 있다.
이분법에 기초한 알고리즘에서, 우선 복수 개의 초기 조건들이 설정될 수 있다. 이를테면, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin의 초기 조건이 각각 2π 및 0으로 설정될 수 있다(S510). 여기서, δmax 및 δmin은 각각 제1 기준값 δ의 설정 범위의 최대값 및 최소값을 지시하는 변수를 의미할 수 있다. Rmax는 샤논 채널 용량 공식(Shannon's channel capacity formula)에 기초하여 설정될 수 있다(S520). 여기서, Rmax는 샤논 채널 용량 이론에 기초하여 산출된, 기지국과 단말 간의 무선 채널에서의 이론상 최대 전송률을 의미할 수 있다. Rmax는 이를테면 수학식 13과 같을 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00047
또한, Rmax 및 Rreq에 기초하여 및 제3 변수 R이 추가로 설정될 수 있다(S530). 여기서, 제3 변수 R의 초기 조건은, 기지국과 단말 간의 채널에서 이론상 가능한 최대 전송률(Rmax)과, 기지국과의 단말 간의 채널에서 요구되는 전송률(Rreq)의 차이로 설정될 수 있다. 제3 변수 R의 초기 조건은 수학식 14와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00048
제1 기준값 δ의 계산을 위한 알고리즘은, 이분법(bisection method)에 따라 복수 번의 연산을 반복 수행하는 방식으로 구현될 수 있다. 이와 같은 반복 연산은, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 큰 구간에서 수행될 수 있다(S540). 제1 임계값 d는 일종의 정확도 임계값(accuracy threshold)으로서, 제1 임계값 d의 값이 작게 설정될수록 더욱 정밀한 연산이 수행될 수 있으나, 연산량이 증가하여 알고리즘의 효율성이 저하될 수 있다. 한편, 제1 임계값 d의 값이 크게 설정될수록 연산량이 감소하여 알고리즘의 효율성이 향상될 수 있으나, 연산의 정밀도는 저하될 수 있다.
제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이에 기초하여 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00049
가 정의될 수 있다(S550). 이를테면, 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00050
는 수학식 15와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00051
이어서, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00052
와 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00053
에 기초하여 제1 부반송파 집합 SD가 정의될 수 있다(S560). 이를테면, 제1 부반송파 집합 SD는 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00054
이 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00055
보다 작은 부반송파들의 집합으로 정의될 수 있다. 제1 부반송파 집합 SD는 수학식 16과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00056
이어서, 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제3 변수 R의 값이 새롭게 정의될 수 있다(S570). 새롭게 정의된 제3 변수 R은 샤논 채널 용량 공식에 기초하여 산출된, 제1 부반송파 집합 SD를 통한 최대 전송률을 의미할 수 있다. 이를테면, 제3 변수 R은 수학식 17과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00057
여기서, 제3 변수 R과 요구 전송율 Rreq 간의 비교 결과에 따라서 제1 변수 δmax 또는 제2 변수 δmin의 값이 새롭게 정의될 수 있다(S580). 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq 이상일 경우, 제2 변수 δmin의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00058
와 같은 값으로 정의될 수 있다. 한편, 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq보다 작을 경우, 제1 변수 δmax의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00059
와 같은 값으로 정의될 수 있다.
만약 S580 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 클 경우, 상기한 S550~S580 단계의 연산이 다시 수행될 수 있다(S540). 한편, S580 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d 이하일 경우, 반복 연산은 종료될 수 있다.
여기서, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제1 기준값 δ가 계산될 수 있다(S590). 이를테면, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에서 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00060
와 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00061
간의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 각 부반송파 k에 대하여, 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00062
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 곱, 및 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00063
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 곱의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 각 부반송파 k에 대하여, 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00064
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 콘볼루션 연산 결과, 및 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00065
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 콘볼루션 연산 결과의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 제1 부반송파 집합 SD 중 최적값에 해당하는
Figure 112020119716258-pat00066
및
Figure 112020119716258-pat00067
간의 차이값의 최재값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이외에도 다양한 방식으로 정의될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하 도 6을 참조하여 설명하는 제1 기준값 계산 방법의 제2 실시예는, 도 5를 참조하여 설명한 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예와 일부 유사할 수 있다. 도 5에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 제1 기준값 δ는 기지국과 단말 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate), 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이분법(bisection method)에 기초한 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다.
이분법에 기초한 알고리즘에서, 우선 복수 개의 초기 조건들이 설정될 수 있다. 이를테면, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin의 초기 조건이 각각 2π 및 0으로 설정될 수 있다(S610). 최대 전송률 Rmax는 MCS(Modulation and Coding Scheme)에 따른 변조 차수(modulation order) M과 부호율(code rate) C, 그리고 부반송파의 개수 N에 기초하여 설정될 수 있다(S620). 최대 전송률 Rmax는 이를테면 수학식 18과 같을 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00068
또한, 최대 전송률 Rmax 및 요구 전송률 Rreq에 기초하여 및 제3 변수 R이 추가로 설정될 수 있다(S630). 제3 변수 R의 초기 조건은 수학식 19와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00069
제1 기준값 δ의 계산을 위한 알고리즘은, 이분법(bisection method)에 따라 복수 번의 연산을 반복 수행하는 방식으로 구현될 수 있다. 이와 같은 반복 연산은, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 큰 구간에서 수행될 수 있다(S640).
