KR101500973B1 - 강화된 다중-사용자 전송 - Google Patents

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미하엘 아인하우스
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Abstract

본 발명은 송신에 대한 요청이 복수의 다른 송신 단들(21 내지 24)로 브로드캐스팅되고, 상기 요청이 상기 요청에 응답하도록 요청받은 수신 단들의 적어도 2개의 아이덴티피케이션들의 목록을 포함하는 매체 액세스 제어(MAC) 프레임을 제공받는, 복수의 다른 송신 단들(21 내지 24)로의 다중-사용자 전송을 수행하는 송신 장치, 수신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

강화된 다중-사용자 전송{ENHANCED MULTI-USER TRANSMISSION}
본 발명은 일반적으로 무선 근거리 네트워크(Wireless Local Area Network: WLAN)과 같지만, 이에 제한되지 않는 송신 시스템들 내의 복수의 다른 송신 단(transmission end)들로의 다중-사용자 전송을 수행하는 송신 장치, 수신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
IEEE 802.11 사양들에서 정의된 바와 같은 무선 근거리 네트워크(WLAN)들은 오늘날 거의 어디에나 있다. 이용 가능한 채널의 처리량의 증가가 하나의 주요 쟁점이 되었고, 물리적 계층 내에서 변조 및 코딩(coding)을 개선시키는데 연구의 초점이 맞춰졌다. 고-레이트 신호 컨스텔레이션(high-rate signal constellation)들과 함께 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(Othogonal Frequency Division Multiplexing: OFDM)을 사용함으로써, 54 Mbit/s까지 성취될 수 있다. 이 거대한 성능 도약은 매우 제한된 거리들에 대해서만 성취될지라도, OFDM의 고유 특징들에 기인하고, 이는 특히 고 비트-레이트 시스템(high bit-rate system)들에 대해 매력적이 되었다. OFDM에서, 소정의 시스템 대역폭은 서브-캐리어(sub-carrier)들이라고도 칭해지는 많은 서브-채널(sub-channel)들로 분할된다. 하나의 (매우 넓은) 채널을 통해 심볼들을 순차적으로 송신하는 대신에, 다수의 심볼들이 동시에 송신된다. 이것은 심볼 지속기간이 훨씬 더 길어지도록 하여, 심볼간 간섭(inter-symbol interference)의 영향이 상당히 감소될 수 있도록 해서, 비용이 많이 드는 등화와 같은 추가적인 조치들이 필요하지 않게 한다.
802.11 표준은 모든 스테이션(station)들이 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)의 형태인 DCF(Distributed Coordination Function)를 구현하는 것을 의무화시킨다. CSMA/CA는 모든 스테이션들이 우선 송신 이전에 매체를 감지하는 것을 확실히 하는 경쟁-기반 프로토콜(contention-based protocol)이다. 주요 목적은 충돌들 및 대응하는 재송신들을 발생시키는 스테이션들의 동시 송신을 피하는 것이다. 프레임(frame)을 송신하기를 희망하는 스테이션이 매체 상에서 특정 임계값 위의 에너지(energy)를 감지하는 경우에(이는 또 다른 스테이션의 송신을 의미할 수 있다), 액세스를 희망하는 스테이션은 프레임을 송신하기 전에 매체가 유휴일 때까지 대기할 것이다. 프로토콜의 충돌 회피 양태는 수신 스테이션이 에러-없는 수신(error-free reception)을 검증하기 위하여 송신 스테이션으로 송신하는 확인 응답들의 사용과 관련된다. 다소 더 복잡할지라도, 매체에 액세스하는 이 프로세스는 누구나 공손하고 각각의 사람이 다른 사람이 말하고 있지 않을 때에만 말하는 미팅(meeting)으로서 간주될 수 있다. 게다가, 사람이 말하고 있는 것을 이해하는 참여자들은 동의시에 자신들의 머리를 끄덕인다.
DCF의 특징 때문에, DCF는 비동기 신호들의 송신을 지원한다. 비동기 시그널링(asynchronous signalling)의 특징적인 팩터는 데이터를 캐리하는 프레임(data carrying frame)들 사이에 타이밍 요건들이 존재하지 않는다는 것이다. 예를 들어, DCF 프로토콜은 임의의 시간프레임 내에서 또는 시간적으로 임의의 순간에 일련의 데이터 프레임들을 전달하고자 하는 임의의 시도를 행하지 않는다. 결과적으로, 각각의 데이터 프레임 송신 사이에 랜덤 지연량(random amount of delay)이 존재한다. 이 형태의 동기화는 이-메일(e-mail), 웹 브라우징(Web browsing) 및 법인 애플리케이션들로의 VPN 액세스와 같은 네트워크 애플리케이션들에 효율적이다.
부가적인 비트-레이트 증가들에 대한 가능성은 다중-입력 다중-출력(MIMO) 안테나 시스템의 사용에서 예견된다. 그러므로, IEEE 802.11 기반 표준들에 따라 WLAN들에서 다중-사용자(MU) MIMO 송신들을 지원하는 새로운 매체 액세스 제어(MCA) 프로토콜 메커니즘이 제안되었다. 제안된 새로운 프로토콜은 상이한 스테이션들이 (상이한 공간적 스트림(spatial stream)들 상에서 동시에 송신된 한 세트의 패킷들인) MIMO 프레임 내부의 패킷들에 대한 목적지 스테이션들일 수 있는 방식으로 단일-사용자(Single-User: SU) MIMO를 갖는 DCF를 확장시킨다.
랜덤으로 동작하는 백오프 절차(backoff procedure)에 따르면, 송신할 데이터 패킷을 갖는 스테이션은 0 및 경쟁 윈도우(Contention Window: CW) 크기 사이의 랜덤 번호(random number)를 발생시키고, 이는 시간슬롯(timeslot)들의 번호로 카운팅(counting)되는 바와 같은 백오프 타이머(backoff timer)의 지속기간을 결정한다. CW는 15의 최소 시작 값을 가지며, 충돌 이후에 두 배가 되고, 1023까지 상승할 수 있고, 확인 응답(ACK)에 의해 표시되는 성공적인 전달 이후에 감소된다. DCF 프레임간 간격(DCF Inter-Frame Space: DIFS)의 지속기간 동안 매체가 자유롭다는 것을 검출한 이후에, 이동국(mobile station)은 백오프 타이머가 0에 도달할 때까지 백오프 타이머를 카운트다운(countdown)하고 나서, 자신의 송신을 시작한다. 카운트다운 동안 또 다른 이동 스테이션이 매체를 점유하는 경우에, 백오프에서의 모든 이동국들은 자신의 카운트다운을 인터럽트(interrupt)하고, 자신들이 적어도 DIFS 동안 매체가 자유롭다는 것을 검출할 때까지 연기한다. 상기 표준은 송신 이전에 선택적인 RTS(Request-to-Send) - CTS(Clear-to-Send)를 포함한다.
데이터 송신들 이전의 관련 절차에서, 스테이션들은 자신들의 하드웨어 케이퍼빌리티(hardware capability)들에 관한 정보를 서로 공유한다. 사용된 안테나 소자들에 관한 정보가 다음 단락들에서 설명되는 확장된 형태의 RTS 및 CTS 제어 프레임들을 사용하여 교환될 수 있다.
확장된 RTS 프레임 - MIMO-RTS(M-RTS) 및 확장된 CTS 프레임 - MIMO-CST(M-CTS)는 IEEE 802.11a 표준 RTS 및 CTS 프레임들의 구조를 기반으로 할 수 있다. 다중 안테나들을 지원하기 위하여, 확장된 RTS 프레임 및 확장된 CTS 프레임 둘 모두는 새로운 필드(field), 예를 들어, 비트맵(bitmap)을 가지며, 여기서 각각의 비트는 하나의 안테나를 나타낸다. 그러므로, 1 바이트 길이의 비트맵은 8개까지의 안테나들을 지원할 수 있다. 물론, 비트맵 필드는 소정의 시스템의 이동 스테이션들에 의해 지원되는 안테나들의 수에 따라 더 길거나 더 짧을 수 있다. M-RTS 프레임에서, 이 필드는 제안된 안테나 비트맵(Proposed Antenna Bitmap: PAB)이라고 칭해질 수 있고, 다음의 송신을 위해 제안된 이용 가능한 안테나들의 선택된 서브셋(subset)을 인코딩(encoding)할 수 있다. 프레임의 수신기는 어느 안테나들이 M-CTS 프레임의 확인된 안테나 비트맵(Confirmed Antenna Bitmap: CAB) 필드에서 활성이어야 하는지를 확인한다. ACK 프레임이 또한 스트림마다의 확인 응답(per-stream acknowledgement)들을 지원하기 위하여 확장된다. 더 구체적으로는, MIMO-ACK(M-ACK) 프레임은 상이한 스트림들로부터 개별적으로 각각의 패킷의 수신을 확인하기 위하여 확인 응답된 패킷 비트맵(Acknowledged Packet Bitmap: APB)이라고 칭해지는 1 바이트 길이의 비트맵을 가질 수 있다. 상기 프레임은 각각의 공간적 스트림에 대한 긍정 및 부정 확인 응답들을 포함한다. 상기 프레임은 한 번에 송신되는 다수의 패킷들이 존재할지라도, 여전히 즉시 확인 응답할 수 있다. 비트맵들의 길이(L)는 임의적일 수 있다.
다음의 포인트들은 CSMA/CA에 관한 것들을 생략한, 송신 사이클 동안 M-DCF의 추가적인 MAC 프로토콜 기능의 개요를 제공한다.
ㆍ송신기는 M-RTS 프레임을 송신하여, 다음의 송신을 위해 이용 가능한 안테나들에 대해 PAB 필드에서 이진 "1"들을 세팅(setting)한다.
ㆍ직후에, 수신기가 이미 M-RTS 프레임 및 이용 가능한 안테나들을 판독하였을 때, 송신기는 채널 추정을 위해 각각의 이용 가능한 안테나에 대한 트레이닝 시퀀스(training sequency)를 송신한다. 대안적으로, 채널 추정은 M-RTS 프레임과 동시에 행해진다.
ㆍ수신기는 채널을 추정하고, M-CTS 프레임으로 응답하여, 송신에 사용되어야 하는 안테나들에 대해 CAB 필드에서 이진 "1"들을 세팅한다. MIMO 방식은 스테이션들의 하드웨어 케이퍼빌리티들, 접속의 서비스 품질(QoS) 요구들, 무선 전파 조건들, 및 네트워크의 현재 상태를 기반으로 하여 선택될 수 있다. 수신기가 안테나들을 선택하는 방법은 수신기의 내부 절차일 수 있다. 프레임 기반의 네트워크 동작 동안 적용되는 MIMO 방식을 선택하는 이 절차는 고속 링크 적응을 제공한다.
ㆍM-CTS 프레임의 수신 이후에, 송신기는 별도의 안테나를 각각 사용하여, 사용될 안테나들에 관한 수신기의 지시들에 기초하여 (하나 이상의) 패킷들을 송신한다.
