KR20100065355A

KR20100065355A - 교차층 다중패킷 수신 기반 매체 접근 제어 및 자원 할당

Info

Publication number: KR20100065355A
Application number: KR1020107007198A
Authority: KR
Inventors: 레타이에프 칼레드 벤; 웨이란 후앙
Original assignee: 더 홍콩 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-06-16
Also published as: EP2196052A2; EP2196052A4; CN101828416A; WO2009098541A4; WO2009098541A2; JP2011517860A; WO2009098541A3; US20090086706A1

Abstract

교차층 다중패킷 수신 매체 접근 제어 및 자원 할당 기술은 복수의 안테나를 가진 수신기를 가진 무선 네트워크를 위해 제공된다. 무선 네트워크 상의 사용자 장치는, 무작위 백오프(backoff) 시간 후에 송신 요청(request to send; RTS) 요청을 함으로써 데이터 송신을 위해 네트워크에 접근한다. 송신 요청에 대응하여, 접근 점(access point)(또는 다른 수신기)는 채널 상태 정보 상에 적어도 일부 기반하여 물리층의 사용을 최적화하는 송신 파라미티를 결정한다. 상기 송신 파라미터는 수신기로부터 지시된 송신기로 송신 허가(clear to send; CTS) 메시지와 함께 송신된다. CTS 메시지가 수신되면, 데이터는 송신 파라미터에 따라 송신된다.

Description

교차층 다중패킷 수신 기반 매체 접근 제어 및 자원 할당{CROSS-LAYER MULTI-PACKET RECEPTION BASED MEDIUM ACCESS CONTROL AND RESOURCE ALLOCATION}

본 발명은 무선 네트워크 통신, 특히 다중입력 다중출력(multi-input multi-output) 및 단일입력 다중출력(single-input multi-output) 기반 무선 네트워크에 관한 것이다.

IEEE 802.11 기반 무선 근거리 네트워크(wireless local area network, WLAN)와 같은 무선 네트워크(WLAN)는 점점 대중적으로 되고 널리 사용된다. 하지만, 종래 WLAN은 보통 이론적 한계로부터 동떨어져서 동작하며, 특히 높은 네크워크 부하 하에서 더욱 그렇다. 이에 대한 결정적인 이유는 이러한 시스템이 일반적으로 비효율적인 계층(layered) 접근법에 기반하여 설계되기 때문이다. 특히, 매체 접근 제어 프로토콜(protocol)은 물리층(physical layer)의 특성에 대한 고려 없이 설계된다. 동시에, 물리층 자원은, 매체 접근 제어 문제가 고려되지 않기 때문에 보통 충분히 이용되지 않는다.

예를 들면, 종래의 802.11 기반 시스템(예컨대, 802.11a, 802.11b, 802.11g)에서의 매체 접근 제어 프로토콜은 오로지 하나의 동시 송신을 지원하는 지나치게 단순한 충돌(collision) 모델을 채용한다. 특히, 802.11 기반 시스템은 충돌 회피를 이용한 캐리어 감지 다중 접근 프로토콜(carrier sense multiple access protocol with collision avoidance; CSMA/CA)에 기반한다. 이러한 이상화된 모델은 낙관적인 동시에 비관적이다. 상기 모델은 페이딩(fading) 및 잡음(noise)와 같은 채널 효과(channel effect)를 무시하는 무에러(error-free) 수신의 가정이 있기 때문에 낙관적이다. 하지만, 상기 모델은 동시 송신에서 다중 패킷(multiple packet)을 성공적으로 디코딩하는 물리층의 기능을 이용하지 않기 때문에 비관적이다. 최근, 복수의 안테나를 채용함으로써 더 높은 처리율(throughput)을 목표로 한 IEEE 802.11n 표준화 시도가 많은 관심을 끌어들이고 있다. 하지만 그 충돌 모델은 여전히 종래 802.11 기반 충돌 모델에서 본질적으로 변경되지 않았고 다중 패킷 수신을 허용하지 않는다.

다중 패킷 수신을 가능하게 하는 한 가지 가능한 해결책은, 공간 분할 다중 접근(space division multiple access)을 가능하게 하기 위해 송신기 및 수신기 단부에서 적응형 안테나 어레이(adaptive antenna array)를 사용하거나 다중입력 다중출력(multi-input multi-output; MIMO) 기술을 사용하는 것이다. MIMO의 특별한 경우는 단일 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나를 가지는 단일입력 다중출력(single-input multi-output; SIMO)이다. 반면에, 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing; OFDM)는, 시간분산 다중경로 채널(time-dispersive multi-path channel)에 걸친 광대역 송신(wideband transmission)에서 효율적으로 제한된(limited) RF 대역폭(bandwidth)을 이용하고 전력을 송신하는 그 기능을 위하여 현재의 802.11 시스템의 대부분에 적용된다.

다중사용자(multiuser) OFDM 또는 직교 주파수 분할 다중 접근(orthogonal frequency division multiple access; OFDMA)은 다중패킷 수신을 달성하기 위한 다른 대안이다. OFDMA 시스템의 내재하는 다중캐리어(multi-carrier) 특성은 또한 적응형 비트 로딩(adaptive bit loading) 및 전력 제어와 결합된 동적 서브캐리어 할당(dynamic sub-carrier allocation)을 가능하게 하여, 가능한 데이터율(data rate)는 다중사용자 다이버시티(diversity)뿐 아니라 주파수를 이용함으로써 향상될 수 있다. 이와 같이, OFDM과 결합된 MIMO 기술의 사용은 광대역(broadband) 무선 시스템에 대하여 매력적인 해결책이다.

하지만, 자원 할당의 종래 공식화(formulation)은 802.11류의 시스템에 잘 맞지 않고 대부분의 공식화는 매체 접근 제어를 고려하지 않는다. 게다가, 종래 할당 방법은 다중사용자 MIMO/OFDM 시스템에 대하여 거의 완전한 해결책이 아니다.

예를 들면, MIMO 시스템에 송신 안테나 어레이를 이용하기 위하여 공간-시간 코딩(space-time coding) 및 송신 빔포밍(transmit beamforming)의 두 가지 주요 기술이 존재한다. 이러한 두 방법은 송신기에서 이용 가능한 채널 피드백(feedback)과 관련한 두 가지 상이하고 극단적인 가정에 기반한다. 공간-시간 코딩은 피드백을 요구하지 않지만, 종래의 빔포밍은 정확한 피드백을 요구한다. 공간-시간 코딩은 그 가정에서 너무 비관적이고 종래 빔포밍에서의 가정은 그다지 유효하지 않다.

MIMO 기반 무선 네트워크의 상기 기술된 결점은 단지 현재의 MIMO 기반 무선 네트워크의 몇 가지 문제점의 개요를 제공하는 것으로 의도되고, 총망라하는 것으로 의도되지 않는다. 종래 기술의 다른 문제점은 후술하는 여러 가지 비한정적인 실시예의 기술의 개요로부터 더욱 명백해 질 것이다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 교차층 다중패킷 수신 기반 매체 접근 제어 및 자원 할당을 제공한다.

