KR102511068B1

KR102511068B1 - 재밍 전력을 할당하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102511068B1
Application number: KR1020210070119A
Authority: KR
Inventors: 김수현; 이용화; 최지환; 김소연
Original assignee: 국방과학연구소; 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-03-16
Also published as: KR20220161857A

Abstract

본 발명에 따른 위성, 수신기, 재머 및 도청기가 존재하는 다중 빔 위성 통신 환경에서의 재밍 전력 할당 방법은 상기 위성과 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 위성과 상기 도청기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 도청기 간 채널 이득, 및 상기 위성의 전력 할당량에 관한 정보를 수신하는 단계, 상기 정보를 이용하여, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량을 최소화하는 상기 재머의 재밍 전력을 결정하는 단계로서, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량은 상기 위성과 상기 수신기 간의 채널 용량과 상기 위성과 상기 도청기 간의 채널 용량의 차인 단계, 및 상기 결정된 재밍 전력을 상기 재머에 할당하는 단계를 포함한다.

Description

재밍 전력을 할당하는 방법 및 장치{Method and apparatus for allocating jamming power}

본 발명은 재밍 전력을 할당하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 보안 용량의 관점에서 다중빔 위성 네트워크 환경에서 재머의 재밍 전력을 최적으로 할당하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

5G와 같은 통신 시스템의 발전으로 무선 통신 이용자가 급증하고 있다. 그러나 전송 매체의 취약성은 민간 및 군 통신에 치명적인 영향을 줄 수 있기 때문에, 보안을 강화하기 위한 연구도 끊임없이 진행되고 있다.

종래에 통신 시스템의 보안은 인증, 기밀성 및 정보 보호를 위해, 개인키 및 공개키 암호화 시스템의 변형 등과 같이 상위 계층에서 처리되는 문제들을 주로 다루어 왔다. 그러나 최근 물리 계층 보안(PLS, Physical Layer Security) 기술에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 이는 컴퓨터 네트워킹에서 주로 다루는 OSI(Open System Interconnection) 모델의 최하위 계층인 물리 계층(PHY)에서 보안을 달성하는 기술이다.

종래의 상위 계층 암호화 기반 보안 기법은 계산 복잡도와 연관되며, 컴퓨터 연산 속도가 증가될수록 보안이 쉽게 뚫리는 단점을 갖는다. 이러한 단점을 보완하기 위해 물리 계층과 정보 이론 특성 기반의 물리 계층 보안(PLS) 기법이 도입되어, 신뢰성 있는 차세대 무선 네트워크 구현을 위한 핵심기술로 부각되고 있다.

한편, 군 통신의 경우 적군의 물리 계층 보안 기술을 무력화하는 방안이 필요하다. 이의 방안으로 재밍 기술이 사용된다. 재밍 기술은 초고주파 에너지를 방사함으로써 특정 주파수나 전파의 사용을 거부하도록 함으로써, 정상적인 통신을 방해하는 기술이다. 재밍 전력을 높이면 재밍 효과가 높아지지만, 재밍 전력을 유한한 자원이므로 재밍 전력을 최적화하는 것이 필요하다.

종래에는 타겟이 되는 통신 시스템의 채널 용량을 최소화할 수 있는 전략을 사용하였다. 위성과 수신기 간의 채널 용량을 최소화하는 전략은 볼록 최적화(Convex optimization) 문제로 재머와 수신기 사이의 채널 이득을 아는 경우 간단히 풀 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 최적의 재밍 전력을 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 더욱 구체적으로는, 위성과 수신기 간의 보안 용량을 관점에서 다중빔 위성 네트워크 환경에서 재밍 전력을 최적으로 할당하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위성과 수신기 간의 보안 용량을 최소화할 수 있는 최적의 재밍 전력을 산출하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 위성, 수신기, 재머 및 도청기가 존재하는 다중 빔 위성 통신 환경에서의 재밍 전력 할당 방법은 상기 위성과 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 위성과 상기 도청기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 도청기 간 채널 이득, 및 상기 위성의 전력 할당량에 관한 정보를 수신하는 단계, 상기 정보를 이용하여, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량을 최소화하는 상기 재머의 재밍 전력을 결정하는 단계로서, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량은 상기 위성과 상기 수신기 간의 채널 용량과 상기 위성과 상기 도청기 간의 채널 용량의 차인 단계, 및 상기 결정된 재밍 전력을 상기 재머에 할당하는 단계를 포함한다.

일 예에 따르면, 상기 재밍 전력을 결정하는 단계는 상기 보안 용량을

으로 정의하는 단계, 및

와

의 전력 제약 조건, 및

인 보안 용량 목적 함수를 이용하여, 상기 보안 용량을 최소화하는 재밍 전력 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, H₁은 상기 위성과 상기 수신기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, H₂는 상기 위성과 상기 도청기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, G₁은 상기 재머와 상기 수신기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, G₂는 상기 재머와 상기 도청기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, W₁ ^*은 상기 위성의 전력 할당량을 나타내는 행렬이고, W₂는 상기 재머의 재밍 전력을 나타내는 행렬이고, σ_D는 상기 수신기의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이고, σ_E는 상기 도청기의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이고, P₂는 상기 재머가 재밍에 사용할 수 있는 최대 전력량이다.