ㆍ데이터 프레임(들)의 수신 이후에, 수신기는 수신된 패킷의 정확도를 검사하고, 송신의 결과에 관해 송신기에 통지하기 위하여 확장된 M-ACK를 생성할 수 있다. 정확하게 수신된 패킷들에 대해 M-ACK 비트맵에서 이진 "1"들이 세팅된다.
ㆍ송신기가 M-ACK 프레임을 수신할 때, 상기 송신기는 큐(queue)로부터 패킷들을 제거하고, 또 다른 송신을 개시한다. M-ACK 프레임이 손실된 경우, 또는 M-ACK 패킷이 결코 전혀 송신되지 않은 경우에, 타임아웃(timeout) 이후에, 송신기가 데이터를 재송신할 것이다.
하나의 공간적 스트림에서 MAC 패킷을 캐리하는 M_DCF 프로토콜은 MIMO 기술을 사용함으로써 성취되는 자신의 증가된 시스템 용량 때문에 과중한 부하를 갖는 사용자들의 네트워크들에서 매우 양호하게 동작한다. 그러나, 부하가 높지 않을 때, 프로토콜에 따라, 스테이션이 송신할 다수(n)의 패킷들을 갖기 전에 송신을 시작하지 못한다는 사실로 인해 패킷 지연이 증가되며, 여기서, n은 공간적 스트림들의 수이다. 접속에 대한 2개의 패킷들 사이의 평균 도착간 시간(inter-arrival time)이 T인 경우에, 최대 허용 지연은 (n-1)T 플러스 (채널에 액세스하는 것을 포함한) 평균 송신 윈도우 길이보다 더 길어야 한다. 그렇지 않으면, 일부 패킷들은 초과된 지연 때문에 송신기에서 폐기될 것이다. 이 관계는 지연 요건이 여전히 충족될 수 있는 제공된 부하에 대한 하한(lower bound)을 제공한다. 제공된 부하를 (네트워크 용량에 도달하는 포인트까지) 증가시키는 것이 지연 특성을 개선시킬 것이다.
유비쿼터스 네트워킹(ubiquitous networking)에서, 스테이션은 한 번에 다수의 다른 사용자들과 통신할 수 있다. M-DCF를 직접 적용하는 것은 스테이션이 실제로 MIMO 프레임을 구성하는데 충분한 패킷들을 가질지라도, 각각의 접속에 대해 높은 지연들을 초래할 것이다. 그러므로, 다수의 사용자들에 속하는 트래픽을 결합하는 것이 가능해야 한다. 이 송신 전력은 모든 결합된 접속들로부터 수신된 트래픽이 MIMO 프레임들의 구성에 기여할 것이기 때문에, 지연 특성을 즉시 개선시킬 것이다. 이전의 하한 계산에서, 파라미터 T는 이제 목적지에 관계없이, 임의의 2개의 패킷들 사이의 도착간 시간에 대응하므로, 각각의 개별적인 접속의 제공된 부하에 대한 하한이 더 낮다. 과도한 부하 하에서, MU 송신들은 지터(jitter)를 감소시키는 수단들이다. 더구나, 지연 특성을 개선시키는 것이 VoIP(Voice-over-IP), 화상 회의, 대화형 게임(interactive gaming) 등과 같은 애플리케이션들에 특히 중요하다.
J.Gross, 등의 "802.11 DYN: Protocol Extension for the Application of Dynamic OFDM(A) Schemes in 802.11a/g Systems" Telecommunication Networks Group(TKN) Technical Report TKN-07-002는 광범위하게 수용되는 IEEE 802.11a/g 시스템들이 역방향 호환성을 보장하면서, 동적 OFDM을 지원하도록 확장될 수 있는 방법에 대한 제안을 설명한다. 지점-대-지점(예를 들어, 업링크) 및 지점-대-다지점(예를 들어, 다운링크) 송신 시나리오들 둘 모두에 대해 동적 OFDM 방식들을 지원하는 한 세트의 프로토콜 변경들이 제공된다. 제안된 RTS 프레임은 다수의 수신기 어드레스들의 목록이 추가되는 새로운 물리적 계층 컨버전스 프로토콜(Physical Layer Convergence Protocol: PLCP) 헤더(header)를 갖는 통상적인 RTS 프레임에 대응한다(즉, 제안된 RTS 프레임은 하나의 송신 어드레스 및 하나의 수신 어드레스만을 포함한다).
그러나, 네트워크에서의 더 오래되거나 이전의 표준들에 따른 레거시 디바이스(legacy device)들은 신호를 디코딩할 수 없을 것이다. 즉, 레거시 디바이스들은 신호로부터 정확한 비트들을 결정 또는 추출할 수 없다. 이것은 이 정보가 RTS 프레임에 포함되기 때문에 레거시 디바이스들이 의도된 송신의 지속기간에 관해 습득할 수 없다는 것을 의미한다. 그러므로, 제안된 RTS 송신은 모든 스테이션들에 의해 (물리적 계층 상에서) 이해될 수 없기 때문에, 브로드캐스트 송신(broadcast transmission)으로 간주될 수 없다. 이 때문에, 상기의 종래 기술은 RTS 송신 이전에, 레거시 물리적 계층에서 자신으로 어드레싱된 CTS를 송신하여, 다른 레거시 디바이스들이 상기 송신 및 MAC 프레임을 디코딩하고, 자신들의 송신 타이밍 동안 자신들의 네트워크 할당 벡터(NAV)들을 적절하게 세팅할 수 있도록 하는 것을 제안한다.
추가적으로, 상기의 종래 기술에서 폴링된 스테이션들(polled stations)의 아이덴티피케이션(identification)은 예를 들어, 4-비트 아이덴티피케이션을 기반으로 할 수 있다. 그러나, 아이덴티피케이션은 MAC 용도들에 사용되는데, 즉, CTS 프레임이 구성 및 송신되어야 한다. 이것은 RTS 프레임을 수신한 이후에, PHY 계층이 아이덴티피케이션 목록을 추출하고 나서, MAC 계층이 상기 목록이 자신에 대한 아이덴티피케이션을 포함하는지를 검사하고, 프레임을 디코딩하고, 아마도 (어드레스들 중 하나의 어드레스인) 수신기 어드레스에 겹쳐쓰기하고, CTS 프레임을 구성하고 나서, RTS를 송신할 시에 교대한다는 것을 의미한다. 이것은 표준 RTS/CTS 절차의 상당한 변경들을 필요로 하고, 수신기의 아키텍처(architecture)에 상당한 영향을 주는데, 예를 들어, PHY 및 MAC 사이를 통과하는 새로운 정보가 정의되어야 한다. 더욱이, 일부의 특정 조건들이 RTS 프레임의 해석 및 프로세싱에서 적용되어야 한다.
상기의 종래 기술이 또한 스테이션들로의 이 4-비트 아이덴티피케이션들의 할당을 필요로 한다. 이것은 액세스 포인트(Access Point: AP)에 의한 할당 동안 행해질 수 있고, AP가 하나의 특정 시간에서 단지 이 MU-OFDM 케이퍼빌리티를 갖는 16개의 스테이션들과 관련될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 목적은 레거시 디바이스들 및 절차들의 더 적은 변경들을 필요로 하는 더 유연한 다중-사용자 전송 방식을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 청구된 바와 같은 송신 장치, 청구항 제 13 항에 청구된 바와 같은 수신 장치, 및 청구항 제 24 항에 청구된 바와 같은 방법에 의해 성취된다.
따라서, 강화된 MAC 프레임, 즉, MU-RTS가 정의된다. 이 프레임은 다수의 수신자 MAC 어드레스들을 가지기 때문에, 통상적인 RTS 프레임과 상이하다. 이것은 아이덴티피케이션들 또는 어드레스들의 목적을 다른 송신 단들로 전달하는 개선된 방식을 가능하게 한다. 제안되는 강화된 MAC 프레임이 MU 디바이스들에만 의미 있고/이해될 수 있는 특정 필드들을 가질지라도, 상기 프레임은 레거시 물리적 계층에서 송신될 수 있고, 모든 레거시 디바이스들에 의해 이해될 수 있는 공통 필드들을 갖는다. 그러므로, 레거시 디바이스들은 비트들을 디코딩하고, 공통 필드들을 해석하고, 적절한 세팅들을 개시할 수 있다. 강화된 MAC 프레임의 해석은 순수한 MAC 프로세스일 수 있어서, 물리적 계층으로부터 부가적인 정보가 필요하지 않게 된다. 더구나, 대응하는 기존 또는 레거시 MAC 프레임들에 대한 해석 규칙들을 변화시킬 필요가 없다. 모든 다른 송신 단들이 모든 다른 송신 단들에 의해 적어도 부분적으로 해석될 수 있다는 사실을 고려하면, 이의 송신은 물리적 계층 관점에서 브로드캐스트 송신으로 간주될 수 있다. 결과적으로, 레거시 디바이스들 및 절차들은 변경들을 거의 필요로 하지 않는다.
제안된 송신 장치는 송신에 대한 요청에 응답하는 그러한 다른 송신 단들 중 적어도 하나로 향하는 패킷들로부터만 송신 프레임을 생성하도록 적응될 수 있다. 상기 수신 장치는 목록 내의 자신의 아이덴티피케이션의 순서를 기반으로 하여 자신의 응답에 대한 타이밍을 도출하도록 적응될 수 있다. 이로써, 상이한 다른 송신 단들(예를 들어, WLAN 스테이션들)이 프레임 내부의 패킷들에 대한 목적지들일 수 있어서, 이종 트래픽 상황(heterogeneous traffic situation)들에서 지연 및 처리량이 평형화될 수 있게 된다.
상기 아이덴티피케이션은 예를 들어, MAC 어드레스를 포함할 수 있어서, 최초에 설명된 종래 기술에서 사용된 물리적 계층 어드레스들에 비하여 더 긴 어드레스들이 사용될 수 있게 된다.
