KR20080093358A

KR20080093358A - 데이터를 송수신하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080093358A
Application number: KR1020070104609A
Authority: KR
Inventors: 오지성; 김성수; 권창열; 김재화
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2008-10-21
Also published as: KR101424527B1

Abstract

본 발명은 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 고주파 대역에서 방향성 있는 통신을 수행하는 스테이션들이 원활한 빔 형성(beam forming)을 수행하기 위하여 상대 스테이션의 안테나 성능을 고려하여 빔 형성을 수행하는 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터를 송신하는 장치는 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 수신 안테나부(550)의 통신 성능을 확인하는 통신 성능 확인부와, 상기 확인된 수신 안테나부(550)의 통신 성능 및 구비된 송신 안테나부(450)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 송신 안테나부(450)를 제어하는 안테나 제어부 및 상기 송신 안테나부(450)를 통하여 데이터를 송신하는 통신부를 포함한다.

안테나, 빔 형성(beam forming)

Description

데이터를 송수신하는 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving data}

본 발명은 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 대역에서 방향성 있는 통신을 수행하는 스테이션들이 원활한 빔 형성(beam forming)을 수행하기 위하여 상대 스테이션의 안테나 성능을 고려하여 빔 형성을 수행하는 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

네트워크가 무선화 되어가고 있고 대용량의 멀티미디어 데이터 전송 요구의 증대로 인하여 무선 네트워크 환경에서의 효과적인 전송법에 대한 연구가 요구되고 있다. 더욱이, DVD(Digital Video Disk) 영상, HDTV(High Definition Television) 영상 등 고품질 비디오를 다양한 홈 디바이스 간에 무선으로 전송할 필요성이 높아지는 추세에 있다.

현재 IEEE의 한 태스크 그룹(task group)인 802.15.3c에서는 무선 홈 네트워크에서 대용량의 데이터를 전송하기 위한 기술 표준을 추진 중에 있다. 소위, mmWave(Millimeter Wave)라고 불리는 이 표준은, 대용량 데이터 전송을 위하여 물리적인 파장의 길이가 밀리미터인 전파(즉, 30GHz 내지 300GHz의 주파수를 갖는 전 파)를 이용한다. 종래에는 이러한 주파수대는 무허가 밴드(unlicensed band)로서 통신사업자용이나 전파 천문용, 또는 차량 충돌방지 등의 용도로 제한적으로 사용되어 왔다.

도 1은 IEEE 802.11 계열의 표준과 mmWave간에 주파수 대역을 비교하는 도면이다. IEEE 802.11b나 IEEE 802.11g는 반송파 주파수가 2.4GHz이며, 채널 대역폭은 20MHz 정도이다. 또한, IEEE 802.11a나 IEEE 802.11n은 반송파 주파수가 5GHz이며, 채널 대역폭은 마찬가지로 20MHz 정도이다. 이에 반하여, mmWave는 60GHz의 반송파 주파수를 사용하며, 대략 0.5 내지 2.5GHz의 채널 대역폭을 갖는다. 따라서, mmWave는 기존의 IEEE 802.11 계열의 표준에 비하여 훨씬 큰 반송파 주파수 및 채널 대역폭을 가짐을 알 수 있다. 이와 같이, 밀리미터 단위의 파장을 갖는 고주파 신호(밀리미터 웨이브)를 이용하면, 수 기가 비트(Gbps) 단위의 매우 높은 전송률을 나타낼 수 있고, 안테나 크기를 1.5mm이하로 할 수 있어 안테나를 포함한 단일 칩을 구현할 수 있다. 또한, 공기 중 감쇠율(attenuation ratio)이 매우 높기 때문에 기기간에 간섭을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.

특히, 최근에는 밀리미터 웨이브가 갖는 고 대역폭을 이용하여 무선 기기간에 비압축 오디오 또는 비디오 데이터(이하, 비압축 데이터라고 함)를 전송하기 위한 연구가 이루어지고 있다. 압축 데이터는 모션 보상, DCT 변환, 양자화, 가변길이 부호화 등의 과정을 통하여, 인간의 시각, 청각에 덜 민감한 부분을 제거하는 방식으로 손실 압축된다. 반면에, 비압축 데이터는 화소 성분을 나타내는 디지털 값(예를 들어, R, G, B 성분)을 그대로 포함한다.

