KR20230049667A

KR20230049667A - 통신 시스템에서 양자 키 분배를 위한 패러데이 회전 거울의 편광 왜곡을 보정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20230049667A
Application number: KR1020237007375A
Authority: KR
Inventors: 김자영; 이상림; 이호재; 안병규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2022092815A1; US20240007278A1

Abstract

본 개시는 무선 통신 시스템에서 단말 및 기지국의 동작 방법 및 이를 지원하는 장치를 개시한다. 본 개시의 일 예로서, 통신 시스템에서 제1 장치에 의해 수행되는 방법은, 제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하는 단계, 상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하는 단계, 상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하는 단계, 상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하는 단계, 및 상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 비밀 키를 생성하는 단계는, 양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하는 단계, 패러데이 회전 거울에 반사된 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하는 단계, 상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하는 단계, 상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고, 상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

Description

통신 시스템에서 양자 키 분배를 위한 패러데이 회전 거울의 편광 왜곡을 보정하기 위한 방법 및 장치

이하의 설명은 양자 키 분배(quantum key distribution, QKD)를 지원하는 통신 시스템에 대한 것으로, 패러데이 회전 거울의 편광 왜곡을 보정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 접속 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 접속 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.

특히, 많은 통신 기기들이 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존 RAT(radio access technology)에 비해 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB) 통신 기술이 제안되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 mMTC(massive machine type communications) 뿐만 아니라 신뢰성 (reliability) 및 지연(latency) 민감한 서비스/UE(user equipment)를 고려한 통신 시스템이 제안되고 있다. 이를 위한 다양한 기술 구성들이 제안되고 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울을 이용한 양자 키 분배를 보다 효과적으로 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 추정하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 추가적인 양자 펄스 없이 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 추정 및 보정하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 양자 키 생성을 위해 사용되는 패러데이 회전 거울의 회전각을 조절하기 위한 제어 신호를 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 비밀 키 생성을 위해 수신되는 양자 펄스를 이용하여 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 추정 및 보정하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시는 통신 시스템에서 회전각 오차를 고려하여 보정된 패러데이 회전 거울을 이용하여 결정된 비밀 키에 기반하여 통신을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 개시의 실시 예들로부터 본 개시의 기술 구성이 적용되는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

본 개시의 일 예로서, 통신 시스템에서 제1 장치에 의해 수행되는 방법은, 제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하는 단계, 상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하는 단계, 상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하는 단계, 상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하는 단계, 및 상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 비밀 키를 생성하는 단계는, 양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하는 단계, 상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하는 단계, 상기 펄스로부터 분기된(splited) 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하는 단계, 상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고, 상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

본 개시의 일 예로서, 통신 시스템에서 제1 장치는, 송수신기, 및 상기 송수신기와 연결된 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하고, 상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하고, 상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하고, 상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하고, 상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하도록 제어하며, 상기 프로세서는, 상기 비밀 키를 생성하기 위해, 양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하고, 상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하고, 상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하고, 상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하도록 제어하고, 상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고, 상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

본 개시의 일 예로서, 장치는, 적어도 하나의 프로세서, 상기 적어도 하나의 프로세서와 연결되며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행됨에 따라 동작들을 지시하는 명령어를 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며, 상기 동작들은, 상기 장치가, 다른 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하는 단계, 상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 다른 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하는 단계, 상기 다른 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하는 단계, 상기 다른 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하는 단계, 및 상기 비밀 키를 이용하여 상기 다른 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 비밀 키를 생성하는 단계는, 양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하는 단계, 상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하는 단계, 상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 다른 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하는 단계, 상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함하며, 상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고, 상기 다른 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

본 개시의 일 예로서, 적어도 하나의 명령어(instructions)을 저장하는 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체(computer-readable medium)는, 프로세서에 의해 실행 가능한(executable) 상기 적어도 하나의 명령어를 포함하며, 상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가, 제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하고, 상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하고, 상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하고, 상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하고, 상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하도록 제어하며, 상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가, 상기 비밀 키를 생성하기 위해, 양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하고, 상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하고, 상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하고, 상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하도록 제어하고, 상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고, 상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

상술한 본 개시의 양태들은 본 개시의 바람직한 실시 예들 중 일부에 불과하며, 본 개시의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시 예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 개시의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 개시에 기초한 실시 예들에 의해 하기와 같은 효과가 있을 수 있다.

본 개시에 따르면, 양자 키 분배(quantum key distribution, QKD)를 위해 사용되는 패러데이 회전 거울의 편광 왜곡이 효과적으로 보정될 수 있다.

본 개시의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 개시의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 개시의 기술 구성이 적용되는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시에서 서술하는 구성을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 개시에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 개시에 대한 실시 예들을 제공할 수 있다. 다만, 본 개시의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용 가능한 통신 시스템 예를 도시한다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시에 적용 가능한 무선 기기의 다른 예를 도시한다.
도 4는 본 개시에 적용 가능한 휴대 기기의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시에 적용 가능한 차량 또는 자율 주행 차량의 예를 도시한다.
도 6은 본 개시에 적용 가능한 AI(Artificial Intelligence)의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시에 적용 가능한 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한다.
도 8은 본 개시에 적용 가능한 6G(6th generation) 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한다.
도 9는 본 개시에 적용 가능한 THz 무선 통신 송수신기를 도시한다.
도 10은 본 개시에 적용 가능한 THz 신호 생성 방법을 도시한다.
도 11은 본 개시에 적용 가능한 무선 통신 송수신기를 도시한다.
도 12는 본 개시에 적용 가능한 송신기 구조를 도시한다.
도 13은 본 개시에 적용 가능한 변조기 구조를 도시한다.
도 14는 본 개시에 적용 가능한 양자 암호 통신 시스템의 구조를 도시한다.
도 15는 본 개시에 적용 가능한 PnP(plug and play) 양자 키 분배 시스템의 구조를 도시한다.
도 16은 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울(Faraday rotator mirror)의 구조를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울에서의 편광 회전을 도시한다.
도 18은 본 개시에 적용 가능한 PnP 양자 키 분배 기법에 따라 앨리스에서 송신 가능한 4가지 상태들의 예를 도시한다.
도 19는 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울에서 회전각 오차에 따른 이브(Eve)의 성공 확률을 도시한다.
도 20은 본 개시의 일 실시 예에 따른 양자 키 분배를 지원하는 통신 시스템을 도시한다.
도 21은 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 앨리스(Alice)로 동작하는 장치의 구성을 도시한다.
도 22는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 찰리(Charlie)로 동작하는 장치의 구성을 도시한다.
도 23은 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울을 이용하여 비밀 키를 생성하는 절차의 예를 도시한다.
도 24는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하는 절차의 예를 도시한다.
도 25는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하는 절차의 예를 도시한다.

이하의 실시 예들은 본 개시의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 개시의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 개시의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 개시의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 개시를 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 본 개시의 실시 예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(eNode B), gNB(gNode B), ng-eNB, 발전된 기지국(advanced base station, ABS) 또는 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예들에서 단말(terminal)은 사용자 기기(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 가입자국(subscriber station, SS), 이동 가입자 단말(mobile subscriber station, MSS), 이동 단말(mobile terminal) 또는 발전된 이동 단말(advanced mobile station, AMS) 등의 용어로 대체될 수 있다.

또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크의 경우, 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크의 경우, 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.

본 개시의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템, 3GPP 5G(5^th generation) NR(New Radio) 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 개시의 실시 예들은 3GPP TS(technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 및 3GPP TS 38.331 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예들은 다른 무선 접속 시스템에도 적용될 수 있으며, 상술한 시스템으로 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 3GPP 5G NR 시스템 이후에 적용되는 시스템에 대해서도 적용 가능할 수 있으며, 특정 시스템에 한정되지 않는다.

즉, 본 개시의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하, 본 개시에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 개시의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 개시의 기술 구성이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 본 개시의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 개시의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.

이하 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP 통신 시스템(예, LTE, NR 등)을 기반으로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. LTE는 3GPP TS 36.xxx Release 8 이후의 기술을 의미할 수 있다. 세부적으로, 3GPP TS 36.xxx Release 10 이후의 LTE 기술은 LTE-A로 지칭되고, 3GPP TS 36.xxx Release 13 이후의 LTE 기술은 LTE-A pro로 지칭될 수 있다. 3GPP NR은 TS 38.xxx Release 15 이후의 기술을 의미할 수 있다. 3GPP 6G는 TS Release 17 및/또는 Release 18 이후의 기술을 의미할 수 있다. "xxx"는 표준 문서 세부 번호를 의미한다. LTE/NR/6G는 3GPP 시스템으로 통칭될 수 있다.

본 개시에 사용된 배경기술, 용어, 약어 등에 관해서는 본 발명 이전에 공개된 표준 문서에 기재된 사항을 참조할 수 있다. 일 예로, 36.xxx 및 38.xxx 표준 문서를 참조할 수 있다.

본 개시에 적용 가능한 통신 시스템

이로 제한되는 것은 아니지만, 본 문서에 개시된 본 개시의 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 기기들 간에 무선 통신/연결(예, 5G)을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다. 이하의 도면/설명에서 동일한 도면 부호는 다르게 기술하지 않는 한, 동일하거나 대응되는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 또는 기능 블록을 예시할 수 있다.

도 1은 본 개시에 적용되는 통신 시스템 예를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 개시에 적용되는 통신 시스템(100)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR, LTE)을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(extended reality) 기기(100c), 휴대 기기(hand-held device)(100d), 가전(home appliance)(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI(artificial intelligence) 기기/서버(100g)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량(100b-1, 100b-2)은 UAV(unmanned aerial vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기(100c)는 AR(augmented reality)/VR(virtual reality)/MR(mixed reality) 기기를 포함하며, HMD(head-mounted device), 차량에 구비된 HUD(head-up display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기(100d)는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전(100e)은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기(100f)는 센서, 스마트 미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120), 네트워크(130)는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(120a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.

무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)을 통해 네트워크(130)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(130)를 통해 AI 서버(100g)와 연결될 수 있다. 네트워크(130)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)/네트워크(130)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(120)/네트워크(130)를 통하지 않고 직접 통신(예, 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예, V2V(vehicle to vehicle)/V2X(vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(100f)(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.

무선 기기(100a~100f)/기지국(120), 기지국(120)/기지국(120) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신), 기지국간 통신(150c)(예, relay, IAB(integrated access backhaul))과 같은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기, 기지국과 기지국은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 개시의 다양한 제안들에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예, 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 매핑/디매핑 등), 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.

본 개시에 적용 가능한 무선 기기

도 2는 본 개시에 적용될 수 있는 무선 기기의 예를 도시한다.

도 2를 참조하면, 제1 무선 기기(200a)와 제2 무선 기기(200b)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(200a), 제2 무선 기기(200b)}은 도 1의 {무선 기기(100x), 기지국(120)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.

제1 무선 기기(200a)는 하나 이상의 프로세서(202a) 및 하나 이상의 메모리(204a)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206a) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(202a)는 메모리(204a) 및/또는 송수신기(206a)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202a)는 메모리(204a) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206a)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202a)는 송수신기(206a)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204a)에 저장할 수 있다. 메모리(204a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 프로세서(202a)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204a)는 프로세서(202a)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202a)와 메모리(204a)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208a)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206a)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206a)는 RF(radio frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.

제2 무선 기기(200b)는 하나 이상의 프로세서(202b), 하나 이상의 메모리(204b)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208b)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202b)는 메모리(204b) 및/또는 송수신기(206b)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202b)는 메모리(204b) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206b)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202b)는 송수신기(206b)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204b)에 저장할 수 있다. 메모리(204b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 프로세서(202b)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204b)는 프로세서(202b)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202b)와 메모리(204b)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208b)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206b)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206b)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 개시에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.