특정 실시예에서, 다른 송신 단들은 송신하고자 하는 자신들의 의도를 나타내기 위하여 송신 요청을 리턴(return)시키도록 어드레싱되는 후보 송신기들일 수 있다. 그 후, 제안된 장치는 후보 송신기들의 채널 실현(channel realization)들에 따라 후보 송신기들에 대한 채널 추정을 수행하고, 어느 송신기가 어느 빔포밍 벡터(beamforming vector) 또는 다른 대응하는 채널 액세스 정보에 의해 채널에 액세스할 수 있는지를 표시하는 송신 확인으로 상기 송신 요청에 응답하도록 적응될 수 있다. 이것은 상이한 송신기들로부터의 동시적인 다중 패킷 수신이 지원될 수 있고, 공간적 스트림들 사이의 간섭이 최소화될 수 있다는 장점을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 상기 송신 장치는 상기 송신에 대한 요청을 채널 상태 정보를 피드백(feedback)하도록 하는 요청으로서 사용하고, 상기 다른 송신 단들로부터 수신된 채널 상태 피드백 정보를 기반으로 하여 상기 다른 송신 단들의 채널 실현들을 평가하고, 상기 다른 송신 단들에 대한 적절한 빔포밍 벡터들, 또는 MU-OFDM 경우에 서브캐리어 할당들을 도출하도록 구성될 수 있다. 상기 수신 장치는 채널 상태 정보, 및 또한 선택적으로 자신의 송신 큐 내의 데이터량을 표시하는 지속기간 정보를 포함하는 채널 피드백 프레임으로 상기 송신에 대한 요청에 응답하도록 적응될 수 있다. 그 후, 상기 송신 장치는 다른 송신 단들의 목록 및 상기 다른 송신 단들에 대한 적절한 빔포밍 벡터들을 포함하는 송신 요청 프레임들을 브로드캐스팅하도록 적응될 수 있다. 상기 송신에 대한 요청은 요청된 채널 상태 피드백 정보에 사용될 포맷을 지정하는 정보를 포함할 수 있다. 송신들의 수신은 상기 송신들이 수신되었다는 것을 그러한 다른 송신 단들에 표시하는 MAC 프레임을 송신함으로써 상기 송신 장치에 의해 확인될 수 있다. 예로서, 상기 송신들이 수신되었던 다른 송신 단들(즉, 수신 장치)은 MAC 프레임 내에 제공된 비트맵에서 각각의 비트를 세팅함으로써 표시될 수 있다.
따라서, 2개의 단계들을 기반으로 하는 강화된 MU-DCF가 제공될 수 있다. 첫째로, 채널 상태 정보가 후보 스테이션들로부터 획득된다. 둘째로, 채널 액세스를 위한 시그널링 교환이 수행된다. 이것은 다중-사용자 전송의 더 양호한 조정 및 가능한 간섭의 감소를 제공한다.
부가적인 실시예에서, 상기 송신 장치는 전체의 예상된 송신의 예측된 지속기간을 표시하는 지속기간 정보를 상기 송신에 대한 요청에 추가하도록 적응될 수 있다. 이 조치는 모든 수신 단들이 자신들의 송신을 시작하기 전에 대기해야 하는 지속기간을 계산하는 것이 가능해지기 때문에, 숨겨진 문제(hidden problem)에 대한 해결책을 제공한다. 더 구체적으로는, 상기 수신 장치는 상기 목록이 상기 장치의 임의의 아이덴티피케이션을 포함하지 않는 경우에, 상기 송신에 대한 요청 내에 제공된 지속기간 필드의 콘텐트(content)에 따라 자신의 네트워크 할당 벡터를 세팅하도록 적응될 수 있다. 상기 목록에 의해 폴링되는 다른 수신 장치들은 상기 지속기간 필드를 기반으로 하여 자신들의 응답에 대한 대기 시간을 계산하도록 적응될 수 있다.
더 부가적인 실시예에서, 상기 수신 장치는 집합 MAC 패킷 데이터 유닛(aggregate MAC packet data unit) 및 단일 사용자 사운딩 피드백 메커니즘(single user sounding feedback mechanism)을 결합함으로써 상기 송신에 대한 요청에 응답하도록 적응될 수 있다. 이로써, 상기 응답은 종래의 응답 프레임(예를 들어, CTS 프레임)을 사운딩 피드백 프레임과 결합함으로써 구성될 수 있어서, 레거시 컴플라이언스(legacy compliance)가 개선될 수 있고 현재 표준이 변경을 거의 필요로 하지 않게 된다.
또 다른 실시예에서, 상기 수신 장치는 응답을 위하여 다중-사용자 전송 신호의 서브-캐리어들의 할당된 서브셋을 사용하도록 적응될 수 있다. 특정 예에서, 상기 할당된 서브셋은 목록 내의 상기 아이덴티피케이션의 순서로부터 도출될 수 있다. 이 조치는 이것이 시간 분할적인 방식이 아니라, 동시적일 수 있기 때문에, 피드백 정보(예를 들어, M-CTS 및/또는 M-ACK 프레임들)를 송신하는데 필요한 시간이 감소될 수 있는 장점을 제공한다. 이로써, 시그널링 오버헤드(signaling overhead)가 감소될 수 있고, 숨겨진 노드 문제가 방지될 수 있다.
상기 송신 또는 수신 장치는 다수의 입력 체인(multiple input chain) 및 다수의 출력 체인(multiple output chain) 중 적어도 하나를 갖는 임의의 유형의 MU 송수신기를 포함할 수 있다. 상기 송신 또는 수신 장치는 MU MIMO 송수신기에 제한되지 않게 된다.
상기 송신에 대한 요청은 레거시 포맷으로 송신될 수 있어서, 모든 디바이스들, MU 및 레거시 디바이스들이 자신들의 NAV를 이에 따라 세팅할 수 있게 된다. 레거시 디바이스들은 적어도 지속기간 필드를 이해하므로, 자신들의 NAV를 이에 따라 세팅할 수 있다.
부가적인 유용한 개선점들이 종속 청구항들에서 정의된다.
본 발명에 의하면, 레거시 디바이스들 및 절차들의 더 적은 변경들을 필요로 하는 더 유연한 다중-사용자 전송 방식이 제공된다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 다중-사용자 MIMO 송신 시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 4-방향 핸드쉐이크 절차(four-way handshake procedure)를 도시한 도면.
도 3은 제 1 실시예에 따른 다수의 수신기 어드레스 필드들을 갖는 MU-RTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 4는 제 1 실시예에 따른 안테나 사용 명령을 갖는 M-ACK 프레임 구조를 도시한 도면.
도 5는 제 2 실시예에 따른 2-방향 채널 액세스 절차를 도시한 도면.
도 6은 제 2 실시예에 따른 MU-CFR 프레임 구조를 도시한 도면.
도 7은 제 2 실시예에 따른 Tx 빔포밍 벡터들을 갖는 MU-RTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 8은 제 2 실시예에 따른 MU-CTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 9는 숨겨진 노드 문제의 개략적인 도면.
도 10은 제 4 실시예에 따른 더 일반적인 MU-RTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 11은 제 5 실시예에 따른 MU MIMO 업링크 메커니즘을 도시한 도면.
도 12는 제 5 실시예에 따른 C4T 프레임 구조를 도시한 도면.
도 13은 제 5 실시예에 따른 RTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 14는 제 5 실시예에 따른 Tx 빔포밍 벡터들을 갖는 MU-CTS 프레임 구조를 도시한 도면.
도 15는 제 5 실시예에 따른 MU-ACK 프레임 구조를 도시한 도면.
본 발명은 이제 첨부 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 기반으로 하여 설명될 것이다.
다음에서, 바람직한 실시예들이 도 1에 도시된 바와 같은 MU MIMO 시스템을 기반으로 하여 설명된다.
도 1에 따르면, MU MIMO 액세스 포인트(AP)(10)는 도 1에 도시되고 다수의 안테나들을 가지는 예시적인 수의 4개의 스테이션들(21 내지 24)에 WLAN 액세스를 제공한다. AP(10)는 입력 신호들이 인가될 수 있고 복수의 안테나들 중 적어도 하나에 선택적으로 접속될 수 있는, 상이한 코딩 및/또는 변조 방식들을 제공하는 N개의 상이한 단들(M1 내지 MN)을 포함한다.
일반적으로, 2개의 유형들의 MIMO 기술들이 전파 채널 특성들, 즉, 수신기의 안테나 어레이에서의 공간적 상관 매트릭스(spatial correlation matrix)의 구조를 기반으로 하여 AP(10) 및 스테이션들(21 내지 24) 각각 사이의 양방향들에서 사용될 수 있다. 수신된 신호의 상관이 높은 경우에, 상이한 빔포밍 알고리즘들이 적용될 수 있는 반면, 수신된 신호의 상관이 낮은 경우에, 다이버시티(diversity)(DIV) 및 멀티플렉싱(MUX) 방식들이 더 양호한 성능을 제공할 수 있다. MUX 방식들에서, 다수의 스트림들은 하나의 전용 안테나들을 각각 사용하여 동시에 송신된다. 이것은 송신되는 스트림들의 수와 동일한 팩터(factor)로 처리량을 증가시킨다. DIV 방식들에서, 다중 안테나들이 상이한 방식으로 사용된다. 기본적인 DIV 방식에 대하여, 송신기는 하나의 안테나만을 사용한다. 다중 안테나들을 갖는 수신기는 송신된 신호의 다수의 카피(copy)들을 수신하여, 적절한 신호 프로세싱 알고리즘을 사용해서 상당히 더 높은 신호-대-잡음 비(SNR)들을 획득하게 된다. MUX 및 DIV를 결합한 방식들에서, 더 많은 송신 안테나들이 활성이지만, 수신기는 모든 DIV 방식들에서와 같이, 여전히 스트림들의 수보다 더 많은 안테나들을 가질 수 있다. 멀티플렉싱이 존재하지만, 수신기는 순수한 MUX 경우에서보다 송신된 신호에 관한 더 많은 정보를 얻는다.
다음의 실시예들은 채널에 액세스하는 MU-RTS 및 M-CTS 프레임들 및 정확하게 수신된 패킷들을 확인하는 M-ACK를 사용함으로써 IEEE 802.11 기반 네트워크들에 다중-사용자 지원에 대한 강화들을 제공한다. 선택적으로, M-CTS로 응답하였던 스테이션들의 서브셋만을 다음 MIMO 프레임을 구성하도록 선택함으로써 채널 적응형 송신이 선택될 수 있다. 결정은 M-CTS로부터 얻어진 정보를 기반으로 하여 행해질 수 있다. 이 방식으로, MU 다이버시티가 이용될 수 있다. 더구나, 송신에 대해 수용 가능한 안테나들의 서브셋을 표시하는 채널 품질 정보가 M-CTS 및 M-ACK 프레임들을 사용하여 피드백될 수 있다. 복잡성 및 수용 가능한 오버헤드에 따라, 각각의 안테나로부터의 수신된 SNR과 같은 인코딩된 정보가 더 정확할 수 있다. 이웃하는 패킷들 사이의 프레임간 간격들이 레거시 IEEE 802.11 스테이션들과의 공존을 보장하기 위하여 제공될 수 있다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 4-방향 핸드쉐이크 절차를 도시한다. 제안된 MU-DCF는 데이터 송신 이전에 다중 사용자들에 의한 채널 액세스를 용이하게 하기 위하여 4-방향 핸드쉐이크 절차가 제안되는 종래의 M-DCF를 기반으로 한다.
종래의 M-DCF 프로토콜에 비하여, 다음의 추가적인 MAC 프로토콜 기능들이 MU MIMO 시나리오들에서 송신 사이클 동안 제안된다.