위와 같은 네트워크 환경에서 데이터를 송수신하는 스테이션은 안테나를 구비하게 되는데, 송신 스테이션에 구비된 안테나와 수신 스테이션에 구비된 안테나가 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 송신 스테이션에는 위상 어레이 안테나(phased array antenna)가 구비되어 있고, 수신 스테이션에는 싱글 안테나(single antenna)가 구비되어 있을 수 있는 것이다. 이 때, 송신 스테이션은 안테나 가중치 벡터(AWV; Antenna Weight Vector) 교환을 통한 빔 형성(beam forming)을 수행하려고 하는데 수신 스테이션은 이에 대한 응답을 보낼 수 없으므로 올바른 빔 형성이 수행될 수 없다.

따라서, 송신 스테이션 및 수신 스테이션에 구비된 안테나가 서로 상이하더라도 올바른 빔 형성이 수행될 수 있도록 하는 발명의 등장이 요구된다.

본 발명은 고주파 대역에서 방향성 있는 통신을 수행하는 스테이션들로 하여금 상대 스테이션의 안테나 성능을 고려하여 빔 형성을 수행하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 데이터를 송신하는 장치는 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 수신 안테나부(550)의 통신 성능을 확인하는 통신 성능 확인부와, 상기 확인된 수신 안테나부(550)의 통신 성능 및 구비된 송신 안테나부(450)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 송신 안테나부(450)를 제어하는 안테나 제어부 및 상기 송신 안테나부(450)를 통하여 데이터를 송신하는 통신부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터를 수신하는 장치는 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 송신 안테나부(450)의 통신 성능을 확인하는 통신 성능 확인부와, 상기 확인된 송신 안테나부(450)의 통신 성능 및 구비된 수신 안테나부(550)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 수신 안테나부(550)를 제어하는 안테나 제어부 및 상기 수신 안테나부(550)를 통하여 데이터를 수신하는 통신부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터를 송신하는 방법은 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 수신 안테나부(550)의 통신 성능을 확인하는 단계와, 상기 확인된 수신 안테나부(550)의 통신 성능 및 구비된 송신 안테나부(450)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 송신 안테나부(450)를 제어하는 단계 및 상기 송신 안테나부(450)를 통하여 데이터를 송신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 데이터를 수신하는 방법은 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 송신 안테나부(450)의 통신 성능을 확인하는 단계와, 상기 확인된 송신 안테나부(450)의 통신 성능 및 구비된 수신 안테나부(550)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 수신 안테나부(550)를 제어하는 단계 및 상기 수신 안테나부(550)를 통하여 데이터를 수신하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 고주파 대역에서 방향성 있는 통신을 수행하는 스테이션들로 하여금 상대 스테이션의 안테나 성능을 고려하여 빔 형성을 수행하도록 함으로써, 빔 형성 에 소요되는 시간을 단축시키는 장점이 있다.

둘째, 수신 스테이션에 의하여 불필요한 연산이 수행되는 것을 방지하는 장점도 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 실시예에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부' 들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템을 나타낸 개념도로서, 무선 네트워크 시스템은 무선 네트워크 조정자(Wireless Network Coordinator)(210) 및 스테이션(Wireless Network Station)(221, 222, 223, 224)을 포함하여 구성된다.

무선 네트워크 조정자(210)는 비콘 프레임을 송신하여 네트워크상에 존재하는 스테이션(221, 222, 223, 224)의 대역 할당(bandwidth allocation)을 조정하는 역할을 한다. 즉, 네트워크를 구성하는 적어도 하나 이상의 스테이션들(221, 222, 223, 224)은 수신된 비콘 프레임을 참조하여 대역을 할당 받기 위하여 대기하거나, 대역이 자신에게 할당된 경우 할당된 대역을 통하여 다른 스테이션에게 송신하고자 하는 데이터를 송신할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 네트워크는 적어도 하나 이상의 채널 타임 블록(Channel Time Block)을 포함하는 수퍼 프레임에 따라 구성되는데, 채널 타임 블록은 네트워크상의 특정 스테이션에게 대역이 할당되도록 예약된 시간 구간인 예약 채널 타임 블록(Reserved Channel Time Block)과 네트워크상의 스테이션 중 경쟁을 통하여 선택된 하나의 스테이션에게 대역이 할당된 시간 구간인 비예약 채널 타임 블록(Unreserved Channel Time Block)으로 분류될 수 있다. 여기서, 채널 타임 블 록은 네트워크상에 존재하는 스테이션간에 데이터가 송수신되는 일정한 시간 구간(Time Period)를 의미하는 것으로서, 예약 채널 타임 블록 및 비예약 채널 타임 블록은 각각 채널 타임 할당 구간(Channel Time Allocation Period) 및 경쟁 접근 구간(Contention Access Period)에 대응된다.