제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이에 기초하여 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00070
가 정의될 수 있다(S650). 이를테면, 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00071
는 수학식 20과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00072
이어서, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00073
와 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00074
에 기초하여 제1 부반송파 집합 SD가 정의될 수 있다(S660). 제1 부반송파 집합 SD는 수학식 21과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00075
이어서, 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제3 변수 R이 새롭게 정의될 수 있다(S670). 새롭게 정의된 제3 변수 R은, MCS에 따른 변조 차수 M과 부호율 C, 그리고 제1 부반송파 집합 SD에 포함되는 부반송파의 개수 n(SD)에 기초하여 설정될 수 있다. 이를테면, 제3 변수 R은 수학식 22와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00076
여기서, 제3 변수 R과 요구 전송율 Rreq 간의 비교 결과에 따라서 제1 변수 δmax 또는 제2 변수 δmin의 값이 새롭게 정의될 수 있다(S680). 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq 이상일 경우, 제2 변수 δmin의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00077
와 같은 값으로 정의될 수 있다. 한편, 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq보다 작을 경우, 제1 변수 δmax의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00078
와 같은 값으로 정의될 수 있다.
만약 S680 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 클 경우, 상기한 S650~S680 단계의 연산이 다시 수행될 수 있다(S640). 한편, S680 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d 이하일 경우, 반복 연산은 종료될 수 있다. 여기서, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제1 기준값 δ가 계산될 수 있다(S690).
다시 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제2 실시예를 설명한다. 앞서 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제1 실시예에 대하여 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다.
보안 통신 시스템(400)은 기지국(410)로부터 단말(420)로의 무선 채널 h의 정보, 및 도청자 노드(430)가 기지국(410)로부터 신호를 수신하는 무선 채널 g a 의 정보에 기초하여 기지국(410) 및 단말(420) 간의 보안성을 확보할 수 있다. 무선 채널 h는 수학식 23의 H와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00079
수학식 23에서, L은 한 슬롯(slot) 내에 포함되는 OFDM 심볼(symbol)의 개수를 의미할 수 있다. N은 각각의 OFDM 심볼이 가지는 부반송파의 개수를 의미할 수 있다. Hm(k)는 한 슬롯 내에서 m 번째 OFDM 심볼이 가지는 k 번째 부반송파를 의미할 수 있다. Hm(k)는 수학식 24와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00080
수학식 24에서,
Figure 112020119716258-pat00081
는 Hm(k)의 위상을 의미할 수 있다.
기지국(410)은 L개의 OFDM 심볼 중 어느 하나를 선택하여 제1 기준 심볼(reference symbol)로 설정할 수 있다. 이와 같이 선택된 제1 기준 심볼 넘버를 m*라 할 수 있다. 기지국(410)은 제1 기준 심볼 m*이 가지는 N개의 부반송파 중 어느 하나를 선택하여 제1 기준 부반송파(reference subcarrier)로 설정할 수 있다. 이와 같이 선택된 제1 기준 부반송파 넘버를 k*라 할 수 있다. 제1 기준 심볼 및 제1 기준 부반송파에 대한 정보는 기지국(410)만 가지고 있을 뿐, 단말(420)에 전달되지 않을 수 있다. 기지국(410)은 m* 및 k*에 기초하여 2개의 심볼-부반송파 집합(symbol-subcarrier set)을 결정할 수 있다. 기지국(410)은 m* 및 k*에 기초하여 제1 심볼-부반송파 집합 SD 및 제2 심볼-부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 제1 심볼-부반송파 집합 SD 및 제2 심볼-부반송파 집합 SJ는 각각 수학식 25 및 26과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00082
Figure 112020119716258-pat00083
기지국(410)은 제1 심볼-부반송파 집합 SD에 포함되는 자원들을 통하여는 단말(420)로 전송하고자 하는 데이터를 포함한 데이터 심볼들을 전송할 수 있다. 한편, 기지국(410)은 제2 심볼-부반송파 집합 SJ에 포함되는 부반송파들을 통하여는 허위(dummy) 심볼들 또는 재밍(jamming) 심볼들을 전송할 수 있다.
기지국(410)는 단말(420)에게 제1 기준값 δ의 정보를 전달할 수 있다. 기지국(410) 및 단말(420)는 제1 기준값 δ의 정보 및 무선 채널 h의 정보를 확인할 수 있다. 따라서, 단말(420)는 제1 기준값 δ의 정보 및 무선 채널 h의 정보에 기초하여, 기지국(410)로부터 송신된 신호를 해독할 수 있다.
