KR20180116644A - Method and system for detecting pilot contamination attack using multiple antennas in mu­mimo tdd - Google Patents

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KR20180116644A KR1020170049210A KR20170049210A KR20180116644A KR 20180116644 A KR20180116644 A KR 20180116644A KR 1020170049210 A KR1020170049210 A KR 1020170049210A KR 20170049210 A KR20170049210 A KR 20170049210A KR 20180116644 A KR20180116644 A KR 20180116644A
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Abstract

The present invention relates to a systems for detecting a pilot contamination attack in a multiuser multiple input multiple output (MU-MIMO) time division duplex (TDD), comprising: a step of estimating legitimate channel information by applying a legitimate training sequence to a received signal in an upward link training process after receiving the signal including an upward link training sequence transmitted by each of a plurality of user terminals; a step of receiving base station channel information estimated from the user terminals in a downward link training process; and a step of determining whether the pilot contamination attach with respect to at least one user terminal exists based on the estimated legitimate channel information and the received base station channel information. By implementing both the upward link training and the downward link training, the pilot contamination attack can be detected in the base station by using a statistical feature change of the channel estimated from two steps.

Description

시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경에서 다중 안테나를 이용한 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETECTING PILOT CONTAMINATION ATTACK USING MULTIPLE ANTENNAS IN MU­MIMO TDD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and system for detecting a pilot contamination attack using multiple antennas in a time division duplex communication multiuser multi-antenna environment.

본 발명은 시분할 이중통신(Time Division Duplex; TDD) 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하기 위한 상향 링크 트레이닝 및 하향 링크 트레이닝을 수행하는 정보 보안 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for detecting a pilot contamination attack in a Time Division Duplex (TDD) multiuser multi-input multiple output (MUMIMO) environment, And an information security technique for performing uplink training and downlink training for detecting a contamination attack.

Massive MIMO 시스템은 기지국에서 많은 수의 안테나를 이용하여 하나의 셀 내부에 존재하는 다수의 사용자 단말과 통신을 수행하는 시스템으로, 간단한 선형 필터만으로도 정밀한 빔 성형을 수행함으로써 의도한 사용자 단말에게만 높은 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio; SNR)로 신호를 전달할 수 있는 시스템이다.The massive MIMO system is a system that performs communication with a large number of user terminals existing in one cell using a large number of antennas at a base station. By performing precise beam forming with a simple linear filter, Signal to noise ratio (SNR).

즉, Massive MIMO 시스템은 단순한 빔 성형만으로도 사용자 단말 간 간섭의 영향을 크게 줄임으로써 저 복잡도의 송수신 구조를 갖추며 높은 주파수 효율을 제공한다.In other words, the Massive MIMO system can reduce the influence of interference between user terminals by simple beamforming, thereby providing a low-complexity transmission / reception structure and providing high frequency efficiency.

일반적으로 Massive MIMO 시스템에서 하향 링크를 통해 각 사용자 단말에게 정보를 전송하기 위해서는 빔 성형을 수행해야 한다. 이 때 기지국에서의 하향 링크 채널 정보(Channel State Information; CSI)가 요구된다.Generally, in the Massive MIMO system, beamforming is required to transmit information to each user terminal through a downlink. At this time, downlink channel information (CSI) is required at the base station.

기지국은 하향 링크 채널 정보를 바탕으로 각 사용자 단말로의 빔 성형 벡터를 생성하며, 수십에서 수백 개에 달하는 기지국 안테나와 각 사용자 단말들 사이의 채널 행렬을 효과적으로 추정하기 위해 채널 상반성(Channel Reciprocity)에 기초하여 채널 추정이 이뤄진다.The base station generates a beamforming vector to each user terminal based on the downlink channel information, and performs channel reciprocity to effectively estimate a channel matrix between the base station antennas ranging from several tens to several hundreds and each user terminals. Channel estimation is performed.

채널 상반성을 이용하면 채널의 상관 시간(Coherence Time)이내에는 기지국에서 사용자 단말로의 채널과 그 반대 방향인 사용자 단말에서 기지국으로 향하는 채널이 동일한 채널 응답을 갖는다.If the channel response is used, a channel from the base station to the user terminal and a channel from the user terminal to the base station in the opposite direction have the same channel response within the correlation time (Coherence Time) of the channel.

따라서, 시분할 이중 통신 시스템은 다음의 두 과정을 통해 효과적으로 채널을 추정할 수 있다.Therefore, the time division duplex communication system can effectively estimate the channel through the following two processes.

첫 번째는 하나의 셀 내의 모든 사용자 단말들은 서로 직교하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 동시에 기지국으로 전송한다.First, all user terminals in one cell transmit the uplink training sequences orthogonal to each other to the base station at the same time.

두 번째로, 기지국은 수신한 트레이닝 시퀀스를 이용해 사용자 단말부터 기지국으로 향하는 채널을 추정한다.Second, the base station estimates a channel from the user terminal to the base station using the received training sequence.

이에 따른 채널 상반성에 의해 상향 링크 채널과 하향 링크 채널의 채널 응답은 동일하므로 기지국은 각 사용자 단말로의 채널을 추정할 수 있다. Since the channel response of the uplink channel and the downlink channel is the same due to the channel response, the base station can estimate the channel to each user terminal.

이를 기반으로 기지국은 빔 성형을 수행함으로써 Massive MIMO 시스템은 의도된 사용자 단말의 신호 대 잡음 비를 향상시킬 수 있다. 일반적으로 기지국은 사용자 단말보다 훨씬 많은 수의 안테나를 가지므로, 이러한 과정을 통해서 채널 추정하는 것이 매우 효율적이다.Based on this, the base station performs beamforming so that the massive MIMO system can improve the signal-to-noise ratio of the intended user terminal. In general, since a base station has a much larger number of antennas than a user terminal, it is very efficient to perform channel estimation through such a process.

그러나, 상술한 기지국의 채널 추정과정에서 공격자(공격자 단말)가 악의적인 목적으로 기지국의 채널 추정을 제어할 수 있다. 예를 들면, 공격자는 Massive MIMO 시스템의 서비스를 방해할 수 있고, 도청자에 의해 정보 수신이 용이하도록 제어하여 치명적인 결과를 초래할 수 있다. However, in the channel estimation process of the base station, the attacker (attacker terminal) can control the channel estimation of the base station for malicious purposes. For example, an attacker can interfere with the service of a Massive MIMO system, and can be controlled by an eavesdropper to easily receive information, which can have catastrophic consequences.

이러한 공격은 학계에서 파일럿 오염 공격으로 명명 되었고, Massive MIMO가 주목을 받으면서 문제가 제기 되어왔으나 이에 대한 해결책은 아직 부족한 실정이다.These attacks have been named as pilot pollution attacks in academia, and Massive MIMO has been attracting attention, but the solution is still lacking.

구체적으로, 파일럿 오염 공격은 기지국이 각 사용자 단말로의 빔 성형 벡터를 만드는 과정을 공격자가 의도하는 방향으로 제어하는 형태의 공격이다. 공격자는 파일럿 오염 공격을 통해서 빔 성형 벡터를 제어하여 도청하고자 하는 대상 사용자(또는 적법 사용자)의 수신 신호 감도를 의도하는 방향으로 조정할 수 있다.Specifically, the pilot contamination attack is an attack in which the base station controls the process of creating a beamforming vector for each user terminal in a direction intended by the attacker. The attacker can adjust the received signal sensitivity of the target user (or legitimate user) to be eavesdropped by controlling the beamforming vector through pilot pollution attack.

이에, 본 명세서에서는 파일럿 오염 공격을 기지국에서 조기에 검출하는 기술을 제안한다. Accordingly, the present invention proposes a technique for early detection of a pilot contamination attack at a base station.

한국공개특허 제10­2015­0061797호(2015.06.05 공개), "시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법 및 시스템"Korean Patent Publication No. 1020150061797 (published on May 5, 2015), " Method and System for Detecting Pilot Contamination Attacks in a Time Division Duplex Communication Multiuser Multi-Antenna Environment "

본 발명은 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경 아래, 기지국에서 상향 링크 트레이닝과 하향 링크 트레이닝을 이용하여 파일럿 오염 공격에 의해 발생하는 적법한 사용자와의 추정 채널 오차를 이용하여 조기에 검출할 수 있는 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. The present invention relates to a method and apparatus for pilot contamination that can be detected at an early stage using an estimated channel error with a legitimate user caused by a pilot contamination attack using uplink training and downlink training at a base station under a time division duplex communication multi- A method and system for detecting an attack.

