KR102383608B1 - 멀티 주파수 지향성 액세스 포인트 통신 - Google Patents

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Abstract

서비스 요구사항의 다양한 품질에 따라 대역에 걸쳐 기지국 액세스 포인트 및 사용자 장치 간의 통신을 분리하는 기술이 개시된다. 클라이언트 장치로의 유니버설 브로드캐스트, 저처리량 통신(예컨대, 업링크 통신) 및 초기 사용자 장치 검출이 무지향성 TVWS(Television White Space) 브로드캐스트를 사용하여 달성될 수 있다. 대역폭 집중적 통신(예컨대, 다운링크 통신)이 지향성, 빔 스티어링된 WIFI 채널로 처리될 수 있다. 기지국은 위치 정보와 같은 사용자 장치 정보에 기반하여 스티어링을 조정할 수 있다. 기술은 빔 포밍, 기지국에서의 패킷 핸들링 및 지향성 통신과 연관된 장치의 향상을 포함한다.

Description

멀티 주파수 지향성 액세스 포인트 통신{MULTI-FREQUENCY DIRECTIONAL ACCESS POINT COMMUNICATION}
본 출원은 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는 2014년 12월 4일자로 출원된 미국임시특허출원 제62/087,423호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 출원은 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는 2015년 11월 23일자로 출원된 미국특허출원 제14/948,849호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
개시되는 실시예는 다양한 무선 주파수 채널을 통해 액세스 포인트(AP) 및 하나 이상의 사용자 장치 사이에서 통신하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
사용자는 그들의 장치에 대한 유비쿼터스 무선 커버리지를 점점 더 요구하고 대역폭 또는 최대 범위에 대한 제한에 저항한다. TVWS(Television White Space) 주파수는 곧 이 수요를 더 수용하기 위해 가용 주파수를 보충할 수 있다. TVWS의 특정 측면을 정의하는 802.11af 표준이 일부 단체에서 "슈퍼 WIFI"라고 지칭될 수 있지만, 본 명세서의 목적을 위하여, "TVWS"는 일반적으로 약 700MHz 미만의 주파수 범위를 지칭하는 한편 "WIFI"는 일반적으로 2.4GHz의 +/- 0.8GHz 범위 내 및 5GHz의 +/- 0.8GHz 범위 내의 주파수를 지칭한다. TVWS 범위(예컨대, 상위 500-700MHz 대역)가 일반적으로 예컨대 WIFI 신호(약 2.4GHz 및 5GHz를 사용하는 통신)보다 낮은 주파수이므로, TVWS 신호는 더 높은 주파수 채널보다 더 먼 거리를 이동하고 너 두꺼운 매질을 통과 가능할 수 있다. 불행히도, 낮은 주파수의 TVWS 채널은 더 높은 대역폭 응용에 덜 부합할 수 있다.
장치 제조사는 예컨대 디지털 통신을 위하여 일반적으로 다양한 회사에 의해 제공되는 "칩셋"을 채용한다. 예를 들어, 칩셋은 IEEE 802.11 WIFI, 셀룰러 통신 등을 위해 존재한다. 일부 칩셋이 곧 TVWS와 WIFI 통신 채널을 번갈아 사용하는 기능을 제공할 수 있지만, 어떻게 채널이 사용되어야 하는지와 어떻게 트래픽이 그들 간에 할당되어야 하는지 불분명하다. TVWS 및 WIFI 기능의 차선책 적용은 새로운 칩셋의 대체 또는 기존 칩셋의 수정에도 불구하고 이전 접근법에 비해 거의 개선되지 않는 결과를 낳을 수 있다. 따라서, 상대적인 이점 및 한계를 인지하는 한편 이들 새로운 채널로 사용자 접속을 보충하는 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명에 따른 실시예들은 특히 방법, 저장 매체, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 첨부된 청구항에 개시되고, 한 청구항 카테고리, 예컨대 방법에 언급된 임의의 특징은 다른 청구항 카테고리, 예컨대 시스템에도 청구될 수 있다. 첨부된 청구항의 인용 또는 참조는 형식상의 이유를 위해 선택되었을 뿐이다. 하지만 임의의 선행 청구항으로의 의도적인 참조(특히 다중 인용)에서 야기되는 임의의 주제 또한 청구될 수 있어, 청구항 및 그 특징의 임의의 조합이 첨부된 청구항에서 선택된 인용에 관계 없이 개시되고 청구될 수 있다. 청구될 수 있는 주제는 첨부된 청구항에 나타난 바와 같은 특징의 조합뿐만 아니라 청구항의 특징의 다른 임의의 조합을 포함하는데, 청구항에 언급된 각 특징은 청구항의 임의의 다른 특징 또는 다른 특징의 조합과 조합될 수 있다. 나아가, 임의의 실시예와 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징은 별개의 청구항 및/또는 임의의 실시예나 본 명세서에 서술되거나 도시된 특징과의 또는 첨부된 청구항의 임의의 특징과의 조합에 청구될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 액세스 포인트는:
TVWS(Television White Space) 주파수를 사용한 전송을 위해 구성된 제1 안테나;
WIFI 주파수 상의 지향성 전송을 위해 구성된 안테나 어레이; 및
하나 이상의 프로세서로서,
TVWS 주파수를 사용하여 사용자 장치로부터 제1 메시지를 수신하고;
사용자 장치와 연관된 위치 정보를 결정하고;
위치 정보에 기반하여 빔 스티어링 구성을 결정하고; 및
빔 스티어링 구성과 안테나 어레이를 사용하여 사용자 장치에게 WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.
위치 정보는 지향성일 수 있고 위치 정보를 결정하는 것은 두 안테나에서 제1 메시지를 잇달아 수신하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 하나 이상의 프로세서는 WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하기 전에 히스테리시스 윈도우를 초과하는 기간 동안 기다리도록 더 구성될 수 있고, 히스테리시스 윈도우는 하나 이상의 칩 및 하나 이상의 안테나에서 TVWS로부터 WIFI 기능으로의 전이에 대응할 수 있다.
위치 정보는 TVWS 데이터베이스에서 검색된 위치일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 액세스 포인트는 무지향성 무선 통신을 제공하도록 구성된 제2 안테나를 더 포함할 수 있고, 제2 안테나의 범위는 제1 안테나의 범위의 약 20% 이상일 수 있다.
안테나 어레이의 범위는 적어도 제1 안테나의 범위의 90%일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 방법은:
사용자 장치로부터 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 수신하는 단계; 및
사용자 장치에게 빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 다운링크 통신을 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 사용자 통신 장치는:
적어도 하나의 프로세서;
적어도 하나의 프로세서로 하여금:
TVWS 주파수를 사용하여 액세스 포인트로 위치 정보를 제공하는 단계; 및
위치 정보에 기반하여 WIFI 주파수를 사용한 빔 스티어링된 통신을 수신하는 단계를 포함하는 방법을 수행하도록 야기하도록 구성된 명령어를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 사용자 통신 장치는 WIFI 주파수를 사용한 빔 스티어링된 통신을 제공하도록 구성된 어레이 및 TVWS 주파수를 사용한 통신을 제공하도록 구성된 무지향성 안테나를 더 포함할 수 있다.
위치 정보는 지리적 위치 데이터베이스로부터 검색된 위치일 수 있다.
위치 정보는 사용자 통신 장치와 연관된 고유 식별자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 방법은:
액세스 포인트에게 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 송신하는 단계; 및
액세스 포인트로부터 빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 다운링크 통신을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다운링크 통신은 CSMA/CA 시그널링 및 채널 제어 데이터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 컴퓨터 구현 방법은:
TVWS 주파수를 사용하여 사용자 장치로부터 제1 메시지를 수신하는 단계;
사용자 장치와 연관된 위치 정보를 결정하는 단계;
위치 정보에 기반하여 빔 스티어링 구성을 결정하는 단계; 및
빔 스티어링 구성을 사용하여 사용자 장치에게 WIFI 주파수를 사용하여 제2 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
위치 정보는 지향성일 수 있고 위치 정보를 결정하는 단계는 두 안테나에서 제1 메시지를 잇달아 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하기 전에 히스테리시스 윈도우를 초과하는 기간 동안 기다리는 단계를 더 포함할 수 있고, 히스테리시스 윈도우는 하나 이상의 칩 및 하나 이상의 안테나에서 TVWS로부터 WIFI 기능으로의 전이에 대응할 수 있다.