한편, 도청자 노드(430)는 도청을 통해 제1 기준값 δ의 정보를 알아낼 수는 있으나, 제1 기준 심볼 넘버 m*와 제1 기준 부반송파 넘버 k*의 정보 및 무선 채널 h의 정보는 정확히 확인할 수 없다. 도청자 노드(430)는 임의의 기준 심볼 넘버
Figure 112020119716258-pat00084
, 임의의 기준 부반송파 넘버
Figure 112020119716258-pat00085
및 무선 채널 g a 의 정보에 기초하여 기지국(410)로부터 송신된 신호를 해독하고자 할 수 있다. 이 경우, 도청자 노드(430)는 데이터 심볼-부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00086
와 재밍 심볼-부반송파 집합
Figure 112020119716258-pat00087
를 각각 수학식 27 및 28과 같이 분류할 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00088
Figure 112020119716258-pat00089
도청자 노드(430)가 수학식 27 및 28과 같이
Figure 112020119716258-pat00090
와
Figure 112020119716258-pat00091
를 분류하더라도, 그 결과는 수학식 25 및 26과 동일할 것으로 예상할 수 없다. 도청자 노드(430)가 임의로 사용한 임의의 기준 심볼 넘버
Figure 112020119716258-pat00092
및 임의의 기준 부반송파 넘버
Figure 112020119716258-pat00093
는 기지국(410)가 사용한 제1 기준 부반송파 넘버 m* 및 제1 기준 부반송파 넘버 k*와 다를 수 있다. 또한 무선 채널 g a 의 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00094
는 무선 채널 h의 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00095
와 다를 수 있다. 우연의 일치로
Figure 112020119716258-pat00096
이고
Figure 112020119716258-pat00097
이고
Figure 112020119716258-pat00098
일 경우를 가정하더라도,
Figure 112020119716258-pat00099
와
Figure 112020119716258-pat00100
가 서로 상이하기 때문에 결과적으로
Figure 112020119716258-pat00101
및
Figure 112020119716258-pat00102
는 제1 부반송파 집합 SD 및 SJ와 상이할 수 있다. 즉, 도청자 노드(430)는 기지국(410)로부터 송신된 무선 신호를 제대로 해독해낼 수 없다. 따라서, 기지국(410)와 단말(420)는 별도의 보안키를 사전 공유하지 않고도 보안성이 확보된 무선 통신을 수행할 수 있다.
한편, 제1 기준 심볼 넘버 m* 및 제1 기준 부반송파 넘버 k*는 수학식 29에서와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00103
여기서, 수학식 29를 통해 결정된
Figure 112020119716258-pat00104
와
Figure 112020119716258-pat00105
, 그리고 기지국(410)와 단말(420) 간에 사전 공유된 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00106
에 기초하여, 제1 위상값
Figure 112020119716258-pat00107
가 정의될 수 있다. 이를테면,
Figure 112020119716258-pat00108
는 수학식 30과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00109
여기서, 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00110
는 기지국(410)와 단말(420) 간에 사전 공유된 값이며, 도청자 노드(430)에 유출되어도 보안성이 저하되지 않을 수 있다. 제2 기준값
Figure 112020119716258-pat00111
와 제1 위상값
Figure 112020119716258-pat00112
에 기초하여, 0에서 2π 사이의 값을 가지는 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00113
가 정의될 수 있다. 이를테면,
Figure 112020119716258-pat00114
는 수학식 31과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00115
수학식 30 및 수학식 31에 기초하면, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00116
는 수학식 32와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00117
제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00118
는, 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00119
와 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00120
간의 차이에 기초하여, 0에서 2π 사이의 값을 가지도록 설정될 수 있다. 제1 기준값 δ는 수학식 31 또는 수학식 32에 따라 정의된 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00121
에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 각각의 OFDM 심볼 단위의 연산에 따라 계산될 수 있다. 이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 제1 기준값 δ의 계산 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제3 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하 도 7을 참조하여 설명하는 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예는, 도 4를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 보안 통신 시스템의 제2 실시예에서 수행될 수 있다. 도 4에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다. 한편, 이하 도 7을 참조하여 설명하는 제1 기준값 계산 방법의 제3 실시예는, 도 5를 참조하여 설명한 제1 기준값 계산 방법의 제1 실시예와 일부 유사할 수 있다. 도 5에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제1 기준값 δ는 기지국과 단말 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate), 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이분법(bisection method)에 기초한 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다.
이분법에 기초한 알고리즘에서, 우선 복수 개의 초기 조건들이 설정될 수 있다. 이를테면, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin의 초기 조건이 각각 2π 및 0으로 설정될 수 있다(S710). 최대 전송률 Rmax는 샤논 채널 용량 공식에 기초하여 설정될 수 있다(S720). Rmax는 이를테면 수학식 33과 같을 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00122
또한, 최대 전송률 Rmax 및 요구 전송률 Rreq에 기초하여 및 제3 변수 R이 추가로 설정될 수 있다(S730). 제3 변수 R의 초기 조건은 수학식 34와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00123
제1 기준값 δ의 계산을 위한 알고리즘은, 이분법(bisection method)에 따라 복수 번의 연산을 반복 수행하는 방식으로 구현될 수 있다. 이와 같은 반복 연산은, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 큰 구간에서 수행될 수 있다(S740).
제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이에 기초하여 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00124
가 정의될 수 있다(S750). 이를테면, 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00125
는 수학식 35와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00126
이어서, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00127
와 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00128
에 기초하여 제1 부반송파 집합 SD가 정의될 수 있다(S760). 제1 심볼-부반송파 집합 SD는 수학식 36과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00129
이어서, 제1 심볼-부반송파 집합 SD에 기초하여 제3 변수 R이 새롭게 정의될 수 있다(S770). 새롭게 정의된 제3 변수 R은 샤논 채널 용량 공식에 기초하여 산출된, 제1 부반송파 집합 SD를 통한 최대 전송률을 의미할 수 있다. 이를테면, 제3 변수 R은 수학식 37과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00130
여기서, 제3 변수 R과 요구 전송율 Rreq 간의 비교 결과에 따라서 제1 변수 δmax 또는 제2 변수 δmin의 값이 새롭게 정의될 수 있다(S780). 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq 이상일 경우, 제2 변수 δmin의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00131
와 같은 값으로 정의될 수 있다. 한편, 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq보다 작을 경우, 제1 변수 δmax의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00132
와 같은 값으로 정의될 수 있다.
