KR102661246B1

KR102661246B1 - 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 및 단말 동기 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102661246B1
Application number: KR1020210155523A
Authority: KR
Inventors: 박태준; 김은희; 차재선; 오정훈; 이계선
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2024-04-26
Also published as: KR20220072751A

Abstract

무선 시간 민감형 네트워크에서 동작하는 AP와 단말의 동작 방법으로, 단말로부터 상향링크 프레임을 AP가 수신하는 단계; 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 생성하는 단계; 상기 보정 지시 정보를 상기 단말에게 하향링크 프레임을 통해 전송하는 단계; 및 상기 하향링크 프레임으로 전송된 보정 지시 정보에 따라 상기 단말이 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 및 단말 동기 방법 및 장치{Frame structure and terminal synchronization method and apparatus in wireless communication system}

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 프레임 구조 및 단말 동기 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산업용 폐루프(closed-loop) 제어 수준의 무선 시간 민감형 네트워킹(wireless time sensitive networking)을 위한 프레임 구조 및 액세스 포인트(access point (AP))에 다수의 단말들이 시분할 다중 접속(TDMA) 방식으로 접속하는 경우를 위한 단말 동기 방법 및 장치에 대한 것이다.

산업 제조현장에서는 실시간 모니터링 및 제어를 위하여, 이더넷(Ethernet) 기반 TSN(Time Sensitive Network, 시간 민감형 네트워킹)을 적용하여 저지연(low latency), 저지연편차(low delay variation), 및 저손실(low packet loss)를 가지는 확정적(deterministic) 서비스가 제공된다. TSN은 유선 네트워크 기반으로 동작되어 왔으나, 실시간 모니터링 및 제어를 위한 센서 및 액츄에이터(actuator)와 유선 통신이 어려운 곳에서는 무선 통신의 적용이 필요하다.

종래 WiFi에서는, 수신 노드에서 물리계층 프리앰블을 사용하여 송신 노드의 반송파 주파수 오차와 심볼 타이밍 오차를 추출 및 보정하여 데이터 수신을 수행한다. 따라서, WiFi 기반의 통신 시스템에서는 데이터의 송수신을 위해서는 프리앰블이 반드시 필요하였다. 그러나 최근 산업자동화를 위한 생산공정, 로봇제어 등의 폐루프 제어를 위하여 충분히 짧은 주기(예:125us)로 지속적인 데이터 전달이 필요하다. 그러나 전달할 데이터의 크기가 프리앰블의 크기에 비해서 작은 경우는 데이터 전달효율이 낮아지고, 주기가 충분히 짧은(예:125us) 경우에는 프리앰블 전송을 위한 시간 때문에 데이터 전달을 위한 짧은 주기를 만족하지 못하는 경우가 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 무선 시간 민감형 네트워크(wireless time sensitive network, WTSN)를 위한 AP(access point)의 동작 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, WTSN을 위한 단말(terminal or station (STA))의 동작 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 목적은, WTSN을 위한 단말의 구성을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 무선 시간 민감형 네트워크(wireless time sensitive network, WTSN)에서 AP(access point)의 동작 방법으로, 단말로부터 상향링크 프레임을 수신하는 단계; 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP 간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 생성하는 단계; 및 상기 보정 지시 정보를 상기 단말에게 하향링크 프레임을 통해 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 상향링크 프레임은: 공통 프리앰블 부; 및 상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각의 상향링크 데이터 부를 포함하고, 상기 단말의 상향링크 데이터 부는 상향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함할 수 있다.

상기 상향링크 U-헤더는 GI(guard interval)와 트레이닝 필드(training field)를 포함할 수 있다.

상기 GI는 0.8 usec의 길이를 가지며, 상기 트레이닝 필드는 3.2 usec의 길이를 가지는 축약된 L-STF(legacy short training field) 또는 L-LTF(legacy long training field)로 구성될 수 있다.

상기 하향링크 프레임은: 공통 프리앰블 부; 및 상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각에 대한 데이터 부를 포함하고, 상기 단말에 대한 데이터 부는 하향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함할 수 있다.