본 명세서에서 간략화된 요약은 보다 세부적인 기술 및 첨부된 도면으로 후술되는 예시적이고 비한정적인 실시예의 여러 가지 측면의 기본적 또는 일반적 이해가 가능하도록 하기 위해 제공된다. 하지만, 이러한 요약은 광범위한 또는 총괄적인 개요로서 의도되지 않는다. 대신에, 이 요약의 유일한 목적은 본 발명의 여러 가지 예시적이고 비한정적인 실시예와 관련된 몇 가지 개념을 간략화된 형태로 후술하는 본 발명의 여러가지 실시예의 보다 세부적인 기술에 대한 서문으로서 제시하는 것이다.

교차층 다중패킷 수신 매체 접근 제어 및 자원 할당 기술은 복수의 안테나를 가진 수신기를 가진 무선 네트워크를 위해 제공된다. 무선 네트워크 상의 사용자 장치는, 무작위 백오프(backoff) 시간 후에 송신 요청(request to send; RTS) 요청을 함으로써 데이터 송신을 위해 네트워크에 접근한다. 송신 요청에 대응하여, 접근 점(access point)(또는 다른 수신기)는 물리층의 사용을 최적화하는 송신 파라미티를 결정한다. 송신 파라미터는 서브캐리어(subcarrier), 비트(bit), 및 전력 할당 정보(power allocation information)를 포함할 수 있다. 상기 송신 파라미터는 수신기로부터 지시된 송신기로 송신 허가(clear to send; CTS) 메시지와 함께 송신된다. CTS 메시지가 수신되면, 데이터는 송신 파라미터에 따라 송신된다.

교차층 다중패킷 수신 기반 매체 접근 제어 및 자원 할당을 제공할 수 있다.

교차층 다중패킷 수신 매체 접근 제어 및 자원 할당을 위한 시스템 및 방법은 첨부하는 도면을 참조하여 더 기술된다.
도 1은 MIMO 무선 네트워크 동작 환경을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 프로토콜(protocol) 동작을 도시한다.
도 3은 데이터 송신 동안의 예시적인 송신기를 도시한다.
도 4는 데이터 송신 동안의 예시적인 수신기를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 공간-시간-코딩된(space-time-coded) 빔포머(beamformer)의 구조를 도시한다.
도 6은 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 ρ 및 비트 에러율(bit error rate) 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 7은 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 서브캐리어(subcarrier)당 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio) 및 패킷(packet)당 OFDM 심볼(symbol)의 평균 개수 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 8은 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 서브캐리어당 신호 대 잡음 비 및 처리율(throughput) 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 9는 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 사용자의 수 및 처리율 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 10은 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 패킷 도착율(packet arrival rate) 및 평균 패킷 지연(delay) 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 11은 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 서브캐리어당 신호 대 잡음 비 및 평균 패킷 지연 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 12는 여러 가지 자원 할당 기술에 대하여 패킷 도착율 및 처리율 사이의 관계를 설명하는 도표이다.
도 13은 일 실시예에 따른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 사용자 장치 송신기에 의해 수행되는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 수신기에 의해 수행되는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 16은 본 발명이 구현될 수 있는 예시적이고 비한정적인 컴퓨팅 시스템 또는 동작 환경을 나타낸 블록도이다.

개요

배경기술에서 논의된 바와 같이, 다중사용자 MIMO[및 SIMO와 같은 다른 다중사용자 다중 안테나 시스템(multiuser multiple antenna system)]을 위한 종래의 매체 접근 및 자원 할당 기술은 비효율적이다. 이러한 비효율성의 원인 중 하나는 이러한 시스템의 자원 할당 문제에 뒤떨어진 대처 때문이다. 예를 들면, 동일채널 간섭(co-channel interference)의 수량화(quantifying) 및 처리(handling)는, 모든 승인된 사용자의 송신된 전력뿐 아니라 송신 방법(scheme) 및 수신기에서의 검지(detection) 기술, 채널 정보의 정확도, 사용자의 공간 분리성(spatial separability)에 의존하므로, 사소한 일이 아니다. 두 번째 예로서, 각 서브캐리어에 대한 사용자 세트(set)의 선택은 보통 최적 해결책의 조합 검색을 필요로 하게 되고, 이는 할당을 매우 복잡하게 만든다.

도 1을 참조하면, 예시적인 무선 네트워크(100)가 도시된다. 명확성을 위하여 간단한 무선 근거리 네트워크(local area network)가 도시되었으나, 본 기술은 상이한 크기의 무선 네트워크 및 보다 복잡한 근거리 네트워크에 대해서도 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 여러 가지 사용자 장치(104, 106, 108)(이하 간단히 '사용자'라 함)는 네트워크로 연결하는 것으로 도시된다. 게임기(gaming console), 휴대용(handheld) 컴퓨터, 랩톱(laptop) 컴퓨터(106), 스마트폰(smartphone)(108), 개인용 휴대 단말기(personal digital assistant(108), 데스크톱(desktop) 컴퓨터, 또는 가전 제품(예컨대, 전자레인지 또는 냉장고) 내의 임베디드(embedded) 컴퓨터와 같은 임의의 사용자 장치는 몇 가지 실시예에서 무선 네트워크에 연결될 수 있다. 장치는 무선 네트워크로의 내부 연결을 가질 수 있거나 장치를 무선 네트워크[예컨대, 무선 어댑터(adapter)로의 에더넷(Ethernet)]로 연결하는 외부 장치로 연결될 수 있다. 본 도시에서, 각 사용자는 접근 점(access point)(102)을 이용하여 무선 통신을 한다. 무선 네트워크는 다른 실시예에서 복수의 접근 점을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 다른 실시예에서 무선 네트워크는 인프라구조(infrastructure) 모드 대신에 피어-투-피어(peer-to-peer) 모드로 동작할 수 있음을 인식할 것이다. 접근 점 및 사용자 장치는 각각 복수의 안테나를 가진다.

접근 점(102)은 보통 에더넷 네트워크와 같은 유선 네트워크(110)에 연결된다. 하지만, 접근 점은 제2의 무선 네트워크로 연결될 수 있음을 인식할 것이다. 여러 가지 서버(112)는 유선 네트워크로 연결될 수 있고 여러 가지 서비스[예컨대, 파일 제공(file serving), 이메일(email), 웹 포탈(web portal), 프린트 서버, 등]를 제공한다. 비록 도시되지 않았지만, 네트워크 프린터 또는 스캐너와 같은 다른 장치는 또한 유선 네트워크를 통해 연결될 수 있다. 보통, 유선 네트워크는 또한 인터넷(Internet)과 같은 광역 네트워크(wide area network)(114)로 연결될 것이다.

MIMO / OFDM 기반 WLAN 실시예

아래의 부호가 사용된다. (·)^*, (·)^T 및 (·)^H는 각각 켤레(conjugate), 전치(transpose), 에르미트 전치(Hermitian transpose)를 나타낸다. |·|는 복소 놈(complex norm), E[·]는 기대값(expectation opearation),

는 평균(mean)

및 공분산 행렬(covariance matrix)

를 가지는 복소 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 나타낸다.