만약 S780 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 클 경우, 상기한 S750~S780 단계의 연산이 다시 수행될 수 있다(S740). 한편, S780 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d 이하일 경우, 반복 연산은 종료될 수 있다.
여기서, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제1 기준값 δ가 계산될 수 있다(S790). 이를테면, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에서 각 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00133
와 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00134
간의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 각각의 심볼 m 및 부반송파 k에 대하여, 위상
Figure 112020119716258-pat00135
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 곱, 및 위상
Figure 112020119716258-pat00136
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 곱의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 각각의 심볼 m 및 부반송파 k에 대하여, 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00137
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 콘볼루션 연산 결과, 및 제1 기준 부반송파의 위상
Figure 112020119716258-pat00138
와 제1 부반송파 집합 SD에 포함된 각 부반송파들 간의 콘볼루션 연산 결과의 차이값의 최대값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 또는, 제1 부반송파 집합 SD 중 최적값에 해당하는
Figure 112020119716258-pat00139
및
Figure 112020119716258-pat00140
간의 차이값의 최재값이 제1 기준값 δ로 정의될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이외에도 다양한 방식으로 정의될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제1 기준값 계산 방법의 제4 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하 도 8을 참조하여 설명하는 제1 기준값 계산 방법의 제4 실시예는, 도 7을 참조하여 설명한 제1 기준값 계산 방법의 제3 실시예와 일부 유사할 수 있다. 도 7에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제1 기준값 δ는 기지국과 단말 간의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate), 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 계산될 수 있다. 제1 기준값 δ는 이분법(bisection method)에 기초한 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다.
이분법에 기초한 알고리즘에서, 우선 복수 개의 초기 조건들이 설정될 수 있다. 이를테면, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin의 초기 조건이 각각 2π 및 0으로 설정될 수 있다(S810). 최대 전송률 Rmax는 MCS(Modulation and Coding Scheme)에 따른 변조 차수(modulation order) M, 부호율(code rate) C, 각 슬롯을 구성하는 심볼의 수 L, 및 각 심볼이 가지는 부반송파의 개수 N에 기초하여 설정될 수 있다(S820). 최대 전송률 Rmax는 이를테면 수학식 38과 같을 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00141
또한, 최대 전송률 Rmax 및 요구 전송률 Rreq에 기초하여 및 제3 변수 R이 추가로 설정될 수 있다(S830). 제3 변수 R의 초기 조건은 수학식 39와 같이 설정될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00142
제1 기준값 δ의 계산을 위한 알고리즘은, 이분법(bisection method)에 따라 복수 번의 연산을 반복 수행하는 방식으로 구현될 수 있다. 이와 같은 반복 연산은, 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 큰 구간에서 수행될 수 있다(S840).
제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이에 기초하여 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00143
가 정의될 수 있다(S850). 이를테면, 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00144
는 수학식 40과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00145
이어서, 제2 위상값
Figure 112020119716258-pat00146
와 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00147
에 기초하여 제1 부반송파 집합 SD가 정의될 수 있다(S860). 제1 부반송파 집합 SD는 수학식 41과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00148
이어서, 제1 심볼-부반송파 집합 SD에 기초하여 제3 변수 R이 새롭게 정의될 수 있다(S870). 새롭게 정의된 제3 변수 R은, MCS에 따른 변조 차수 M, 부호율 C, 그리고 제1 부반송파 집합 SD에 포함되는 심볼-부반송파 쌍의 개수 n(SD)에 기초하여 설정될 수 있다. 이를테면, 제3 변수 R은 수학식 42와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020119716258-pat00149
여기서, 제3 변수 R과 요구 전송율 Rreq 간의 비교 결과에 따라서 제1 변수 δmax 또는 제2 변수 δmin의 값이 새롭게 정의될 수 있다(S880). 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq 이상일 경우, 제2 변수 δmin의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00150
와 같은 값으로 정의될 수 있다. 한편, 만약 제3 변수 R이 요구 전송율 Rreq보다 작을 경우, 제1 변수 δmax의 값은 제4 변수
Figure 112020119716258-pat00151
와 같은 값으로 정의될 수 있다.
만약 S880 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d보다 클 경우, 상기한 S850~S880 단계의 연산이 다시 수행될 수 있다(S840). 한편, S880 단계를 거친 이후의 제1 변수 δmax 및 제2 변수 δmin 간의 차이가 제1 임계값 d 이하일 경우, 반복 연산은 종료될 수 있다. 여기서, 마지막으로 정의된 제1 부반송파 집합 SD에 기초하여 제1 기준값 δ가 계산될 수 있다(S890).