도 2에 따르면, 송신은 예를 들어, 도 1에 도시된 4개의 예시적인 스테이션들(21 내지 24) 중 3개(R#1 내지 R#3)에 어드레싱하는데 사용되는 다수의 수신기 어드레스들을 포함하는 MAC 프레임인 도 3에 도시된 바와 같은 MU-RTS 프레임을 브로드캐스팅함으로써 예를 들어, AP(10)에 의해 개시된다. MU-RTS 프레임은 수신기 측에서, 예를 들어, 스테이션들(21 내지 24) 중 선택된 스테이션들에서 채널 추정을 허용하는 트레이닝 시퀀스(training sequence)보다 앞설 수 있다. 대안적인 옵션(option)으로서, 채널 추정은 또한 예를 들어, 프리앰블(preamble)들의 송신에 의하여 MU-RTS 프레임의 송신과 동시에 행해질 수 있다. 채널 추정들을 위한 프리앰블들의 송신이 MU-RTS 프레임이 물리적 계층에서 디코딩 불가능하게 되도록 할 수 있다는 점이 주의된다.
MU-RTS 프레임을 수신한 이후에, 수신기 목록에 존재하는 스테이션들(R#1 내지 R#3)의 선택이 MU-CTS 프레임으로 응답된다. 응답들의 순서는 목록 내의 각각의 수신기들의 순서에 의해 암시적으로 결정된다. 제 1 M-CTS는 SIFS(Short interframe space) 간격 이후에 송신되고, 다음 M-CTS들이 RIFS(Reduced interframe space) 간격 이후에 송신된다.
상기 절차는 다음의 의사 코드 구조를 기반으로 하여 소프트웨어 루틴(software routine)으로서 프로그래밍될 수 있다:
Figure 112010020277766-pct00001
송신기가 MU-RTS 프레임을 송신한 이후에, 상기 송신기(예를 들어, AP(10))는 채널을 감지하기 시작하고, (소프트웨어 루틴으로서 구현되는 경우에) 다음의 의사 코드 구조 이후에 진행될 수 있다:
Figure 112010020277766-pct00002
송신기(예를 들어, AP(10))는 스테이션들의 어드레싱된 서브셋으로부터 M-CTS 프레임들을 전혀 수신하지 않거나, M-CTS 프레임들 중 일부, 또는 모두를 수신한다. 수신된 M-CTS 프레임들로부터, 상기 송신기는 CAB 필드 내에 제공된 정보(또는 M-CTS 프레임 내에 포함될 수 있는 다른 채널 상태 정보)를 판독할 수 있고, 응답하였던 스테이션들로만 향하는 이러한 패킷들로부터 MIMO 프레임을 생성할 수 있다. 이것은 다음의 의사 코드 구조에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112010020277766-pct00003
스케줄링 전략(scheduling strategy)을 적용할 때, MIMO 프레임들은 M-RTS 프레임으로 응답하였던 스테이션들 중 일부로부터의 패킷들을 포함하지 않을 수 있다. 스케줄링은 SU 및 MU 동작 모드 사이의 적응형 스위칭을 포함할 수 있다.
스테이션들은 MIMO 프레임들을 수신하고, 예를 들어, M-DCF에서와 동일한 규칙들에 의해 M-ACK 프레임을 발생시킨다. M-ACK 프레임들의 순서 및 간격은 M-CTS 프레임과 동일할 수 있다.
최종적으로, 송신기(예를 들어, AP(10))가 M-ACK 프레임들을 수신할 때, 상기 송신기는 큐로부터 확인된 패킷들을 제거하고, 또 다른 송신을 개시한다. 확인되지 않은 패킷들이 재송신될 수 있다.
도 2로부터 추정될 수 있는 바와 같이, 연속적인 M-CTS 및 M-ACK 프레임들은 RIFS에 의해 분리된다. 이 방식으로 지원되는 다수의 사용자들의 수(m)가 다음 관계에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112010020277766-pct00004
이 조건은 최종적인 것을 제외한 모든 M-CTS 및 M-ACK 패킷들이 손실될지라도, 최종적인 스테이션이 여전히 자신의 M-CTS 및 M-ACK 패킷을 송신하는데 자유로운 채널들을 가질 것을 보장한다. 상기 조건이 충족되지 않는 경우에, 채널은 진행중인 송신 동안 DIFS보다 더 자유로울 수 있고, 이는 새로운 송신을 시작하도록 할 것이다.
도 4는 다음의 송신을 위한 안테나 사용에 대한 명령들을 갖는 제 1 실시예에 따른 M-ACK 프레임 구조를 도시한다. 상술된 바와 같이, M-DCF 절차에 따른 M-CTS 프레임들은 안테나 피드백에 대한 비트맵(CAB 필드)을 포함한다. 이 정보는 적응형 채널 사용을 위해 송신기에서 사용될 수 있고, 여기서, 양호한 채널 상태를 갖는 스테이션들에 대한 패킷들만이 MIMO 프레임에 기여할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, M-ACK 프레임 내에 CAB 필드를 포함시킴으로써, M(U)-RTS - M-CTS 핸드쉐이크 절차를 필요로 함이 없이 채널 피드백이 성취될 수 있다.
추가적으로, 송신 기회들(TxOP), 블록 확인 응답(BA), 또는 비 확인 응답과 같은 IEEE 802.11e의 다른 옵션들이 또한 성능을 더 개선하기 위하여 상기 절차들과 결합될 수 있다.
더욱이, 오버헤드 추정이 수행될 수 있다. 유도된 오버헤드가 이제 4개의 스테이션들(21 내지 24) 각각에 대해 4개씩인 16개의 패킷들을 송신하는 단일 송신기(AP(10))와 함께 도 1의 예를 기반으로 하여 설명될 것이다. 모든 스테이션들(21 내지 24)이 4개의 안테나들을 갖는 경우에(필수적이지는 않고 단지 도 1의 예와 반대의 예임), 4×4 멀티플렉싱 방식이 다음과 같이 적용될 수 있다:
SU 경우:
Figure 112010020277766-pct00005
MU 경우:
Figure 112010020277766-pct00006
이것은 송신 절차가 아래의 MU 경우에서 명백하게 더 길게 지속될 것이며, 패킷 당 평균 지연이 두 경우들 모두에서 동일하다는 것을 표시한다. 그러나, SU 경우에서의 스테이션 당 평균 지연은 스테이션이 자신의 패킷들을 수신하는 첫 번째 스테이션인지 또는 최종적인 스테이션인지에 따라 훨씬 더 상이하다. 일부 스테이션들에 대하여, 이와 같은 긴 지연들은 수용 불가능할 수 있다.
지금까지, 상기 예에서, 처음에, 모든 4개의 스테이션들(21 내지 24)에 대한 모든 4개의 패킷들이 이미 발생되었다고 가정되었다. 그러나, 낮은 제공된 부하를 갖는 반면, 현재 스테이션에 대한 더 많은 패킷들이 전체 MIMO 프레임을 구성하기 위해 너무 길게 대기하지 않도록 하는 매우 엄격한 지연 요건들을 갖는 많은 애플리케이션들이 존재한다. 그렇지 않으면, 큐 내에 존재하는 것을 즉시 송신하는 것은 종종 단일 공간적 스트림의 송신을 의미할 것이고, 이것은 효율적으로 오버헤드의 멀티플리케이션(multiplication)을 의미한다. 그러나, 공간적 스트림 맵핑(spatial stream mapping)에 대한 제한이 MAC 패킷에서 존재하지 않는 경우에, MAC 패킷은 또한 다중 공간적 스트림들을 사용하여 송신될 수 있다.
과도한 부하의 경우에, 제안된 MU 방법은 지터를 감소시킴으로써 매우 유익할 것이다.
제 1 실시예와 관련하여 상술된 MU RTS/CTS 핸드쉐이크 이전에, 송신기(예를 들어, AP(10))는 후보 수신기 스테이션들로부터 채널 상태 정보(CSI) 피드백을 요청하는 MU MIMO 채널 피드백 요청 패킷(MU-CFR)을 트레이닝 시퀀스들보다 먼저 송신할 수 있다. 따라서, 상기 송신기는 모든 후보 수신기들의 CSI를 가지며, 가능한 MU MIMO 송신에 대한 모든 후보들을 평가하고, 공간적 스트림들 사이의 간섭을 감소시키기 위하여 적절한 송신 빔포밍 벡터들을 선택할 수 있다.
제안된 안테나 비트맵을 전달하는 대신에, 각각의 스트림에 대한 제안된 빔포밍 벡터가 스테이션들(21 내지 24)로 전달되도록 MU RTS 패킷이 변경될 수 있다. 이 메커니즘은 MU MIMO 송신 메커니즘으로서 송신 빔포밍을 사용할 가능성 및 스테이션들(21 내지 24)이 송신기에 의해 선택되는 제안된 빔포밍 벡터들을 사용하여 MU MIMO 송신과 동시에 서비스될 수 있는지의 검사를 제공한다. 전반적으로, 제안된 강화는 MU MIMO 송신의 더 양호한 조정을 제공하고, 스트림들 사이의 가능한 간섭들을 감소시킨다. 따라서, 이것은 전체 네트워크의 성능을 개선시킨다.
제 2 실시예에서, 2-단계 채널 액세스 절차를 갖는 새로운 MU-DCF가 제공된다. MU MIMO 송신은 채널에 액세스하기 위한, MU-CFR, MIMO 채널 피드백(M-CF), MU-RTS 및 MU-CTS 프레임들과 같은 MAC 프레임들, 및 정확하게 수신된 패킷들을 확인하기 위한 MAC 프레임 M-ACK를 사용함으로써 IEEE 802.11 기반 네트워크들에 대한 빔포밍 지원으로 수행된다. 선택적으로, M-CTS로 응답하였던 스테이션들의 서브셋만의 MU MIMO 송신이 다음의 MIMO 프레임을 구성하도록 빔포밍 벡터들을 변경함으로써 적응형 MU MIMO 송신이 수행될 수 있다. M-CTS 프레임으로부터 획득된 정보를 기반으로 하여 결정이 행해질 수 있다. 채널들이 이미 공지된 경우에, MU-CFR 및 M-CF 프레임들은 MU MIMO 송신의 채널 액세스 메커니즘에 필요하지 않을 수 있다.
MU MIMO 송신은 공간적 효율을 증가시키고, 더 양호한 자원 사용도를 제공한다. 그러나, MIMO 시스템들에서, 무선 네트워크가 고밀도일 때 다수의 스테이션들에 동시에 높은 처리량을 제공하는 것이 중요해질 수 있다.
도 5는 제 2 실시예에 따른 2-단계 채널 액세스 절차를 도시한다. 제안된 MU-DCF 절차는 후보 스테이션들/수신기들로부터 채널 상태 정보를 획득하는 제 1 단계, 및 제 1 실시예와 유사한 채널 액세스를 위한 MU-RTS 및 M-CTS 교환의 제 2 단계를 기반으로 한다.