상기 보정 지시 정보는 최초 제어의 경우 또는 인-밴드(in-band control) 제어 방식이 이용될 경우 상기 하향링크 U-헤더에 포함되어 전송될 수 있다.

상기 보정 지시 정보는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 제어 방식이 이용될 경우 아웃-오브-밴드 제어 메시지에 포함되어 전송되고, 상기 하향링크 U-헤더의 자원은 상기 단말에 대한 데이터 전송에 이용될 수 있다.

상기 보정 지시 정보는 상기 단말의 전송 전력, 상기 단말과 상기 AP 간의 채널에 대한 타이밍 옵셋, 및/또는 상기 채널에 대한 주파수 옵셋에 대한 보정을 지시하는 정보로 구성될 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, WTSN에서 동작하는 단말(terminal)의 동작 방법으로, AP에게 상향링크 프레임을 전송하는 단계; 상기 AP로부터 하향링크 프레임을 수신하는 단계-상기 하향링크 프레임은 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP 간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 포함함; 및 상기 보정 지시 정보에 기초한 보정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, WTSN에서 동작하는 단말(terminal)로서, 프로세서(processor); 상기 프로세서에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 포함하는 메모리; 상기 프로세서에 의해 제어되는 송수신기(transceiver)를 포함하고, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 명령어들은 상기 프로세서가: 상기 송수신기를 이용하여 AP(access point)에게 상향링크 프레임을 전송하는 단계; 상기 송수신기를 이용하여 상기 AP로부터 하향링크 프레임을 수신하는 단계-상기 하향링크 프레임은 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP 간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 포함함; 및 상기 보정 지시 정보에 기초한 보정을 수행하는 단계를 수행하도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예들을 이용하면, 기존 WiFi 기술 규격에 따른 통신에서는 지원할 수 없었던, 다수의 단말들에 대해서 아주 짧은 전송주기로 지속적으로 발생하는 소량의 데이터를 적시에 전달하는 것이 가능해진다. 본 발명의 실시예들은 산업 자동화를 위한 로봇 제어와 같이 실시간 폐루프 제어가 필요한 분야에 적응될 수 있다. 예를 들어, 하나의 AP가 2ms 주기로 120개의 단말들에 대해 확정적인 데이터 송수신 기회를 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 고신뢰 시간 확정적 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 기존 IEEE 802.11 표준에 정의된 물리계층 프레임의 구조를 도시한 개념도이며, 도 3은 도 2의 물리 계층 프레임에서 프리앰블을 강조하여 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 U-헤더의 구조를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 동기 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 노드의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템(communication system)이 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예들이 적용되는 통신 시스템은 아래 설명된 내용에 한정되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 통신 시스템에 적용될 수 있다. 여기서, 통신 시스템은 통신 네트워크(network)와 동일한 의미로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 고신뢰 시간 확정적 네트워크 환경을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, AP(access point) 서브시스템(이하 AP)과 복수의 ED(end device) 서브시스템들(이하 '단말')이 포함된 고신뢰 시간 확정적 네트워크(ultra-reliable & time deterministic network(URTDN))의 구성이 도시되어 있다. 각 단말은 센서(sensor) 및/또는 액츄에이터(actuator)를 포함하거나 센서 및/또는 액츄에이터에 연결될 수 있다.

한편, URTDN에서는 AP와 다수의 단말들 간에 산업용 폐루프 제어(industrial closed-loop control) 수준의 동작이 필요하다. URTDN에서는 다수의 단말들이 AP에 시간 분할 다중 접속(time division multiple access(TDMA)) 방식으로 접속하며, 모든 단말들이 AP와 함께 동기되어야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 URTDN에서의 데이터 송수신에 적용되는 산업용 폐루프 제어 수준의 WTSN을 위한 프레임 구조 및 단말 동기 방법 및 장치를 제공한다. 특히, AP에 접속하는 모든 단말들이 종래의 방법에 따른 프리앰블(preamble)을 사용하지 않고 송수신이 가능하도록, AP를 기준으로 모든 통신 노드들의 반송파 주파수와 심볼 타이밍의 오차를 보정할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

도 2는 기존 IEEE 802.11 표준에 정의된 물리계층 프레임의 구조를 도시한 개념도이며, 도 3은 도 2의 물리 계층 프레임에서 프리앰블을 강조하여 도시한 개념도이다.