위치 정보는 TVWS 데이터베이스에서 검색된 위치일 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 컴퓨터 구현 방법은, 사용자 장치로부터 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 수신하는 단계; 및
사용자 장치에게 빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 다운링크 통신을 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 컴퓨터 구현 방법은:
빔 스티어링 구성을 사용하여 CSMA/CA 시그널링과 채널 제어 데이터를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 하나 이상의 컴퓨터 판독가능한 비일시적 저장 매체는 본 발명 또는 임의의 상술한 실시예에 따른 방법을 수행하도록 실행될 때 동작가능한 소프트웨어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 시스템은: 하나 이상의 프로세서; 및 프로세서에 연결되고 프로세서에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있고, 프로세서는 본 발명 또는 임의의 상술한 실시예에 따른 방법을 수행하도록 실행될 때 동작가능하다.
본 발명에 따른 일실시예에서, 바람직하게는 컴퓨터 판독가능한 비일시적 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품은, 본 발명 또는 임의의 상술한 실시예에 따른 방법을 수행하도록 데이터 프로세싱 시스템 상에서 실행될 때 동작가능할 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 명세서에 소개된 실시예는 첨부도면과 함께 하기의 상세한 설명을 참조로 더 잘 이해될 수 있고, 유사한 참조번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 구성요소를 나타낸다:
도 1은 일부 실시예에서 발생할 수 있는 듀얼 WIFI/TVWS 액세스 포인트와 다양한 듀얼 WIFI/TVWS 장치를 위한 토폴로지를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 토폴로지에서의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 사용자 장치 및 액세스 포인트는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 TVWS 교환에 관여한다.
도 3은 도 1의 토폴로지를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트는 지향성 WIFI 커버리지를 사용자 장치에 제공한다.
도 4는 도 1의 토폴로지로부터의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트는 빔 스티어링을 채용하여 지향성 WIFI 커버리지를 복수의 사용자 장치에 제공한다.
도 5는 도 1의 토폴로지로부터의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트는 빔 스티어링과 빔 포밍을 채용하여 지향성 WIFI 커버리지를 복수의 사용자 장치에 제공한다.
도 6a는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 하나 이상의 무지향성 무선 안테나로 2.4GHz/5GHz(WIFI) 대 500MHz(TVWS) 채널의 상대적 커버리지를 도시하는 블록도이고; 도 6b는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 지향성 2.4GHz 신호 대 무지향성 500MHz 신호의 상대적 커버리지를 도시하는 블록도이다.
도 7은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 WIFI 및 TVWS 매체 각각에 업링크 및 다운링크 기능을 제공하는 네트워크 토폴로지의 예시를 도시하는 하이 레벨 블록도이다.
도 8은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트에서 착신 사용자 장치를 관리하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트에서 사용자 장치를 지향성 및 무지향성으로 관리하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 10은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 802.11ac에서 802.11af 기능으로 전환하는 다운 컨버전을 도시하는 주파수도이다.
도 11은 일부 실시예에 관련될 수 있는 것으로 20-40MHz 채널, SISO를 가지는 802.11ac에 대한 이론적 데이터 속도를 도시하는 표이다.
도 12는 일부 실시예에 관련될 수 있는 것으로 6, 7, 8MHz 채널, SISO를 가지는 802.11af에 대한 이론적 데이터 속도를 도시하는 표이다.
도 13은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 다양한 SINR 및 모드에 대한 속도 관계를 도시하는 표이다.
도 14는 일부 실시예에서 구현될 수 있는 것으로 속도 스케일링을 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 15는 일부 실시예의 특징을 구현하기 위해 사용될 수 있는 것으로 컴퓨터 시스템을 도시하는 블록도이다.
본 명세서에 제시되는 흐름도 및 시퀀스도는 인간 독자가 더 이해하기 쉽게 만들도록 디자인된 구성을 도시하지만, 통상의 기술자는 이 정보를 저장하는데 사용되는 실제 데이터 구조는 도시된 것과 상이할 수 있는데, 예컨대 상이한 방식으로 구성될 수 있고, 도시된 것보다 많거나 적은 정보를 포함할 수 있고, 압축 및/또는 암호화될 수 있는 등을 이해할 것이다.
본 명세서에 제공되는 표제(heading)는 오로지 편의를 위한 것이며 실시예의 범위나 의미에 필수적으로 영향을 주지는 않는다. 또한, 도면은 필수적으로 축적에 맞춰 도시되지 않았다. 예를 들어, 실시예의 보다 좋은 이해를 돕기 위해 도면에서 요소의 일부의 치수는 확장되거나 감소될 수 있다. 유사하게, 일부 구성요소 및/또는 동작은 일부 실시예의 논의의 목적으로 상이한 블록으로 분리되거나 단일 블록으로 결합될 수 있다. 나아가, 다양한 실시예는 다양한 변형 및 대안적인 형태로 보정가능하지만, 특정 실시예는 아래의 도면 및 상세한 설명에서 예시의 방식으로 도시될 수 있다. 하지만, 그 의도는 설명된 특정한 실시예를 제한하는 것이 아니다.
TVWS(TV White Space) 주파수는 ISM(Industrial Scientific and Medical) 주파수, 예컨대 WIFI 통신에서 사용되는 것보다 물리적 대상을 더 쉽게 통과하고 더 긴 거리의 통신을 가능하게 한다. 하지만, TVWS 주파수는 일반적으로 ISM 주파수보다 더 적은 대역폭을 수용한다. 개시된 다양한 실시예는 기지국 액세스 포인트와 사용자 장치 간의 통신을 분리하여 각 주파수 대역의 이점을 이용한다. 특히, 클라이언트 장치로의 범용 방송, 저 처리량 통신(예컨대, 사용자 장치로부터 액세스 포인트로의 업 링크 통신) 및 초기 사용자 검출은 무지향성 TVWS 방송을 사용하여 달성될 수 있다. 반면, 대역폭 집중적 통신(예컨대, 액세스 포인트로부터 사용자 장치로의 다운링크 통신)은 지향성 빔 스티어링된 WIFI 채널(예컨대, 서로 간섭하여 지향성 이득을 생성하는 WIFI 통신 안테나)로 처리될 수 있다. 기지국은 위치 정보와 같은 사용자 장치 정보에 기초하여 스티어링을 조정할 수 있다. 빔 포밍, 기지국에서의 패킷 처리 및 지향성 통신과의 장치 연관의 대한 개선도 고려된다.
개시된 실시예의 다양한 예시가 이제 더 상세히 서술될 것이다. 이하의 설명은 이러한 예시의 설명을 가능하게 하고 철저한 이해를 위하여 구체적인 세부사항을 제공한다. 하지만, 당업자는 본 명세서에서 논의되는 실시예가 다수의 이러한 세부사항 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 유사하게, 당업자는 또한, 실시예가 본 명세서에서 상세히 기술되지 않은 다수의 다른 명백한 특징들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 추가로, 일부 잘 알려진 구조나 기능은 관련 설명을 불필요하게 모호하게 만드는 것을 회피하기 위해 이하에서 상세히 도시되거나 기술되지 않을 수 있다.
