KR101307512B1

KR101307512B1 - 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101307512B1
Application number: KR1020100046942A
Authority: KR
Inventors: 손정보; 이석규; 정현규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2013-09-12
Also published as: KR20110070729A

Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 최적의 채널 환경을 포함하는 서브채널에 빔포밍 가중치를 적용하여 최종 대기 시간에 따라 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 수신 방법은, 복수 개의 STA(Station) 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷을 수신하는 단계; 상기 수신된 비콘 패킷을 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 단계; 상기 검색된 서브채널의 인덱스에 해당하는 슬롯 타임과 STA에서 랜덤하게 생성된 랜덤 시간을 더하여 최종 대기 시간을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷에 상기 검색된 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 송신하는 단계를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECEIVING DATA IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 최적의 채널 환경을 포함하는 서브채널에 빔포밍 가중치를 적용하여 최종 대기 시간에 따라 데이터를 수신하는 데이터 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.

무선 통신 시스템은 무선 네트워크상에 존재하는 복수 개의 단말들이 선이 없이 연결되어 데이터를 송/수신하는 시스템이다. 즉, 무선 네트워크상에 존재하는 복수 개의 단말은 전송하고자 하는 데이터를 반송 주파수에 실어서 공기중으로 데이터를 전송하게 된다. 이러한 무선 네트워크로는 다양한 시스템, 예컨대 LAN(Local Area Network), PAN(Personal Area Network), MAN(Metropolitan Area Network) 등이 있다.

최근 이러한 무선 통신 시스템에서 많이 적용되고 있는 기술로는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함) 기술 및 다중 안테나(MIMO: Multiple Input Multiple Output, 이하 'MIMO'이라 칭하기로 함) 기술이 있다. 상기 OFDM은 고속의 전송률을 포함하는 데이터를 낮은 전송률을 포함하는 복수 개의 데이터로 나누고, 상기 복수 개의 데이터를 복수 개의 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 기술이다.

상기 MIMO(다중 안테나 기술)는 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송/수신 효율을 향상시킬 수 있는 기술이다. 차세대 이동 시스템 및 무선 통신 시스템은 현재보다 매우 큰 데이터를 고속으로 전송 가능한 시스템의 용량이 요구됨에 따라 MIMO를 사용하여 데이터를 송/수신 하는 기술들이 널리 연구되고 있다. 이러한 MIMO는 송신 안테나의 수와 수신 안테나의 수에 따라 다수의 독립 채널, 예컨대 공간 계층(spatial layer) 또는 스트림(stream)으로 분해될 수 있다.

상기 MIMO를 사용하는 시스템에서 데이터를 송/수신하는 방법에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 공간 다이버시티(spatial diversity), 빔 포밍(beamforming) 등이 있다. 상기 공간 다중화 기술은 다중 송신 안테나에서 서로 다른 데이터를 동시에 전송하여 시스템의 대역폭을 증가시키지 않고 고속으로 데이터를 전송할 수 있는 기술이다. 상기 공간 다이버시티 기술을 이용하면, 송신단은 서로 다른 여러 개의 다중 경로 중에서 가장 좋은 경로를 선택하여 데이터를 수신단으로 전송할 수 있다.

상기 빔 포밍 기술은 안테나 간격을 일정 간격으로 배치하고, 동일한 데이터를 안테나 별로 가중치 벡터를 곱하여 전송하는 기술이다. 상기 빔 포밍 기술은 안테나의 빔이 지향하는 방향과 다른 방향에 위치한 이동 단말기에 주는 간섭을 적게 하고, 동시에 동일한 전력으로 원하는 이동 단말기에서의 평균 신호 대 간섭 잡음비(SINR : Signal to Interference plus Noise Ratio)를 증가시키는 효과가 있다. 하지만, 상기 빔 포밍 방법은 하나의 송신단과 여러 개의 수신단 사이에 데이터 전송을 위해서 상기 송신단과 수신단 간에 결합(Association)이 이루어져야 한다. 만약, 송신단과 수신단 간에 데이터 전송을 위해서 상기와 같은 결합 과정을 반복할 경우에는 전체적으로 시간 및 자원을 낭비하는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은, 다중 안테나 시스템에서 데이터 수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은, 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 안테나를 사용하여 최종 대기 시간에 따라 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 서브채널의 인덱스를 이용하여 수신 방향을 인지함으로써 고속으로 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 해결하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치는, 복수 개의 STA(Station) 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷을 수신하는 수신부; 상기 수신된 비콘 패킷을 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 검색부; 상기 검색된 서브채널의 인덱스에 해당하는 슬롯 타임과 STA에서 랜덤하게 생성된 랜덤 시간을 더하여 최종 대기 시간을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷에 상기 검색된 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 송신하는 송신부를 포함한다.