이하, 무선 기기(200a, 200b)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 계층(예, PHY(physical), MAC(media access control), RLC(radio link control), PDCP(packet data convergence protocol), RRC(radio resource control), SDAP(service data adaptation protocol)와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(service data unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.

하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuit), 하나 이상의 DSP(digital signal processor), 하나 이상의 DSPD(digital signal processing device), 하나 이상의 PLD(programmable logic device) 또는 하나 이상의 FPGA(field programmable gate arrays)가 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.

하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있다.

하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)를 통해 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.

본 개시에 적용 가능한 무선 기기 구조

도 3은 본 개시에 적용되는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.

도 3을 참조하면, 무선 기기(300)는 도 2의 무선 기기(200a, 200b)에 대응하며, 다양한 요소(element), 성분(component), 유닛/부(unit), 및/또는 모듈(module)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300)는 통신부(310), 제어부(320), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)를 포함할 수 있다. 통신부는 통신 회로(312) 및 송수신기(들)(314)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(312)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 하나 이상의 메모리(204a, 204b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(들)(314)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(206a, 206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)을 포함할 수 있다. 제어부(320)는 통신부(310), 메모리부(330) 및 추가 요소(340)와 전기적으로 연결되며 무선 기기의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보에 기반하여 무선 기기의 전기적/기계적 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(320)는 메모리부(330)에 저장된 정보를 통신부(310)을 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로 무선/유선 인터페이스를 통해 전송하거나, 통신부(310)를 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로부터 무선/유선 인터페이스를 통해 수신된 정보를 메모리부(330)에 저장할 수 있다.

추가 요소(340)는 무선 기기의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 요소(340)는 파워 유닛/배터리, 입출력부(input/output unit), 구동부 및 컴퓨팅부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기(300)는 로봇(도 1, 100a), 차량(도 1, 100b-1, 100b-2), XR 기기(도 1, 100c), 휴대 기기(도 1, 100d), 가전(도 1, 100e), IoT 기기(도 1, 100f), 디지털 방송용 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/기기(도 1, 140), 기지국(도 1, 120), 네트워크 노드 등의 형태로 구현될 수 있다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 이동 가능하거나 고정된 장소에서 사용될 수 있다.

도 3에서 무선 기기(300) 내의 다양한 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 전체가 유선 인터페이스를 통해 상호 연결되거나, 적어도 일부가 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(300) 내에서 제어부(320)와 통신부(310)는 유선으로 연결되며, 제어부(320)와 제1 유닛(예, 130, 140)은 통신부(310)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 또한, 무선 기기(300) 내의 각 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 하나 이상의 프로세서 집합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(320)는 통신 제어 프로세서, 어플리케이션 프로세서(application processor), ECU(electronic control unit), 그래픽 처리 프로세서, 메모리 제어 프로세서 등의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리부(330)는 RAM, DRAM(dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리(flash memory), 휘발성 메모리(volatile memory), 비-휘발성 메모리(non-volatile memory) 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

본 개시가 적용 가능한 휴대 기기

도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기의 예를 도시한다.

도 4는 본 개시에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트 워치, 스마트 글래스), 휴대용 컴퓨터(예, 노트북 등)을 포함할 수 있다. 휴대 기기는 MS(mobile station), UT(user terminal), MSS(mobile subscriber station), SS(subscriber station), AMS(advanced mobile station) 또는 WT(wireless terminal)로 지칭될 수 있다.

도 4를 참조하면, 휴대 기기(400)는 안테나부(408), 통신부(410), 제어부(420), 메모리부(430), 전원공급부(440a), 인터페이스부(440b) 및 입출력부(440c)를 포함할 수 있다. 안테나부(408)는 통신부(410)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 410~430/440a~440c는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응한다.

통신부(410)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(420)는 휴대 기기(400)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(420)는 AP(application processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(430)는 휴대 기기(400)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(430)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(440a)는 휴대 기기(400)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 휴대 기기(400)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(440b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(440c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(440c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(440d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.

일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(440c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장될 수 있다. 통신부(410)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(410)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(430)에 저장된 뒤, 입출력부(440c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 햅틱)로 출력될 수 있다.

본 개시가 적용 가능한 무선 기기 종류

도 5는 본 개시에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량의 예를 도시한다.

도 5는 본 개시에 적용되는 차량 또는 자율 주행 차량을 예시한다. 차량 또는 자율 주행 차량은 이동형 로봇, 차량, 기차, 유/무인 비행체(aerial vehicle, AV), 선박 등으로 구현될 수 있으며, 차량의 형태로 한정되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 차량 또는 자율 주행 차량(500)은 안테나부(508), 통신부(510), 제어부(520), 구동부(540a), 전원공급부(540b), 센서부(540c) 및 자율 주행부(540d)를 포함할 수 있다. 안테나부(550)는 통신부(510)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 510/530/540a~540d는 각각 도 4의 블록 410/430/440에 대응한다.

통신부(510)는 다른 차량, 기지국(예, 기지국, 노변 기지국(road side unit) 등), 서버 등의 외부 기기들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(520)는 차량 또는 자율 주행 차량(500)의 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(520)는 ECU(electronic control unit)를 포함할 수 있다.

도 6은 본 개시에 적용되는 AI 기기의 예를 도시한다. 일 예로, AI 기기는 TV, 프로젝터, 스마트폰, PC, 노트북, 디지털방송용 단말기, 태블릿 PC, 웨어러블 장치, 셋톱박스(STB), 라디오, 세탁기, 냉장고, 디지털 사이니지, 로봇, 차량 등과 같은, 고정형 기기 또는 이동 가능한 기기 등으로 구현될 수 있다.

도 6을 참조하면, AI 기기(600)는 통신부(610), 제어부(620), 메모리부(630), 입/출력부(640a/640b), 러닝 프로세서부(640c) 및 센서부(640d)를 포함할 수 있다. 블록 610~630/640a~640d는 각각 도 3의 블록 310~330/340에 대응할 수 있다.

통신부(610)는 유무선 통신 기술을 이용하여 다른 AI 기기(예, 도 1, 100x, 120, 140)나 AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 기기들과 유무선 신호(예, 센서 정보, 사용자 입력, 학습 모델, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(610)는 메모리부(630) 내의 정보를 외부 기기로 전송하거나, 외부 기기로부터 수신된 신호를 메모리부(630)로 전달할 수 있다.

제어부(620)는 데이터 분석 알고리즘 또는 머신 러닝 알고리즘을 사용하여 결정되거나 생성된 정보에 기초하여, AI 기기(600)의 적어도 하나의 실행 가능한 동작을 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(620)는 AI 기기(600)의 구성 요소들을 제어하여 결정된 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부(620)는 러닝 프로세서부(640c) 또는 메모리부(630)의 데이터를 요청, 검색, 수신 또는 활용할 수 있고, 적어도 하나의 실행 가능한 동작 중 예측되는 동작이나, 바람직한 것으로 판단되는 동작을 실행하도록 AI 기기(600)의 구성 요소들을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(620)는 AI 장치(600)의 동작 내용이나 동작에 대한 사용자의 피드백 등을 포함하는 이력 정보를 수집하여 메모리부(630) 또는 러닝 프로세서부(640c)에 저장하거나, AI 서버(도 1, 140) 등의 외부 장치에 전송할 수 있다. 수집된 이력 정보는 학습 모델을 갱신하는데 이용될 수 있다.

메모리부(630)는 AI 기기(600)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(630)는 입력부(640a)로부터 얻은 데이터, 통신부(610)로부터 얻은 데이터, 러닝 프로세서부(640c)의 출력 데이터, 및 센싱부(640)로부터 얻은 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(630)는 제어부(620)의 동작/실행에 필요한 제어 정보 및/또는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다.

입력부(640a)는 AI 기기(600)의 외부로부터 다양한 종류의 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 입력부(620)는 모델 학습을 위한 학습 데이터, 및 학습 모델이 적용될 입력 데이터 등을 획득할 수 있다. 입력부(640a)는 카메라, 마이크로폰 및/또는 사용자 입력부 등을 포함할 수 있다. 출력부(640b)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시킬 수 있다. 출력부(640b)는 디스플레이부, 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다. 센싱부(640)는 다양한 센서들을 이용하여 AI 기기(600)의 내부 정보, AI 기기(600)의 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 얻을 수 있다. 센싱부(640)는 근접 센서, 조도 센서, 가속도 센서, 자기 센서, 자이로 센서, 관성 센서, RGB 센서, IR 센서, 지문 인식 센서, 초음파 센서, 광 센서, 마이크로폰 및/또는 레이더 등을 포함할 수 있다.

러닝 프로세서부(640c)는 학습 데이터를 이용하여 인공 신경망으로 구성된 모델을 학습시킬 수 있다. 러닝 프로세서부(640c)는 AI 서버(도 1, 140)의 러닝 프로세서부와 함께 AI 프로세싱을 수행할 수 있다. 러닝 프로세서부(640c)는 통신부(610)를 통해 외부 기기로부터 수신된 정보, 및/또는 메모리부(630)에 저장된 정보를 처리할 수 있다. 또한, 러닝 프로세서부(640c)의 출력 값은 통신부(610)를 통해 외부 기기로 전송되거나/되고, 메모리부(630)에 저장될 수 있다.

도 7은 본 개시에 적용되는 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한 도면이다. 일 예로, 전송 신호는 신호 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 이때, 신호 처리 회로(700)는 스크램블러(710), 변조기(720), 레이어 매퍼(730), 프리코더(740), 자원 매퍼(750), 신호 생성기(760)를 포함할 수 있다. 이때, 일 예로, 도 7의 동작/기능은 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 수행될 수 있다. 또한, 일 예로, 도 7의 하드웨어 요소는 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있다. 일 예로, 블록 710~760은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현될 수 있다. 또한, 블록 710~750은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현되고, 블록 760은 도 2의 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.

코드워드는 도 7의 신호 처리 회로(700)를 거쳐 무선 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 코드워드는 정보블록의 부호화된 비트 시퀀스이다. 정보블록은 전송블록(예, UL-SCH 전송블록, DL-SCH 전송블록)을 포함할 수 있다. 무선 신호는 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다. 구체적으로, 코드워드는 스크램블러(710)에 의해 스크램블된 비트 시퀀스로 변환될 수 있다. 스크램블에 사용되는 스크램블 시퀀스는 초기화 값에 기반하여 생성되며, 초기화 값은 무선 기기의 ID 정보 등이 포함될 수 있다. 스크램블된 비트 시퀀스는 변조기(720)에 의해 변조 심볼 시퀀스로 변조될 수 있다. 변조 방식은 pi/2-BPSK(pi/2-binary phase shift keying), m-PSK(m-phase shift keying), m-QAM(m-quadrature amplitude modulation) 등을 포함할 수 있다.

복소 변조 심볼 시퀀스는 레이어 매퍼(730)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(740)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(740)의 출력 z는 레이어 매퍼(730)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(740)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT(discrete fourier transform) 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(740)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.

자원 매퍼(750)는 각 안테나 포트의 변조 심볼들을 시간-주파수 자원에 매핑할 수 있다. 시간-주파수 자원은 시간 도메인에서 복수의 심볼(예, CP-OFDMA 심볼, DFT-s-OFDMA 심볼)을 포함하고, 주파수 도메인에서 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 신호 생성기(760)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(760)는 IFFT(inverse fast fourier transform) 모듈 및 CP(cyclic prefix) 삽입기, DAC(digital-to-analog converter), 주파수 상향 변환기(frequency uplink converter) 등을 포함할 수 있다.