하기에 사용되는 용어는 가장 광범위하게 합리적인 방식으로 해석될 것이지만, 그것은 실시예의 특정 구체적인 예시의 상세한 설명과 함께 사용된다. 실제로, 특정 용어들은 심지어 이하에서 강조될 수 있지만, 임의의 제한된 방식으로 해석되도록 의도된 임의의 용어는 본 섹션에서 명백하고 구체적으로 정의될 것이다.
개요 - 토폴로지의 예시
대부분의 TVWS 스펙트럼은 현재 사용되지 않을 수 있다. 예를 들어, 미국에서 700MHz 미만의 TV 스펙트럼 부분은 여전히 사용가능하고 공식적으로 임의의 특정 애플리케이션과 연관되지 않는다. 일부 경우에, 이 부분의 채널은 6MHz 폭일 수 있다.
802.11af 및 802.22 표준은 이 가용 스펙트럼에서 데이터 전송을 제한한다. 이 표준에서 제안된 일부 구현에서, 장치는 점유되지 않은 채널을 감지하고 사용을 위해 할당한다. 데이터베이스(예컨대, 지오 데이터베이스)는 사용자 장치 위치 및 채널 가용성을 통합하고 추적하는데 사용될 수 있다.
장치 기반 칩셋은 가까운 미래에 TVWS 범위에서 동작을 제공할 수 있다. 이들 시스템은 기존 WIFI 칩셋에 TVWS 기능을 추가할 수 있다(예컨대, 802.11af 양상을 구현할 수 있다). 예를 들어, 이들 칩셋은 WIFI 커버리지가 떨어질 때 TVWS를 대비책으로 사용할 수 있다. TVWS가 더 큰 범위(예컨대, 벽을 침투할 수 있는 더 낮은 주파수)를 달성함에 따라 TVWS는 이 대비책을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 일부 실시예에서 발생할 수 있는 듀얼 WIFI/TVWS 액세스 포인트와 다양한 듀얼 WIFI/TVWS 장치 간의 토폴로지를 도시하는 블록도이다(통상의 기술자는 본 명세서에서 지칭되는 "액세스 포인트"가 기지국, eNodeB 등일 수 있음을 인식할 것이다). 모바일 사용자 장치(120a, b) 및 고정 장치(115a, b)는 예컨대 네트워크(125)(인터넷과 같은)를 통해 제3자 서버(130a-c)와 통신하기 위하여 액세스 포인트(105)에 접속하려고 시도할 수 있다. 하지만, 장치(120a 및 115a)는 액세스 포인트(105) WIFI 범위(140b) 내에 있는 반면 장치(115b 및 120b)는 WIFI 범위(140b) 너머에 있다(예컨대, 장치(120b)는 액세스 포인트(105)로부터 신호를 획득하기에 너무 작은 WIFI 범위(140a)를 가질 수 있다). 그러나, 장치(115b 및 120b)는 여전히 액세스 포인트(105)의 TVWS 범위(135b) 내에 있다(마찬가지로, 액세스 포인트(105)는 장치(120b)의 TVWS 범위(135a) 내에 있을 수 있다). 따라서, 다양한 실시예는 TVWS를 사용하여 초기 통신(예컨대, 액세스 포인트의 사용자 장치의 존재의 발견)을 수행할 수 있다. 액세스 포인트의 무지향성 WIFI 범위가 사용자 장치(120b 및 115b)까지 연장되지 않을 수 있는 반면 액세스 포인트(105)는 WIFI 대역에서 집속된 빔 스티어링 및/또는 빔 포밍을 가능하게 하는 안테나 어레이(110)를 포함할 수 있다(일부 실시예는 TVWS 대역을 위한 다중 안테나도 채용할 수 있다).
도 2는 도 1의 토폴로지에서의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 사용자 장치 및 액세스 포인트는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 TVWS 교환에 관여한다. 도 2에서 사용자 장치(120b) 및 액세스 포인트(105)는 TVWS 교환에 관여한다. 일부 실시예에서, 예컨대 사용자 장치(120b)가 무지향성 TVWS 패킷을 방출하더라도(또는 반대로 액세스 포인트(105)가 TVWS 패킷을 방출하는 동안) 액세스 포인트는 TVWS 채널 상의 사용자 장치의 존재를 감지할 수 있다. 사용자 장치(120b)는 사용자 장치의 위치에 관한 정보를 TVWS 패킷을 통해 액세스 포인트로 전달할 수 있다. 대안적으로, 액세스 포인트는 TVWS 패킷에 기반한 사용자 장치의 대략적인 위치로 지오 데이터베이스에 접근할 수 있을 수 있다(예컨대, 서버 장치(130b)). 도 3은 도 1의 토폴로지를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트는 지향성 WIFI 커버리지를 사용자 장치에 제공한다. 예를 들어, 사용자 장치(120b)의 감지 후 액세스 포인트(105)는 안테나 어레이(110)를 사용하여 WIFI 채널에서 지향성 빔(305)을 사용자 장치(120b)로 스티어링할 수 있다. 트래픽 집중적 통신(예컨대, 많은 양의 데이터를 교환하는 애플리케이션)은 이 지향성 빔에서 발생할 수 있는 반면 낮은 우선순위의 통신이 무지향성 TVWS 채널에서 발생할 수 있다.
도 4는 도 1의 토폴로지로부터의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트는 빔 스티어링을 채용하여 지향성 WIFI 커버리지를 복수의 사용자 장치에 제공한다. 예를 들어, 액세스 포인트(105)는 사용자 장치(120b)에서 사용자 장치(120c)로 빔을 스티어링했다. 지향성 커버리지는 능동적으로 각 사용자 장치에 연속적으로 제공될 수 있다(예컨대, 액세스 포인트는 알려진 사용자 장치들을 통해 반복하고 전체 범위(410)에서 수용성을 제공할 수 있다.
도 5는 도 1의 토폴로지로부터의 다양한 컴포넌트를 도시하는 블록도인데, 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트(105)는 빔 스티어링과 빔 포밍을 채용하여 지향성 WIFI 커버리지를 복수의 사용자 장치에 제공한다. 특히, 일부 실시예는 빔 포밍과 빔 스티어링을 모두 채용하여 다양한 사용자 장치에서 수신을 최적화할 수 있다. 더 좁고, 더 도달하는 빔(510)은 사용자 장치(120c)와 통신하는데 적용될 수 있지만, 더 넓고 더 근접한 빔(505)이 장치(120b)와 통신하는데 사용될 수 있다. 빔 포밍은 이웃 사용자 장치 간의 간섭을 피하기 위해 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, WIFI 빔포밍된 범위는 TVWS 범위에 상응할 수 있는 반면, 다른 실시예에서 WIFI 빔포밍된 범위는 TVWS 범위에 선행하거나 TVWS 범위를 넘은 범위일 수 있다. 본 명세서에 동시로 도시됐지만, 통상의 기술자는 빔(505 및 510)이 상이한 시간에 일어날 수 있음을 인식할 것이다(예컨대, 그들은 어레이(110)에 의해 연속으로 형성될 수 있다).
상대적 커버리지
도 6a는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 하나 이상의 무지향성 무선 안테나로 2.4GHz/5GHz(WIFI) 대 500MHz(TVWS) 채널의 상대적 커버리지를 도시하는 블록도이다. 원(605)은 500MHz에서 동작하는 4dBi 무지향성 안테나를 통할 수 있는 액세스 포인트에 대한 TVWS 범위의 예시를 반영한다. 원(610)은 5.4GHz에서 동작하는 4dBi 무지향성 안테나의 범위의 예시를 반영한다. 원(620a)은 2.4GHz에서 동작하는 18dBi 무지향성 안테나의 범위의 예시를 반영한다. 표시된 바와 같이, 원(620a)에 대응하는 범위는 원(610)에 대응하는 범위의 2.1배이다. 유사하게, 원(605)은 원(610)에 대응하는 범위의 약 10배의 범위에 대응한다.