삭제

본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 방법은, 복수 개의 STA(Station) 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷을 수신하는 단계; 상기 수신된 비콘 패킷을 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 단계; 상기 검색된 서브채널의 인덱스에 해당하는 슬롯 타임과 STA에서 랜덤하게 생성된 랜덤 시간을 더하여 최종 대기 시간을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷에 상기 검색된 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 송신하는 단계를 포함한다.

삭제

본 발명은, 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 안테나를 사용하여 데이터를 송/수신할 수 있다. 또한, 본 발명은, 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 서브채널의 인덱스를 이용하여 송/수신 방향을 인지함으로써 고속으로 데이터를 송/수신할 수 있다.

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 무선 통신의 제어를 담당하는 BS(102)와 상기 BS(102)에 연결되어 통신을 하는 STA(101)를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신시스템에서 상기 데이터 수신 장치의 수신부(211)가 수신하는 비콘 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치와 수신 장치간에 데이터 송/수신을 위해서 결합(Association)이 이루어진 후에 송/수신되는 데이터의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 통신의 제어를 담당하는 BS(602)와 상기 BS(602)에 연결되어 통신을 하는 STA(601) 사이의 데이터 송/수신 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 BS(700)와 상기 BS(700)에 여러 방향으로 연결되어 통신을 하는 STA들(701 내지 703)을 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 BS(801)가 복수 개의 서브채널들을 그룹화하여 서로 다른 방향으로 데이터를 STA(802)로 송신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 BS에서 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 STA에서 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은, 다중 안테나 시스템에서 데이터를 수신하는 장치 및 방법을 제공한다. 후술될 본 발명의 실시 예에서는, 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 안테나를 사용하여 최종 대기 시간에 따라 데이터를 송/수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 다중 안테나 시스템에서 다중 안테나들 중 최적의 채널 환경을 포함하는 서브채널의 인덱스를 이용하여 송/수신 방향을 인지함으로써 고속으로 데이터를 송/수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 그러면 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 데이터 송/수신 장치의 구조를 설명하기 전에 도 1을 참조하여 일반적인 무선 통신 시스템에서 무선 통신의 제어를 담당하는 기지국(102)(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)과 상기 BS(102)에 연결되어 통신을 하는 이동 단말(101)(STA: Station, 이하 'STA'라 칭하기로 함)의 송/수신 과정을 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템에서 무선 통신의 제어를 담당하는 BS(102)와 상기 BS(102)에 연결되어 통신을 하는 STA(101)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 무선 통신 시스템은 신호를 송신하는 BS(102)와 상기 신호를 수신하는 STA(101)를 포함한다. 여기서, 상기 BS(102)는 복수 개의 안테나를 이용하고, 상기 STA(101)는 단일 안테나를 이용한다.

상기 BS(102)는 STA(101)와의 연결 상태를 유지하기 위해 주기적으로 센싱 신호를 보내고, 상기 STA(101)는 수신된 센싱 신호를 이용하여 무선 채널 사이의 정보 및 자신에 대한 정보 등을 BS(102)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 센싱 신호는 BS(102)가 전송하는 패킷의 일정 부분에 포함되어 STA(101)로 전송될 수 있다.

상기 STA(101)는 상기 BS(102)로부터 패킷을 수신하고, 상기 패킷에 포함된 빔포밍 신호를 이용하여 상기 BS(102)를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 상기 STA(101)는 상기 검색된 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 상기 BS(102)로 전송한다.