무선 기기에서 수신 신호를 위한 신호 처리 과정은 도 7의 신호 처리 과정(710~760)의 역으로 구성될 수 있다. 일 예로, 무선 기기(예, 도 2의 200a, 200b)는 안테나 포트/송수신기를 통해 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선 신호는 신호 복원기를 통해 베이스밴드 신호로 변환될 수 있다. 이를 위해, 신호 복원기는 주파수 하향 변환기(frequency downlink converter), ADC(analog-to-digital converter), CP 제거기, FFT(fast fourier transform) 모듈을 포함할 수 있다. 이후, 베이스밴드 신호는 자원 디-매퍼 과정, 포스트코딩(postcoding) 과정, 복조 과정 및 디-스크램블 과정을 거쳐 코드워드로 복원될 수 있다. 코드워드는 복호(decoding)를 거쳐 원래의 정보블록으로 복원될 수 있다. 따라서, 수신 신호를 위한 신호 처리 회로(미도시)는 신호 복원기, 자원 디-매퍼, 포스트코더, 복조기, 디-스크램블러 및 복호기를 포함할 수 있다.

6G 통신 시스템

6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 "intelligent connectivity", "deep connectivity", "holographic connectivity", "ubiquitous connectivity"와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 하기 표 1과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 1은 6G 시스템의 요구 사항을 나타낸 표이다.

Per device peak data rate	1 Tbps
E2E latency	1 ms
Maximum spectral efficiency	100 bps/Hz
Mobility support	up to 1000 km/hr
Satellite integration	Fully
AI	Fully
Autonomous vehicle	Fully
XR	Fully
Haptic Communication	Fully

이때, 6G 시스템은 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB), 초-저지연 통신(ultra-reliable low latency communications, URLLC), mMTC (massive machine type communications), AI 통합 통신(AI integrated communication), 촉각 인터넷(tactile internet), 높은 스루풋(high throughput), 높은 네트워크 능력(high network capacity), 높은 에너지 효율(high energy efficiency), 낮은 백홀 및 접근 네트워크 혼잡(low backhaul and access network congestion) 및 향상된 데이터 보안(enhanced data security)과 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.

도 8은 본 개시에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한다.

도 8을 참조하면, 6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 핵심 요소(key feature)인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것으로 예상된다. 이때, 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다. 6G 시스템은 매우 긴 배터리 수명과 에너지 수확을 위한 고급 배터리 기술을 제공할 수 있어, 6G 시스템에서 모바일 디바이스들은 별도로 충전될 필요가 없을 수 있다. 또한, 6G에서 새로운 네트워크 특성들은 다음과 같을 수 있다.

- 위성 통합 네트워크(Satellites integrated network): 글로벌 모바일 집단을 제공하기 위해 6G는 위성과 통합될 것으로 예상된다. 지상파, 위성 및 공중 네트워크를 하나의 무선통신 시스템으로 통합은 6G에 매우 중요할 수 있다.

- 연결된 인텔리전스(connected intelligence): 이전 세대의 무선 통신 시스템과 달리 6G는 혁신적이며, “연결된 사물”에서 "연결된 지능"으로 무선 진화가 업데이트될 것이다. AI는 통신 절차의 각 단계(또는 후술할 신호 처리의 각 절차)에서 적용될 수 있다.

- 무선 정보 및 에너지 전달의 완벽한 통합(seamless integration wireless information and energy transfer): 6G 무선 네트워크는 스마트폰들과 센서들과 같이 디바이스들의 배터리를 충전하기 위해 전력을 전달할 것이다. 그러므로, 무선 정보 및 에너지 전송 (WIET)은 통합될 것이다.

- 유비쿼터스 슈퍼 3D 연결(ubiquitous super 3-dimemtion connectivity): 드론 및 매우 낮은 지구 궤도 위성의 네트워크 및 핵심 네트워크 기능에 접속은 6G 유비쿼터스에서 슈퍼 3D 연결을 만들 것이다.

위와 같은 6G의 새로운 네트워크 특성들에서 몇 가지 일반적인 요구 사항은 다음과 같을 수 있다.

- 스몰 셀 네트워크(small cell networks): 스몰 셀 네트워크의 아이디어는 셀룰러 시스템에서 처리량, 에너지 효율 및 스펙트럼 효율 향상의 결과로 수신 신호 품질을 향상시키기 위해 도입되었다. 결과적으로, 스몰 셀 네트워크는 5G 및 비욘드 5G (5GB) 이상의 통신 시스템에 필수적인 특성이다. 따라서, 6G 통신 시스템 역시 스몰 셀 네트워크의 특성을 채택한다.

- 초 고밀도 이기종 네트워크(ultra-dense heterogeneous network): 초 고밀도 이기종 네트워크들은 6G 통신 시스템의 또 다른 중요한 특성이 될 것이다. 이기종 네트워크로 구성된 멀티-티어 네트워크는 전체 QoS를 개선하고 비용을 줄인다.

- 대용량 백홀(high-capacity backhaul): 백홀 연결은 대용량 트래픽을 지원하기 위해 대용량 백홀 네트워크로 특징 지어진다. 고속 광섬유 및 자유 공간 광학 (FSO) 시스템이 이 문제에 대한 가능한 솔루션일 수 있다.

- 모바일 기술과 통합된 레이더 기술: 통신을 통한 고정밀 지역화(또는 위치 기반 서비스)는 6G 무선통신 시스템의 기능 중 하나이다. 따라서, 레이더 시스템은 6G 네트워크와 통합될 것이다.

- 소프트화 및 가상화(softwarization and virtualization): 소프트화 및 가상화는 유연성, 재구성성 및 프로그래밍 가능성을 보장하기 위해 5GB 네트워크에서 설계 프로세스의 기초가 되는 두 가지 중요한 기능이다. 또한, 공유 물리적 인프라에서 수십억 개의 장치가 공유될 수 있다.

광 무선 기술(optical wireless technology)

OWC(optical wireless communication) 기술은 가능한 모든 장치-대-액세스 네트워크를 위한 RF 기반 통신 외에도 6G 통신을 위해 계획되었다. 이러한 네트워크는 네트워크-대-백홀/프론트홀 네트워크 연결에 접속한다. OWC 기술은 4G 통신 시스템 이후 이미 사용되고 있으나 6G 통신 시스템의 요구를 충족시키기 위해 더 널리 사용될 것이다. 광 충실도(light fidelity), 가시광 통신, 광 카메라 통신 및 광 대역에 기초한 FSO(free space optical) 통신과 같은 OWC 기술은 이미 잘 알려진 기술이다. 광 무선 기술 기반의 통신은 매우 높은 데이터 속도, 낮은 지연 시간 및 안전한 통신을 제공할 수 있다. LiDAR(light detection and ranging) 또한 광 대역을 기반으로 6G 통신에서 초 고해상도 3D 매핑을 위해 이용될 수 있다.

FSO 백홀 네트워크

FSO 시스템의 송신기 및 수신기 특성은 광섬유 네트워크의 특성과 유사하다. 따라서, FSO 시스템의 데이터 전송은 광섬유 시스템과 비슷하다. 따라서, FSO는 광섬유 네트워크와 함께 6G 시스템에서 백홀 연결을 제공하는 좋은 기술이 될 수 있다. FSO를 사용하면, 10,000km 이상의 거리에서도 매우 장거리 통신이 가능하다. FSO는 바다, 우주, 수중, 고립된 섬과 같은 원격 및 비원격 지역을 위한 대용량 백홀 연결을 지원한다. FSO는 셀룰러 기지국 연결도 지원한다.

양자 커뮤니케이션

6G 네트워크의 맥락에서 네트워크의 감독되지 않은 강화 학습이 유망하다. 지도 학습 방식은 6G에서 생성된 방대한 양의 데이터에 레이블을 지정할 수 없다. 비지도 학습에는 라벨링이 필요하지 않다. 따라서, 이 기술은 복잡한 네트워크의 표현을 자율적으로 구축하는 데 사용할 수 있다. 강화 학습과 비지도 학습을 결합하면 진정한 자율적인 방식으로 네트워크를 운영할 수 있다.

도 9는 본 개시에 적용 가능한 THz 무선 통신 송수신기를 도시한다.

도 9를 참조하면, THz 무선통신은 THz 발생 및 수신을 위한 방법을 기준으로 분류할 수 있다. THz 발생 방법은 광 소자 또는 전자소자 기반 기술로 분류할 수 있다.

이때, 전자 소자를 이용하여 THz를 발생시키는 방법은 공명 터널링 다이오드(resonant tunneling diode, RTD)와 같은 반도체 소자를 이용하는 방법, 국부 발진기와 체배기를 이용하는 방법, 화합물 반도체 HEMT(high electron mobility transistor) 기반의 집적회로를 이용한 MMIC(monolithic microwave integrated circuits) 방법, Si-CMOS 기반의 집적회로를 이용하는 방법 등이 있다. 도 11의 경우, 주파수를 높이기 위해 체배기(doubler, tripler, multiplier)가 적용되었고, 서브하모닉 믹서를 지나 안테나에 의해 방사된다. THz 대역은 높은 주파수를 형성하므로, 체배기가 필수적이다. 여기서, 체배기는 입력 대비 N배의 출력 주파수를 갖게 하는 회로이며, 원하는 하모닉 주파수에 정합시키고, 나머지 모든 주파수는 걸러낸다. 그리고, 도 11의 안테나에 배열 안테나 등이 적용되어 빔포밍이 구현될 수도 있다. 도 9에서, IF는 중간 주파수(intermediate frequency)를 나타내며, 트리플러(tripler), 멀리플러(multipler)는 체배기를 나타내며, PA는 전력 증폭기(power amplifier)를 나타내며, LNA는 저잡음 증폭기(low noise amplifier), PLL은 위상동기회로(phase-locked loop)를 나타낸다.

도 10은 본 개시에 적용 가능한 THz 신호 생성 방법을 도시한다. 또한, 도 11은 본 개시에 적용 가능한 무선 통신 송수신기를 도시한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 광 소자 기반 THz 무선통신 기술은 광소자를 이용하여 THz 신호를 발생 및 변조하는 방법을 말한다. 광 소자 기반 THz 신호 생성 기술은 레이저와 광변조기 등을 이용하여 초고속 광신호를 생성하고, 이를 초고속 광검출기를 이용하여 THz 신호로 변환하는 기술이다. 이 기술은 전자 소자만을 이용하는 기술에 비해 주파수를 증가시키기가 용이하고, 높은 전력의 신호 생성이 가능하며, 넓은 주파수 대역에서 평탄한 응답 특성을 얻을 수 있다. 광소자 기반 THz 신호 생성을 위해서는 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드, 광대역 광변조기, 초고속 광검출기가 필요하다. 도 10의 경우, 파장이 다른 두 레이저의 빛 신호를 합파하여 레이저 간의 파장 차이에 해당하는 THz 신호를 생성하는 것이다. 도 12에서, 광 커플러(optical coupler)는 회로 또는 시스템 간의 전기적 절연과의 결합을 제공하기 위해 광파를 사용하여 전기신호를 전송하도록 하는 반도체 디바이스를 의미하며, UTC-PD(uni-travelling carrier photo-detector)은 광 검출기의 하나로서, 능동 캐리어(active carrier)로 전자를 사용하며 밴드갭 그레이딩(bandgap grading)으로 전자의 이동 시간을 감소시킨 소자이다. UTC-PD는 150GHz 이상에서 광검출이 가능하다. 도 11에서, EDFA(erbium-doped fiber amplifier)는 어븀이 첨가된 광섬유 증폭기를 나타내며, PD(photo detector)는 광신호를 전기신호로 변환할 수 있는 반도체 디바이스를 나타내며, OSA는 각종 광통신 기능(예, 광전 변환, 전광 변환 등)을 하나의 부품으로 모듈화시킨 광모듈(optical sub assembly)를 나타내며, DSO는 디지털 스토리지 오실로스코프(digital storage oscilloscope)를 나타낸다.