일부 실시예는 Broadcom® 및/또는 MediaTek®의 2016 triband 칩을 채용하여 본 명세서에 서술된 바와 같은 TVWS 기능을 커버한다. 실시예는 WIFI가 큰 애드혹 셀 내에서 높은 대역폭 신호를 빔 스티어링할 수 있게 할 수 있다. 일부 실시예는 처리량을 감소시키고 혼잡 붕괴(예컨대, 만약 너무 많은 WIFI 사용자 장치가 네트워크에 있다면)를 야기할 수 있는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)/CA 오버헤드의 거의 100% 감소를 제공할 수 있다. 그러므로, 사용자 장치 및 액세스 포인트 간의 TVWS 연결이: 업링크 신호; 새로운 사용자 장치 발견; 사용자 장치 지오 로케이팅; 사용자 장치로부터의 브로도캐스트 메시지 및 RTS/CTS(Request-To-Send/Clear-To-Send) 메시지에 대한 링크 닫기 CSMA/CA 신호 처리 등에 사용될 수 있다.
도 6b는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 지향성 2.4GHz/5GHz 대 무지향성 500MHz 신호의 상대적 커버리지를 도시한다. 지향성 커버리지(620b)는 일부 실시예에서 예컨대 안테나 어레이를 사용하여 달성되는 2.4GHz 지향성 신호에 대한 18dBi 이득을 반영할 수 있다. 만약 사용자 장치가 원(605)의 TVWS 범위 바깥인 영역(625)에 위치한다면, 지향성 커버리지(620b)와 연관된 빔이 그 방향으로 스티어링될 때까지 액세스 포인트에 의해 감지되지 않을 수 있다. 신호가 이 거리에서 사용자 장치로부터 액세스 포인트로 전송될 수 없는 경우일 수 있다(예컨대, 액세스 포인트에서 수신한 2.4GHz 신호가 잡음 플로어 미만이므로).
일부 무지향성 WIFI 시스템은 다수 노드를 가지는 CSMA/CA를 사용한다. 하지만, 지향성 안테나를 가지는 다수 노드는 안테나들이 서로를 감지할 수 없는 상황을 나타낼 수 있다. 이 상황에서, CSMA는 바람직하지 않을 뿐만 아니라 동작하지 않을 수 있다(예컨대, 충돌이 발생할 수 있지만 안테나를 제어하는 장치가 다른 안테나의 존재를 모른 채로 남을 것이다). 지향성 전송을 사용함으로써, 예컨대 빔 스티어링을 사용함으로써 이들 문제는 완화될 수 있다. 그 증가된 범위 때문에, TVWS는 대신 무지향성 안테나를 채용하고 이로써 어려움 없이 CSMA를 적용할 수 있다.
네트워크 토폴로지
도 7은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 WIFI 및 TVWS 매체 각각에 업링크(클라이언트 장치로부터 액세스 포인트로) 및 다운링크(액세스 포인트로부터 클라이언트 장치로) 기능을 제공하는 네트워크 토폴로지의 예시를 도시하는 하이 레벨 블록도이다. 액세스 포인트(710)는 이동하는 차량(705c), 다양한 사용자 장치(705b) 및 고정 거주 장치(705a, 705d)와 통신할 수 있다. TVWS 및 WIFI 채널 각각에 양방향 통신을 제공하는 것으로 본 명세서에 도시되었지만, 통상의 기술자는 일부 실시예에서 오직 단방향 통신(액세스 포인트(710)로 또는 액세스 포인트(710)로부터)만이 일부 경우에 일부 채널에서 가능할 수 있음을 이해할 것이다.
2.4/5GHz WIFI 다운링크에 관하여, WIFI 다운링크는 지향성(예컨대, 빔 스티어링을 사용하여)일 수 있고 5GHz 또는 2.4GHz에서 큰 채널 대역폭으로 인해 사용가능한 높은 처리 속도로 대량의 데이터를 전송할 수 있다. WIFI 다운링크는 일부 실시예에서 CSMA/CA일 필요가 없으나, 디폴트로 더 일반적인 예컨대 충돌 회피 또는 캐리어 감지가 없는 TDMA(Time Division Multiple Access) 스킴일 수 있다. 사용자 장치로의 빔 포밍은 TVWS 지리적 위치 보고된 데이터에서 도출된 초기 위치 정정에 기반할 수 있다. 무선 다운링크와 더 관련하여, 단순히 다운링크를 위한 대역과 업링크를 위한 대역의 분할이 아니라, 일부 실시예는 QoS(Quality of Service) 요구사항에 기반하여 분할한다. (아마도) 더 느린 레이턴시 요구사항의 높은 처리량 데이터는 2.4GHz/5GHz 채널을 사용하여 통신될 수 있다. 더 빠른 레이턴시 요구사항의 낮은 처리량 데이터는 TVWS 채널을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이들 동작은 일반적으로 낮은 처리량이므로 모든 업링크 동작과 모든 다른 CSMA/CA 제어 시그널링은 TVWS 채널에서 일어날 수 있다. WIFI 업링크는 사용되지 않거나 주기적인 외부 간섭(예컨대, 다른 액세스 포인트로부터)의 캐리어 감지 수행에 사용될 수 있다.
TVWS 다운링크에 관하여, 다운링크는 BTS ACK 및 RTS/CTS를 포함하는 CSMA/CA 시그널링 및 채널 제어 특징을 브로드캐스트할 수 있다. TVWS 업링크에 관하여, 채널 밴드폭이 더 작을 수 있으므로 업링크는 낮은 처리 속도로 더 낮은 밴드폭 업링크 데이터를 전송할 수 있다. 업링크는 MAC에 의해 요구되는 모든 시그널링, 예컨대 수신된 다운링크 데이터를 확인하기 위한 사용자 장치로부터의 ACK; RTS/CTS 등을 운반할 수 있다. TVWS 업링크는 MAC에 의해 요구되는 모든 CSMA/CA 백 오프, 예컨대 DIFS 동안 대기/감지, 랜덤/지수적 백 오프 간격, 새로운 사용자 장치로부터의 비컨 청취 등을 따를 수 있다.
착신 사용자 장치 관리 프로세스의 예시
도 8은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트에서 착신 사용자 장치를 관리하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 블록(805)에서, 액세스 포인트 시스템은 TVWS를 통해 새 사용자 장치를 인식할 수 있다. 만약 새 사용자가 감지되지 않았다면, 블록(810)에서 액세스 포인트는 기존 지향성 및 비-지향성 클라이언트를 관리할 수 있다(예컨대, 클라이언트 장치의 위치에 따른, 간헐적인 빔-스티어링된 전송으로 보충된 일반 무지향성 802.11ac/802.11af 동작을 통해).
만약 새 사용자가 블록(815)에서 감지된다면, 블록(820)에서 시스템은 사용자 장치의 위치가 TVWS 데이터로부터 확인될 수 있는지 여부를 결정할 수 있다(예컨대, 패킷 컨텐츠 자체로부터, 또는 지오 데이터베이스를 참조하여). 만약 블록(815)에서 사용자의 위치가 TVWS 데이터에 기반하여 추론될 수 없다면, 블록(825)에서 시스템은 진폭/수신기 방향성에 기초하여 사용자 장치의 위치를 알아내려 시도할 수 있다(예컨대, 만약 다수의 TVWS 안테나가 사용가능하다면, 시스템은 수신된 진폭에 기반하여 신호의 도달 시간 및 사용자와의 거리를 비교함으로써 방향성을 결정하려 시도할 수 있다). 만약 사용자 위치가 TVWS 수신기 방향성에 기반하여 감지될 수 있다면, 블록(830)에서 시스템은 사용자의 위치를 추론할 수 있다.
만약 블록(835)에서 사용자의 위치가 식별되고 지향성 통신에 적합한 것으로 밝혀지면(예컨대, 방향성 WIFI 범위 내에 있음, 충분히 정확한 위치 결정을 가짐 등), 블록(840)에서 시스템은 새 클라이언트를 지향성 통신에 적합한 것으로 지정할 수 있다. 블록(845)에서, 시스템은 그 위치 및/또는 영역 내의 다른 사용자 장치의 위치에 기반하여 새 장치를 위한 적절한 빔 스티어링/포밍 파라미터를 결정할 수 있다.