그 후, 상기 BS(102)가 STA(101)에게 데이터를 송신할 경우에 상기 STA(101)로부터 수신한 서브채널의 인덱스 정보를 이용하여 데이터 송신 방향을 판단하고, 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하여 송신한다.

하지만, 상기 STA(101)는 단일 안테나를 사용하기 때문에, 상기 BS(102)는 데이터 송신 방향을 판단할 수 없다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 장치의 내부구조에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 수신 장치의 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여 살펴보면, 상기 데이터 수신 장치는 수신부(211), 검색부(212), 계산부(213), 송신부(214)를 포함한다. 상기 수신부(211)는 복수 개의 STA 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷(BC: Beacon Packet, 이하 'BC'라 칭하기로 함.)을 수신한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신시스템에서 상기 데이터 수신 장치의 수신부(211)가 수신하는 비콘 패킷의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신시스템에서 상기 데이터 수신 장치의 수신부(211)가 수신하는 비콘 패킷의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 상기 비콘 패킷은 타입 A 내지 타입 C를 포함하며, 상기 타입 A 내지 타입 C 이외에 다른 타입의 패킷을 포함할 수 있다. 상기 타입 A 내지 타입 C는 TF1 내지 TF3 필드, SIG 필드, DATA 필드를 포함할 수 있다. 상기 TF2 필드에는 제 1 훈련 심볼이 저장되고, TF3 필드에는 제 2 훈련 심볼이 저장된다.

상기 제 1 훈련 심볼은 상기 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 별로 서로 다른 빔포밍 가중치를 적용하지 않고 전 방향으로 전송되는 심볼이고, 상기 제 2 훈련 심볼은 상기 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 별로 서로 다른 빔포밍 가중치를 적용하여 미리 결정된 방향으로 전송되는 심볼이다.

상기 SIG 필드에는 상기 TF2와 TF3에 저장된 훈련 심볼과 관련된 정보와 상기 DATA 필드에 저장되는 데이터의 길이 및 변조 방법 등의 정보가 저장된다. 상기 DATA 필드에는 물리 계층의 상위 계층, MAC 계층으로부터 전송되는 모든 정보가 저장된다.

상기 검색부(212)는 상기 BC를 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화로 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 보다 구체적으로, 상기 검색부(212)는 상기 제 1 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용되지 않은 채널 상태를 서브채널 별로 추출하고, 상기 제 2 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용된 채널 상태를 서브채널 별로 추출한다.

상기 검색부(212)는 상기 추출된 채널 상태를 비교하고, 서브채널 별로 수신되는 신호 크기를 이용하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 그리고 계산부(213)는 상기 서브채널의 인덱스에 해당하는 대기 시간과 해당 STA에서 생성된 랜덤 대기 시간을 이용하여 최종 대기 시간을 계산한다.

그 후, 상기 송신부(214)는 상기 계산부(213)에서 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷(BR: Beacon Response Packet, 이하 'BR'이라 칭하기로 함.)에 상기 최적의 채널 상태를 가지고 있는 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 BC를 전송한 BS로 전송한다. 그러면 여기서, 하기 <수학식 1>을 참조하여 상기 계산부(213)가 최종 대기 시간을 계산하는 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 <수학식 1>을 참조하여 살펴보면, "Back off time"은 상기 송신부(214)가 BR을 송신하기 위해 기다려야 하는 최종 대기 시간을 나타낸다. 상기 "Back off time"은 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터의 번호에 따라 고정된 백 오프 타임(Backoff_sec)과 계산부(213)에서 랜덤으로 생성하는 랜덤 백 오프 타임(Backoff_rad)을 더해서 계산된다. 그러면 여기서, 하기 <수학식 2> 및 <수학식3>을 참조하여 상기 "Backoff_sec"과 "Backoff_rad"을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 <수학식 2>를 참조하여 살펴보면, "sector number"는 BS를 중심으로 공간 다중화 통해 나누어진 섹터의 번호를 나타내고, "backoff sector slot time"은 상기 데이터 송/수신 장치간에 데이터 송/수신에 소요되는 최소한의 시간을 나타낸다.

