KR20220064956A

KR20220064956A - 물리적 레이어 보안을 갖는 유니터리 브레이드 분할 다중화(ubdm)를 사용한 통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220064956A
Application number: KR1020227006756A
Authority: KR
Inventors: 매튜 브랜든 로빈슨
Original assignee: 램파트 커뮤니케이션즈, 인크.
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US20210184899A1; US11394588B2; US20210036901A1; US10951442B2; IL290241A; WO2021021703A1; CN114342279A; JP2022542902A; EP4005102A1; CA3148969A1; US20220353114A1

Abstract

시스템은 제1 및 제2 세트들의 통신 디바이스들을 포함한다. 제1 세트의 통신 디바이스들에 커플링되는 프로세서가 제1 인코딩된 벡터를 생성하고, 송신 동안 제1 인코딩된 벡터에 채널 변환을 적용하는 통신 채널을 통해 제2 세트의 통신 디바이스들에 제1 인코딩된 벡터를 송신한다. 제2 세트의 통신 디바이스들에 커플링되는 프로세서가 변환된 신호를 수신하고, 그 유효 채널을 검출하고, 유효 채널의 좌측 및 우측 특이 벡터들을 식별한다. 메시지에 기초하여 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬이 선택되고, 제2 알려진 벡터, 프리코딩 행렬, 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터가 생성된다. 제2 인코딩된 벡터는 메시지의 식별을 위해 제1 세트의 통신 디바이스들에 전송된다.

Description

물리적 레이어 보안을 갖는 유니터리 브레이드 분할 다중화(UBDM)를 사용한 통신 시스템 및 방법

<관련 출원들에 대한 상호 참조>

본 출원은 2019년 7월 31일에 출원되고 명칭이 "COMMUNICATION SYSTEM AND METHOD USING UNITARY BRAID DIVISIONAL MULTIPLEXING (UBDM) WITH PHYSICAL LAYER SECURITY"인 미국 비-가특허 출원 번호 제16/527,240호의 계속 출원(Continuation)이고 이에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적들을 위해 전체적으로 본 명세서에서 참조로 포함된다.

본 출원은 2016년 11월 14일에 출원되고 명칭이 "RELIABLE ORTHOGONAL SPREADING CODES IN WIRELESS COMMUNICATIONS"인 미국 비-가특허 출원 번호 제15/351,428호(현재 미국 특허 번호 제10,020,839호), 및 2019년 7월 1일에 출원되고 명칭이 "SYSTEMS, METHODS AND APPARATUS FOR SECURE AND EFFICIENT WIRELESS COMMUNICATION OF SIGNALS USING A GENERALIZED APPROACH WITHIN UNITARY BRAID DIVISION MULTIPLEXING"인 미국 특허 출원 번호 제16/459,245호와 관련되며, 각각의 개시내용들은 전체적으로 본 명세서에서 참조로 포함된다.

<연방 정부의 이익에 관한 진술>

본 미국 정부는 모든 미국 정부 목적들을 위해 라이센스들을 부여할 권한과 함께 본 발명에 대한 비독점적이고 취소할 수 없는 로열티-프리 라이센스를 보유한다.

<기술분야>

본 설명은 전자 통신들을 위한 무선 신호들을 송신하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 상세하게는, 물리적 레이어 보안을 갖는 무선 통신들에 관한 것이다.

다중 액세스 통신(multiple access communication)들에서, 다수의 사용자 디바이스들은 주어진 통신 채널을 통해 수신기에 신호들을 송신한다. 이러한 신호들은 중첩되어, 해당 채널을 통해 전파되는 결합된 신호를 형성한다. 그런 다음, 수신기는 결합된 신호로부터 하나 이상의 개별 신호를 복구하기 위해 결합된 신호에 대해 분리 동작을 수행한다. 예를 들어, 각각의 사용자 디바이스는 상이한 사용자에 속하는 휴대폰일 수 있고, 수신기는 셀 타워(cell tower)일 수 있다. 상이한 사용자 디바이스들에 의해 송신된 신호들을 분리함으로써, 상이한 사용자 디바이스들이 간섭 없이 동일한 통신 채널을 공유할 수 있다.

송신기는 캐리어의 진폭, 위상 및/또는 주파수를 변화시키는 것과 같이 캐리어 또는 서브캐리어의 상태를 변화시킴으로써 상이한 심볼들을 송신할 수 있다. 각각의 심볼은 하나 이상의 비트를 나타낼 수 있다. 이러한 심볼들은 각각 복소 평면의 개별 값에 매핑되어, 직교 진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation)를 생성하거나, 또는 각각의 심볼을 개별 주파수에 할당하여 주파수 시프트 키잉(Frequency Shift Keying)을 생성할 수 있다. 그런 다음, 심볼들은 심볼 송신 레이트의 적어도 2배인 나이퀴스트 레이트(Nyquist rate)로 샘플링된다. 결과적인 신호는 디지털-아날로그 컨버터를 통해 아날로그로 컨버팅된 다음, 송신을 위해 캐리어 주파수까지 업-컨버팅된다. 상이한 사용자 디바이스들이 통신 채널을 통해 동시에 심볼들을 전송할 때, 해당 심볼들에 의해 나타내어지는 사인파들이 중첩되어 수신기에서 수신되는 결합된 신호를 형성한다.

무선 신호 통신에 대한 알려진 접근법은 다수의 캐리어 주파수들에서 디지털 데이터를 인코딩하는 방법인 직교 주파수-분할 다중화(orthogonal frequency-division multiplexing)(OFDM)를 포함한다. OFDM 방법들은 감쇠, 간섭 및 주파수-선택적 페이딩과 같은 통신 채널들의 가혹한 조건들에 대처하는 신호 통신을 허용하도록 적응되었다. 그러나, 이러한 접근법은 신호 송신 보안의 물리적 레이어에 대한 요구를 해결하지 못한다. 또한, OFDM 신호는 매우 큰 동적 범위에 걸친 신호 진폭들을 포함하므로, 높은 피크-대-평균-전력 비를 핸들링할 수 있는 송신기들을 종종 필요로 한다.

따라서, 신호들의 무선 통신에 대한 안전하고 전력 효율적인 접근을 위한 개선된 시스템들, 장치들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.

일부 실시예들에서, 시스템은 제1 및 제2 세트들의 통신 디바이스들을 포함한다. 제1 세트의 통신 디바이스들에 커플링되는 프로세서가 제1 인코딩된 벡터를 생성하고, 송신 동안 제1 인코딩된 벡터에 채널 변환(channel transformation)을 적용하는 통신 채널을 통해 제2 세트의 통신 디바이스들에 제1 인코딩된 벡터를 송신한다. 제2 세트의 통신 디바이스들에 커플링되는 프로세서가 변환된 신호를 수신하고, 그 유효 채널(effective channel)을 검출하고, 유효 채널의 좌측 및 우측 특이 벡터들(left and right singular vectors)을 식별한다. 메시지에 기초하여 유니터리 행렬(unitary matrix)들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬(precoding matrix)이 선택되고, 제2 알려진 벡터, 프리코딩 행렬, 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레(complex conjugate), 및 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터가 생성된다. 제2 인코딩된 벡터는 메시지의 식별을 위해 제1 세트의 통신 디바이스들에 전송된다.

일부 실시예들에서, 물리적 레이어 보안을 갖는 유니터리 브레이드 분할 다중화(unitary braid divisional multiplexing)(UBDM)를 사용하는 통신 방법은, 제1 통신 디바이스를 통해 그리고 제1 프로세서에서, 제1 인코딩된 벡터 및 채널 변환을 나타내는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 프로세서는 수신된 신호에 기초하여 유효 채널의 표현(representation)을 검출하고, 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 유효 채널의 표현의 좌측 특이 벡터들 및 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별한다. 제1 프로세서는 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬을 선택하며, 프리코딩 행렬은 송신을 위한 메시지에 대한 인덱스와 연관된다. 제1 프로세서는 제2 알려진 벡터, 프리코딩 행렬, 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터를 생성하고, 제2 통신 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제2 프로세서에서의 메시지의 식별을 위해, 제2 통신 디바이스에, 통신 채널을 통해, 제2 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신한다.

일부 실시예들에서, 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하는 통신 방법은, 제1 통신 디바이스의 제1 프로세서에서, 제1 알려진 벡터 및 유니터리 행렬을 사용하여 제1 인코딩된 벡터를 발생시키는 단계를 포함한다. 송신 동안 제1 신호에 채널 변환을 적용하는 통신 채널을 통해 제2 통신 디바이스에 제1 인코딩된 벡터를 나타내는 제1 신호가 송신된다. 제2 통신 디바이스로부터 제1 프로세서에서 제2 인코딩된 벡터 및 채널 변환을 나타내는 제2 신호가 수신되고, 제1 프로세서는 제2 신호에 기초하여 유효 채널의 표현을 검출한다. 제1 프로세서는 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별하고, 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들 및 유니터리 행렬에 기초하여 제2 신호와 연관된 메시지를 식별하기 위해 유니터리 행렬들의 코드북을 쿼리한다.

일부 실시예들에서, 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하는 통신 방법은 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 임의의 변환(arbitrary transformation)을 적용하는 단계를 포함한다. 임의의 변환은 유니터리 변환(unitary transformation), 등각 타이트 프레임(equiangular tight frame)(ETF) 변환, 또는 거의 등각 타이트 프레임(nearly equiangular tight frame)(NETF) 변환 중 하나를 포함한다. 임의의 변환을 사용하여, 복수의 변환된 벡터들로부터의 적어도 하나의 변환된 벡터에 기초하여 변환된 신호가 생성된다. 변환된 신호는, 통신 채널을 통해, 변환된 신호를 검출하도록 구성되는 신호 수신기에 송신된다. 임의의 변환, 및 통신 채널의 위치-특정 물리적 특성 또는 통신 채널의 디바이스-특정 물리적 특성 중 하나에 기초하여 신호 수신기에서 복수의 벡터들을 복구하기 위해, 신호 수신기에 임의의 변환을 나타내는 신호가 제공된다.

도 1은 실시예에 따른 안전하고 효율적인 일반화된 유니터리 브레이드 분할 다중화(generalized Unitary Braid Divisional Multiplexing)(gUBDM) 시스템의 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 gUBDM 시스템 내의 신호 송신기의 개략도이다.
도 3은 실시예에 따른 gUBDM 시스템 내의 신호 수신기의 개략도이다.
도 4a는 OFDM 시스템의 신호 송신기에서의 신호 프로세싱의 개략도이다.
도 4b는 실시예에 따른 gUBDM 시스템의 신호 송신기에서의 신호 프로세싱의 개략도이다.
도 4c는 실시예에 따른 gUBDM 시스템의 신호 송신기에서의 신호 프로세싱의 개략도이다.
도 5는 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용한 신호 프로세싱 및 송신 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용한 신호 프로세싱 및 송신 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용한 신호 수신 및 복구 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하는 통신 시스템의 개략도이다.
도 9는 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하여 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 10은 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하여 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다.

본 개시내용은 변조-기반 통신 보안을 위한 일반화된 유니터리 브레이드 분할 다중화(gUBDM) 시스템에 이어, 물리적 레이어 보안(Physical Layer Security)(PLS)을 포함하는 UBDM 또는 OFDM 시스템 구현을 설명한다. PLS는 "향상된 MOPRO(enhanced MOPRO)"라고 지칭될 수 있으며, MOPRO(MIMO-OFDM Precoding with Rotation)라고 지칭되는 키 교환 알고리즘의 수정된 버전을 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 일부 실시예들에서, gUBDM은 수정된 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템을 포함한다. 수정된 OFDM 시스템은 수정되지 않은 OFDM 시스템에 공통적인 일부 컴포넌트들을 포함할 수 있지만, OFDM 컴포넌트의 일반화된 버전(예를 들어, OFDM 기능의 서브세트)도 포함한다. gUBDM 시스템은 송신되는 변환된 신호들을 발생시키기 위해 신호 송신기에서 신호들의 역 고속 푸리에 트랜스폼(inverse Fast Fourier Transform)(iFFT)(또는 고속 푸리에 트랜스폼(Fast Fourier Transform)(FFT))을 수행한 다음, 신호들을 복구하기 위해 수신기에서 변환된 신호들에 대해 고속 푸리에 트랜스폼(FFT)(또는 역 푸리에 트랜스폼(iFFT))을 수행하는 것을 포함하는 페어링된 동작을 실행하기 위해, 동작 동안 수정된 OFDM 단계를 (예를 들어, 하드웨어 및/또는 하드웨어에 의해 실행되거나 하드웨어에 저장된 소프트웨어에서) 구현하도록 설계될 수 있다. 수정은 송신기에 의해 수행된 iFFT/FFT를 임의의 변환(임의의 행렬, 예를 들어, 임의의 유니터리 행렬에 의해 나타내어짐)으로 일반화하는 것을 포함한다.

본 명세서에서 추가로 상세히 설명되고 OFDM 시스템의 상기 수정을 갖는 실시예들을 포함하는 gUBDM 시스템의 실시예들은 무선 통신 채널들을 통한 신호들의 송신에서 탁월한 보안 및 효율을 부여할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 gUBDM의 실시예들의 다른 이점들은 비-선형 변환들뿐만 아니라, 예로서 등각 타이트 프레임(equiangular tight frame)(ETF) 변환들 또는 거의 등각 타이트 프레임(nearly equiangular tight frame)(NETF) 변환들을 포함하는 일반화된 구현을 사용하는 능력을 포함한다. 표준 OFDM은 ETF/NETF "과부하(overloading)"에 대한 일반화를 허용하지 않는다.

본 명세서에서 설명되는 바와 같은 gUBDM 시스템에서 구현되는 임의의 유니터리로 일반화하는 것은 또한 상이한 서브캐리어들을 통해 송신될 신호의 각각의 심볼 또는 벡터의 에너지를 확산시키는 효과를 가질 수 있다. 송신될 신호의 각각의 심볼 또는 벡터의 에너지를 확산시키면 신호의 피크-대-평균-전력-비(Peak-to-Average-Power-Ratio)(PAPR)를 감소시키고, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(Direct Sequence Spread Spectrum)(DSSS) 시스템들과 같은 시스템들에 필적할만한 확산 정도(따라서, 간섭 제거)를 제공할 수 있다. 송신될 신호의 각각의 심볼 또는 벡터의 에너지를 확산시키면 다중화에서 추가적인 자유도를 제공할 수도 있다. 즉, 표준 주파수 분할 다중화 및 시분할 다중화 외에, gUBDM 시스템이 코드 분할 다중화를 도입하여, 신호 송신 시스템에서 다중화에 대한 강력한 자유도를 추가한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "송신기"(또는 "신호 송신기")는 하나 이상의 안테나, 증폭기, 케이블, 디지털-아날로그 컨버터, 필터, 업-컨버터, 프로세서(예를 들어, 비트들 판독 및/또는 기저대역에 대한 비트들 매핑용) 등의 임의의 조합을 포함하되, 이에 제한되지 않는 신호들의 송신에서 사용되는 컴포넌트들의 임의의 집합을 지칭한다. 유사하게, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "수신기"(또는 "신호 수신기")는 하나 이상의 안테나, 증폭기, 케이블, 아날로그-디지털 컨버터, 필터, 다운-컨버터, 프로세서 등의 임의의 조합을 포함하되, 이에 제한되지 않는 신호들의 수신에서 사용되는 컴포넌트들의 임의의 집합을 지칭한다.