도 9는 본 발명에 따른 보안 통신 시스템에서 통신 노드들 간의 신호 흐름의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 보안 통신 시스템은 도 4를 참조하여 설명한 보안 통신 시스템(400)의 제1 실시예 또는 제2 실시예와 동일 또는 유사할 수 있다. 보안 통신 시스템은 통신 시스템은 복수의 통신 노드들을 포함할 수 있다. 보안 통신 시스템은 도 1을 참조하여 설명한 것과 것과 같이 셀룰러 통신 방식이 적용된 통신 시스템일 수 있다. 도 9에는 복수의 통신 노드들이 각각 기지국 및 단말인 실시예가 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이다. 이를테면, 보안 통신 시스템은 도 2를 참조하여 설명한 무선랜 통신 방식이 적용된 통신 시스템일 수 있다.
보안 통신 시스템은 기지국(910) 및 단말(920)을 포함할 수 있다. 단말(920)은 채널 추정을 위한 신호를 기지국(910)으로 송신할 수 있다(S930). 이를테면, 단말(920)은 기지국(910)에서의 채널 추정을 위하여 기지국(910)으로 채널 상태 정보(channel state information, CSI) 피드백을 송신할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)으로부터 기 수신된 하향 링크의 채널 상태에 기초하여 기지국(910)으로 CSI 피드백을 송신할 수 있다. 또는, 단말(920)은 기지국(910)과의 채널 추정을 수행하기 위해 기지국(910)으로 사운딩 참조 신호(sounding reference signal, SRS)를 송신할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)이 수신한 SRS에 기초하여 회신하는 신호에 기초하여 기지국(910)과의 무선 채널을 추정할 수 있다.
기지국(910)은 전송 신호 생성 단계(Tx Signal Generation Phase) 또는 전송 신호 생성 동작을 수행할 수 있다(S940). 전송 신호 생성 단계에서, 기지국(910)은 단말(920)로 전송할 신호를 생성할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)과의 채널 추정을 수행할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)로부터 수신된 상향 링크 신호에 기초하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이를테면, 기지국(910)은 단말(920)로부터 수신된 CSI 피드백에 기초하여 무선 채널을 추정할 수 있다.
기지국(910)은 추정된 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 제1 기준값 δ, 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ 등을 결정할 수 있다. 기지국(910)은 추정된 무선 채널의 채널 정보, 및 단말(920)과의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate) 등에 기초하여 제1 기준값 δ를 결정할 수 있다. 기지국(910)은 채널 정보 및 제1 기준값 δ 등에 기초하여 두 개의 부반송파 집합을 결정할 수 있다. 이를테면, 기지국(910)은 도 5 또는 6을 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 제1 기준값 δ, 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 또는, 기지국(910)은 도 7 또는 8을 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 제1 기준값 δ, 제1 심볼-부반송파 집합 SD 및 제2 심볼-부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 기지국(910)은 결정된 SD 및 SJ에 기초하여 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 기지국(910)은 결정된 SD 및 SJ에 각각 데이터 신호 및 재밍 신호를 할당할 수 있다.
전송 신호 생성이 완료되면, 기지국(910)은 전송 신호를 단말(920)로 전송할 수 있다(S950). 기지국(910)은 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 신호 및 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 신호를 단말(920)로 전송할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)에서 전송 신호를 복원하는 데 사용되는 제어 신호를 PDCCH를 통해 단말(920)로 전송할 수 있다. 기지국(910)은 S940 단계에서 생성된 OFDM 신호를 PDSCH를 통해 단말(920)로 전송할 수 있다.
기지국(910)은 PDCCH를 통해 단말(920)로 하향링크 제어 정보(Downlink Control Information, DCI)를 전송할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)로 전송하는 DCI의 예약된 비트(reserved bit) 중 일부를 사용하여, 본 발명의 적용 여부를 지시하는 메시지, 및 제1 기준값 δ를 지시하는 메시지를 단말(920)로 전송할 수 있다. 이를테면, 기지국(910)은 단말(920)로 전송하는 DCI에, 본 발명의 적용 여부를 지시하는 1비트 메시지인 'PHYSECind' 메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 한편, 기지국(910)은 단말(920)로 전송하는 DCI에, 제1 기준값 δ를 지시하는 1 내지 2 바이트의 실수 메시지인 'Delta' 메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 앞서 셀룰러 통신 시스템의 DCI 신호를 예시로 하여 본 발명의 일 실시예를 설명하였다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명은 여기에 국한되지 않는다. 이를테면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템은 무선랜 방식의 통신 시스템일 수 있다. 이를테면, 앞서 예시로서 설명한 'PHYSECind' 메시지 또는 'Delta' 메시지는 무선랜 또는 Wi-Fi 통신 규격에 정의된 SIG 필드(L-SIG, 또는 VHT-SIG)를 통해 제1 통신 노드에서 제2 통신 노드로 전송될 수 있다.
단말(920)은 수신 신호 복원 단계(Rx Signal Recovery Phase) 또는 수신 신호 복원 동작을 수행할 수 있다(S960). 단말(920)은 기지국(910)으로부터 PDCCH 신호 및 PDSCH 신호를 수신할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)으로부터 수신한 수신 신호를 복원할 수 있다.
수신 신호 복원 단계에서, 단말(920)은 기지국(910)과의 채널 추정을 수행할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)로부터 수신된 하향 링크 신호에 기초하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 이를테면, 단말(920)은 S930 단계에서 송신한 SRS 신호에 대하여 기지국(910)이 회신한 피드백에 기초하여 무선 채널을 추정할 수 있다.
