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한국통신학회논문지

Secrecy Performance Analysis and Enhancement Scheme for Time Switching-Based Relaying Protocol under Outdated Channel State Information

Jin-Taek Lim, Kisong Lee, In-Ho Ra

Published Apr 30, 2019• 0 citations

Abstract

본 논문에서는 무선 채널의 시변 특성을 반영한 보안 릴레이 프로토콜을 제시한다. 전달원은 전원의 수명 연장을 위해 시간 전환 기법을 이용하여 주변의 RF 신호들로부터 에너지를 하베스팅 한다. 전달원은 정보의 전달을 도와주지만, 수신원의 정보 열람은 허용되지 않은 비신뢰적인 전달원으로 가정한다. 따라서, 수신원은 송신원이 전달원으로 정보신호를 전송할 때 이를 저해하는 방해 신호를 전송한다. 수신원은 전달원으로부터 신호를 전달 받으면 자가 방해신호를 제거하여 송신원의 신호를 해석한다. 하지만 채널 시변 특성에 의하여 수신원이 방해신호를 전송할 때의 채널과 수신원이 전달원으로부터 신호를 수신할 때의 채널 정보에는 시간 지연에 의한 오차가 존재하며, 이러한 지연 채널 정보 하에서는 방해신호가 완벽히 제거될 수 없다. 잔류 방해 신호가 존재하는 상황에서 주요 보안 성능 지표인 아웃티지 확률과 에르고딕 보안 전송률을 유도하고, 이를 최적화 할 수 있는 방해 신호비율 및 시간 전환 비율을 도출한다. 시뮬레이션을 통하여 제안하는 방법이 기존 방안에 비해 우월한 성능을 달성함을 보인다.

DOI: 10.7840/kics.2019.44.4.678

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본 논문은 다중 사용자 다중 입력 단일 출력 (MISO) 간섭 채널에서 복수의 도청자가 존재하는 경우에, 보안 채널 수율을 향상시키기 위한 간단한 프리코딩 벡터 설계 기법을 제안한다. 제안하는 기법에서는 보안 채널 수율을 최적화하는 문제에 대해 다루었으며, 수학식으로 주어지는 분석해를 구하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해서 신호대 누수 잡음비 (SLNR) 기반으로 프리코딩 벡터를 설계하는 방법을 제시한다. 구체적으로는, 도청자가 정보 신호를 전혀 검출할 수 없도록 도청 채널 수율을 완전히 제거하면서, 송신단-수신단 링크 간의 채널 수율을 최대화시키도록 프리코딩 벡터를 설계한다. 성능 검증을 위하여 모의실험을 수행하였으며, 송신 안테나 개수, 송신단-수신단 링크 개수, 도청자 수 간에 특별한 조건식을 만족하지 않는 환경에서는, 제안하는 기법이 모든 신호대 잡음비 범위에서 기존 기법보다 더 우수한 보안 채널 수율을 나타낸다는 것을 제시한다.