명확성을 위하여, 예시적인 실시예가 간략화된 MIMO/OFDM 기반 WLAN의 맥락(context)에서 고려된다. 하지만, 교차층 매체 접근 제어 및 자원 할당은 다른 타입의 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 사용될 수 있다. 특히, 다수의 모바일f(mobile) 사용자 또는 노드(node)가 하나의 접근 점(access point; AP)과 통신하는 MIMO/OFDM 기반 WLAN 시스템의 업링크(uplink) 송신이 고려된다. 본 예시적인 시나리오(scenario)에서, 시스템 내에, 각각 M_t개의 송신 안테나를 장착한 총 K_t명의 사용자가 존재하고, AP는 M_r개의 수신 안테나를 장착한다. 매체 접근 제어 프로토콜의 특징은 RTS/CTS 교환(exchange)의 사용을 통해 적응형 자원 할당을 프로토콜에 포함시킨 것이다. 그 결과, 본 도시된 실시예의 다중패킷 수신 기능은 SDMA의 사용뿐 아니라 OFDMA로부터 기인될 수 있다.

일 실시예에 따른 프로토콜 동작이 도 2에 도시된다. 사용자가 송신을 초기화하기 전에, 사용자는 임의의 계류 중인(pending) 송신이 있는지를 결정하기 위해 채널을 감지한다. 매체가 분산 프레임간 간격(distributed inter-frame space; DIFS)을 초과하는 구간(interval) 동안 아이들(idle)인 것으로 확인되면, 각 사용자는 [0, CW-1]의 범위 내에 균일하게 분포된(uniformly distributed) 무작위 백오프 카운터(random backoff counter)를 선택한다. 여기서, CW는 경쟁 윈도우(contention window)를 나타낸다. CW는 슬롯 단위(slot unit)로 유지되고 초기에 CW_min으로 설정된다. 무작위 백오프 시간 후에, 접근 요청은 소스(source) 및 종착지(destination) 어드레스(address)의 정보를 실어 나르는 송신 요청(Request To Send; RTS) 패킷을 통해 송신된다.

AP는 송신 사용자의 사전 지식을 가지고 있지 않으므로, 블라인드(blind) 검지(detection) 기술이 채널 상태 정보를 추정하고 복수의 RTS 패킷을 동시에 디코딩하는데 적용된다. RTS를 감지한 임의의 다른 사용자는 즉시 그의 백오프 타이머(timer)를 정지시킬 것이다. 본 도시된 실시예에서, RTS 패킷은 또한 데이터 패킷 길이의 정보를 포함한다. 접근 요청을 수신하면, AP는 채널 및 패킷 길이의 정보를 이용하여 서브캐리어, 비트 및 전력의 교차층 자원 할당을 수행한다. 공간-시간-코딩된(space-time-coded) 빔포머(beamformer)는 또한 동시에 연산된다. 짧은 프레임간 간격(short inter-frame space; SIFS) 후에, 접근 승인 신호(access grant signal)는 할당 결과 및 채널 정보를 특정된 사용자에게 알리기 위해 송신 허가(Clear To Send; CTS)를 통해 방송된다. CTS 패킷은 실제 채널 이득(gain) 대신에 공간-시간-코딩된 빔포머 파라미터를 제공한다. CTS 패킷이 사용자에 의해 수신되면, 선택된 사용자는 SIFS 구간 동안 기다리고 데이터 패킷을 송신하기 시작한다. 데이터 패킷의 서두(preamble)에 송신될 직교 트레이닝 시퀀스(orthogonal training sequence)는 CTS 패킷 내의 수신된 사용자 어드레스(address)의 순서에 따라 선택될 수 있다. 데이터 송신이 완료되면, AP는 수신된 패킷을 확인한다. 수신확인(acknowledgement; ACK)은 SIFS 간격 후에 성공적인 데이터 송신에 대하여 사용자에게 반환된다. 할당에 사용된 채널 상태 정보는 RTS 패킷의 수신 즉시 추정되고, 도플러 효과(Doppler effect) 때문에 데이터 송신에 대하여 부분적으로 아웃데이트(outdate)될 수 있다.

본 도시된 실시예에서 AP는 RTS 패킷을 동시에 송신하는 사용자의 수가 수신 안테나의 수를 초과하지 않으면 RTS 패킷을 성공적으로 수신할 수 있다고 가정된다. 그 결과, 동시에 지원될 수 있는 승인된 사용자의 수 K는 M_r보다 크지 않다. 특히 승인된 사용자는 최소 백오프 시간을 동시에 선택하는 자이다. 충돌(collision)이 발생하면(예컨대, RTS 패킷을 동시에 송신하는 사용자의 수가 M_r을 초과하면), 경쟁 윈도우는 최대 값 CW_max에 도달할 때까지 각 재송신(retransmission)에 대하여 배가(double)된다. 또한, 패킷 에러가 검지되고 ACK가 수신확인 타임아웃 기간(ACK_timeout) 내에 수신되지 않으면, 재송신이 발생한다. 패킷의 성공적인 송신 즉시, CW는 CW_min으로 리셋(reset)된다.

RTS 송신 동안에, 종래 공간-시간 코딩은 송신기에서 채용되고 블라인드 검지는 복수의 RTS 패킷을 수신하기 위해 AP에서 적용된다. RTS 패킷의 성공적인 디코딩 즉시, AP는 송신자(sender)를 식별하고 데이터 송신 페이즈(phase) 동안에 사용될 직교 트레이닝 시퀀스를 그들에게 통지한다. 그 결과, 채널 상태 정보는 데이터 프레임의 서두 내에서 추정되고, 다중 사용자 검지 기술은 수신기에서 복수의 데이터 패킷을 분리하는데 채택될 수 있다.

데이터 패킷 송신 동안의 예시적인 송신기 및 수신기의 구성이 도 3 및 도 4에 각각 주어진다. 주파수 대역은 N개의 서브캐리어로 나뉘어진다. 사용자 k의 직렬 데이터 스트림(data stream)은 역다중화(de-multiplexing)(302)에 의해 다수의 병렬 가지(branch)로 변환된다. 하나의 공간-시간-코딩된 OFDM 블록을 형성하기 위해, 두 개의 연속 OFDM 심볼이 짝지어진다. 할당 결과는 제어 정보(306)로서 AP로부터 모바일 사용자의 수신기로 CTS 패킷을 통해 송신된다. 각 서브캐리어에 할당된 비트의 수 및 전력에 의존하여, 적응형 변조기(modulator)는 상응하는 QAM 변조 방법(304)을 사용할 수 있다. 그 다음 공간-시간-코딩된 빔포머(308)가 각 서브캐리어에 대해 적용된다. 그 결과로 생긴 심볼은 역 패스트 푸리에 변환(inverse fast Fourier Transform; IFFT)(312)에 의해 시간 영역 샘플(sample)로 변환될 수 있다. 그 다음 보호 구간(guard interval)(314)이 부가되고 이러한 샘플은 주파수 선택적 페이딩 채널(frequency selective fading channel)을 통해 AP로 안테나(316)에 의해 송신된다.