도 2를 참조하면, IEEE 802.11 표준에 따른 물리계층 프레임(200)은 프리앰블(210), 제어 신호(220), 및 데이터 부(230)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(220)는 IEEE802.11(a/g/n) 프레임에 사용되는 L-SIG(Legacy signal field)일 수 있다. 이 경우, L-SIG는 4usec의 길이를 가질 수 있다. 한편, 제어 신호(220)는 다양한 필드들(예컨대, RATE, Reserved, LENGTH, Parity, Tail 등)을 가질 수 있으나 이에 대한 설명은 생략된다.

도 3을 참조하면, 프리앰블 부(210)는 IEEE802.11(a/g/n) 프레임에 사용되는 L-STF(Legacy short training field, 211) 및 L-LTF(Legacy long training field, 212)를 포함할 수 있다. 이 경우, L-STF는 8usec의 길이를 가지며, L-LTF는 8usec의 길이를 가질 수 있다. L-STF는 각 단말에서의 AGC(auto gain control) 및 대략적인(coarse) 시간 동기를 위해 이용되며, L-LTF는 각 단말에서의 세밀한(fine) 시간 동기, 주파수 보상(compensation), 및 데이터 복조를 위한 채널 추정(channel estimation)에 이용될 수 있다.

종래 WiFi 기반의 통신 시스템에서는 데이터의 송수신을 위해서는 프리앰블이 반드시 필요하였다. 그러나 최근 산업자동화를 위한 생산공정, 로봇제어 등의 폐루프 제어를 위하여 충분히 짧은 주기(예:125us)로 지속적인 데이터 전달이 필요하다. 그러나 전달할 데이터의 크기가 프리앰블의 크기에 비해서 작은 경우는 데이터 전달효율이 낮아지고, 주기가 충분히 짧은(예:125us) 경우에는 프리앰블 전송을 위한 시간 때문에 데이터 전달을 위한 짧은 주기를 만족하지 못하는 경우가 발생한다.

예를 들어, 하나의 AP가 2ms 주기로 120개의 단말들에 대한 확정적 데이터 수신 기회를 보장하여야 하는 시스템을 가정하면, AP와 단말 간의 사용자 데이터의 크기가 작을수록 프리앰블에 의한 오버헤드(overhead)가 커지면서 전송효율이 낮아지는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 단순히 효율성의 문제뿐만 아니라, 2ms 주기로 120개의 단말들을 수용하는 것이 불가능해지는 상황을 초래할 수 있다. 따라서, AP에서 단말로 데이터가 전송되는 하향링크에 대해서는 프레임 집성(frame aggregation) 기술 개념을 적용하면 프리앰블에 따른 효율성 문제를 해결할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 하향링크 프레임(400)은 종래 기술에 따른 프리앰블 및 제어 신호(410)와 데이터부들(420)을 포함할 수 있다. 이때, 다른 단말들에게 전송되는 PPDU들을 집성하여 전송하는 프레임 집성 방식이 적용되어 데이터부들(420)는 복수의 단말들(예컨대, 120개의 단말들) 각각에 대한 하향링크 데이터 부(PPDU(physical layer protocol data unit)들을 포함할 수 있다. 또한, 하향링크 프레임(400)은 URTDN 용의 제어 신호 필드(U-SIG)를 추가로 포함할 수 있다. 한편, 각각의 단말에 대한 데이터 부는 URTDN(U)-헤더(U-header, 431)와 데이터 필드(PSDU(protocol service data unit), 432)를 포함할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 하향링크 프레임에서 각 단말에 대한 데이터부의 앞 부분 3바이트(bit23~bit0)가 각 단말에 대한 하향링크 U-헤더로 이용될 수 있다. 하향링크 U-헤더는 후술될 인-밴드(in-band) 제어 방식 또는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 제어 방식에 따라 다르게 구성될 수 있다.