상기 <수학식 3>를 참조하여 살펴보면, "random number"는 계산부(213)에서 랜덤으로 생성되는 정수 값이고, 상기 "random number"는 최대값을 가지게 되어 섹터의 BR에 영향을 미치지 않도록 설정된다.

상기와 같은 과정을 통해 상기 계산부(213)는 최종 대기 시간을 계산하고, 상기 송신부(214)는 상기 계산부(213)에서 계산된 최종 대기 시간 이후에 BR에 상기 최적의 채널 상태를 가지고 있는 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 BS로 전송한다. 이때, 복수 개의 STA가 동시에 상기 BR 신호를 BS로 전송할 경우에는 상기 BR들 간의 충돌이 발생하여 BS에서의 수신율이 떨어지게 된다. 이와 같은 이유로 상기 송신부(214)는 최종 대기 시간 이후에 BR을 BS로 송신한다. 그러면, 이하에서는 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 내부 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4를 참조하여 살펴보면, 상기 데이터 송신 장치는, 수신부(411), 결정부(412), 가중치부(413), 송신부(414)를 포함한다. 상기 수신부(411)는 복수 개의 BS 무선 네트워크에 존재하는 복수의 STA들 중에서 적어도 하나의 STA로부터 BR을 수신한다. 그리고 상기 결정부(412)는 상기 수신된 BR을 이용하여 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 송신에 사용될 서브채널을 결정한다. 상기 가중치부(413)는 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용한다.

그러면, 여기서 하기 <수학식 4>을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송신 장치의 가중치부(413)가 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하는 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 <수학식 4>를 참조하여 살펴보면, S는 서브채널 별 신호 값, K는 서브채널의 인덱스(index)를 의미한다. n은 안테나의 수, 즉 0보다 크고 서브채널의 인덱스 값 - 1의 범위에 존재하는 정수를 의미한다. w는 서브채널 별 신호 값에 각각 적용되는 가중치를 의미하고, p는 시간을 의미한다. 그리고

는 시간축의 신호를 주파수 축의 신호로 변환하는데 사용된다.

상기 송신부(414)는 상기 빔포밍 가중치가 적용된 서브채널에 데이터를 실어 송신한다. 그러면 여기서, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치와 수신 장치간에 데이터 송/수신을 위해서 결합(Association)이 이루어진 후에 송/수신되는 데이터의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 장치와 수신 장치간에 데이터 송/수신을 위해서 결합(Association)이 이루어진 후에 송/수신되는 데이터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5를 참조하여 살펴보면, 상기 데이터는 TF3-1 필드, TF3-2 필드, SIG 필드, DATA 필드를 포함할 수 있다. 상기 TF3-1 필드에는 짧은 훈련 심볼이 저장되고, TF3-2 필드에는 긴 훈련 심볼이 저장된다. 상기 SIG 필드에는 상기 TF3-1과 TF3-2에 저장된 훈련 심볼과 관련된 정보와 상기 DATA 필드에 저장되는 데이터의 길이 및 변조 방법 등의 정보가 저장된다. 상기 DATA 필드에는 물리 계층의 상위 계층, MAC 계층으로부터 전송되는 모든 정보가 저장된다. 이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 장치의 실시 예를 살펴보기로 한다.

<제 1 실시 예>

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 무선 통신의 제어를 담당하는 BS(602)와 상기 BS(602)에 연결되어 통신을 하는 STA(601) 사이의 데이터 송/수신 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6를 참조하여 살펴보면, 상기 무선 통신 시스템은 신호를 송신하는 BS(602)와 상기 신호를 수신하는 STA(601)를 포함한다. 여기서, 상기 BS(602) 및 STA(601)는 복수 개의 안테나를 이용한다. 상기 BS(602)는 STA(601)와의 연결 상태를 유지하기 위해 주기적으로 센싱 신호를 보내고, 상기 STA(601)는 수신된 센싱 신호를 이용하여 무선 채널 사이의 정보 및 자신에 대한 정보 등을 BS(602)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 센싱 신호는 BS(602)가 전송하는 패킷의 일정 부분에 포함되어 STA(601)로 전송될 수 있다.