수신기(예컨대, AP)에서, 보호 구간은 제거되고(404) 샘플은 다시 FFT 블록(406)에 의해 주파수 영역으로 변환된다. 상이한 사용자에 대한 채널의 지식 및 공간-시간-코딩된 빔포머를 이용하여, 다중사용자 검지(408)는 다중접근 간섭(multi-access interference; MAI)을 억제하고 모든 사용자에 대한 송신된 신호를 공동으로 추정한다. 서브캐리어, 비트 및 전력 할당 정보(410)는 다중사용자 검지를 구성하는데 사용된다.

채널 평균 피드백(channel mean feedback)은 채널 피드백 상에서 컨디셔닝된(conditioned) 0이 아닌(non-zero) 평균 및 백색 공분산(white covariance)을 가진 가우시안 무작위 변수로서 공간 페이딩 채널이 모델링되는 곳에 초점이 맞추어진다. 이러한 채널 모델은 피드백 지연에 의해 야기된 아웃데이트된 채널 상태 정보 및 채널 추정(estimation), 예측(prediction) 또는 피드백 에러에 의해 유발되는 불확실한(uncertain) 채널 상태 정보와 같은 상이한 타입의 부분적인 채널 상태 정보를 수용할 수 있다.

몇몇 실시예에서 완벽하게 추정되는 것으로 가정되는 채널 상태 정보는 RTS 패킷의 수신 즉시 획득된다. 하지만, RTS 및 데이터 패킷 사이의 시간 차이로 인해, 이러한 채널 상태 정보는 실제 채널 정보와 비교하면 부분적으로 아웃데이트된다. 그 결과, 부분적으로 아웃데이트된 채널 상태 정보 및 관련 송신기 설계의 가정은 적어도 몇몇 실시예에서 이루어진다. 특히, 서브캐리어 n 및 사용자 k에 대하여, M_r×M_t인 MIMO 채널은 다음의 수학식과 같이 모델링된다.

[수학식 1]

여기서,

는 주어진 피드백 정보

에 대한

의 조건부 평균이고,

는 관련 영평균(zero-mean) 섭동 행렬(perturbation matrix)이다. 결정적인 쌍인

는 부분적으로 아웃데이트된 채널 상태 정보를 파라미터화하고 분산

는 채널 상태 정보의 품질을 반영한다. 상이한 송신 및 수신 안테나 쌍 사이의 유한 임펄스 응답(finite impulse response; FIR) 채널

는 독립적이고

내의 L 탭(tab)인

는 비상관(uncorrelated)이다. 즉, 다음의 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

는 시간 영역 내에서 실제 채널 및 추정된 채널 사이의 상관 계수(correlation coefficient)이고

는 모든 승인된 사용자의 모든 FIR 채널에 대한 총 에너지이다. 도플러 효과가 고려되면,

는 시간 차이

에 의해 정규화된 도플러 주파수

에 의존한다. 즉,

이다. 여기서, J₀(·)는 0차 제1 종 베셀(Bessel) 함수이다.

보통, 인프라구조 모드의 802.11 기반 무선 네트워크에서는, 상이한 사용자 사이의 정보 교환이 없다. 그 결과, 각 사용자는, 다른 모바일-투-AP(mobile-to-AP) 링크(link)에 대한 고려 없이 그 자신의 채널에 따라 독립적으로 공간-시간-코딩된 빔포머를 설계한다. 공간-시간-코딩된 빔포머는 각 사용자의 송신기를 위하여 구성된다. 송신기 구성이 모든 사용자 및 서브캐리어에 대하여 비슷하므로, 단지 단일 사용자 k 및 서브캐리어 n이 아래에 논의된다. 하지만, 복수의 사용자 및 복수의 서브캐리어가 존재한다는 것이 인식될 것이다. 간결성을 위해, 대괄호 [n, k]는 아래의 논의에서 생략된다.

공간-시간-코딩된 빔포머의 구조가 도 5에 도시된다. 변조된 심볼 s₁ 및 s₂는 알라모우티(Alamouti) 공간-시간 행렬을 생성하는데 사용된다. 하지만, 다른 실시예에서 다른 공간-시간 블록 모드 방법이 사용될 수 있음이 인식될 것이다. 퍼센티지(percentage)

,

를 이용한 송신 전력의 분할(splitting)은 제1 기본-빔(basis-beam)에 대한

및 제2 기본-빔에 대한

로 나타난다. 그 다음 전력 로딩된(power-loaded) 심볼은 두 개의 빔포밍 벡터(vector)

및

와 각각 곱해진다. 변수

는 평균 비트 에러율(bit error rate, BER) 성능을 최적화하기 위해 조정될 수 있다. d²을 성상도(constellation)에 대한 스케일링된(scaled) 스퀘어(square) 유클리드 거리(Euclidean distance)를 나타낸다고 하고, 이는 전력 로딩(power loading) P 및 로딩된 비트의 수 b의 함수이다. 임계값 d₀ ²은 목표

를 달성하는데 사용될 것이다.

복수의 사용자는 동일한 서브캐리어 상에서 송신될 수 있고 중첩된(superimposed) 신호는 다중안테나 기술을 사용하여 수신기에서 분리될 수 있다. 각 서브캐리어에 있어서, 수신기(예컨대, AP)는 상이한 사용자로부터 송신된 변조된 심볼을 추정하는 것을 목적으로 한다. 그 다음 서브캐리어 할당 정보는 이 서브캐리어에 할당된 상응하는 사용자를 식별하는데 사용된다. 송신기 설계를 이용하여, 아키텍처(architecture)는 각 심볼이 빔(beam)을 통하여 송신되는 공간-시간 블록 코딩된(space-time block coded; STBC) 시스템으로 나타낼 수 있다. 그 결과, 원래 다중사용자 STBC 시스템을 위해 설계된 다중 사용자 검지 방법(multiple user detection method; MUD)은 상이한 사용자에 대해 송신된 신호를 공동으로 검지하는데 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 사후 확률(posteriori probability)을 최대화하는 최적 수신 아키텍처일 수 있는, 최대 우도(maximum-likelihood; ML) 다중사용자 검지가 채용된다. 제로-포싱(zero-forcing), 최소 평균-제곱 에러(minimum mean-square error), 병렬 간섭 제거(parallel interference cancellation; PIC) 및 직렬 간섭 제거(successive interference cancellation; SIC)와 같은 다른 타입의 MUD도 또한 감소된 복잡도로 수신기에서 사용될 수 있음을 인식할 것이다.

앞에서 언급한 바와 같이, SDMA에 뒤떨어진 대처 및 동일채널 간섭(co-channel interference; CCI)은 자원 할당 문제를 풀기 어렵게 한다. 이러한 문제를 다루기 위해, 모든 사용자를 그룹으로 나누는 그룹화(grouping) 접근법이 채용되고, 이는 상이한 그룹으로부터의 임의의 사용자 쌍 사이에 낮은 간섭을 확실히 보장한다.