단말(920)은 기지국(910)으로부터 수신한 PDCCH 신호에 포함된 정보에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)으로부터 PDCCH를 통하여 수신한 DCI에 포함된 메시지에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다. 이를테면, 단말(920)은 DCI에 포함된 본 발명의 적용 여부를 지시하는 메시지에 기초하여 본 발명의 적용 여부를 확인할 수 있다. 본 발명을 적용할 것이 지시되지 않은 경우, 단말(920)은 통상의 방식에 따라 PDSCH 신호를 복원할 수 있다. 한편, 본 발명을 적용할 것이 지시된 경우, 단말(920)은 추정된 채널 정보 및 DCI로부터 획득한 제1 기준값 δ에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다.
단말(920)은 채널 정보 및 제1 기준값 δ 등에 기초하여 SD 및 SJ 등을 결정할 수 있다. 또는, 단말(920)은 도 5 내지 도 8 중 어느 하나를 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 SD 및 SJ를 결정할 수 있다. 단말(920)은 PDSCH를 통해 수신된 OFDM 심볼들을, SD을 통하여 수신된 심볼들과 SJ을 통하여 수신된 심볼들로 분류할 수 있다. 단말(920)은 SJ을 통하여 수신된 심볼들은 재밍 신호에 해당하는 것으로 판단하여 복호화하지 않을 수 있다. 한편, 단말(920)은 SD을 통하여 수신된 심볼들은 데이터 신호에 해당하는 것으로 판단하여 복호화할 수 있다.
단말(920)은 복호화를 수행하기 전에, 수신된 OFDM 심볼들에 대하여 복조(demodulation) 동작을 더 수행할 수 있다. 단말(920)은 복조 동작을 통하여, CP(cyclic prefix) 제거, FFT(fast fourier transform), 또는 채널 추정 등의 동작을 수행할 수 있다. 단말(920)은 복조된 신호들에 대하여 분류 및 선택적 복호화 동작을 수행할 수 있다.
단말(920)은 전송 신호 생성 단계(Tx Signal Generation Phase) 또는 전송 신호 생성 동작을 수행할 수 있다(S970). 전송 신호 생성 단계에서, 단말(920)은 기지국(910)으로 전송할 신호를 생성할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)과의 채널 추정을 수행할 수 있다. 또는, 단말(920)은 S960 단계 등을 통하여 기 추정된 채널 정보에 기초하여 전송 신호 생성 단계를 수행할 수 있다.
단말(920)은 추정된 무선 채널의 채널 정보 등에 기초하여 제1 기준값 δ, 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ 등을 결정할 수 있다. 단말(920)은 추정된 무선 채널의 채널 정보, 및 기지국(910)과의 신호 송수신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate) 등에 기초하여 제1 기준값 δ를 결정할 수 있다. 단말(920)은 채널 정보 및 제1 기준값 δ 등에 기초하여 두 가지 부반송파 집합을 결정할 수 있다. 이를테면, 단말(920)은 도 5 또는 6을 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 제1 기준값 δ, 제1 부반송파 집합 SD 및 제2 부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 또는, 단말(920)은 도 7 또는 8을 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 제1 기준값 δ, 제1 심볼-부반송파 집합 SD 및 제2 심볼-부반송파 집합 SJ를 결정할 수 있다. 단말(920)은 결정된 SD 및 SJ에 기초하여 OFDM 심볼을 생성할 수 있다. 단말(920)은 결정된 SD 및 SJ에 각각 데이터 신호 및 재밍 신호를 할당할 수 있다.
전송 신호 생성이 완료되면, 단말(920)은 전송 신호를 기지국(910)으로 전송할 수 있다(S980). 단말(920)은 PUCCH(Physical Uplink Control Channel) 신호 및 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 신호를 기지국(910)으로 전송할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)에서 전송 신호를 복원하는 데 사용되는 제어 신호를 PUCCH를 통해 기지국(910)으로 전송할 수 있다. 단말(920)은 S970 단계에서 생성된 OFDM 신호를 PUSCH를 통해 기지국(910)으로 전송할 수 있다.
단말(920)은 PUCCH를 통해 기지국(910)으로 상향링크 제어 정보(Uplink Control Information, UCI)를 전송할 수 있다. 단말(920)은 기지국(910)으로 전송하는 UCI의 예약된 비트(reserved bit) 중 일부를 사용하여, 제1 기준값 δ를 지시하는 메시지를 기지국(910)으로 전송할 수 있다. 이를테면, 단말(920)은 기지국(910)으로 전송하는 UCI에, 제1 기준값 δ를 지시하는 1 내지 2 바이트의 실수 메시지인 'Delta' 메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 앞서 셀룰러 통신 시스템의 UCI 신호를 예시로 하여 본 발명의 일 실시예를 설명하였다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 본 발명은 여기에 국한되지 않는다. 이를테면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 시스템은 무선랜 방식의 통신 시스템일 수 있다. 이를테면, 앞서 예시로서 설명한 'Delta' 메시지는 무선랜 또는 Wi-Fi 통신 규격에 정의된 SIG 필드(L-SIG, 또는 VHT-SIG)를 통해 제1 통신 노드에서 제2 통신 노드로 전송될 수 있다.