만약 새 사용자 장치의 위치가 확립될 수 없다면, 일부 실시예는 블록(850)에서 새 사용자 장치를 위해 무지향성 WIFI 통신이 적합한지 여부를 결정하려 시도할 수 있다. 만약 새 장치가 무지향성 범위에 있다면, 블록(860)에서 WIFI 통신이 사용될 수 있다. 반면, 블록(855)에서 장치와의 통신은 TVWS에서만 독점적으로 계속될 수 있다. 그 후 블록(865)에서 사용자 장치는 네트워크로 개시될 수 있다. 블록(810)에서 새 장치의 지정은 네트워크 내에 존재하는 장치의 관리 동안 주기적으로 재평가될 수 있다.
방향성 관리 프로세스의 예시
도 9는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 액세스 포인트에서 사용자 장치를 지향성 및 무지향성으로 관리하는 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 블록(905)에서, 시스템은 무지향성 클라이언트를 처리할 수 있다(예컨대, 이더넷 프로토콜에 따라 무지향성 WIFI 네트워크 상에서 통신). 만약 블록(910)에서 처리할 지향성 클라이언트가 있다면, 블록(915)에서 시스템은 다음 지향성 클라이언트를 고려할 수 있고 블록(920)에서 그 클라이언트로 빔 스티어링을 수행할 수 있다. 만약 바람직하다면, 일부 실시예에서 빔 포밍은 블록(925)에서 수행될 수도 있다(예컨대, 근처 사용자 장치 또는 액세스 포인트와의 간섭을 회피하기 위하여). 블록(930)에서, 액세스 포인트로부터 사용자 장치로의 지향성 WIFI 신호를 통한 다운링크 통신이 수행될 수 있다. 블록(935)에서 만약 업링크 클라이언트 데이터가 새 위치를 반영한다면, 블록(940)에서 시스템은 대응하는 빔 스티어링/포밍을 새 상대적 위치에 기반하여 조정할 수 있다. 통상의 기술자는 일부 실시예에서 업링크 데이터에 기반한 조정은 각 빔 스티어링/포밍 이전에 일어날 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 조정은 업링크 데이터와 관련 없이, 예컨대 환경의 변화, 지오 데이터베이스의 새 데이터, 대역폭 요구의 변화 등에 기반하여 일어날 수 있다.
칩셋 리퍼포징
본 명세서에 언급되는 바와 같이, 일부는 WIFI 및 TVWS 기능 모두를 제공하는 칩셋, 또는 개별 WIFI 및 TVWS 기능을 제공하는 다수의 칩셋을 사용한다. 하지만, 다양한 실시예는 대신 TVWS와 같은 더 낮은 스펙트럼 영역에서 동작하기 위하여 기존의 WIFI/무선 칩셋(예컨대, WIFI 기능만 제공하는 것)을 리퍼포징하려 시도한다. 다양한 실시예는 상이한 방식으로 이를 달성하는 것을 고려한다.
칩셋 리퍼포징 - 예시 스킴 1 - 다운컨버전
일부 실시예에서, WIFI 기능만을 위해 디자인된 칩셋은 신호를 다운컨버전하는데 사용된다. 이것은 신호 대역폭을 유지할 수 있지만, 상이한 반송파 주파수를 제공한다(예컨대, 반송파 주파수를 500MHz로 낮추지만 또한 변조기에서 다운클럭함으로써 신호를 줄임). 일부 실시예는 주파수 도메인 내에서 샘플링하여 채널 반송파를 6MHz 청크로 좁히고 그 후 청크를 더 낮은 주파수로 이동시킨다. 일부 실시예는 채널 결합을 수행한다(예컨대, 안테나 인터페이스를 조합하여 처리량을 향상). 다중 채널 반송파가 결합을 위해 사용될 수 있는데, 예컨대 인접 채널 반송파를 결합하거나 대역에 걸쳐 통합할 수 있다.
도 10은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 802.11ac에서 802.11af 기능으로 전환하는 다운컨버전을 도시하는 주파수도이다. 일부 실시예는 7.5x만큼 다운클럭된 802.11ac 40MHz 채널 PHY를 사용하여 802.11af 기능의 양상을 구현한다. 이것은 약 7.5x 긴 심볼/GI 지속기간으로 6MHz, 7MHz 또는 8MHz 채널을 생성할 수 있다. 둘 사이의 스펙트럼 효율은 802.11ac와 유사할 수 있다(하지만 긴 심볼 시간 때문에 일부 경우에 약간 적을 수 있다). 하지만 데이터 속도는 이에 따라 스케일 다운될 수 있다(예컨대, 더 작은 채널 대역폭 때문에).
802.11ac에서 802.11af로 전환할 때, 144개의 반송파가 더 넓게 분리될 수 있다. 서브 반송파 분리가 감소할 수 있지만, 심볼 지속기간/가드 간격은 증가할 수 있다(예컨대, 800ns에서 6μs로). 스펙트럼 효율은 감소할 수 있고(~12%) 채널 대역폭도 감소할 수 있다(예컨대, 40MHz에서 6MHz로). 데이터 속도는 채널 대역폭에 따라 선형으로 스케일링될 수 있다. 따라서, 2.4GHz/5Hz 및 TVWS 채널 간의 트래픽 할당은 이들 상이한 파라미터를 고려할 수 있다.
802.11af는 지리적 위치 데이터베이스(예컨대, 실제 위치의 50m 내) 및/또는 스펙트럼 감지를 구현함으로써 스펙트럼 공유를 제공할 수 있다. 802.11af는 최대 4W, 또는 2W+2W의 채널 결합을 지원할 수 있다(지역의 TV 채널 폭에 기반하여 W=6MHz 내지 8MHz). 도 11은 일부 실시예에 관련될 수 있는 것으로 20-40MHz 채널, SISO를 가지는 802.11ac에 대한 이론적 데이터 속도를 도시하는 표이다. 도 12는 일부 실시예에 관련될 수 있는 것으로 6, 7, 8MHz 채널, SISO를 가지는 802.11af에 대한 이론적 데이터 속도를 도시하는 표이다.
칩셋 리퍼포징 - 예시 스킴 2 - MIMO (Multi-Input-Multi-Output)
802.11af는 MIMO 전송(최대 4개의 공간 스트림)도 지원할 수 있다. 그러므로, 일부 실시예는 최대 4개의 공간 스트림을 가지며 대역폭에 4를 곱한다. TVWS보다 더 높은 처리량을 가지는 WIFI가 데이터 집중 다운링크(예컨대, 사용자가 비디오를 스트리밍할 때)를 위해 사용될 수 있는 반면, 사용자 장치로부터 액세스 포인트로의 더 낮은 처리량/대역폭 업링크는 TVWS를 사용할 수 있다(예컨대, 듀얼 모드 칩셋을 사용하여). 일부 실시예는 QoS 평가를 실행하여 WIFI 또는 TVWS 중 어떤 것을 사용할지 결정할 수 있다. TVWS는 상당한 물리적 범위를 제공할 수 있고 일부 작업에 대해서는 WIFI보다 더 적합할 수 있다.
SINR (Signal-To-Interference-Plus-Noise) 표
도 13은 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 다양한 SINR 및 모드에 대한 속도 관계를 도시하는 표이다. SINR이 제공되면, 시스템은 속도 표에서 대응하는 속도를 선택할 수 있다. TVWS 또는 WIFI의 채널의 컨텐션 비율이 고려될 수 있고, 최대 달성가능 속도가 그에 기반하여 선택될 수 있다. SINR 측정 방법 및 속도 표 형식은 하드웨어 특유일 수 있다. 예를 들어, 어떤 소정의 성능 수준을 달성하기 위한 칩셋 디자이너의 구현에 기반할 수 있다.