상기 BS(602)는 STA(601)로 패킷을 전송하고, 상기 STA(601)는 상기 패킷에 포함된 정보를 이용하여 상기 BS(602)를 중심으로 공간 다중화를 통해 복수 개로 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색할 수 있다.

그리고 상기 STA(601)는 상기 검색된 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 BS(602)로 송신한다. 그 후, 상기 BS(602)가 STA(601)에게 데이터를 송신할 경우에 상기 STA(601)로부터 수신한 서브채널의 인덱스 정보를 이용하여 데이터 송신 방향을 판단하고, 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하여 송신한다.

<제 2 실시 예>

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 BS(700)와 상기 BS(700)에 여러 방향으로 연결되어 통신을 하는 STA들(701 내지 703)을 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서는 설명의 편의를 위해서 상기 무선 통신 시스템에는 하나의 BS와 세 개의 STA가 존재한다고 가정하여 설명할 것이나, BS와 STA의 개수는 제한되지 않는다.

상기 BS(700)과 상기 STA들(701 내지 703)은 다중 안테나를 포함한다. 상기 BS(700)는 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)와의 연결 상태를 유지하기 위해 주기적으로 센싱 신호를 보내고, 상기 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(603)는 수신된 센싱 신호를 이용하여 무선 채널 사이의 정보 및 자신에 대한 정보 등을 BS(700)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 센싱 신호는 BS(700)가 전송하는 패킷의 일정 부분에 포함되어 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)로 전송될 수 있다.

상기 BS(700)는 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)로 패킷을 전송한다.

STA(701), STA(702) 및 STA(703)는 상기 패킷에 포함된 제 1 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용되지 않은 채널 상태를 서브채널 별로 추출하고, 제 2 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용된 채널 상태를 서브채널 별로 추출한다. 상기 추출된 채널 상태를 비교하고, 서브채널 별로 수신되는 신호 크기를 이용하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다.

상기 빔포밍 신호를 수신한 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)는 상기 판단한 결과, 예컨대 최적의 채널 상태를 가지고 있는 서브채널의 인덱스 정보를 상기 BS(700)로 전송한다. BS(700)는 상기 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)로부터 BR을 수신하고, 수신된 BR을 이용하여 상기 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)들의 방향을 결정한다.

BS(700)는 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)들로 송신될 서로 다른 데이터에 상기 결정된 방향으로 서로 다른 빔 포밍 가중치를 적용하여 데이터를 송신한다. 만약, 상기 결정된 방향에 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)가 존재할 경우에는, 상기 BS(700)를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 별로 나누어 상기 결정된 방향으로 빔 포밍 가중치를 적용하여 데이터를 송신한다.

이때, 복수 개의 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)가 동시에 상기 BR 신호를 BS(700)로 전송할 경우에는 상기 BR들 간의 충돌이 발생하여 BS(700)에서의 수신율이 떨어지게 된다. 이와 같은 이유로 상기 STA1(701), STA2(702) 및 STA3(703)는 최종 대기 시간 이후에 BR을 BS(700)로 송신한다. 여기서, 상기 최종 대기 시간을 계산하는 과정은 상기 <수학식 1> 내지 <수학식 3>을 이용하여 구체적으로 설명하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

<제 3 실시 예>

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 BS(801)가 복수 개의 서브채널들을 그룹화하여 서로 다른 방향으로 데이터를 STA(802)로 송신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8을 참조하여 살펴보면, 상기 BS(801)와 STA(802)는 다중 안테나를 포함한다. 상기 BS(801)는 STA(802)와의 연결 상태를 유지하기 위해 주기적으로 센싱 신호를 보내고, 상기 STA(802)는 수신된 센싱 신호를 이용하여 무선 채널 사이의 정보 및 자신에 대한 정보 등을 BS(801)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 센싱 신호는 BS(801)가 전송하는 패킷의 일정 부분에 포함되어 STA(802)로 전송될 수 있다.

상기 BS(801)는 STA(802)로 패킷을 전송한다. 상기 패킷에 포함된 빔포밍 신호는 모든 주파수에 대해서 이미 STA(802)에서 알고 있는 훈련정보이다. 따라서 STA(802)는 빔포밍되지 않은 훈련정보와의 비교를 통해서, 어떤 주파수에서 채널의 상태가 좋은지 판단해 낼 수 있다.