도 1은 실시예에 따라 본 명세서에서 "gUBDM 시스템" 또는 "시스템"으로도 지칭되는 안전하고 효율적인 일반화된 유니터리 브레이드 분할 다중화 시스템(100)의 개략도이다. gUBDM(100)은 안전하고 효율적인 방식으로 무선 전자 통신들을 전송 및/또는 수신하도록 구성된다. gUBDM 시스템(100)은 도 1에 예시된 바와 같이 신호 송신기들(101 및 102), 신호 수신기들(103 및 104), 및 통신 네트워크(106)를 포함한다. gUBDM 시스템(100)은 신호 송신기들(101 및 102)로부터의 신호를 프로세싱하고 이를 통신 네트워크를 통해 정의된 하나 이상의 통신 채널을 통해 신호 수신기들(103 및 104)로 송신하도록 구성된다. 신호 송신기(101 및/또는 102)로부터 및 신호 수신기(103 및/또는 104)로 송신될 신호가 주어지면, gUBDM 시스템(100)은 신호 송신기(101 및/또는 102)가 신호 수신기들(103 및/또는 104)에 송신될 변환된 신호를 발생시키기 위해 임의의 변환을 적용함으로써 신호를 프로세싱할 수 있도록 구성된다. 임의의 변환은 하드웨어, 소프트웨어, 필드-프로그램 가능 게이트 어레이(field-programmable gate array)(FPGA) 등 중 하나 이상을 사용하여 적용될 수 있다. 신호 송신기들(101 및/또는 102)은 또한 적용된 임의의 변환의 표시를 (예를 들어, 신호를 송신하기 전에) 신호 수신기들(103 및/또는 104)에 전송한다. 신호 수신기들(103 및/또는 104)은 변환된 신호 및 신호 송신기(들)에 의해 적용된 임의의 변환의 표시를 수신하고, 변환된 신호로부터 신호를 복구하기 위해 임의의 변환의 역을 적용하도록 구성된다. 시스템(100)이 2개의 신호 송신기(101 및 102), 및 2개의 신호 수신기(103 및 104)를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 유사한 gUBDM 시스템은 임의의 수의 신호 송신기 및/또는 신호 수신기를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 통신 네트워크(106)("네트워크"라고도 지칭됨)는 데이터를 무선으로 전송하여 공용 및/또는 사설 네트워크들을 통해 동작하도록 구성되는 하나 이상의 통신 채널을 포함하는 임의의 적절한 통신 네트워크일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일부 구현들에서, 신호 송신기들(101, 102) 및 신호 수신기들(103, 104)(또는 이들의 부분들)은, 예를 들어, 데이터 센터(예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 환경), 컴퓨터 시스템, 하나 이상의 서버/호스트 디바이스 등 내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 송신기들(101, 102) 및 신호 수신기들(103, 104)은 하나 이상의 디바이스 및/또는 하나 이상의 서버 디바이스를 포함할 수 있는 다양한 타입들의 네트워크 환경들 내에서 기능할 수 있다. 예를 들어, 네트워크(106)는 사설 네트워크, 가상 사설 네트워크(Virtual Private Network)(VPN), 다중프로토콜 레이블 스위칭(Multiprotocol Label Switching)(MPLS) 회로, 인터넷, 인트라넷, 근거리 네트워크(local area network)(LAN), 광역 네트워크(wide area network)(WAN), 도시권 네트워크(metropolitan area network)(MAN), 마이크로웨이브 액세스를 위한 월드와이드 상호 운용성 네트워크(worldwide interoperability for microwave access network)(WiMAX®), Bluetooth® 네트워크, 가상 네트워크, 및/또는 이들의 임의의 조합일 수도 있고, 또는 이들을 포함할 수도 있다. 일부 인스턴스들에서, 통신 네트워크(106)는, 예를 들어, Wi-Fi 또는 무선 근거리 네트워크(wireless local area network)("WLAN"), 무선 광역 네트워크(wireless wide area network)("WWAN"), 및/또는 셀룰러 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수 있다. 통신 네트워크(106)는 무선 네트워크 및/또는 예를 들어, 게이트웨이 디바이스들, 브리지들, 스위치들 등을 사용하여 구현되는 무선 네트워크일 수도 있고, 또는 이를 포함할 수도 있다. 네트워크(106)는 하나 이상의 세그먼트를 포함할 수 있고/있거나, 인터넷 프로토콜(Internet Protocol)(IP) 및/또는 독점 프로토콜(proprietary protocol)과 같은 다양한 프로토콜들에 기초한 부분들을 가질 수 있다. 통신 네트워크(106)는 인터넷의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 통신 네트워크(106)는, 예를 들어, 네트워크 브리지들, 라우터들, 스위치들, 게이트웨이들 등(도시 생략)에 의해 서로 동작 가능하게 커플링되는 다수의 네트워크들 또는 서브네트워크들을 포함할 수 있다.

도 2는 실시예에 따라 도 1을 참조하여 위에서 설명된 gUBDM 시스템(100)과 같은 gUBDM 시스템의 일부일 수 있는 예시적인 신호 송신기(201)의 개략적인 블록도이다. 신호 송신기(201)는 도 1에 예시된 시스템(100)의 신호 송신기들(101, 102)과 구조적으로 및 기능적으로 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 송신기(201)는 메모리에 저장되는 명령어들을 프로세싱하도록 구성되는 프로세서들일 수도 있고, 또는 이를 포함할 수도 있다. 신호 송신기(201)는 하드웨어-기반 컴퓨팅 디바이스, 및/또는 예를 들어, 서버, 데스크탑 컴퓨팅 디바이스, 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 디바이스, 랩탑 등과 같은 멀티미디어 디바이스일 수 있다. 신호 송신기(201)는 프로세서(211), 메모리(212)(예를 들어, 데이터 스토리지를 포함함), 및 통신기(communicator)(213)를 포함한다.

프로세서(211)는, 예를 들어, 하드웨어 기반 집적 회로(integrated circuit)(IC) 또는 코드 또는 명령어들의 세트를 실시 및/또는 실행하도록 구성되는 임의의 다른 적절한 프로세싱 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(211)는 범용 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit)(CPU), 가속 프로세싱 유닛(accelerated processing unit)(APU), 애플리케이션 특정 집적 회로(application specific integrated circuit)(ASIC), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor)(DSP), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array)(FPGA), 프로그램 가능 로직 어레이(programmable logic array)(PLA), 복합 프로그램 가능 로직 디바이스(complex programmable logic device)(CPLD), 프로그램 가능 로직 제어기(programmable logic controller)(PLC) 등일 수 있다. 프로세서(211)는 시스템 버스(예를 들어, 어드레스 버스, 데이터 버스 및/또는 제어 버스)를 통해 메모리(212)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다.

프로세서(211)는 송신될 신호를 수신하고, 임의의 변환을 적용함으로써 신호를 변환된 신호로 변환하는 프로세싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 프로세서(211)는 변환된 신호가 gUBDM 시스템을 사용하여 안전하고 효율적인 방식으로 송신될 수 있도록 유니터리 변환으로 정의되는 임의의 변환을 적용할 수 있다.

프로세서(211)는 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 및 임의의 트랜스폼 적용기(216)를 포함하는 컴포넌트들의 세트를 포함할 수 있다. 프로세서(211)는 신호들(221A, 221B)의 세트를 수신하고, 임의의 변환들(231A, 231B)의 세트를 수행하고, 변환된 신호들(241A, 241B)의 세트를 전송할 수 있다.

일부 실시예들에서, 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 및 임의의 트랜스폼 적용기(216) 각각은 메모리(212)에 저장되고 프로세서(211)에 의해 실행되는 소프트웨어일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(211)의 상기 언급된 부분들 각각은 프로세서(211)로 하여금 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 및 임의의 트랜스폼 적용기(216)를 실행하게 하는 코드일 수 있다. 코드는 메모리(212), 및/또는 예를 들어, ASIC, FPGA, CPLD, PLA, PLC 등과 같은 하드웨어-기반 디바이스에 저장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 및 임의의 트랜스폼 적용기(216) 각각은 개개의 기능들을 수행하도록 구성되는 하드웨어일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴포넌트들 각각은 소프트웨어와 하드웨어 기반의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(211)의 컴포넌트들(예를 들어, 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 임의의 트랜스폼 적용기(216)) 중 하나 이상은 하나 이상의 타입의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 운영 체제, 런타임 라이브러리 등을 포함할 수 있는 하나 이상의 플랫폼(예를 들어, 하나 이상의 유사하거나 상이한 플랫폼)에 기초하여 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 송신기의 컴포넌트들은 디바이스들의 클러스터(예를 들어, 서버 팜) 내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 구현들에서, 신호 송신기(201)의 컴포넌트들의 기능 및 프로세싱은 디바이스들의 클러스터의 여러 디바이스들에 분산될 수 있다. 신호 송신기(201) 및 신호 수신기(301)의 컴포넌트들은 (도 3에 도시된) 어트리뷰트(attribute)들을 프로세싱하도록 구성되는 임의의 타입의 하드웨어 및/또는 소프트웨어일 수도 있고, 또는 이를 포함할 수도 있다.

컨버터(214)는 송신될 신호를 수신하고, 임의의 변환을 사용하여 프로세서(211)에 의해 변환될 수 있는 형태로 신호를 준비하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세서(211)는 직렬 세트의 심볼들 b_n의 형태로 신호를 수신할 수 있다. 컨버터(214)는 직렬 세트의 심볼들 b_n을 병렬 세트의 심볼들로 컨버팅하기 위해 심볼들 b_n의 세트에 대해 직렬-대-병렬 계산을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨버터(214)는 심볼들의 세트에 기초하여 복수의 벡터들(예를 들어, 벡터들(221A 및 221B))을 발생시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 컨버터(214)는 복수의 입력 비트들의 형태로 신호를 수신할 수 있다. 컨버터(214)는 복수의 입력 비트들에 기초하여 복수의 심볼들을 발생시키도록 구성될 수 있다. 컨버터(214)는 복수의 심볼들에 기초하여 복수의 블록들을 발생시키도록 추가로 구성될 수 있으며, 여기서 복수의 블록들로부터의 각각의 블록은 복수의 벡터들(예를 들어, 벡터들(221A, 221B))로부터의 벡터를 나타낸다. 대안적으로, 컨버터(214)는 복수의 심볼들에 기초하여 다수의 복수 개들의 블록들(pluralities of blocks)을 발생시키도록 추가로 구성될 수 있으며, 여기서 다수의 복수 개들의 블록들로부터의 각각의 복수의 블록들은 복수의 벡터들(예를 들어, 벡터들(221A, 221B))로부터의 벡터를 나타낸다.

임의의 트랜스폼 선택기(215)는, 송신될 신호 또는 컨버터(214)에 의해 발생된 복수의 벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여, 신호 송신기(201)로부터 gUBDM 시스템과 연관된 하나 이상의 수신기로 벡터들을 안전하고 효율적으로 송신하기 위해 복수의 벡터들(예를 들어, 벡터들(221A, 221B)에 대해 적용될 임의의 변환(예를 들어, 임의의 변환(231A, 231B))을 선택하도록 구성될 수 있다. 임의의 변환(예를 들어, 임의의 변환(231A, 231B))은 비-선형 변환, 유니터리 변환, ETF 변환 또는 NETF 변환 중 하나 또는 이들 중 임의의 것의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 임의의 트랜스폼 선택기(215)는 설계에 의한 유니터리인 임의의 변환들(예를 들어, 임의의 변환(231A, 231B))의 라이브러리에 대한 액세스를 가질 수 있으며, 이로부터 하나가 신호를 송신하기 위해 선택될 수 있다. 임의의 트랜스폼 선택기(215)는, 예를 들어, 통신 핸드셰이크를 통해 두 통신자 사이에서 협상되거나 다르게는 통신 시스템의 참가자에 의해 입력된 변환 타입 및/또는 기준에 기초하여 임의의 변환을 선택할 수 있다. 기준들은, 예를 들어, 원하는 보안 레벨, 레이턴시 임계값, 오류 레이트 임계값, 최소 데이터 레이트, 최대 데이터 레이트 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특히, 유니터리 변환은 심볼들의 벡터에 대해 수행될 수 있는 가장 큰 클래스의 변환들이며, 이는 신호의 총 전력을 변경되지 않은 상태로 둔다. 비-유니터리 변환이 사용되는 경우, 수신기에서의 역 변환은 수신된 심볼들 중 일부에서 반드시 노이즈를 증폭할 것이지만, 유니터리 변환들의 경우에는 그렇지 않다.

일부 인스턴스들에서, 임의의 변환 선택기(215)는 항등 행렬(identity matrix), 이산 푸리에 행렬이 아니거나, 또는 푸리에 행렬들의 임의의 다른 직접 합인 변환을 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 임의의 변환 선택기(215)는 유니터리 변환들의 라이브러리를 가질 수 있고, 가이드라인들의 세트에 기초하여, 하나의 유니터리 변환 U를 선택하고, U가 항등 행렬인지 또는 이산 푸리에 행렬인지, 또는 푸리에 행렬들의 세트의 임의의 다른 직접 합인지를 체크하기 위해 계산들을 수행할 수 있다. U가 위의 3개의 카테고리 중 하나인 경우, 일부 실시예들에서, 임의의 트랜스폼 선택기(215)는 U를 폐기하고, 상기 3개의 카테고리 중 임의의 것이 아닌 가이드라인을 충족할 수 있는 다른 변환을 선택할 수 있다. 임의의 변환 선택기(215)가 항등 행렬, 이산 푸리에 행렬이 아니거나, 또는 푸리에 행렬들의 임의의 다른 직접 합인 변환 U를 선택하는 경우, 이것은 U를 해당 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용하여 송신될 신호를 변환하는 인스턴스에 사용될 임의의 변환 A로서 할당할 수 있다.

일부 구현들에서, 임의의 트랜스폼 선택기(215)는 프로세서(211)에 의해 수신된 입력들의 세트에 기초하여 선택을 수행할 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 트랜스폼 선택기(215)는 신호, 복수의 벡터들, 신호 송신의 특성(예를 들어, 보안 요구 사항, 신호의 정보 콘텐츠 민감도, 신호 송신 경로 등)과 연관된 파라미터들의 세트에 기초하여 선택을 수행할 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 트랜스폼 선택기(215)는 프로세서(211)에 의해 수신된 입력들의 세트(예를 들어, 프로세서(211)에 의해 수신된 사용자 입력들의 세트)에 따라 임의의 변환을 정의하고 발생시키도록 구성될 수 있다.

임의의 트랜스폼 적용기(216)는 복수의 변환된 벡터들(예를 들어, 변환된 벡터들(2411A, 241B))을 발생시키기 위해 복수의 벡터들(예를 들어, 벡터들(221A, 221B))에 대해 선택된 임의의 변환을 적용할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 변환된 벡터들은 복수의 벡터들의 총 크기와 실질적으로 동일한 총 크기를 가질 수 있다.