액세스 포인트 기능
액세스 포인트는 하나 이상의 TVWS 송수신기(500MHz-700MHz)와 하나 이상의 WIFI 송수신기(2.4GHz 및 5GHz)를 가질 수 있다.
UE (User Equipment) 기능
UE 기능(즉, 사용자 장치 기능)은 WIFI 단독, 또는 WIFI와 TVWS 동작이 수행되는지 여부에 기반하여 액세스 포인트에 의해 결정될 수 있다.
UE 기능 - WIFI 전용
적어도 하나의 WIFI 채널에서 액세스 포인트에 의한 동작은 일부 실시예에서 요구되는 최소 기능일 수 있다. 가장 높은 역방향 호환성을 위하여, 2.4GHz Wi-Fi가 가정되고 본 명세서에서 802.11ac로 지칭될 수 있지만, 802.11a/b/g/n도 일부 실시예에서 포함될 수 있다.
UE 기능 - WIFI 전용 - 액세스 포인트 구성 #1
이들 실시예에서, 2.4GHz 송수신기는 이 네트워크에서 클라이언트와 표준 802.11ac Wi-Fi를 수행하는데 전념할 수 있다. 모든 실시예가 2.4GHz를 채용하는 것은 아니지만, 대신 5GHz를 사용할 수 있다. 일부 실시예는 2.4GHz와 5GHz 채널 모두를 사용할 수 있다.
UE 기능 - WIFI 및 TVWS
일부 실시예에서, UE는 2.4GHz, 5GHz 및 TVWS(802.11af) 동작을 할 수 있다. 칩셋은 이들 3 스펙트럼 대역을 커버하는 트라이밴드일 수 있다.
UE 기능 - WIFI 및 TVWS - 액세스 포인트 구성 #2
2.4GHz 및 5GHz에서 일반 802.11ac Wi-Fi는 이 구성을 채용할 수 있는데 데이터 속도는 802.11af의 데이터 속도를 초과한다(예를 들어 클라이언트가 BTS에 매우 가까이 있을 때). 802.11af의 데이터 속도가 802.11ac를 초과할 때(예를 들어 클라이언트가 BTS에서 멀리 있을 때)802.11af가 대신 적용될 수 있다. 도 14는 일부 실시예에서 일어날 수 있는 것으로 속도 스케일링을 위한 프로세스를 도시하는 흐름도이다. 일부 실시예에서, 액세스 포인트에서 TVWS와 WIFI 구성 간의 “핑퐁”(예컨대, TVWS와 WIFI의 데이터 속도가 대략 동일할 때 표준 사이에서 바람직한 것보다 더 자주 스위칭)을 방지하도록 표시된 바와 같이 히스테리시스 윈도우가 채용될 수 있다. 히스테리시스 조건을 적용하는 대신 속도가 적합하고 혼잡이 없을 때 TVWS 또는 WIFI가 디폴트로 우선적으로 선택될 수 있다. 일부 실시예는 트라이 밴드 TVWS 칩 벤더에 의한 MAC 레이어의 논리적 구현으로서 개시된 특징을 구현한다. 다양한 실시예는 구성 #1과 역방향으로 호환될 수 있다.
이 프로세스의 예시에서, 블록(1405)에서 시스템은 WIFI와 TVWS 신호 대 잡음비(SINR)을 측정할 수 있고 또한 임의의 가능한 채널 컨텐션을 검출할 수 있다. 블록(1410)에서, 시스템은 그 후 결정된 SINR과 채널 컨텐션에 기반하여 속도 표에 접근하여 적절한 속도를 결정할 수 있다. 블록(1415)에서 만약 표에서 결정된 가장 높은 가용 속도가 WIFI에 대한 것이라면, 블록(1440)에서 그 후 시스템은 히스테리시스 윈도우가 초과되었는지 여부를 결정할 수 있다. 만약 그렇다면, 블록(1445)에서 통신 세션 기간 동안 WIFI는 정기적 TVWS 평가와 함께 사용될 수 있다.
만약 블록(1415)에서 대신 TVWS가 최고의 가능한 속도를 제공한 것으로 결정되면, 블록(1420)에서 시스템은 그 후 WIFI 빔 스티어링이 가능한지 여부를 결정할 수 있다(일부 실시예에서 빔 스티어링 품질은 이 단계에서 평가되어 스티어링이 적절한지 여부를 결정할 수 있다). 만약 스티어링이 가능/적절하다면 블록(1425)에서 액세스 포인트는 빔 스티어링을 클라이언트와의 통신에 적용할 수 있다. 반면, 만약 빔 스티어링이 사용불가/불충분하다면 블록(1430)에서 시스템은 히스테리시스 윈도우가 빠져나갔는지 여부를 결정할 수 있다. 만약 그렇다면, 블록(1435)에서 통신 세션 기간 동안 TVWS는 정기적 WIFI 평가와 함께 사용될 수 있다.
UE 기능 - WIFI 및 TVWS - 액세스 포인트 구성 #3
상기 두 액세스 포인트 구성에서 채용될 수 있는 TDD(time division duplex) 통신과 달리, 일부 실시예는 FDD(frequency division duplex) 통신 메커니즘을 구현한다. TVWS 주파수는 일부 특정 기능을 위해 사용될 수 있고 2.4GHz 및 5GHz 주파수는 보완적인 기능 세트에 사용될 수 있다. 스펙트럼 주파수 대역에 대한 기능의 할당은 환경에 기반하여 적응될 수 있고 완전히 구별되지 않을 수 있다. 명확하게 하기 위해, 2.4GHz 및 5GHz 주파수는 본 명세서에서 “고대역”으로 지칭될 수 있고 TVWS 주파수는 “저대역”으로 지칭될 수 있다.
액세스 포인트에서 주파수 대역에 대한 기능의 한 가능한 할당에서, 저대역은 일반 802.11 CSMA/CA MAC(Media Access Control) 기능을 구현할 수 있다. 이들 “제어” 기능은 채널 액세스 제어에 요구되는 모든 메커니즘을 포함할 수 있다(ACK, 백오프, RTS/CTS 등).
고대역은 수정된 TDMA MAC를 구현할 수 있다. 이 MAC은 캐리어 감지 및 충돌 회피나 미리 스케줄된(결정론적) 타임 슬롯을 사용하지 않을 수 있다. 대신, MAC은 저대역으로부터 모든 셀 내 컨텐션을 처리하기 위해 전달된 “제어” 정보에 따를 수 있다. 셀간 컨텐션(다른 네트워크와의 간섭)의 경우, 고대역 송수신기는 외부 네트워크로부터의 간섭을 감지하기 위하여 주기적으로 전송을 멈출 수 있고 간섭이 없는 채널로 변경하거나 구성 #2로 돌아갈 수 있다.
고대역의 범위를 늘리기 위하여, 액세스 포인트는 고대역 송수신기를 위한 지향성 안테나를 사용할 수 있다. 이 안테나는 특정 소정의 방향에서 안테나 이득을 달성하기 위하여 종래의 위상 배열을 채용할 수 있다. 안테나 어레이의 결정론적 빔 스티어링은 임의의 소정의 UE의 방향에서 안테나 이득을 허용할 수 있다. 이 경우, 소정의 방향에서 안테나 이득을 달성하기 위하여, 다수의 안테나로부터의 RF 신호는 ADC(Analog-to-Digital Conversion)에 앞서 조합될 수 있다. SINR 이득(예컨대, 디지털 신호 처리 빔 포밍을 통하여) 또는 캐패시터 이득(예컨대, MIMO를 통하여)을 달성하기 위하여 다수의 송신/수신 체인 또한 채용될 수 있다(예컨대, 신호가 ADC 이후 조합됨).