시스템 처리율을 최대화하는 교차층 접근법이 개발된다. 이를 달성하기 위해, 최적 사용자 조합이 각 서브캐리어 및 비트에 대하여 모든 승인 가능한(admissible) 조합 가운데서 선택될 수 있고 전력은 부분적으로 아웃데이트된 채널 상태 정보에 기반하여 할당된다. 사용자 분리의 영향은 할당 전략(strategy) 상에서 조사된다. 이러한 할당 전략은 사용자가 동일한 서브캐리어를 공유하도록 허용되는 조건을 나타내도록 하는 것을 목표로 한다. 자원 할당 문제는 매체 접근 제어 및 물리층 문제 모두를 고려함으로써 공식화(formulate)될 수 있다.

MIMO/OFDM 시스템 내의 할당은 비트 및 각 사용자에 대한 전력 할당뿐 아니라 각 서브캐리어 상의 사용자의 선택을 포함한다. 좋은 할당 전략은 낮은 분리성을 가지는 사용자가 동일한 서브캐리어 내에 할당되는 것을 방지한다. 왜냐하면 결과로 나온 높은 간섭이 시스템의 성능을 매우 감소시킬 것이기 때문이다. 이를 달성하고 할당 문제를 다루기 쉬운 것으로 만들기 위하여, 사용자 할당은 사용자 분리성에 따라 동적으로 제어되어 상호(mutual) 간섭을 상당히 피할 수 있다. 사용자 분리성은 사용자 간의 채널 행렬의 상관 관계(correlation)에 의해 결정될 수 있다. 하지만 부분적으로 아웃데이트된 채널 상태 정보는 이용 가능하다. 그 결과, 상이한 채널 피드백 품질과 마찬가지로 상이한 채널 상관 관계를 가지는 성능이 조사된다.

사용자 k₁, k₂의 채널 행렬

,

는 수학식 3과 같이 분리된다고 놓는다.

[수학식 3]

완벽한 채널 상태 정보의 경우에, 공간-시간-코딩된 빔포머는 종래의 빔포머로 줄어든다. 따라서, 수신-안테나 가중치(weight) 벡터

및

는

및

의 제1 열(column) 벡터와 동일하다. 수신-안테나 가중치 벡터에 의존하는 채널 상관 관계는 수학식 4와 같이 정의된다.

[수학식 4]

다음으로, 사용자가 서로 간섭 없이 동일한 서브캐리어에 할당될 수 있는 조건이 정의된다. 수학식 4에 의해 정의된

의 영향이 조사된다.

도 6은 수학식 2에서 정의된 채널 피드백 품질

의 상이한 값 하에서 ML 다중사용자 검지 수신기의 성능을

의 함수로 나타낸다. 특히, 도 6은 각각

=1(605,610),

=0.8(615, 620), 및

=0.6(625, 630)에서 단일 사용자 범위(single user bound) 및 MLD에 대한 곡선을 도시한다. 단일 사용자 비트 에러율(bit error rate; BER) 범위는

가 감소할 때 증가한다. 반면에

의 값은 BER 성능에 중요한 영향을 미친다. 또한, 다중사용자 검지 기술을 사용한 BER이 단일 사용자 범위에 매우 근접하게 되는

의 범위는

가 감소할 때 작아진다. 하지만 BER 곡선은 보다 부드러워진다. 따라서, 사용자가 동일한 서브캐리어에 할당될 수 있는지 없는지 여부를 결정하기 위해서,

및

의 값 모두가 고려될 수 있다.

및

를 두 개의 임계값을 나타낸다고 놓는다. 두 사용자는 만약

및

이면 동일한 서브캐리어 내에서 승인 가능하다. 따라서, 채널 피드백 품질

가 낮으면, 실제 채널의 상관 관계는 주어진 아웃데이트된 채널 정보에서 확실히 보장되지 않는다.

무선 네트워크 시스템은, 각 사용자의 쌍 간의 상관 관계가 임계값

보다 작도록 서브캐리어의 할당이 제어되므로 무간섭(interference-free)인 것으로 고려될 수 있다.

의 값은 수신기에서 사용되는 다중사용자 검지 아키텍처뿐 아니라 채널 피드백 품질

에 따라 결정된다. 따라서, 사용자의 각 조합의 승인 가능성은 정의될 수 있다. 각 조합은 사용자의 서브세트(subset)에 상응한다. 그러므로, 총 2^K개의 가능한 조합이 존재한다. 예를 들면, K=4인 것으로 가정한다. (0, 0, 0, 0)에서 (1, 1, 1, 1)까지의 총 16개의 조합이 얻어질 수 있다. 사용자 세트에 상응하는 각 조합에서 값 1 또는 0은 상응하는 사용자가 이 세트의 원소(element)인지 아닌지를 나타낸다. 상응하는 사용자 서브세트에서,

보다 높은 상관 관계를 갖는 사용자의 쌍을 찾을 수 없으면 조합은 승인 가능하다. 채널 피드백 품질

는 승인 가능한 조합을 확인하기 위한 간접(indirect) 파라미터이고

의 값을 결정하는 역할을 한다. 특히,

은 n번째 서브캐리어 상의 i번째 조합에 대한 승인 가능한 인덱스(index)로 정의된다. 즉, 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

예를 들어,

=0.5를 가진 4명의 사용자 시나리오를 고려한다. 서브캐리어 n 상의 상관 관계 행렬이 수학식 6과 같이 주어진다고 하면,

[수학식 6]

=1이고, 이는 사용자 2 및 사용자 4를 포함하는 세트를 나타내는 6 번째 조합 (0, 1, 0, 1)이 승인 가능함을 의미한다. 비슷하게,

=0은 사용자 1 및 사용자 4가 동일한 서브캐리어에 할당될 수 없으므로 조합 (1, 0, 1, 1)이 승인 불가능함을 의미한다.

할당은 사용자의 모든 승인 가능한 조합을 고려함으로써 결정된다. AP가 K명의 사용자로부터 RTS 패킷을 성공적으로 수신하는 것으로 가정한다. 목표는 데이터 패킷이 최소의 전파점유시간(airtime) 내에 송신될 수 있도록 서브캐리어, 비트 및 전력을 할당하는 것일 수 있다. 보통, 송신 시간의 최소화는 데이터율(data rate)의 최대화와 동등하다. 물리층의 관점에서, 목적은 주어진 QoS 요구 사항 및 총 전력 제한 P_total 하에서 총 데이터율을 최대화하는 것으로 설정될 수 있다. 하지만, 이는 네트워크 스택(stack)의 상부 층이 고려되면 적용되지 않을 수 있다. 예를 들면, 상이한 사용자는 어플리케이션(application)의 특성에 의해 결정되는 상이한 길이의 패킷을 가질 수 있다. 데이터 송신 시간은 최대 수의 OFDM 심볼을 사용하는 사용자에 의해 지배될 수 있다. 이러한 경우에, 총 데이터율의 최대화는 최소 전파점유시간을 감소시키지 않는다. 그 결과, 각 OFDM 심볼 내의 할당된 데이터율이 사용자의 패킷 길이에 비례하도록 부가적인 제한이 부가된다. 수학적으로, 최적화 문제는 다음과 같은 수학식과 같이 공식화될 수 있다.