제 1 단계에서, 송신기(예를 들어, 도 1의 AP(10))가 기본적으로 다수의 수신기들(예를 들어, 도 1의 스테이션들(21 내지 24)의 서브셋)로부터 채널 상태 정보를 요청하는 다중-사용자 채널 상태 정보 피드백 요청(MU-CFR) 프레임에 의해 송신이 개시된다.
도 6은 수신기에서의 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스보다 앞설 수 있는, 제 2 실시예에 따른 MU-CFR 프레임 구조를 도시한다. 제안된 MU-CFR 프레임은 다수의 수신기 어드레스 필드들을 갖는 MAC 프레임이다.
MU-CFR 프레임을 수신한 이후에, 수신기 목록 내에 존재하는 스테이션들은 MIMO 채널 피드백(M-CF) 프레임으로 응답한다. M-CF 프레임은 MAC 프레임이며, IEEE 802.11n에 따른 SU MIMO 시스템들에서의 MIMO CSI 피드백 프레임과 동일한 프레임 포맷을 가질 수 있다. 응답들의 순서는 목록 내의 수신기의 순서에 의해 암시적으로 결정될 수 있다. 제 1 M-CF 프레임이 SIFS 간격 이후에 송신되고, 다음의 M-CF 프레임들이 각각의 RIFS 간격들 이후에 송신된다.
제 2 단계에서, 송신기가 MU-CFR 프레임을 송신하고 각각의 후보 수신기의 대응하는 MIMO 채널 상태 정보를 수신한 이후에, 상기 송신기는 가능한 MU MIMO 송신에 대한 스테이션들의 채널 실현들을 평가하고, 각각의 스테이션/공간적 스트림에 대한 적절한 송신 빔포밍 벡터를 결정한다. 그 후, 상기 송신기는 제 1 실시예에서와 같지만, MU-RTS 및 MU-CTS 프레임 포맷들을 갖는 채널 예약 단계로 진행한다.
도 7은 가변하는 수의 수신기 어드레스들을 가지며 가변하는 수의 추가적인 Tx 빔포밍 벡터들에 의해 강화되는 제 2 실시예에 따른 제안된 MU-RTS 프레임 구조를 도시한다.
그러나, 이 MU-RTS 프레임 구조에 대한 대안이 존재한다. 상기 MU-RTS는 Tx 빔포밍 벡터들이 없는 일반적인 MU-RTS일 수 있다. MU-RTS 바로 다음의 트레이닝 시퀀스가 TX 빔포밍 벡터들에 따라 빔포밍될 수 있다. 그 후, 수신기들이 빔포밍된 채널을 추정하고, CSI를 수신기에 피드백한다. 이 정보는 스테이션들(21 내지 24)에 의해 AP(10)로 피드백되는 확인된 빔포밍 벡터들과 동일한 목적들을 충족시킬 것이다. 이 방법은 교환된 비트들의 량을 감소시키기 때문에 더 유용하다. 그러나, 각각의 스테이션으로부터 예상된 피드백의 포맷이 MU-RTS 프레임 내에서 전달되어야 하므로, 스테이션이 피드백을 포맷할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 스테이션들이 상기 스테이션에 의해 송신된 M-CTS 프레임의 지속기간을 예측할 수 있게 된다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 제안된 새로운 MU-CTS 프레임 구조를 도시한다.
송신기가 단일 스테이션으로 하나 이상의 공간적 스트림을 송신하고자 의도하는 경우에, 상기 송신기는 단순히 그 수신기를 위해 의도된 공간적 스트림들의 수와 같은 횟수로 수신기 어드레스를 연속적으로 반복한다. 이 경우에, 각각의 공간적 스트림에 대한 제안된 Tx 빔포밍 벡터는 예상된 바와 같이 상이할 것이다. 이 방식으로, 송신기는 모드를 MU MIMO 송신으로부터 SU MIMO 송신으로 용이하게 변화시킬 수 있다.
제 2 실시예에 따른 제안된 새로운 M-CTS 프레임들은 가변하는 수의 확인된 TX 빔포밍 벡터들을 포함하여, 스테이션으로 향하는 가변하는 수의 스트림들이 독립적으로 평가될 수 있게 된다. 이 정보는 또한 채널을 더 양호하게 사용하도록 빔포밍 벡터들을 적응형으로 변화시키기 위하여 송신기에서 사용될 수 있다. 따라서, 제 2 실시예에 의해 제공된 상기의 강화들에 의하여, 송신기는 자신이 송신하는 공간적 스트림들 사이의 간섭을 감소시키기 위해 송신 빔포밍을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 실시예들에 따른 제안된 프로토콜 핸드쉐이크 절차들은 소위 "숨겨진 노드 문제"를 겪을 수 있다. 제 3 실시예에서, 이 숨겨진 노드 문제를 해결하기 위한 변경이 제공된다.
도 9는 이 숨겨진 노드 문제를 도시한다. 통신 범위(CR10)를 갖는 도 1의 AP(10)가 자신(10)이 스테이션들(21 및 22) 사이에 배열되는 상황에서 각각의 통신 범위들(CR21 및 CR22)을 갖는 스테이션들(21 및 22)로의 MU MIMO 송신을 설정하고 싶어 한다는 것이 가정된다. 스테이션들(21 및 22)의 위치 때문에, 제 1 스테이션(21)은 제 2 스테이션(22)으로부터의 송신이 아니라, AP(10)로부터의 송신을 리스닝(listening)할 수 있다. 유사하게, 제 2 스테이션(22)은 제 1 스테이션(21)으로부터의 송신이 아니라, AP(10)로부터의 송신을 리스닝할 수 있다. 이것은 제 1 스테이션(21)으로부터의 M-CTS 프레임이 제 2 스테이션(22)에 의해 수신될 수 없다는 것을 의미한다. 제 2 스테이션(22)이 제 1 실시예에서 설명된 알고리즘을 기반으로 하여, 빈 채널(empty channel)을 감지하는 경우에(즉, 다른 송신 또는 간섭이 존재하지 않는 경우에), 상기 제 2 스테이션(22)은 SIFS 플러스 RIFS 기간을 대기한 이후에, M-CTS 프레임을 송신할 것이다. 결과적으로, 제 2 스테이션(22)에 의해 송신된 M-CTS 프레임은 제 1 스테이션(21)에 의해 송신된 M-CTS 프레임과 AP(10)에서 충돌할 것이다.
MU MIMO 수신에 대해 폴링된 일부 스테이션들이 각각의 다른 통신 범위 내에 존재하지 않을 가능성 때문에, MU MIMO 수신에 대해 폴링된 모든 스테이션들이 MU-RTS 프레임의 종단(end)을 관측하고, M-CTS 송신, 각각의 송신 사이의 간격, 및 각각의 M-CTS 송신의 지속기간을 고려하여 자신들이 자신들의 M-CTS 프레임들을 송신하기 전에 대기해야 하는 지속기간을 계산하는 것이 제 3 실시예에서 제안된다. 그 후, 폴링된 스테이션은 (MU-RTS 프레임의 최종적인 송신이 각각의 스테이션에 의해 수신되었던 시간으로부터 시작된) 결정된 지속기간이 경과된 후에 자신의 M-CTS 프레임을 송신한다. M-CTS 프레임을 송신하는 것을 대기하는 동안, 관련된 스테이션은 MU-RTS 프레임의 정확한 수신이 상기 스테이션 및 AP(10) 사이의 예약된 채널을 암시하기 때문에, 채널을 감지할 필요가 없다.
제 3 실시예에 따르면, 다운링크 MU MIMO 송신을 설정하기 위하여 다음의 개선된 절차가 제안된다.
제 1 실시예에서와 같이, AP(10)는 다수의 수신기 어드레스들을 포함하는 MAC 프레임이며 이제 지속기간 필드를 또한 포함하는 MU-RTS 프레임을 송신함으로써 MU MIMO 송신을 개시한다. 제안된 지속기간 필드는 MU-RTS 프레임의 종단으로부터 최종적인 M-ACK 프레임까지의, 전체의 예상된 송신의 예측된 지속기간 d를 포함할 수 있다. MU MIMO 수신에 대해 폴링된 수신기들의 수가 N이고, T(x)는 x의 지속기간인 경우에(여기서 x는 무선으로 송신된 데이터 또는 제어 프레임이다), 예측된 지속기간(d)은 다음과 같이 획득될 수 있고:
Figure 112010020277766-pct00007
여기서, aSIFStime은 SIFS의 지속기간이고, aRIFStime은 RIFS의 지속기간이다. 더욱이, T(MU MIMO frame)은 MU MIMO 송신기의 스케줄러에 의해 계산된 MU MIMO 프레임의 추정된 지속기간이다. 이와 같은 스케줄러의 동작은 각각의 개별적인 구현예에 따른다.
M-CTS 프레임은 고정된 길이를 갖는다. 더욱이, 모든 M-CTS 프레임들은 동일한 변조 및 코딩 방식을 사용하여 송신된다. 그러므로, M-CTS 프레임의 지속기간(T(M-CTS))은 AP(10)에 공지되어 있다. 유사하게, M-ACK 프레임은 고정된 길이를 가지며, 또한 동일한 변조 및 코딩 방식을 사용하여 송신되는 것이 필요하므로, M-ACK 프레임의 지속기간(T(M-ACK))이 또한 AP(10)에 공지되어 있다.
제안된 지속기간 필드를 세팅함으로써, MU MIMO 수신에 대해 폴링되지 않지만, MU-RTS 프레임을 수신하는 모든 스테이션들은 MU-RTS 프레임 내의 지속기간 필드에 따라 자신들의 네트워크 할당 벡터(NAV)를 세팅할 수 있으므로, 예약된 지속기간 동안 송신하지 않을 것이다.
MU-RTS 프레임을 수신한 이후에, 폴링된 스테이션들은 예를 들어, 종래의 M-DCF에서 제안된 바와 같이 구성된 M-CTS 프레임으로 응답한다. 응답들의 순서는 MU-RTS 프레임의 어드레스 목록에서의 수신기들의 순서에 의해 결정된다. 제 1 M-CTS 프레임은 지속기간(aSIFStime)의 경과 이후에 송신되고, 다음의 M-CTS 프레임들은 M-CTS 프레임 플러스 aRIFStime의 지속기간의 경과 이후에 송신된다. 폴링된 스테이션들로부터 AP(10)로의 송신 매체가 이제 MU-RTS 송신을 통해 예약되기 때문에, 스테이션들(21 내지 24)이 송신하기 이전에 매체를 감지하는 것이 더 이상 필요하지 않다.
더욱이, 가능한 숨겨진 노드 문제 때문에, 이전의 M-CTS 프레임의 수신이 또 다른 M-CTS의 송신을 시그널링하는데 사용될 수 없다. 그러므로, 다음과 같이 M-CTS 송신을 제어하는 것이 제안된다.
