본 발명은 OFDM 방식에 의해 무선 랜 서비스를 제공하는 무선 랜 시스템에서의 데이터 전송 방법으로서, OFDM 방식에 의해 변조되는 OFDM 프레임은 복수의 훈련 심볼 및 복수의 데이터 심볼을 포함하는 데이터 필드로 이루어지고, 데이터 필드는 복수의 데이터 심볼 그룹 및 복수의 데이터 심볼 그룹 사이에 각각 배치되는 복수의 파일럿 심볼을 포함하도록 구성하며, 복수의 데이터 심볼 그룹은, 보호 구간 및 데이터 심볼 쌍의 복수의 세트로 구성하여 액세스 포인트를 통해 무선 단말기로 전송한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 무선 랜 서비스 방법에 적용되는 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에서는 데이터 필드를 일정 길이의 그룹으로 나누고 이들 그룹 사이에 짧은 길이의 파일럿 심볼을 삽입하여 하나의 파일럿 심볼과 하나의 데이터 심볼 그룹으로 이루어진 데이터 세트의 길이를 가간섭성 시간 이하로 한정함으로써 빠른 페이딩의 무선 채널 변화를 효과적으로 보상하도록 한다. 가간섭성 시간은 데이터 심볼간 전력 차이가 거의 없는 것으로 추정되는 시간을 의미한다. 그러므로, 본 발명에서는 전력 차이가 거의 없는 심볼들을 그룹화하는 것이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에 의한 데이터 프레임은 제 1 및 제 2 훈련심볼(TRAINING SYMBOL 1, TRAINING SYMBOL 2),다수의 데이터 심볼 그룹(DATA SYMBOL GROUP #1, …, DATA SYMBOL GROUP #M) 및 각 데이터 심볼 그룹 사이에 추가되는 다수의 파일럿 심볼(PILOT SYMBOL)을 포함한다. 또한, 각 데이터 심볼 그룹(DATA SYMBOL GROUP #1, …, DATA SYMBOL GROUP #M)은 다수의 데이터 심볼(DATA SYMBOL #1, …, DATA SYMBOL #L ) 및 상기 데이터 심볼 사이 사이에 배치되는 다수의 보호 구간(Guard Interval; GI)을 포함하여, 보호 구간 및 데이터 심볼로 이루어지는 L개의 세트로 이루어진다.
이와 같이 프레임을 구성하기 위하여 한 프레임에서 전송되는 OFDM 데이터 심볼을 가간섭성을 갖는 데이터 심볼 그룹으로 나누어야 하며, 이를 위해서는 하나의 데이터 심볼 그룹에 포함되는 데이터 심볼의 수를 결정하여야 한다. 하나의 데이터 심볼 그룹에 포함되는 데이터 심볼의 수는 가간섭성 시간에 포함되는 데이터 심볼의 수이다.
이를 위하여 먼저, 한 프레임에서 전송되는 OFDM 데이터 심볼의 총 개수가 N일 때, N개의 OFDM 심볼을 L개씩 나누어 OFDM 심볼 그룹을 만든다. 여기에서 OFDM 심볼 그룹의 개수 M은 [수학식 1]에 의해 추출한다.
M = Ceiling {N/L}
상기 식에서 Ceiling {x}는 x보다 크거나 같은 최소 정수를 의미한다. 또한, 하나의 OFDM 심볼 그룹에 포함되는 OFDM 심볼의 개수 L은 [수학식 2]에 의해 도출한다.
L = Ceiling {Q}
[수학식 2]에서 TC는 가간섭성 시간으로 예를 들어, [수학식 3]으로 나타낼 수 있으며, TS는 OFDM 심볼의 길이를 나타내며, Δ는 변조방식 및 채널 부호화율 등 기타 성능에 영향을 미치는 부분을 고려한 여유분으로서 변조 방식에 따라 [표 1]과 같이 정의할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 전체적인 조건을 고려하게 되면 다르게 결정될 수도 있다.
여기에서, fc[GHz]는 중심주파수, v[km/h]는 이동체의 속도이다.
변조방식 |
Δ |
BPSK |
0 |
QPSK |
0~1 |
16-QAM |
1~2 |
64-QAM |
2~3 |
예를 들어, 80km/h의 속도로 이동하고 있는 이동체 환경에서 IEEE 80.211a와 같이 5GHz의 주파수 대역을 사용하고 BPSK부터 64QAM의 변조방식을 모두 적용하며, TS가 4㎲ 인 경우, Δ는 2이므로 데이터 심볼의 수 L은 7이 된다. 데이터 심볼의 수를 이상과 같이 추출하였고 OFDM 심볼의 총 개수는 이미 알고 있는 수 이므로 데이터 심볼 그룹의 개수는 [수학식 1]에 의해 구할 수 있다.
이와 같은 방법에 의해 OFDM 데이터 심볼을 L개의 데이터 심볼로 이루어지는M개의 심볼 그룹으로 나눈 후, 각 OFDM 심볼 그룹의 앞에 채널의 변화를 추정하고 보상하기 위한 파일럿 심볼을 삽입한다. 이러한 프레임 구조에서 파일럿 심볼의 삽입에 의한 실제 데이터 전송율(R_new)는 기존의 OFDM 무선 랜 시스템의 데이터 전송율을 R_old라 할 때 [수학식 4]에 의해 구할 수 있다.