따라서, 하향링크 프레임(400)는 각 PPDU 별로 프리앰블이 전송되는 종래 방식(예컨대, 도 2의 프레임 구조)에 비하여 프리앰블에 의한 오버헤드를 줄일 수 있다. 그러나, 상향링크의 경우, 서로 다른 단말들로부터 AP로의 전송이 수행된다. 따라서, 상향링크 프레임에는 하향링크 프레임에 적용되는 프레임 집성 방법이 적용될 수 없다. 따라서, 이하에서는 상향링크 프레임 전송을 위해서도 프레임 집성과 유사한 높은 송신 효율을 기대할 수 있는 프리앰블 간략화 방안을 제시한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.

도 5의 상향링크 프레임은 도 4의 하향링크 프레임의 수신이 완료된 후 해당 수신 과정에서 획득한 심볼 동기를 반영하여 일정 시간 경과 후 시작될 수 있다. 짧은 패킷들의 수신을 위해서는 빈번한 이득 제어와 주파수 오프셋 제어가 필요하므로, 프리앰블의 오버헤드를 줄이기 위해서 프리앰블의 일부를 제거하거나 간략화할 경우 급격한 통신특성이 열화될 수 있다. 따라서 정상적인 상향링크 통신을 위해서는 프리앰블의 일부 제거나 간략화에 따른 문제의 보완을 위해, 아래와 같이 기존 프리앰블의 역할을 보완할 수 있는 방안들이 적용될 수 있다.

첫번째 방안으로, AP는 각 단말이 송신하는 상향링크 프레임에 기초하여 각 단말에 대한 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 대한 정보를 확인할 수 있다. AP는 확인된 정보를 각 단말로 통보하며(후술될 인-밴드(in-band) 제어 방식 또는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 방식을 이용), 각 단말은 등시성(isochronous) 통신을 위해 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차를 사전에 보정할 수 있다.

두번째 방안으로, 각 단말은 AP로부터 전송되는 하향링크 프레임(예컨대, 하향링크 프레임의 프리앰블)에 기초하여 AP와 각 단말 간의 채널의 감쇄, 주파수 오프셋. 및/또는 위상 오차를 추정하고, 추정된 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 따른 보정을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 도 5의 상향링크 프레임의 시작 시점은 도 4의 하향링크 프레임의 종료 시점보다 일정 시간이 경과한 후의 시점으로 설정될 수 있다.

세번째 방안으로, 앞서 설명된 두가지 방법의 조합이 적용될 수 있다. 즉, AP가 상향링크 프레임에 기초하여 측정하고 통보한 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 따른 보정과 단말이 하향링크 프레임에 기초하여 측정한 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 따른 보정이 함께 수행될 수 있다.

한편, 채널 정보(감쇄, 주파수 오프셋, 등)의 획득을 위한 구체적인 방법은 일반적으로 알려진 사항으로서, 본 발명에는 구체적으로 설명하지 않는다.

도 5를 다시 참조하면, 상향링크 프레임(500)는 종래 기술에 따른 프리앰블 및 제어 신호(510)와 단말들의 데이터부들(520)을 포함할 수 있다. 예컨대, 120개 단말들 각각의 데이터부들(PPDU들)이 존재할 수 있다. 도 5에서는, 설명의 편의를 위해서 제1 단말에 대한 데이터부(T1)가 확대되어 도시되어 있다.

각 단말별 데이터부는 U-헤더(531)와 데이터 필드(532)를 포함하여 구성될 수 있다. U-헤더는 각 단말에 대해서 적용되는 헤더이며, 각 단말이 AP로 전송하는 데이터부(PPDU)의 첫번째 심볼에 위치될 수 있다.