또한, 본 발명은 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경 아래, 상향 링크 트레이닝뿐만 아니라 하향 링크 트레이닝을 수행하여 두 단계에서 추정한 채널의 통계적인 특성 변화를 이용하여 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출할 수 있는 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다. Also, the present invention can detect a pilot contamination attack at a base station by performing downlink training as well as uplink training under a time division duplex communication multi-user multi-antenna environment and using statistical characteristic changes of channels estimated at two stages A method and system for detecting pilot contamination attacks.

또한, 본 발명은 다중 안테나를 가진 공격자가 빔 성형을 수행하여 파일럿 오염 공격을 시도하는 경우, 조기에 이를 검출할 수 있는 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method and system for detecting a pilot contamination attack that can detect a pilot pollution attack when an attacker having multiple antennas performs beamforming.

본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 기지국에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 방법은 상향 링크 트레이닝 과정에서, 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정하는 단계, 하향 링크 트레이닝 과정에서, 상기 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 단계 및 상기 수신된 기지국 채널 정보와, 상기 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.A method for detecting a pilot contamination attack in a base station under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment according to an exemplary embodiment of the present invention includes: Receiving a signal including an uplink training sequence transmitted by each of a plurality of user terminals and estimating the legitimate channel information by applying a proper training sequence to the received signal; Receiving estimated base station channel information from the terminals, and determining whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the received base station channel information and the estimated legitimate channel information do.

상기 적법 채널 정보를 추정하는 단계는 상기 수신된 신호에 상기 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 사용자 단말의 하향 링크 채널을 추정하기 위한 적법 사용자 단말의 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계 및 상기 획득된 적법 사용자 단말의 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 적법 채널 및 상기 적법 채널의 추정 오차를 포함하는 상기 적법 채널 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein estimating the legitimate channel information comprises: obtaining a sufficient statistics of a legitimate user terminal for estimating a downlink channel of a legitimate user terminal by applying the legitimate training sequence to the received signal; Estimating the legitimate channel information including a legitimate channel and an estimation error of the legitimate channel using a minimum mean square error (MMSE) estimation based on a sufficiency statistic of a legitimate user terminal.

상기 기지국 채널 정보를 수신하는 단계는 상기 하향 링크 트레이닝 과정에서 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하는 단계 및 상기 복수의 사용자 단말들로부터 상기 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of receiving the base station channel information comprises the steps of transmitting a signal including a downlink training sequence to each of the plurality of user terminals in the downlink training step and transmitting the estimated base station channel information from the plurality of user terminals And receiving the data.

상기 복수의 사용자 단말들은 상기 기지국으로부터 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하고, 상기 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정하며, 상기 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 상기 기지국 채널 정보를 추정할 수 있다.The plurality of user equipments acquire a base station sufficiency statistic by applying a base station training sequence to a signal received from the base station, and calculate a Minimum Mean Square Error (MMSE) estimation based on the acquired base station sufficiency statistic And estimates the base station channel information by applying a vector transpose operation to the estimated antenna channel information.

상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 상향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 상기 적법 채널 정보와, 상기 하향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 상기 기지국 채널 정보를 기반으로 파일럿 오염 공격 검출을 위한 파일럿 충분 통계량을 생성하는 단계, 상기 생성된 파일럿 충분 통계량과 미리 설정된 변수값과 비교하는 단계 및 상기 비교 결과, 상기 파일럿 충분 통계량이 상기 미리 설정된 변수값 보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재한다는 판단하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of determining whether or not the pilot contamination attack exists includes a step of detecting a pilot contamination attack based on the legitimate channel information estimated in the uplink training process and the base station channel information estimated in the downlink training process Comparing the generated pilot sufficiency statistic with a preset variable value; and if the pilot sufficiency statistic is greater than the preset variable value, And determining that a contamination attack is present.

상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계는 상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력이, 상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재하지 않은 경우의 상기 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력보다 높은 특성을 이용하여 상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.Wherein the step of determining whether the pilot contamination attack is present comprises: if the uplink training sequence power in the presence of the pilot contamination attack for the at least one user terminal is less than the pilot contamination attack for the at least one user terminal It is possible to determine whether the pilot contamination attack exists by using a characteristic higher than the uplink training sequence power in the case where the pilot contamination attack does not exist.

상기 복수의 사용자 단말들로부터 수신된 신호는 상기 복수의 사용자 단말들 각각의 상향 링크 전송 전력, 상기 복수의 사용자 단말들 각각의 대규모 페이딩 요소(Large Scale Fading Factor) 및 복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음을 포함할 수 있다.The signal received from the plurality of user terminals may include uplink transmission power of each of the plurality of user terminals, a large scale fading factor of each of the plurality of user terminals, and a complex Gaussian noise .

본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 링크 트레이닝 방법은 하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 단계 및 상기 추정된 기지국 채널 정보를 상기 기지국으로 송신하는 단계를 포함한다.A link training method for detecting a pilot contamination attack in a user terminal in a multiuser multi-input multiple output (MUMIMO) environment according to an embodiment of the present invention includes: Receiving a signal including a link training sequence, estimating base station channel information by applying a base station training sequence to the received signal, and transmitting the estimated base station channel information to the base station.

본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말의 동작 방법은 상향 링크 트레이닝 과정에서 상기 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of operating a user terminal according to an exemplary embodiment of the present invention may further include transmitting an uplink training sequence to the base station in an uplink training process.

상기 기지국 채널 정보를 추정하는 단계는 상기 수신된 신호에 상기 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계, 상기 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정하는 단계 및 상기 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 상기 기지국 채널 정보를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of estimating the base station channel information comprises: obtaining a base station sufficiency statistic by applying the base station training sequence to the received signal; calculating a Minimum Mean Square Error based on the obtained base station sufficiency statistic; Estimating antenna channel information using the MMSE estimation and estimating the base station channel information by applying a vector operation to the estimated antenna channel information.

본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 기지국에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 시스템은 상향 링크 트레이닝 과정에서 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 하향 링크 트레이닝 과정에서 상기 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 수신부, 상기 수신된 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정하는 추정부 및 상기 수신된 기지국 채널 정보와, 상기 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.A system for detecting a pilot contamination attack in a base station under a multiuser multi-input multiple output (MUMIMO) environment according to an embodiment of the present invention includes a system for detecting a pilot contamination attack from a plurality of user terminals A receiver for receiving a signal including an uplink training sequence transmitted by each of the user terminals of the user terminal and receiving estimated base station channel information from the plurality of user terminals in a downlink training process; An estimator for estimating the legitimate channel information by applying a legitimate training sequence to a signal including the received base station channel information, and a controller for determining whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the received base station channel information and the estimated legitimate channel information And a determination unit The.

본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 시스템은 하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 추정부 및 상기 추정된 기지국 채널 정보, 및 상향 링크 트레이닝 과정에서 상기 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신하는 송신부를 포함한다.A system for detecting a pilot contamination attack in a user terminal under a multiuser multi-input multiple output (MUMIMO) environment according to an embodiment of the present invention includes a downlink training Sequence estimator for estimating base station channel information by applying a base station training sequence to the received signal, and a base station for receiving the estimated base station channel information and an uplink training sequence from the base station in an uplink training process, And a transmitting unit for transmitting the data.