다른 예에 따르면, 상기 재밍 전력 값을 산출하는 단계는

와 같이 정의되는 제1 변수(x),

와 같이 정의되는 제2 변수(y),

와 같이 정의되는 제3 변수(z), 및

와 같이 정의되는 제4 변수(r)를 이용하여, 상기 보안 용량 목적 함수를

와 같은 선형 목적 함수로 변환하는 단계, 상기 제1 내지 제4 변수들에 각각 대응하여,

와 같은 제1 제약 조건,

와 같은 제2 제약 조건,

와 같은 제3 제약 조건, 및

와 같은 제4 제약 조건을 생성하는 단계, 및 상기 선형 목적 함수 및 상기 제1 내지 제4 제약 조건을 이용하여 상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수의 값들을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

또 다른 예에 따르면, 상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수들을 산출하는 단계는 상기 제1 제약 조건을

와 같은 제1 부등식으로 변환하고, 상기 제2 제약 조건을

와 같은 제2 부등식으로 변환하고, 상기 제3 제약 조건을

와 같은 제3 부등식으로 변환하고, 상기 제4 제약 조건을

와 같은 제4 부등식으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, x_i는 제1 변수(x)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, y_i는 제2 변수(y)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, z_i는 제3 변수(z)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, r_i는 제4 변수(t)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, i는 0이상의 정수이다.

또 다른 예에 따르면, 상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수들을 산출하는 단계는 상기 제1 내지 제4 변수들의 초기값 또는 i번째 후보값을 상기 선형 목적 함수 및 상기 제1 내지 제4 부등식을 이용하여 (i+1)번째 재밍 전력 후보값 및 상기 제1 내지 제4 변수의 (i+1)번째 후보값들을 산출하는 과정을 반복하는 단계, 및 i번째 재밍 전력 후보값과 (i+1)번째 재밍 전력 후보값의 차이가 미리 설정된 값보다 작으면, (i+1)번째 재밍 전력 후보값을 상기 재밍 전력 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명에 따르면, 위성, 수신기, 재머 및 도청기가 존재하는 다중 빔 위성 통신 환경에서 재밍 전력을 할당하는 장치는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 명령 코드에 따라, 전술한 재밍 전력 할당 방법을 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.

본 발명에 따르면, 위성과 수신기 간의 보안 용량을 최소화할 수 있는 최적의 재밍 전력을 산출하고 산출된 재밍 전력을 재머의 다중빔 안테나에 할당함으로써, 기존의 채널 용량 최소화 전략에 비해 보안 용량의 측면에서 더 많은 성능 저하를 야기시킬 수 있다.

도 1은 다중 빔 위성 통신 채널 환경을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라서 보안 용량의 측면에서 재밍 전력을 할당하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따라서 보안 용량을 최소화하도록 재밍 전력을 결정하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따라서 보안 용량을 최소화하도록 재밍 전력을 산출하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 재밍 전력 할당 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 재밍 전력을 할당하는 방법과 종래의 재밍 전력을 할당하는 방법을 비교한 시뮬레이션 결과를 도시한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.

도 1은 다중 빔 위성 통신 채널 환경을 도시한다.

도 1을 참조하면, 위성(S)이 수신기(D)에 다중 빔 위성 통신으로 정보를 전송하고, 수신기(D) 주변에 도청기(M) 또는 도청 노드가 존재하는 다중 빔 위성 통신 채널 환경이 도시된다. 재머(J)는 재밍을 수행하며, 재밍의 효과는 수신기(D)와 도청기(M) 모두에게 영향을 미친다. 위성(S)과 재머(J)의 빔 포밍 시스템은 전력을 사용한다. 위성(S)의 빔 포밍 시스템에는 미리 설정된 전력이 할당되며, 재머(J)의 빔 포밍 시스템에는 본 발명에 따라 결정된 재밍 전력이 할당된다.

위성(S)은 수신기(D)에 데이터 링크를 통해 정보를 송신하고, 이 정보는 도청기(M)에서도 데이터 링크를 통해 수신될 수 있다. 재머(J)는 간섭 링크를 통해 위성(S)과 수신기(D) 간의 정보 송수신을 방해한다. 재머(J)는 도청기(M)의 정보 도청도 방해하게 된다.

h₁은 위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득을 나타내며, 예컨대, h₁=[h₁₁; h₁₂; ...; h_1m] 와 같이 정의될 수 있다. h_1j는 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나와 수신기(D) 간 채널 이득을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다.

h₂은 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득을 나타내며, 예컨대, h₂=[h₂₁; h₂₂; ...; h_2m]와 같이 정의될 수 있다. h_2j는 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나와 도청기(M) 간 채널 이득을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다.

g₁은 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득을 나타내며, 예컨대, g₁=[g₁₁; g₁₂; ...; g_1m]와 같이 정의될 수 있다. g_1j는 재머(J)의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나와 수신기(D) 간 채널 이득을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다.

g₂은 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득을 나타내며, 예컨대, g₂=[g₂₁; g₂₂; ...; g_2m]와 같이 정의될 수 있다. g_2j는 재머(J)의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나와 도청기(M) 간 채널 이득을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다.

