KR20100065097A

KR20100065097A - 무선 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100065097A
Application number: KR1020090113087A
Authority: KR
Inventors: 손정보; 나해영; 윤찬호; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2010-06-15
Also published as: KR101205721B1

Abstract

본 발명은, 다중 채널 및 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원인 채널을 효율적으로 사용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 복수의 안테나들에 의해 형성된 복수의 채널들을 검색하고, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하여 상기 검색한 채널들을 분석하며, 상기 분석한 채널들 중에서 마스터(master) 채널을 선택한 후, 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브(slave) 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하고, 상기 마스터 채널에 대한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme) 레벨을 결정한 후, 상기 복수의 안테나들 중 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 결정하고, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 제외한 나머지 안테나들의 개수를 확인하고, 상기 확인한 개수에 상응하여 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 결정하며, 상기 결정한 안테나들을 이용하여 상기 복수의 채널들을 통해 데이터를 송수신한다.

무선 랜, 다중 안테나, 다중 채널, OFDM, CSMA/CA

Description

무선 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치 및 방법{Apparatus and method for transmitting/receiving data in a wireless communication system}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 채널 및 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 자원인 채널을 효율적으로 사용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-014-03, 과제명: 200Mbps급 IEEE 802.11n 모뎀 및 RF 칩셋 개발].

차세대 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS' 칭하기로 함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 무선 통신 시스템의 일 예로 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템에 대한 연구는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 규 격을 통해 활발하게 진행되고 있다. 그리고, 현재 WLAN 시스템은 단일 안테나에 하나의 채널만을 사용하여 통신을 수행하였으며, 최근에는 IEEE 802.11 시스템에 다중 안테나를 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 무선 통신 시스템의 성능 향상을 위해 자원, 예컨대 채널, 시간, 공간 등을 효과적으로 이용하기 위한 다양한 방안들이 제안되고 있다.

현재 무선 통신 시스템에 많이 적용되고 있는 것으로, 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함) 방식의 통신 시스템이 제안되었다. 상기 OFDM 방식의 통신 시스템은, 넓은 대역폭(bandwidth)에 많은 데이터를 전송하는 시스템으로, 채널을 구성하는 각각의 서브캐리어(subcarrier)들이 직교성(orthogonal)을 갖게 함으로써, 보다 많은 데이터를 전송할 수 있다. 아울러, 상기 OFDM 방식의 통신 시스템은, 전송하는 심볼(symbol)들 간의 간섭을 최소화함으로써, 채널 환경에 강인성을 갖는 등의 여러 가지 장점을 가진 시스템이다. 이러한 OFDM 방식의 통신 시스템에 다중 안테나를 적용할 경우, 공간적인 차원을 추가하여 높은 데이터 전송률을 갖게 되며, 또한 다이버시티 이득(diversity gain)을 획득함으로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 넓은 대역을 사용하는 통신 시스템에 보다 많은 사용자들이 용이하게 접근하기 위한 채널이 한정되어 있으며, 특히 WLAN 시스템에서 사용하는 캐리어 감지 다중 액세스/충돌 회피(CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, 이하 'CSMA/CA'라 칭하기로 함)와 같은 매체 접속 제 어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 함) 프로토콜을 적용할 경우, 충돌을 회피하기 위해 일정 이상의 많은 대기 시간이 필요하게 되며, 그에 따라 많은 시간을 불가피하게 버려지는 문제가 동시에 발생한다.

또한, 채널에 할당된 사용자 수 및 트래픽(traffic)의 양이나 형태에 따라 채널이 사용되지 않는 시간이 많이 발생하게 되며, 그에 따라 한정된 채널의 사용 효율 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 최근에는 다중-채널 MAC(multi-channel MAC) 기술을 이용하여 한정된 채널을 보다 효율적으로 이용하기 위한 방안들이 다양하게 고려되고 있으나, 아직 구체적인 방안들이 제시되지 못하고 있다.

따라서, 전술한 OFDM 시스템에 다중 안테나를 사용하면서, 복수의 채널들이 주어진 환경에서 가능한 채널의 이용률을 향상시키고, 또한 동시에 높은 데이터 전송률을 유지하기 위해 다중 안테나와 채널을 사용하여 데이터를 송수신하는 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 무선 통신 시스템에서 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나와 채널 간에 관계를 만들어 전체적인 시스템의 처리율을 향상시키는 데이터 송수신 장치 및 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나와 다중 채널을 이용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