MU-RTS 프레임을 수신한 이후에, 수신기들의 순서에서의 관련된 스테이션의 위치(n)가 결정되고, 상기 스테이션이 자신의 M-CTS 프레임을 송신하기 전에 대기해야 하는 시간(t)이 다음 식을 기반으로 하여 계산된다:
Figure 112010020277766-pct00008
M-CTS 내의 지속기간 필드는 값(t + T(M-CTS))만큼 감산된 MU-RTS 프레임의 지속기간 필드로부터 획득될 수 있다. MU-RTS 프레임의 송신 이후의 AP(10)에서의 절차는 제 1 실시예에 대응할 수 있다. MU MIMO 프레임을 수신한 이후에, 스테이션들은 자신들의 M-ACK 프레임들을 송신하는데 있어서 동일한 절차를 따를 수 있다.
MU MIMO 프레임을 수신한 이후에, STA가 자신의 M-ACK 프레임을 송신하기 전에 대기해야 하는 시간(t')은 다음 식을 기반으로 하여 계산될 수 있다:
Figure 112010020277766-pct00009
따라서, M-ACK 프레임 내의 지속기간 필드는 값(t' + T(M-ACK))만큼 감산된 MU MIMO 프레임의 지속기간 필드로부터 획득될 수 있다.
제안된 메커니즘은 또한 제 2 실시예에 따른 MU MIMO 경우에서의 2 단계 채널 액세스의 제 1 단계에서, 즉, 폴링된 스테이션들에 의한 M-CF 프레임들의 송신을 제어하기 위하여 적용될 수 있다.
더구나, 제안된 메커니즘은 제 2 실시예에서 설명된 MU MIMO 경우에서의 2 단계 채널 액세스의 제 2 단계에서, 즉, M-CTS 프레임들의 송신을 제어하기 위하여 적용될 수 있다. 단일 수신기에 대해 의도된 다수의 공간적 스트림들이 존재할 수 있기 때문에 각각의 M-CTS 프레임의 지속기간이 프레임들마다 상이할 수 있다는 점이 주의된다. 그러나, 이 정보는 MU-RTS 프레임 내에 제공되므로, AP(10) 및 모든 폴링된 스테이션들은 파라미터(t)의 계산에서 이것을 고려한다.
상술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 실시예들에서 정의된 MU-RTS 및 M-CTS 프레임 구조들은 새로운 MAC 프레임 포맷들의 정의를 필요로 한다.
현재의 제 4 실시예에서, IEEE 802.11n과 같은 현재의 사양들에 대한 최소의 추가 및 수정으로 다운링크 MU MIMO 송신을 가능하게 하기 위하여 집합 MAC 프로토콜 데이터 유닛(A-MPDA) 및 사운딩 피드백 메커니즘들을 결합하는 것이 제안된다. 이것은 제안된 다운링크 MU MIMO가 이전의 표준 버전들을 따르기 때문에 유용하다.
제안된 결합을 사용함으로써, MU-RTS 프레임만이 정의되어야 하는 반면, M-CTS 프레임은 종래의 CTS 프레임 및 사운딩 피드백 프레임을 집합함으로써 구성될 수 있다. 더욱이, 더 일반적인 MU-RTS 프레임이 MPDU에 집합된 추가적인 프레임 내에서 캐리된 MU-RTS에서 필요한 어떤 여분의 정보와 함께 사용될 수 있다.
사양 IEEE 802.11n은 A-MPDU 프레임을 정의하며, 여기서 2개 이상의 MAC MPDU들 또는 MAC 프레임들이 하나의 송신 기회에 송신될 수 있다. MPDU들을 A-MPDU 내에 위치시키기 위하여, 디리미터(delimiter)가 MPDU 앞에 온다. 일반적으로, 이 집합은 데이터 프레임 또는 제어 응답 프레임 송신(예를 들어, CTS) 내로 액션이 없는 확인 관리 프레임(Action No Ack management frame)(예를 들어, 사운딩 피드백 프레임)을 피기백(biggyback)하기 위한 것이다.
IEEE 802.11n에서 정의된 여러 사운딩 메커니즘들이 존재하며, 이중 일부는 사운딩 결과들을 피드백하는 전용 프레임들을 갖는다. 이러한 프레임들은 CSI 프레임, 압축되지 않은 스티어링 프레임(steering frame), 압축된 스티어링 프레임, 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임일 수 있다. CSI 프레임은 각각의 공간적 스트림 내의 각각의 서브캐리어에 대한 채널 상태 정보 및 각각의 스트림에 대한 SNR을 포함한다. 압축되지 않은 스티어링 프레임은 각각의 공간적 스트림 내의 각각의 서브캐리어에 대한 송신 스티어링 매트릭스 뿐만 아니라, 각각의 공간적 스트림에 대한 SNR을 포함한다. 압축되지 않은 스티어링 매트릭스는 스티어링 매트릭스의 압축된 포맷을 포함한다. 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임은 수신기에 대한 다음의 송신을 위한 선택된 안테나에 관한 정보를 포함한다.
제안된 집합 MPDU 및 명시적인 피드백 프레임들을 사용하면, 제 1 실시예에서 제안된 M-CTS 프레임은 종래의 CTS 프레임 및 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임의 집합으로서 재정의될 수 있다. 제안된 안테나 비트맵(PAB) 필드는 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임 내에서 캐리될 수 있다. 제 2 바람직한 실시예에서 제안된 M-CTS 프레임은 종래의 CTS 프레임 및 압축되거나 압축되지 않은 스티어링 프레임의 집합으로서 재정의될 수 있다. 확인된 Tx 빔포밍 벡터 필드들은 스티어링 프레임 내에서 캐리될 수 있다. 스티어링 프레임 내의 MIMO 제어 필드는 파라미터 Nr이 CTS-송신기에 대해 의도된 공간적 스트림들의 수를 나타내고, 파라미터 Nc가 RTS-송신기(예를 들어, 도 1의 AP(10))가 송신할 공간적 스트림들(또는 공간 시간 스트림들)의 수를 나타내고(이 정보는 수신기 어드레스들의 수 또는 패킷의 프리앰블 내에 세팅된 높은 처리량의 긴 트레이닝 필드(High Throughput Long Training Field: HT-LTF)들의 수로부터 획득될 수 있다), 파라미터 Nb, 즉 계수를 나타내는데 사용된 비트의 수는 MU-RTS 프레임에서 AP(10)에 의해 사용된 계수들의 수와 동일하게 세팅되어, 하나로 그룹화된 캐리어들의 수를 나타내는 파라미터 Ng와 동일하게 세팅된다.
제 1 및 제 2 실시예들에서 제안된 MU-RTS 내의 추가적인 필드들이 M-CTS 프레임 내의 추가적인 필드들과 동일하기 때문에, MU-RTS 프레임을 더 일반적인 MU-RTS 프레임 및 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임 또는 압축되지 않은 스티어링 피드백 프레임의 집합으로서 재정의하는 것이 또한 제안된다.
도 10은 제 4 실시예에 따른 이와 같은 더 일반적인 MU-RTS 프레임 구조를 도시한다. 이 일반적인 MU-RTS 프레임은 다른 다중-사용자 전송들, 예를 들어, 초기에 언급된 바와 같은 다중-사용자 OFDM 송신에 또한 사용될 수 있다.
M-CTS 프레임의 재정의와 유사하게, 추가적인 필드들은 안테나 선택 인덱스 피드백 프레임 또는 스티어링 프레임 내에서 캐리될 수 있다. AP(10)가 MIMO 제어 필드에서의 대응하는 세팅들을 통하여 피드백의 포맷을 결정할 수 있다는 점이 주의된다.
제 1 및 제 2 실시예들에서 제안된 바와 같은 MU-RTS 프레임은 어드레싱된 스테이션들로부터의 안테나 비트맵들 또는 송신 빔포밍 벡터들의 확인들을 필요로 한다. 이것은 어드레싱된 스테이션들이 채널 측정을 수행해야 한다는 것을 의미한다. 그러므로, 도 1의 AP(10)는 트레이닝 시퀀스들, 예를 들어, 프리앰블 내의 HT-LTF들을 송신할 수 있다. 송신될 HT-LTF들의 수는 AP(10)가 실제 MU MIMO 송신에서 송신하고자 하는 공간적 스트림들(또는 공간-시간 스트림들)의 수와 동일하거나 상기 수보다 더 많아야 한다.
사운딩 메커니즘에 대한 캐리어로서 MU-RTS/CTS 메시지 교환들을 사용하는 것이 제 4 실시예에서 부가적으로 제안된다. MU-RTS/CTS 메시지에 의해 캐리되는 이 사운딩 메커니즘은 스케줄러가 최종적인 M-CTS의 수신 이후의 타이밍(aSIFStime)에 MU MIMO 프레임이 스케줄링될 수 있도록 할만큼 충분히 빨리 M-CTS 프레임 내의 피드백된 채널 상태 정보(CSI)를 프로세싱할 수 있을 때 사용될 수 있다. 그렇지 않은 경우에, 2 단계 방법이 사용될 수 있다. 단계 1 및 단계 2 사이의 간격이 지정되지 않았다는 점이 주의된다. 그러므로, 제 2 단계에서, AP(10) 내의 CSI가 진부하지 않다는 것을 확인하기 위하여 TX 빔포밍의 확인이 요청될 수 있다.
제안된 빔포밍 벡터들 또는 안테나 비트맵들을 갖는 MU-RTS 프레임을 송신하는 대신에, AP(10)는 HT_SIGNAL 필드 내의 "Not Sounding" 비트를 "0"으로 세팅함으로써 채널 측정을 수행하도록 목록의 모든 어드레싱된 스테이션들에 표시할 수 있다. 이 비트 및 MU-RTs 프레임의 결합은 어드레싱된 스테이션이 채널 측정을 수행하고 CTS 프레임과의 집합에서 채널 상태 정보(CSI)를 피드백하도록 트리거할 수 있다. 각각의 스테이션에 의해 송신된 CSI 프레임의 포맷, 즉, 상기 Nb 및 Ng 비트들은 각각의 스테이션에 대해 동일할 수 있다. 이러한 파라미터들은 AP(10)에 의해 세팅되고, 제어 래퍼 프레임 포맷(control wrapper frame format)의 사용을 통해 MU-RTS 프레임 내에 포함된 높은 처리량 제어 필드(HTC)를 통해 전달될 수 있거나, 또는 어떤 고정된 값으로 지정될 수 있다. 포맷이 전달되는 경우에, 현재 예약된 필드들을 취할 수 있는 새로운 필드들이 HTC 필드 내에 도입되거나 기존의 필드가 재정의될 수 있다. 파라미터 Nc는 AP(10)가 사운딩하고 싶어하는 공간적 디멘전(spatial dimension)의 수에 의해 결정되며, HT-LTE들의 수로부터 명백해진다. 더욱이, 각각의 스테이션에 대한 Nr 값이 AP(10)에 의해 전달될 수 있어서, 각각의 스테이션은 집합 CTS 프레임의 지속기간을 예측할 수 있게 된다. 이러한 값들은 또한 HTC 필드 내에 정의된 여분의 필드들을 통해 전달될 수 있다.