도 2는 본 발명에 따라서 보안 용량의 측면에서 재밍 전력을 할당하는 방법을 설명하는 순서도이다.

본 발명에 따라서 보안 용량의 측면에서 재밍 전력을 할당하는 방법은 메모리와 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있다. 이러한 컴퓨팅 장치는 재머(J)에 탑재될 수도 있고, 재머(J)의 외부에 배치되고 재머(J)와 통신 가능하게 연결될 수 있다. 예컨대, 이러한 컴퓨팅 장치는 지상에 배치되거나, 다른 항공기에 탑재될 수도 있다. 또한, 컴퓨팅 장치 중 일부는 재머(J)에 탑재되고, 나머지 일부는 재머(J)의 외부에 배치될 수도 있다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 위성(S), 재머(J), 수신기(D) 및 도청기(M) 간의 채널 이득 및 위성 전력 할당량(w₁)에 관한 정보가 수신된다(S100).

위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득(h₁), 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득(h₂), 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득(g₁), 및 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득(g₂)에 관한 채널 이득 정보(h₁, h₂, g₁, g₂)가 수신될 수 있다. 채널 이득 정보(h₁, h₂, g₁, g₂)는 외부 장치에 의해 측정 또는 감지되어 전송되거나, 미리 저장되거나 추정 알고리즘을 이용하여 추정될 수 있다.

위성(S)의 다중 빔 통신 시스템에 할당된 위성 전력 할당량(w₁)에 관한 전력 정보가 수신될 수 있다. 전력 정보는 위성(S)으로부터 실시간으로 전송되거나, 외부 장치에 의해 감지되어 전송될 수 있다. 또한, 전력 정보는 위성(S)의 스펙에 따라 미리 저장되거나, 추정 알고리즘을 이용하여 추정될 수도 있다.

보안 용량을 기초로 재머(J)의 재밍용 안테나에 할당할 재밍 전력이 결정될 수 있다(S200). 보안 용량은 위성(S)과 수신기(D) 간의 채널 용량과 위성(S)과 도청기(M) 간의 채널 용량의 차로 정의될 수 있다. 위성(S)과 수신기(D) 간의 채널 용량과 위성(S)과 수신기(D) 간의 채널 용량은 모두 볼록 함수 형태이므로, 보안 용량은 볼록 함수 빼기 볼록 함수의 형태, 즉, 컨벡스 빼기 컨벡스 형태로 정의된다. 즉, 보안 용량을 기초로 재명 전력을 결정하는 문제는 비 볼록 최적화 문제이므로, 이 문제의 답을 구하는 것은 매우 어려운 일이다. 본 발명에서는 이러한 비 볼록 최적화 문제를 해결하기 위해, 위성(S), 재머(J), 수신기(D) 및 도청기(M) 간의 채널 이득 및 위성(S)과 재머(J)의 전력을 모두 행렬로 변형하고, 보안 용량 최소화의 문제를 컨벡스 빼기 컨벡스 형태에서 컨벡스 빼기 선형 형태로 변형하는 방법을 제안함으로써, 보안 용량을 기초로 재밍 전력을 결정할 수 있다.

단계(S200)에서 결정된 재밍 전력을 재머(J)에 할당할 수 있다. 컴퓨팅 장치가 재머(J) 내에 탑재되는 경우, 재머(J)는 단계(S200)에서 구해진 재밍 전력에 따라 재밍용 안테나의 전력을 할당할 수 있다. 컴퓨팅 장치가 재머(J) 외부에 위치하는 경우, 단계(S200)에서 결정된 재밍 전력에 관한 정보를 재머(J)에 전송함으로써 재머(J)에 재밍 전력을 할당할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따라서 보안 용량을 최소화하도록 재밍 전력을 결정하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 보안 용량을 기초로 보안 용량 목적 함수가 생성될 수 있다(S210).

보안 용량은 전술한 바와 같이 위성(S)과 수신기(D) 간의 채널 용량과 위성(S)과 도청기(M) 간의 채널 용량의 차로 정의될 수 있다. 채널 용량은 log(1+SNR)로 정의되며, SNR은 신호 대 노이즈의 비율을 의미한다.

위성(S)과 수신기(D) 간의 채널 용량은

와 같이 정의된다.

H₁은 위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득을 나타내는 행렬이다. H₁은 H₁=h₁h-₁ ^H와 같이 정의될 수 있다. 예컨대, m이 3인 경우, H₁은 H₁ = [h₁₁ ², h₁₁h₁₂, h₁₁h₁₃; h₁₂h₁₁, h₁₂ ², h₁₂h₁₃; h₁₃h₁₁, h₁₃h₁₂, h₁₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

G₁은 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득을 나타내는 행렬이다. G₁은 G₁=g₁g-₁ ^H와 같이 정의될 수 있다. 예컨대, m이 3인 경우, G₁은 G₁ = [g₁₁ ², g₁₁g₁₂, g₁₁g₁₃; g₁₂g₁₁, g₁₂ ², g₁₂g₁₃; g₁₃g₁₁, g₁₃g₁₂, g₁₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