그런 다음, 변환된 벡터들은 신호 수신기와 연관된 하나 이상의 신호 수신기에 전송되도록 통신기(213)에 포함된 신호 송신기 안테나들(217 및 218)로 전송될 수 있다. 일부 구현들에서, 예를 들어, 임의의 트랜스폼 적용기(216)는 변환된 벡터들을 발생시키기 위해 벡터들의 세트에 대해 변환 행렬 A를 적용하기 위해 행렬 연산들을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 트랜스폼 적용기(216)는 임의의 변환을 적용하기 전에 벡터들의 세트에 대해 임의의 적절한 수의 절차들(예를 들어, 신호 프로세싱 절차들, 적절한 행렬 연산들)을 수행하도록 구성될 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 2개의 신호 송신기 안테나(217 및 218)를 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 유사한 신호 송신기가 일부 실시예들에 따라 단일 송신기 안테나를 포함할 수 있다. 유사한 신호 송신기는 또 다른 실시예들에 따라 임의의 적절한 더 많은 수의 신호 송신기 안테나(즉, 2개보다 많은 송신기 안테나)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 송신기(201)는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성되는 복수의 안테나 어레이들을 포함할 수 있다.

신호 송신기(201)의 메모리(212)는, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리(random access memory)(RAM), 메모리 버퍼, 하드 드라이브, 판독 전용 메모리(read-only memory)(ROM), 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(erasable programmable read-only memory)(EPROM) 등일 수 있다. 메모리(212)는, 예를 들어, 프로세서(211)로 하여금 하나 이상의 프로세스, 기능 등(예를 들어, 컨버터(214), 임의의 트랜스폼 선택기(215), 임의의 트랜스폼 적용기(216)와 연관된 기능들)을 수행하게 하는 명령어들을 포함할 수 있는 하나 이상의 소프트웨어 모듈 및/또는 코드를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리(212)는 점진적으로 추가되어 사용될 수 있는 확장 가능한 스토리지 유닛들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 메모리(212)는 프로세서(211)에 동작 가능하게 커플링될 수 있는 휴대용 메모리(예를 들어, 플래시 드라이브, 휴대용 하드 디스크 등)일 수 있다. 다른 인스턴스들에서, 메모리는 신호 송신기(201)와 원격으로 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 원격 데이터베이스 서버는 메모리의 역할을 할 수 있고, 신호 송신기(201)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다.

통신기(213)는 프로세서(211) 및 메모리(212)에 동작 가능하게 커플링되는 하드웨어 디바이스일 수 있고/있거나, 프로세서(211)에 의해 실행되는 메모리(212)에 저장된 소프트웨어일 수 있다. 통신기(213)는 신호 송신기 안테나(217) 및 임의적으로 신호 송신기 안테나(218)를 포함할 수 있다. 송신기(217)에 추가하여 제2 송신기 안테나(218)가 도 2에 도시되어 있지만, 신호 송신기(201)와 유사한 신호 송신기가 일부 실시예들에 따라 임의의 수의 송신기 안테나를 가질 수 있거나, 또는 일부 다른 실시예들에 따라 단일 신호 송신기 안테나만을 가질 수 있다. 통신기(213)는, 예를 들어, 네트워크 인터페이스 카드(network interface card)(NIC), Wi-Fi^TM 모듈, Bluetooth® 모듈 및/또는 임의의 다른 적절한 유선 및/또는 무선 통신 디바이스일 수 있다. 또한, 통신기(213)는 스위치, 라우터, 허브 및/또는 임의의 다른 네트워크 디바이스를 포함할 수 있다. 통신기(213)는 컴퓨팅 디바이스(201)를 (도 1에 도시된 통신 네트워크(106)와 같은) 통신 네트워크에 연결하도록 구성될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 통신기(213)는, 하나 이상의 통신 채널을 통해, 예를 들어, 인터넷, 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 도시권 네트워크(MAN), 마이크로웨이브 액세스를 위한 월드와이드 상호 운용성 네트워크(WiMAX®), 광파이버(optical fiber)(또는 광섬유)-기반 네트워크, Bluetooth® 네트워크, 가상 네트워크, 및/또는 이들의 임의의 조합과 같은 통신 네트워크에 연결하도록 구성될 수 있다.

일부 인스턴스들에서, 통신기(213)는 통신 네트워크(예를 들어, 도 1의 gUBDM 시스템(100)의 통신 네트워크(106))를 통해 하나 이상의 통신 채널을 통해 파일 및/또는 파일들의 세트의 수신 및/또는 송신을 용이하게 할 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 수신된 파일이 본 명세서에서 추가로 상세하게 설명되는 바와 같이 프로세서(211)에 의해 프로세싱되고/되거나 메모리(212)에 저장될 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 이전에 설명된 바와 같이, 통신기(213)가, 신호 송신기 안테나들(217 및 218)을 통해, gUBDM 시스템의 일부로서 통신 네트워크에 연결되는 하나 이상의 신호 수신기와 연관된 하나 이상의 신호 수신기 안테나에 복수의 변환된 벡터들을 전송하도록 구성될 수 있다. 통신기(213)는 또한 임의의 변환 시스템들의 라이브러리와 연관된 데이터를 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.

도 1로 돌아가서, gUBDM 시스템(100)에 연결되는 신호 송신기들(101, 102)은 통신 네트워크(106)에 정의된 하나 이상의 통신 채널을 통해 신호 수신기들(103, 104)과 통신하고 이들에 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다. 도 3은 gUBDM 시스템의 일부인 신호 수신기(301)의 개략도이다. 신호 수신기(301)는 도 1에 예시된 시스템(100)의 신호 수신기들(103, 104)과 구조적으로 및 기능적으로 유사할 수 있다. 신호 수신기(301)는 프로세서(311), 메모리(312) 및 통신기(313)를 포함한다.

프로세서(311)는, 예를 들어, 하드웨어 기반 집적 회로(IC) 또는 코드 또는 명령어들의 세트를 실시 및/또는 실행하도록 구성되는 임의의 다른 적절한 프로세싱 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(311)는 범용 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 가속 프로세싱 유닛(APU), 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로그램 가능 로직 어레이(PLA), 복합 프로그램 가능 로직 디바이스(CPLD), 프로그램 가능 로직 제어기(PLC) 등일 수 있다. 프로세서(311)는 시스템 버스(예를 들어, 어드레스 버스, 데이터 버스 및/또는 제어 버스)를 통해 메모리(312)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다.

프로세서(311)는 통신 네트워크(예를 들어, 도 1의 네트워크(106))에 정의된 하나 이상의 통신 채널을 통해 안전하게 송신되는 변환된 신호를 수신하고, 변환된 신호를 발생시키는 데 사용된 임의의 변환과 연관된 정보를 획득하고, 정보에 기초하여, (예를 들어, 임의의 변환의 역을 적용함으로써) 원래 신호를 복구하기 위해 변환된 신호를 프로세싱하여, 원래 신호가 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용하여 안전하고 효율적인 방식으로 목적지에 의해 수신되게 할 수 있도록 구성될 수 있다.

프로세서(311)는 컨버터(314), 임의의 트랜스폼 식별자(315), 및 임의의 트랜스폼 반전기(arbitrary transform reverser)(316)를 포함하는 컴포넌트들의 세트를 포함할 수 있다. 프로세서(311)는 신호 수신기(301)가 그 일부인 gUBDM 시스템의 일부인 신호 송신기의 하나 이상의 송신기 안테나(예를 들어, 신호 송신기(201)의 송신기 안테나들(217 및 218))로부터 수신된 변환된 신호들을 나타내는 복수의 변환된 벡터들(341A, 341B)을 포함하거나, 또는 이들을 메모리(312)로부터 액세스할 수 있다. 프로세서(311)는 신호 송신기로부터 수신된 신호와 연관된 정보에 기초하여 식별된 임의의 변환들(331A 및 331B)의 세트, 및 식별된 임의의 변환들에 기초하여 계산된 역 변환(reverse transformation)들(351A, 351B)의 세트, 및 원래 신호들의 세트를 나타내는 복수의 벡터들(321A, 321B)을 포함하거나, 또는 이들을 메모리(312)에서 액세스할 수 있다.

임의의 트랜스폼 식별자(315)는 신호 수신기들(317 및 318)을 통해 수신된 변환된 신호(예를 들어, 변환된 벡터들(341A, 341B)로 나타내어지는 변환된 신호)와 연관된 정보를 수신하도록 구성될 수 있으며, 정보는 변환된 신호들을 발생시키는 데 사용된 임의의 변환의 아이덴티티의 표시를 포함한다. 임의의 트랜스폼 식별자(315)는, 정보에 기초하여, 변환된 신호(예를 들어, 변환된 신호들(341A, 341B))로부터 원래 신호(예를 들어, 복수의 벡터들(321A, 321B)에 의해 나타내어지는 원래 신호)를 복구하는 데 사용될 수 있는 임의의 변환을 식별하도록 구성된다.

임의의 트랜스폼 반전기(316)는, 임의의 변환의 아이덴티티에 기초하여, 변환된 신호로부터 원래 신호를 복구하기 위해 식별된 임의의 변환의 효과들을 반전시키도록 구성되는 역 변환(예를 들어, 역 변환들(351A, 351B))이라고도 지칭되는 식별된 임의의 변환의 역을 발생시킨다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 임의의 트랜스폼 반전기(316)는 변환된 신호를 나타내고 신호 수신기(301)에 의해 수신되는 복수의 변환된 벡터들(341A 및 341B)에 대해 적용되도록 구성되는 역 변환(A')(351A)을 발생시켜, 역 변환(A')(351A)이 임의의 변환(A)(331A)의 효과들을 반전시키고, 원래 신호를 나타내는 복수의 벡터들(321A 및 321B)을 복구하게 하도록 할 수 있다.

컨버터(314)는 원래 신호를 나타내는 복구된 복수의 벡터들(예를 들어, 321A 및 321B)을 수신하고, 복구된 복수의 벡터들로부터 원래 신호를 재생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 프로세서는 병렬 세트의 심볼들 b_n을 수신할 수 있다. 컨버터(314)는 병렬 세트의 심볼들 b_n을 원래 신호와 유사할 수 있는 직렬 세트의 심볼들로 컨버팅하기 위해 심볼들 b_n의 세트에 대해 병렬-대-직렬 계산을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨버터(314)는 복수의 복구된 벡터들(예를 들어, 벡터들(321A 및 321B))을 수신하고, 벡터들에 기초하여, 심볼들의 세트를 포함하는 원래 신호를 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨버터(314)는 복수의 복구된 벡터들(예를 들어, 벡터들(321A 및 321B))을 수신하고, 복구된 벡터들에 기초하여, 각각의 복수의 블록들이 복수의 벡터들의 벡터를 나타내는 복수 개들의 블록들을 발생시킬 수 있다. 그런 다음, 컨버터(314)는, 복수 개들의 블록들에 기초하여, 원래 신호를 복구할 수 있는 복수의 입력 비트들을 재생시킬 수 있다.

신호 수신기(301)의 메모리(312)는 신호 송신기(201)의 메모리(212)와 구조 및/또는 기능이 유사할 수 있다. 예를 들어, 메모리(312)는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 메모리 버퍼, 하드 드라이브, 판독 전용 메모리(ROM), 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM) 등일 수 있다. 메모리(312)는, 예를 들어, 프로세서(311)로 하여금 하나 이상의 프로세스, 기능 등(예를 들어, 컨버터(314), 임의의 트랜스폼 식별자(315), 임의의 트랜스폼 반전기(316)와 연관된 기능들)을 수행하게 하는 명령어들을 포함할 수 있는 하나 이상의 소프트웨어 모듈 및/또는 코드를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리(312)는 점진적으로 추가되어 사용될 수 있는 확장 가능한 스토리지 유닛들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 메모리(312)는 프로세서(311)에 동작 가능하게 커플링될 수 있는 휴대용 메모리(예를 들어, 플래시 드라이브, 휴대용 하드 디스크 등)일 수 있다. 다른 인스턴스들에서, 메모리는 신호 수신기(301)와 원격으로 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 예를 들어, 원격 데이터베이스 서버는 메모리의 역할을 할 수 있고, 신호 수신기(301)에 동작 가능하게 커플링될 수 있다.

통신기(313)는 프로세서(311) 및 메모리(312)에 동작 가능하게 커플링되는 하드웨어 디바이스일 수 있고/있거나, 프로세서(311)에 의해 실행되는 메모리(312)에 저장된 소프트웨어일 수 있다. 통신기(313)는 신호 수신기 안테나(317) 및 임의적으로 신호 수신기 안테나(318)를 포함할 수 있다. 수신기(317)에 추가하여 제2 수신기(318)가 도 3에 도시되어 있지만, 신호 수신기(301)와 유사한 신호 수신기가 일부 실시예들에 따라 임의의 수의 수신기를 가질 수 있거나, 또는 일부 다른 실시예들에 따라 단일 신호 수신기만을 가질 수 있다. 통신기(313)는, 예를 들어, 네트워크 인터페이스 카드(NIC), Wi-Fi^TM 모듈, Bluetooth® 모듈 및/또는 임의의 다른 적절한 유선 및/또는 무선 통신 디바이스일 수 있다. 또한, 통신기(313)는 스위치, 라우터, 허브 및/또는 임의의 다른 네트워크 디바이스를 포함할 수 있다. 통신기(313)는 신호 수신기(301)를 (도 1에 도시된 통신 네트워크(106)와 같은) 통신 네트워크에 연결하도록 구성될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 통신기(313)는, 예를 들어, 인터넷, 인트라넷, 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 도시권 네트워크(MAN), 마이크로웨이브 액세스를 위한 월드와이드 상호 운용성 네트워크(WiMAX®), 광파이버(또는 광섬유)-기반 네트워크, Bluetooth® 네트워크, 가상 네트워크, 및/또는 이들의 임의의 조합과 같은 통신 네트워크에 연결하도록 구성될 수 있다.

일부 인스턴스들에서, 통신기(313)는 통신 네트워크(예를 들어, 도 1의 gUBDM 시스템(100)의 통신 네트워크(106))에 정의된 하나 이상의 통신 채널을 통해 파일 및/또는 파일들의 세트의 수신 및/또는 송신을 용이하게 할 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 수신된 파일이 본 명세서에서 추가로 상세하게 설명되는 바와 같이 프로세서(311)에 의해 프로세싱되고/되거나 메모리(312)에 저장될 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 이전에 설명된 바와 같이, 통신기(313)가, 신호 수신기들(317 및 318)이 gUBDM 시스템의 일부로서 통신 네트워크에 연결되는 하나 이상의 신호 송신기와 연관된 하나 이상의 신호 송신기 안테나에 의해 안전하고 효율적으로 송신된 변환된 신호들을 수신하기 위해, 사전 결정된 대역폭 내의 특정 사전 결정된 중심 주파수의 변환된 신호들을 수신하도록 튜닝되는 하나 이상의 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다. 통신기(313)는 또한 임의의 변환 시스템들의 라이브러리와 연관된 데이터를 전송 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 수신기(301)는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성되는 복수의 안테나 어레이들을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, gUBDM 시스템(예를 들어, gUBDM 시스템(100))은 일부 양태들에서 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 시스템과 구조 및/또는 기능이 부분적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, OFDM 시스템(400')에 대한 예시적인 파이프라인은 도 4a에 제시된 바와 같은 동작들의 세트를 포함할 수 있으며, 여기서 벡터 b는 심볼들 b_n의 세트일 수 있다.

예시적인 OFDM 시스템(400')에서, 심볼들 b_n은 OFDM 송신기에 들어가서 먼저 "직렬-대-병렬(serial-to-parallel)"(위에 "S/P"로 라벨링됨) 계산을 거친 다음, 이들은 역 FFT(위에 "iFFT"로 라벨링됨)를 통과한다. 일부 실시예들에서, 이들은 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)를 제공받을 수 있고, 펄스 성형 절차를 겪을 수 있다. OFDM 수신기는 FFT가 iFFT를 대체한다는 점을 제외하고 위의 동작들을 역순으로 수행하도록 구성될 수 있다.