본 발명의 실시예에 따르면, 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경 아래, 기지국에서 상향 링크 트레이닝과 하향 링크 트레이닝을 이용하여 파일럿 오염 공격에 의해 발생하는 적법한 사용자와의 추정 채널 오차를 이용하여 조기에 검출할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, under the time division duplex communication multi-user multi-antenna environment, the base station detects early detection using the estimated channel error with the legitimate user caused by the pilot pollution attack using the uplink training and the downlink training at the base station. can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 환경 아래, 상향 링크 트레이닝뿐만 아니라 하향 링크 트레이닝을 수행하여 두 단계에서 추정한 채널의 통계적인 특성 변화를 이용하여 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출할 수 있다. Also, according to an embodiment of the present invention, downlink training is performed not only in uplink training but also in a time division duplex communication multi-user multi-antenna environment. Can be detected.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다중 안테나를 가진 공격자가 빔 성형을 수행하여 파일럿 오염 공격을 시도하는 경우, 조기에 이를 검출할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, when an attacker having multiple antennas performs beamforming to attempt a pilot pollution attack, it can detect it early.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 공격자가 파일럿 오염 공격을 수행할 때 사용하는 공격자의 안테나 개수에 무관하게 공격 시도를 검출할 수 있다.Also, according to the embodiment of the present invention, an attacker can detect an attack attempt irrespective of the number of antennas of an attacker used when performing an attack of pilot contamination.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 파일럿 오염 공격의 존재를 높은 확률로 검출할 수 있으며, 이를 통해 통신 시스템의 보안 유지를 위한 추가적인 후속 조치를 용이하게 대처할 수 있다. Further, according to the embodiment of the present invention, it is possible to detect a presence of a pilot contamination attack with a high probability, thereby easily coping with additional follow-up measures for securing the communication system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 오염 공격 검출이 수행되는 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 검출의 성능 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.1 illustrates a time division duplex communication multiuser multi-antenna system in which pilot contamination attack detection is performed according to an embodiment of the present invention.
2 shows a flow chart of a method for detecting a pilot contamination attack at a base station according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a user terminal according to an embodiment of the present invention.
4 graphically illustrates the performance results of pilot contamination detection in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates a configuration of a system for detecting a pilot contamination attack in a base station according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates a configuration of a user terminal system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Also, terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the viewer, the intention of the operator, or the custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

본 명세서의 다중 안테나 시분할 이중 통신 시스템에서, 기지국은 다수의 안테나를 이용하는 빔 성형(Beam­forming)을 통해서 의도된 수신자(사용자 단말)로부터 높은 수신 신호 대 잡음 비(Signal to Noise Ratio; SNR)로 정보를 수신하고, 네트워크 내의 의도되지 않은 다른 수신자로부터 낮은 수신 신호 대 잡음 비로 수신하도록 한다. In the multi-antenna time division duplex communication system of the present specification, a base station transmits information from an intended receiver (user terminal) to a high received signal-to-noise ratio (SNR) through beamforming using a plurality of antennas And to receive it at a low received signal-to-noise ratio from other unintended recipients in the network.

이를 위해서는 빔 성형을 위한 기지국과 의도된 수신자 사이의 채널 정보(Channel State Information; CSI) 획득이 정보 송신 단계에 선행되어야 한다.For this purpose, the acquisition of channel state information (CSI) between the base station and the intended recipient for beamforming must precede the information transmission step.

채널 상반 정리(Channel Reciprocity Theorem)에 의해 시분할 이중 통신 시스템은 상향 링크 트레이닝 과정을 통해서 채널의 상관 시간(Coherence Time) 이내의 하향 링크 채널을 추정할 수 있으며, 반대로 하향 링크 트레이닝 과정을 통해서 상향 링크 채널을 추정할 수 있다.According to the Channel Reciprocity Theorem, the TDD communication system can estimate a downlink channel within a coherence time of a channel through an uplink training process. On the other hand, through a downlink training process, Can be estimated.

다중 안테나 시스템에서는 다수의 안테나가 형성하는 채널 벡터의 효과적인 추정을 위해 상향 링크 트레이닝 과정을 통한 하향 링크 채널 추정 과정이 필수적이다.In a multi-antenna system, a downlink channel estimation process through an uplink training process is essential for effective estimation of a channel vector formed by a plurality of antennas.

하향 링크 채널 추정 단계에서, 적법한 수신자로 향하는 채널 추정을 변조하여 도청자(공격자 단말)의 채널 방향으로 빔 성형 벡터의 방향을 전환하는 공격을 파일럿 오염 공격이라 한다. In the downlink channel estimation step, an attack that changes the direction of the beamforming vector in the direction of the channel of the eavesdropper (attacker terminal) by modulating the channel estimation toward the legitimate receiver is called a pilot contamination attack.

도청자는 파일럿 오염 공격을 통해서 도청하고자 하는 신호에 대한 수신 SNR을 크게 높일 수 있으며, 반면에 도청당하는 수신자(적법 사용자 단말)의 수신 SNR을 낮출 수 있다.The eavesdropper can greatly increase the received SNR for the signal to be eavesdropped through the pilot pollution attack, while reducing the received SNR of the eavesdropped receiver (the legitimate user terminal).

이에 따른, 본 명세서에서는 다중 안테나를 가진 도청자가 파일럿 오염 공격을 시도하는 경우, 기지국과 적법한 사용자가 추정한 채널의 변화에 기반하여 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법을 제안한다. Accordingly, the present invention proposes a method for detecting a pilot contamination attack based on a change in a channel estimated by a base station and a legitimate user when an eavesdropper having multiple antennas tries to attack the pilot pollution.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 오염 공격 검출이 수행되는 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 시스템을 나타낸 도면이다.1 illustrates a time division duplex communication multiuser multi-antenna system in which pilot contamination attack detection is performed according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 오염 공격 검출이 수행되는 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 시스템은 하나의 기지국(110)과 복수의 사용자 단말들(120)을 포함하는 통신 네트워크에서 수행되는 것을 전제로 설명한다. 이하, 파일럿 오염 공격 검출이 수행되는 시분할 이중통신 다중 사용자 다중 안테나 시스템으로 기재하기로 한다. 또한, 시스템은 하나의 기지국(110)과 복수의 사용자 단말들(120)이 포함되는 통신 네트워크 외에, 복수의 기지국 및 복수의 사용자 단말이 포함되는 통신 네트워크에도 적용 가능할 수 있다.Referring to FIG. 1, a time division duplex communication multi-user multi-antenna system in which pilot contamination attack detection is performed according to an embodiment of the present invention includes a base station 110 and a plurality of user terminals 120, As shown in FIG. Hereinafter, a time division duplex communication multiuser multi-antenna system in which pilot contamination attack detection is performed will be described. In addition, the system may be applicable to a communication network including a plurality of base stations and a plurality of user terminals in addition to a communication network including one base station 110 and a plurality of user terminals 120.

시스템은 NA개의 안테나를 갖는 기지국(110) 및 통신 서비스를 제공하고자 하는 대상인 단일 안테나를 갖는 K개의 사용자 단말들(120)을 포함한다. 이때, NE개의 안테나를 갖는 공격자 단말(130)은

Figure pat00001
번째 적법 사용자 단말(공격자가 도청하고자 하는 사용자 단말, 131)의 신호 도청을 용이하게 하기 위하여 파일럿 오염 공격을 수행한다. The system includes a base station 110 with N A antennas and K user terminals 120 with a single antenna that are the objects for which communication services are to be provided. At this time, the attacker terminal 130 having N E antennas
Figure pat00001
(Attacker's eavesdropping user terminal, 131) to facilitate eavesdropping of signals.

이 때, 기지국(110)은 복수의 사용자 단말들(120)로 하향 링크 정보를 전송함으로써, 통신 서비스를 K개의 사용자 단말들(120)로 제공할 수 있다. 여기서, 하향 링크 정보 전송은 상향 링크 트레이닝 과정 및 하향 링크 트레이닝 과정을 통하여 수행될 수 있다.At this time, the base station 110 can provide the communication service to the K user terminals 120 by transmitting the downlink information to the plurality of user terminals 120. [ Here, the downlink information transmission may be performed through an uplink training process and a downlink training process.

상향 링크 트레이닝 과정에서, K개의 사용자 단말들(120)은 길이 Nu의 서로 직교(Orthogonal)하는 K개의 상향 링크 트레이닝 시퀀스

Figure pat00002
를 동시에 기지국(110)으로 송신할 수 있다. 이 때, 기지국(110)이 K개의 사용자 단말들(120)로부터 수신하는 신호인
Figure pat00003
행렬 Y는 하기의 [수식 1]과 같이 나타낼 수 있다.In the uplink training process, the K user terminals 120 are connected to K mutually orthogonal uplink training sequences of length N u
Figure pat00002
To the base station 110 at the same time. At this time, a signal received from the K user terminals 120 by the base station 110
Figure pat00003
The matrix Y can be expressed as [Equation 1] below.