W₁ ^*은 위성(S)의 전력 할당량을 나타내는 행렬이다. W₁ ^*은 W₁ ^*=w₁w-₁ ^H와 같이 정의될 수 있다. w₁은 w₁=[w₁₁; w₁₂; ...; w_1m] 와 같이 정의될 수 있다. w_1j는 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나에 할당된 전력을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다. 예컨대, m이 3인 경우, W₁ ^*은 W₁ ^*= [w₁₁ ², w₁₁w₁₂, w₁₁w₁₃; w₁₂w₁₁, w₁₂ ², w₁₂w₁₃; w₁₃w₁₁, w₁₃w₁₂, w₁₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

W₂는 재머(J)의 재밍 전력을 나타내는 행렬이다. W₂은 W₂=w₂w2^H와 같이 정의될 수 있다. w₂은 w₂=[w₂₁; w₂₂; ...; w_2m] 와 같이 정의될 수 있다. w_2j는 재머(J)의 m개의 안테나 중에서 j번째 안테나에 할당된 전력을 나타낸다. j는 1 이상 m이하의 자연수이다. 예컨대, m이 3인 경우, W₂은 W₂ = [w₂₁ ², w₂₁w₂₂, w₂₁w₂₃; w₂₂w₂₁, w₂₂ ², w₂₂w₂₃; w₂₃w₂₁, w₂₃w₂₂, w₂₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

σ_D는 수신기(D)의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이다.

위성(S)과 도청기(M) 간의 채널 용량은

와 같이 정의된다.

H₂는 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득을 나타내는 행렬이다. H₂은 H₂=h₂h-₂ ^H와 같이 정의될 수 있다. 예컨대, m이 3인 경우, H₂은 H₂ = [h₂₁ ², h₂₁h₂₂, h₂₁h₂₃; h₂₂h₂₁, h₂₂ ², h₂₂h₂₃; h₂₃h₂₁, h₂₃h₂₂, h₂₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

G₂는 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득을 나타내는 행렬이다. G₂은 G₂=g₂g-₂ ^H와 같이 정의될 수 있다. 예컨대, m이 3인 경우, G₂은 G₂ = [g₂₁ ², g₂₁g₂₂, g₂₁g₂₃; g₂₂g₂₁, g₂₂ ², g₂₂g₂₃; g₂₃g₂₁, g₂₃g₂₂, g₂₃ ²]와 같이 정의될 수 있다.

σ_E는 도청기(M)의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이다.

보안 용량은

와 같이 정의될 수 있다.

보안 용량 목적 함수는 수식 1과 같이 정의될 수 있다.

[수식 1]

보안 용량 목적 함수는 수식 2와 수식 3과 같은 전력 제약 조건을 갖는다.

[수식 2]

[수식 3]

여기서, P₂는 상기 재머가 재밍에 사용할 수 있는 최대 전력량이다.

수식 2는 재머(J)가 재밍 전력으로 할당할 수 있는 최대 재밍 전력 값은 P₂ 이하라는 제약 조건을 의미하고, 수식 3은 재머(J)의 각 안테나에서 소모하는 재밍 전력은 0 이상이라는 제약 조건을 의미한다.

본 발명에 따르면, 수식 1의 보안 용량 목적 함수를 이용하여 보안 용량을 최소화하는 재밍 전력 값이 산출될 수 있다(S220). 수식 1의 보안 용량 목적 함수를 이용하여 보안 용량을 최소화하는 재밍 전력 값이 산출하는 방법은 도 4를 참조하여 아래에서 자세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따라서 보안 용량을 최소화하도록 재밍 전력을 산출하는 방법을 설명하는 순서도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 내지 제4 변수(x, y, z, r)를 도입하여, 보안 용량 목적 함수는 선형 목적 함수로 변환되고, 제1 내지 제4 변수에 각각 대응하는 제1 내지 제4 제약 조건이 생성될 수 있다(S41).

제1 변수(x), 제2 변수(y), 제3 변수(z) 및 제4 변수(r)는 각각 수식 4 내지 7과 같이 정의될 수 있다.

[수식 4]

[수식 5]

[수식 6]

[수식 7]

수식 4 내지 7과 같이 정의되는 제1 변수(x), 제2 변수(y), 제3 변수(z) 및 제4 변수(r)를 수식 1의 보안 용량 목적 함수에 대입하면, 수식 1의 보안 용량 목적 함수는 수식 8과 같이 제1 변수(x), 제2 변수(y), 제3 변수(z) 및 제4 변수(r)에 대하여 선형인 선형 목적 함수로 변환된다.

[수식 8]

또한, 수식 8의 선형 목적 함수에 따르면, 제1 변수(x)와 제4 변수(r)가 최소이고 제2 변수(y)와 제3 변수(z)가 최대일 때, x-y-z+r의 값이 최소가 되므로, 제1 변수(x), 제2 변수(y), 제3 변수(z) 및 제4 변수(r)에 각각 대응하여, 수식 9 내지 12와 같은 제1 내지 제4 제약 조건을 생성할 수 있다.