상기 빔포밍 신호를 수신한 STA(802)는 상기 판단한 결과, 예컨대 최적의 채널 상태를 가지고 있는 서브채널의 인덱스 정보를 상기 BS(801)로 전송한다. 그 후, 상기 BS(801)는 서브채널을 그룹화하여 서로 다른 방향으로 데이터를 STA(802)로 전송할 수 있다.

상기 BS(801)는 상기 서브채널을 두 개씩(803), 네 개씩(804), 또는 랜덤하게(805) 그룹화하고, 상기 각각의 그룹화된 서브채널에 동일한 데이터를 할당하여 그룹별로 서로 다른 방향으로 전송한다. 예를 들어, 상기 BS(801)는 8개의 서브채널의 인덱스를 두 개씩, 예컨대 A 내지 D로 그룹화하고, 상기 그룹화된 서브채널에 동일한 데이터를 할당한다.

그 후, 상기 BS(801)는 그룹별로 서로 다른 방향, 예컨대 A 내지 D로 전송한다. 상기 BS(801)가 네 개씩(804) 또는 랜덤하게(805) 서브채널을 그룹화하여 데이터를 STA(802)에게 전송하는 과정은 상기와 같으므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기와 같은 BS-STA 모드에서 BS와 복수 개의 STA간의 결합(Association)이 이루어져야 하고, 상기와 같은 결합이 이루어진 후에 데이터 전송이 이루어지게 된다.

그러나 상기 BS와 STA간에 데이터 전송을 위해서 매번 상기와 같은 과정을 반복하면 전체적으로 시간 및 자원을 낭비하는 문제점이 발생한다. 따라서 상기 BS와 STA간에 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나눔으로써 시간 및 자원이 낭비되는 문제점을 해결할 수 있다. 그러면 여기서, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 데이터를 송/수신하는 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 STA에서 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 9를 참조하여 살펴보면, 데이터 수신구간은 비콘 구간과 데이터 구간을 포함한다. 상기 비콘 구간은 복수 개의 STA 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 BC을 수신하는 단계(901), BC를 이용하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 단계(902), 최종 대기 시간을 계산하는 단계(903), 및 BS와 STA간의 결합이 이루어지고, 데이터를 수신하기 위해 대기하는 단계(904)를 포함한다. 상기 데이터 구간은 데이터를 송/수신하는 단계(905)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 수신부(211)는 901단계에서 복수 개의 STA 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 BC을 수신하였다면, 902단계로 이동한다. 만약, 수신부(211)가 901단계에서 BC를 수신하지 못하였다면 다시 처음 상태로 돌아가서 BS로부터 비콘 패킷을 재수신한다.

상기 비콘패킷은 타입 A 내지 타입 C를 포함하며, 상기 타입 A 내지 타입 C 이외에 다른 타입의 패킷을 포함할 수 있다. 상기 타입 A 내지 타입 C는 TF1 내지 TF3 필드, SIG 필드, DATA 필드를 포함할 수 있다. 상기 TF2 필드에는 제 1 훈련 심볼이 저장되고, TF3 필드에는 제 2 훈련 심볼이 저장된다.

상기 SIG 필드는 상기 TF2 와 TF3에 저장된 훈련 심볼과 관련된 정보와 상기 DATA 필드에 저장되는 데이터의 길이 및 변조 방법 등의 정보가 저장된다. 상기 DATA 필드는 물리 계층의 상위 계층, MAC 계층으로부터 전송되는 모든 정보가 저장된다.

상기 검색부(212)는 902단계에서 상기 BC를 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 보다 구체적으로, 상기 검색부(212)는 902단계에서 상기 제 1 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용되지 않은 채널 상태를 서브채널 별로 추출하고, 상기 제 2 훈련 심볼을 이용하여 상기 서로 다른 가중치가 적용된 채널 상태를 서브채널 별로 추출한다.