도 12는 본 개시에 적용 가능한 송신기 구조를 도시한다. 또한, 도 13은 본 개시에 적용 가능한 변조기 구조를 도시한다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 일반적으로 레이저(laser)의 광학 소스(optical source)를 광파 가이드(optical wave guide)를 통과시켜 신호의 위상(phase)등을 변화시킬 수 있다. 이때, 마이크로파 컨택트(microwave contact) 등을 통해 전기적 특성을 변화시킴으로써 데이터를 싣게 된다. 따라서, 광학 변조기 출력(optical modulator output)은 변조된(modulated) 형태의 파형으로 형성된다. 광전 변조기(O/E converter)는 비선형 크리스탈(nonlinear crystal)에 의한 광학 정류(optical rectification) 동작, 광전도 안테나(photoconductive antenna)에 의한 광전 변환(O/E conversion), 광속의 전자 다발(bunch of relativistic electrons)로부터의 방출(emission) 등에 따라 THz 펄스를 생성할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 발생한 테라헤르츠 펄스(THz pulse)는 펨토 세컨드(femto second)부터 피코 세컨드(pico second)의 단위의 길이를 가질 수 있다. 광전 변환기(O/E converter)는 소자의 비선형성(non-linearity)을 이용하여, 하향 변환(Down conversion)을 수행한다.

테라헤르츠 스펙트럼의 용도(THz spectrum usage)를 고려할 때, 테라헤르츠 시스템을 위해서 고정된(fixed) 또는 모바일 서비스(mobile service) 용도로써 여러 개의 연속적인 기가헤르츠(contiguous GHz)의 대역들(bands)을 사용할 가능성이 높다. 아웃도어(outdoor) 시나리오 기준에 의하면, 1THz까지의 스펙트럼에서 산소 감쇠(Oxygen attenuation) 10^2 dB/km를 기준으로 가용 대역폭(Bandwidth)이 분류될 수 있다. 이에 따라 상기 가용 대역폭이 여러 개의 밴드 청크(band chunk)들로 구성되는 프레임워크(framework)가 고려될 수 있다. 상기 프레임워크의 일 예시로 하나의 캐리어(carrier)에 대해 테라헤르츠 펄스(THz pulse)의 길이를 50ps로 설정한다면, 대역폭(BW)은 약 20GHz가 된다.

적외선 대역(infrared band)에서 테라헤르츠 대역(THz band)으로의 효과적인 하향 변환(Down conversion)은 광전 컨버터(O/E converter)의 비선형성(nonlinearity)을 어떻게 활용하는가에 달려 있다. 즉, 원하는 테라헤르츠 대역(THz band)으로 하향 변환(down conversion)하기 위해서는 해당 테라헤르츠 대역(THz band)에 옮기기에 가장 이상적인 비선형성(non-linearity)을 갖는 광전 변환기(O/E converter)의 설계가 요구된다. 만일 타겟으로 하는 주파수 대역에 맞지 않는 광전 변환기(O/E converter)를 사용하는 경우, 해당 펄스(pulse)의 크기(amplitude), 위상(phase)에 대하여 오류(error)가 발생할 가능성이 높다.

단일 캐리어(single carrier) 시스템에서 광전 변환기 1개를 이용하여 테라헤르츠 송수신 시스템이 구현될 수 있다. 채널 환경에 따라 달라지지만 멀리 캐리어(Multi carrier) 시스템에서 캐리어 수만큼 광전 변환기가 요구될 수 있다. 특히 전술한 스펙트럼 용도와 관련된 계획에 따라 여러 개의 광대역들을 이용하는 멀티 캐리어 시스템인 경우, 그 현상이 두드러지게 될 것이다. 이와 관련하여 상기 멀티 캐리어 시스템을 위한 프레임 구조가 고려될 수 있다. 광전 변환기를 기반으로 하향 주파수 변환된 신호는 특정 자원 영역(예: 특정 프레임)에서 전송될 수 있다. 상기 특정 자원 영역의 주파수 영역은 복수의 청크(chunk)들을 포함할 수 있다. 각 청크(chunk)는 적어도 하나의 컴포넌트 캐리어(CC)로 구성될 수 있다.

양자 암호 통신

양자 암호 통신 시스템에서는 파장이나 진폭 등으로 통신하는 종래의 통신 방법과 달리 빛의 최소 단위인 단일 광자(photon)를 이용하여 신호를 실어 나른다. 종래의 암호체계가 대부분 수학적 알고리즘의 복잡성에 의해 안정성을 보장받는데 비해, 양자 암호 통신은 양자의 독특한 성질에 안정성을 기반하고 있기 때문에, 양자역학의 물리법칙이 깨지지 않는 한 그 안정성이 보장된다.

가장 대표적인 양자 키 분배 프로토콜은 1984년 C. H. Bennett과 G. Brassard가 제안한 BB84 프로토콜이다. BB84 프로토콜은 광자의 편광, 위상 등의 상태에 정보를 실어 나르며, 양자의 특성을 이용하여 이론상 절대적으로 안전하게 비밀키(sift key)를 나누어 가질도록 한다. 이하 [표 2]는 송신측 앨리스(Alice)와 수신측 밥(Bob) 사이에서 편광 상태에 정보를 실어 비밀키를 생성하는 BB84 프로토콜의 예를 보여주며, BB84 프로토콜의 전체적인 흐름은 다음과 같다.

(1) 앨리스는 무작위로 비트를 생성한다.

(2) 앨리스는 비트 정보를 어떤 편광에 실을 것인지 결정하기 위해 무작위로 전송 편광자를 선택한다.

(3) 앨리스는 (1)에서 무작위로 생성한 비트 및 2에서 무작위로 선택한 편광자에 대응되는 편광신호를 생성하고 양자채널로 전송한다.

(4) 밥은 앨리스가 전송한 편광신호를 측정하기 위해 무작위로 측정 편광자를 선택한다.

(5) 밥은 선택한 편광자로 앨리스가 전송한 편광신호를 측정하여 보관한다.

(6) 앨리스와 밥은 고전채널을 통해 어떤 편광자를 사용했는지 공유한다.

(7) 앨리스와 밥은 같은 편광자를 사용한 비트만 보관하고, 서로 다른 편광자를 사용한 비트는 제거함으로써 비밀 키를 얻는다.

앨리스가 생성한 비트	0	1	1	0	1	0	0	1
앨리스가 선택한 전송 편광자	＋	＋	×	＋	×	×	×	＋
앨리스가 전송한 편광신호	↑	→	↘	↑	↘	↗	↗	→
밥이 선택한 측정 편광자	＋	×	×	×	＋	×	＋	×
밥이 측정한 편광신호	↑	↗	↘	↗	→	↗	→	→
전송 편광자와 측정 편광자가 일치하는지 여부 검증	고전 채널을 통한 데이터 교환
최종적으로 생성되는 비밀키	0		1			0		1

도 14는 본 개시에 적용 가능한 양자 암호 통신 시스템의 구조를 도시한다. 도 14를 참고하면, QKD(quantum key distribution) 송신부(1410)는 QKD 수신부(1420)와 퍼블릭 채널(public channel) 및 양자 채널(quantum channel)로써 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 이때, QKD 송신부(1410)는 암호화기(1430)에게 비밀 키를 공급할 수 있으며, QKD 수신부(1420)도 복호화기(1440)에게 비밀 키를 공급할 수 있다. 여기서, 암호화기(1430)에는 플레인 텍스트(plain text)가 입/출력될 수 있으며, 암호화기(1430)는 복호화기(1440)와 (기존 통신망을 통해) 비밀 대칭 키로 암호화된 데이터를 전송할 수 있다. 아울러, 복호화기(1440)에도 플레인 텍스트가 입/출력될 수 있다.

이러한 BB84 프로토콜은 이론상으로는 절대적인 보안을 보장하지만, 실제 하드웨어 구현 시 결함이 발생할 수 있다. 예를 들어, 광섬유의 복굴절 (birefringence)에 의한 편광 왜곡이 발생할 수 있다. 여기서, 복굴절은 빛이 등방성이 아닌 매질을 통과할 때 매질의 광축(optical axis)에 수직한 편광 성분과 수평한 편광 성분이 서로 다른 시간 지연을 겪는 현상을 말한다. 복굴절에 의한 서로 다른 시간 지연은 두 성분들 간 위상 차이를 야기하고, 두 성분들 간의 위상 차이는 곧 편광의 틀어짐을 일으킨다. 이러한 편광의 틀어짐을 해소하기 위해 PnP(plug and play) 양자 키 분배 방식이 제시된 바 있다.

PnP 양자 키 분배 방식은 전송과정에서 복굴절에 의한 편광의 틀어짐을 자동으로 보상할 수 있다는 이점을 가진다. 일반적인 양자 키 분배 시스템은 송신측인 앨리스가 정보를 양자 상태에 실어 전송하면, 수신측인 밥이 양자 상태를 측정하고, 비밀키를 생성하는 단방향(one way) 방식에 따른다. 반면, PnP 양자 키 분배 방식은, 밥이 기준 펄스(reference pulse)를 생성 및 전송하면, 앨리스가 기준 펄스를 수신하고, 위상 상태에 비트 정보를 실은 후, 다시 밥에게 비트 정보가 실린 펄스를 되돌려 보내는, 양방향(two way) 방식에 따른다. 도 15는 본 개시에 적용 가능한 PnP(plug and play) 양자 키 분배 시스템의 구조를 도시한다. 도 15를 참고하여 PnP 양자 키 분배 시스템을 통해 구현된 BB84 프로토콜의 전체적인 흐름을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 밥(1510)은 다음과 같은 순서에 따라 기준 펄스를 생성하여 앨리스에게 전송한다. 밥(1510)은 레이저 다이오드(laser diode, LD)(1511)를 이용하여 펄스를 생성한다. 생성된 펄스는 서큘레이터(1512)를 통해 빔 스플리터(beam splitter, BS)(1513)로 출력된다. 밥(1510)은 생성된 펄스를 빔 스플리터(1513)를 이용하여 두 개의 펄스 a 및 펄스 b로 분할한다. 분할된 펄스 중 펄스 a는 짧은 경로(short path)(1514)를 통과하고, 짧은 경로에 포함된 편광 조절기(미도시)에 의해 편광이 90° 회전된다. 펄스 b는 긴 경로(long path)(1516)를 통과하며, 시간 지연된다. 펄스 a 및 펄스 b는 서로 직교하는 편광을 갖기 때문에, 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter, PBS)(1516)의 동일한 포트를 통해 양자 채널(quantum channel)로 출력된다.

이어, 앨리스(1520)는 다음과 같은 순서에 따라 밥이 보낸 기준 펄스의 위상에 비트 정보를 실어 밥(1510)에게 전송한다. 수신된 펄스 a 및 펄스 b는 빔 스플리터(1521)에 의해 분할되어 일부가 광학 센서(optical sensor)(예: 포토 다이오드(photo diode, PD)(1522))에 입사된다. 앨리스(1520)는 광학 센서를 이용하여 수신된 펄스의 타이밍 및 세기를 분석하고, 앨리스(1520)와 밥(1510)의 클락(clock)을 동기화하기 위한 트리거 신호(trigger signal)를 생성하고, 가변 감쇠기(variable attenuator, VA)(예: 세기 변조기(intensity modulator, IM)(1523))가 단일 광자 수준으로 펄스를 감쇠시킬 수 있도록 가변 감쇠기를 제어한다. 동기화된 클락을 기준으로, 가변 감쇠기는 두 번째 펄스인 펄스 b를 단일 광자 수준으로 감쇠시키고, 위상 변조기(phase modulator, PM)(1524)는 감쇠된 펄스 b에 작용함으로써, 0, π/2, π, 3π/2 중 앨리스(1520)가 BB84 프로토콜에서 선택한 전송 기저 및 비트 정보에 해당하는 위상 천이(phase shift)를 가한다. 펄스 a 및 펄스 b는 패러데이 회전 거울(faraday retator mirror, FM)(1525)에 반사됨으로써, 편광이 90° 회전된 상태로 양자 채널을 통해 밥(1510)에게 전송된다.