아울러, 본 발명의 다른 목적은, 다중 채널을 포함하는 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 통해 한정된 채널을 효율적으로 이용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 다중 채널과 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서 데이터 전송율을 높여 시스템의 성능을 향상시키며, 채널, 시간, 및 공간 등을 효율적으로 이용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 복수의 안테나들에 의해 형성된 복수의 채널들을 검색하고, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하는 수 집부; 상기 채널 정보를 이용하여 상기 검색한 채널들을 분석한 후, 상기 분석한 채널들 중에서 마스터(master) 채널을 선택하는 선택부; 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브(slave) 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하고, 상기 마스터 채널에 대한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme) 레벨을 결정하는 결정부; 상기 복수의 안테나들 중 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들의 동작 모드와 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들의 동작 모드를 결정하는 스위칭부; 및 상기 동작 모드가 결정된 안테나들을 이용하여 상기 채널들을 통해 송수신하는 데이터를 처리하는 처리부;를 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 복수의 안테나들에 의해 형성된 복수의 채널들을 검색하고, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하여 상기 검색한 채널들을 분석하는 단계; 상기 분석한 채널들 중에서 마스터(master) 채널을 선택한 후, 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브(slave) 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하는 단계; 상기 마스터 채널에 대한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme) 레벨을 결정한 후, 상기 복수의 안테나들 중 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 결정하고, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 제외한 나머지 안테나들의 개수를 확인하고, 상기 확인한 개수에 상응하여 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 결정하는 단계; 및 상기 결정한 안테나들을 이용하여 상기 복수의 채널들을 통해 데이터를 송수신하는 단계;를 포함한다.

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나와 다중 채널을 이용하여 데이터를 송수신함으로써, 데이터 처리율 및 전송율을 향상시키며, 그에 따라 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은, 주어진 채널 내에서 시스템의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 사용자들의 스테이션(Station)들에 할당된 무선 자원인 공간 자원(안테나), 주파수 자원(채널)을 결합하여 자원을 최대한 효율적으로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은, 무선 통신 시스템, 예컨대 무선 랜(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템 및 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 시스템에서 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시 예에서는 WLAN 및 IEEE 802.11 시스템을 일 예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방안은, 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 다중 채널을 효율적 으로 이용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함) 방식의 통신 시스템에 적용된 다중 안테나를 다중 채널을 포함하는 WLAN 시스템에 적용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 OFDM 시스템에 다중 안테나를 사용하면서, 복수의 채널들이 주어진 환경에서 가능한 채널의 이용률을 향상시키고, 또한 동시에 높은 데이터 전송률을 유지하기 위해 다중 안테나와 채널을 사용하여 데이터를 송수신하는 장치 및 방법을 제안한다.

그리고, 본 발명은, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나와 채널 간에 관계를 만들어 전체적인 시스템의 처리율을 향상시키는 데이터 송수신 장치 및 방법을 제안한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, WLAN 시스템에서 사용하는 캐리어 감지 다중 액세스/충돌 회피(CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, 이하 'CSMA/CA'라 칭하기로 함)와 같은 매체 접속 제어(MAC: Media Access Control, 이하 'MAC'이라 칭하기로 함) 프로토콜을 OFDM 방식의 통신 시스템에 적용할 경우, 데이터를 송수신하고자 하는 사용자들의 단말인 스테이션(Station, 이하 'STA'라 칭하기로 함)들은 각각 자신에게 할당된 채널 내에서 통신을 수행하며, 다중 안테나를 이용하여 자신에게 할당된 채널 내에서 데이터 처리율을 향상시키며, 다중 안테나를 통한 다이버시티 이득(diversity gain)을 획득하여 데이터 전송율을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 주어진 채널 내에서 다중 안테나를 사용함 으로써 다른 채널에 사용자가 없거나 충분한 여유가 있음에도 불구하고, 주어진 채널에 사용자가 많거나 또는 트래픽(traffic)이 많을 경우, 전체적으로 데이터 처리율이 저하되는 것을 방지한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 임의의 사용자에 대해 데이터 처리율을 높이기 위해 상기 임의의 사용자에게 할당된 채널과 인접 채널을 결합하여 하나의 채널과 같은 형태로 사용하는 방안, 및 전술한 바와 같이 채널을 결합하기 위해 다른 채널을 임의로 비워주는 방안 등을 통해 채널을 효율적으로 사용하도록 한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 무선 통신 시스템이 WLAN 시스템과 같이 복수의 액세스 포인트(AP: Access Point, 이하 'AP'라 칭하기로 함)들과, 상기 복수의 AP들을 통해 접속하여 통신 서비스를 제공받는 복수의 STA들을 포함하는 기본 서비스 세트(BSS: Basic Service Set, 이하 'BSS'라 칭하기로 함) 형태의 통신 환경을 갖는다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해 상기 BSS가 복수의 채널들을 통해서 다양하게 존재하는 일반적인 WLAN 환경에서, 인접한 복수의 채널들이 존재하며 채널들 간의 결합을 통해서 하나의 채널 형태로 사용하는 경우는 배제하여 설명하기로 한다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 무선 통신 시스템은, 복수의 AP들, 예컨대 AP1(160), AP2(170), 및 AP3(180)과, 상기 복수의 AP들(160,170,180)들에 접속하여 통신 서비 스를 제공받기 위해 데이터를 송수신하는 STA(100)를 포함한다. 여기서, 상기 AP들(160,170,180)은 적어도 하나 이상의 안테나를 포함하며, 이하에서는 설명의 편의를 위해 AP1(160)이 상기 STA(100)에 대한 마스터(master) 채널에 대응하는 AP이고, 나머지 AP들, 즉 AP2(170)와 AP3(180)은 슬레이브(slave) 채널에 대응하는 AP이며, 상기 AP3(180)은 두 개의 AP가 결합된 AP로서 다중 채널 제어(multi-channel controllable)가 가능한 AP인 것으로 가정하여 설명하기로 한다.