한편, 하향링크 프레임의 U-헤더(예컨대, 431)는 앞서 설명된 첫번째 방안에서 AP로부터 각 단말로의 정보 전달에 이용될 수 있다. 즉, AP가 각 단말이 송신하는 상향링크 프레임에 기초하여 측정한 각 단말이 경험하는 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 대한 정보가 하향링크 프레임의 U-헤더를 이용하여 각 단말에게 전달될 수 있다(인-밴드 제어 방식의 경우). 각 단말은 하향링크 프레임의 U-헤더를 통해서 전달된 정보를 활용하여 자신의 상향링크 전송을 보정할 수 있다. 즉, AP에서 프레임 수신이 용이하도록 각 단말의 옵셋 및 송신 출력 등이 하향링크 프레임의 U-헤더를 이용하여 보정될 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 U-헤더의 구조를 도시한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 상향링크 U-헤더(600)는 URTDN 데이터의 성공적 수신 확률을 높이기 위해 가드 인터벌(inter-user guard interval(GI), 610) 및 시간/주파수 동기 및 채널 응답 추정을 위한 트레이닝 필드(UTF(URTDN training field), 620)를 포함할 수 있다.

GI(610)는 주파수 옵셋과 전송 지연 등에 의한 불확실성을 반영하여 결정될 수 있다. GI는 주기적으로 시각 정보가 재동기되는 등시성을 가진 URTDN에서 주파수 옵셋에 의해 발생할 수 있는 최대 오차와 최대 전송지연 등을 반영할 수 있다. 예컨대, GI는 0.8us의 길이를 가질 수 있다.

UTF(620)는 종래 기술에 따른 L-STF와 L-LTF를 대신하여 대략적인 튜닝(coarse tuning) 및 세밀한 튜닝(fine tuning)을 위해 사용될 수 있다. UTF(620)는 AP의 요구에 따라서 종래 L-STF가 간략화된 U-STF 또는 종래 L-LTF가 간략화된 U-LTF로 구성될 수 있다. 예를 들어, U-STF는 종래 L-STF를 구성하는 8개 시퀀스들을 4개 시퀀스들로 줄인 구조를 가질 수 있고, U-LTF는 종래 L-LTF를 구성하는 2개 시퀀스들을 1개의 시퀀스로 줄인 구조를 가질 수 있다. 예컨대, U-STF와 U-LTF는 모두 3.2us의 길이를 가질 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 동기 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7을 참조하면, AP(710)와 단말(720)은 먼저 대략적인 튜닝(coarse tuning)을 수행할 수 있다. 대략적인 튜닝은 선택적인(optional) 절차일 수 있다. 대략적인 튜닝에서는 후술될 인-밴드 또는 아웃-오브-밴드 제어 방식에 따른 폐회로 방식의 상향링크 동기 절차가 수행되지 않을 수 있다.

대략 튜닝 절차에서, AP(710)는 단말(720)로 하향링크 프레임을 전송할 수 있고, 단말(720)은 AP(710)로부터 전송된 하향링크 프레임을 수신할 수 있다(S701). 단말은 수신된 하향링크 프레임(즉, 하향링크 프레임의 프리앰블)에 기초하여 AP와 각 단말 간의 채널의 감쇄, 주파수 오프셋. 및/또는 위상 오차를 추정하고, 추정된 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 따른 보정을 수행할 수 있다.

한편, 단말(720)은 AP(710)로 상향링크 프레임을 전송할 수 있고, AP(710)는 단말(720)로부터 전송된 상향링크 프레임을 수신할 수 있다(S702). AP는 수신된 상향링크 프레임(즉, 상향링크 프레임의 프리앰블 및 상향링크 U-헤더의 UTF)에 기초하여 AP와 각 단말 간의 채널의 감쇄, 주파수 오프셋. 및/또는 위상 오차를 추정하고, 추정된 채널의 감쇄, 주파수 오프셋, 및/또는 위상 오차에 따른 보정을 수행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 미세 튜닝 절차가 개시될 수 있다. 미세 튜닝 절차는 인-밴드 제어 방식과 아웃-오브-밴드 제어 방식이 이용될 수 있다. AP(710)는 인-밴드 제어 방식과 아웃-밴드 제어 방식 중 적용할 제어 방식을 선택할 수 있다(S710).