송신하고자 하는 데이터를 갖고 있는 스테이션은 비예약 채널 타임 블록에서 다른 스테이션과 경쟁하여 데이터를 송신하거나, 자신에게 할당된 예약 채널 타임 블록에서 데이터를 송신할 수 있다.

한편, 60GHz의 반송파 주파수를 사용하여 0.5 내지 2.5GHz의 채널 대역폭으로 데이터 송신을 가능하게 하는 밀리미터 웨이브 기술에 따르면, 방향성 있는 통신이 요구될 수 있다. 즉, 송신 스테이션(400)과 수신 스테이션(500)에 구비된 안테나를 서로 마주보게 하여 데이터 통신을 수행하여야 하는 것인데, 이에 따라 전파의 방향을 동기화 시켜주기 위한 빔 형성(beam forming)을 수행하는 것이 바람직하다.

여기서, 빔 형성은 고주파 대역에서 데이터의 송수신을 원활하게 수행될 수 있도록 하기 위하여 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)에 구비된 안테나의 전파 방향이 일치하게 되도록 전파의 방향을 조정하는 것으로 이해될 수 있다.

스테이션에 구비된 안테나는 하나의 안테나로 구성된 싱글 안테나, 복수 개의 안테나로 구성된 스위치 안테나 또는 위상 조절이 가능한 복수 개의 안테나로 구성된 위상 어레이 안테나일 수 있다.

싱글 안테나는 방향성 있는 하나의 안테나로 구성된 것으로서 안테나에 의한 전파의 방향은 조정할 수 없다.

스위치 안테나는 방향성 있는 복수 개의 안테나로 구성된 것으로서, 각 안테나에 의한 전파의 방향은 조정할 수 없지만, 각 안테나의 방향을 다르게 설정하고 그 중 선택된 안테나로만 전파를 송수신함으로써 전파의 방향을 선택할 수 있다.

위상 어레이 안테나는 스위치 안테나와 마찬가지로 방향성 있는 복수 개의 안테나로 구성된 것으로서, 각 안테나의 위상을 조절함으로써 전파의 방향을 조정할 수 있다.

고주파 대역에서 데이터를 송수신하기 위해서는 위상 어레이 안테나를 구비하고 이에 따른 빔 형성을 수행하는 것이 바람직한데, 위상 어레이 안테나간의 빔 형성 과정은 다소 복잡한 절차를 수반하게 된다.

또한, 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)에 구비된 안테나 중 하나는 위상 어레이 안테나이고 다른 하나는 싱글 안테나인 경우, 위상 어레이 안테나간의 빔 형성 과정은 불필요한 작업이 될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)은 빔 형성을 수행하기 전에 상대 스테이션의 통신 성능을 확인한 후 그에 따른 빔 형성을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 계층의 개념도이다.

일반적으로, 통신 계층(300)은 최하위에 무선 신호가 전파되는 소정 주파수 대역의 물리적 매체를 의미하는 채널(channel) 층(340)으로부터 시작하여, RF 층(Radio Frequency layer)(332) 및 기저대역 층(Baseband layer)(331)을 포함하는 PHY 층(Physical layer)(330)과, MAC 층(Media Access Control layer)(320) 및 상위 층(upper layer)(310)으로 구성된다. 여기서, 상위 층(310)은 MAC 층(320) 이상의 층으로서 LLC 층(Logical Link Control layer), 네트워크 층, 전송 층 및 어플리케이션 층 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 무선 채널은 60GHz와 같은 고주파 대역뿐만 아니라, 2.4GHz 또는 5GHz와 같은 저주파 대역을 포함할 수 있는데, 이에 따라 채널 층(340)은 방향성이 있는 단방향 통신뿐만 아니라, 방향성이 없는 전방향 통신을 수행할 수도 있다. 여기서, 방향성이 없는 전방향 통신을 수행하는 경우 빔 형성 과정은 생략될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터를 송신하는 장치를 나타낸 블록도로서, 데이터를 송신하는 장치 즉, 송신 스테이션(400)은 CPU(410), 메모리(420), MAC 유닛(430), 통신부(440), 안테나부(450), 패턴 생성부(460), 응답 패턴 감지부(470), 통신 성능 확인부(480) 및 안테나 제어부(490)를 포함하여 구성된다.