기지국(910)은 수신 신호 복원 단계(Rx Signal Recovery Phase) 또는 수신 신호 복원 동작을 수행할 수 있다(S990). 기지국(910)은 단말(920)으로부터 PDCCH 신호 및 PDSCH 신호를 수신할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)으로부터 수신한 수신 신호를 복원할 수 있다.
수신 신호 복원 단계에서, 기지국(910)은 단말(920)과의 채널 추정 및 동기화 동작을 수행할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)로부터 수신된 하향 링크 신호에 기초하여 채널 추정을 수행할 수 있다. 또는, 기지국(910)은 S940 단계 등을 통하여 기 추정된 채널 정보에 기초하여 전송 신호 생성 단계를 수행할 수 있다.
기지국(910)은 단말(920)으로부터 수신한 PDCCH 신호에 포함된 정보에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다. 기지국(910)은 단말(920)으로부터 PDCCH를 통하여 수신한 DCI에 포함된 메시지에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다. 이를테면, 기지국(910)은 DCI에 포함된 본 발명의 적용 여부를 지시하는 메시지에 기초하여 본 발명의 적용 여부를 확인할 수 있다. 본 발명을 적용할 것이 지시되지 않은 경우, 기지국(910)은 통상의 방식에 따라 PDSCH 신호를 복원할 수 있다. 한편, 본 발명을 적용할 것이 지시된 경우, 기지국(910)은 추정된 채널 정보 및 DCI로부터 획득한 제1 기준값 δ에 기초하여 PDSCH 신호의 복원을 수행할 수 있다.
기지국(910)은 채널 정보 및 제1 기준값 δ 등에 기초하여 SD 및 SJ를 결정할 수 있다. 또는, 기지국(910)은 도 5 내지 도 8 중 어느 하나를 참조하여 설명된 바와 동일 또는 유사한 방식에 따라 SD 및 SJ를 결정할 수 있다. 기지국(910)은 PDSCH를 통해 수신된 OFDM 심볼들을, SD을 통하여 수신된 심볼들과 SJ을 통하여 수신된 심볼들로 분류할 수 있다. 기지국(910)은 SJ을 통하여 수신된 심볼들은 재밍 신호에 해당하는 것으로 판단하여 복호화하지 않을 수 있다. 한편, 기지국(910)은 SD을 통하여 수신된 심볼들은 데이터 신호에 해당하는 것으로 판단하여 복호화할 수 있다.
기지국(910)은 복호화를 수행하기 전에, 수신된 OFDM 심볼들에 대하여 복조(demodulation) 동작을 더 수행할 수 있다. 기지국(910)은 복조 동작을 통하여, CP(cyclic prefix) 제거, FFT(fast fourier transform), 또는 채널 추정 등의 동작을 수행할 수 있다. 기지국(910)은 복조된 신호들에 대하여 분류 및 선택적 복호화 동작을 수행할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 무선 통신 시스템에는 통신 노드들 간의 무선 채널의 정보에 기초한 보안 설계가 적용될 수 있다. 송신 노드와 수신 노드가 사전에 공유하는 정보가 유출 또는 도청 당하더라도 보안성이 보장될 수 있다. 즉, 별도의 보안키 사전 공유 절차 없이도 무선 통신 시스템의 보안성이 확보될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 송신 노드와 수신 노드가 공유해야 하는 모든 정보가 유출 또는 도청 당하더라도 데이터의 보안성이 보장될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 전송하고자 하는 데이터의 요구되는 데이터 전송율(required data rate)에 따라 부반송파 할당(subcarrier allocation)이 유연하게 적용될 수 있다. 따라서 다양한 실시예의 통신 시스템에 적용 또는 응용될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는, 5G NR이나 무선랜 등 현존하는 상용 시스템의 규격을 크게 변화시키지 않고도 실시될 수 있다는 장점이 있다. 본 발명의 기술적 효과는, 예약된 비트(reserved bits) 중 일부에 적은 양의 추가적인 메시지(ex. 1~2 바이트 + 1 비트) 만을 사용함으로써 달성될 수 있다. 또한, 이와 같이 추가적인 메시지는 유출 또는 도청 당하더라도 그 효과가 감소하지 않는다는 장점이 있다. 더불어, 설사 도청자가 데이터의 채널 코덱까지 풀어낸다 해도 데이터 비트를 복호화(decoding)할 수 없다는 장점이 있다. 따라서, 통신 시스템의 보안성 및 시장성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 통신 시스템의 제1 통신 노드에 의하여 수행되는 보안 신호 송신 방법은,
    상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하는 단계;
    상기 추정된 무선 채널의 채널 정보에 기초하여 선택되는 제1 기준 부반송파 및 제1 기준값에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 서로 구분되는 위상 차이값 범위를 가지는 데이터 부반송파 그룹 및 재밍 부반송파 그룹으로 분류하는 단계;
    상기 데이터 부반송파 그룹의 부반송파들에 데이터 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 데이터 심볼들을 생성하는 단계;
    상기 재밍 부반송파 그룹의 부반송파들에 재밍 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 재밍 심볼들을 생성하는 단계;
    상기 제1 기준값을 포함하는 제1 제어 신호가 매핑된 제1 제어 심볼을 생성하는 단계; 및
    상기 데이터 심볼들, 재밍 심볼들 및 제1 제어 심볼을 상기 제2 통신 노드로 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 기준값은 상기 제2 통신 노드에서 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 분류하기 위해 사용되는, 보안 신호 송신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분류하는 단계는,
    상기 채널 정보에 기초하여, 상기 전체 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계;
    상기 제1 기준 부반송파의 위상과 나머지 부반송파들 각각의 위상의 차이값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 결정하는 단계를 포함하는, 보안 신호 송신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하인 부반송파를 상기 데이터 부반송파 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 큰 부반송파를 상기 재밍 부반송파 그룹으로 결정하는, 보안 신호 송신 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계는,
    상기 전체 부반송파들의 신호 크기값을 비교하는 단계; 및
    상기 전체 부반송파들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 부반송파를 상기 제1 기준 부반송파로 선택하는 단계를 포함하는, 보안 신호 송신 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기준값은,
    상기 제1 및 제2 통신 노드 간의 통신에서 요구되는 데이터 전송율(required data rate)에 기초하여 설정되는, 보안 신호 송신 방법.