다음의 제 5 실시예에서, IEEE 802.11 기반 WLAN들과 같은 MU 송신 시스템들의 업링크 방향에서 빔포밍으로 MU MIMO 송신들을 지원하는 MAC 프로토콜 강화가 제안된다. 따라서, 제 5 실시예는 제 1 실시예를 공통 수신기가 다수의 송신기들에 동시에 서비스를 제공할 수 있는 업링크 시나리오들로 확장시킨다. 제 5 실시예는 공통 수신기(예를 들어, 도 1의 AP(10))가 송신 (C4T) 프레임에 대한 요청을 후보 송신기들(예를 들어, 도 1의 스테이션들(21 내지 23))로 브로드캐스팅함으로써 송신을 개시하는 MAC 메커니즘을 기반으로 한다. 어드레싱된 후보 송신기들은 수신기에서의 채널 추정을 위한 트레이닝 시퀀스보다 앞서서 공통 수신기로 송신하고자 하는 자신들의 의도를 나타내기 위하여 M-RTS 프레임들을 송신함으로써 응답한다. 대안으로서, 트레이닝 시퀀스들은 각각의 프리앰블들 내에 제공될 수 있다. 수신기는 각각의 송신기로부터의 채널들을 추정하고, 후보 송신기들을 이들의 채널 실현들에 따라 평가한다. 상기 수신기는 또한 각각의 송신기에 대한 적절한 송신 빔포밍 벡터들을 찾아낼 수 있고, 어느 송신기들이 어느 송신 빔포밍 벡터들을 사용함으로써 채널에 액세스할 수 있는지를 표시할 수 있는 MU-CTS 프레임으로 M-RTS 프레임들에 응답할 수 있다. 그 후, MU MIMO 송신이 시작할 수 있다.
따라서, 제 5 실시예에 따른 제안된 새로운 메커니즘은 송신 빔포밍을 지원하는 MU MIMO 송신들을 위한 업링크 채널 액세스 메커니즘을 제공하고, 여기서 공통 수신기가 상이한 송신기들로부터의 동시적인 다중 패킷 수신을 지원한다. 따라서, 시스템의 스펙트럼 효율이 증가될 수 있다. 임베딩(embedding)된 송신 빔포밍 메커니즘은 다수의 송신기들 사이의 양호한 MU MIMO 송신 조정을 제공하여, 공간적 스트림들 사이의 간섭이 최소화되도록 한다. 게다가, 새로운 메커니즘은 채널 실현들이 MU MIMO 송신에 적합하지 않은 경우에 SU 및 MU MIMO 송신 모드들 사이를 스위칭할 가능성을 제공한다.
더 구체적으로는, 업링크 시나리오에 대한 제안된 MU MIMO MAC 메커니즘에서, C4T, M-RTS 및 MU-CTS 프레임들이 채널에 액세스하는데 사용될 수 있고, MU-ACK 프레임이 정확하게 수신된 패킷들을 확인하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 공간적 스트림들이 정확하게 수신되는 스테이션들의 서브셋만의 MU MIMO 송신이 다음 MIMO 프레임을 구성하도록 송신 빔포밍 벡터들을 변경함으로써 적응형 MU MIMO 송신이 제공될 수 있다. 예를 들어, 수신된 패킷들의 (주기적 리던던시 코드(Cyclic Redundancy Code: CRC)와 같은) 에러 수정 코드 검사로부터 얻어진 정보를 기반으로 하여 결정이 행해질 수 있다.
다음에서, 제안된 MU MIMO 업링크 MAC 절차가 도 11에 도시된 바와 같은 5개의 단계들을 기반으로 하여 더 상세히 설명된다.
제 1 단계에서, 공통 수신기(예를 들어, 도 1의 AP(10))가 업링크에서 MU MIMO 송신을 개시하기 위하여 송신 (C4T) 프레임에 대한 요청을 브로드캐스팅한다. C4T 프레임에서, 상기 프레임은 가변하는 수인, 모든 업링크 MU MIMO 가능 스테이션들의 어드레스들을 표시한다. 대안적으로, AP(10)는 업링크 MU MIMO 가능 스테이션들의 서브셋만을 폴링하도록 결정할 수 있다.
C4T 프레임은 또한 사운딩에 대한 요청 및 사운딩될 공간적 디멘전들의 수의 표시를 캐리할 수 있다. 대안적으로, 사운딩될 공간적 디멘전들의 수는 비콘 프레임(beacon frame)들, 관련 응답 프레임들 등 내에서 송신될 수 있는 AP(10)의 HT 케이퍼빌리티 필드로부터 획득될 수 있는 AP(10)의 채널 추정 케이퍼빌리티에 표준화될 수 있다. 지속기간 필드는 MU MIMO 송신의 시작까지 송신 지속기간을 커버하도록 세팅될 수 있다. 상술된 바와 같이, 이 지속기간은 스테이션들로부터의 응답들의 지속기간, MU-CTS 프레임 및 상기 프레임들 분리하는 SIFS/RIFS 간격들의 지속기간의 합산으로부터 획득될 수 있다. MU MIMO 송신에 대해 할당된 스테이션들의 수가 C4T 프레임이 구성될 때 인지되지 않기 때문에, MU-CTS 프레임의 지속기간이 인지되지 않는다. C4T의 지속기간 필드의 계산을 위하여, MU-CTS 프레임이 최대 수의 필드들을 포함한다고 가정되고, 사용된 MCS는 C4T 프레임 송신에 사용된 것과 동일하다. 동일한 프레임에서, 각각의 스테이션에 대한 CSI 보고의 포맷(예를 들어, 파라미터들 Nb, Ng, Nc, Nr)이 전달되어야 한다는 점이 주의된다. 이 정보를 전달하는 메커니즘은 다운링크 MU MIMO 송신에서 사용된 것과 동일할 수 있다. 지속기간은 또한 CSI 보고들을 고려해야 한다. C4T 프레임은 정기적으로 송신될 수 있다. 그 후, 재발의 빈도는 업링크 MU MIMO 가능 AP들의 수에 따를 수 있다. 상기 빈도는 비콘 프레임 내에서 다른 AP들로 전달될 수 있다.
도 12는 제 5 실시예에 따른 다수의 송신기 어드레스 필드들을 갖는 C4T 프레임 구조의 예를 도시한다.
각각의 스테이션이 호출, 예를 들어, C4T 프레임을 수신한 이후에, 상기 각각의 스테이션은 송신하고자 하는 자신의 의도를 표시하는 M-RTS 프레임을 의도된 수신기로 송신함으로써 상기 절차의 제 2 단계에서 응답한다. 여기서, "M-RTS 프레임"은 M-DCF RTS 프레임을 나타내고, RTS 프레임 필드들 및 CSI 필드와 같은 추가적인 필드들을 포함한다. M-RTS 프레임은 RTS 프레임 및 CSI 피드백 프레임의 집합으로 교체될 수 있다.
M-RTS 프레임들의 순서는 C4T 프레임에서의 목록 내의 송신기들의 순서에 의해 암시적으로 결정된다. 제 1 M-RTS 프레임은 SIFS 간격 이후에 송신되고, 다음의 M-RTS 프레임들은 각각의 RIFS 간격들 이후에 송신된다. M-RTS 프레임을 캐리하는 물리적 프로토콜 데이터 유닛(PPDU)은 사운딩 PPDU일 수 있다. 지속기간은 2개의 지속기간들의 합산일 수 있는데, 여기서, 제 1 지속기간은 M-RTS 송신의 완료 이후의 SIFS 간격에서 시작하여 MU MIMO 송신의 시작까지이고, 제 2 지속기간은 M-RTS 프레임에 사용된 MCS가 펜딩 데이터(pending data)를 송신하는데 사용되는 경우에 데이터 프레임 송신의 지속기간이다. 이 지속기간 필드로부터, AP(10)는 스테이션에 의해 송신될 데이터량에 관해 습득할 수 있으므로, MU-CTS 프레임 내의 지속기간 필드를 적절하게 세팅할 수 있다.
도 13은 제 5 실시예에서 사용된 바와 같은 M-RTS 프레임 구조를 도시한다.
AP(10)가 후보 송신 스테이션들로부터 M-RTS 프레임을 수신하고 상기 스테이션들의 채널 실현들을 추정한 이후에, 상기 AP는 상기 절차의 제 3 단계에서, 가능한 MU MIMO 송신에 대한 스테이션들의 채널 실현들을 평가하고, 각각의 스테이션 또는 공간적 스트림에 대한 적절한 송신 빔포밍 벡터를 찾아낸다. 다음으로, 이것은 어느 송신기들이 어느 송신 빔포밍 벡터들을 사용함으로써 채널에 액세스할 수 있는지를 표시하는 MU-CTS 프레임을 브로드캐스팅함으로써 채널 예약으로 진행한다.
도 14는 제 5 실시예에 따른 Tx 빔포밍 벡터들을 갖는 제안되는 강화된 MU-CTS 프레임 구조의 예를 도시한다.
대안적으로, Tx 빔포밍 벡터들을 캐리하지 않는 더 일반적인 MU-CTS 프레임이 사용될 수 있다. 그 후, 집합된 스티어링 프레임(압축되거나 압축되지 않음)이 Tx 빔포밍 벡터들을 캐리하는데 사용될 수 있다. 할당된 스테이션들에 의한 송신에서 사용될 MCS가 또한 이러한 프레임들, 예를 들어, HTC 필드들 내에서 전달될 수 있다. 지속기간 필드는 M-ACK 프레임을 송신하는데 필요한 시간 및 SIFS 간격 플러스 가장 긴 공간적 스트림의 지속기간으로 세팅될 수 있다.
상기 절차의 제 4 단계에서, 스테이션들은 MU-CTS 프레임 내에 표시된 Tx 빔포밍 벡터들을 사용함으로써 채널에 액세스할 수 있다.
최종적으로, 제 5 단계에서, MU MIMO 업링크 송신이 완료된 이후에, AP(10)는 할당된 스테이션들에 의해 동시적으로 송신된 패킷들의 성공적인 수신들을 확인하는 MU-ACK 프레임을 송신할 수 있다.
도 15는 제 5 실시예에 따른 대응하는 MU-ACK 프레임 구조를 도시한다. 이 확인은 길이가 MU-CTS 프레임 내의 Rx 어드레스들의 수와 동일한 확인된 패킷 비트맵(APB) 필드 내에서 전달될 수 있다. 패킷의 성공적인 수신은 예를 들어, 송신 스테이션에 대응하는 비트를 "1"로 세팅함으로써 확인될 수 있다.