CPU(410)는 버스에 연결되어 있는 다른 구성 요소들을 제어하며, 도 3에 도시된 상위 층의 작업을 담당한다. 따라서, CPU(410)는 MAC 유닛(430)으로부터 제공되는 수신 데이터(수신 MSDU; MAC Service Data Unit)를 처리하거나 송신 데이터(송신 MSDU)를 생성하여 MAC 유닛(430)에 제공한다.

메모리(420)는 데이터를 저장하는 역할을 한다. 메모리(420)는 하드 디스크, 플래시 메모리, CF 카드(Compact Flash Card), SD 카드(Secure Digital Card), SM 카드(Smart Media Card), MMC(Multimedia Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등 정보의 입출력이 가능한 모듈로서 스테이션의 내부에 구비되어 있을 수도 있고, 별도의 장치에 구비되어 있을 수도 있다. 메모리(420)가 별도의 장치에 구비되어 있는 경우 통신부(440)가 별도의 장치와 통신을 수행하여 데이터 송수신을 수행할 수 있다.

MAC 유닛(430)은 CPU(410)로부터 제공된 MSDU, 즉 송신할 데이터에 MAC 헤더를 부가하여 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 생성한다.

통신부(440)는 MAC 유닛(430)에 의하여 생성된 MPDU를 무선 신호로 변환한 후 통신 채널을 통하여 송신하는 역할을 한다. 이를 위하여, 통신부(440)는 기저대역 프로세서(Baseband processor)(441) 및 RF 유닛(442)을 포함하여 구성되며 안테나부(450)와 연결된다. 여기서, 안테나부(450)는 적어도 하나 이상의 안테나를 포함하여 구성될 수 있는데, 안테나의 종류로는 싱글 안테나, 스위치 안테나 또는 위상 어레이 안테나일 수 있다.

기저대역 프로세서(441)는 MAC 유닛(430)에서 생성된 MPDU를 제공받아 시그널 필드 및 프리앰블을 부가하여 PPDU를 생성한다. 그러면, RF 유닛(442)은 생성된 PPDU를 무선 신호로 변환한 후 안테나부(450)를 통하여 송신한다.

통신 성능 확인부(480)는 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 안테나부의 통신 성능을 확인하는 역할을 한다. 즉, 통신 성능 확인부(480)는 수신 스테이션(500)에 구비된 안테나부(이하, 수신 안테나부라 한다)(550)의 통신 성능을 확인하는 것이다.

여기서, 통신 성능 데이터는 빔 형성이 수행되기 전에 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)간에 통신부(440, 540)를 통하여 교환되는데, 통신 성능 데이터에는 상대 스테이션에 구비된 안테나부(550)의 통신 성능으로서, 안테나부(550)의 종류 및 안테나부(550)에 포함된 안테나의 수가 포함될 수 있다.

안테나 제어부(490)는 확인된 수신 안테나부(550)의 통신 성능 및 구비된 안테나부(송신 안테나부)(450)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 구비된 안테나부(450)를 제어하는 역할을 한다.

여기서, 빔 형성 모드는 송신 안테나부(450)의 종류 및 수신 안테나부(550)의 종류에 따라 결정될 수 있는데 예를 들어, 싱글 안테나, 스위치 안테나 및 위상 어레이 안테나 중 하나의 안테나가 각 스테이션에 구비된 경우 그 조합에 따라 9개의 빔 형성 모드가 존재할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 스테이션 및 수신 스테이션에 구비된 안테나의 종류에 따른 빔 형성 모드를 나타낸 테이블로서, 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)은 테이블(600)에 명시된 조합에 따라 동작을 수행할 수 있다. 이를 위하여 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)의 메모리(420, 520)에는 빔 형성 모드 테이블(600)이 저장되어 있을 수 있다.