다음으로, 밥(1510)은 다음과 같은 순서에 따라 앨리스(1520)가 전송한 펄스 a 및 펄스 b를 수신하고, 저장된 비트 정보를 측정한다. 펄스 a 및 펄스 b의 편광은 앨리스(1520)의 패러데이 회전 거울(1525)에 의해 90° 회전되었기 때문에, 밥(1510)의 편광 분리기에서 종전과 반대의 경로를 통과하게 된다. 예를 들어, 펄스 a는 긴 경로(1515), 펄스 b는 짧은 경로(1514)를 통과한다. 펄스 a는 긴 경로(1515)의 위상 변조기(1517)에 의해 밥(1510)이 선택한 측정 기저에 해당하는 0 또는 π/2의 위상천이(phase shift)를 겪고, 펄스 b는 짧은 경로의 편광 조절기(미도시)에 의해 90°편광 회전을 겪음으로써 펄스 a와 같은 편광을 갖게 된다. 펄스 a 및 펄스 b는 결과적으로 같은 길이의 경로를 이동하였기 때문에, 밥(1510)의 빔 스플리터(1513)에서 동시에 만나 간섭을 일으킨다. 밥(1510)의 측정 기저가 앨리스(1520)의 전송 기저와 일치하는 경우, 중첩된 펄스는 단일 광자 검출기(single photon detector, SPD)(1518-1) 및 단일 광자 검출기(1518-2) 중 한 쪽에 결정론적으로 검출된다. 전송 기저가 일치하지 아니하는 경우, 펄스는 단일 광자 검출기(1518-1) 및 단일 광자 검출기(1518-2) 중 한 쪽에서 확률적으로 검출된다.

전술한 바와 같이, 밥에서 앨리스 쪽으로의 전송 경로에서 발생한 복굴절의 영향은 앨리스에서 밥 쪽으로 되돌아가는 경로에서 보상될 수 있다. 이때, 핵심적인 역할을 하는 것이 패러데이 회전 거울이다. 패러데이 회전 거울은 이하 도 16와 같이 구성될 수 있다. 도 16은 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울의 구조를 도시한다. 도 16을 참고하면, 패러데이 회전 거울은 패러데이 회전자(Faraday rotator)(1610), 거울(mirror)(1620), 영구 자석(permanent magnet)(1630)을 포함한다. 패러데이 회전자(1610)는 빛이 자기장을 통과할 때 일정한 방향으로 힘을 받아 회전하게 됨을 설명한 패러데이 법칙에 기반한다. 패러데이 회전자(1610)에 의한 편광의 회전각은 이하 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 1]에서, β는 회전각[radian], V는 베르데 상수(Verdet constant)[radian/(T·m)], B는 자속 밀도(magnetic flux density)[T], d는 빛과 자기장의 상호작용이 일어난 경로의 길이[m]를 의미한다.

도 17a 및 도 17b는 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울에서의 편광 회전을 도시한다. 도 17a는 입사되는 상황, 도 17b는 반사되는 상황을 도시한다. 패러데이 회전 거울에 사용되는 패러데이 회전자는 45°로 설정된 회전각을 가진다. 이상적인 경우, 빛이 패러데이 회전 거울에 입사 시와 반사 시에 각각 45°씩 총 90°의 편광 회전이 이루어 진다. 따라서, 밥에서 앨리스로의 경로에서 광축에 수직한 편광 성분과 광축에 수평한 편광 성분이 앨리스에서 밥으로의 경로에서 서로 뒤바뀌게 된다. 이는 두 성분들이 밥에서 앨리스로의 경로와 앨리스에서 밥으로의 경로에서 복굴절에 의한 시간 지연을 서로 뒤바꾸어 겪게 됨을 의미한다. 결과적으로, 두 개의 성분들은 밥 및 앨리스 사이를 왕복하면서 동일한 시간 지연을 겪기 때문에, 밥은 되돌아온 펄스에서 복굴절에 의한 편광의 틀어짐이 보상된 신호를 수신하게 된다. 단, 패러데이 회전 거울에 의한 90°의 편광 회전이 존재한다.

본 개시의 구체적인 실시 예

본 개시는 양자 키 분배를 지원하는 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울을 이용하여 복굴절에 의한 편광의 틀어짐을 보상하기 위한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 패러데이 회전 거울을 이용함에 있어서, 패러데이 회전 거울에 의한 편광 왜곡을 보정하기 위한 기술에 관한 것이다.

패러데이 회전 거울은 복굴절에 의한 편광의 틀어짐을 보상하는 하나의 방안으로서 널리 알려져있다. 하지만, 상용화된 패러데이 회전 거울은 공정 오차 및 온도와 파장에 따른 변이로 45°의 회전각을 정확히 보장하지 못할 수 있다. 이하 [표 3]과 같은 제너럴 포토닉스(General Photonics)에서 제공한 데이터 시트에 따르면, 상용화된 패러데이 회전 거울은 상온(예: 23℃)에서 최대 ±1°의 공정 오차를 갖고, 온도와 파장에 따라 변화하는 베르데 상수의 영향으로 온도와 파장에 따라서 각각 ±0.12°/℃와 ±0.12°/nm의 변이를 보인다.

Operating Wavelength	1550 nm, 1310 nm	1064 nm
Operating Bandwidth	±50 nm	±5 nm
Insertion Loss	0.3 dB typical0.5 dB max.	3.0 dB max.
Faraday Rotation Angle	90 degrees	90 degrees
Rotation Angle Tolerance (Center Wavelength at 23 ℃)	±1 degree	±6 degrees
Rotation Angle Wavelength Dependence	±0.12 degree/nm
Rotation Angle Temperature Dependence	±0.12 degree/℃	PMD: 0.05 ps
Reflection Polarization Dependence	0.5% max.	PDL: 0.05 dB
Optical Power Handling	300 mW min.	150 mW
Operating Temperature	0 to 70 ℃	-5 to 50 ℃
Storage Temperature	-40 to 85 ℃	-40 to 85 ℃
Fiber Type	SMF-28	HI 1060 Fiber
Dimensions	Ψ 5.5×32 mm (pigtailed)Ψ 9.5×50 mm (NoTailTM)	Ψ 5.5×35 mm (pigtailed)

전술한 패러데이 회전 거울의 불완결성은 복굴절에 대한 보상 효과를 감쇄시킴으로써 큐비트 오류율(qbit error rate, QBER)을 증가시킬 수 있다. 또한, 패러데이 회전 거울의 불완결성은 앨리스가 전송한 BB84 프로토콜의 상태 공간(state space)을 왜곡시키면서 보안상의 허점을 야기할 수 있다. 이상적인 패러데이 회전 거울을 사용한 경우, 앨리스가 전송한 BB84 상태의 상태 공간은 이하 [수학식 2]와 같이 표현된다.

[수학식 2]에서, |Φ_k〉는 상태 공간, δ는 π/2, k는 0, π/2, π, 3π/2 중 앨리스가 선택한 위상 상태에 해당하는 인덱스, |a〉 및 |b〉는 밥에서 송신된 기준 펄스 a 및 기준 펄스 b의 시간 모드 벡터로서, 앨리스에서 송신된 상태가 존재하는 상태 공간의 기저 벡터가 된다.

이상적인 경우, 앨리스가 전송한 BB84 상태의 상태 공간은 두 개의 시간 모드들 |a〉 및 |b〉를 기저 벡터로 하는 2차원 공간이다. 반면, 패러데이 회전 거울이 불완결한 경우, 앨리스가 전송한 상태는 이하 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]에서, |Φ_k〉는 상태 공간,

는 패러데이 회전 거울의 불완결성으로 인해 발생하는 회전각 오차, δ는 앨리스가 선택한 위상 상태에 해당하는 인덱스, |aH〉는 수평 편광의 기준 펄스 a의 시간 모드 벡터, |bH〉는 수평 편광의 기준 펄스 b의 시간 모드 벡터, |bV〉는 수평 편광의 기준 펄스 b의 시간 모드 벡터를 의미한다.

[수학식 3]은 앨리스에 의해 인코딩(encoding)된 정보가 시간 모드(예: a 및 b) 뿐만 아니라 편광 모드(예: H 및 V) 상에도 나타남을 보여준다. [수학식 3]에서 상태 공간의 차원을 좀 더 명확히 확인하기 일부 항목(term)들을 치환하면, 이하 [수학식 4]와 같다.

[수학식 4]에서, |Φ_k〉는 상태 공간,

는 패러데이 회전 거울의 불완결성으로 인해 발생하는 회전각 오차, δ는 앨리스가 선택한 위상 상태에 해당하는 인덱스, |x₁〉, |x₂〉, |x₃〉는 치환된 시간 모드 벡터들을 의미한다.

[수학식 4]를 참고하면, 앨리스가 전송한 정보의 힐베르트 공간(Hilbert space)은 더 이상 2차원이 아니라 3차원 공간으로 이해될 수 있다. 앨리스에서 전송될 수 있는 4 가지의 정보를 3차원 공간상에 도식화하면, 4 가지 정보는 도 18과 같이 표현될 수 있다. 도 18은 본 개시에 적용 가능한 PnP 양자 키 분배 기법에 따라 앨리스에서 송신 가능한 4가지 상태들의 예를 도시한다. 도 18을 참고하면, 4개의 상태들 |Φ₁〉, |Φ₂〉, |Φ₃〉, |Φ₄〉가 앨리스에서 송신 가능하다. 이브(Eve)는 [수학식 4]에서 표현되는 4개의 상태들에 대해 앨리스 및 밥 사이의 큐비트 오류율을 최소화하는 POVM(positive operator valued measure) 연산자를 찾음으로써 4개의 상태들을 구분할 수 있고, 구분된 상태에 대한 정보를 기반으로 차단-재송신 도청 공격(intercept-resend attack)을 가하는 PFM 공격(passive Faraday rotator mirror attack)이 가능해진다.

POVM은 직교하지 않는 상태들(non-orthogonal states) 간의 구분을 위한 측정 기저 설계 방법 중 하나이다. n개의 상태들 구분하고자 하는 경우, POVM은 각 상태에 해당하는 n개의 연산자들인 M₀, M₁, …, M_n-1과, n개의 상태들 중 어느 상태인지를 구분해 낼 수 없는 경우에 해당하는 연산자인 M_vac로 구성된다. 따라서, PFM 공격을 위한 POVM은 {M_vac,M_k|k=0,1,2,3}으로 표현될 수 있다. 만일, 이브가 M_i(i=0,1,2,3)에 해당하는 측정 결과를 얻은 경우, 이브는 |Φ_i〉 상태의 양자를 생성하고, 밥에게 전송한다. 반면, 이브가 M_vac에 해당하는 결과를 획득한 경우, 이브는 아무것도 전송하지 아니한다. 이때, 이브의 PFM 공격이 가해지는 상황에서, 앨리스가 |Φ_k〉에 해당하는 상태 정보를 전송하였을 때, 밥이 |Φ_j〉의 상태 정보를 획득할 확률은 이하 [수학식 5]와 같다.