[수식 9]

[수식 10]

[수식 11]

[수식 12]

tr(G₁W₂)와 tr(G₂W₂)는 W₂에 대하여 볼록 함수이고, e^x, e^y, e^z, 및 e^r도 각각 제1 변수(x), 제2 변수(y), 제3 변수(z) 및 제4 변수(r)에 대해 볼록 함수이다. 수식 9 내지 수식 12에서 좌변을 우변으로 이항하면, 볼록 함수 빼기 볼록 함수의 형태, 즉, 컨벡스 빼기 컨벡스 형태가 되므로, 컨벡스 계산 알고리즘을 적용하기 어렵다.

본 발명은 수식 9 내지 수식 12의 제1 내지 제4 제약 조건, 수식 2 및 수식 3의 전력 제약 조건, 및 수식 8의 선형 목적 함수를 이용하여 재밍 전력 값(W₂), 및 제1 내지 제4 변수(x, y, z, r)의 값을 얻을 수 있다. 본 발명은 수식 9 내지 수식 12의 제1 내지 제4 제약 조건, 수식 2 및 수식 3의 전력 제약 조건 하에서 수식 8의 선형 목적 함수를 풀어서 재밍 전력 값(W₂), 및 제1 내지 제4 변수(x, y, z, r)의 값을 산출할 수 있다.

제1 내지 제4 변수(x, y, z, r)에 각각 대응하는 제1 내지 제4 변수의 초기값(x₀, y₀, z₀, r₀)이 설정될 수 있다(S42). 제1 내지 제4 변수의 초기값(x₀, y₀, z₀, r₀)은 위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득(h₁), 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득(h₂), 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득(g₁), 및 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득(g₂), 및 위성 전력 할당량(w₁)에 기초하여 미리 설정될 수 있다.

제1 내지 제4 변수의 초기값(x₀, y₀, z₀, r₀)을 이용하여 제1 내지 제4 변수의 볼록 함수(e^x, e^y, e^z, 및 e^r)를 선형 함수로 근사화함으로써, 수식 9 내지 수식 12의 ‘컨벡스 빼기 컨벡스’ 형태의 제1 내지 제4 제약 조건을 ‘컨벡스 빼기 선형’ 형태의 제1 내지 제4 부등식으로 변환할 수 있다(S43).

제1 변수(x)의 볼록 함수(e^x)는 e^x=e^x0(x-x₀)+e^x0와 같은 제1 변수(x)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제2 변수(y)의 볼록 함수(e^y)는 e^y=e^y0(y-y₀)+e^y0와 같은 제2 변수(y)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제3 변수(z)의 볼록 함수(e^z)는 e^z=e^z0(z-z₀)+e^z0와 같은 제3 변수(z)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제4 변수(r)의 볼록 함수(e^r)는 e^r=e^r0(r-r₀)+e^r0와 같은 제4 변수(r)의 선형 함수로 근사화될 수 있다.

제1 내지 제4 변수의 선형 함수를 수식 9 내지 수식 12에 대입하면, 각각 수식 13 내지 수식 16과 같은 제1 내지 제4 부등식으로 변환된다.

[수식 13]

[수식 14]

[수식 15]

[수식 16]

수식 13 내지 수식 16과 같은 제1 내지 제4 부등식의 좌변은 제1 내지 제4 변수(x, y, z, r)에 대하여 선형 함수이고, 우변은 W₂에 대하여 볼록 함수이므로, 좌변을 우변으로 이항하면, '컨벡스 빼기 선형' 형태가 된다. 따라서, 컨벡스 계산 알고리즘을 적용하여 해를 구할 수 있다. 컨벡스 계산 알고리즘은 예컨대 매트랩(MATLAB)에서 볼록 최적화 문제를 푸는데 사용되는 CVX를 이용한 알고리즘일 수 있다. 그러나, 이로 한정되지 않으며, 각종 컴퓨터 소프트웨어 및 수학적 분석법을 이용한 최적화 문제 풀기 기법이 사용될 수 있다.

컨벡스 계산 알고리즘을 적용하여, 수식 2 및 수식 3의 전력 제약 조건 하에서 수식 8의 선형 목적 함수와 수식 13 내지 수식 16의 제1 내지 제4 부등식을 풀 수 있으며, 그 해로서 제1 내지 제4 변수의 제1 후보값(x₁, y₁, z₁, r₁) 및 재밍 전력의 제1 후보값(W-₂₁)이 산출될 수 있다(S44).

제1 내지 제4 변수의 제1 후보값(x₁, y₁, z₁, r₁)을 단계(S42)에서 설정한 제1 내지 제4 변수의 초기값(x₀, y₀, z₀, r₀)과 같이 이용하여(S46), 제1 내지 제4 변수의 볼록 함수(e^x, e^y, e^z, 및 e^r)를 선형 함수로 근사화함으로써, 수식 9 내지 수식 12의 ‘컨벡스 빼기 컨벡스’ 형태의 제1 내지 제4 제약 조건을 ‘컨벡스 빼기 선형’ 형태의 제1 내지 제4 부등식으로 변환하고(S43), 컨벡스 계산 알고리즘을 적용하여, 제1 내지 제4 부등식과 함께 수식 8의 선형 목적 함수를 푸는 과정을 반복할 수 있다.