[수학식 7a]

수학식 7a 는 아래의 수학식 7b 내지 수학식 7d에 종속된다.

[수학식 7b]

[수학식 7c]

[수학식 7d]

다른 기본 서비스 세트(Basic Service Set; BSS) 또는 이웃 시스템으로의 간섭을 제한하고, 동일한 송신 전력 조건 하에서 상이한 방법을 비교하기 위해, 총 전력 제한은 수학식 7b에 의해 주어진다. 하지만, 할당 기술의 비슷한 기술을 적용함으로써 개인 전력 제한의 경우로 쉽게 확장될 수 있음을 인식할 것이다. 상기 수학식에서,

은 사용자 k의 패킷 길이를 나타내고 다음의 수학식과 같이 정의된다.

[수학식 8]

문제를 다루기 쉽게 만들기 위해,

은 수학식 7a에서 구간 [0, 1] 내의 실수로 완화될 수 있다. 실수 값의

은 n번째 서브캐리어 상의 i번째 조합에 대한 시간 공유 팩터(factor)로 해석될 수 있다. 특히, 데이터 프레임을 송신하는데 사용되는 OFDM 심볼의 수가 N_s이면, i번째 조합은

OFDM 심볼의 기간에 대하여 n번째 서브캐리어에 할당된다. 예를 들어, 4명의 사용자 및 1번째 서브캐리어를 고려한다. 데이터 프레임은 N_s=40 OFDM 심볼을 포함한다. 또한, 4번째 조합[사용자 3 및 사용자 4를 포함하는 (0, 0, 1, 1)] 및 13번째 조합[사용자 1 및 사용자 2를 포함하는 (1, 1, 0, 0)]이

=0.4, 및

=0.6로 이러한 서브캐리어를 공유한다면, 사용자 3 및 사용자 4는 첫 번째 16 OFDM 심볼의 이러한 서브캐리어를 점유할 것이고, 그 나머지 24 OFDM 심볼의 이러한 서브캐리어는 사용자 1 및 사용자 2에 의해 공유될 것이다. 반면에,

는 주어진 할당 전력 P_k _,i,n에 대한 서브캐리어 n 상의 i번째 조합의 사용자 k에 대한 비율 함수(rate function)이다. 적응형 M-QAM이 사용된다고 가정하면, 주어진 목표 비트에러율

및 송신 전력 P에 대하여, 각 심볼 내에 송신될 수 있는 비트의 수는 다음의 수학식과 같이 근사화된다.

[수학식 9]

여기서, d₀ ²은 아래의 수학식과 같이 계산된다.

[수학식 10]

여기서,

이고,

이다.

혹은

에서 d₀ ²을 찾을 수 없다면, d₀ ²은 다음의 수학식과 같다.

[수학식 11]

간결성을 위하여

이라 놓는다.

특정 사용자 k 및 서브캐리어 n에 대하여,

은 동등 채널 상태(equivalent channel condition)를 나타낸다. 그리고, 비율 함수

은 다음의 수학식과 같이 얻어진다.

[수학식 12]

여기서,

는 i번째 조합 내에 포함된 사용자의 세트를 나타낸다.

및

은 송신기 및 수신기 구조에 의존한다.

수학식 7d의 제한은 (K-1)개의 독립 등식(equality)을 포함한다. 또는,

이면

이므로, 이러한 제한은 K개의 종속 부등식(inequality)로 대체될 수 있다. 즉,

[수학식 13]

여기서, [·]_K는

에서 K에 기반한 모듈러스(modulus)를 나타낸다. 예를 들면, [-1]_K=K-1, [0]_K=K, 및 [K+1]_K=1이다.

은 오목(concave) 함수이다. 하지만, 수학식 7a의 목적 함수

은

에서 오목하지 않을 수 있다. 그러므로,

이면, 수학식 7a 내지 수학식 7d는 다음의 수학식과 같이 다시 쓰여질 수 있다.

[수학식 14a]

수학식 14a 는 아래의 수학식 14b 내지 수학식 14d에 종속된다.

[수학식 14b]

[수학식 14c]

[수학식 14d]

은

및

내에서 오목하다. 반면에,

은 목적 함수의 오목성을 변경시키지 않는다. 라그랑지안(Lagrangian)은 다음의 수학식과 같이 얻어진다.

[수학식 15]

여기서,

및 t_n은 수학식 14b 및 수학식 14c에 대한 라그랑주 곱셈자(Lagrange multiplier)이고, u_k는 수학식 14d에 대한 카루시-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucker; KKT) 곱셈자이다. 최적 솔루션(solution)

에 대한 KKT 조건의 세트는 다음의 수학식과 같이 얻어질 수 있다.

만약

이면,

[수학식 16a]

그리고

[수학식 16b]

한편, 만약

이면,

[수학식 16c]

더욱이, 다른 KKT 조건은 수학식 14b 내지 수학식 14d에 표현된 제한뿐 아니라 아래의 수학식을 포함한다.

[수학식 16d]

[수학식 16e]

=0일 때,다음의 수학식과 같다.

[수학식 17]

=1일 때, 수학식 16a 내지 수학식 16c를 사용하면 다음의 수학식과 같다.

[수학식 18]

여기서,

는 다음의 수학식과 같다.

[수학식 19]

반면에, 수학식 15b 및 수학식 15로부터 다음의 수학식을 얻는다.

[수학식 20]

여기서

는 다음의 수학식과 같다.

[수학식 21]

그리고 다음의 수학식을 얻는다.

[수학식 22]

수학식 14c의 제한을 만족시키기 위하여, 수학식 23과 같아야 한다.

[수학식 23]

여기서, 수학식 24와 같다.

[수학식 24]

여기서,

은 n번째 조합의 승인 가능한 조합의 세트를 나타낸다.

주어진

의 값에 대하여,

의 최적 솔루션이 얻어질 수 있다. 하지만,

의 값은 수학식 14b,14d, 16d 및 16e의 KKT 조건을 만족시키기 위해 조정된다.

따라서, 일 실시예에 따른 반복적인(iterative) 기술은

의 값을 다음과 같이 획득할 수 있다.

단계 1: KKT 곱셈자를

로,

는 매우 작은 값이 되도록 초기화한다.

단계 2:

의 현재 값에 기반하여, 수학식 17 내지 수학식 24를 사용하여 임시로

의 최적 솔루션을 계산한다.

단계 3: 수학식 14b에 기반한 KKT 조건이 만족되는지 아닌지를 조사한다. 만족된다면, 다음 단계로 진행한다. 아니라면,

의 값을 조정하고 수학식 14b의 총 전력 제한이 만족될 때까지, 업데이트된(updated)

의 값을 사용하여 단계 2를 반복한다.