[수학식 5]에서, P(j|k)는 앨리스가 인덱스 k의 상태 정보 송신 시 밥이 인덱스 j의 상태 정보를 획득할 확률, B는 밥이 획득한 상태 정보의 인덱스, E는 이브가 획득한 상태 정보의 인덱스, A는 앨리스가 전송한 상태 정보의 인덱스, M_i는 i번째 상태에 대응하는 연산자, ρ_k는 인덱스 k의 상태 정보의 켓(ket) 및 브라(bra)의 곱을 의미한다.

일반적으로, 이브가 M_k(k=0,1,2,3)에 해당하는 측정 결과를 얻은 경우, 이는 유의미한 정보를 얻은 것으로 간주되며, 이브의 성공 확률은 이하 [수학식 6]과 같이 주어진다.

[수학식 6]에서,

는 이브의 성공 확률, P(j|k)는 앨리스가 인덱스 k의 상태 정보 송신 시 밥이 인덱스 j의 상태 정보를 획득할 확률, M_i는 i번째 상태에 대응하는 연산자, ρ는 인덱스 별 상태 정보의 켓(ket) 및 브라(bra)의 곱들의 합을 의미한다.

도 19는 본 개시에 적용 가능한 패러데이 회전 거울에서 회전각 오차에 따른 이브의 성공 확률을 도시한다.

라 하면, 이브의 POVM은

로 설정되고, 여기서, E_k는

의 0이 아닌 고유 값(eigenvalue)들 중 가장 작은 값에 대한 고유 벡터(eigenvector)이며,

는

가 양의 준정부호 행렬(positive semi-definite matrix)이 되도록 하는 최대 실수(real number)이다. 도 19과 같은 그래프는

를 상용화된 패러데이 회전 거울의 공정오차 범위인 -1°에서 +1°까지 변화시키며 성공 확률

를 관찰함으로써 결정될 수 있다. 도 19를 참고하면,

의 절대값이 증가할수록 이브가 PFM 공격에 성공할 확률이 증가하며, 온도나 파장에 따른 회전각 변이까지 고려하면

의 절대값은 공정오차로 주어진 1°보다 더 큰 범위까지 증가할 수 있다. 따라서, 도청의 위험성은 도 19의 그래프에 나타난 것 이상으로 심각해질 수 있다.

전술한 바와 같이, 패러데이 회전 거울의 불완결성에 의한 상태 공간의 왜곡으로 인해, 앨리스에서 송신된 정보의 상태는 더 이상 BB84 프로토콜의 상태를 따르지 아니할 수 있다. 이 경우, 3차원으로 왜곡된 상태 공간은 이브에게 보안상의 허점을 제공하고, PFM 공격을 가능하게 한다. 따라서, 앨리스 및 밥이 이러한 PFM 공격을 방어함으로써 PnP 양자 키 분배 방식에서도 BB84 프로토콜 본래의 보안성을 유지하기 위한 대안이 필요하다. 이에, 본 개시는 패러데이 회전 거울의 불완결성에 의한 왜곡을 보정하기 위한 기술을 제안한다.

구체적으로, 본 개시는 벨 상태 측정(bell state measurement, BSM)에 기반한 PnP MDI(measurement device independent) QKD 기법에 관한 것으로, 암호 키 생성을 위한 펄스열을 처리하면서, 동시에 순시적으로 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 검출 및 보정하는 기술을 제안한다. 본 개시에서, 앨리스 및 밥은 모두 양자 상태 정보를 인코딩 및 송신하는 송신부로서 동작하고, 제3의 노드인 찰리(Charlie)는 앨리스 및 밥에서 송신된 양자를 수신하고, BSM을 수행하는 역할을 수행한다. 앨리스가 비트 정보를 준비 및 송신하고, 밥이 비트 정보를 수신 및 측정하는 준비-측정 방식에 기반한 종래의 PnP QKD 기법의 경우, 암호 키 생성을 위한 펄스열로서 수직 편광을 갖는 펄스와 수평 편광을 갖는 펄스가 번갈아 송신되는 구조가 사용되지만, 다양한 실시 예들에 따른 시스템은 암호 키 생성을 위한 펄스열이 하나의 편광 상태를 갖는 펄스로만 구성될 수 있으므로, 암호 키 생성을 위한 펄스열 자체를 이용하여 오차를 검출 및 보정하는 순시적 보정이 수행될 수 있다.

도 20은 본 개시의 일 실시 예에 따른 양자 키 분배를 지원하는 시스템을 도시한다. 다시 말해, 도 20은 본 개시에서 제안하는 PnP MDI QKD 시스템에 포함되는 장치들의 구성을 예시한다. 다양한 실시 예들에 따른 시스템은 타임-빈 위상 인코딩(time-bin phase encoding) 방식을 기반으로 운용될 수 있다. 수신부는 광원 및 SPD를 포함하고, 송신부는 비트 정보를 인코딩 하기 위한 구성요소를 포함한다. 앨리스(2020) 및 밥(2010)은 모두 송신부로서 동작하고, 동일한 장치 구성을 가질 수 있다. 구체적으로, 앨리스(2020)는 인코딩부(2022), 보정부(2024), 가변 패러데이 회전 거울(variable Faraday rotator mirror, VFM)(2026)를 포함한다. 도 20에 도시되지 아니하였으나, 앨리스(2020)는 VFM(2026)의 동작을 제어하는 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에 따라, 제어 회로는 보정부(2024)의 동작에 의해 결정되는 정보에 기반하여 VFM(2026)의 회전각을 조절할 수 있다. 찰리(2030)는 수신부로서 동작하며, 타임-빈을 생성하여 앨리스(2020) 및/또는 밥(2010)에게 송신하는 시간 빈 생성부(time bin generator)(2032), 앨리스(2020) 및/또는 밥(2010)으로부터 양자 정보를 수신하여 BSM을 수행하는 BSM부(2034)를 포함한다. 앨리스(2020) 및 찰리(2030)의 상세한 구성은 이하 도 21 및 도 22와 같다.

도 21은 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 앨리스로 동작하는 장치의 구성을 도시한다. 도 21을 참고하면, 장치는 BS(beam splitter)(2121), PD(photodiode)(2122), IM(intensity modulator)(2123), PM(phase modulator)(2124)를 포함하는 인코딩부(2022)와, BS(2141), DL(delay line)(2142), IM(2143), BS(2144), 편광기(2145), BS(2146), BS(2147), PD(2148-1), PD(2148-2), PD(2148-3)을 포함하는 보정부(2024) 및 VFM(2026)를 포함한다.

도 22는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 찰리(Charlie)로 동작하는 장치의 구성을 도시한다. 도 22를 참고하면, 장치는 LD(laser diode)(2221), BS(2222), IM(2223-1), IM(2223-2), HWP(half wave plate)(2224), PBS(polarizing beam splitter)(2225), BS(2226), DL(2227), FM(Faraday rotator mirror)(2228-1), FM(2228-2)를 포함하는 시간 빈 생성부(2032)와, PBS(2241), PBS(2242), HWP(2243), PBS(2244), BS(2245), SPD(single phton detector)(2246-1), SPD(2246-2)를 포함하는 BSM부(2034)를 포함한다.

도 20 내지 도 22에 예시된 구성을 기반으로 일 실시 예에 따른 양자 키 분배 프로토콜의 전체적인 흐름을 설명하면 다음과 같다.

1. 찰리(2030)는 앨리스(2020) 및 밥(2010) 각각에게 신호(signal) 빈(bin)과 참조(reference) 빈을 포함하는 2개의 시간 빈들을 포함하는 펄스를 송신한다.

1) 시간 빈 생성부(2032)의 LD(2221)는 일정한 편광(예: 수직 편광) 상태의 펄스를 생성한다.

2) 생성된 펄스는 BS(2222)에서 2개의 펄스들로 분기된다(splited). 2개의 펄스들 중 하나는 IM(2223-1)을 포함하는 위 경로를 통과하고, 나머지 하나는 IM(2223-2), HWP(2224)을 포함하는 아래 경로를 통과한다. 아래 경로를 통과하는 펄스는 HWP(2224)에 의해 90° 편광 회전됨으로써, 수평 편광 상태를 갖게 된다.

3) PBS(2225)는 수직 편광 펄스를 반사시키고, 수평 편광 펄스를 투과시킨다. 이에 따라, 위 경로 및 아래 경로에서 입사되는 2개의 펄스들을 모두 마이켈슨 간섭계(예: BS(2226), FM(2129-1), FM(2129-2))로 전달된다.

4) 마이켈슨 간섭계는 수직 편광 펄스 및 수평 편광 펄스 각각을 2개의 빈들로 분기하며, 2개의 빈들 중 하나에 대하여 DL(2227)을 통해 시간 지연을 부여함으로써 각각의 편광 상태에 대해 2개의 시간 빈들을 생성한다. 여기서, 빠른 시간 빈은 '참조 빈', 느린 시간 빈은 '신호 빈'으로 지칭된다. 이에 따라, 수직 편광의 참조 빈, 수직 편광의 신호 빈, 수평 편광의 참조 빈, 수평 편광의 신호 빈 등 4개의 빈들이 생성된다.

5) 수평 편광의 2개의 시간 빈들은 2개의 PBS들(2241, 2242)을 모두 투과한 후, 앨리스(2020)에게 전달된다. 수직 편광의 2개의 시간 빈들은 PBS(2241)에서 반사되고, HWP(2243)에 의해 수평 편광으로 변경되고, PBS(2244)를 투과한 후, 밥(2010)에게 전달된다.

2. 앨리스(2020) 및 밥(2010) 각각은 오차 보정을 수행한다. 앨리스(2020) 및 밥(2010)은 동일하게 동작하므로, 본 개시는 앨리스(2020)의 동작을 설명한다. 앨리스(2020)는 수신된 펄스의 적어도 일부를 VFM(2026) 입사 전과 반사 후에 각각 한 번씩 보정부(2024)로 분기하고, 분기된 성분을 통해 VFM(2026)의 오차 보정을 수행할 수 있다. 이하 설명에서, VFM(2026) 입사 전에 보정부(2024)로 분기된 성분(component)은 '제1 성분', VFM(2026) 반사 후에 보정부(2024)로 분기된 성분은 '제2 성분'이라 지칭된다.

1) 제1 성분은 원래 신호의 위상에 대한 참조로서 사용되며, 제2 성분은 VFM(2026)에 반사 후 되돌아 나오는 과정에서 회전각 오차에 대한 정보를 반영한다.

2) 제1 성분 및 제2 성분의 경로 차는 DL(2142)에 의해 상쇄되며, 편광기(2145)는 제2 성분에 대하여 VFM(2026)의 오차에 의한 생성된 성분만이 편광기(2145)를 통과하도록 수평 편광 상태로 설정된다.

3) 제2 성분 중 편광기(2145)를 통과한 오차 성분(이하 '제3 성분')의 크기는 PD(2148-1)에 의해 측정된다. 제1 성분의 이동 경로 상에 포함되는 IM(2143)은 제1 성분의 크기가 제3 성분과 동일해지도록 제1 성분의 크기를 조절한다. 이하, 크기 조절된 제1 성분은 '제4 성분'이라 지칭된다.

4) 제3 성분 및 제4 성분은 BS(2147)에 동시에 입사되고, 간섭을 일으킨다. 이에 따라, 제1 간섭 성분 및 제2 간섭 성분이 형성된다.

5) 제1 간섭 성분 및 제2 간섭 성분 각각은 PD들(2148-2, 2148-3)로 구성된 BPD(balanced photo detector)로 입사되고, BPD는 VFM(2026)의 오차 정보(예: 오차의 크기 및 부호)을 측정할 수 있다.