  6. 통신 시스템의 제1 통신 노드에 의하여 수행되는 보안 신호 수신 방법은,
    상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하는 단계;
    상기 제2 통신 노드로부터 제1 제어 심볼을 수신하는 단계;
    상기 무선 채널을 통하여 상기 제2 통신 노드로부터 복수개의 심볼들을 수신하는 단계;
    상기 제1 제어 심볼에서 제1 기준값을 획득하는 단계;
    상기 제1 기준값 및 상기 무선 채널의 채널 정보에 기초하여 선택되는 제1 기준 부반송파 및 상기 제1 기준값에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 서로 구분되는 위상 차이값 범위를 가지는 데이터 부반송파 그룹 및 재밍 부반송파 그룹으로 분류하는 단계; 및
    상기 복수개의 심볼들 중에서 상기 데이터 부반송파 그룹을 통하여 수신된 심볼들을 복호화하여 데이터 신호를 획득하는 단계를 포함하는, 보안 신호 수신 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분류하는 단계는,
    상기 채널 정보에 기초하여, 상기 전체 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계;
    상기 제1 기준 부반송파의 위상과 나머지 부반송파들 각각의 위상의 차이값을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 결정하는 단계를 포함하는, 보안 신호 수신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하일 경우, 해당 부반송파를 상기 데이터 부반송파 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 클 경우, 해당 부반송파를 상기 재밍 부반송파 그룹으로 결정하는, 보안 신호 수신 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 단계는,
    상기 전체 부반송파들의 신호 크기값을 비교하는 단계; 및
    상기 전체 부반송파들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 부반송파를 상기 제1 기준 부반송파로 선택하는 단계를 포함하는, 보안 신호 수신 방법.
  10. 통신 시스템의 제1 통신 노드로서,
    프로세서(processor);
    상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 및
    상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
    상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 제1 통신 노드가,
    상기 제1 통신 노드 및 제2 통신 노드 간의 무선 채널을 추정하고;
    상기 추정된 무선 채널의 채널 정보에 기초하여 선택되는 제1 기준 부반송파 및 제1 기준값에 기초하여, 상기 무선 채널을 구성하는 전체 부반송파들을 서로 구분되는 위상 차이값 범위를 가지는 데이터 부반송파 그룹 및 재밍 부반송파 그룹으로 분류하고;
    상기 데이터 부반송파 그룹의 부반송파들에 데이터 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 데이터 심볼들을 생성하고;
    상기 재밍 부반송파 그룹의 부반송파들에 재밍 신호를 할당하여 적어도 하나 이상의 재밍 심볼들을 생성하고;
    상기 제1 기준값을 포함하는 제1 제어 신호가 매핑된 제1 제어 심볼을 생성하고; 그리고
    상기 데이터 심볼들, 재밍 심볼들 및 제1 제어 심볼을 상기 제2 통신 노드로 전송하는 것을 야기하도록 동작하며,
    상기 제1 기준값은 상기 제2 통신 노드에서 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 분류하기 위해 사용되는, 제1 통신 노드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전체 부반송파들을 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹으로 분류하는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
    상기 채널 정보에 기초하여, 상기 전체 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하고;
    상기 제1 기준 부반송파의 위상과 나머지 부반송파들 각각의 위상의 차이값을 계산하고; 그리고
    상기 계산된 차이값에 기초하여, 상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 결정하는 것을 추가적으로 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 데이터 부반송파 그룹 및 상기 재밍 부반송파 그룹을 결정하는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
    상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값 이하인 부반송파를 상기 데이터 부반송파 그룹으로 결정하고, 상기 계산된 차이값이 상기 제1 기준값보다 큰 부반송파를 상기 재밍 부반송파 그룹으로 결정하는 것을 추가적으로 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전체 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
    상기 전체 부반송파들의 신호 크기값을 비교하고; 그리고
    상기 전체 부반송파들 중에서 상기 신호 크기값이 가장 큰 부반송파를 상기 제1 기준 부반송파로 선택하는 것을 추가적으로 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전체 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 경우, 상기 명령들은 상기 제1 통신 노드가,
    상기 무선 채널을 구성하는 전체 심볼들 중에서 제1 기준 심볼을 선택하고; 그리고
    상기 제1 기준 심볼을 구성하는 부반송파들 중에서 상기 제1 기준 부반송파를 선택하는 것을 추가적으로 야기하도록 동작하는, 제1 통신 노드.
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