이렇게 반복한 횟수가 i번째인 경우, 제1 내지 제4 변수의 제i 후보값(x_i, y_i, z_i, r_i)과 재밍 전력의 제i 후보값(W-_2i)이 산출된다.

제1 내지 제4 변수의 제i 후보값(x_i, y_i, z_i, r_i)을 이용하여 제1 내지 제4 변수의 볼록 함수(e^x, e^y, e^z, 및 e^r)를 선형 함수로 근사화할 수 있다.

제1 변수(x)의 볼록 함수(e^x)는 e^x=e^xi(x-x_i)+e^xi와 같은 제1 변수(x)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제2 변수(y)의 볼록 함수(e^y)는 e^y=e^yi(y-y_i)+e^yi와 같은 제2 변수(y)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제3 변수(z)의 볼록 함수(e^z)는 e^z=e^zi(z-z_i)+e^zi와 같은 제3 변수(z)의 선형 함수로 근사화될 수 있다. 제4 변수(r)의 볼록 함수(e^r)는 e^r=e^ri(r-r_i)+e^ri와 같은 제4 변수(r)의 선형 함수로 근사화될 수 있다.

i번째 반복에서 근산화된 제1 내지 제4 변수의 선형 함수를 수식 9 내지 수식 12의 ‘컨벡스 빼기 컨벡스’ 형태의 제1 내지 제4 제약 조건에 대입하면, 각각 수식 17 내지 수식 20과 같이 ‘컨벡스 빼기 선형’ 형태의 제1 내지 제4 부등식으로 변환된다.

[수식 17]

[수식 18]

[수식 19]

[수식 20]

컨벡스 계산 알고리즘을 적용하여, 수식 2 및 수식 3의 전력 제약 조건 하에서 수식 8의 선형 목적 함수와 수식 17 내지 수식 20의 제1 내지 제4 부등식을 풀 수 있으며, 그 해로서 제1 내지 제4 변수의 제(i+1) 후보값(x_i+1, y_i+1, z_i+1, r_i+1) 및 재밍 전력의 제(i+1) 후보값(W-_2(i+1))이 산출될 수 있다(S44).

재밍 전력의 제i 후보값(W-_2i)과 제(i+1) 후보값(W-_2(i+1))의 차가 미리 설정된 설정치와 비교될 수 있다. 설정치는 예컨대 0.001일 수 있다. 만약 재밍 전력의 제i 후보값(W-_2i)과 제(i+1) 후보값(W-_2(i+1))의 차가 미리 설정된 설정치 이상이면, 제1 내지 제4 변수의 제(i+1) 후보값(x_i+1, y_i+1, z_i+1, r_i+1)을 이용하여 (i+1)번째 반복하는 과정을 수행하게 된다. 재밍 전력의 제i 후보값(W-_2i)과 제(i+1) 후보값(W-_2(i+1))의 차가 미리 설정된 설정치보다 작으면, 재밍 전력의 제(i+1) 후보값(W-_2(i+1))을 재밍 전력의 최종 값으로 결정할 수 있다(S47).

도 5는 본 발명에 따른 재밍 전력 할당 장치의 개략적인 구성을 도시한다.

일 실시예에서 재밍 전력 할당 장치(100)는 메모리(110), 프로세서(120), 통신 모듈(130) 및 입출력 인터페이스(140)를 포함할 수 있다.

메모리(110)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(110)에는 재밍 전력 할당 장치(100)를 제어하기 위한 프로그램 코드가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다. 메모리(110)에는

위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득(h₁), 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득(h₂), 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득(g₁), 및 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득(g₂)에 관한 채널 이득 정보(h₁, h₂, g₁, g₂), 및 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템에 할당된 위성 전력 할당량(w₁ ^*)에 관한 전력 정보가 일시적 또는 영구적으로 저장될 수 있다.

프로세서(120)는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(110) 또는 통신 모듈(130)에 의해 프로세서(120)로 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(120)는 메모리(110)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 재밍 전력 할당 장치(100)의 프로세서(120)는 위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득(h₁), 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득(h₂), 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득(g₁), 및 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득(g₂)에 관한 채널 이득 정보(h₁, h₂, g₁, g₂), 및 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템에 할당된 위성 전력 할당량(w₁ ^*)에 관한 전력 정보를 이용하여, 위성(S)과 수신기(D) 간의 보안 용량을 최소화하는 재머(J)의 재밍 전력을 결정하고, 결정된 재밍 전력을 재머(J)에 할당하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 도 2 내지 도 4를 참조로 설명된 다양한 실시예들에 따른 재밍 전력 할당 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.

통신 모듈(130)은 네트워크를 통해 외부 서버와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 재밍 전력 할당 장치(100)의 프로세서(120)가 메모리(110)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신 모듈(130)의 제어에 따라 네트워크를 통해 외부 서버로 전달될 수 있다. 역으로, 외부 서버의 프로세서의 제어에 따라 제공되는 제어 신호나 명령, 컨텐츠, 파일 등이 네트워크를 거쳐 통신 모듈(130)을 통해 재밍 전력 할당 장치(100)로 수신될 수 있다. 예를 들어 통신 모듈(130)을 통해 수신된 외부 서버의 제어 신호나 명령 등은 프로세서(120)나 메모리(110)로 전달될 수 있고, 컨텐츠나 파일 등은 재밍 전력 할당 장치(100)가 더 포함할 수 있는 저장 매체로 저장될 수 있다.