상기 STA(100)는 상기 AP들(160,170,180)의 안테나들(162,164,172,182,184)과 복수의 무선 채널을 형성하는 복수의 안테나들(132.134.136.138)을 포함하며, 상기 STA(100)와 상기 AP들(160,170,180)은 다중 안테나 및 다중 채널을 이용하여 데이터를 송수신하게 된다. 그리고, 상기 STA(100)는, 상기 복수의 안테나들(132,134,136,138)을 통해 송수신되는 데이터를 처리하고 상기 복수의 무선 채널로의 송수신을 위한 RF 신호를 처리하는 처리부(110), 및 상기 처리부(110)와 상기 복수의 안테나들(132,134,136,138) 간을 결합하는 재구성부(120)를 포함한다.

상기 STA(100)의 재구성부(120)는, 상기 복수의 안테나들(132.134.136.138)을 송신 모드(TX mode) 및 수신 모드(RX mode)로 스위칭하는 스위칭부(122), 상기 복수의 안테나들(132.134.136.138)과 상기 AP들(160,170,180)의 안테나들(162,164,172,182,184) 간에 형성된 채널들 중에서 데이터 송수신을 위해 해당 채널을 선택하는 선택부(124), 상기 형성된 채널들 중에서 인접한 채널들을 결합하는 결합부(136), 및 STA(100)가 사용 가능한 채널에 대해 채널 필터링을 수행하는 필터(128)를 포함한다.

또한, 도 1에 구체적으로 도시하지는 않았으나, 상기 STA(100)는, 상기 복수의 안테나들(132.134.136.138)과 상기 AP들(160,170,180)의 안테나들(162,164,172,182,184) 간에 형성된 채널들을 검색한 후, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하는 수집부(미도시)를 포함한다. 그리고, 상기 STA(100)의 선택부(124)는, 상기 수집한 채널 정보를 이용하여 상기 STA(100)의 마스터 채널을 선택한다. 아울러, 상기 STA(100)는, 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브 채널로 결정한 후 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하며, 상기 마스터 채널 및 슬레이브 채널에서의 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 함) 레벨을 결정하는 결정부(미도시)를 포함한다. 여기서, 상기 결정부는, MCS 레벨을 결정시 데이터 송수신시 사용할 안테나의 개수를 결정하며, 이렇게 안테나 개수가 결정되면 상기 스위칭부(122)에 의해 송신 모드로 동작하는 안테나와 수신 모드로 동작하는 안테나를 결정한다. 그에 따라, STA(100)에 데이터 송수신 사용할 채널이 할당된다.

그리고, 상기 STA(100)는, 전원이 턴온(turn-on)되면, 도 2에 도시한 바와 같이 시구간(시간 축) 상에서 두 개의 타임 페이즈(time phase), 즉 페이즈1(210,230)과 페이즈2(220,240)로 동작하며, 상기 페이즈1(210,230)과 페이즈2(220,240)로 반복하여 동작한다. 여기서, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 시구간 동작을 도시한 도면이다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 STA(100)는, 시구간 상에서 각각 개별적으로 전술한 바와 같이 페이즈1(210,230)과 페이즈2(220,240)로 반복하여 동작한다. 상기 페이즈1(210,230)은, 상기 STA(100)와 AP들(160,170,180) 간에 형성된 채널들, 즉 다중 채널을 리스닝하는 채널 리스닝 구간(listening channels)으로, 상기 STA(100)는 자신이 접속 가능한 채널을 확인한다. 그리고, 상기 페이즈1(210,230)에서 상기 STA(100)은, 상기 확인한 채널을 통해 입력되는 신호의 크기 및 상기 확인한 채널의 통계적 특성을 도출한 후, 상기 확인한 채널에서 데이터의 전송 방식을 결정한다. 또한, 상기 페이즈2(220,240)는, 상기 STA(100)가 상기 페이즈1(210,230)를 통해 획득한 정보를 이용하여 실제 데이터의 송수신을 수행하는 데이터 송수신 구간(transmitting/receiving data)이다.