R_new = R_old * (1 - 1/(L+1))
상술한 방법에 의해 OFDM 프레임 구조를 변경하게 되면 현재의 액세스 포인트와 사용자 단말기는 제안하는 고속 이동용 프레임 구조를 수용할 수 없으므로 액세스 포인트와 사용자 단말기 간의 새로운 프레임 구조 수용 여부에 대한 확인이 필요하며, 고속 이동용의 레이트(RATE) 세트(변조 방식에 따른 초당 데이터 전송율)에 대한 정보 비트가 필요하게 된다.
현재 OFDM 방식 무선 랜 시스템 규격인 IEEE 802.11a에서 하나의 PPDU(Packet Protocol Data Unit) 프레임 구조는 도 5와 같다. 도 5는 본 발명에 의한 무선 랜 서비스 방법에 적용되는 PPDU 프레임 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 것과 같이, PPDU 프레임은 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 헤더부, PSDU(Physical layer convergence protocol Service Data Unit)필드, 테일(Tail) 비트 필드 및 패드(Pad) 필드를 포함하며, PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 헤더는 레이트 필드(RATE), 예비 필드(Reserved), 길이 정보 필드(LENGTH), 패리티 비트 필드(Parity), 테일(tail) 비트 필드, 서비스 필드(SERVICE)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 레이트 필드의 4비트 다음에 예비(Reserved) 필드의 1비트와 서비스 필드의 16비트 중 하위 9비트가 추후 사용을 위하여 준비되어 있으며, 레이트 필드의 4비트로 전송하는 정보는 8개로 지정되어 있다. 그러므로 레이트 필드를 이용하여 8개의 추가정보를 더 전송할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 서비스 필드의 하위 9비트는 사용되고 있지는 않지만, 레이트에 따라 변조방식과 부호화율이 변화하므로 신뢰성을 요구하는 정보 신호의 전달에는 부적당하다. 따라서 레이트 필드 및 예비필드만을 이용하여 개선된 파일럿 심볼의 정보를 전달해야 한다.
즉, 액세스 포인트 및 사용자 단말기가 고속 이동용 프레임 구조를 지원하는지의 여부는 1비트로 충분히 표현할 수 있으므로 예비 필드를 이용하여 전송하도록 한다. 즉, 고속 이동용 프레임 구조를 지원하는 경우 1(또는 0)을 전송하고 지원하지 않을 경우 0(또는 1)을 전송하도록 하는 것이다.
또한, 변조 방식에 따른 초당 데이터 전송율은 레이트 필드 4비트를 이용하여 전송한다. 상술하였지만, 현재 OFDM 기반 무선 랜 규격에서는 총 8개의 레이트 세트가 있으므로 레이트 필드 4비트에서 가능한 총 16개의 세트 중 8개가 남게 된다. 따라서 고속 이동체를 위한 레이트 필드 8개를 추가할 수 있다. 고속 이동체를 위한 레이트 필드값은 현재의 레이트 필드값 8개의 보수를 이용하여 사용하며, [표 2]와 같다.
레이트(Mbps) |
R1-R4 |
비고 |
6 |
1101 |
기존규격 |
6 |
0010 |
고속 이동체용 |
9 |
1111 |
기존규격 |
9 |
0000 |
고속 이동체용 |
12 |
0101 |
기존규격 |
12 |
1010 |
고속 이동체용 |
18 |
0111 |
기존규격 |
18 |
1000 |
고속 이동체용 |
24 |
1001 |
기존규격 |
24 |
0110 |
고속 이동체용 |
36 |
1011 |
기존규격 |
36 |
0100 |
고속 이동체용 |
48 |
0001 |
기존규격 |
48 |
1110 |
고속 이동체용 |
54 |
0011 |
기존규격 |
54 |
1100 |
고속 이동체용 |
이와 같이 함으로써 새로운 레이트 필드값도 기존의 필드값이 갖는 신뢰도를 가질 수 있게 된다.
요약하면, 본 발명은 고속 이동 환경에 적합한 데이터 전송 방식을 제안하기 위한 것으로서, 다수의 OFDM 심볼을 전송함에 있어서, 다수의 OFDM 심볼(N개)을 다수의 데이터 심볼(L개)을 포함하는 다수의 데이터 심볼 그룹(M개)으로 나눈다. 이때 L을 결정하는 데 있어서, 연속하여 전송되는 데이터 심볼간의 전송 특성을 고려하여 가간섭성 시간(TC), 변조방식 및 채널 부호화율 등 전송 성능에 영향을 미치는 요소(Δ)를 고려하는 것이 바람직하다.
L을 결정한 후에는 이에 따라 다수의 OFDM 심볼을 다수의 데이터 심볼이 포함되는 다수의 데이터 심볼 그룹으로 그룹화한 후, 이를 성공적으로 전송하기 위하여 통신 장비(액세스 포인트 및 무선 단말기)가 이러한 고속 이동용 프레임 구조를 지원하는 장비인지를 구분해 주어야 하고, 고속 이동용 프레임 구조를 지원하는 장비인 경우 변조 방식에 따른 데이터 전송율을 데이터 패킷 포맷에 삽입하여 전송한다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.