단계 4: 수학식 14d, 16d 및 16e에 기반한 KKT의 조건이 모두 만족되는지 아닌지를 조사한다. 만족된다면, 중지한다.

하나 이상의 조건이 만족되지 않는다면,

의 값을 반복적으로 검색한다.

각 반복에서, 아래의 수학식 25를 만족하는 사용자

를 선택한다.

[수학식 25]

여기서,

는 다음의 수학식과 같다.

[수학식 26]

그리고

는 다음의 수학식과 같다.

[수학식 27]

으로 만들기 위해 이분법(bi-section method)을 사용하여

의 값을 검색한다. 특히, 초기 하계(lower bound)

를 현재 값

로 설정하고 초기 상계(upper bound)

를 다음의 수학식과 같이 설정한다.

[수학식 28]

여기서,

이고, 이는 모든 서브캐리어 가운데 사용자

에 대한 최상의(best) 채널 이득을 나타낸다.

초기 상계

는 모든 n에 대하여

이 되도록 설정된다. 이러한 경우에,

이다. 그 결과,

이 되도록 하는

의 정확한 값은

및

사이에 있어야 한다.

로 놓고

을 사용하여 단계 2를 반복한다.

만약,

이면, 수학식 29와 같이 설정한다.

[수학식 29]

이면, 수학식 30과 같이 설정한다.

[수학식 30]

이 될때까지 상기 이분법 검색 절차를 반복한다.

수학식 25에 따라 다른 사용자로 변경하고, 수학식 14d, 16d 및 16e의 KKT 조건이 모두 만족될 때까지 반복 절차를 반복한다.

단계 5: 단계 3 및 단계 4를 반복한다.

단계 4의 이분법 검색 절차는 조건

를 만족하는

의 값이 찾아지지 않을 때 일어날 수 있다. 두 개의 조합은 동일한 서브캐리어를 번갈아 가며(alternatively) 점유할 수 있기 때문에

및

의 두 가지 경우 사이를 왔다 갔다 할 수 있다. 따라서, 두 개의 조합은 주어진

의 임계(critical) 값에 대하여 이러한 서브캐리어 상에서 동일한 값의 G(수학식 21을 참조)를 가진다. 이러한 경우에, 공유 팩터

은 구간 (0, 1) 내에서 값을 취하는데 사용될 수 있다. 특히, 동일한 서브캐리어

를 공유하는 두 개의 조합인 i₁ 및 i₂가 존재한다고 가정한다. 만일 조합 i₁만 선택된다면, 그 결과로 나오는 사용자

및 사용자

에 대한 OFDM 심볼당 총 비율은 각각

및

로 나타난다. 또는, 만일 조합 i₂만 선택된다면, 그 결과로 나오는 OFDM 심볼당 총 비율은

및

로 변경된다.

그러면, 두 개의 조합에 대한 공유 팩터는 다음의 수학식과 같이 얻어질 수 있다.

[수학식 31]

그리고

[수학식 32]

20MHz 대역에 걸친 64개의 서브캐리어를 이용하여 OFDM 시스템이 시뮬레이트(simulate)된다. 무선 채널은, 지수함수적인 전력 지연 프로파일(exponential power delay profile) 및 300ns의 제곱 평균 제곱근(root mean square; RMS) 지연 확산(delay spread)을 가지는 6경로 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널로 모델링된다. 이 시뮬레이션에서, 각 모바일에 장착된 송신 안테나 M_t의 수는 2와 같다고 가정하고, AP에서 수신 안테나 M_r의 수는 4라고 가정한다. 10^-6의 목표

는 패킷 에러 및 재송신의 낮은 가능성을 유지하도록 선택된다. 정규화된 도플러 주파수에 의해 결정되는 피드백 품질

(수학식 2에 의해 정의된 바와 같음)는 보통 0.8 또는 그 이상이다. 그 결과,

는 송신기에서 0.8(

)이라고 가정하고 이에 대응하여

로 설정된다. 비슷하게, 패킷 길이[페이로드(payload) 및 매체 접근 제어 헤더(header)를 포함함] 100 바이트(byte) 및 1000 바이트 사이에 균일하게 분포된다.

도 7에서, 패킷당 OFDM 심볼의 평균 개수가 두 가지 다른 방법과 교차층 방법에 대하여 도시된다. 특히, 도 7은 교차층 접근법(730), 물리층 최적화(physical layer optimization)(720) 및 고정된 할당(fixed allocation)(710)에 대한 곡선을 도시한다. 4명의 사용자를 가진 시나리오가 시뮬레이트된다. 비교를 위해 사용된 첫 번째 방법은 물리층의 관점에서 원시 데이터율(raw data rate)을 최대화하는 방법이지만, 상부 층에서의 패킷 문제에 대한 고려가 없다(에컨대, 원래 문제에서 수학식 7d의 제한이 없다). 이 방법을 물리층 최적화라 한다. 두 번째 방법은 고정된 할당이라 하는데, 이는 주파수 분할 다중 접근(frequency-division multiple access; FDMA) 및 종래 빔포밍에 기반한 고정된 변조를 채택한다. 종래 빔포밍은

및

로 설정함으로써 얻어질 수 있다. 한편, 패킷당 OFDM 심볼의 수는 이러한 데이터 프레임에 포함된 패킷의 수에 의해 나뉘어지는 데이터 송신에 사용되는 OFDM 심볼의 수로 정의된다.

각 데이터 프레임의 기간이 사용자에 의해 결정됨을 생각한다. 4명의 tkydd자의 경우가 고려된다. 서브캐리어당 송신 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio; SNR)는 N₀가 잡음 전력을 나타낼 때

로 정의된다. 일반성의 손실 없이, 시뮬레이션에서 N₀=1이다. 이 도면으로부터, 고려된 SNR의 범위 동안 교차층 접근법에 의해 사용된 OFDM 심볼의 수는 다른 두 방법의 그것보다 더 적음을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 교차층 접근법은 항상 처리율 향상을 획득할 수 있고 보다 효과적으로 자원을 이용할 수 있다. 고정된 할당 또는 물리층 최적화를 사용하면, 고정된 할당은 일반적으로 비효율적이어서, 낮은 총 전력 예산(power budget)을 가지는 제로(zero) 할당을 야기할 수 있기 때문에, 사용된 OFDM 심볼의 수는 낮은 SNR 영역(region)에서 무한대로 증가할 수 있다. 반면 물리층 최적화의 경우에, 모든 사용자의 데이터율을 최대화하기 위해 나쁜 채널 상태를 가지는 몇몇 사용자는 턴 오프(turn off)될 수 있다. 그 결과, OFDM 심볼의 수는 이러한 턴 오프 사용자에 의해 지배되고 결과적으로 무한대로 접근하려는 경향이 있을 것이다. 따라서, 단일 층의 최적화는 효율적이지 않을 수 있다. 대조적으로, 교차층 접근법을 통해 더 많은 장점이 이용될 수 있다.