즉, 상기 STA(100)는, 전원이 턴온되면, 전술한 타임 페이즈(210,220,230,240) 중 첫 번째 페이즈1(210)로 진입하게 된다. 상기 첫 번째 페이즈1(210) 구간 동안 상기 STA(100)는 전술한 바와 같이 채널 정보를 수집하며, 특히 채널의 채널 점유도를 각 채널 별로 분석한다. 여기서, 상기 STA(100)는, 채널에서 각 구간의 사용자 수 및 트래픽의 정도(예컨대, 송수신 데이터의 형태 분석을 통한 트래픽 구분(일 예로, STA(100)가 제공받고자 하는 통신 서비스의 서비스 타입에 상응한 데이터 크기))를 통해 채널의 채널 점유도를 확인하며, 상기 채널의 채널 점유도는 상기 채널의 접속(access) 시간 및 상기 채널을 점유하는 평균 시간 등에 대한 정보를 포함한다.

그리고, 상기 STA(100)는, 전술한 바와 같이 각 채널 별로 분석한 후, 상기 분석한 채널들 중에서 가장 채널 점유도가 낮고 채널 상태가 가장 우수한 채널을 마스터 채널로 선택하고, 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들에 대해서는 슬 레이브 채널들로 결정하며 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정한다. 여기서, 상기 채널 상태는, 수신 신호의 세기 지시자(RSSI: Received Signal Strength Indicator, 이하 'RSSI'라 칭하기로 함), 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 함), 및 채널 응답 특성(CRC: Channel Response Characteristics, 이하 'CRC'라 칭하기로 함) 등이 고려되어 결정된다. 그리고, 상기 슬레이브 채널들의 순위는, 슬레이브 채널들의 채널 점유도, 또는 채널 상태 등을 기준으로 결정될 수 있다. 이렇게 채널들에 대한 마스터 채널 선택 및 슬레이브 채널의 순위가 결정되면, 상기 마스터 채널을 통해 전송 가능한 데이터의 MCS 레벨을 결정한다. 이때, 데이터 송수신시 사용할 안테나 개수를 결정하며, 이렇게 안테나 개수가 결정되면, 상기 결정된 안테나에 대해 송신 모드와 수신 모드로 스위칭하도록 한다.

또한, 상기 STA(100)는, 상기 결정된 안테나를 제외하고 물리적으로 사용 가능한 나머지 안테나에 대한 개수를 확인하며, 이때 상기 확인한 안테나에 의한 나머지 채널을 사용하기 위해 또는 채널 상태를 모니터링하기 위해, 가능한 하나 이상의 안테나가 할당될 수 있도록 마스터 채널에 대한 MCS 레벨을 결정한다.

여기서, 상기 나머지 안테나가 하나일 경우, 상기 STA(100)는, 상기 나머지 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로 사용하도록 결정하며, 이때 상기 나머지 안테나가 송신 모드 및 수신 모드로의 스위칭이 가능함으로, 슬레이브 채널 중 하나의 채널을 선택하여 채널의 사용 효율을 향상시킨다. 그리고, 상기 STA(100)는, 상기 나머지 안테나를 수신 전용 모드(RX only mode)로 사용할 수 있으며, 이때 상 기 나머지 안테나는 채널 상태, 예컨대 채널의 점유량을 모니터링하는 것으로만 사용된다. 이러한 나머지 안테나의 사용은, 시스템 전체에 슬레이브 채널들의 점유량이 많을 경우로 채널 사용 기회를 감시하도록 사용하며, 슬레이브 채널들 중에서 임의의 슬레이브 채널에 여유가 있을 경우 상기 나머지 안테나를 송신 모드 및 수신 모드로 스위칭하도록 재설정하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 나머지 안테나가 세개 이상일 경우, 상기 STA(100)는, 상기 순위를 결정한 슬레이브 채널들 중에서 첫 번째 순위의 슬레이브 채널에 대한 MCS 레벨을 결정, 다시 말해 첫 번째 순위의 슬레이브 채널의 안테나를 마스트 채널의 안테나로 할당하도록 설정, 즉 상기 마스터 채널에 대해 MCS을 결정하는 것과 같이 최우선 순위의 슬레이브 채널에 대한 MCS 레벨을 결정한다. 여기서, 상기 나머지 안테나가 두 개의 안테나만이 여유가 있을 경우, 상기 STA(100)은 각 안테나를 송신 전용 모드(TX only mode) 및 수신 전용 모드 안테나로 할당할 수 있다.