패턴 생성부(460)는 송신 안테나 가중치 벡터(TX AWV; Transmitter Antenna Weight Vector) 패턴(이하, TX AWV 패턴이라 한다)을 생성하는 역할을 수행하고, 이에 대한 응답으로 수신된 피드백 응답 패턴은 응답 패턴 감지부(470)에 의하여 분석되어, 그 결과에 따라 안테나 제어부(490)는 송신 안테나부(450)를 제어한다. TX AWV 패턴은 통신부(440)를 통하여 수신 스테이션(500)으로 송신되는데, 송신 안 테나부(450)의 종류에 따라 아이덴티티 행렬(Identity Matrix) 또는 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)의 형태를 가질 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 TX AWV 패턴을 나타낸 도면으로서, 각 안테나에 부여된 훈련 신호의 방향을 매 회시마다 다르게 설정된 TX AWV 패턴(700)을 나타낸다. 패턴 생성부(460)는 매 회시마다 TX AWV 패턴의 슬롯(slot)(710)을 생성할 수 있으며, 도 7에 도시된 것과 같은 TX AWV 패턴(700)이 메모리(420)에 저장된 경우 매 회시마다 하나의 슬롯(710)을 추출할 수도 있다.

안테나부(450, 550)는 싱글 안테나, 스위치 안테나 또는 위상 어레이 안테나일 수 있는데, TX AWV 패턴은 빔 형성을 수행하기 위하여 사용되는 패턴으로서 만일 송신 스테이션(400)에 구비된 안테나부(450)가 싱글 안테나로 구성된 경우 실제적인 빔 형성이 수행되지 않으므로, 이 때 패턴 생성부(460)는 TX AWV 패턴을 생성하지 않을 수 있다.

송신 안테나부(450)가 스위치 안테나인 경우, 패턴 생성부(460)는 아이덴티티 행렬인 TX AWV 패턴을 생성하고, 이에 대한 응답으로 수신된 피드백 응답 패턴을 참조하여 안테나 제어부(490)는 송신 안테나부(450)에 포함된 안테나 중 하나를 선택할 수 있다. 이 때, 피드백 응답 패턴에는 데이터의 송신이 가장 원활한 것으로 예측되는 하나의 안테나(이하, 최적 TX 안테나라 한다)가 명시되어 있는데, 안테나 제어부(490)는 해당 안테나를 통하여 데이터가 송신되도록 하는 것이다.

그리고, 송신 안테나부(450)가 위상 어레이 안테나인 경우, 패턴 생성부(460)는 하다마드 행렬인 TX AWV 패턴을 생성하고, 이에 대한 응답으로 수신된 패드백 응답 패턴을 참조하여 안테나 제어부(490)는 송신 안테나부(450)에 포함된 안테나의 전파 방향을 조절할 수 있다. 이 때, 피드백 응답 패턴에는 TX AWV 패턴에 대한 응답으로 데이터의 송신이 가장 원활한 것으로 예측되는 전파 방향(이하, 최적 TX AWV라 한다)이 명시되어 있는데, 안테나 제어부(490)는 안테나의 위상을 수정하여 안테나의 전파 방향을 조절하는 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 위상 어레이 안테나를 구비한 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)간의 통신을 나타낸 개념도로서, 송신 안테나부(450) 및 수신 안테나부(550)가 복수 개의 안테나(811, 821) 및 위상 조절부(812, 822)로 구성된 것을 나타내고 있다. 즉, 하나의 안테나(811, 821)에 하나의 위상 조절부(812, 822)가 대응되어 구비되는 것으로서, 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)의 안테나 제어부(490, 590)는 각 안테나(811, 821)에 대한 위상 조절부(812, 822)를 별도로 제어하여 안테나의 전파 방향이 수정되도록 한다.

위상 어레이 안테나를 통하여 60GHz와 같은 고주파 대역에서 고 전송률(HR; High Rate)로 데이터가 송수신되거나 2.4GHz 또는 5GHz와 같은 저주파 대역에서 저 전송률(LR; Low Rate)로 데이터가 송수신될 수 있다.

위상 어레이 안테나간의 빔 형성 과정은 도 9에 도시된 바와 같이 진행된다. 즉, 수신 스테이션(500)과 송신 스테이션(400)간에 타이밍(timing), 지연(delay), 주파수/위상 오프셋에 대한 동기화가 수행된 후 송신 스테이션(400)은 수신 스테이션(500)으로 TX AWV 훈련 신호를 송신한다(S910).

이에 따라, 수신 스테이션(500)은 최적 TX AWV를 산출하고(S920) 이를 피드 백 응답 패턴에 삽입한 후 송신 스테이션(400)으로 송신한다(S930).

송신 스테이션(400)은 피드백 응답 패턴에 포함된 최적 TX AWV에 따라 TX AWV를 결정한다(S940). 즉, 최적의 방향으로 안테나의 전파 방향을 조절하는 것이다.