제 5 실시예의 제안된 메커니즘들로, 수신기는 적절한 송신 빔포밍 벡터들을 찾아내고 이 정보를 송신기들에 공급함으로써 업링크에서 MU MIMO 송신을 개시 및 조정할 수 있으므로, MU MIMO 업링크 송신에 대한 효율적인 채널 액세스 메커니즘 및 간섭 회피 기술을 제공한다.
제 6 실시예에서, MU-DCF에서 오버헤드를 감소시키는 메커니즘이 제안된다. MU-DCF에서의 오버헤드의 대부분은 각각의 프레임 이전의 프리앰블 및 자신들의 SIFS 간격들을 갖는 다수의 M-CTS 및 M-ACK 프레임 응답들에 기인하여 발생된다. 시분할 다중 액세스(TDMA) 이외의 다수의 액세스 방식을 적용하는 것이 MU-DCF 네트워크의 성능을 상당히 개선시킨다.
MIMO 시스템에서, 프레임들을 공간적으로 멀티플렉싱하는 것이 가능하지만, 송신기에서의 채널 정보가 가정될 수 없다. IEEE 802.11a와 같은 OFDM 시스템들에서, OFDMA 송신들의 사용은 하드웨어 복잡성을 최소로 한다. 그러나, MC-CDMA 또는 CDMA와 같은 다른 방식들이 유사한 효과를 가질 수 있다.
OFDMA의 경우에, 예를 들어, 서브-캐리어들의 1/4을 사용함으로써, M-CTS 및 M-ACK 프레임과 같은 짧은 패킷들은 프레임의 주요 부분이 프리앰블이기 때문에 4배의 길이가 아니다. 물리적 계층에 따라, M-CTS 및 M-ACK 프레임들은 여러 심볼들의 길이이다. 1024 바이트의 패킷 크기, 54Mb/s의 데이터 패킷에 대한 물리적 계층 모드, 36Mb/s의 물리적 계층 모드(및 IEEE 802.11a 표준에서와 같이 다른 관련 파라미터들)를 가정하면, 송신 윈도우는 SU 모드에서 338μs, MU 모드(TDMA)에서 578μs, 및 MU 모드(OFDMA)에서 362μs의 지속기간을 갖는다.
따라서, MU-DCF의 MU 동작 모드에서 M-CTS 및 M-ACK 프레임들을 송신하는데 필요한 시간을 감소시키는 것이 제 6 실시예에서 제안된다. 이것은 MU MIMO 송신들의 상술된 이점들을 보존하면서, MU에서의 오버헤드를 거의 SU 시스템의 오버헤드로 감소시킨다.
TDAM 모드에서 M-CTS 및 M-ACK 프레임들을 송신하는 대신에, 모든 서브-캐리어들이 서브셋들로 분할되고, 각각의 서브셋이 M-CTS 및 M-ACK 프레임을 송신해야 하는 하나의 스테이션으로 할당된다.
스테이션들로의 서브캐리어 서브셋들의 맵핑에 관한 정보는 MU-RTS 프레임 내에서 전달된 어드레스 목록에서의 수신기들의 순서로부터 결정될 수 있다. 그러므로, M-CTS 및 M-ACK 프레임들은 동시에 송신되어, IEEE 802.11 네트워크들에서 각각의 프레임보다 앞서고 MU-MIMO 시스템들에서 오버헤드의 캐리어들인 프리앰블들 및 SIFS 간격들이 평행화된다. 물리적 계층 특성들에 따라, M-CTS 및 M-ACK 프레임들은 단지 여러 심볼들의 길이일 수 있다.
요약하면, 송신에 대한 요청, 예를 들어, MU-RTS 프레임, MU-CFR 프레임, 또는 C4T 프레임이 복수의 다른 송신 단들로 브로드캐스팅되고, 상기 요청이 상기 요청에 응답하도록 요청받은 수신 단들의 적어도 2개의 아이덴티피케이션들의 목록을 포함하는 MAC 프레임을 제공받는, 복수의 다른 송신 단들로의 다중-사용자 전송을 수행하는 송신 장치, 수신 장치, 시스템 및 방법이 상술되었다. 이 근원적인 일반적 개념의 다양한 유용한 부가적인 강화들 및 개선들이 상기 실시예들에서 제공되었다.
본 발명이 상기 실시예들에 제한되지 않고, 단지 MU MIMO가 아니라, 임의의 다중-사용자 전송 방식에 대해 사용될 수 있다는 점이 주의된다. 더 구체적으로는, 본 발명은 모든 유형들의 MIMO 기반 WLAN들, 특히 M-DCF 시스템들에 적용 가능하다. 프로토콜은 단일-사용자(SU) 및 MU 모드 둘 모두에서 동작한다. 다수의 접속들이 존재하는 AP 다운링크 및 고도로 상호접속된 시스템들에서 M-DCF에 비한 성능 개선들이 예상된다. 더구나, 본 발명은 랜덤 액세스 MAC 메커니즘을 갖는 모든 다중-사용자 무선 시스템들에 적용 가능하다. 트래픽이 비대칭이고 트래픽의 대부분이 다운링크 시나리오에서의 AP와 같은 단일 송신기 또는 다수의 스테이션들로 데이터를 분배하는 서버로부터 발생되고/되거나, 트래픽의 대부분이 업링크 시나리오에서의 AP와 같은 단일 수신기 또는 외부 네트워크로의 액세스를 제공하는 게이트웨이(gateway)로 향하는 무선 네트워크들의 스펙트럼 효율을 증가시키는 것이 예상된다.
최종적으로, 그러나, 중요하게도, 청구항들을 포함한 명세서에서 사용될 때 용어 "포함하는" 또는 "포함한다"가 진술된 특징들, 수단들, 단계들 및 구성요소들의 존재를 지정하기 위한 것이지만, 하나 이상의 다른 특징들, 수단들, 단계들, 구성요소들 또는 이의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 청구항에서의 요소 앞의 단어 "a" 또는 "an"은 복수의 이와 같은 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 더구나, 임의의 참조 부호는 청구항들의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (27)

  1. 복수의 다른 송신 단들(21 내지 24)로의 다중-사용자 전송을 수행하는 송신 장치(10)에 있어서:
    a) 상기 복수의 다른 송신 단들(21 내지 24)로 송신에 대한 요청을 브로드캐스팅하고;
    b) 상기 요청에 응답하도록 요청받은 다른 송신 단들 중 적어도 2개의 아이덴티피케이션들의 목록을 포함하는 매체 액세스 제어(MAC) 프레임을 상기 요청에 제공하도록 구성되고,
    상기 장치(10)는 채널 상태 정보를 피드백하도록 하는 요청으로서 상기 송신에 대한 요청을 이용하고, 상기 다른 송신 단들로부터 수신된 채널 상태 피드백 정보에 기초하여 상기 다른 송신 단들(21 내지 24)의 채널 실현들을 평가하고, 상기 다른 송신 단들에 대한 빔포밍 벡터들을 도출하도록 구성되는, 송신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신에 대한 요청에 응답하였던 상기 다른 송신 단들 중 적어도 하나로 향하는 패킷들로부터만 송신 프레임을 생성하도록 구성되는, 송신 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아이덴티피케이션은 MAC 어드레스를 포함하는, 송신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다른 송신 단들은 송신하고자 하는 자신들의 의도를 나타내기 위하여 송신 요청을 리턴시키도록 어드레싱되는 후보 송신기들인, 송신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 송신 장치는 상기 후보 송신기들의 채널 실현들에 따라 상기 후보 송신기들에 대한 채널 추정을 수행하고, 어느 송신기가 어느 빔포밍 벡터에 의해 채널에 액세스할 수 있는지를 표시하는 송신 확인으로 상기 송신 요청에 응답하도록 적응되는, 송신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신에 대한 요청은 상기 요청된 채널 상태 피드백 정보에 이용될 포맷을 지정하는 정보를 포함하는, 송신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 장치는 상기 송신들이 수신되었다는 것을 상기 다른 송신 단들에 표시하는 MAC 프레임을 송신함으로써 송신들의 수신을 확인하도록 적응되는, 송신 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 장치는 상기 MAC 프레임 내에 제공된 비트맵에서 각각의 비트를 세팅함으로써 상기 송신들이 수신되었던 상기 다른 송신 단들을 표시하도록 적응되는, 송신 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신 장치(10)는 다른 송신 단들의 목록 및 상기 다른 송신 단들에 대한 상기 빔포밍 벡터들을 포함하는 송신 요청 프레임들을 브로드캐스팅하도록 적응되는, 송신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 장치(10)는 전체의 예상된 송신의 예측된 지속기간을 표시하는 지속기간 정보를 상기 송신에 대한 요청에 추가하도록 적응되는, 송신 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신 장치는 다수의 입력 체인 및 다수의 출력 체인 중 적어도 하나를 갖는 다중-사용자 송수신기를 포함하는, 송신 장치.
  12. 다중-사용자 전송 신호를 수신하는 수신 장치(21 내지 24)에 있어서:
    a) 송신에 대한 요청을 수신하고;
    b) 상기 송신에 대한 요청에 의해 제공된 매체 액세스 제어(MAC) 프레임 내의 적어도 2개의 수신기 아이덴티피케이션들의 목록을 검출하고;
    c) 상기 목록이 상기 수신 장치(21 내지 24)의 아이덴티피케이션을 포함하는 경우에 상기 송신에 대한 요청에 응답하도록 적응되고,
    상기 수신 장치(21 내지 24)는 상기 수신 장치의 채널 실현들을 평가하고 상기 수신 장치에 대한 빔포밍 벡터들을 도출하는데 이용될 수 있는 채널 상태 정보를 포함하는 채널 피드백 프레임으로 상기 송신에 대한 요청에 응답하도록 적응되는, 수신 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신 장치(21 내지 24)는 집합 MAC 패킷 데이터 유닛 및 사운딩 피드백 메커니즘을 결합함으로써 응답하도록 적응되는, 수신 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 수신 장치(21 내지 24)는 상기 목록 내의 상기 아이덴티피케이션의 순서를 기반으로 하여 자신의 응답에 대한 타이밍을 도출하도록 적응되는, 수신 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 장치는 다음의 동작들:
    자신의 송신 큐 내의 데이터량을 표시하는 지속기간 정보를 응답 내에 포함하고,
    상기 목록이 상기 장치의 임의의 아이덴티피케이션을 포함하지 않는 경우에, 상기 송신에 대한 요청 내에 제공된 지속기간 필드의 콘텐트에 따라 자신의 네트워크 할당 벡터를 세팅하고,
    상기 송신에 대한 요청 내에 제공된 지속기간 필드를 사용함으로써 자신의 응답에 대한 대기 시간을 계산하고,
    상기 응답을 위하여 다중-사용자 전송 신호의 서브-캐리어들의 할당된 서브셋을 사용하고, 상기 목록 내의 상기 아이덴티피케이션의 순서로부터 상기 할당된 서브셋을 도출하고, 상기 요청의 수신 후 소정의 시간 기간에 응답하는 것 중 하나를 수행하도록 적응되는, 수신 장치.
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