전술한 OFDM 시스템(400')과 비교하여, 본 명세서에서 설명되는 gUBDM 시스템(400)(예를 들어, gUBDM 시스템(100))에 의해 수행되는 동작들이 도 4b에 예시되어 있다. gUBDM(400)은 도 4b에 도시된 바와 같이 S/P 블록(414)과 iFFT 블록 사이에 추가 연산자(예를 들어, 선형 연산자) A를 포함할 수 있다. 사용시, 도 4b와 연관된 예시적인 실시예에 따라, gUBDM(400)은 심볼들 b_n이 신호 송신기에 의해 수신되고 컨버팅된 벡터들의 세트를 발생시키기 위해 먼저 직렬-대-병렬 블록(예를 들어, 신호 송신기(201)의 컨버터(214)와 유사한 컨버터)을 거치도록 동작한다. 그런 다음, 컨버팅된 벡터들의 세트는 변환된 벡터들의 세트를 발생시키기 위해 선형 변환 A를 거친다. 예를 들어, 변환은 임의의 변환 적용기(216)와 유사한 임의의 변환 적용기(415)에 의해 수행될 수 있고, 선형 변환 A는 임의의 변환 선택기(215)와 유사한 임의의 변환 선택기에 의해 선택될 수 있다. 그런 다음, 일부 실시예들에서, 변환된 벡터들은 제2 변환된 벡터들을 발생시키기 위해 iFFT 블록을 거치고, 결과적인 제2 변환된 벡터들이 gUBDM 시스템의 하나 이상의 수신기에 송신될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, iFFT 블록은 스킵될 수 있고, 임의의 변환 적용기에 의해 발생된 변환된 벡터들은 gUBDM 시스템의 하나 이상의 수신기에 송신될 수 있다. 다른 방식으로 표현하자면,

와 같다(여기서,

는 이산 푸리에 행렬이다). 일부 실시예들에서, A는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 설계에 의한 유니터리일 수 있고, F는 유니터리인 것으로 알려져 있다. 그룹으로서의 유니터리 행렬들의 속성에 의해, 곱 FA도 유니터리일 것이다. 따라서, A가 임의의 유니터리일 수 있기 때문에, iFFT 행렬을 포함하는 것이 불필요하고, 일부 실시예들에 따르면, gUBDM 시스템이 실시예에 따른 임의의 트랜스폼 적용기(515)를 포함하는 gUBDM 시스템(500)의 동작들을 도시하는 도 4c에 예시된 바와 같이 iFFT 블록을 임의의 유니터리 A로 대체함으로써 구성될 수 있다.

상기 설명에 따라, OFDM 시스템(예를 들어, 도 4a의 OFDM 시스템(400))과 함께 동작 가능한 신호 송신기 및 신호 수신기는 본 명세서에서 설명되는 gUBDM 시스템(예를 들어, 도 4b 및 도 4c의 gUBDM 시스템들(400 및 500))과 함께 사용되도록 쉽게 적응될 수 있으며, 유일한 변경들은 송신기에서는 iFFT 연산을 A를 사용하는 임의의 변환 연산으로, 변환을 반전시키기 위해 신호 수신기에서는 FFT를 A'로 대체하는 것이다. OFDM 시스템의 다른 세부 사항들은 그대로 유지될 수 있다.

상기 설명된 gUBDM 시스템은 사용시 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 매우 안전하고 효율적인 방식으로 신호를 송신하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 신호가 사용자 Alice와 연관된 소스로부터 사용자 Bob과 연관된 목적지로 송신되는 신호 송신 시스템이 주어지면, 이러한 시스템은 송신된 신호 또는 송신된 벡터들에 대한 액세스를 가질 수 있는 제3자 사용자 Eve에 의해 도청에 취약할 수 있다. 신호 송신을 위해 gUBDM 시스템이 사용되고 있다고 하면, 송신되고 있는 변환된 신호 또는 변환된 벡터들을 발생시키는 데 임의의 변환 A가 사용되는 경우, Eve가 행렬 A를 알지 못하고 알고 있는 암호에만 그녀의 공격을 기반할 수 있는 경우, 데이터를 복구하기 위해 그녀가 해야 하는 작업량은 엄청나게 많을 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 임의의 변환은 본질적으로 비-선형일 수 있으므로, Eve가 평문/암호문 쌍들에 대한 액세스를 가질 수 있는 경우에도 신호들을 복구하기 위해 비-선형 변환을 찾는 것이 훨씬 더 복잡하고 실행 불가능할 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용하여 신호를 준비하고 안전하고 효율적인 방식으로 신호를 송신하는 예시적인 방법(500)을 설명하는 흐름도를 예시한다. 단계(571)에서, 방법(500)에 따르면, gUBDM 시스템의 신호 송신기(예를 들어, 위에서 설명된 신호 송신기(201))는 복수의 입력 비트들을 포함하는 데이터를 수신한다. 복수의 입력 비트들은 안전하고 효율적인 방식으로 송신될 원래 신호를 나타낼 수 있다. 데이터는 입력 비트들에 의해 나타내어지는 신호와 연관된 다른 어트리뷰트들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터는 신호의 특성, 입력 비트들의 특성, 사이즈, 포함된 정보의 민감도, 보안 요구 사항 등과 관련된 정보를 포함할 수 있다.

단계(572)에서, 신호 송신기는 복수의 입력 비트들에 기초하여 복수의 심볼들을 발생시킨다. 일부 인스턴스들에서, 신호 송신기는 복수의 심볼들을 발생시킬 수 있으며, 심볼은 디지털 복소 기저대역 신호에서 펄스로서 기술된다. 일부 구현들에서, 심볼은 파형, 또는 통신 네트워크에 정의된 통신 채널을 통해 송신될 때, 고정된 시간 기간 동안 상태 또는 조건이 지속되도록 통신 채널의 상태 또는 중요한 조건을 변경하고/변화시키고 및/또는 이를 유지할 수 있는 상태일 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 신호 송신기가 직렬 신호와 연관된 복수의 입력 비트들을 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 다중 입력 및 다중 출력 송신 시스템을 사용하여 수정 및/또는 병렬로 송신될 수 있는 복수의 심볼들로 분할할 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 신호 송신기가 직렬 복수의 입력 비트들을 병렬 복수의 심볼들로 컨버팅하기 위해 컨버터(예를 들어, 컨버터(214))를 사용할 수 있다. 일부 구현들에서, 복수의 입력 비트들에 기초하여 복수의 심볼들을 발생시키는 것은 비트-대-심볼 맵을 사용하는 것을 통해 이루어질 수 있다.

단계(573)에서, 신호 송신기는 복수의 심볼들에 기초하여 복수 개들의 블록들을 발생시키며, 복수 개들의 블록들로부터의 각각의 복수의 블록들은 복수의 벡터들로부터의 벡터를 나타낸다. 일부 인스턴스들에서는, 신호 송신기가 직렬 신호와 연관된 직렬 복수의 심볼들을 수신하고, 이를 복수 개들의 블록들로 분할할 수 있으며, 각각의 복수의 블록은 복수의 벡터들로부터의 벡터를 나타내고, 벡터들은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 다중 입력 및 다중 출력 송신 시스템을 사용하여 변환되고/되거나 병렬로 송신되도록 구성된다. 일부 인스턴스들에서는, 신호 송신기가 컨버터(예를 들어, 컨버터(214))를 사용하여 직렬 복수의 심볼들을 복수 개들의 블록들로 컨버팅할 수 있다.

단계(574)에서, 신호 송신기는, 복수의 벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여, 복수의 변환된 벡터들을 발생시키기 위해 벡터들에 적용되도록 구성되는 임의의 변환을 선택한다. 예를 들어, 신호 송신기는 유니터리 변환들, 등각 타이트 프레임(ETF) 변환들 및 거의 등각 타이트 프레임(NETF) 변환들을 포함하는 임의의 변환들의 라이브러리에 대한 액세스를 가질 수 있다. 신호 송신기는 임의의 변환 선택기(예를 들어, 임의의 변환 선택기(215))를 사용하여 복수의 변환된 벡터들을 발생시키기 위해 복수의 벡터들에 대해 적용될 임의의 변환, 예를 들어, 유니터리 변환을 선택할 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 임의의 변환이 등각 타이트 프레임(ETF) 변환을 선택할 수 있거나, 일부 다른 인스턴스들에서는, 임의의 변환 선택기가 거의 등각 타이트 프레임(NETF) 변환을 선택할 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 변환 선택기는 선택된 임의의 변환이 항등 행렬 또는 이산 푸리에 행렬이 아닌 행렬에 기초하도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 임의의 변환 선택기는 선택된 임의의 변환이 이산 푸리에 행렬들의 직접 합이 아닌 행렬에 기초하도록 구성될 수 있다.

단계(575)에서, 신호 송신기는 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들의 각각의 벡터에 임의의 변환을 적용한다. 일부 인스턴스들에서, 임의의 변환을 적용하는 것은 복수의 변환된 벡터들이 복수의 벡터들의 총 크기와 실질적으로 동일한 총 크기를 갖도록 할 수 있다.

단계(576)에서, 신호 송신기는 복수의 송신기 안테나들로부터 복수의 신호 수신기들로 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 송신하기 위해 복수의 송신기 안테나들에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 전송한다. 일부 인스턴스들에서, 복수의 변환된 벡터들은 신호 송신기 안테나 디바이스와 연관된 다수의 송신기 안테나들(예를 들어, 신호 송신기(201)와 연관된 송신기 안테나들(217 및 218))을 통해 그리고 다중 입력 및 다중 출력 송신 시스템을 사용하여 다수의 통신 채널들을 통해 병렬로 전송되어, 병렬로 전송된 변환된 벡터들이 사용되고 있는 gUBDM 시스템과 연관된 하나 이상의 신호 수신기와 연관된 복수의 수신기들에 의해 수신될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 신호 수신기들은 복수의 안테나 어레이들을 포함할 수 있고, 복수의 신호 수신기들은 신호 수신기(301)와 같은 신호 수신기들과 연관될 수 있고, 복수의 신호 송신기 안테나들은 신호 송신기(201)와 같은 신호 송신기들과 연관될 수 있으며, 여기서 신호 송신기 및 신호 수신기는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성된다.

일부 구현들에서, 신호는 복수의 변환된 벡터들과 연관된 변환된 심볼들의 세트를 포함할 수 있고, 신호 송신기(예를 들어, 신호 송신기(201))는 고정되고 알려진 심볼 레이트로 (예를 들어, 송신기(217)를 통해) 통신 채널(들)에 변환된 심볼들의 세트를 배치할 수 있다. 신호 수신기가 변환된 벡터들을 재구성하기 위해 변환된 심볼들의 시퀀스를 검출하는 태스크를 수행할 수 있다. 일부 인스턴스들에서는, 변환된 심볼과 작은 데이터 유닛 사이에 직접적인 대응이 있을 수 있다. 예를 들어, 각각의 변환된 심볼은 하나 또는 여러 바이너리 숫자들 또는 '비트들'을 인코딩할 수 있다. 데이터는 또한 변환된 심볼들 사이의 전환들에 의해, 또는 심지어 많은 변환된 심볼들의 시퀀스에 의해서도 나타내어질 수 있다.

일부 구현들에서, 신호 송신기는 개방형 시스템 상호 연결 모델(open system interconnection model)(OSI)과 연관된 물리적 레이어를 통해 복수의 송신기들에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. OSI 모델은 표준 통신 프로토콜들을 사용하여 다양한 통신 시스템들의 상호 운용성을 달성할 목적으로 그것의 기본 내부 구조 및 기술에 관계없이 통신 또는 컴퓨팅 시스템의 통신 기능들을 특성화하고 표준화하는 개념적 모델이다. OSI 모델은 통신 네트워크의 통신 채널들을 통해 교환되는 정보를 추상화 레이어들(예를 들어, 7개의 레이어)로 파티셔닝하는 것을 사용하며, 각각의 레이어는 특정 타입의 정보를 포함한다.

예를 들어, 레이어 1은 신호 송신기와 물리적 송신 매체(예를 들어, 네트워크(106)와 같은 통신 네트워크의 무선 통신 채널) 사이의 비정형 원시 데이터의 송신 및 수신에 사용되는 물리적 레이어를 포함할 수 있다. 이것은 송신되는 신호들에 포함된 디지털 비트들을 전기, 라디오 또는 광 신호들로 컨버팅하도록 구성된다. 레이어 사양들은 전압 레벨들, 전압 변경 타이밍, 물리적 데이터 레이트들, 최대 송신 거리들, 변조 스킴, 채널 액세스 방법 및 물리적 커넥터들과 같은 특성들을 정의한다. 이것은 핀들의 레이아웃, 전압들, 라인 임피던스, 케이블 사양들, 무선 디바이스들에 대한 신호 타이밍 및 주파수를 포함한다. 비트 레이트 제어는 물리적 레이어에서 수행되며, 송신 모드를 단방향(simplex), 반이중(half duplex) 및 전이중(full duplex)으로서 정의할 수 있다. 물리적 레이어의 컴포넌트들은 네트워크 토폴로지 측면에서 설명될 수 있다. 신호를 송신하는 데 사용되는 통신 채널은 물리적 레이어에 대한 사양들을 가질 수 있다.

단계(577)에서, 신호 송신기는 복수의 신호 수신기들에 임의의 변환을 제공하며, 제공은 복수의 변환된 벡터들의 전송과 연관되고, 제공은 복수의 신호 수신기들에서 복수의 벡터들을 복구하기 위해 추가로 구성된다. 일부 구현들에서, 복수의 신호 수신기들은 타겟 디바이스에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 송신하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 복수의 신호 수신기들은 타겟 디바이스에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 송신하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 신호 수신기와 연관될 수 있다.

일부 인스턴스들에서, 신호 송신기는, 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 것 외에, 복수의 신호 수신기들에 (1) 임의의 변환, 또는 (2) 임의의 변환의 역 중 하나를 나타낼 수 있는 신호를 또한 전송할 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 신호 송신기는 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 제1 신호를 전송할 수 있고, 임의의 변환 또는 임의의 변환의 역을 나타내는 제2 신호를 전송할 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 송신기는 제1 신호를 전송하기 전의 시점에서 제2 신호를 전송할 수 있다. 즉, 달리 말하자면, 신호 송신기는 복수의 신호 수신기들에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 송신하기 전에, 임의의 변환 또는 임의의 변환의 역을 나타내는 신호를 전송하여, 복수의 신호 수신기들이 임의의 변환 또는 임의의 변환의 역에 기초하여 복수의 변환된 벡터들로부터 복수의 벡터들을 복구하게 할 수 있다.

도 6은 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용하여 안전하고 효율적인 방식으로 신호를 송신하는 예시적인 방법(600)을 예시한다. 방법(600)은 프로세서, 예를 들어, gUBDM 시스템의 신호 송신기(예를 들어, 위에서 설명된 신호 송신기(201))와 연관된 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 단계(671)에서, 임의의 변환이 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 적용된다. 임의의 변환은 유니터리 변환, 등각 타이트 프레임(ETF) 변환, 또는 거의 등각 타이트 프레임(NETF) 변환을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서는, 하나보다 많은 임의의 변환이 적용될 수 있다. 예를 들어, 일부 인스턴스들에서, 방법(600)을 구현하는 신호 송신기는 제1 임의의 변환이 제1 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 적용되고 제2 임의의 변환이 제2 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 적용되도록 구성될 수 있다.