그리고, 송신 스테이션(400)은 RX AWV 훈련 신호를 수신 스테이션(500)으로 송신하고(S950), 수신 스테이션(500)은 수신된 RX AWV를 참조하여 최적 RX AWV를 산출하고(S960) 이에 따라 안테나의 전파 방향을 조절한다.

도 9에 도시된 과정은 송신 스테이션(400) 및 수신 스테이션(500)간에 반복적으로 수행되어 지속적인 빔 형성이 수행된다.

다시 도 4를 설명하면, 패턴 생성부(460)는 수신 안테나 가중치 벡터(RX AWV; Receiver Antenna Weight Vector) 패턴(이하, RX AWV 패턴이라 한다)을 생성하는 역할도 수행하는데, RX AWV 패턴은 통신부(440)를 통하여 수신 스테이션(500)으로 송신된다. RX AWV 패턴은 수신 스테이션(500)으로부터 수신한 피드백 응답 패턴의 수신 감도를 통하여 생성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터를 수신하는 장치를 나타낸 블록도로서, 데이터를 수신하는 장치 즉, 수신 스테이션(500)은 CPU(510), 메모리(520), MAC 유닛(530), 통신부(540), 안테나부(550), 응답 패턴 생성부(560), 가중 벡터 산출부(570), 통신 성능 확인부(580) 및 안테나 제어부(590)를 포함하여 구성된다.

여기서, CPU(510), 메모리(520), MAC 유닛(530) 및 통신부(540)의 기능은 송신 스테이션(400)의 그것과 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

통신 성능 확인부(580)는 수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 송신 스테이션(400)에 구비된 안테나부(450)의 통신 성능을 확인하는 역할을 한다.

안테나 제어부(590)는 확인된 송신 안테나부(450)의 통신 성능 및 구비된 안테나부(수신 안테나부)(550)의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 구비된 안테나부(550)를 제어하는 역할을 한다.

응답 패턴 생성부(560)는 TX AWV 패턴에 대한 피드백 응답 패턴을 생성하는 역할을 한다. 피드백 응답 패턴에는 데이터의 송수신이 원활하게 수행될 수 있도록 하기 위한 정보(최적 TX 안테나 또는 최적 TX AWV)가 포함될 수 있다.

이 때, 송신 안테나가 스위치 안테나인 경우, 응답 패턴 생성부(560)는 송신 안테나부(450)에 포함된 안테나 중 하나 즉 최적 TX 안테나가 명시된 피드백 응답 패턴을 생성할 수 있다. 즉, 응답 패턴 생성부(560)는 송신 안테나부(450)에 포함된 안테나 중 데이터의 송신이 가장 원활한 것으로 예측되는 하나의 안테나를 선택하여 해당 안테나를 피드백 응답 패턴에 명시하는 것이다.

또한, 송신 안테나가 위상 어레이 안테나인 경우, 응답 패턴 생성부(560)는 송신 안테나부(450)에 포함된 안테나의 전파 방향이 명시된 피드백 응답 패턴을 생성할 수 있다. 즉, 응답 패턴 생성부(560)는 데이터의 송수신이 가장 원활한 것으로 예측되는 전파 방향 즉, 최적 TX AWV를 피드백 응답 패턴에 명시하는 것이다.

여기서, 최적 TX AWV는 가중 벡터 산출부(570)에 의하여 산출될 수 있는데, 최적 TX AWV에는 위상 어레이 안테나가 현재 향하고 있는 방향을 기준으로 이동시키고자 하는 전파 방향의 오프셋이 포함될 수 있으며, 위상 어레이 안테나의 기준 방향을 기준으로 이동시키고자 하는 전파 방향의 오프셋이 포함될 수도 있다. 가중 벡터 산출부(570)는 수신된 AWV를 분석하여 최적 AWV를 산출하는 역할을 수행하는 것으로서, 후술하는 최적 RX AWV를 산출하는 역할도 수행한다.

한편, 송신 안테나부(450)가 싱글 안테나로 구성된 경우 수신 스테이션(500)의 응답 패턴 생성부(560)는 피드백 응답 패턴을 생성하지 않을 수 있다.

또한, 수신 안테나부(550)의 종류에 따라 안테나 제어부(590)의 동작이 달라질 수도 있는데, 수신 안테나부(550)가 스위치 안테나인 경우 안테나 제어부(590)는 송신 스테이션(400)으로부터 수신된 RX AWV 패턴을 참조하여 수신 안테나부(550)에 포함된 안테나 중 하나를 선택할 수 있다. 즉, 안테나 제어부(590)는 수신 안테나부(550)에 포함된 안테나 중 RX AWV 패턴에 따라 데이터의 수신이 가장 원활한 것으로 예측되는 하나의 안테나를 선택하는 것이다.