AP(710)는 단말(720)로부터 수신한 상향링크 프레임(즉, 상향링크 프레임의 프리앰블 및 상향링크 U-헤더의 UTF)에 기초하여 추정된 단말(720)과 AP(710) 간의 채널 정보에 따라 단말(720)에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 생성할 수 있다. 인-밴드 제어 방식과 아웃-밴드 제어 방식은 이러한 보정 지시 정보를 AP(710)가 단말(720)에게 전달하는 방식들을 의미할 수 있다.

인-밴드 제어 방식에서는, AP(710)와 단말(720)는 하향링크/상향링크 U-헤더들을 지속적으로 교환하면서, U-헤더들을 이용하여 상향링크 전송에 대한 보정(송신 전력, 타이밍 옵셋, 및/또는 주파수 옵셋에 대한 보정)을 수행할 수 있다.

아웃-밴드 제어 방식에서는, 최초의 세밀한 튜닝에 대해서만 하향링크/상향링크 U-헤더들이 이용될 수 있다. 즉, U-헤더의 '페이로드 타입(payload type)'이 'DATA'로 변경되면 U-헤더는 데이터 전송을 위하여 이용될 수 있다. 최초의 세밀한 튜닝을 제외하면, 앞서 설명된 보정 지시 정보는 U-헤더를 대신하는 아웃-오브-밴드 제어 메시지를 이용한 단말로 전달될 수 있다.

따라서, 최초 제어인 경우 또는 인-밴드 제어 방식이 적용된 경우는 AP(710)는 보정 지시 정보를 포함한 하향링크 U-헤더를 포함한 하향링크 프레임을 전송하고, 단말(720)은 상향링크 U-헤더를 포함한 상향링크 프레임을 전송할 수 있다(S721). 반면, 아웃-밴드 제어 방식이 적용된 경우는 AP(710)는 아웃-오브-밴드 제어 메시지를 이용하여 보정 지시 정보를 단말(720)에게 전달할 수 있다(S722).

하기 표 1은 3바이트(24bits)로 구성된 하향링크 U-헤더의 예를 도시한 표이다.

비트	설명	기본값(default)
23	Active=1	0
22	하향링크 페이로드 타입(downlink payload type)0: CONTROL (L-LTF, SIGNAL) 1: DATA	0
21~20	상향링크 제어 메시지(AP단말)00: NOP (NO operation) 01: 전송 전력(TX power) 10: 타이밍 옵셋 보정 11: 주파수 옵셋 보정	00
19	상향링크 제어값 부호0: 감소(decrease (-)) 1: 증가(increase (+)) '상향링크 제어 메시지'가 00이 아닐 경우 유효	0
18~16	상향링크 제어값(AP단말)000~111 '상향링크 제어 메시지'가 00이 아닐 경우 유효	0
15	상항링크 U-헤더 타입0: U-STF 1: U-LTF	0
14~13	상향링크 페이로드 타입(uplink payload type)00: L-STF 01: L-LTF 10: CONTROL (SIGNAL) 11: DATA	00
12~0	예약(reserved)	0

표 1에서, '하향링크 페이로드 타입'이 'DATA'로 설정이 되면 하향링크 U-헤더는 보정 지시 정보의 전달이 아닌 데이터 전송의 용도로 이용될 수 있다. 예컨대, 하향링크 페이로드 타입'이 'DATA'로 설정된 이후부터 하향링크 U-헤더는 각 단말에 대한 데이터 부에 더 이상 존재하지 않을 수 있다.