단계(672)에서, 방법은, 임의의 변환을 사용하여, 적어도 복수의 변환된 벡터들로부터의 제1 변환된 벡터에 기초하여 제1 변환된 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 인스턴스들에서, 제1 변환된 신호는 제1 복소 기저대역 신호를 포함할 수 있다. 단계(673)에서, 방법은, 임의의 변환을 사용하여, 적어도 복수의 변환된 벡터들로부터의 제2 변환된 벡터에 기초하여 제2 변환된 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 일부 인스턴스들에서, 제2 변환된 신호는 제2 복소 기저대역 신호를 포함할 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 일부 구현들에서, 제2 변환된 신호는 제2 임의의 변환을 사용하여 발생된 제2 복수의 변환된 벡터들로부터의 제2 변환된 벡터에 기초할 수 있다.

단계(674)에서, 방법(600)은, 통신 채널을 통해, 제1 변환된 신호를 검출하도록 구성되는 제1 신호 수신기에 제1 변환된 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 단계(675)에서, 방법은, 통신 채널을 통해, 제2 복소 기저대역 신호를 검출하도록 구성되는 제2 신호 수신기에 제2 변환된 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 일부 인스턴스들에서, 제2 변환된 신호를 송신하는 단계는 제1 통신 채널과 상이한 제2 통신 채널을 통해 이루어진다.

단계(676)에서, 방법은 임의의 변환에 기초하여 제1 신호 수신기 및 제2 신호 수신기에서 복수의 벡터들을 복구하기 위해, 제1 변환된 신호를 송신하는 것 및 제2 변환된 신호를 송신하는 것과 연관하여 제1 신호 수신기 및 제2 신호 수신기에 임의의 변환을 나타내는 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 일부 인스턴스들에서, 임의의 변환을 나타내는 신호를 제공하는 단계는 제1 변환된 신호를 송신하는 단계 및 제2 변환된 신호를 송신하는 단계 전에 수행된다. 일부 다른 인스턴스들에서, 임의의 변환을 나타내는 신호를 제공하는 단계는 제1 변환된 신호를 송신하는 단계 및 제2 변환된 신호를 송신하는 단계 후에 수행될 수 있으며, 이 경우, 신호 수신기들은 수신된 변환된 신호(들)를 저장하고, 임의의 변환을 나타내는 신호를 수신한 후의 나중 시점에서 원래 신호들을 복구할 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 신호 수신기들은 타겟 디바이스에 변환된 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 신호 수신기들은 지정된 타겟 디바이스에 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 제1 임의의 변환이 제1 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 사용되고 제2 임의의 변환이 제2 복수의 변환된 벡터들에 사용되는 일부 인스턴스들에서, 임의의 변환을 나타내는 신호를 제공하는 단계는 제1 임의의 변환을 나타내는 제1 신호를 제공하는 단계 및 제2 임의의 변환을 나타내는 제2 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 제1 변환된 신호를 송신하는 단계 및 제1 임의의 변환을 나타내는 제1 신호를 제공하는 단계는 제1 수신기와 연관된 제1 수신기에 대한 것일 수 있고, 제2 임의의 변환을 사용하여 생성된 제2 변환된 신호를 송신하는 단계 및 제2 임의의 변환을 나타내는 제2 신호를 제공하는 단계는 제1 수신기와 상이한 제2 수신기와 연관된 제2 수신기 안테나에 대한 것일 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 제1 및 제2 임의의 변환들을 나타내는 제1 및 제2 신호들은 제1 및 제2 신호 수신기들을 포함하는 광범위한 오디언스(audience)에게 함께 브로드캐스트될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 임의의 변환을 나타내는 제1 신호는 광범위하게 브로드캐스트될 수 있지만, 임의의 변환을 나타내는 제2 신호는 그렇지 않을 수 있으므로, 제1 신호 수신기는 제1 복수의 벡터들을 복구할 수 있지만, 제2 수신기는 제2 임의의 변환을 나타내는 제2 신호가 제공되거나 또는 브로드캐스트될 때까지 제2 복수의 변환된 벡터들을 복구할 수 없다.

OFDM 시스템의 변형으로서 설명되었지만, gUBDM 시스템의 일부 실시예들은 DSSS 시스템의 변형으로서 동작하며, 여기서 "코드 맵"이 사용되고 대역폭이 제한된다. 위에서 언급된 '839 특허에 주어진 명시적 형태는 다음과 같으며,

여기서,

의 제m 컴포넌트는 다음과 같이 주어진다.

여기서,

은

의 제n 컴포넌트이고,

는 다음을 충족시키는 N개의 고유한 수의 세트이며,

M은

이 되도록 선택된 정수이다. 이 맵은 위에서 논의된 속성들을 갖는다(대역-제한 및 내적(dot-product) 보존). 통상적으로,

가 0을 중심으로 하는 순차적 정수들인 경우,

이다.

따라서, 상호 직교 확산 코드들의 최대 세트를 생성하기 위해, 유니터리 행렬

이 선택된다. A의 제n 열이

로서 표시되는 경우(또는 행, 일관성이 있는 한 중요하지 않음), N개의 코드는

이다(

).

하나의 디바이스가 모든 N개의 코드로 데이터를 송신하는 경우, N개의 심볼 b_n을 취하고, 각각의 것에 그것의 확산 코드의 모든 컴포넌트를 곱한 다음, 결과 벡터들을 함께 더할 수 있을 것이다. 따라서, 송신된 벡터

는 다음과 같으며,

여기서, b_n은 심볼들이다.

그러나, 이를 수행하기 위해, 위해 송신기는 통상적으로 복소수(float, double 등)인 심볼

에

의 모든

개의 컴포넌트를 곱한다. 이것은 모든 N개의 심볼 b_n에 대해 반복된다. 따라서, N개의 심볼이 있으며, 각각에는 코드의 N개의 컴포넌트가 곱해진다. 이것은 복잡도를

로 만들며, 이는 광대역 애플리케이션들에서는 엄청날 수 있다.(

인 OFDM과 비교.)

특히, 각각의 사용자에게 코드들의 서브세트가 제공되는 다중 액세스 애플리케이션들의 경우, 이들은

작업만 수행하면 되며, 이는 OFDM보다 우수하다. 이것은 DSSS 구현을 다중 액세스 애플리케이션들에 대해 매우 양호하게 한다.

인 UBDM을 획득하기 위해, OFDM 재해석 (0.0.4)과 매칭시킨다. 송신된 보(baud)는 다음과 같다.

이것은 심볼들의 이산 푸리에 트랜스폼으로서 (정규화까지) 해석될 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 gUBDM 시스템을 사용하여 복수의 변환된 벡터들을 수신하고 복수의 벡터들을 복구하기 위한 예시적인 방법을 설명하는 흐름도이다. 방법(700)은 본 명세서에서 설명되는 신호 수신기(예를 들어, 신호 수신기(301))와 연관된 프로세서에 의해 구현될 수 있다.

단계(771)에서, 방법(700)은, 복수의 신호 송신기들로부터 그리고 복수의 신호 수신기들을 통해, 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

단계(772)에서, 방법은 복수의 변환된 벡터들에 기초하여 복수의 벡터들을 복구하는 데 사용되도록 구성되는 임의의 변환의 표시를 수신하는 단계를 포함한다. 일부 구현들에서, 임의의 변환의 표시를 수신하는 단계는 복수의 신호 송신기들로부터 그리고 복수의 신호 수신기들을 통해 이루어질 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 임의의 변환의 표시를 수신하는 단계는 복수의 변환된 벡터들을 나타내는 신호를 수신하기 전에 이루어질 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 표시는 임의의 변환의 역을 포함할 수 있다.

단계(773)에서, 방법은 복수의 벡터들을 생성하기 위해 복수의 변환된 벡터들의 각각의 변환된 벡터에 임의의 변환을 적용하는 단계를 포함한다. 단계(774)에서, 방법은, 복수의 벡터들에 기초하여, 원래 신호를 복구하는 단계를 포함한다. 일부 인스턴스들에서, 예를 들어, 원래 신호를 복구하는 단계는 신호 수신기와 연관된 컨버터(예를 들어, 컨버터(314))에 의해 수행될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 방법(700)은 단계(773)에서 원래 신호를 복구하는 단계를 스킵하고, 대신에 원래 신호의 복구를 수행하기 위해 복수의 벡터들을 저장하거나 다른 디바이스에 전송할 수 있다.

위에서 설명된 gUBDM 시스템의 다른 이점은 유니터리 그룹들의 풍부함과 구조를 최대한 활용하도록 설계되었다는 점이다. 설명된 gUBDM 시스템이 제공하는 한 가지 기회는 ETF/NETF들을 채택 및 수정된 OFDM 시스템 변형에 통합하는 능력이며, 이는 달리 수정되지 않은 OFDM 시스템에서는 불가능한 것이다.

gUBDM 시스템은 또한 신호 송신 소스에 gUBDM 시스템으로 수정 시 OFDM 시스템에 코드 분할 다중화를 포함할 수 있는 능력을 제공한다. 이것은, 시분할, 주파수 분할 및 공간 다중화 외에도, 코드 분할 다중화가 수행될 수 있음을 의미한다. 이것은 시스템 엔지니어들에게 엄청난 자유도를 추가한다.

iFFT는, 일부 구현들에서, 일반 유니터리 A를 적용한 후에도 여전히 수행될 가능성이 있으며, 이는 등화(equalization)를 더 쉽게 만들 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 데이터 벡터 b를 취해서 이를 단계들

을 통해 전송하며, 여기서 F는 푸리에 변환이다. 그러나, U(N)의 그룹 구조 때문에, F와 A가 모두 사용되는 U(N)의 요소들인 경우, 그들의 곱도 마찬가지일 것으로 알려져 있다. 전체 그룹 U(N)을 사용하고 있기 때문에, 단일 행렬 A를 요구하는 것과 푸리에 행렬이 뒤따르는 단일 행렬 A를 요구하는 것 사이에는 차이가 없다. 함께 곱한 유니터리 행렬들의 수에 관계없이, 결과는 여전히 U(N)의 또 다른 요소일 뿐이다.

즉, 이 접근법의 주요 이점은 보안이다. 데이터를 변조하는 행위 자체가 해당 채널의 도청자에 대해 콘텐츠를 완전히 보호하여 비트들(또는 OSI 레이어 1 이상의 임의의 것)에 대한 그녀의 액세스를 부인할 수 있는 경우, 도청자에 대한 공격 표면이 근본적으로 변경되었다. 트래픽 분석 공격들, 프로토콜 취약점 공격들, 제어 데이터 유출 공격들 등에 대한 모든 가능성들이 완전히 제거된다. 또한, 전통적인 암호화에 의해 제공되는 보안으로 인해 네트워크에 부정적인 영향을 미치는 지연/레이턴시를 야기하는 네트워크들에서, (대개 OSI 레이어 3 이상에서의) 암호화가 임의적으로 완전히 제거될 수 있다. 이것은 암호화를 포함하는 공간, 전력, 열 또는 시간뿐만 아니라, 대개 암호화와 연관된 오버헤드를 제거한다. 또한, 암호화와 연관된 지연들/레이턴시(단순히 OSI 스택 위아래로 정보를 전달해야 하는 것부터 단순히 암호학을 통해 해당 비트들을 실행해야 하는 것과 연관된 레이턴시까지 모든 것)가 제거될 수 있다. 시스템이 수행해야 하는 모든 것은 송신하는 것이다. 변조 자체가 보안을 처리한다.

신호 수신기는 변환된 신호를 수신할 때 임의의 계산에 대해 개방되어 있다. 일부 구현들에서, 신호 수신기는 단순히 신호를 복조하고, 심볼들 및 비트들을 복구할 수 있다. 일부 구현들에서, 신호 수신기는 또한 디지털화된 I 및 Q를 저장하기를 원할 수도 있고, 또는 유니터리 행렬의 역을 적용하지 않고 일부 다른 시스템에 디지털화된 I 및 Q를 전달하기를 원할 수도 있다.

물리적 레이어 보안( PLS )을 갖는 UBDM

"물리적 레이어 보안"(PLS)은 비밀 정보(secret information)를 교환할 목적으로 통신 시스템의 사용자들 사이의 통신 채널의 물리적 속성들을 활용하는 것을 지칭한다. 전술한 gUBDM 실시예들 중 일부는 물리적 레이어에서의 보안의 적용을 설명하지만, 엄격한 의미에서, 두 사용자 사이의 공유 채널의 물리적 속성의 이용을 포함하는 PLS를 통합하지는 않는다. 예를 들어, PLS에서, 사용자들은 비밀 정보에 대해, 통신 채널의 물리적 속성들에 기초하여, 대칭 암호/보안 스킴(symmetric cryptologic/security scheme)(예를 들어, 고급 암호화 표준(Advanced Encryption Standard)(AES))에 대한 비밀 키를 발생시킨다. 만약 도청자가 통신 채널의 물리적 속성들을 직접 측정(또는 근사화할 수 있는 충분한 정보를 수집)할 수 있을 만큼 사용자들 중 한 명의 사용자에 충분히 가까운 수신기를 갖지 않은 경우, 도청자는 공유 비밀에 액세스할 수 없을 것이다. 아래에서 설명되는 실시예들에 따르면, PLS는 gUBDM(또는 비-일반화된 UBDM), OFDM, 또는 임의의 다른 통신 시스템과 결합하여 구현되어 통신들의 보안을 향상시킬 수 있다.

일부 실시예들에서, 통신 방법은 UBDM 또는 OFDM을 PLS와 결합한다. PLS는, 예를 들어, MOPRO(MIMO-OFDM Precoding with Rotation) 알고리즘이라고 지칭되는 PLS 키 교환 알고리즘의 수정된 버전을 포함할 수 있다. 이전 버전의 MOPRO에 관한 추가 세부 사항들은 IEEE Journal on Selected Areas in Communications에서 발행된 Wu, Lan, Yeh, Lee, 및 Cheng의 "Practical Physical Layer Security Schemes for MIMO-OFDM Systems Using Precoding Matrix Indices"(Vol 31 Issue 9, 2013년 9월)에서 찾을 수 있으며, 그 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 전체적으로 본 명세서에서 참조로 포함된다.

일부 실시예들에서, MOPRO 알고리즘은 MIMO 시스템을 갖는 것에 의존한다. 비-MOPRO MIMO-OFDM 시스템이 통신 링크를 개시할 때, 시스템은 먼저 MIMO 채널을 측정할 수 있으며, 이는 복소수 값들의 대규모 행렬로 나타내어질 수 있다. 제1 사용자가, 제1 프로세서를 통해, 각각의 송신 안테나로부터 제2 사용자에게 동기화 보(synchronization baud)의 표현(즉, 데이터 패킷 내의 고유 워드)을 전송하고, 제2 사용자는 차례로 동기화 보를 사용하여 채널을 측정한다. 예시를 위해, 다음 예를 고려하도록 한다: 2개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나가 있는 시스템을 고려하도록 한다. 제1 송신 안테나는 값 T1을 나타내는 신호를 송신하고, 제2 송신 안테나는 값 T2를 나타내는 신호를 송신한다. 제1 수신 안테나는 송신 안테나에 의해 송신된 두 값(T1 및 T2)의 선형 조합인 값 R1을 나타내는 신호를 수신할 것이다. 즉,

이다. 값들 h₁₁ 및 h₁₂는 채널의 물리적 속성들에 따라 달라지는 랜덤 복소수 값들이다. 예를 들어, 값들 h₁₁ 및 h₁₂는 주어진 송신된 신호가 반사된 표면이 얼마나 멀리 떨어져 있었는지, 이것이 만들어진 재료, 결과적인 위상 시프트(들), 서브캐리어의 중심 주파수, 습도, 온도 등에 따라 달라질 수 있다. 유사하게, 제2 수신 안테나는 값 R2를 나타내는 신호를 수신할 것이며, 이 역시 2개의 송신 안테나에 의해 송신된 2개의 값의 선형 조합이지만, 일반적으로 상이한 선형 조합이다. 즉,

이다. 따라서, 4개의 값 - h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂ - 은 채널을 물리적으로 특성화하는 숫자들이다. 2개의 송신기와 2개의 수신기가 있기 때문에, 4개의 이러한 값이 존재한다(2 x 2 = 4).