그리고, 수신 안테나부(550)가 위상 어레이 안테나인 경우 안테나 제어부(590)는 송신 스테이션(400)으로부터 수신된 RX AWV 패턴을 참조하여 수신 안테나부(550)에 포함된 안테나의 전파 방향을 제어한다. 즉, 안테나 제어부(590)는 RX AWV 패턴에 따라 데이터의 수신이 가장 원활한 것으로 예측되는 방향(최적 RX AWV)을 산출한 후 해당 방향으로 안테나의 전파 방향을 조정하는 것이다.

한편, 수신 안테나부(550)가 싱글 안테나인 경우 안테나 제어부(590)는 빔 형성을 위한 어떠한 동작도 수행하지 않을 수 있다.

TX AWV 패턴, 피드백 응답 패턴 및 RX AWV 패턴은 반복적으로 송수신되어 빔 형성이 수행될 수 있는데, 송신 안테나부(450) 및 수신 안테나부(550)가 모두 싱글 안테나인 경우 통신 성능 확인만이 수행되고 패턴의 송수신은 수행되지 않을 수 있다.

즉, 수신 스테이션(500)과 송신 스테이션(400)간에 타이밍, 지연, 주파수/위상 오프셋에 대한 동기화가 수행되고, 상대 스테이션의 통신 성능이 확인된 후 패턴의 반복적인 송수신에 의한 빔 형성이 수행되는 것인데, 송신 안테나부(450) 및 수신 안테나부(550)가 모두 싱글 안테나와 같이 전파 방향의 조절이 불가능한 안테나인 경우 빔 형성 과정은 종료되는 것이다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 IEEE 802.11 계열의 표준과 mmWave 간에 주파수 대역을 비교하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무선 네트워크 시스템을 나타낸 개념도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신 계층의 개념도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 데이터를 송신하는 장치를 나타낸 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 데이터를 수신하는 장치를 나타낸 블록도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송신 스테이션 및 수신 스테이션에 구비된 안테나의 종류에 따른 빔 형성 모드를 나타낸 테이블이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 송신 안테나 가중치 벡터 패턴을 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 위상 어레이 안테나를 구비한 송신 스테이션 및 수신 스테이션간의 통신을 나타낸 개념도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 위상 어레이 안테나간의 빔 형성 과정을 나타낸 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

410 : CPU 420 : 메모리

430 : MAC 유닛 440 : 통신부

450 : 안테나부 460 : 패턴 생성부

470 : 응답 패턴 감지부 480 : 통신 성능 확인부

490 : 안테나 제어부

Claims

수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 수신 안테나부의 통신 성능을 확인하는 통신 성능 확인부;

상기 확인된 수신 안테나부의 통신 성능 및 구비된 송신 안테나부의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 송신 안테나부를 제어하는 안테나 제어부; 및

상기 송신 안테나부를 통하여 데이터를 송신하는 통신부를 포함하는 데이터를 송신하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 통신 성능은 상기 수신 안테나부 또는 상기 송신 안테나부의 종류 및 상기 수신 안테나부 또는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 수 중 적어도 하나를 포함하는 데이터를 송신하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 빔 형성 모드는 상기 수신 안테나부의 종류 및 상기 송신 안테나부의 종류에 따라 결정되는 데이터를 송신하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 안테나 제어부는 송신 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector) 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부를 제어하는 데이터를 송신하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 송신 안테나부가 스위치 안테나인 경우, 상기 안테나 제어부는 아이덴티티 행렬(Identity Matrix)인 상기 송신 안테나 가중치 벡터 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 상기 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나를 선택하는 데이터를 송신하는 장치.
제 4항에 있어서,

상기 송신 안테나부가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 안테나 제어부는 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)인 상기 송신 안테나 가중치 벡터 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 상기 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향을 조절하는 데이터를 송신하는 장치.
수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 송신 안테나부의 통신 성능을 확인하는 통신 성능 확인부;

상기 확인된 송신 안테나부의 통신 성능 및 구비된 수신 안테나부의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 수신 안테나부를 제어하는 안테나 제어부; 및