상기 검색부(212)는 상기 추출된 채널 상태를 비교하고, 서브채널 별로 수신되는 신호 크기를 이용하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 그리고 계산부(213)는 903단계에서 상기 서브채널의 인덱스에 해당하는 대기 시간과 해당 STA에서 생성된 랜덤 대기 시간을 이용하여 최종 대기 시간을 계산한다. 상기 송신부(214)는 상기 최종 대기 시간에 따라 BS와 결합이 이루어진다.

상기 수신부(211)와 송신부(214)는 905단계에서 BS와 데이터를 송/수신한다. 그리고 상기 수신부(211)는 906단계에서 데이터 구간이 끝났는지 판단하여, 상기 데이터 구간이 끝난 경우에는 시작단계로 이동한다. 그렇지 않은 경우에는 905단계로 이동하여 데이터를 송/수신한다. 이때, BS에서 STA들로 전송하는 빔포밍(beamforming)의 방향이 다른 경우에는 한 번에 묶어서 전송할 수 있으며, 반대로, 각각의 STA에서 BS로 동시에 다른 데이터를 전송할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 BS에서 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10을 참조하여 살펴보면, 데이터 송신구간은 비콘 구간과 데이터 구간을 포함한다. 상기 비콘 구간은 비콘을 송신하는 단계(1002)와 BR를 수신한 후 BS와 STA간의 결합이 이루어지는 단계(1003)를 포함하고, 상기 데이터 구간은 비콘 응답 메시지를 이용하여 서브채널을 결정하는 단계(1004), 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하여 상기 1004단계에서 결정된 서브채널을 이용하여 송신하는 단계(1005)를 포함한다.

보다 구체적으로, BS는 1001단계에서 전송 채널을 선택하고, 1002단계에서 복수 개의 BS 무선 네트워크에 존재하는 복수의 STA들 중에서 적어도 하나의 STA에게 BC를 송신한다. 그리고 BS는 1003단계에서 STA로부터 BR을 수신하고, 상기 및 BS와 STA간의 결합이 이루어진다.

BS의 수신부(411)는 1004단계에서 수신된 BR을 이용하여 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 송신에 사용될 서브채널을 결정한다. 그리고 가중치부(413)는 1005단계에서 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하고, 상기 빔포밍 가중치가 적용된 서브채널에 데이터를 실어 송신한다. 상기 송신부(414)는 1006단계에서 데이터 구간이 끝났는지 판단하여, 상기 데이터 구간이 끝난 경우에는 1002단계로 이동한다. 그렇지 않은 경우에는 1004단계로 이동하여 데이터를 송신한다. 그러면 여기서, 도 11을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 데이터를 송/수신하는 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 송/수신 구간을 비콘 구간과 데이터 구간으로 나누어 데이터를 송/수신하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

데이터 송/수신 구간은 비콘 구간과 데이터 구간을 포함한다. 먼저, 비콘 구간에서의 과정을 살펴보기로 한다. BS는 STA1 및 STA2에게 BC를 송신하고, STA1 및 STA2는 BS로부터 송신된 BC를 수신한다. STA1 및 STA2는 BC를 이용하여 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색한다. 그리고 STA1 및 STA2는 상기 서브채널의 인덱스에 해당하는 대기 시간과 상기 STA1 및 STA2에서 생성된 랜덤 대기 시간을 이용하여 백 오프 시간, 즉 최종 대기 시간을 계산한다.

STA1는 최종 대기 시간 이후에 BR1를 BC로 송신하고, STA2는 최종 대기 시간 이후에 BR를 BC로 송신한다. 이와 같이 서로 다른 최종 대기 시간 이후에 BR를 전송함으로써 STA1 및 STA2에서 송신된 BR들 사이의 충돌을 막을 수 있다. 상기와 같이, BS가 STA1 및 STA2로부터 BR들을 수신한 후, BS와 STA1 그리고 BS와 STA2간의 결합이 이루어진다.

그런 다음, BS는 데이터 구간에서 STA1 및 ST2로부터 수신한 BR들을 이용해서 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 섹터에 할당된 서브채널 중 송신에 사용될 서브채널을 결정한다. 그리고 송신될 데이터에 대해서 OFDM의 전체 서브채널에 대해 최적의 방향으로 빔포밍 가중치를 적용하고, 상기 빔포밍 가중치가 적용된 서브채널에 데이터를 실어 송신한다. 또한, 상기 STA1 및 STA2는 각각 서로 다른 데이터를 BS로 송신할 수 있으며, 동시에 서로 다른 데이터를 BS로 송신할 수도 있다.