동기화를 용이하게 하기 위해, 2개의 송신 안테나는, 예를 들어, 교대하는 방식으로, 예를 들어, 한 번에 하나씩 그들의 신호들을 송신할 수 있다. 즉, 제1 송신기가 T1을 먼저 송신하고, 이어서 송신기 2가 T2를 송신한다. 제1 수신 안테나에 의해 수신된 제1 신호는

이며, 이로부터 h₁₁이 결정될 수 있다. 제2 수신 안테나에 의해 수신된 제1 신호는

이며, 이로부터 h₂₁이 결정될 수 있다. 다음 기간 동안, 제1 수신 안테나는 제2 신호

를 수신하고, 제2 수신 안테나는 제2 신호

를 수신하며, 이로부터 h₁₂ 및 h₂₂가 각각 결정될 수 있다. 이와 같이, 수신기는 채널의 모든 4개의 컴포넌트를 획득하였다/결정하였다. 그때부터, 제1 및 제2 송신기는 모두 동시에 송신할 수 있고, 수신기는 선형 트랜스폼(linear transform)을 거꾸로 하여

및

로부터 T1 및 T2를 복구할 수 있다.

일부 실시예들에서, 2개보다 많은 안테나가 있을 때, 채널 값들의 행렬은 양쪽에 있는 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 행렬이다. 예를 들어, 5개의 송신 안테나와 7개의 수신 안테나가 있는 경우, 제1 수신 안테나는

를 수신하고, 제2 수신 안테나는

를 수신하는 식으로,

까지 내려간다. 결과적인 채널 행렬은 7x5 행렬이다. 더 일반적으로, t개의 송신 안테나와 r개의 수신 안테나가 있는 경우, 채널 행렬은 rxt이다.

다음으로, 제1 사용자에게 전체 채널을 나타내는 신호를 다시 전송하는 대신, 제2 사용자는 임의적으로 공개적으로 액세스 가능한 가능한 채널들의 "코드북(codebook)"으로부터 잠재적인 채널 행렬에 대응하는 적은 수의 비트들을 송신한다. 즉, 제1 및 제2 사용자는 이전에 합의된 세트의 가능한 채널 행렬들에 대한 액세스를 갖는다. 제2 사용자가 채널을 측정할 때, 제2 사용자는 측정된 채널에 가장 가까운(즉, 가장 근사한) 행렬을 코드북에서 선택하고, 제2 프로세서를 통해, 제1 사용자에게 해당 행렬을 다시 레이블링하는 비트 스트링을 송신한다. 상기 접근법을 사용하여, 제1 및 제2 사용자는 채널을 지속적으로 측정하고, 해당 측정된 채널을 통신하기 위해 작은 서브세트의 비트들만을 송신할 수 있다.

알려진 MOPRO 시스템들에서, 가능한 채널 행렬들의 이전에 합의된 코드북(이는 공개되어 있고, 따라서 도청자에게도 알려져 있음)은 다음과 같이 사용된다: 제1 사용자가 채널 벡터에 의도적인 "회전(rotation)"을 적용하므로, 제2 사용자가 코드북으로부터 선택하는 행렬에 대응하는 비트들로 응답할 때, - 해당 회전을 알지 못하는 - 도청자는 정보를 추출할 수 없게 된다. 그러나, 알려진 MOPRO 시스템들은 도청자들에게 취약한 상태로 유지될 수 있는데, 왜냐하면 도청자가 제1 및 제2 사용자 중 한 명과 물리적으로 충분히 가까운 수신기를 갖는 경우, 해당 도청자는 비밀 비트들의 절반을 복구할 수 있고, 도청자가 제1 및 제2 사용자 모두와 물리적으로 충분히 가까운 수신기를 갖는 경우, 해당 도청자는 비트들 전부를 복구할 수 있기 때문이다. 본 명세서에서 설명되는 실시예들은, 예를 들어, MOPRO 알고리즘에 대한 수정을 통해 구현되는 알려진 MOPRO 시스템들에 대한 개선을 나타내며, 여기서 제1 사용자에 의해 적용된 채널 벡터에 대한 회전은, 제2 사용자에 의해, 제1 사용자에게 다시 에코되고, 이에 의해 도청으로부터 모든 비트들을 보호할 수 있다.

UBDM과 물리적 레이어 보안의 결합

MIMO 검토

단일 서브캐리어가 있는 OFDM 시스템을 고려하도록 한다. 송신기는 t개의 안테나를 갖고, 수신기는 r개의 안테나를 갖는다. 모든 t개의 송신 안테나가 동시에 (동일한 주파수에서) 고유한 심볼을 송신하여, 송신기 n이 심볼 b_n을 송신한다고 가정한다. 이것들은 벡터

로 정렬될 수 있다(

는 본 명세서에서 시퀀스라고도 지칭된다는 점에 유의하도록 한다). r개의 수신 안테나는 각각 이러한 심볼들 각각을 일부 선형 조합으로 수신할 것이다. 즉, 수신기들 r₁,...,r_r은 다음을 수신할 것이다.

전술한 내용은 다음 행렬 방정식으로 정렬될 수 있다.

여기서,

와 같다.

행렬 H는 "채널 행렬(channel matrix)" 또는 "채널 표현(channel representation)"이라고 지칭될 수 있다. 시퀀스

(또는 "트레이닝 시퀀스(training sequence)")가 수신기에 알려진 경우, 수신기는 시퀀스

를 사용하여 채널 행렬 H 전체를 복구할 수 있다. 예를 들어, 트레이닝 시퀀스의 송신이 실제로 동시적이지 않고 오히려 수신기가 제1 송신 안테나로부터의 b₁을 먼저 송신하는 경우, 수신기는 (값 b₁을 알고 있다는 사실에 의해) H의 제1 열을 결정할 수 있다. 그런 다음, 수신기는 제2 송신 안테나로부터 b₂를 수신하고, 수신기는 차례로 H의 제2 열을 결정한다. 시퀀스 b의 각각의 b_n에 대해 유사한 절차가 발생할 수 있다.

다음으로, 다음과 같은 H의 특이 값 분해(singular value decomposition)를 고려하도록 한다:

. H가 rxt 행렬인 경우, U는 rxr 유니터리 행렬이고, V는 txt 유니터리 행렬이고, V^*는 V의 켤레 전치(conjugate transpose)이고, D는 특이 값(singular value)들을 포함하는 대각 행렬(diagonal matrix)이다. 높은 확률로, H는 랭크

을 갖고, 따라서 D는 제1

값들이 양의 실수 값들인 행렬이 될 것이다. 더 일반적으로, H의 랭크는 채널의 용량(capacity)을 결정한다. 랭크는 송신기와 수신기 사이에서 동시에 송신될 수 있는 독립 채널들의 수와 동일하다.

MIMO 프리코딩

"Alice"와 "Bob"이 모두 MIMO 시스템을 사용하고 있다고 가정하도록 하며, 여기서 "Alice"는 t개의 안테나를 갖는 송신기를 지칭하고, "Bob"은 r개의 안테나를 갖는 수신기를 지칭한다. 이상적으로, Alice와 Bob이 모두 채널 행렬 H에 대한 완전한 지식을 갖는 경우, 이들은 모두 특이 값 분해(singular value decomposition)(SVD)를 수행하고

를 획득할 수 있다. 이러한 상황 하에서, Alice가 Bob에게 데이터를 송신하기 시작할 때, Alice는 먼저 자신의 송신

에 행렬 V를 사전-곱셈(pre-multiply)할 수 있었다. 즉, Alice는

를 송신하는 대신,

를 송신한다. 채널(channel)을 통해 송신된 후, 신호

가 다음의 형태로 Bob에 의해 수신된다.

그런 다음, Bob은 "사후-곱셈(post-multiplication)"(

에

을 곱하며, 여기서

는 U의 켤레 전치임)을 수행하여 다음을 획득할 수 있다.

그런 다음, 스칼라 특이 값들은 나눠질 수 있다.

실제로, 앞의 절차가 항상 실용적인 접근법이진 않은데, 예를 들어, Alice는 Bob에게 트레이닝 시퀀스를 송신하고, Bob은 채널 SVD를 계산하고 Alice에게 우측 특이 벡터들 V의 전체 행렬을 다시 전송한 다음, Alice는 사전-곱셈을 수행한다. 채널에 대한 업데이트가 필요하거나 원해질 때마다 전체 행렬 U를 Alice에게 다시 전송하는 것은 엄청나게 많은 계산 비용과 대역폭을 소모할 수 있다. 따라서, 아래에서 설명되는 바와 같이, 최소 피드백 접근법이 대안적으로 사용될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 송신하기 전에, Alice와 Bob은 F_i로 표시되는 유니터리 행렬들의 코드북에 합의할 수 있다. 이러한 행렬들을 인덱싱하는 데 c 비트가 사용된다고 가정하면, 2^c개의 행렬이 있고 인덱스 i는

에서 실행된다. Bob은 Alice가 그녀의 송신들을 진정한(true)/정확한 우측 특이 벡터들 V로 사전-곱셈하도록 요청하고 싶을 수 있다. 그러나, Alice에 대한 요청은 비실용적일 수 있기 때문에, Bob은 대신에 V에 가장 가까운(즉, 가장 근사한) 유니터리 행렬을 코드북으로부터 선택할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "가장 가까운(closest)" 유니터리 행렬은 MIMO 채널의 용량을 최대화하는 유니터리 행렬을 지칭할 수 있으며, 여기서 MIMO 채널의 용량 C는 다음 방정식에 의해 정의될 수 있으며, 여기서

는 항등 행렬이고, S/N은 신호-대-노이즈 비이고, H는 채널 표현(또는 행렬)이고,

는 H의 켤레 전치이다.

F_i에 의한 사전-곱셈은 채널 표현을 H로부터 HF_i로 수정하는 결과를 가져온다. 따라서, Bob은 용량을 최대화하는 "최적의(optimal)" 행렬 F_i를 선택한다.

Alice에게 전체 행렬 F_i를 다시 전송하기보다는, Bob은 대신에 c-비트 값인 인덱스 i만 다시 Bob에게 전송할 수 있다. Alice는 코드북에 대한 액세스를 갖기 때문에(예를 들어, 이것은 공개되어 있기 때문에), 그녀의 송신을 위한 데이터에 행렬 F_i를 사전-곱셈하고 결과적인 곱(product)을 송신한다. 차례로, Bob은 우측 특이 벡터들이 효과적으로 제거된 메시지를 수신할 수 있고, 수신된 메시지에

를 사후-곱셈하여 좌측 특이 벡터들을 제거한 다음, 특이 값들을 스케일링할 수 있다. 채널을 단순화하기 위한 이러한 접근법은 MIMO 송신의 "프리-코딩(pre-coding)"이라고 지칭될 수 있는데, 왜냐하면 Alice가 그녀의 데이터를 송신하기 전에, 알려진 인덱싱을 갖는 행렬들의 코드북(또는 "룩-업 테이블(look-up table)")으로부터의 "코드"(행렬 F_i)로 "코딩"하고 있기 때문이다.

MIMO -OFDM 프리코딩 ( MIMO -OFDM Precoding )(MOP)

송신되고 있는 데이터에 도청자("Eve")가 액세스할 수 없으면서 Alice와 Bob 사이의 안전한 정보 교환을 용이하게 하기 위해 위에서 설명된 프리코딩 기술에 물리적 레이어 보안이 적용될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 물리적 레이어 보안은 안전한 통신들을 보장하기 위해 통신 채널의 물리적 세부 사항들을 사용하는 것을 지칭한다. 일부 구현들에서, H_AB로 표시되는 Alice와 Bob 사이의 채널 행렬 및 Bob과 Alice 사이의 채널 행렬(동일한 대역폭에 있다고 가정됨) H_BA는 "채널 상호성(channel reciprocity)"을 따르며, 이는

임을 의미한다(여기서, "T" 위첨자는 행렬 전치(matrix transpose)를 의미한다). 반면에, Eve의 수신기가 Alice 또는 Bob과 물리적으로 매우 가깝지 않은 경우, Eve와 Alice 사이의 채널

및 Eve와 Bob 사이의 채널

은

과 상당히 상이하다. 이것은, Alice와 Bob이, 그들 사이의 물리적 채널 덕분에, Eve가 그들의 메시지들을 판독하지 않으면서 그들이 통신에 이용할 수 있는 공유 비밀을 갖고 있음을 의미한다.

MOP에 의해 사용되는 접근법은 다음과 같다: 위에서 논의된 바와 같이, Alice와 Bob은, 송신하기 전에, 유니터리 행렬들의 c-비트 코드북에 합의한다. 코드북이 공개되어 있다고 가정하면, Eve도 그 내용을 알고 있는 것으로 추정된다. 송신 시간에, Alice는 Bob에게 알려진 신호/시퀀스(Bob과 Eve를 포함한 모든 사람에게 알려짐)

를 송신한다. Bob은 채널을 통해

를 수신하고, 따라서 변환된 신호

를 수신한다. 한편, Eve는

를 수신한다. 이것은 Eve에게 그녀와 Alice 사이의 전체 채널 정보를 제공하지만,

에 대해 아무 것도 알려주지 않으므로, 그녀는 Alice와 Bob이 계산할 행렬들 F_i 및 F_j를 알지 못한다.

그런 다음, Bob은 코드북을 사용하여 최적의 프리-코딩 행렬 F_i 및 최적의 포스트-코딩(post-coding) 행렬 F_j를 식별한다. 그런 다음, 인덱스 i 및 인덱스 j에 대응하는 비트들이 Bob과 Alice가 공유할 키의 비트들로서 Bob에 의해 저장된다. 그런 다음, Bob은 Alice가 자신에게 전송한 것과 동일한 시퀀스일 수도 있고 아닐 수도 있는 알려진 시퀀스(Eve를 포함한 모든 사람에게 알려짐)를 Alice에게 다시 송신한다. Alice는 채널

를 통해 Bob에 의해 전송된 시퀀스를 수신하고, 이를 사용하여 최적의 행렬들 F_i 및 F_j도 계산한다. 채널 상호성을 가정하면, Alice와 Bob은 최적의 프리-코딩 및 포스트-코딩 행렬들의 인덱스들에 합의할 것이고, 따라서 공유 비밀을 확립할 것이다. 시스템 설계에 따라, 모든 서브캐리어 또는 서브캐리어들의 그룹에 대해 전술한 절차를 따를 수 있다.