[수식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서,

Figure pat00005
는 K개의 사용자 단말들(120) 각각의 상향 링크 전송 전력일 수 있고,
Figure pat00006
는 K번째 사용자 단말(120K)의 대규모 페이딩 요소(Large Scale Fading Factor)로서, 상향 링크 전송 전력 및 대규모 페이딩 요소는 기지국(110)과 통신하는 모든 사용자 단말들(120)에게 공개된 정보일 수 있다. 또한, U는
Figure pat00007
복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음 행렬로서, 행렬의 각 원소는 서로 독립적이고, 평균값 0에 분산값 1을 가질 수 있다. 또한, 행렬의 각 원소는
Figure pat00008
를 따른다고 가정한다.here,
Figure pat00005
May be the uplink transmission power of each of the K user terminals 120,
Figure pat00006
Is the Large Scale Fading Factor of the Kth user terminal 120 K and the uplink transmission power and the large fading factor may be information disclosed to all user terminals 120 communicating with the base station 110 have. Also, U
Figure pat00007
As a complex Gaussian noise matrix, each element of the matrix is independent of one another and may have a variance value of one at the mean value of zero. In addition, each element of the matrix
Figure pat00008
. ≪ / RTI >

또한, 소규모 페이딩 채널

Figure pat00009
은 복소 가우시안 분포를 따르고, 서로 다른 사용자 단말들(120) 간의 채널은 서로 동일하지만 독립적인 분포이며,
Figure pat00010
를 따른다고 가정한다.Also, a small fading channel
Figure pat00009
And the channels between the different user terminals 120 are the same but independent distributions,
Figure pat00010
. ≪ / RTI >

본 발명의 일 실시예에서는 공격자 단말(130)이

Figure pat00011
번째 사용자 단말인, 적어도 하나의 사용자 단말(또는 적법 사용자 단말, 131)에 대해 파일럿 오염 공격을 수행하는 것을 전제로 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법을 설명하기로 한다.In an embodiment of the present invention, the attacker terminal 130
Figure pat00011
A method for detecting a pilot contamination attack on the assumption that a pilot contamination attack is performed on at least one user terminal (or a legitimate user terminal) 131, which is a first user terminal, will be described.

공격자 단말(130)은 적법 사용자 단말(131)이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 모사하여, 적법 사용자 단말(131)이 전송하는 시점과 동일한 시점에 모사한 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 기지국(110)으로 전송할 수 있다. 이에 기지국(110)은 K개의 사용자 단말들(120)로부터 하기의 [수식 2]와 같은 신호인 행렬 Y를 수신할 수 있다.The attacker terminal 130 may transmit the uplink training sequence simulated at the same point in time as that transmitted by the legitimate user terminal 131 to the base station 110 by simulating the uplink training sequence transmitted by the legitimate user terminal 131 . Accordingly, the base station 110 can receive a matrix Y from the K user terminals 120, which is a signal as shown in Equation (2) below.

[수식 2][Equation 2]

Figure pat00012
Figure pat00012

여기서,

Figure pat00013
는 공격자 단말(130)의 대규모 페이딩 요소일 수 있으며,
Figure pat00014
는 공격자 단말(130)의 상향 링크 전송 전력일 수 있다. 이 때, 공격자 단말(130)은 시스템에 비협조적이므로, 공격자 단말(130)의 상향 링크 전송 전력 및 대규모 페이딩 요소와, 공격자 단말(130)의 파일럿 오염 공격 시의 빔 성형 벡터(
Figure pat00015
)는 기지국(110) 및 기지국(110)과 통신하는 모든 사용자 단말들(120)에게 공개되지 않은 정보로 가정한다.here,
Figure pat00013
May be a large-scale fading element of the attacker terminal 130,
Figure pat00014
May be the uplink transmission power of the attacker terminal 130. At this time, since the attacker terminal 130 is not cooperating with the system, the uplink transmission power and the large-scale fading factor of the attacker terminal 130 and the beamforming vector at the pilot pollution attack of the attacker terminal 130
Figure pat00015
Is assumed to be information that is not disclosed to all user terminals 120 communicating with the base station 110 and the base station 110.

상향 링크 트레이닝 과정에서, 기지국(110)은 [수식 2]와 같은 수신된 신호인 행렬 Y를 이용하여 적법 사용자 단말(131)에 대응하는 채널 추정 정보를 추출할 수 있다. In the uplink training process, the base station 110 may extract the channel estimation information corresponding to the legitimate user terminal 131 using the matrix Y, which is a received signal as shown in [Equation 2].

예를 들면, 기지국(110)은 [수식 2]의 행렬 Y에 각 사용자 단말에 대한 적법 트레이닝 시퀀스의

Figure pat00016
를 곱함으로써, 적법 사용자 단말(131)의 하향 링크 채널 추정에 요구되는 적법 사용자 단말의 충분 통계량(Sufficient Statistics)를 산출할 수 있다. 여기서,
Figure pat00017
는 에르미트(Hermitian) 연산이며, 켤레(Conjugate) 전치(Transpose) 연산을 의미할 수 있다. For example, the base station 110 may add a matrix Y of Equation (2) to the matrix Y of a proper training sequence for each user terminal
Figure pat00016
, It is possible to calculate the Sufficient Statistics of the legitimate user terminals required for the downlink channel estimation of the legitimate user terminal 131. [ here,
Figure pat00017
Is a Hermitian operation and may be referred to as a Conjugate Transpose operation.

이 때, 기지국(110)이

Figure pat00018
번째 적법 사용자 단말(131)로의 채널
Figure pat00019
를 추정하기 위한 상기 적법 사용자 단말의 충분 통계량
Figure pat00020
은 하기의 [수식 3]과 같다. At this time, the base station 110
Figure pat00018
Lt; RTI ID = 0.0 > 131 < / RTI &
Figure pat00019
The sufficiency statistics of the legitimate user terminal
Figure pat00020
Is expressed by Equation (3) below.

[수식 3][Equation 3]

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서,

Figure pat00022
를 의미하고,
Figure pat00023
는
Figure pat00024
복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음 벡터를 의미하며, 모든 원소는
Figure pat00025
를 따른다고 가정한다.here,
Figure pat00022
Lt; / RTI >
Figure pat00023
The
Figure pat00024
Means a complex Gaussian noise vector, and all elements
Figure pat00025
. ≪ / RTI >

이후 상향 링크 트레이닝 과정에서, 기지국(110)은 적법 사용자 단말의 충분 통계량

Figure pat00026
을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE)를 이용하여 적법 채널 정보를 추정하며, 추정한 적법 채널 정보
Figure pat00027
는 하기의 [수식 4]와 같다. In the uplink training process thereafter, the base station 110 calculates the sufficiency statistics of the legitimate user terminals
Figure pat00026
Estimates the legitimate channel information using a minimum mean square error (MMSE) based on the estimated legitimate channel information,
Figure pat00027
Is expressed by Equation (4) below.

[수식 4][Equation 4]

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서, 기지국(110)이 추정한 적법 채널 정보

Figure pat00029
의 추정 오차는
Figure pat00030
로 나타내며, 최소 평균 제곱 오차 추정의 특성에 따라
Figure pat00031
의 모든 원소는
Figure pat00032
를 따른다고 가정한다. 여기서
Figure pat00033
이다. Here, the legitimate channel information estimated by the base station 110
Figure pat00029
The estimation error of
Figure pat00030
, And depending on the characteristics of the minimum mean square error estimation
Figure pat00031
All elements of
Figure pat00032
. ≪ / RTI > here
Figure pat00033
to be.

하향 링크 트레이닝 과정에서, 기지국(110)은 상향 링크 트레이닝 과정과 반대로 길이 Nd의 하향 링크 트레이닝 시퀀스

Figure pat00034
를 복수의 사용자 단말들(120)로 송신할 수 있다. 이 때, 기지국(110)은 NA개의 안테나를 포함하고 있기 때문에 첫 번째 안테나부터 마지막 NA번째 안테나까지 순서대로 길이 Nd의 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 전송할 수 있다. 기지국(110)의 i번째 안테나가 복수의 사용자 단말들(120)로 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 전송하였을 경우,
Figure pat00035
번째 사용자 단말인, 적어도 하나의 사용자 단말(또는 적법 사용자 단말, 131)이 수신하는
Figure pat00036
벡터
Figure pat00037
는 하기의 [수식 5]와 같다.In the downlink training process, the base station 110 transmits a downlink training sequence of length N d as opposed to an uplink training sequence
Figure pat00034
To the plurality of user terminals (120). At this time, since the base station 110 includes N A antennas, it is possible to transmit downlink training sequences of length N d in order from the first antenna to the last N A th antennas. When the i-th antenna of the base station 110 transmits a downlink training sequence to a plurality of user terminals 120,
Figure pat00035
(Or legitimate user terminal) 131, which is the < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00036
vector
Figure pat00037
Is expressed by Equation (5) below.