이렇게 두 개의 안테나에 대해 송신 전용 모드 및 수신 전용 모드 안테나로 할당한 경우, 상기 STA(100)는, 송신 전용 모드 안테나를 통해, 데이터 전송시 하나 이상의 채널을 결합하여 전송하도록 한다. 즉, 상기 STA(100)는, 주파수 영역(frequency domain)에서 역고속 퓨리에 변환(IFFT: Inverse Fast Fourier Transform, 이하 'IFFT'라 칭하기로 함)을 통해 채널들을 결합하거나, 또는 각각의 채널에 대해 변조된 신호를 시간 영역(time domain)에서 믹싱(mixing)하여 전송할 수 있도록 한다.

또한, 상기 STA(100)는, 수신 전용 모드 안테나를 통해, 전술한 바와 같이 이미 선택된 마스터 채널과 송신 모드 및 수신 모드 스위칭으로 설정된 슬레이브 채널을 제외한 사용 가능한 채널에 대해 채널 선택 필터(channel selection filter) 기능을 수행하는 필터(128)가 채널 필터링을 수행하도록 한다. 그리고, 상기 STA(100)의 필터(128)는, 상기 송신 전용 모드 안테나를 통해 전송되는 데이터가 존재하는 채널에 대해서는 피드백(feedback)되어 수신되는 데이터가 없도록 채널 필터링을 수행하며, 이외의 시간 및 채널에 대해서는 항상 데이터를 수신할 수 있도록 채널들을 개방한다.

이렇게 사용 가능한 채널에 대해 모든 가능한 안테나를 할당한 STA(100)는, 상기 페이즈2(220)로 진입하고, AP들(160,170,180)과 데이터 송수신을 수행하며, 상기 페이즈2(220) 구간 동안 일반적인 채널 별 CSMA/CA 동작을 수행한다. 그리고, 데이터를 송수신한 STA(100)는, 페이즈2(220)에서 페이즈3(230)으로 진입하며, 상기 페이즈3(230) 구간 동안 전술한 페이즈1(210)에서와 같이 채널 별 채널 정보를 분석한 후, 채널 및 안테나 재할당을 수행한다. 그에 따라, 상기 STA(100)는, 채널의 변화(예컨대 다른 사용자의 추가 및 데이터의 변화 등)에 상응하여 적응적으로 안테나 및 채널의 자원을 할당한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 동작 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 STA는, 302단계에서 전원이 턴온되면, 채널 리스닝 구간(PHASE1)으로 진입하여 다중 안테나에 의해 형성된 다중 채널을 검색하며, 상기 검색한 다중 채널의 채널 정보를 수집하고, 상기 수집한 채널 정보를 이용하여 다중 채널을 분석한 후, 상기 분석한 다중 채널에서 마스터 채널을 선택하며, 상기 선택한 마스터 채널을 제외한 나머지 채널을 슬레이브 채널로서 상기 슬레이브 채널의 순위를 결정한다. 여기서, 상기 마스터 채널은 상기 분석한 다중 채널에서 채널 점유도가 가장 낮고 채널 상태가 가장 우수한 채널이 되며, 상기 슬레이브 채널의 순위는 채널의 점유도 또는 채널 상태 등이 고려되어 결정된다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 STA는, 자신의 다중 안테나에 통해 형성된 다중 채널에서 채널44를 마스터 채널로 선택하고, 나머지 채널들, 즉 채널40, 채널48, 채널52는 슬레이브 채널이 되며, 상기 슬레이브 채널의 순위를 결정, 다시 말해 채널40은 슬레이브 채널1, 채널52는 슬레이브 채널2, 채널48은 슬레이브 채널3으로 결정한다. 여기서, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 다중 채널을 개략적으로 도시한 도면이다.

그런 다음, 304단계에서 상기 선택한 마스터 채널, 즉 채널44에 대한 MCS 레벨을 결정하며, 이때 마스터 채널을 통한 데이터 송수신시 사용할 안테나의 개수를 결정한다. 여기서, 상기 결정된 안테나에 대해 송신 모드와 수신 모드로 스위칭하도록 한다. 그리고, 306단계에서 상기 결정된 안테나를 제외하고 물리적으로 사용 가능한 나머지 안테나에 대한 개수를 확인한 후, 상기 나머지 안테나 개수가 한 개를 초과하는지를 판단한다.

상기 306단계에서의 판단 결과, 상기 나머지 안테나 개수가 한 개를 초과할 경우, 308단계에서 상기 나머지 안테나 개수가 두 개인지를 판단한다. 상기 308단계에서의 판단 결과, 상기 나머지 안테나가 두 개일 경우, 310단계에서 상기 두 개의 나머지 안테나들 중 하나의 나머지 안테나는 송신 전용 모드 안테나로, 다른 나머지 안테나는 수신 전용 모드 안테나로 결정한다.