일 예에 따르면, 재밍 전력 할당 장치(100)의 프로세서(120)는 통신 모듈(130)을 통해 위성(S)과 수신기(D) 간 채널 이득(h₁), 위성(S)과 도청기(M) 간 채널 이득(h₂), 재머(J)과 수신기(D) 간 채널 이득(g₁), 및 재머(J)과 도청기(M) 간 채널 이득(g₂)에 관한 채널 이득 정보(h₁, h₂, g₁, g₂), 및 위성(S)의 다중 빔 통신 시스템에 할당된 위성 전력 할당량(w₁ ^*)에 관한 전력 정보를 수신할 수 있다. 재밍 전력 할당 장치(100)는 위성(S)과 수신기(D) 간의 보안 용량을 최소화하도록 결정된 재밍 전력을 재머(J)에 송신할 수 있다. 통신 방식은 제한되지 않으며, 네트워크가 포함할 수 있는 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크는, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크는 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

통신 모듈(130)은 외부 서버와 무선 네트워크를 통해 통신할 수 있다. 통신 방식은 제한되지 않지만, 네트워크는 근거리 무선통신망일 수 있다. 예를 들어, 네트워크는 블루투스(Bluetooth), BLE(Bluetooth Low Energy), Wifi 통신망일 수 있다.

입출력 인터페이스(140)는 입출력 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수 있다. 예를 들어, 입력 장치는 키보드 또는 마우스 등의 장치를, 그리고 출력 장치는 어플리케이션의 통신 세션을 표시하기 위한 디스플레이와 같은 장치를 포함할 수 있다. 다른 예로 입출력 인터페이스(140)는 터치스크린과 같이 입력과 출력을 위한 기능이 하나로 통합된 장치와의 인터페이스를 위한 수단일 수도 있다. 예를 들면, 재밍 전력 할당 장치(100)의 프로세서(120)는 메모리(110)로부터 로딩된 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하여 생성한 데이터 처리 결과를 입출력 인터페이스(140)를 통해 디스플레이에 표시할 수 있다.

프로세서(120)는 도 2 내지 도 4를 참조로 앞에서 설명한 재밍 전력 할당 방법을 수행하도록 재밍 전력 할당 장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120) 및 프로세서(120)의 구성요소들은 메모리(110)가 포함하는 운영체제의 코드와 적어도 하나의 프로그램의 코드에 따른 명령(instruction)을 실행하도록 구현될 수 있다. 여기서, 프로세서(120)의 구성요소들은 재밍 전력 할당 장치(100)에 저장된 프로그램 코드가 제공하는 명령에 따라 프로세서(120)에 의해 수행되는 프로세서(120)의 서로 다른 기능들(different functions)의 표현들일 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 재밍 전력을 할당하는 방법과 종래의 재밍 전력을 할당하는 방법을 비교한 시뮬레이션 결과를 도시한다.

도 6에 도시된 시뮬레이션 결과는 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략의 효과 검증을 위해, 다중 빔 위성 전력이 1000W인 경우, 재머 송신 전력을 1-10 W 범위에서 1 W 간격으로 변화시키며 보안 용량 측면에서 i) 재밍 공격이 없는 경우, ii) 채널 용량 최소화 전략을 사용한 경우, 및 iii) 본 발명에 따라 보안 용량 최소화 전략을 사용한 경우의 보안 용량 측면의 성능을 분석한 것이다.

도 6의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 1000 W의 송신 전력, 30도의 앙각과 3개의 안테나로 빔포밍 수행하는 다중 빔 위성 네트워크에서, 재밍 공격이 없는 경우 보안 용량은 6.454 bit/s/Hz이었다.

재밍 공격이 존재하는 환경에서, 재머 또한 3개의 안테나로 빔포밍을 수행하며, 재머의 최대 송신 전력(P₂)이 1 W와 10 W인 무선 통신 환경이라고 가정하였다. 이때, 채널 용량 최소화 전략과 보안 용량 최소화 전략의 성능을 비교하였다. 채널 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우, 재머의 최대 송신 전력(P₂)이 1 W와 10 W일 때, 보안 용량은 각각 5.477 bit/s/Hz와 3.812 bit/s/Hz이었다. 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우, 재머의 최대 송신 전력(P₂)이 1 W와 10 W일 때, 보안 용량은 각각 5.445 bit/s/Hz와 3.657 bit/s/Hz이었다.

이 결과에 따르면, 재머의 최대 송신 전력(P₂)이 1 W인 경우, 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우에 종래의 채널 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우에 비해 위성(S)과 수신기(D) 사이의 보안 용량은 0.032 bit/s/Hz만큼 더 감소시킬 수 있었다. 재머의 최대 송신 전력(P₂)이 10 W인 경우, 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우에 종래의 채널 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당한 경우에 비해 위성(S)과 수신기(D) 사이의 보안 용량은 0.155 bit/s/Hz만큼 더 감소시킬 수 있었다.