데이터 구간이 끝나지 않았다면, 상기와 같이 BS와 STA1 및 STA2 사이에 데이터 송/수신이 계속되며, 데이터 구간이 끝난 후에는 다시 비콘 구간이 시작된다. 다시 시작된 비콘 구간 및 데이터 구간은 앞서 설명한 비콘 구간 및 데이터 구간과 동일하므로, 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

101, 601, 701, 702, 703, 802 : STA 102, 602, 700, 801 : BS
211, 411 : 수신부 212 : 검색부
213 : 계산부 214, 414 : 송신부
412 : 결정부 413 : 가중치부

Claims

데이터 수신 장치에 있어서,
복수 개의 STA(Station) 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷을 수신하는 수신부;
상기 수신된 비콘 패킷을 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 검색부;
상기 검색된 서브채널의 인덱스에 해당하는 슬롯 타임과 STA에서 랜덤하게 생성된 랜덤 시간을 더하여 최종 대기 시간을 계산하는 계산부; 및
상기 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷에 상기 검색된 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 송신하는 송신부
를 포함하는 데이터 수신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수신된 비콘 패킷은,
제 1 훈련 심볼, 제 2 훈련 심볼 및 데이터 정보를 포함하는, 데이터 수신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 훈련 심볼은,
상기 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 별로 서로 다른 빔포밍 가중치를 적용하지 않고 전 방향으로 전송되는 심볼인, 데이터 수신 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2 훈련 심볼은,
상기 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 별로 서로 다른 빔포밍 가중치를 적용하여 미리 결정된 방향으로 전송되는 심볼인, 데이터 수신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 검색부는,
제 1 훈련 심볼과 제 2 훈련 심볼을 이용하여 빔포밍 가중치를 적용한 경우의 채널 상태와 상기 빔포밍 가중치를 적용하지 않은 경우의 채널 상태를 비교하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는, 데이터 수신 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 계산부는,
미리 결정된 최대값이 넘지 않는 정수 값을 랜덤으로 생성하고, 상기 생성된 정수 값에 해당하는 슬롯 타임을 이용하여 최종 대기 시간을 계산하는, 데이터 수신 장치.
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데이터 수신 방법에 있어서,
복수 개의 STA(Station) 무선 네트워크에 존재하는 복수의 BS(Base Station)들 중에서 적어도 하나의 BS로부터 비콘 패킷을 수신하는 단계;
상기 수신된 비콘 패킷을 이용하여 상기 BS를 중심으로 공간 다중화를 통해 나누어진 복수 개의 섹터에 할당된 서브채널 중 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는 단계;
상기 검색된 서브채널의 인덱스에 해당하는 슬롯 타임과 STA에서 랜덤하게 생성된 랜덤 시간을 더하여 최종 대기 시간을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 최종 대기 시간 이후에 비콘 응답 패킷에 상기 검색된 서브채널의 인덱스 정보를 포함시켜 송신하는 단계
를 포함하는 데이터 수신 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 수신된 비콘 패킷은,
제 1 훈련 심볼, 제 2 훈련 심볼 및 데이터 정보를 포함하는, 데이터 수신 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 인덱스를 검색하는 단계는,
제 1 훈련 심볼과 제 2 훈련 심볼을 이용하여 빔포밍 가중치를 적용한 경우의 채널 상태와 상기 빔포밍 가중치를 적용하지 않은 경우의 채널 상태를 비교하여 최적의 채널 상태를 포함하는 서브채널의 인덱스를 검색하는, 데이터 수신 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 최종 대기 시간을 계산하는 단계는,
미리 결정된 최대값이 넘지 않는 정수 값을 랜덤으로 생성하고, 상기 생성된 정수 값에 해당하는 슬롯 타임을 이용하여 최종 대기 시간을 계산하는, 데이터 수신 방법.
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