다음으로, 312단계에서 송수신 구간(PHASE2)으로 진입하여 상기 결정된 안테나들을 이용하여 채널들을 통해 데이터를 송수신하고, 314단계에서 시간이 경과하여 상기 송수신 구간(PHASE2)이 종료되었는지를 판단한다. 상기 314단계에서의 판단 결과, 상기 송수신 구간(PHASE2)이 종료되면, 316단계에서 AP들과의 데이터 송수신을 종료할 것인지를 판단하고, 상기 316단계에서의 판단 결과, 데이터 송수신을 종료할 경우 상기 STA의 전원이 턴오프된다.

한편, 상기 316단계에서의 판단 결과, AP들과 지속적으로 데이터를 송수신할 경우, 다음 채널 리스닝 구간으로 진입하게 되며, 그에 따라 상기 302단계로 진행하여 다중 채널의 채널 정보를 이용하여 다중 채널을 분석한 후, 마스터 채널을 선택하고 슬레이브 채널의 순위를 결정한다.

또한, 상기 314단계에서의 판단 결과, 상기 송수신 구간(PHASE2)이 종료되지 않으면, 상기 312단계로 진행하여 채널들을 통해 데이터를 송수신한다. 그리고, 상기 308단계에서의 판단 결과, 나머지 안테나의 개수가 2개 이상이면, 상기 304단계로 진행하고, 상기 304단계에서 상기 슬레이브 채널들 중에서 최우선 순위의 슬레이브 채널에 대한 MCS 레벨을 결정한다. 즉, 첫 번째 순위의 슬레이브 채널인 채널40의 안테나를 마스트 채널인 채널44의 안테나로 할당하도록 설정하며, 이를 위해 상기 마스터 채널인 채널44에 대해 MCS을 결정하는 것과 같이 최우선 순위의 슬레이브 채널인 채널40에 대한 MCS 레벨을 결정한다.

한편, 상기 306단계에서의 판단 결과, 상기 나머지 안테나의 개수가 하나이면, 318단계에서 상기 나머지 안테나에 의해 형성된 채널의 채널 점유도가 적정 채널 점유도보다 큰지를 판단한다. 여기서, 상기 적정 채널 점유도는, 해당 채널을 통해 데이터를 송수신할 경우, 데이터 송수신이 가능하도록 요구되는 기준 채널 점유도를 의미한다.

상기 318단계에서의 판단 결과, 상기 나머지 채널의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도 보다 클 경우, 320단계에서 상기 나머지 안테나를 송신 안테나 및 수신 안테나로 사용하도록 결정한다. 이때, 상기 나머지 안테나가 송신 모드 및 수신 모드로의 스위칭이 가능함으로, 슬레이브 채널 중 하나의 채널을 선택하여 채널의 사용 효율을 향상시킨다. 또한, 상기 나머지 안테나를 수신 전용 모드(RX only mode)로 사용할 수 있으며, 이때 상기 나머지 안테나는 채널의 점유량을 모니터링하는 것으로만 사용하도록 적용한다. 여기서, 상기 채널의 점유량 모니터링은, 시스템 전체에 슬레이브 채널들의 점유량이 많을 경우로 채널 사용 기회를 감시하도록 상기 나머지 안테나를 사용하는 것으로서, 슬레이브 채널들 중에서 임의의 슬레이브 채널에 여유가 있을 경우 상기 나머지 안테나를 송신 모드 및 수신 모드로 스위칭하도록 재설정하여 사용할 수 있다.

그런 다음, 322단계에서 송수신 구간(PHASE2)으로 진입하여 전술한 바와 같이 상기 채널의 점유량 모니터링을 통해 모니터링한 슬레이브 채널들 중에서 임의 의 슬레이브 채널의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 작은지를 판단한다. 상기 322단계에서의 판단 결과, 상기 임의의 슬레이브 채널의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 작으면, 상기 312단계로 진행하고, 상기 312단계에서 상기 결정된 안테나들을 이용하여 채널들을 통해 데이터를 송수신한다.

한편, 상기 322단계에서의 판단 결과, 상기 임의의 슬레이브 채널의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 크면, 전술한 바와 같이 상기 임의의 슬레이브 채널에 여유가 있음으로, 324단계로 진행한다. 그리고, 상기 324단계에서 상기 나머지 안테나를 송신 모드 및 수신 모드로 스위칭하도록 재설정, 즉 송신 모드 및 수신 모드 스위칭을 결정한 후, 상기 312단계로 진행하고, 상기 312단계에서 상기 결정된 안테나들을 이용하여 채널들을 통해 데이터를 송수신한다.

또한, 상기 318단계에서의 판단 결과, 상기 나머지 채널의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도 보다 작을 경우, 상기 324단계로 진행하여 상기 나머지 안테나를 송신 모드 및 수신 모드 스위칭을 결정한다.