재머의 최대 송신 전력(P₂)이 증가할수록, 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당하는 방법과 종래의 채널 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당하는 방법 간의 보안 용량의 차이는 더 커지는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 보안 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당하는 방법이 종래의 채널 용량 최소화 전략을 사용하여 재밍 전력을 할당하는 방법보다 보안 용량 측면에서 더 많은 성능 저하를 야기 시킬 수 있었다.

이상 설명된 다양한 실시예들은 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.

본 명세서에서, "부", "모듈" 등은 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다. 예를 들면, "부", "모듈" 등은 소프트웨어 구성 요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들에 의해 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

위성, 수신기, 재머 및 도청기가 존재하는 다중 빔 위성 통신 환경에서의 재밍 전력 할당 방법으로서,
상기 위성과 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 위성과 상기 도청기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 수신기 간 채널 이득, 상기 재머와 상기 도청기 간 채널 이득, 및 상기 위성의 전력 할당량에 관한 정보를 수신하는 단계;
상기 정보를 이용하여, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량을 최소화하는 상기 재머의 재밍 전력을 결정하는 단계로서, 상기 위성과 상기 수신기 간의 보안 용량은 상기 위성과 상기 수신기 간의 채널 용량과 상기 위성과 상기 도청기 간의 채널 용량의 차인 단계; 및
상기 결정된 재밍 전력을 상기 재머에 할당하는 단계를 포함하고,
상기 재밍 전력을 결정하는 단계는,
상기 보안 용량을
으로 정의하는 단계; 및

와
의 전력 제약 조건, 및
인 보안 용량 목적 함수를 이용하여, 상기 보안 용량을 최소화하는 재밍 전력 값을 산출하는 단계를 포함하고,
여기서, H₁은 상기 위성과 상기 수신기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, H₂는 상기 위성과 상기 도청기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, G₁은 상기 재머와 상기 수신기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, G₂는 상기 재머와 상기 도청기 간 채널 이득을 나타내는 행렬이고, W₁ ^*은 상기 위성의 전력 할당량을 나타내는 행렬이고, W₂는 상기 재머의 재밍 전력을 나타내는 행렬이고, σ_D는 상기 수신기의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이고, σ_E는 상기 도청기의 잡음 세기를 의미하는 미리 설정된 값이고, P₂는 상기 재머가 재밍에 사용할 수 있는 최대 전력량인 재밍 전력 할당 방법.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 재밍 전력 값을 산출하는 단계는,

와 같이 정의되는 제1 변수(x),
와 같이 정의되는 제2 변수(y),
와 같이 정의되는 제3 변수(z), 및
와 같이 정의되는 제4 변수(r)를 이용하여, 상기 보안 용량 목적 함수를
와 같은 선형 목적 함수로 변환하는 단계;
상기 제1 내지 제4 변수들에 각각 대응하여,
와 같은 제1 제약 조건,
와 같은 제2 제약 조건,
와 같은 제3 제약 조건, 및
와 같은 제4 제약 조건을 생성하는 단계; 및
상기 선형 목적 함수 및 상기 제1 내지 제4 제약 조건을 이용하여 상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수의 값들을 산출하는 단계를 포함하는 재밍 전력 할당 방법.
제3 항에 있어서,
상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수들을 산출하는 단계는,
상기 제1 제약 조건을
와 같은 제1 부등식으로 변환하고,
상기 제2 제약 조건을
와 같은 제2 부등식으로 변환하고,
상기 제3 제약 조건을
와 같은 제3 부등식으로 변환하고,
상기 제4 제약 조건을
와 같은 제4 부등식으로 변환하는 단계를 포함하고,
x_i는 제1 변수(x)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, y_i는 제2 변수(y)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, z_i는 제3 변수(z)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, r_i는 제4 변수(t)의 초기값 또는 i번째 후보값이고, i는 0이상의 정수인 재밍 전력 할당 방법.
제4 항에 있어서,
상기 재밍 전력 값 및 상기 제1 내지 제4 변수들을 산출하는 단계는,
상기 제1 내지 제4 변수들의 초기값 또는 i번째 후보값을 상기 선형 목적 함수 및 상기 제1 내지 제4 부등식을 이용하여 (i+1)번째 재밍 전력 후보값 및 상기 제1 내지 제4 변수의 (i+1)번째 후보값들을 산출하는 과정을 반복하는 단계; 및
i번째 재밍 전력 후보값과 (i+1)번째 재밍 전력 후보값의 차이가 미리 설정된 값보다 작으면, (i+1)번째 재밍 전력 후보값을 상기 재밍 전력 값으로 결정하는 단계를 포함하는 재밍 전력 할당 방법.
위성, 수신기, 재머 및 도청기가 존재하는 다중 빔 위성 통신 환경에서 재밍 전력을 할당하는 장치로서,
메모리; 및
상기 메모리에 저장된 명령 코드에 따라, 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 재밍 전력 방법을 수행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 재밍 전력 할당 장치.