'상향링크 제어 메시지'는 AP(710)가 단말(720)에게 보정의 대상을 지시하기 위한 정보로서, 전송 전력, 타이밍 옵셋, 또는 주파수 옵셋이 보정의 대상임을 지시하거나 보정의 대상이 없음(즉, NOP)을 지시할 수 있다. '상향링크 제어 메시지'가 NOP로 설정되지 않은 경우 '상향링크 제어값 부호'와 '상향링크 제어값'은 보정의 대상(전송 전력, 타이밍 옵셋, 또는 주파수 옵셋)에 대한 제어 값의 부호(증가 또는 감소)와 보정의 대상에 대한 변화 량을 각각 지시할 수 있다.

표 2는 2바이트(16bits)로 구성된 하향링크 U-헤더의 예를 도시한 표다. 표 2의 U-헤더는 표 1에 비하여 축약된 정보를 가질 수 있다. 그러나, 표 2의 U-헤더가 포함하는 정보는 표 1의 정보와 유사하다.

비트	설명	기본값(default)
15	Active=1	0
14	하향링크 페이로드 타입(downlink payload type)0: CONTROL (SIGNAL) 1: DATA	0
13-12	상향링크 제어 메시지(AP단말)00: NOP (NO operation) 01: 전송 전력(TX power) 10: 타이밍 옵셋 보정 11: 주파수 옵셋 보정	00
11	상향링크 제어값 부호0: 감소(decrease (-)) 1: 증가(increase (+)) '상향링크 제어 메시지'가 00이 아닐 경우 유효	0
10-8	상향링크 제어값(AP단말)000~111 '상향링크 제어 메시지'가 00이 아닐 경우 유효	0
7-0	현재 시퀀스 번호	0

도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 노드의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 8를 참조하여 설명되는 통신 노드는 앞서 설명된 AP 및/또는 단말일 수 있다. 도 8을 참조하면, 통신 노드(800)는 적어도 하나의 프로세서(810), 메모리(820) 및 네트워크와 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(830)를 포함할 수 있다. 또한, 통신 노드(800)는 입력 인터페이스 장치(840), 출력 인터페이스 장치(850), 저장 장치(860) 등을 더 포함할 수 있다. 통신 노드(800)에 포함된 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(870)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.

다만, 통신 노드(800)에 포함된 각각의 구성요소들은 공통 버스(870)가 아니라, 프로세서(810)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(810)는 메모리(820), 송수신 장치(830), 입력 인터페이스 장치(840), 출력 인터페이스 장치(850) 및 저장 장치(860) 중에서 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수도 있다.

프로세서(810)는 메모리(820) 및 저장 장치(860) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(810)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 메모리(820) 및 저장 장치(860) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(820)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