상기 수신 안테나부를 통하여 데이터를 수신하는 통신부를 포함하는 데이터를 수신하는 장치.
제 7항에 있어서,

수신된 송신 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector) 패턴에 대한 피드백 응답 패턴을 생성하는 응답 패턴 생성부를 더 포함하는 데이터를 수신하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 송신 안테나가 스위치 안테나인 경우, 상기 응답 패턴 생성부는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나가 명시된 상기 피드백 응답 패턴을 생성하는 데이터를 수신하는 장치.
제 8항에 있어서,

상기 송신 안테나가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 응답 패턴 생성부는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향이 명시된 상기 피드백 응답 패턴을 생성하는 데이터를 수신하는 장치.
제 7항에 있어서,

상기 수신 안테나부가 스위치 안테나인 경우, 상기 안테나 제어부는 수신된 수신 안테나 가중치 벡터 패턴을 참조하여 상기 수신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나를 선택하는 데이터를 수신하는 장치.
제 7항에 있어서,

상기 수신 안테나부가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 안테나 제어부는 수신된 수신 안테나 가중치 벡터 패턴을 참조하여 상기 수신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향을 제어하는 데이터를 수신하는 장치.
수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 수신 안테나부의 통신 성능을 확인하는 단계;

상기 확인된 수신 안테나부의 통신 성능 및 구비된 송신 안테나부의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 송신 안테나부를 제어하는 단계; 및

상기 송신 안테나부를 통하여 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 데이터를 송신하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 통신 성능은 상기 수신 안테나부 또는 상기 송신 안테나부의 종류 및 상기 수신 안테나부 또는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 수 중 적어도 하 나를 포함하는 데이터를 송신하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 빔 형성 모드는 상기 수신 안테나부의 종류 및 상기 송신 안테나부의 종류에 따라 결정되는 데이터를 송신하는 방법.
제 13항에 있어서,

상기 송신 안테나부를 제어하는 단계는 송신 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector) 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부를 제어하는 단계를 포함하는 데이터를 송신하는 방법.
제 16항에 있어서,

상기 송신 안테나부가 스위치 안테나인 경우, 상기 송신 안테나부를 제어하는 단계는 아이덴티티 행렬(Identity Matrix)인 상기 송신 안테나 가중치 벡터 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 상기 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 데이터를 송신하는 방법.
제 16항에 있어서,

상기 송신 안테나부가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 송신 안테나부를 제 어하는 단계는 하다마드 행렬(Hadamard Matrix)인 상기 송신 안테나 가중치 벡터 패턴을 송신함에 따른 응답으로 수신된 상기 피드백 응답 패턴을 참조하여 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향을 조절하는 단계를 포함하는 데이터를 송신하는 방법.
수신된 통신 성능 데이터를 참조하여 상대 스테이션에 구비된 송신 안테나부의 통신 성능을 확인하는 단계;

상기 확인된 송신 안테나부의 통신 성능 및 구비된 수신 안테나부의 통신 성능이 참조되어 결정된 빔 형성 모드에 따라 상기 수신 안테나부를 제어하는 단계; 및

상기 수신 안테나부를 통하여 데이터를 수신하는 단계를 포함하는 데이터를 수신하는 방법.
제 19항에 있어서,

수신된 송신 안테나 가중치 벡터(Antenna Weight Vector) 패턴에 대한 피드백 응답 패턴을 생성하는 단계를 더 포함하는 데이터를 수신하는 방법.
제 20항에 있어서,

상기 송신 안테나가 스위치 안테나인 경우, 상기 피드백 응답 패턴을 생성하는 단계는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나가 명시된 상기 피드백 응 답 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 데이터를 수신하는 방법.
제 20항에 있어서,

상기 송신 안테나가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 피드백 응답 패턴을 생성하는 단계는 상기 송신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향이 명시된 상기 피드백 응답 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 데이터를 수신하는 방법.
제 19항에 있어서,

상기 수신 안테나부가 스위치 안테나인 경우, 상기 수신 안테나부를 제어하는 단계는 수신된 수신 안테나 가중치 벡터 패턴을 참조하여 상기 수신 안테나부에 포함된 안테나 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 데이터를 수신하는 방법.
제 19항에 있어서,

상기 수신 안테나부가 위상 어레이 안테나인 경우, 상기 수신 안테나부를 제어하는 단계는 수신된 수신 안테나 가중치 벡터 패턴을 참조하여 상기 수신 안테나부에 포함된 안테나의 전파 방향을 제어하는 단계를 포함하는 데이터를 수신하는 방법.