일부 실시예에서, 만약 네트워크 상에 TVWS 기능을 가지는 사용자 장치와 가지지 않는 사용자 장치의 조합이 있다면: a) TVWS 송수신기가 없는 사용자 장치에 대하여, 시스템은 (가장 일반적으로) 2.4GHz 송수신기가 일반 TDD Wi-Fi를 위해 사용될 수 있는 구성 #1을 따를 수 있고; b) TVWS 송수신기가 있는 사용자 장치에 대하여, 5GHz 송수신기가 본 명세서에 논의되는 FDD 통신을 위해 사용될 수 있다(이 경우 “고대역”은 5GHz 스펙트럼만을 지칭).
사용자 장치에서 안테나는 무지향성 또는 지향성일 수 있다. 일부 실시예에서, 새 클라이언트가 네트워크에 합류할 때, 프로세스는 일반 WIFI MAC 프로토콜을 따를 수 있다(예컨대, 저대역 주파수 상에서). 만약 클라이언트가 저대역 주파수의 범위 밖이라면, 클라이언트는 네트워크에 합류할 수 없다. 클라이언트는 네트워크에 합류할 때 액세스 포인트에 지리적 위치 정보를 제공할 수 있거나 액세스 포인트에게 지리적 위치 데이터베이스를 참조하게 할 수 있다(예컨대, 고유 식별자를 제공함으로써). 일부 실시예에서, 클라이언트가 지리적 위치를 알고 있는 것은 TVWS 스펙트럼을 사용하는 전제 조건이다. 일부 실시예에서, 이 정보는 고대역 방사 패턴 빔을 클라이언트의 지리적 위치를 향해 스티어링하기 위하여 재사용될 수 있다.
다양한 다른 가능한 기능의 주파수 대역에 대한 할당이 이 네트워크 토폴로지 및 인프라 구조와 일치한다. 예를 들어, 기능은 일부 기결정된 성능 지수를 사용하여 저대역 및 고대역에 동적으로 할당될 수 있다. 도 14는 성능 지수가 SINR인 예시를 도시하지만, 이는 WIFI MAC에서 현재 채용된 다른 채널 품질 표시자 또는 총 처리량과 같은 일부 상위 계층 측정일 수 있다.
컴퓨터 시스템
도 15는 일부 실시예의 특징을 구현하기 위해 사용될 수 있는 것으로 컴퓨터 시스템을 도시하는 블록도이다. 컴퓨팅 시스템(1500)은 하나 이상의 중앙 처리 유닛("프로세서")(1505), 메모리(1510), 입력/출력 장치(1525)(예컨대, 키보드 및 포인팅 장치, 디스플레이 장치), 저장 장치(1520)(예컨대, 디스크 드라이브), 및 상호접속(1515)에 연결된 네트워크 어댑터(1530)(예컨대, 네트워크 인터페이스)를 포함할 수 있다. 상호접속(1515)은 하나 이상의 분리된 물리적 버스, 점대점 연결, 또는 적절한 브리지, 어댑터, 또는 컨트롤러로 연결된 둘 모두 중 어느 하나를 표현하는 추상체로서 도시된다. 따라서, 상호접속(1515)은, 예를 들어 시스템 버스, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스 또는 PCI-Express 버스, HyperTransport 또는 ISA(Industry Standard Architecture) 버스, SCSI(small computer system interface) 버스, USB(universal serial bus), IIC(I2C) 버스 또는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 표준 1394 버스, 또한 "Firewire" 라고도 함을 포함할 수 있다.
메모리(1510) 및 저장 장치(1520)는 다양한 실시예의 적어도 일부를 구현하는 명령어를 저장할 수 있는 컴퓨터-판독가능한 저장 매체이다. 추가로, 데이터 구조 및 메시지 구조는 데이터 전송 매체, 예컨대, 통신 링크상의 신호를 통해 저장 또는 송신될 수 있다. 다양한 통신 링크, 예컨대, 인터넷, 로컬 영역 네트워크, 광대역 네트워크, 또는 점-대-점 다이얼-업(point-to-point dial-up) 연결이 사용될 수 있다. 따라서, 컴퓨터 판독가능한 매체는 컴퓨터-판독가능한 저장 매체(예컨대, "비일시적" 매체) 및 컴퓨터-판독가능한 전송 매체를 포함할 수 있다.
메모리(1510)에 저장된 명령어는 전술한 행위를 수행하기 위해 프로세서(들)(1505)를 프로그래밍하는 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 일부 실시예로, 이러한 소프트웨어 또는 펌웨어는 컴퓨팅 시스템(1500)을 통해 (예컨대, 네트워크 어댑터(1530)를 통해) 원격 시스템으로부터 그것을 다운로드함으로써 프로세싱 시스템(1500)에 초기에 제공될 수 있다.
본 명세서에서 소개되는 다양한 실시예는 예컨대, 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 프로그램된 프로그램가능한 회로부(예컨대, 하나 이상의 마이크로프로세서)로 구현되거나, 또는 전체적으로 특수목적용 하드웨어(프로그램불가한) 회로부 또는 이러한 형태의 조합으로 구현될 수 있다. 특수용 하드웨어 내장 회로는 예를 들어 하나 이상의 ASICs, PLDs, FPGAs 기타 등등의 형태일 수 있다.
비고
상기의 설명 및 도면은 예시적인 것이며, 제한하려는 것으로 해석되지 않는다. 많은 특정한 세부사항이 본 명세서의 완전한 이해를 제공하도록 기술된다. 그러나, 어떤 경우, 널리 알려진 세부사항은 본 명세서를 모호하게 하지 않도록 기술되지 않는다. 추가로, 다양한 수정이 실시예의 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 "일실시예(one embodiment)" 또는 "한 실시예(an embodiment)"에 대한 언급은 그 실시예와 함께 기술되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 명세서의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 본 명세서의 곳곳에서 "일실시예로"라는 문구의 형태는 반드시 동일한 실시예를 일컫는 모든 것이 아닐 뿐 아니라 다른 실시예들과 상호배타적인 별도의 실시예 또는 대안의 실시예인 것도 아니다. 게다가, 일부의 실시예에 의해 나타날 수 있으나 다른 실시예들에 의해서는 그렇지 않을 수 있는 다양한 특징들이 기술된다. 마찬가지로, 일부의 실시예에서는 필요할 수 있으나 다른 실시예에서는 그렇지 않을 수 있는 다양한 요건들이 기술된다.
일반적으로 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 명세서의 문맥 내에서 그리고 각 용어가 사용되는 특정 문맥에서 해당 기술분야의 일반적인 의미들을 가진다. 본 명세서를 기술하는데 사용되는 특정 용어들은 본 명세서의 상세한 설명에 관한 추가 지침을 실행자에게 제공하도록 이하에서 또는 상세한 설명의 다른 곳에서 논의된다. 편의상, 특정 용어는 예컨대 대문자, 이탤릭체 및/또는 인용부호를 사용하여 하이라이팅될 수 있다. 하이라이팅의 사용은 한 용어의 범위 및 의미에 전혀 영향을 주지 않는다; 한 용어의 범위 및 의미는 하이라이팅 여부에 관계없이 동일한 문맥에서 동일하다. 동일한 구성요소는 하나 이상의 방식으로 기술될 수 있음이 이해될 것이다. 당업자는 "메모리"가 "저장소"의 한 형태이며 용어는 때때로 상호교환가능하게 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
결과적으로, 대안의 언어 및 동의어는 본 명세서에서 논의되는 임의의 하나 이상의 용어들에 대해 사용될 수 있으나, 한 용어가 본 명세서에서 설명되거나 논의되는지 여부에 따라 임의의 특별한 의미가 정해지는 것은 아니다. 특정한 용어들에 대한 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 기재가 다른 동의어들의 사용을 배제하지 않는다. 본 명세서에서 논의되는 임의의 용어들의 예들을 포함하는 상세한 설명의 곳곳의 예들의 사용은 단지 설명을 위한 것이며, 본 명세서 또는 임의의 예시적인 용어의 범위 및 의미를 더 제한하려는 의도는 아니다. 마찬가지로, 본 명세서는 상세한 설명에 제공된 다양한 실시예들로 제한되지 않는다.