6) 측정된 오차 정보를 기반으로 보정 전류가 생성된다. 보정 전류가 VFM(2026)에 입력되면, 유도 자기장에 의하여 회전각 오차가 보정될 수 있다. 구체적으로, VFM(2026)은 영구 자석, 솔레노이드(solenoid), 거울을 포함하며, 보정 전류는 솔레노이드에 흐르는 전류를 조절한다. 영구 자석의 자기장에 보정 전류에 의한 솔레노이드의 유도자기장 값이 더해짐으로써, VFM(2026)의 전체 자기장이 형성된다. 전체 자기장의 값에 따라서 VFM(2026)에 반사되는 펄스의 회전각이 결정되기 때문에, 보정 전류를 변화시키면 VFM(2026)의 회전각이 조절될 수 있다.

3. 앨리스(2020)는 수신된 펄스 중 VFM(2026) 반사 후에 인코딩부(2022)로 돌아온 성분에 대하여 Z 기저(예: 타임-빈 인코딩) 및 X 기저(예: 위상 인코딩) 중 하나를 무작위로 선택하고, 선택된 기저에 기반하여 비트 정보를 인코딩한 후, 찰리(2030)에게 송신한다.

1) Z 기저 인코딩은 IM(2123)에 의해 수행되며, 2개의 시간 빈들 중 하나를 차단함으로써 0 또는 1을 인코딩 할 수 있다. 이때, 앨리스(2020) 및 밥(2010) 측 인코딩 상태는 이하 [표 4]와 같을 수 있다.

장치	상태
앨리스	또는
밥	또는

2) X 기저 인코딩은 PM(2124)에 의해 수행되며, 2개의 시간 빈들의 상대적인 위상 차를 0 또는 π로 인가함으로써, 0 또는 1을 인코딩 할 수 있다. 이때, 앨리스(2020) 및 밥(2010) 측 인코딩 상태는 이하 [표 5]와 같을 수 있다.

장치	상태
앨리스
밥

Z 기저와 X 기저에 대해 출력되는 양자 상태의 평균 광자 수(mean photon number)를 동일하게 유지하기 위해, X 기저에 대해서 위상 인코딩 후에 IM(2123)을 이용하여 펄스가 조절된다. 따라서, X 기저 인코딩의 경우에도, 펄스는 확률적으로 2개의 시간 빈들 중 하나만 존재하는 상태의 중첩된 형태로 표현된다. 이러한 무작위적인 시간 빈 선택은 X 기저 인코딩에서 대한 BSM 결과에 정보로 작용하지 아니할 수 있다.

4. 찰리(2030)는 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 송신한 펄스에 대해 BSM을 수행하고, BSM의 결과를 공개 채널을 통해 공유한다. 찰리(2030)가 수행하는 BSM은 이하 [수학식 7]과 같은 두 가지 벨 상태들을 판별하는 부분 벨 상태 측정(partial BSM) 과정으로 이해될 수 있다.

성공적인 부분 BSM 결과에 해당하는 |Ψ^±〉는 앨리스(2020) 및 밥(2010)에서 송신된 상태들의 텐서 곱 형태 조합 중

및

의 선형 결합으로 이루어진다. 각 조합이 부분 BSM을 수행하는 BS(2245)에 입사되었을 때 SPD#0(2246-0) 및 SPD#1(2246-1)에 각각 도달하는 간섭 성분은 이하 [수학식 8과 같이 정리될 수 있다.

[수학식 9]에서, |Ψ⁺〉는 2개의 시간 빈들이 동일한 SPD에서 검출이 이루어진 경우의 상태, |Ψ^-〉는 2개의 시간 빈들이 서로 다른 SPD들에서 검출이 이루어진 경우의 상태를 의미한다.

결국, 성공적인 부분 BSM 결과는 2개의 시간 빈들 모두에서 각각 하나씩의 SPD(2246-0 또는 2946-1)에서 검출이 이루어지는 경우에 해당하며, 그 중 |Ψ⁺〉는 2개의 시간 빈들 모두 동일한 SPD(2246-0 또는 2946-1)에서 검출이 이루어진 경우, |Ψ^-〉는 2개의 시간 빈들에서 서로 다른 SPD들(2246-0 및 2946-1)에서 검출이 이루어진 경우에 해당한다.

이하, Z 기저와 X 기저에 대하여 전술한 두 가지 양자 상태 조합들이 나타나는 경우에 대해 수식적인 분석을 통해 부분 BSM 과정이 설명된다.

1) Z 기저 인코딩에 대한 부분 BSM 결과 해석

Z 기저를 이용한 인코딩 방식에서 |Ψ^±〉를 구성하는 양자 상태 조합은 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 서로 다른 시간 빈들을 차단한 경우에 해당한다. 이는 |Ψ⁺〉가 측정된 경우 및 |Ψ^-〉가 측정된 경우 모두, 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 0 및 1 중 서로 다른 비트 정보를 송신한 경우임을 의미한다.

2) X 기저 인코딩에 대한 부분 BSM 결과 해석

X 기저를 이용한 인코딩 방식에서 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 송신한 양자 상태의 조합은 이하 [수학식 10]과 같은 텐서 곱의 형태로 표현될 수 있다.

[수학식 10]에서, |x〉_ar은 앨리스에서 x를 인코딩한 참조 빈의 상태, |x〉_as은 앨리스에서 x를 인코딩한 신호 빈의 상태, |x〉_br은 밥에서 x를 인코딩한 참조 빈의 상태, |x〉_bs은 밥에서 x를 인코딩한 신호 빈의 상태, θ_a는 앨리스에서 인코딩된 위상 정보, θ_b는 밥에서 인코딩된 위상 정보를 의미한다.

|Ψ^±〉를 구성하는 양자 상태 조합은 [수학식 10]의 두 번째 항과 세 번째 항에 의해 구성된다. 이때, 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 인코딩한 위상 정보 θ_a 및 θ_b의 관계에 따라서, |Ψ⁺〉와 |Ψ^-〉 2개의 결과 중 하나가 측정될 수 있다.

θ_a-θ_b=0인 경우, 양자 상태 조합은

으로 정리될 수 있고, 이는 4번 과정의 서두에 정의한 |Ψ⁺〉와 일치한다. 마찬가지로, θ_a-θ_b=π인 경우, 양자 상태 조합은

으로 정리될 수 있고 이는 4번 과정의 서두에 정의한 |Ψ^-〉와 일치한다. 여기서, 각 항에 공통적으로 곱해지는 항은 생략되었다.

정리하면, |Ψ⁺〉가 측정됨은 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 동일한 위상 정보를 인코딩하였음을 의미하며, |Ψ^-〉가 측정됨은 앨리스(2020) 및 밥(2010)이 서로 다른 위상 정보를 인코딩하였음을 의미한다.

5. 앨리스(2020) 및 밥(2010)은 공개 채널을 통해 선택한 기저를 공유한다.

6. 앨리스(2020) 및 밥(2010)은 동일한 기저를 선택하고, BSM 결과가 성공 (예: |Ψ⁺〉 또는 |Ψ^-〉)인 경우에 대하여, BSM 결과에 따라 비트 플립(bit flip)을 수행함으로써 시프트 키(sifted key)를 획득한다. BSM 결과에 따라 비트 플립 수행 여부는 이하 [표 6]과 같다.

	BSM result \|Ψ^-〉	BSM result \|Ψ⁺〉
Z 기저	비트 플립	비트 플립
X 기저	비트 플립	비트 플립 없음(No bit flip)

7. 앨리스(2020) 및 밥(2010)은 후처리(post-processing) 과정을 수행함으로써 최종 암호 키를 획득할 수 있다.

도 23은 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울을 이용하여 비밀 키를 생성하는 절차의 예를 도시한다. 도 23은 앨리스 또는 밥으로 동작하는 장치(예: 단말, 기지국, 코어 엔티티 등)의 동작 방법을 예시한다.

도 23을 참고하면, S2301 단계에서, 장치는 비밀 키 생성을 위한 펄스를 수신한다. 펄스는 적어도 하나의 광자를 포함하며, 양자 채널을 통해 수신된다. 예를 들어, 펄스는 PnP 양자 키 분배 기법의 찰리로 동작하는 다른 장치로부터 수신될 수 있으며, 참조 빈 및 신호 빈을 포함하는 2개의 시간 빈들 중 하나에 해당할 수 있다.

S2303 단계에서, 장치는 패러데이 회전 거울에 반사된 펄스에 비트 정보 인코딩하고, 인코딩된 펄스를 송신한다. 즉, 장치는 S2301 단계에서 수신된 펄스를 패러데이 회전 거울에 반사시킨 후, 반사된 펄스에 비트 정보를 인코딩한다. 예를 들어, 장치는 복수의 후보 기저들(예: 시간-빈 인코딩 기저, 위상 인코딩 기저) 중 하나를 선택하고, 선택된 기저에 기반하여 비트 정보를 인코딩할 수 있다. 그리고, 장치는 비트 정보가 인코딩된 펄스를 양자 채널을 통해 송신한다.

S2305 단계에서, 장치는 수신된 펄스로부터 분기된 성분들을 이용하여 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정한다. 회전각 오차를 측정하기 위해 사용되는 성분들은 펄스가 수신되고, 패러데이 회전 거울에 반사된 후 송신되기 전까지 복수회 분기된다. 성분들 중 적어도 하나는 패러데이 회전 거울의 회전각 오차 정보를 포함한다. 예를 들어, 성분들 중 하나는 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터, 나머지 하나는 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득될 수 있다.

S2307 단계에서, 장치는 회전각 오차에 기반하여 패러데이 회전 거울을 제어한다. 예를 들어, 장치는 회전각 오차에 기반하여 패러데이 회전 거울의 회전각을 조정한다. 회전각 오차의 존재는 패러데이 회전 거울의 회전각이 90°가 아님을 의미한다. 따라서, 장치는 허용 오차 범위 내에서 90°의 회전각을 제공할 수 있도록, 회전각의 보정 값을 생성하고, 보정 값에 대응하는 제어 신호를 패러데이 회전 거울에 인가할 수 있다.

도 23에 도시되지 아니하였으나, 장치는 회전각 오차에 기반하여 패러데이 회전 거울을 제어한 후, 펄스에 비트 정보를 인코딩하고, 비트 정보가 인코딩된 펄스를 양자 채널을 통해 송신할 수 있다. 다시 말해, 장치는 비트 정보를 포함하는 펄스를 양자 채널을 통해 송신할 수 있다. 이때, 비트 정보를 전달하는(carrying) 펄스는 회전각 오차를 측정하기 위해 사용된 펄스와 동일할 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에 따르면, 별도의 회전각 오차를 측정하기 위한 신호가 아닌, 양자 키 분배를 위해 교환되는 펄스를 이용하여 회전각 오차가 추정 및 보정될 수 있다.

도 24는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하는 절차의 예를 도시한다. 도 24는 패러데이 회전 거울을 포함하는 장치(예: 단말, 기지국, 코어 엔티티 등)의 동작 방법을 예시한다.

도 24를 참고하면, S2401 단계에서, 장치는 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 제1 성분을 획득한다. 예를 들어, 다른 장치로부터 수신된 펄스가 패러데이 회전 거울에 입력되기 전, 장치는 빔 스플리터를 이용하여 펄스를 분기할 수 있다. 여기서, 수신된 펄스는 비밀 키를 생성하기 위해 다른 장치로부터 송신된 펄스를 포함한다.

S2403 단계에서, 장치는 패러데이 회전 거울에 반사된 후 펄스로부터 제2 성분을 획득한다. 제2 성분은 제1 성분을 분기하기 위해 사용된 펄스로부터 분기함으로써 획득될 수 있다. 단, 제2 성분은 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후 분기함으로써 획득된다. 이로 인해, 제2 성분의 회전각은 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 반영하고 있을 수 있다.