[수식 5][Equation 5]

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서,

Figure pat00039
는 기지국(110)의 하향 링크 전송 전력일 수 있고,
Figure pat00040
는
Figure pat00041
복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음 벡터로서, 모든 원소는
Figure pat00042
를 따른다고 가정한다.here,
Figure pat00039
May be the downlink transmission power of the base station 110,
Figure pat00040
The
Figure pat00041
As a complex Gaussian noise vector, all elements
Figure pat00042
. ≪ / RTI >

기지국(110)이 마지막 NA번째 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 전송한 후, 복수의 사용자 단말들(120) 각각은 전술한 [수식 5]에 기지국 트레이닝 시퀀스의

Figure pat00043
를 곱함으로써, 채널 추정에 요구되는 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 산출할 수 있다. After the base station 110 transmits the last N A th downlink training sequence, each of the plurality of user terminals 120 receives the base station training sequence in Equation (5)
Figure pat00043
, It is possible to calculate the base station sufficiency statistics required for channel estimation.

이 때,

Figure pat00044
번째 적법 사용자 단말(131)이 기지국(110)의 i번째 안테나와의 채널
Figure pat00045
을 추정하기 위한 상기 기지국 충분 통계량
Figure pat00046
은 하기의 [수식 6]과 같다.At this time,
Figure pat00044
Th user terminal 131 is connected to the i < th > antenna of the base station 110,
Figure pat00045
The base station sufficiency statistic
Figure pat00046
Is expressed by Equation (6) below.

[수식 6][Equation 6]

Figure pat00047
Figure pat00047

여기서,

Figure pat00048
를 의미하고,
Figure pat00049
는 복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음 벡터를 의미하며, 모든 원소는
Figure pat00050
를 따른다고 가정한다.here,
Figure pat00048
Lt; / RTI >
Figure pat00049
Means a complex Gaussian noise vector, and all elements
Figure pat00050
. ≪ / RTI >

이후 하향 링크 트레이닝 과정에서, 복수의 사용자 단말들(120) 각각은 기지국 충분 통계량

Figure pat00051
을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE)를 이용하여 추정한 기지국(110)의 i번째 안테나 채널 정보를 추정하며, 추정한 안테나 채널 정보
Figure pat00052
는 하기의 [수식 7]과 같다.In the subsequent downlink training process, each of the plurality of user terminals 120 transmits a base station sufficiency statistic
Figure pat00051
Estimates the i < th > antenna channel information of the base station 110 estimated using a Minimum Mean Square Error (MMSE) based on the estimated antenna channel information,
Figure pat00052
Is expressed by Equation (7) below.

[수식 7][Equation 7]

Figure pat00053
Figure pat00053

여기서, 적법 사용자 단말(131)이 추정한 기지국 채널 정보

Figure pat00054
를 나타내며, 상기 T는 전치(Transpose) 연산을 의미할 수 있다.Here, the base station channel information estimated by the legitimate user terminal 131
Figure pat00054
, And T represents a transpose operation.

하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국(110)이 추정한 적법 사용자 단말(131)의 기지국 채널 정보

Figure pat00055
의 추정 오차는
Figure pat00056
로 나타내며, 최소 평균 제곱 오차 추정의 특성에 따라
Figure pat00057
의 모든 원소는
Figure pat00058
를 따른다고 가정한다. 여기서
Figure pat00059
이다. In the downlink training process, base station channel information of the legitimate user terminal 131 estimated by the base station 110
Figure pat00055
The estimation error of
Figure pat00056
, And depending on the characteristics of the minimum mean square error estimation
Figure pat00057
All elements of
Figure pat00058
. ≪ / RTI > here
Figure pat00059
to be.

이하, 위에서 상술한 시분할 이동통신 다중 사용자 다중 안테나 환경에서, 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법을 기재하기로 한다. 구체적으로, 도 2를 참조하여, 기지국에서

Figure pat00060
번째 적법 사용자 단말(131)에 대한 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법을 기재하기로 한다.Hereinafter, a method for detecting a pilot contamination attack will be described in the above-described time division mobile communication multi-user multi-antenna environment. Specifically, with reference to FIG. 2,
Figure pat00060
Lt; RTI ID = 0.0 > 131 < / RTI >

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법의 흐름도를 도시한 것이다.2 shows a flow chart of a method for detecting a pilot contamination attack at a base station according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법은 단계 210의 상향 링크 트레이닝 과정에서, 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 수신된 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정한다. Referring to FIG. 2, a method for detecting a pilot contamination attack in a base station according to an embodiment of the present invention includes an uplink training process Receives the signal including the sequence, and applies a legitimate training sequence to the received signal to estimate the legitimate channel information.

예를 들면, 단계 210은 수신된 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 사용자 단말의 하향 링크 채널을 추정하기 위한 적법 사용자 단말의 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계(미도시) 및 획득된 적법 사용자 단말의 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 적법 채널 및 적법 채널의 추정 오차를 포함하는 적법 채널 정보를 추정하는 단계(미도시)를 포함할 수 있다.For example, step 210 may include obtaining a Sufficient Statistics (not shown) of a legitimate user terminal for estimating a downlink channel of a legitimate user terminal by applying a legitimate training sequence to the received signal, (Not shown) estimating the legitimate channel information including the estimation error of the legitimate channel and the legitimate channel using a Minimum Mean Square Error (MMSE) estimation based on the sufficiency statistic of the user terminal.

이 때, 수신된 신호는 [수식 2]와 같이 표현될 수 있고, 적법 사용자 단말의 충분 통계량은 [수식 3]과 같이 표현될 수 있으며, 적법 채널 정보는 [수식 4]와 같이 표현될 수 있다.In this case, the received signal can be expressed as [Equation 2], the sufficiency statistic of the legitimate user terminal can be expressed as [Equation 3], and the legitimate channel information can be expressed as [Equation 4] .

실시예에 따라서, 복수의 사용자 단말들로부터 수신된 신호는 복수의 사용자 단말들 각각의 상향 링크 전송 전력, 복수의 사용자 단말들 각각의 대규모 페이딩 요소(Large Scale Fading Factor) 및 복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a signal received from a plurality of user terminals includes uplink transmission power of each of a plurality of user terminals, a Large Scale Fading Factor and a Complex Gaussian of each of a plurality of user terminals, May include noise.

단계 220의 하향 링크 트레이닝 과정에서, 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신한다.In the downlink training process of step 220, estimated base station channel information is received from a plurality of user terminals.

예를 들면, 단계 220은 하향 링크 트레이닝 과정에서 복수의 사용자 단말들 각각으로 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하는 단계(미도시) 및 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 단계(미도시)를 포함할 수 있다. For example, the step 220 may include transmitting a signal including a downlink training sequence to each of a plurality of user terminals in a downlink training process (not shown) and receiving a base station channel information estimated from a plurality of user terminals (Not shown).

실시예에 따라서, 복수의 사용자 단말들은 기지국으로부터 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하고, 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정할 수 있다.According to an embodiment, a plurality of user equipments acquires a base station training sequence by applying a base station training sequence to a signal received from a base station, calculates a minimum mean square error (MMSE) based on the obtained base station sufficiency statistic, ) Estimation can be used to estimate the antenna channel information.

이후, 복수의 사용자 단말들은 상기 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 기지국 채널 정보를 추정할 수 있다. Then, the plurality of user terminals can estimate the base station channel information by applying a vector transpose operation to the estimated antenna channel information.

이 때, 기지국으로부터 수신된 신호는 [수식 5]와 같이 표현될 수 있고, 기지국 충분 통계량은 [수식 6]과 같이 표현될 수 있으며, 안테나 채널 정보는 [수식 7]과 같이 표현될 수 있다.At this time, the signal received from the base station can be expressed as [Equation 5], the base station sufficiency statistic can be expressed as [Equation 6], and the antenna channel information can be expressed as [Equation 7].

단계 230에서 수신된 기지국 채널 정보와, 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단한다.It is determined whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the base station channel information received in step 230 and the estimated legitimate channel information.

예를 들면, 상향 링크 트레이닝 과정에서 공격자 단말에 의해 파일럿 오염 공격이 수행되지 않은 경우를

Figure pat00061
라 하고, 파일럿 오염 공격이 수행된 경우를
Figure pat00062
라 가정하면, 기지국에서의 상향 링크 트레이닝 단계(단계 210)에서 추정한 적법 채널 정보는 하기의 [수식 8]과 같다.For example, if the pilot contamination attack is not performed by the attacker terminal during the uplink training process
Figure pat00061
, And when a pilot contamination attack is performed
Figure pat00062
, The legitimate channel information estimated in the uplink training step 210 of the base station is expressed by Equation 8 below.