컴퓨터 판독 가능 매체의 예에는 롬, 램, 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

무선 시간 민감형 네트워크(wireless time sensitive network, WTSN)에서 AP(access point)의 동작 방법으로,
단말로부터 상향링크 프레임을 수신하는 단계;
상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 생성하는 단계; 및
상기 보정 지시 정보를 상기 단말에게 하향링크 프레임을 통해 전송하는 단계를 포함하고,
상기 상향링크 프레임은:
공통 프리앰블 부; 및
상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각의 상향링크 데이터 부를 포함하고,
상기 단말의 상향링크 데이터 부는 상향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함하는,
AP의 동작 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 상향링크 U-헤더는 GI(guard interval)와 트레이닝 필드(training field)를 포함하는,
AP의 동작 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 GI는 0.8 usec의 길이를 가지며, 상기 트레이닝 필드는 3.2 usec의 길이를 가지는 축약된 L-STF(legacy short training field) 또는 L-LTF(legacy long training field)로 구성되는,
AP의 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 하향링크 프레임은:
공통 프리앰블 부; 및
상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각에 대한 데이터 부를 포함하고,
상기 단말에 대한 데이터 부는 하향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함하는,
AP의 동작 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 최초 제어의 경우 또는 인-밴드(in-band control) 제어 방식이 이용될 경우 상기 하향링크 U-헤더에 포함되어 전송되는,
AP의 동작 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 제어 방식이 이용될 경우 아웃-오브-밴드 제어 메시지에 포함되어 전송되고, 상기 하향링크 U-헤더의 자원은 상기 단말에 대한 데이터 전송에 이용되는,
AP의 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 상기 단말의 전송 전력, 상기 단말과 상기 AP 간의 채널에 대한 타이밍 옵셋, 및/또는 상기 채널에 대한 주파수 옵셋에 대한 보정을 지시하는 정보로 구성되는,
AP의 동작 방법.
무선 시간 민감형 네트워크(wireless time sensitive network, WTSN)에서 동작하는 단말(terminal)의 동작 방법으로,
AP(access point)에게 상향링크 프레임을 전송하는 단계;
상기 AP로부터 하향링크 프레임을 수신하는 단계-상기 하향링크 프레임은 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 포함함; 및
상기 보정 지시 정보에 기초한 보정을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 상향링크 프레임은:
공통 프리앰블 부; 및
상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각의 상향링크 데이터 부를 포함하고,
상기 단말의 상향링크 데이터 부는 상향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함하는,
단말의 동작 방법.
삭제
청구항 9에 있어서,
상기 상향링크 U-헤더는 GI(guard interval)와 트레이닝 필드(training field)를 포함하는,
단말의 동작 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 GI는 0.8 usec의 길이를 가지며, 상기 트레이닝 필드는 3.2 usec의 길이를 가지는 축약된 L-STF(legacy short training field) 또는 L-LTF(legacy long training field)로 구성되는,
단말의 동작 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 하향링크 프레임은:
공통 프리앰블 부; 및
상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각에 대한 데이터 부를 포함하고,
상기 단말에 대한 데이터 부는 하향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함하는,
단말의 동작 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 최초 제어의 경우 또는 인-밴드(in-band control) 제어 방식이 이용될 경우 상기 하향링크 U-헤더에 포함되어 전송되는,
단말의 동작 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 제어 방식이 이용될 경우 아웃-오브-밴드 제어 메시지에 포함되어 전송되고, 상기 하향링크 U-헤더의 자원은 상기 단말에 대한 데이터 전송에 이용되는,
단말의 동작 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 상기 단말의 전송 전력, 상기 단말과 상기 AP 간의 채널에 대한 타이밍 옵셋, 및/또는 상기 채널에 대한 주파수 옵셋에 대한 보정을 지시하는 정보로 구성되는,
단말의 동작 방법.
무선 시간 민감형 네트워크(wireless time sensitive network, WTSN)에서 동작하는 단말(terminal)로서,
프로세서(processor);
상기 프로세서에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 포함하는 메모리; 및
상기 프로세서에 의해 제어되는 송수신기(transceiver)를 포함하고,
상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 명령어들은 상기 프로세서가:
상기 송수신기를 이용하여 AP(access point)에게 상향링크 프레임을 전송하는 단계;
상기 송수신기를 이용하여 상기 AP로부터 하향링크 프레임을 수신하는 단계-상기 하향링크 프레임은 상기 상향링크 프레임에 기초하여 추정된 상기 단말과 상기 AP간의 채널 정보에 따라 상기 단말에서 수행될 보정에 대한 보정 지시 정보를 포함함; 및
상기 보정 지시 정보에 기초한 보정을 수행하는 단계를 수행하도록 하고,
상기 하향링크 프레임은:
공통 프리앰블 부; 및
상기 단말을 포함한 복수의 단말들 각각에 대한 데이터 부를 포함하고,
상기 단말에 대한 데이터 부는 하향링크 U-헤더(header) 및 데이터 필드를 포함하는,
단말.
삭제
청구항 17에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 최초 제어의 경우 또는 인-밴드(in-band control) 제어 방식이 이용될 경우 상기 하향링크 U-헤더에 포함되어 전송되는,
단말.
청구항 17에 있어서,
상기 보정 지시 정보는 아웃-오브-밴드(out-of-band) 제어 방식이 이용될 경우 아웃-오브-밴드 제어 메시지에 포함되어 전송되고, 상기 하향링크 U-헤더의 자원은 상기 단말에 대한 데이터 전송에 이용되는,
단말.