본 명세서의 범위를 추가로 제한하려는 의도 없이, 본 명세서의 실시예에 따른 도구, 장치, 방법 및 그들의 관련 결과의 예시가 위에서 제공된다. 본 명세서의 범위를 전혀 제한하지 않아야 하는 제목 또는 부제가 독자(reader)의 편의상 예들에서 사용될 수 있음을 유의하자. 달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적이고 과학적인 용어들은 본 명세서에 관한 해당 기술분야의 당업자에 의해 공통으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 모순되는 경우, 정의들을 포함하는 본 명세서의 문서가 조절할 것이다.

Claims (34)

  1. 액세스 포인트(105)에 있어서:
    TVWS(Television White Space) 주파수를 사용한 전송을 위해 구성된 제1 안테나;
    WIFI 주파수 상의 지향성 전송을 위해 구성된 안테나 어레이(110)로서, 상기 안테나 어레이(110)는 안테나 어레이(110)에 포함된 다중 안테나로부터의 신호를 결합하는 것에 기반하여 안테나 이득을 제공하도록 구성된, 상기 안테나 어레이(110); 및
    하나 이상의 프로세서로서,
    TVWS 주파수를 사용하여 사용자 장치(115, 120)로부터 제1 메시지를 수신하고;
    사용자 장치(115, 120)와 연관된 위치 정보를 결정하고, 상기 위치 정보는 하나 이상의 TVWS 패킷을 통해 사용자 장치(115, 120)로부터 수신되거나 하나 이상의 TVWS 패킷에 기반한 사용자 장치의 대략적인 위치를 사용하여 지리적 위치 데이터베이스(geolocation database)에 접근함으로써 수신되며;
    위치 정보에 기반하여 빔 스티어링 구성을 결정하고;
    빔 스티어링 구성과 안테나 어레이를 사용하여 사용자 장치(115, 120)에 WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 액세스 포인트(105).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    위치 정보는 TVWS 데이터베이스에서 검색된 위치이고, 및/또는
    액세스 포인트(105)는 사용자 장치가 액세스 포인트(105)의 네트워크(135)에 합류할 때 사용자 장치(115, 120)로부터 지리적 위치 정보를 수신하도록 구성되거나, 특히 고유 식별자를 제공함으로써 사용자 장치(115, 120)에 의해 지리적 위치 데이터베이스가 참조되도록 구성되는, 액세스 포인트(105).
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 사용자 통신 장치(115, 120)에 있어서:
    적어도 하나의 프로세서(1505);
    적어도 하나의 프로세서(1505)로 하여금 TVWS 주파수를 사용하여 하나 이상의 TVWS 패킷을 통해 위치 정보를 액세스 포인트(105)에 제공하고, 위치 정보에 기반한 WIFI 주파수를 사용하여 빔 스티어링 통신을 수신하도록 구성된 명령어를 포함하는 적어도 하나의 메모리(1510)로서, 상기 위치 정보는 하나 이상의 TVWS 패킷에 포함되는, 상기 적어도 하나의 메모리(1510)를 포함하는, 사용자 통신 장치(115, 120).
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 컴퓨터 구현 방법에 있어서:
    액세스 포인트(105)에서 TVWS 주파수를 사용하여 사용자 장치(115, 120)로부터 제1 메시지를 수신하는 단계;
    사용자 장치(115, 120)와 연관된 위치 정보를 결정하는 단계로서, 상기 위치 정보는 하나 이상의 TVWS 패킷을 통해 사용자 장치(115, 120)로부터 수신되거나 하나 이상의 TVWS 패킷에 기반한 사용자 장치의 대략적인 위치를 사용하여 지리적 위치 데이터베이스에 접근함으로써 수신되는, 상기 위치 정보를 결정하는 단계;
    위치 정보에 기반하여 빔 스티어링 구성을 결정하는 단계; 및
    빔 스티어링 구성을 사용하여 사용자 장치(115, 120)에 WIFI 주파수를 사용하여 제2 메시지를 전송하는 단계로서, 상기 빔 스티어링 구성은 안테나 어레이(110)에 포함된 다중 안테나로부터의 신호를 결합하는 것에 기반하여 안테나 이득을 제공하도록 구성된 안테나 어레이(110)를 채용하는, 상기 제2 메시지를 전송하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    하나 이상의 프로세서는 WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하기 전에 히스테리시스 윈도우를 초과하는 기간 동안 기다리도록 더 구성되고, 상기 히스테리시스 윈도우는 하나 이상의 칩 및 하나 이상의 안테나에서 TVWS로부터 WIFI 기능으로의 전이에 대응하는, 액세스 포인트(105).
  23. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    무지향성 무선 통신을 제공하도록 구성된 제2 안테나를 더 포함하고, 제2 안테나의 범위는 제1 안테나의 범위의 20% 이상인, 액세스 포인트(105).
  24. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    안테나 어레이의 범위는 적어도 제1 안테나의 범위의 90%인, 액세스 포인트(105).
  25. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    사용자 장치로부터 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 수신하고,
    빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 사용자 장치에 다운링크 통신을 송신하도록 더 구성되는, 액세스 포인트(105).
  26. 삭제
  27. 청구항 8에 있어서,
    WIFI 주파수를 사용한 빔 스티어링된 통신을 제공하도록 구성된 어레이(110) 및 TVWS 주파수를 사용한 통신을 제공하도록 구성된 무지향성 안테나를 더 포함하는, 사용자 통신 장치(115, 120).
  28. 청구항 8 또는 청구항 27에 있어서,
    위치 정보는 사용자 통신 장치(115, 120)와 연관된 고유 식별자를 포함하는, 사용자 통신 장치(115, 120).
  29. 청구항 8 또는 청구항 27에 있어서,
    액세스 포인트에게 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 송신하고,
    액세스 포인트로부터 빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 다운링크 통신을 수신하도록 더 구성되는, 사용자 통신 장치(115, 120).
  30. 청구항 29에 있어서,
    다운링크 통신은 CSMA/CA 시그널링 및 채널 제어 데이터를 포함하는, 사용자 통신 장치(115, 120).
  31. 삭제
  32. 청구항 14에 있어서,
    위치 정보는 TVWS 데이터베이스에서 검색된 위치이고, 및/또는
    액세스 포인트(105)는 사용자 장치가 액세스 포인트(105)의 네트워크(135)에 합류할 때 사용자 장치(115, 120)로부터 지리적 위치 정보를 수신하거나, 특히 고유 식별자를 제공함으로써 사용자 장치(115, 120)에 의해 지리적 위치 데이터베이스가 참조되게 하는, 컴퓨터 구현 방법.
  33. 청구항 14 또는 청구항 32에 있어서,
    WIFI 주파수 상에서 제2 메시지를 전송하기 전에 히스테리시스 윈도우를 초과하는 기간 동안 기다리는 단계를 더 포함하고, 상기 히스테리시스 윈도우는 하나 이상의 칩 및 하나 이상의 안테나에서 TVWS로부터 WIFI 기능으로의 전이에 대응하는, 컴퓨터 구현 방법.
  34. 청구항 14 또는 청구항 32에 있어서,
    방법은:
    사용자 장치로부터 오직 TVWS 주파수 상에서 업링크 통신을 수신하는 단계; 및
    빔 스티어링 구성을 사용하여 오직 WIFI 주파수 상에서 사용자 장치에 다운링크 통신을 송신하는 단계를 더 포함하고; 및/또는
    방법은:
    빔 스티어링 구성을 사용하여 CSMA/CA 시그널링과 채널 제어 데이터를 전송하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
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