[수식 8][Equation 8]

Figure pat00063
Figure pat00063

여기서, 기지국은 파일럿 오염 공격에 의해 발생한 오차를

Figure pat00064
로 나타낼 수 있다. Here, the base station calculates the error caused by the pilot pollution attack
Figure pat00064
.

즉, 최소 평균 제곱 오차 추정의 특성에 따라, 단계 210(상향 링크 트레이닝 단계)에서 추정한 적법 채널 정보

Figure pat00065
의 분포는
Figure pat00066
인 경우
Figure pat00067
를 나타내고,
Figure pat00068
인 경우
Figure pat00069
를 나타낼 수 있다.That is, according to the characteristics of the minimum mean square error estimation, the legitimate channel information estimated in step 210 (uplink training step)
Figure pat00065
The distribution of
Figure pat00066
If
Figure pat00067
Lt; / RTI >
Figure pat00068
If
Figure pat00069
Lt; / RTI >

또한, 기지국은 단계 220(하향 링크 트레이닝 단계)에서 추정한 기지국 채널 정보

Figure pat00070
를 수신하여 파일럿 오염 공격 검출을 위한 파일럿 충분 통계량 T를 산출할 수 있다. 상기 파일럿 충분 통계량은 하기의 [수식 9]와 같다.In addition, the base station transmits base station channel information estimated in step 220 (downlink training step)
Figure pat00070
To calculate a pilot sufficiency statistic T for pilot contamination attack detection. The pilot sufficiency statistic is given by Equation (9) below.

[수식 9][Equation 9]

Figure pat00071
Figure pat00071

여기서,

Figure pat00072
는 미리 설정된 변수값인 검출 경계 값을 의미한다.here,
Figure pat00072
Means a detection boundary value which is a preset variable value.

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법의 단계 230은 파일럿 충분 통계량이 미리 설정된 변수값(검출 경계 값)보다 큰 값인 경우, 적법 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재한다고 판단할 수 있다. Accordingly, step 230 of the method for detecting a pilot contamination attack in the base station according to the embodiment of the present invention is characterized in that when the pilot sufficiency statistic is larger than a predetermined variable value (detection boundary value), the pilot pollution attack for the legitimate user terminal Can be judged to exist.

반면, 파일럿 충분 통계량이 미리 설정된 변수값(검출 경계 값)보다 낮은 값인 경우, 적법 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하지 않는다고 판단할 수 있다. On the other hand, if the pilot sufficiency statistic is lower than a preset variable value (detection threshold value), it can be determined that there is no pilot contamination attack on the legitimate user terminal.

실시예에 따라서, 단계 230은 적어도 하나의 사용자 단말(적법 사용자 단말)에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력이, 적어도 하나의 사용자 단말(적법 사용자 단말)에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하지 않은 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력보다 높은 특성을 이용하여 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. In accordance with an embodiment, step 230 includes determining whether the uplink training sequence power in the presence of a pilot contamination attack for at least one user terminal (a legitimate user terminal) is greater than a pilot contamination attack for at least one user terminal It is possible to determine whether or not a pilot contamination attack exists by using a characteristic higher than the uplink training sequence power in the case where the pilot contamination attack is not present.

실시예에 따라서, 상기 검출 경계 값

Figure pat00073
은 오 경보 확률(False Alarm Probability)를 원하는 값으로 고정시키기 위한 기지국의 시스템 변수일 수 있으며, [수식 8]과 마찬가지로 검출을 위한 파일럿 충분 통계량 T는 하기의 [수식 10]과 같은 분포를 가질 수 있다.According to an embodiment, the detection threshold value
Figure pat00073
May be a system parameter of the base station to fix the False Alarm Probability to a desired value, and the pilot sufficiency statistic T for detection may have a distribution as shown in [Equation 10] have.

[수식 10][Equation 10]

Figure pat00074
Figure pat00074

여기서,

Figure pat00075
의미하고,
Figure pat00076
의미한다.here,
Figure pat00075
Meaning,
Figure pat00076
it means.

상기

Figure pat00077
는 모양 매개변수(Shape Parameter)가 k이고, 크기 매개변수(Scale Parameter)가
Figure pat00078
인 감마(Gamma) 분포를 나타낸다.remind
Figure pat00077
The shape parameter is k, and the scale parameter is
Figure pat00078
Gamma < / RTI > distribution.

또한, 상기

Figure pat00079
는 자유도(Degrees of Freedom)가 k이고, 비중심 변수(Non­centrality Parameter)가
Figure pat00080
인 비중심 카이제곱 분포(Non­central Chi­squared) 분포를 나타낸다.In addition,
Figure pat00079
Is the degree of freedom (Degrees of Freedom) is k and the noncentrality parameter is
Figure pat00080
And the noncentral chisquare distribution.

본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법은 공격자 단말의 빔 성형 벡터

Figure pat00081
에 무관하므로, 공격자 단말의 안테나 개수에 무관하게 파일럿 오염 공격을 검출할 수 있으며, 파일럿 오염 공격에 의해 발생한 오차
Figure pat00082
가 증가할수록 공격을 검출할 확률이 증가할 수 있다. A method for detecting a pilot contamination attack according to an embodiment of the present invention includes detecting a beamforming vector
Figure pat00081
The pilot contamination attack can be detected irrespective of the number of antennas of the attacker terminal, and the error caused by the pilot pollution attack
Figure pat00082
The probability of detecting an attack may increase.

또한, 파일럿 오염 공격 시, 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법은 추정 채널의 평균 전력이 0이 아님을 이용하여 검출하기 때문에 공격자 단말이 상향 링크 트레이닝 단계 및 하향 링크 트레이닝 단계 모두에서 공격하더라도 검출이 가능하다. In the pilot contamination attack, the method of detecting the pilot contamination attack according to the embodiment of the present invention detects using the average power of the estimated channel is not 0, so that the attacker terminal detects both the uplink training step and the downlink training step Can be detected even if attacked from.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법은 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우, 이에 대한 후속 조치를 실행할 수 있다. Also, although not shown in the figure, a method of detecting a pilot contamination attack at a base station may perform a follow-up action if there is a pilot pollution attack.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말의 동작 방법의 흐름도를 도시한 것이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a user terminal according to an embodiment of the present invention.

도 3은 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 링크 트레이닝 방법을 나타낸다.FIG. 3 illustrates a link training method for detecting a pilot contamination attack at a user terminal under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment.

단계 310의 하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신한다. 이 때, 기지국으로부터 수신된 신호는 [수식 5]와 같이 표현될 수 있다.And receives a signal including a downlink training sequence from the base station in the downlink training process of step 310. [ At this time, the signal received from the base station can be expressed as [Expression 5].

단계 320에서 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정한다.In step 320, base station training sequence is applied to the received signal to estimate base station channel information.

예를 들면, 단계 320은 수신된 신호에 상기 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계(미도시), 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정하는 단계(미도시) 및 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 단계(미도시)를 포함할 수 있다.For example, step 320 may include applying a base station training sequence to the received signal to obtain base station sufficiency statistics (not shown), obtaining a Minimum Mean Square Error (BSM) based on the acquired base station sufficiency statistics. (Not shown) of estimating antenna channel information using MMSE estimation and estimating base station channel information by applying a vector operation to estimated antenna channel information.

이 때, 기지국 충분 통계량은 [수식 6]과 같이 표현될 수 있으며, 안테나 채널 정보는 [수식 7]과 같이 표현될 수 있다.At this time, the base station sufficiency statistic can be expressed as [Equation 6], and the antenna channel information can be expressed as [Equation 7].

이후, 단계 330에서 추정된 기지국 채널 정보를 상기 기지국으로 송신한다.Then, in step 330, the base station transmits the estimated base station channel information to the base station.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격의 검출을 위한 링크 트레이닝 방법은 상향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 상향 링크 트레이닝 시퀀스는 [수식 1]과 같이 표현될 수 있다. In addition, the link training method for detecting a pilot contamination attack in a user terminal according to an embodiment of the present invention may further include transmitting an uplink training sequence to a base station in an uplink training process. In this case, the uplink training sequence can be expressed as [Equation 1].

실시예에 따라서, 상향 링크 트레이닝 과정은 하향 링크 트레이닝 과정보다 선행될 수 있으므로 상향 링크 트레이닝 과정 및 하향 링크 트레이닝 과정의 순서는 한정하지 않는다. According to the embodiment, since the uplink training process may precede the downlink training process, the order of the uplink training process and the downlink training process is not limited.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 검출의 성능 결과를 그래프로 도시한 것이다. 4 graphically illustrates the performance results of pilot contamination detection in accordance with an embodiment of the present invention.