이렇게 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA는, 복수의 송수신 안테나, 예컨대 도 1에 도시한 바와 같이 4개의 전송 가능 안테나를 포함하고, 다중 채널, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이 4개의 연속된 20MHz 주파수 밴드를 가지는 채널들(채널40, 채널44, 채널 48, 채널52)을 사용할 수 있는 환경에서, 턴온되면 채널 리스닝 구간에서 상기 채널들을 검색하여 채널 정보를 수집한다. 그런 다음, 상기 채널 정보를 이용하여 마스터 채널을 선택하고, 나머지 채널들을 슬레이브 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 채널 상태에 따라 슬레이브 채널 의 순서를 결정한다.

그런 다음, 상기 STA는, 상기 선택한 마스터 채널에 대한 MCS 레벨을 결정하며, 또한 상기 마스터 채널을 통해 데이터를 송수신할 안테나의 개수를 결정한다. 예컨대, 도 1에서 설명한 바와 같이, 상기 마스터 채널에 해당하는 AP가 AP1(160)이면, 상기 마스터 채널을 통해 데이터를 송수신하는 AP1(160)에 두 개의 송수신 안테나가 포함되어 있음으로, 공간 분할 다중(SDM: Spatial Division Multiplexing) 방식을 적용할 수 있는 상태임으로, 최대한의 데이터 전송율을 획득하기 위해 상기 마스터 채널에 두 개의 안테나, 예컨대 안테나1(132) 및 안테나2(134)를 우선적으로 할당한다.

또한, 상기 STA의 남은 나머지 안테나와 채널, 예컨대 안테나3(136) 및 안테나4(138)와, 채널들(예컨대 슬레이브 채널1(채널40), 슬레이브 채널2(채널52), 및 슬레이브 채널3(채널48)을 효율적으로 이용하기 위해 전술한 바와 같은 동작을 수행하여 나머지 안테나들을 할당한다. 예를 들어, 슬레이브 채널들에 해당하는 AP로서, 하나의 안테나를 포함한 AP2(172)와 다중 채널 제어가 가능한 AP3(180)을 확인하면, 상기 안테나3(136) 및 안테나4(138)를 각각 송신 전용 모드 안테나와 수신 전용 모드 안테나로 할당한다. 여기서, 상기 수신 전용 모드 안테나는 상기 마스터 채널을 제외한 채널, 즉 슬레이브 채널들에 대해 채널 선택 필터링 기능이 수행되도록 적용하며, 상기 송신 전용 모드 안테나를 통해 데이터를 송신할 경우에는 상기 데이터 전송 채널을 제외한 채널에 대해서는 채널 선택 필터링 기능이 수행되도록 적용한다.

그리고, 상기 STA는, 데이터 송수신 구간에서 할당한 다중 안테나 및 다중 채널을 통해 데이터를 송수신하며, 다시 채널 리스닝 구간이 되면 전체적인 채널 상태를 확인하여 전술한 바와 같은 동작을 다시 수행하여 다중 안테나 및 다중 채널을 재할당한다. 그에 따라, 본 발명의 실시 예에서는, 다중 안테나를 사용하면서, 복수의 채널들이 주어진 환경에서 가능한 채널의 이용률을 향상시키고, 또한 동시에 높은 데이터 전송률을 유지하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 시구간 동작을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 동작 과정을 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 STA의 다중 채널을 개략적으로 도시한 도면.

Claims

무선 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법에 있어서,

복수의 안테나들에 의해 형성된 복수의 채널들을 검색하고, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하여 상기 검색한 채널들을 분석하는 단계;

상기 분석한 채널들 중에서 마스터(master) 채널을 선택한 후, 상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브(slave) 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하는 단계;

상기 마스터 채널에 대한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme) 레벨을 결정한 후, 상기 복수의 안테나들 중 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 결정하고, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 제외한 나머지 안테나들의 개수를 확인하고, 상기 확인한 개수에 상응하여 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 결정하는 단계; 및

상기 결정한 안테나들을 이용하여 상기 복수의 채널들을 통해 데이터를 송수신하는 단계;를 포함하는 데이터 송수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 데이터를 송수신하는 단계는, 시구간 상에서 데이터 송수신 구간에 수행되고, 상기 데이터를 송수신하는 단계를 제외한 나머지 단계들은, 상기 시구간 상에서 채널 리스닝(listening) 구간에 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 마스터 채널을 선택하는 단계는, 상기 분석한 채널들 중에서 채널 점유도가 가장 낮고 채널 상태가 가장 우수한 채널을 상기 마스터 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제3항에 있어서,