전술한 절차와 연관된 두 가지 잠재적인 보안 취약점은 Eve가 물리적 고려 사항들을 통해 채널 H_AB를 추측할 수 있거나, 또는, 예를 들어,

가 되도록 자신의 수신기를 Alice 또는 Bob에게 물리적으로 충분히 가깝게 이동시킬 수 있다는 것이다. Eve가 Alice와 Bob 사이의 채널에 대한 적당한 근사값이라도 획득하는 경우, 시스템의 보안은 크게 감소될 수 있다.

MOPRO

MOPRO는 위에서 언급된 보안 취약점들을 어드레싱하는 수정된 회전된 버전의 MOP이다. MOPRO에서는, MOP에서와 같이, Alice와 Bob이 사전에 c-비트 코드북에 합의하고, 이 코드북은 공개될 수 있고 Eve에게 알려질 수 있다. 송신 시간에, Alice는 랜덤 유니터리 행렬 G를 선택한다. 이 행렬은 Alice에게는 알려져 있지만, Bob과 Eve에게는 알려져 있지 않다. Alice는 공개적으로 알려진 시퀀스

에 G를 곱하고, 결과(

)를 Bob에게 송신한다. 차례로, Bob은

를 수신한다. 따라서, Bob은 채널을 판독할 때, H 대신에 유효 채널 표현

를 볼 것이다. Bob이 유효 채널의 SVD를 계산할 때, G는 유니터리로 선택되었기 때문에, 채널의 우측 특이 벡터들에만 영향을 미친다. 즉,

인 경우,

이다. Bob은 U에 의해 제공될 좌측 특이 벡터들,

에 의해 제공될 우측 특이 벡터들, 및 D에 의해 제공될 특이 값들을 결정할 것이다. 이 스테이지에서, Eve는

를 수신하였다. Eve는

는 알지만, G 또는

는 알지 못한다. Alice와 Eve 사이의 진정한 채널이

인 경우, Eve가 할 수 있는 최선의 방법은 SVD를 취하여 정확한 좌측 특이 벡터들

및 정확한 특이 값들

를 찾는 것이지만, Eve는 정확한 우측 특이 벡터들

를 결정할 수 없으며, 이는

의 속성들보다 훨씬 적다.

다음으로, Bob은 본 명세서에서 인덱스 n으로 표시되는 c 비트의 비밀을 선택하고, 코드북으로부터 행렬 F_n을 선택한다. 그런 다음, Bob은 어떤 알려진 시퀀스

(다시 말하지만, 이것은 Alice, Bob 및 Eve에게 공개적으로 알려져 있으며, 적절한 경우,

와 동일할 수 있음)를 송신하되, 먼저 F_n을 곱한 다음, U^*를 곱한다(U^*는 에르미트 켤레(Hermitian conjugate)가 아닌 U의 복소 켤레를 나타낸다). 즉, Bob은

를 송신한다. Alice가 Bob의 송신을 수신할 때는, 채널 표현 H_BA가 이에 대해 조치를 취한 후일 것이다. 결과적으로, Alice는

를 수신하고, 이로부터 유효 채널

을 결정할 수 있다. 그러나, 채널 상호성

으로 인해, 다음을 산출한다.

방정식 0.0.8의 관점에서, Alice는 SVD를 결정할 때, 좌측 특이 벡터들에 대해 V^*를 획득하고 우측 특이 벡터들에 대해 F_n을 획득할 것이다. 그런 다음, Alice는 코드북을 참조하여 F_n의 인덱스를 식별하고, 이 인덱스에 기초하여, Bob에 의해 발생된 비밀 값을 결정할 수 있다. MOP(채널로부터 공유 비밀 비트들이 판독된 경우)와 달리, MOPRO에서는, Bob이 비밀 비트들을 발생시키고, 이들을 채널 표현에 임베딩한다는 점에 유의하도록 한다. 이 스테이지에서, Eve는 유효 채널 표현

은 수신하였지만, U, F_n 또는 H_BE를 알지 못하므로, F_i 행렬들을 모두 소진하더라고, Bob이 어느 F_i를 송신했는지 컨펌할 수 없을 것이다.

다음으로, Alice는 공개적으로 알려진 시퀀스(제1 시퀀스

와 동일할 수 있음)를 취하고, 코드북에서 인덱스 n'에 대응하는 그녀 자신의 비밀 메시지를 선택하고, Bob에게 메시지

를 송신한다. 그런 다음, Bob은

를 수신하고, 이로부터

를 획득한다. 이 결과로부터, Bob은 SVD를 취하고, 우측 특이 벡터들을 결정하고, 결과적인 F_n _'의 인덱스를 룩업하여, 그와 Alice 사이에 또 다른 c 비트의 공유 비밀을 생성할 수 있다. 다시 말하지만, Eve는 이 정보 중 어떤 것도 판독할 수 없다. 이제, Alice와 Bob은 각각 비밀 비트들 n, n'에 대응하는 2c개의 공유 비밀 비트를 갖는다. 그들은 각각의 서브캐리어에 대해 유사한 절차를 수행하여, 2Nc 비트를 생성할 것이다. 이 절차는 Alice와 Bob이 충분한 비트 수를 가질 때까지 반복될 수 있다.

Eve의 수신기가

가 되도록 Alice와 물리적으로 충분히 가깝다고 가정한다. 제1 송신의 결과로서, Alice가 Bob에게

를 송신할 때, Eve는

를 수신할 것이다. Eve는

는 알고 있지만, H_AE 또는 G는 알지 못하므로,

로부터, H_AE의 좌측 특이 벡터들 및 특이 값들만 획득할 수 있다. 다음 송신의 결과로서, Bob이 Alice에게

를 다시 송신할 때, Eve는

를 수신할 것이지만,

이기 때문에, Eve는

를 획득할 수 있다. 따라서, Eve는 인덱스 n(뿐만 아니라 행렬 V)에 포함된 비밀 정보를 복구할 수 있다. 그런 다음, Alice가 Bob에게

를 다시 송신할 때, Eve는

를 수신하고, 이로부터 Eve는 행렬

를 획득할 수 있다. Eve는 H_AE의 좌측 특이 벡터들 및 특이 값들 및 행렬 V는 알고 있지만, H_AE의 우측 특이 벡터들은 알지 못하므로, 따라서 행렬 F_n을 추출할 수 없으며, 비밀 키의 후반부도 획득할 수 없다. 유사하게, Eve의 수신기가 Bob과 물리적으로 충분히 가까운 경우, Eve는 인덱스 n'에 대응하는 비밀 비트들은 획득할 수 있지만, n으로 인덱싱된 비밀 비트들은 획득할 수 없다.

따라서, Eve의 수신기가 Alice 또는 Bob과 물리적으로 충분히 가깝지 않은 경우, 그녀는 비밀 비트들 중 어떤 것도 획득할 수 없다. Eve의 수신기가 Alice 또는 Bob과 물리적으로 충분히 가까운 경우, 그녀는 비밀 비트들의 절반을 정확히 획득할 수 있다. Eve의 수신기가 Bob과 Alice 모두와 동시에 물리적으로 충분히 가까운 경우, Eve는 불행히도 모든 비밀 비트들을 복구할 수 있다.

향상된 MOPRO

본 명세서에서 설명되는 향상된 MOPRO 방법들은 MOPRO 알고리즘을 수정함으로써 알려진 MOPRO 시스템들과 비교할 때 보안을 향상시켜, 제2 송신 단계에서(예를 들어, 위의 예에서, Bob이 Alice에게 다시 응답할 때), Bob이 그의 송신기들에 행렬을 적용하여 송신하기 전에 행렬

의 우측 곱셈(right multiplication)을 추가하고, 이에 의해 Eve가 얼마나 많은 채널 정보를 가지고 있는지에 관계없이 송신된 정보 중 임의의 것을 복구하는 것을 방지할 수 있다.

일부 실시예들에서, 수정된 MOPRO 방법은 (MOPRO에서와 같이) Alice와 Bob이

의 범위에 있는 인덱스 i에 대한 유니터리 행렬들 F_i의 공개적으로 알려진 코드북에 사전에 합의하는 것으로 시작하며, 여기에는 2^c개의 행렬이 존재한다. 제1 송신에서, Alice는 랜덤 비밀 유니터리 행렬 G를 선택하고, 공개적으로 알려진 메시지

와 함께

를 송신한다. 차례로, Bob은

를 수신하고, 이로부터 Bob은 좌측 특이 벡터들 U, 특이 값들 D, 유효 우측 특이 벡터들

를 판독할 수 있다.

다음으로, Bob은 c 비트의 자신의 비밀 메시지를 식별하고, 대응하는 c 비트 인덱스(본 명세서에서는 n으로 표시됨)를 찾고, 공개적으로 알려진 코드북에서 유니터리 행렬 F_n을 룩업하고, 행렬

을 구성한다. 그러나, 송신하기 전에, Bob은 행렬

에

를 우측 곱하여

를 획득할 수 있다. 그런 다음, Bob은

를 송신하며, 여기서

는 일부 공개적으로 알려진 시퀀스이다. Alice는 채널 H_BA 왜곡에 의해 수정된 Bob의 송신을 수신하고, 다음과 같은 행렬을 결정한다.

이 시점에서, Alice는 SVD를 수행하고, 좌측 특이 벡터들 V^*, 특이 값들 D 및 유효 우측 특이 벡터들

를 복구할 수 있다. 또한, Alice는 V(좌측 특이 벡터들) 및 G(처음에 발생시켰기 때문)를 알고 있기 때문에, 우측 특이 벡터들

에

를 곱하여 F_n을 복구할 수 있다. 다음으로, Alice는 코드북에서 이 행렬을 룩업하고, 인덱스 n에 대응하는 비밀 비트들을 판독한다. 이 시점에서, Alice는 Bob에게 어떤 다른 것도 송신할 필요가 없다. Bob과 Alice 사이에서 충분한 수의 비트가 전달되었을 때까지, Bob은 동일한 방식으로 비밀들을 계속 전송할 수 있다(예를 들어, 채널은 정적이거나 또는 실질적으로 정적이라고 가정한다).

일부 실시예들에서, 비밀 발생은 Alice와 Bob 모두에 의해 수행될 수 있으며, 이 경우 처음 2개의 송신은 다음을 포함할 수 있다: (1) Alice가 Bob에게

를 전송한 후, (2) Bob이 Alice에게

를 전송한다. 즉, 제1 기간 동안, Alice는 Bob에게 G₁을 전송하고, Bob은

를 수신하고, SVD를 계산하여 U, D 및

를 획득한다. 그런 다음, 제2 기간 동안, Bob은 Alice에게 G₂를 송신하고, Alice는

를 수신한다. 그런 다음, Alice는 SVD를 계산하여 V^*, D 및

를 획득한다. 제3 기간 동안, Alice는 인덱스 n₁에 대응하는 c개의 비밀 비트를 선택하고, Bob에게

를 송신한다. Bob은

를 수신하고, 이로부터 Bob은 SVD를 계산하고, U, D 및

를 획득한다. 그런 다음, Bob은 G₂ 및 U에 대한 자신의 지식을 사용하여 F_n1을 결정한다. 그런 다음, 제4 기간 동안, Bob은 인덱스 n₂에 대응하는 자신 소유의 c개의 비밀 비트를 선택하고, Alice에게

를 송신한다. Alice는

를 수신하고, 이로부터 Bob이 n₁을 복구하는 것과 동일한 방식으로 n₂를 복구한다. Alice와 Bob은 전술한 절차를 사용하여 비밀 비트들의 전송과 수신을 계속 교대할 수 있으며, 심지어 Eve의 수신기가 Alice 및/또는 Bob과 물리적으로 매우 가깝더라도, 그녀는 비밀 정보 중 어떤 것도 복구할 수 없을 것이다.

도 8은 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하는 통신 시스템의 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, PLS 통신 시스템(801)은 통신 매체(814)(예를 들어, 자유 공간, 다중 경로 무선 환경 등)를 통해 서로 통신 가능하게 커플링되는 제1 세트의 통신 디바이스들(813) 및 제2 세트의 통신 디바이스들(815)을 포함한다. 제1 세트의 통신 디바이스들(813)은 제1 프로세서(811)에 통신 가능하게 커플링되고, 제2 세트의 통신 디바이스들(815)은 제2 프로세서(816)에 통신 가능하게 커플링된다. 제1 프로세서(811)는 메모리(812)에 동작 가능하게 커플링되고, 제2 프로세서(816)는 메모리(812)에 동작 가능하게 커플링된다. 제1 프로세서(811) 및 제2 프로세서(816) 각각은 공개적으로 액세스 가능할 수 있는 유니터리 행렬들의 코드북(820)을 저장하는 스토리지 리포지토리에 동작 가능하게 커플링된다. PLS 통신 시스템(801)의 동작 동안, 프로세서(811)는 제1 인코딩된 벡터를 생성하고, 통신 매체(814)의 통신 채널을 통해 제2 세트의 통신 디바이스들(815)에 제1 인코딩된 벡터를 송신한다. 통신 채널은 송신 동안 제1 인코딩된 벡터에 채널 변환을 적용하고, 이에 의해 변환된 신호를 생성한다. 제2 프로세서(816)는 변환된 신호를 수신하고, 그 유효 채널 표현/행렬을 결정하고, 유효 채널의 좌측 및 우측 특이 벡터들을 식별한다. 제2 프로세서(816)는 메시지에 기초하여 유니터리 행렬들의 코드북(820)으로부터 프리코딩 행렬을 선택하고, 제2 알려진 벡터, 프리코딩 행렬, 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터를 생성한다. 그런 다음, 제2 프로세서(816)는 메시지의 식별을 위해 제1 세트의 통신 디바이스들(813)에 제2 인코딩된 벡터를 전송한다.

도 9는 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하여 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 방법(900)은, 단계(902)에서, 제1 통신 디바이스를 통해 그리고 제1 프로세서에서, 제1 인코딩된 벡터 및 채널 변환을 나타내는 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 제1 프로세서는, 단계(904)에서, 수신된 신호에 기초하여 유효 채널의 표현을 검출하고, 단계(906)에서, 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 유효 채널의 표현의 좌측 특이 벡터들 및 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별한다. 단계(908)에서, 제1 프로세서는 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬을 선택하며, 프리코딩 행렬은 송신을 위한 메시지에 대한 인덱스와 연관된다. 제1 프로세서는, 단계(910)에서, 알려진 벡터, 프리코딩 행렬, 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터를 생성하고, 단계(912)에서, 제2 통신 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제2 프로세서에서의 메시지의 식별을 위해, 제2 통신 디바이스에, 통신 채널을 통해, 제2 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신한다.

도 10은 실시예에 따른 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하여 통신하는 방법을 예시하는 흐름도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 방법(1000)은, 단계(1002)에서, 제1 통신 디바이스의 제1 프로세서를 통해, 제1 알려진 벡터 및 유니터리 행렬을 사용하여 제1 인코딩된 벡터를 발생시키는 단계를 포함한다. 단계(1004)에서, 송신 동안 제1 신호에 채널 변환을 적용하는 통신 채널을 통해 제2 통신 디바이스에 제1 인코딩된 벡터를 나타내는 제1 신호가 송신된다. 제2 통신 디바이스로부터 (단계(1006)에서) 제1 프로세서에서 제2 인코딩된 벡터 및 채널 변환을 나타내는 제2 신호가 수신되고, 단계(1008)에서, 제1 프로세서는 제2 신호에 기초하여 유효 채널의 표현을 검출한다. 제1 프로세서는, 단계(1010)에서, 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별하고, 단계(1012)에서, 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들 및 유니터리 행렬에 기초하여 제2 신호와 연관된 메시지를 식별하기 위해 유니터리 행렬들의 코드북을 쿼리한다.