보다 구체적으로, 도 4는 파일럿 오염 공격에 의해 발생하는 오차를 증가시키면서 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법을 이용한 검출의 성능 확률을 그래프로 도시한 것이다.More specifically, FIG. 4 graphically illustrates the performance probabilities of detection using a method for detecting pilot contamination attacks according to an embodiment of the present invention while increasing errors caused by pilot contamination attacks.

도 4를 참조하면, 원 모양 실선인 그래프들(a, c)은 상향 링크 트레이닝 시퀀스(Nu)를 나타내고, 네모 모양 실선인 그래프들(b, d)은 하향 링크 트레이닝 시퀀스(Nd)를 나타낸다.Referring to FIG. 4, graphs a and c, which are circular solid lines, represent an uplink training sequence N u , and graphs b and d that are quadratic solid lines represent a downlink training sequence N d . .

제안하는 본 발명의 실시예에 따른 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법의 경우, 채널 추정을 기반으로 하기 때문에, 상향 링크 트레이닝 시퀀스 및 하향 링크 트레이닝 시퀀스의 길이가 50에서 100으로 증가할수록 검출 확률(The detection probability)이 향상되는 것을 확인할 수 있다.In the method of detecting pilot contamination attack according to the embodiment of the present invention, since the channel estimation is based, as the length of the uplink training sequence and the downlink training sequence increases from 50 to 100, the detection probability probability is improved.

또한, 오 경보 확률

Figure pat00083
이 높을수록 검출 확률의 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. Also,
Figure pat00083
It can be seen that the performance of the detection probability is improved.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates a configuration of a system for detecting a pilot contamination attack in a base station according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 기지국에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 시스템(500)은 수신부(510), 추정부(520) 및 판단부(530)를 포함한다.5, a system 500 for detecting a pilot contamination attack at a base station in a multiuser multi-input multiple-output (MUMIMO) environment according to an embodiment of the present invention includes a receiver 510 ), An estimating unit 520 and a determining unit 530.

수신부(510)는 상향 링크 트레이닝 과정에서 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 하향 링크 트레이닝 과정에서 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신한다.The receiving unit 510 receives a signal including an uplink training sequence transmitted from each of a plurality of user terminals from a plurality of user terminals in an uplink training process, And receives base station channel information.

상기 복수의 사용자 단말들로부터 수신된 신호는 복수의 사용자 단말들 각각의 상향 링크 전송 전력, 복수의 사용자 단말들 각각의 대규모 페이딩 요소(Large Scale Fading Factor) 및 복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음을 포함할 수 있다. The signal received from the plurality of user terminals includes an uplink transmission power of each of the plurality of user terminals, a large scale fading factor of each of the plurality of user terminals, and a complex Gaussian noise .

추정부(520)는 수신된 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정한다.The estimator 520 estimates the legitimate channel information by applying a proper training sequence to a signal including the received uplink training sequence.

예를 들면, 추정부(520)는 수신된 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 사용자 단말의 하향 링크 채널을 추정하기 위한 적법 사용자 단말의 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득할 수 있다. For example, the estimator 520 may acquire the Sufficient Statistics of the legitimate user terminal for estimating the downlink channel of the legitimate user terminal by applying the legitimate training sequence to the signal including the received uplink training sequence can do.

이후, 추정부(520)는 획득된 적법 사용자 단말의 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 적법 채널 및 상기 적법 채널의 추정 오차를 포함하는 적법 채널 정보를 추정할 수 있다. Then, the estimation unit 520 estimates the legitimate channel information including the legitimate channel and the estimation error of the legitimate channel using the Minimum Mean Square Error (MMSE) estimation based on the sufficiency statistics of the acquired legitimate user terminal can do.

판단부(530)는 수신된 기지국 채널 정보와, 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단한다. The determination unit 530 determines whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the received base station channel information and the estimated legitimate channel information.

예를 들면, 판단부(530)는 상향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 적법 채널 정보와, 하향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 기지국 채널 정보를 기반으로 파일럿 오염 공격 검출을 위한 파일럿 충분 통계량을 생성할 수 있다.For example, the determination unit 530 may generate pilot sufficiency statistics for pilot contamination attack detection based on the legitimate channel information estimated during the uplink training process and the base station channel information estimated during the downlink training process.

이후, 판단부(530)는 생성된 파일럿 충분 통계량과 미리 설정된 변수값을 비교하고, 파일럿 충분 통계량이 미리 설정된 변수값(검출 경계 값)보다 큰 값인 경우, 적어도 하나의 사용자 단말(적법 사용자 단말)에 대한 파일럿 오염 공격이 존재한다는 판단 결과를 제공(output)할 수 있다. The determination unit 530 compares the generated pilot sufficiency statistic with a preset variable value. If the pilot sufficiency statistic is greater than a preset variable value (detection threshold) A result of the determination that there is a pilot contamination attack on the target can be output.

반편, 판단부(530)는 파일럿 충분 통계량이 미리 설정된 변수값보다 낮은 값인 경우, 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하지 않는다고 판단 결과를 제공(output)할 수 있다. If the pilot sufficiency statistic is lower than a preset variable value, the determination unit 530 may output a determination result that there is no pilot pollution attack for at least one user terminal.

실시예에 따라서, 판단부(530)는 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력이, 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하지 않은 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력보다 높은 특성을 이용하여 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. According to an embodiment, the determination unit 530 determines that the uplink training sequence power in the presence of a pilot contamination attack for at least one user terminal is higher than the uplink training sequence power in the case where there is no pilot contamination attack for at least one user terminal It is possible to determine whether or not there is a pilot contamination attack by using characteristics higher than the link training sequence power.

또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 실시예에 따른 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 시스템(500)은 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우, 이에 대한 후속 조치를 실행할 수 있다.Also, although not shown in the drawings, a system 500 for detecting a pilot contamination attack at a base station according to an embodiment of the present invention may perform follow-up actions in the presence of a pilot contamination attack.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말 시스템의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates a configuration of a user terminal system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 시스템(600)은 수신부(610), 추정부(620) 및 송신부(630)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a system 600 for detecting a pilot contamination attack in a user terminal under a multi-user multiple input multiple output (MUMIMO) environment includes a receiving unit 610, 620, and a transmitting unit 630.

수신부(610)는 하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신한다. The receiving unit 610 receives a signal including a downlink training sequence from the base station in the downlink training process.

추정부(620)는 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 추정한다. The estimator 620 estimates base station channel information by applying a base station training sequence to the received signal.

예를 들면, 추정부(620)는 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)를 획득하고, 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정할 수 있다.For example, the estimator 620 may obtain a base station training sequence by applying a base station training sequence to the received signal, and may calculate a Minimum Mean Square Error (MMSE) estimation based on the acquired base station sufficiency statistics. To estimate the antenna channel information.

이후, 추정부(620)는 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 기지국 채널 정보를 추정할 수 있다. Thereafter, the estimator 620 can estimate the base station channel information by applying a vector transpose operation to the estimated antenna channel information.

송신부(630)는 추정된 기지국 채널 정보, 및 상향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신한다. The transmitter 630 transmits the estimated base station channel information and the uplink training sequence to the base station in the uplink training process.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA) A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD­ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기­광 매체(magneto­optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical media such as CDROMs and DVDs, magnetic optical media such as floppy disks, magnetooptical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

110: 기지국
120: 사용자 단말
130: 공격자 단말
131: 적법 사용자 단말110: base station
120: User terminal
130: Attacker terminal
131: Legitimate user terminal

Claims (13)