상기 채널 점유도는, 상기 검색한 채널들에서 각 채널 별 사용자 수 및 트랙픽에 의해 결정되며, 상기 검색한 채널들의 접속(access) 시간 정보 및 상기 검색한 채널들을 점유하는 평균 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나들을 결정하는 단계는, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 송신 모드와 수신 모드로 스위칭하도록 결정하고, 상기 확인한 개수에 상응하여 상 기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 상기 송신 모드와 상기 수신 모드로 스위칭하거나, 송신 전용 모드 또는 수신 전용 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 안테나들을 결정하는 단계는, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 소정개 이상일 경우, 상기 슬레이브 채널들의 순위에서 최상위 슬레이브 채널에 대한 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정한 후, 상기 최상위 슬레이브 채널에 해당하는 안테나를 상기 송신 모드와 상기 수신 모드로 스위칭하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 안테나들을 결정하는 단계는, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 소정개 이하일 경우, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 상기 송신 전용 모드와 상기 수신 전용 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 수신 전용 모드는, 채널 선택 필터링을 통해 상기 채널들의 채널 상태를 모니터링하고, 상기 송신 전용 모드는, 인접한 채널들을 결합하여 결합된 다중 채널로 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제5항에 있어서,

상기 안테나들을 결정하는 단계는, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 하나일 경우, 상기 슬레이브 채널들의 채널 점유도와 기 설정된 적정 채널 점유도를 비교하고, 상기 비교 결과에 상응하여 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나를 상기 수신 전용 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
제9항에 있어서,

상기 안테나들을 결정하는 단계는, 상기 슬레이브 채널들의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 작을 경우, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나를 상기 수신 모드와 상기 송신 모드로 스위칭하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
무선 통신 시스템에서 데이터 송수신 장치에 있어서,

복수의 안테나들에 의해 형성된 복수의 채널들을 검색하고, 상기 검색한 채널들의 채널 정보를 수집하는 수집부;

상기 채널 정보를 이용하여 상기 검색한 채널들을 분석한 후, 상기 분석한 채널들 중에서 마스터(master) 채널을 선택하는 선택부;

상기 마스터 채널을 제외한 나머지 채널들을 슬레이브(slave) 채널들로 결정하며, 상기 슬레이브 채널들의 순위를 결정하고, 상기 마스터 채널에 대한 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation Coding Scheme) 레벨을 결정하는 결정부;

상기 복수의 안테나들 중 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들의 동작 모드와 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들의 동작 모드를 결정하는 스위칭부; 및

상기 동작 모드가 결정된 안테나들을 이용하여 상기 채널들을 통해 송수신하는 데이터를 처리하는 처리부를 포함하는 데이터 송수신 장치.
제11항에 있어서,

상기 선택부는, 상기 분석한 채널들 중에서 채널 점유도가 가장 낮고 채널 상태가 가장 우수한 채널을 상기 마스터 채널로 선택하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제12항에 있어서,

상기 채널 점유도는, 상기 검색한 채널들에서 각 채널 별 사용자 수 및 트랙픽에 의해 결정되며, 상기 검색한 채널들의 접속(access) 시간 정보 및 상기 검색한 채널들을 점유하는 평균 시간 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제11항에 있어서,

상기 결정부는, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들의 개수와 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들의 개수를 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제14항에 있어서,

상기 스위칭부는, 상기 마스터 채널에 해당하는 안테나들을 송신 모드와 수신 모드로 스위칭하도록 결정하고, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 상기 송신 모드와 상기 수신 모드로 스위칭하거나, 송신 전용 모드 또는 수신 전용 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제15항에 있어서,

상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 소정개 이상일 경우, 상기 결정부는 상기 슬레이브 채널들의 순위에서 최상위 슬레이브 채널에 대한 변조 및 코딩 방식 레벨을 결정하고,

상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 소정개 이하일 경우, 상기 스위칭부는, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들을 상기 송신 전용 모드와 상기 수신 전용 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제16항에 있어서,

상기 스위칭부는, 상기 최상위 슬레이브 채널에 해당하는 안테나를 상기 송신 모드와 상기 수신 모드로 스위칭하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제15항에 있어서,

상기 수신 전용 모드는, 채널 선택 필터링을 통해 상기 채널들의 채널 상태를 모니터링하고, 상기 송신 전용 모드는, 인접한 채널들을 결합하여 결합된 다중 채널로 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제15항에 있어서,

상기 결정부는, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나들이 하나일 경우, 상기 슬레이브 채널들의 채널 점유도와 기 설정된 적정 채널 점유도를 비교하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.
제19항에 있어서,

상기 스위칭부는, 상기 슬레이브 채널들의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 클 경우, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나를 상기 수신 전용 모드로 결정하고, 상기 슬레이브 채널들의 채널 점유도가 상기 적정 채널 점유도보다 작을 경우, 상기 슬레이브 채널들에 해당하는 안테나를 상기 수신 모드와 상기 송신 모드로 스위칭하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 장치.