일부 실시예들에서, 물리적 레이어 보안을 갖는 UBDM 또는 OFDM을 사용하는 통신 방법은 복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 임의의 변환을 적용하는 단계를 포함한다. 임의의 변환은 유니터리 변환, 등각 타이트 프레임(ETF) 변환, 또는 거의 등각 타이트 프레임(NETF) 변환 중 하나를 포함한다. 임의의 변환을 사용하여, 복수의 변환된 벡터들로부터의 적어도 하나의 변환된 벡터에 기초하여 변환된 신호가 생성된다. 변환된 신호는, 통신 채널을 통해, 변환된 신호를 검출하도록 구성되는 신호 수신기에 송신된다. 임의의 변환, 및 통신 채널의 위치-특정 물리적 특성 또는 통신 채널의 디바이스-특정 물리적 특성 중 하나에 기초하여 신호 수신기에서 복수의 벡터들을 복구하기 위해, 신호 수신기에 임의의 변환을 나타내는 신호가 제공된다.

다양한 실시예들이 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시되었고 제한이 아님을 이해해야 한다. 위에서 설명된 방법들 및/또는 개략도들이 특정 순서대로 발생하는 특정 이벤트들 및/또는 흐름 패턴들을 나타내는 경우, 특정 이벤트들 및/또는 흐름 패턴들의 순서가 수정될 수 있다. 실시예들이 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 형태 및 세부 사항들의 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

다양한 실시예들이 특정 특징들 및/또는 컴포넌트들의 조합들을 갖는 것으로 설명되었지만, 다른 실시예들은 위에서 논의된 바와 같은 실시예들 중 임의의 것으로부터 임의의 특징들 및/또는 컴포넌트들의 조합을 갖는 것이 가능하다.

본 명세서에서 설명되는 일부 실시예들은 다양한 컴퓨터-구현 동작들을 수행하기 위한 명령어들 또는 컴퓨터 코드를 갖는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(또한 비-일시적 프로세서 판독 가능 매체라고도 지칭될 수 있음)를 갖는 컴퓨터 스토리지 제품에 관한 것이다. 컴퓨터 판독 가능 매체(또는 프로세서 판독 가능 매체)는 일시적인 전파 신호들 자체(예를 들어, 공간 또는 케이블과 같은 송신 매체 상에서 정보를 운반하는 전파 전자기파)를 포함하지 않는다는 점에서 비-일시적이다. 매체 및 컴퓨터 코드(코드로도 지칭될 수 있음)는 특수 목적 또는 목적들을 위해 설계 및 구성되는 것들일 수 있다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 예들은 하드 디스크들, 플로피 디스크들 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체; 컴팩트 디스크/디지털 비디오 디스크들(CD/DVD들), CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)들, 및 홀로그램 디바이스들과 같은 광학 저장 매체; 광학 디스크들과 같은 광자기(magneto-optical) 저장 매체; 반송파 신호 프로세싱 모듈들; 및 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)들, 프로그램 가능 로직 디바이스(PLD)들, 판독 전용 메모리(ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스들과 같이 프로그램 코드를 저장하고 실행하도록 구체적으로 구성되는 하드웨어 디바이스들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 다른 실시예들은, 예를 들어, 본 명세서에서 논의된 명령어들 및/또는 컴퓨터 코드를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품과 관련된다.

본 개시내용에서, 단수로 된 아이템들에 대한 참조들은, 달리 명시적으로 언급되거나 문맥상 명백하지 않는 한, 복수로 된 아이템들을 포함하고, 그 반대도 가능함을 이해해야 한다. 문법적 접속사들은, 달리 언급되거나 문맥상 명백하지 않는 한, 접속된 절들, 문장들, 단어들 등의 임의의 및 모든 이접 및 접속 조합들을 표현하는 것으로 의도된다. 따라서, 용어 "또는"은 일반적으로 "및/또는" 등을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 제공된 임의의 및 모든 예들 또는 예시적인 언어("예를 들어", "와 같은", "포함하는(including)" 등)의 사용은 단지 실시예들을 더 잘 예시하기 위해 의도되며, 실시예들 또는 청구항들의 범위에 대한 제한을 가하지 않는다.

본 명세서에서 설명된 일부 실시예들 및/또는 방법들은 소프트웨어(하드웨어에서 실행), 하드웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 하드웨어 모듈들은, 예를 들어, 범용 프로세서, 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 및/또는 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈들(하드웨어에서 실행)은 C, C++, Java™, Ruby, Visual Basic™ 및/또는 기타 객체-지향, 절차적 또는 기타 프로그래밍 언어 및 개발 도구들을 포함하여 다양한 소프트웨어 언어들(예를 들어, 컴퓨터 코드)로 표현될 수 있다. 컴퓨터 코드의 예들은 마이크로-코드 또는 마이크로-명령어들, 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 머신 명령어들, 웹 서비스를 생성하는 데 사용되는 코드, 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 상위-레벨 명령어들을 포함하는 파일들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 실시예들은 명령형 프로그래밍 언어들(예를 들어, C, Fortran 등), 기능적 프로그래밍 언어들(Haskell, Erlang 등), 논리형 프로그래밍 언어들(예를 들어, Prolog), 객체-지향 프로그래밍 언어들(예를 들어, Java, C++ 등) 또는 기타 적절한 프로그래밍 언어 및/또는 개발 도구들을 사용하여 구현될 수 있다. 컴퓨터 코드의 추가 예들은 제어 신호들, 암호화된 코드 및 압축된 코드를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

Claims

시스템으로서,
유니터리 행렬(unitary matrix)들의 코드북에 대한 액세스를 갖는 제1 복수의 통신 디바이스들;
상기 유니터리 행렬들의 코드북에 대한 액세스를 갖는 제2 복수의 통신 디바이스들;
상기 제1 복수의 통신 디바이스들에 동작 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 프로세서 - 상기 적어도 하나의 프로세서는,
제1 알려진 벡터 및 유니터리 행렬을 사용하여, 제1 인코딩된 벡터를 생성하고,
통신 채널을 통해, 상기 제2 복수의 통신 디바이스들에 상기 제1 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신하도록 - 상기 통신 채널은 송신 동안 상기 제1 인코딩된 벡터에 채널 변환(channel transformation)을 적용함 -
구성됨 -; 및
상기 제2 복수의 통신 디바이스들에 동작 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 프로세서 - 상기 적어도 하나의 프로세서는,
상기 채널 변환에 의해 변환된 제1 인코딩된 벡터의 버전을 포함하는 변환된 신호를 수신하고,
상기 변환된 신호에 기초하여 유효 채널(effective channel)의 표현(representation)을 검출하고 - 상기 유효 채널은 상기 통신 채널과 연관됨 -,
상기 유효 채널의 표현의 특이 값 분해(singular value decomposition)를 수행하여 상기 유효 채널의 표현의 좌측 특이 벡터(left singular vector)들 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터(right singular vector)들을 식별하고,
송신을 위한 메시지에 기초하여 상기 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬(precoding matrix)을 선택하고 - 상기 프리코딩 행렬은 송신을 위한 메시지에 대한 인덱스와 연관됨 -,
제2 알려진 벡터, 상기 프리코딩 행렬, 상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레(complex conjugate), 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터를 생성하고,
상기 메시지의 식별을 위해 상기 제1 복수의 통신 디바이스들에, 상기 통신 채널을 통해, 상기 제2 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신하도록
구성됨 -
를 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 통신 디바이스들 또는 상기 제2 복수의 통신 디바이스들 중 적어도 하나는 복수의 안테나 어레이들을 포함하고, 상기 제1 복수의 통신 디바이스들 및 상기 제2 복수의 통신 디바이스들은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output)(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 복수의 통신 디바이스들에 동작 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 프로세서는,
상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레에 상기 프리코딩 행렬을 곱하여 중간 행렬(intermediate matrix)을 생성하고,
상기 중간 행렬에 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 우측 곱하여(right multiplying) 상기 제2 인코딩된 벡터를 생성함으로써,
상기 제2 인코딩된 벡터를 생성하도록 구성되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유니터리 행렬들의 코드북은 공개적으로 액세스 가능한, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프리코딩 행렬은 제1 프리코딩 행렬이고, 상기 메시지는 제1 메시지이고, 상기 인덱스는 제1 인덱스이고, 상기 제2 복수의 통신 디바이스들에 동작 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 프로세서는,
상기 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 제2 프리코딩 행렬을 선택하고 - 상기 제2 프리코딩 행렬은 송신을 위한 제2 메시지에 대한 제2 인덱스와 연관됨 -,
제3 알려진 벡터, 상기 제2 프리코딩 행렬, 상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제3 인코딩된 벡터를 생성하고,
상기 제2 메시지의 식별을 위해 상기 제1 복수의 통신 디바이스들에, 상기 통신 채널을 통해, 상기 제3 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신하도록
추가로 구성되는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 복수의 통신 디바이스들에 동작 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 프로세서는 미리 결정된 수의 메시지들이 전송되었을 때까지 상기 제1 복수의 통신 디바이스들에 상기 통신 채널을 통해 복수의 추가 인코딩된 벡터들을 나타내는 신호들을 송신하도록 추가로 구성되는, 시스템.
방법으로서,
제1 통신 디바이스를 통해 그리고 제1 프로세서에서, 제1 인코딩된 벡터 및 채널 변환을 나타내는 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 프로세서를 통해, 상기 수신된 신호에 기초하여 유효 채널의 표현을 검출하는 단계;
상기 제1 프로세서를 통해, 상기 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 상기 유효 채널의 표현의 좌측 특이 벡터들 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별하는 단계;
상기 제1 프로세서를 통해, 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 프리코딩 행렬을 선택하는 단계 - 상기 프리코딩 행렬은 송신을 위한 메시지에 대한 인덱스와 연관됨 -;
상기 제1 프로세서를 통해, 제2 알려진 벡터, 상기 프리코딩 행렬, 상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제2 인코딩된 벡터를 생성하는 단계; 및
제2 통신 디바이스에 동작 가능하게 커플링되는 제2 프로세서에서의 메시지의 식별을 위해, 상기 제2 통신 디바이스에, 통신 채널을 통해, 상기 제2 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신하는 단계
를 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 통신 디바이스 또는 상기 제2 통신 디바이스 중 적어도 하나는 복수의 안테나들을 포함하고, 상기 제1 통신 디바이스 및 상기 제2 통신 디바이스는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성되는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 제2 인코딩된 벡터를 생성하는 단계는,
상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레에 상기 프리코딩 행렬을 곱하여 중간 행렬을 생성하는 단계; 및
상기 중간 행렬에 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 우측 곱하여 상기 제2 인코딩된 벡터를 생성하는 단계
를 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 유니터리 행렬들의 코드북은 공개적으로 액세스 가능한, 방법.
제7항에 있어서, 상기 프리코딩 행렬은 제1 프리코딩 행렬이고, 상기 메시지는 제1 메시지이고, 상기 인덱스는 제1 인덱스이고, 상기 방법은,
상기 유니터리 행렬들의 코드북으로부터 제2 프리코딩 행렬을 선택하는 단계 - 상기 제2 프리코딩 행렬은 송신을 위한 제2 메시지에 대한 제2 인덱스와 연관됨 -,
제3 알려진 벡터, 상기 제2 프리코딩 행렬, 상기 좌측 특이 벡터들의 복소 켤레, 및 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들에 기초하여 제3 인코딩된 벡터를 생성하는 단계; 및
상기 제2 메시지의 식별을 위해 상기 제2 통신 디바이스에, 상기 통신 채널을 통해, 상기 제3 인코딩된 벡터를 나타내는 신호를 송신하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 미리 결정된 수의 메시지들이 전송되었을 때까지 상기 제2 통신 디바이스에 상기 통신 채널을 통해 복수의 추가 인코딩된 벡터들을 나타내는 신호들을 송신하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
방법으로서,
제1 통신 디바이스의 제1 프로세서에서, 제1 알려진 벡터 및 유니터리 행렬을 사용하여 제1 인코딩된 벡터를 발생시키는 단계;
제2 통신 디바이스에 그리고 통신 채널을 통해, 상기 제1 인코딩된 벡터를 나타내는 제1 신호를 송신하는 단계 - 상기 통신 채널은 송신 동안 상기 제1 신호에 채널 변환을 적용함 -;
상기 제2 통신 디바이스로부터 그리고 상기 제1 프로세서에서, 제2 인코딩된 벡터 및 상기 채널 변환을 나타내는 제2 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 프로세서를 통해, 상기 제2 신호에 기초하여 유효 채널의 표현을 검출하는 단계;
상기 제1 프로세서를 통해, 상기 유효 채널의 표현의 특이 값 분해를 수행하여 상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들을 식별하는 단계; 및
상기 유효 채널의 표현의 우측 특이 벡터들 및 상기 유니터리 행렬에 기초하여 상기 제2 신호와 연관된 메시지를 식별하기 위해 유니터리 행렬들의 코드북을 쿼리하는 단계
를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 통신 디바이스 또는 상기 제2 통신 디바이스 중 적어도 하나는 복수의 안테나들을 포함하고, 상기 제1 통신 디바이스 및 상기 제2 통신 디바이스는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 동작들을 수행하도록 구성되는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 유니터리 행렬들의 코드북은 공개적으로 액세스 가능한, 방법.
제13항에 있어서, 상기 제2 통신 디바이스로부터 그리고 상기 제1 프로세서에서, 미리 결정된 수의 메시지들이 수신되었을 때까지 상기 제2 통신 디바이스로부터 상기 통신 채널을 통해 복수의 추가 인코딩된 벡터들을 나타내는 복수의 추가 신호들을 수신하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 프로세서를 통해, 상기 메시지에 대한 인덱스와 연관된 프리코딩 행렬을 검출하는 단계;
상기 프리코딩 행렬에 기초하여 상기 유니터리 행렬들의 코드북을 쿼리하는 단계
를 추가로 포함하는, 방법.
방법으로서,
복수의 변환된 벡터들을 생성하기 위해 복수의 벡터들에 임의의 변환(arbitrary transformation)을 적용하는 단계 - 상기 임의의 변환은 유니터리 변환(unitary transformation), 등각 타이트 프레임(equiangular tight frame)(ETF) 변환, 또는 거의 등각 타이트 프레임(nearly equiangular tight frame)(NETF) 변환 중 하나를 포함함 -;
상기 임의의 변환을 사용하여, 상기 복수의 변환된 벡터들로부터의 적어도 하나의 변환된 벡터에 기초하여 변환된 신호를 생성하는 단계;
통신 채널을 통해, 상기 변환된 신호를 검출하도록 구성되는 신호 수신기에 상기 변환된 신호를 송신하는 단계; 및
상기 임의의 변환, 및 상기 통신 채널의 위치-특정 물리적 특성 또는 상기 통신 채널의 디바이스-특정 물리적 특성 중 하나에 기초하여 상기 신호 수신기에서 상기 복수의 벡터들을 복구하기 위해, 상기 신호 수신기에 상기 임의의 변환을 나타내는 신호를 제공하는 단계
를 포함하는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 변환된 신호를 송신하는 단계는 다중 액세스 통신을 이용하여 수행되는, 방법.