S2405 단계에서, 장치는 제1 성분 및 제2 성분에 기반하여 회전각 오차를 결정한다. 먼저, 장치는 제2 성분에서 오차 성분인 제3 성분을 추출하기 위해 제2 성분을 편광 필터링할 수 있다. 여기서, 오차 성분은 제1 성분과 동일한 편광을 가지는 성분을 의미한다. 즉, 편광 필터링을 통해, 장치는 제2 성분에서 제1 성분과 동일한 편광 성분을 추출한다. 그리고, 장치는 제1 성분의 획득 및 상기 제2 성분의 획득 간 시간 차에 기반하여 그리고, 장치는 제1 성분을 시간 지연시킨다. 이어, 장치는 제3 성분의 크기를 측정하고, 제1 성분의 크기를 측정된 크기로 조절함으로써 제4 성분을 생성할 수 있다. 이어, 장치는 제3 성분 및 제4 성분 간 간섭을 일으킴으로써 제1 간섭 성분 및 제2 간섭 성분을 생성하고, 제1 간섭 성분 및 제2 간섭 성분을 이용하여 회전각 오차를 추정할 수 있다.

S2407 단계에서, 장치는 회전각 오차에 대응하는 보정 신호를 적용한다. 다시 말해, 장치는 회전각 오차만큼 패러데이 회전 거울의 회전각을 보정하는 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 패러데이 회전 거울에 인가할 수 있다. 이에 따라, 다음 펄스부터, 패러데이 회전 거울은 보정된 회전각을 제공하게 된다.

전술한 다양한 실시 예들과 같이, 패러데이 회전 거울의 회전각 오차가 보정될 수 있다. 전술한 회전각 오차를 보정하는 절차는 비밀 키의 최초 생성, 비밀 키의 갱신 등 다양한 시점에 실시될 수 있다. 예를 들어, 비밀 키를 최초 생성 및 이용하여 통신을 수행하는 중, 비밀 키를 변경하는 경우, 새로운 비밀 키의 생성을 위해 수신되는 펄스를 이용하여 전술한 보정 절차가 수행될 수 있다. 또한, 하나의 비밀 키를 생성하는 과정에서도 복수의 펄스들이 사용될 수 있으므로, 하나의 비밀 키 생성 절차 내에서, 전술한 보정 절차가 복수 회 실시될 수 있다. 이때, 얼마나 빈번하게 회전각 오차를 측정 및 보정할 것인지는 패러데이 회전 거울의 특성, 장치의 상태, 통신 환경 중 적어도 하나에 기반하여 적응적으로 조절될 수 있다.

실시 예의 응용 예

통신 시스템에서, 장치들은 양자 키 분배 절차를 수행함으로써 비밀 키를 생성할 수 있다. 이때, 전술한 다양한 실시 예들에 따라, 앨리스 또는 밥으로 동작하는 장치는 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정할 수 있다. 회전각 오차에 대한 보정 동작을 포함하는 양자 키 분배 절차는 다양한 장치들 간 통신에 응용될 수 있다. 예를 들어, 기지국 및 단말 간 통신에 있어서, 전술한 다양한 실시 예들에 따른 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하는 절차가 수행될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 회전각 오차에 대한 보정 절차가 적용된 기지국 및 단말의 동작들의 일 예는 이하 도 25와 같다.

도 25는 본 개시의 일 실시 예에 따른 통신 시스템에서 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 보정하는 절차의 예를 도시한다. 도 25는 단말(2510) 및 기지국(2520) 간 신호 교환을 예시한다.

도 25를 참고하면, S2501 단계에서, 단말(2510)는 기지국(2520)에게 RA(random access) 프리앰블을 송신한다. RA 프리앰블은 기지국(2520)에 의해 설정된 RACH을 통해 송신되며, RACH에 대한 정보(예: 자원 위치 등)는 기지국(2520)에 의해 방송되는 시스템 정보로부터 획득될 수 있다.

S2503 단계에서, 기지국(2520)은 단말(2510)에게 RAR(random access response) 메시지를 송신한다. 즉, 단말(2510)는 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 기지국(2520)로부터 RAR를 수신할 수 있다.

S2505 단계에서, 단말(2510) 및 기지국(2520)은 RRC 연결 절차를 수행한다. 이를 위해, 단말(2510) 및 기지국(2520) 간 RRC 연결 수립(RRC connection establishment)에 관련된 적어도 하나의 메시지가 송신 및 수신될 수 있다. 이를 통해, 단말(2510) 및 기지국(2520) 간 RRC 계층의 연결이 수립될 수 있다.

S2507 단계에서, 단말(2510) 및 기지국(2520)은 비밀 키를 생성 및 공유한다. 예를 들어, 단말(2510) 및 기지국(2520)은 PnP MDI QKD 기법에 기반하여 비밀 키를 생성할 수 있다. 이 경우, 단말(2510) 및 기지국(2520)은 앨리스 및 밥으로 동작할 수 있으며, 찰리로 동작하는 제3의 장치가 더 존재할 수 있다. 또는, 기지국(2520) 또는 다른 기지국이 찰리의 역할을 수행할 있다. 이때, 다양한 실시 예들에 따라, 단말(2510) 및 기지국(2520) 중 적어도 하나는 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 추정하고, 회전각 오차를 보상할 수 있다. 예를 들어, 단말(2510) 및 기지국(2520) 중 적어도 하나는 도 23 또는 도 24에 예시된 절차를 수행할 수 있다.

S2509 단계에서, 단말(2510) 및 기지국(2520)은 비밀 키에 기반하여 통신을 수행한다. S2507 단계에서 셍성된 비밀 키는 다양하게 사용될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 비밀 키는 데이터에 대한 암호화 키, 데이터 또는 신호를 처리하기 위해 사용되는 시드(seed) 값, 시드 값을 결정하기 위해 사용되는 값 중 적어도 하나로서 사용될 수 있다.

상기 설명한 제안 방식에 대한 일례들 또한 본 개시의 구현 방법들 중 하나로 포함될 수 있으므로, 일종의 제안 방식들로 간주될 수 있음은 명백한 사실이다. 또한, 상기 설명한 제안 방식들은 독립적으로 구현될 수도 있지만, 일부 제안 방식들의 조합 (또는 병합) 형태로 구현될 수도 있다. 상기 제안 방법들의 적용 여부 정보 (또는 상기 제안 방법들의 규칙들에 대한 정보)는 기지국이 단말에게 사전에 정의된 시그널 (예: 물리 계층 시그널 또는 상위 계층 시그널)을 통해서 알려주도록 규칙이 정의될 수 있다.

본 개시는 본 개시에서 서술하는 기술적 아이디어 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 개시의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 개시의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

본 개시의 실시 예들은 다양한 무선접속 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선접속 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 또는 3GPP2 시스템 등이 있다.

본 개시의 실시 예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선접속 시스템을 응용한 모든 기술 분야에 적용될 수 있다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 mmWave, THz 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

추가적으로, 본 개시의 실시 예들은 자유 주행 차량, 드론 등 다양한 애플리케이션에도 적용될 수 있다.

Claims

통신 시스템에서 제1 장치에 의해 수행되는 방법에 있어서,
제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하는 단계;
상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하는 단계;
상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하는 단계;
상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하는 단계; 및
상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 비밀 키를 생성하는 단계는,
양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하는 단계;
상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하는 단계;
상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하는 단계;
상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함하며,
상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고,
상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득되는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 회전각 오차를 측정하는 단계는,
상기 제1 성분을 기준으로 상기 제2 성분에 반영된 상기 회전각 오차를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 회전각 오차를 측정하는 단계는,
상기 제2 성분으로부터 상기 회전각 오차에 대응하는 제3 성분을 생성하는 단계;
상기 제1 성분으로부터 기준에 해당하는 제4 성분을 생성하는 단계; 및
상기 제3 성분 및 제4 성분에 기반하여 상기 회전각 오차를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제3 성분을 생성하는 단계는,
상기 제2 성분에서 상기 제1 성분과 동일한 편광 성분을 추출하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제4 성분을 생성하는 단계는,
상기 제3 성분의 크기를 측정하는 단계;
상기 제3 성분의 크기에 기반하여 상기 제1 성분의 크기를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제3 성분 및 제4 성분에 기반하여 상기 회전각 오차를 결정하는 단계는,
상기 제3 성분 및 제4 성분 간 간섭을 일으킴으로써 제1 간섭 성분 및 제2 간섭 성분을 생성하는 단계; 및
상기 제1 간섭 성분 및 상기 제2 간섭 성분을 이용하여 상기 회전각 오차의 크기 및 부호를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 성분을 제공한 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스에 비트 정보를 인코딩하는 단계; 및
상기 비트 정보를 포함하는 펄스를 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 장치에게 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 인코딩은, 시간-빈(time-bin) 인코딩 기저(basis), 위상 인코딩 기저를 포함하는 복수의 후보 기저들 중 선택된 기저 기반하여 수행되는 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 선택된 기저에 관련된 정보를 상기 무선 채널을 통해 송신하는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신은, 상기 비밀 키를 이용한 데이터 암호화, 상기 비밀 키에 기반하여 생성된 시드(seed) 값에 기반한 신호 처리 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
통신 시스템에서 제1 장치에 있어서,
송수신기; 및
상기 송수신기와 연결된 프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는,
제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하고,
상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하고,
상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하고,
상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하고,
상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하도록 제어하며,
상기 프로세서는, 상기 비밀 키를 생성하기 위해,
양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하고,
상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하고,
상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하고,
상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하도록 제어하고,
상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고,
상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득되는 제1 장치.
장치에 있어서,
적어도 하나의 프로세서;
상기 적어도 하나의 프로세서와 연결되며, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행됨에 따라 동작들을 지시하는 명령어를 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며,
상기 동작들은, 상기 장치가,
다른 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하는 단계;
상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 다른 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하는 단계;
상기 다른 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하는 단계;
상기 다른 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하는 단계; 및
상기 비밀 키를 이용하여 상기 다른 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 비밀 키를 생성하는 단계는,
양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하는 단계;
상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하는 단계;
상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 다른 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하는 단계;
상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하는 단계를 포함하며,
상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고,
상기 다른 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득되는 장치.
적어도 하나의 명령어(instructions)을 저장하는 비-일시적인(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체(computer-readable medium)에 있어서,
프로세서에 의해 실행 가능한(executable) 상기 적어도 하나의 명령어를 포함하며,
상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가,
제2 장치에게 RA(random access) 프리앰블을 송신하고,
상기 RA 프리앰블에 대한 응답으로서 상기 제2 장치로부터 RAR(random access response) 메시지를 수신하고,
상기 제2 장치와 RRC(radio resource control) 연결 절차를 수행하고,
상기 제2 장치와의 통신을 위한 비밀 키를 생성하고,
상기 비밀 키를 이용하여 상기 제2 장치와의 무선 채널을 통한 통신을 수행하도록 제어하며,
상기 적어도 하나의 명령어는, 장치가, 상기 비밀 키를 생성하기 위해,
양자 채널을 통해 암호 키 교환을 위한 펄스를 수신하고,
상기 펄스가 패러데이 회전 거울에 반사된 후, 상기 펄스에 비트 정보 인코딩 및 송신하고,
상기 펄스로부터 분기된 제1 성분 및 제2 성분을 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 회전각 오차를 측정하고,
상기 회전각 오차를 이용하여 상기 패러데이 회전 거울의 자기장 세기를 조절하도록 제어하고,
상기 제1 성분은, 패러데이 회전 거울에 반사되기 전의 펄스로부터 획득되고,
상기 제2 성분은, 상기 패러데이 회전 거울에 반사된 후의 펄스로부터 획득되는 컴퓨터 판독 가능 매체.