다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 기지국에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 방법에 있어서,
상향 링크 트레이닝 과정에서, 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정하는 단계;
하향 링크 트레이닝 과정에서, 상기 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 기지국 채널 정보와, 상기 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법.A method for detecting a pilot contamination attack in a base station under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment,
In the uplink training process, a signal including an uplink training sequence transmitted from each of a plurality of user terminals is received from a plurality of user terminals, and a legitimate training sequence is applied to the received signal to estimate legitimate channel information step;
Receiving downlink channel estimation information from the plurality of user terminals in downlink training; And
Determining whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the received base station channel information and the estimated legitimate channel information;
And detecting a pilot pollution attack at the base station. 제1항에 있어서,
상기 적법 채널 정보를 추정하는 단계는
상기 수신된 신호에 상기 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 사용자 단말의 하향 링크 채널을 추정하기 위한 적법 사용자 단말의 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 적법 사용자 단말의 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 적법 채널 및 상기 적법 채널의 추정 오차를 포함하는 상기 적법 채널 정보를 추정하는 단계
를 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법.The method according to claim 1,
The step of estimating the legitimate channel information
Obtaining a sufficient statistics of a legitimate user terminal for estimating a downlink channel of a legitimate user terminal by applying the legitimate training sequence to the received signal; And
Estimating the legitimate channel information including a legitimate channel and an estimation error of the legitimate channel using a Minimum Mean Square Error (MMSE) estimation based on the acquired sufficient statistic of the legitimate user terminal
And detecting a pilot pollution attack at the base station. 제1항에 있어서,
상기 기지국 채널 정보를 수신하는 단계는
상기 하향 링크 트레이닝 과정에서 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 전송하는 단계; 및
상기 복수의 사용자 단말들로부터 상기 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 단계
를 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법.The method according to claim 1,
The step of receiving the base station channel information
Transmitting a signal including a downlink training sequence to each of the plurality of user terminals in the downlink training; And
Receiving the estimated base station channel information from the plurality of user terminals
And detecting a pilot pollution attack at the base station. 제3항에 있어서,
상기 복수의 사용자 단말들은
상기 기지국으로부터 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하고, 상기 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정하며, 상기 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 상기 기지국 채널 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법. The method of claim 3,
The plurality of user terminals
The base station training sequence is applied to a signal received from the base station to obtain a base station sufficiency statistic and a minimum mean square error (MMSE) estimation based on the obtained base station sufficiency statistic is used to calculate antenna channel information And estimating the base station channel information by applying a vector transpose operation to the estimated antenna channel information. 제1항에 있어서,
상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계는
상기 상향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 상기 적법 채널 정보와, 상기 하향 링크 트레이닝 과정에서 추정된 상기 기지국 채널 정보를 기반으로 파일럿 오염 공격 검출을 위한 파일럿 충분 통계량을 생성하는 단계;
상기 생성된 파일럿 충분 통계량과 미리 설정된 변수값과 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과, 상기 파일럿 충분 통계량이 상기 미리 설정된 변수값보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재한다는 판단하는 단계
를 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법. The method according to claim 1,
Wherein the step of determining whether the pilot contamination attack is present comprises:
Generating pilot sufficiency statistics for pilot contamination attack detection based on the legitimate channel information estimated during the uplink training process and the base station channel information estimated during the downlink training process;
Comparing the generated pilot sufficiency statistic with a preset variable value; And
Determining that the pilot contamination attack exists for the at least one user terminal if the pilot sufficiency statistic is greater than the predetermined variable value;
And detecting a pilot pollution attack at the base station. 제5항에 있어서,
상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 단계는
상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재하는 경우의 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력이, 상기 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 상기 파일럿 오염 공격이 존재하지 않은 경우의 상기 상향 링크 트레이닝 시퀀스 전력보다 높은 특성을 이용하여 상기 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법. 6. The method of claim 5,
Wherein the step of determining whether the pilot contamination attack is present comprises:
Wherein the uplink training sequence power in the presence of the pilot contamination attack for the at least one user terminal is higher than the uplink training sequence power in the absence of the pilot contamination attack for the at least one user terminal Wherein the pilot pollution attack is detected using a characteristic of the pilot pollution attack. 제1항에 있어서,
상기 복수의 사용자 단말들로부터 수신된 신호는
상기 복수의 사용자 단말들 각각의 상향 링크 전송 전력, 상기 복수의 사용자 단말들 각각의 대규모 페이딩 요소(Large Scale Fading Factor) 및 복소 가우시안(Complex Gaussian) 잡음을 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법. The method according to claim 1,
The signals received from the plurality of user terminals
A method for detecting a pilot contamination attack in a base station including an uplink transmission power of each of the plurality of user terminals, a large scale fading factor of each of the plurality of user terminals, and a complex Gaussian noise, . 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 링크 트레이닝 방법에 있어서,
하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 기지국 채널 정보를 상기 기지국으로 송신하는 단계
를 포함하는 사용자 단말의 동작 방법. A link training method for detecting a pilot contamination attack in a user terminal under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment,
Receiving a signal including a downlink training sequence from a base station in a downlink training procedure;
Estimating base station channel information by applying a base station training sequence to the received signal; And
And transmitting the estimated base station channel information to the base station
Lt; / RTI > 제8항에 있어서,
상향 링크 트레이닝 과정에서 상기 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신하는 단계
를 더 포함하는 사용자 단말의 동작 방법.9. The method of claim 8,
Transmitting an uplink training sequence to the base station in an uplink training process
Lt; / RTI > 제8항에 있어서,
상기 기지국 채널 정보를 추정하는 단계는
상기 수신된 신호에 상기 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 충분 통계량(Sufficient Statistics)을 획득하는 단계;
상기 획득된 기지국 충분 통계량을 기반으로 최소 평균 제곱 오차(Minimum Mean­Square­Error; MMSE) 추정을 이용하여 안테나 채널 정보를 추정하는 단계; 및
상기 추정된 안테나 채널 정보에 벡터 전치(Transpose) 연산을 적용하여 상기 기지국 채널 정보를 추정하는 단계
를 포함하는 사용자 단말의 동작 방법.9. The method of claim 8,
The step of estimating the base station channel information
Applying the base station training sequence to the received signal to obtain a base station sufficiency statistics;
Estimating antenna channel information using a minimum mean square error (MMSE) estimation based on the acquired base station sufficiency statistic; And
Estimating the base station channel information by applying a vector transpose operation to the estimated antenna channel information
Lt; / RTI > 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다중 사용자 다중 안테나 환경의 통신 시스템은 시분할 이중통신(Time Division Duplex; TDD) 기법을 사용하는 파일럿 오염 공격을 검출하는 방법. 11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the communication system of the multi-user multi-antenna environment detects a pilot contamination attack using a Time Division Duplex (TDD) scheme. 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 기지국에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)을 검출하는 시스템에 있어서,
상향 링크 트레이닝 과정에서 복수의 사용자 단말들로부터 복수의 사용자 단말들 각각이 전송하는 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하고, 하향 링크 트레이닝 과정에서 상기 복수의 사용자 단말들로부터 추정된 기지국 채널 정보를 수신하는 수신부;
상기 수신된 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호에 적법 트레이닝 시퀀스를 적용하여 적법 채널 정보를 추정하는 추정부; 및
상기 수신된 기지국 채널 정보와, 상기 추정된 적법 채널 정보를 기반으로 적어도 하나의 사용자 단말에 대한 파일럿 오염 공격이 존재하는지 여부를 판단하는 판단부
를 포함하는 기지국에서 파일럿 오염 공격을 검출하는 시스템. A system for detecting a pilot contamination attack at a base station under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment, the system comprising:
The method includes receiving a signal including an uplink training sequence transmitted by each of a plurality of user terminals from a plurality of user terminals in an uplink training procedure, receiving base station channel information estimated from the plurality of user terminals in a downlink training process, A receiving unit for receiving;
An estimator for estimating the legitimate channel information by applying a legitimate training sequence to a signal including the received uplink training sequence; And
Determining whether there is a pilot contamination attack on at least one user terminal based on the received base station channel information and the estimated legitimate channel information;
And detecting a pilot contamination attack at the base station. 다중 사용자 다중 안테나(Multi­User Multiple Input Multiple Output; MU­MIMO) 환경 아래, 사용자 단말에서 파일럿 오염 공격(Pilot Contamination Attack)의 검출을 위한 시스템에 있어서,
하향 링크 트레이닝 과정에서 기지국으로부터 하향 링크 트레이닝 시퀀스를 포함하는 신호를 수신하는 수신부;
상기 수신된 신호에 기지국 트레이닝 시퀀스를 적용하여 기지국 채널 정보를 추정하는 추정부; 및
상기 추정된 기지국 채널 정보, 및 상향 링크 트레이닝 과정에서 상기 기지국으로 상향 링크 트레이닝 시퀀스를 송신하는 송신부
를 포함하는 사용자 단말 시스템. A system for detecting a pilot contamination attack at a user terminal under a multiuser multiple input multiple output (MUMIMO) environment, the system comprising:
A receiver for receiving a signal including a downlink training sequence from a base station during downlink training;
An estimator for estimating base station channel information by applying a base station training sequence to the received signal; And
And a transmitter for transmitting the uplink training sequence to the base station in the uplink training process,
Gt;
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