상이한 방법에 대한 처리율 성능은 시뮬레이션 및/또는 실험에 의해 조사된다. 이러한 시뮬레이션/실험의 목적을 위하여, 레일리 페이딩은 각 데이터 프레임 내에서 준정적(quasi-stationary)이고 상이한 데이터 프레임 간에 독립적인 것으로 가정한다. 20 K_t 사용자를 가진 시스템이 사용되고 동시에 지원될 수 있는 사용자의 최대 수는 K_max=M_r=4이다. 포화된(saturated) 트래픽(traffic)을 또한 가정한다. 백오프 절차에서, CW_win은 8과 같고 CW_max는 256과 같다.

일 실시예에서, RTS, CTS, ACK를 포함하는 제어 프레임의 포맷(format)은 현재 802.11a 표준에 기반하여 설계되고, 현재 802.11a 표준은 프레임 제어 필드(Frame Control Field)(2 바이트), 기간 필드(Duration Field)(2 바이트), 수신기 어드레스(Receiver Address; RA) 필드(6 바이트), 송신기 어드레스(Transmitter Address; TA) 필드(6바이트, 오직 RTS 내부), 및 프레임 확인 시퀀스(Frame Check Sequence; FCS)(4 바이트)로 구성된다. 하지만 제어 프레임에 대하여 다른 포맷이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. MPR이 지원되기 때문에, 성공적인 RTS 요청 또는 데이터 송신을 가진 노드를 알려주기 위해 CTS 및 ACK 프레임에 대하여 복수의 RA 필드가 요구될 수 있다.모든 제어 프레임은 동일한 비율로(예컨대, 6Mbps) 또는 다양한 비율로 송신될 수 있다. 이 시뮬레이션에서 사용되는 다른 파라미터는 표 1에 열거된다. 하지만, 파라미터는 단지 예시적이고 다른 실시예에서 다른 파라미터 값이 사용될 수 있다는 것을 알아차릴 것이다.

MPR 및 적응형 자원 할당이 공동으로 설계되는 교차층 접근법과 대조적으로, 종래 무선 시스템에서는 무(無) MPR 또는 무 적응형 자원 할당이 적용된다. 이러한 종래 방법을 각각 MPR+고정된 자원 할당(fixed resource allocation; FRA), 위드아웃(without) MPR+동적 자원 할당(dynamic resourece allocation; DRA), 및 위드아웃 MPR+FRA라 일컫는다. 비교를 위해 사용된 다른 방법은 AP가 복수의 RTS 패킷을 검지하지만 적응형 자원 할당을 가진 단 하나의 사용자로 CTS를 보내는 방법이다. 이러한 방법을 단일 데이터 패킷 송신을 이용하는 다중 RTS 수신(Multiple RTS Reception with Single Data Packet Transmission; MRSD)이라 일컫는다. 도 8은 SNR이 5dB에서 30dB로 증가함에 따라, 상이한 기술에 의해 달성되는 평균 처리율을도시한다. 특히, 도 8은 교차층 접근법(810), MPR+FRA(820), MRSD(830), 위드아웃 MPR+DRA(840) 및 위드아웃 MPR+FRA(850)에 대한 곡선을 도시한다. 데이터 패킷은 만일 이 패킷 내의 모든 비트가 정확하게 디코딩되면, 성공적으로 수신되었다고 정의된다.

평균 처리율은 단위 시간(time unit)(ms) 내에 성공적으로 수신되는 패킷의 평균 수로 정의된다. 이 시뮬레이션을 위하여 코딩되지 않은(uncoded) 시스템을 가정한다. 교차층 접근법은 다른 방법과 비교하여 평균 처리율 상의 상당한 향상을 달성할 수 있다. 또한, MPR+FRA은 낮은 SNR 범위를 제외하고는, 대부분의 경우 MRSD 및 위드아웃 MPR+DRA보다 좋은 성능을 보인다. 따라서, MPR은 SNR이 증가함에 따라 DRA과 비교할 때 보다 중요한 역할을 한다. 왜냐하면 채널 접근 경쟁(contention)에 요구되는 오버해드(overhead)는 한 번에 복수의 사용자를 스케쥴링(scheduling)함으로써 상당히 감소될 수 있기 때문이다. 이 도면의 면밀한 관찰은, 위드아웃 MPR 방법의 처리율이 MPR을 사용한 방법과 비교할 때 상이한 SNR과 관련하여 보다 정적(stable)으로 나타난다는 것을 설명한다. 반면에, 위드아웃 MPR+DRA 및 위드아웃 MPR+FRA 방법 간의 처리율 차이는 높은 SNR 범위에서 좁아진다.

상기 실험에서 20 K_t 사용자를 가진 시스템이 사용된다. 시뮬레이션은 상이한 네트워크 크기에 따른 방법의 성능을 결정하기 위해 수행된다. 도 9는 네트워크 내의 사용자의 수가 5에서 100으로 증가함에 따른, 상이한 방법의 평균 처리율을 비교한다. 15dB의 SNR이 시뮬레이션을 위하여 가정된다. 도 9는 교차층 접근법(910), MPR+FRA(920), MRSD(930), 위드아웃 MPR+DRA(940), 위드아웃 MPR+FRA(950)에 대한 곡선을 도시한다. 교차층 접근법은 작은 크기 및 큰 크기의 시스템 모두에 대해 다른 방법보다 좋은 성능을 보일 수 있다. 또한, 위드아웃 MPR+FRA 방법은 사용자의 수 K_t의 증가와 함께 단조적으로 감소하는, 위드아웃 MPR+DRA와 매우 비슷한 성능을 가진다. 이러한 방법에 있어서 특히, 접근을 위해 경쟁하는 사용자의 수가 증가하면, 더 많은 충돌이 발생한다. 따라서, 더 많은 자원이 소비될 것이다.

대조적으로, 최소 네트워크 크기의 지점에서 교차층 접근법 또는 MPR+FRA 방법의 피크(peak) 처리율이 달성되지 않는다. 특히, 교차층 접근법을 이용하면, 사용자의 수가 상대적으로 적을 때 자원이 효율적으로 이용되고 다중사용자 다이버시티(diversity)가 완전히 이용되지 않으므로, 처리율 증가가 K_t=5에서 K_t=30까지 나타난다. 따라서, 교차층 접근법의 최대 처리율에 상응하는 사용자의 수는 MPR+FRA 방법의 그것보다 많다. 반면에, MRSD의 처리율은, 사용자의 수가 증가할 때 다중사용자 다이버시티 이득이 이용되지 못하고 다중 RTS 수신 제어의 사용이 충돌을 감소시킬 수 있으므로, 상이한 사용자의 수에 관하여 기본적으로 변화되지 않는다.

지금까지 기술된 실험에서, 네트워크의 포화된 트래픽을 가정한다. 하지만, 트래픽 도착 모드에 대한 일반적인 가정을 만드는 것이 보다 현실적이다. 여기서, 패킷은 파라미터 r_j의 포와송(Poisson) 분포에 따른 사용자 j의 큐(queue)에 대해 생성된다. 따라서, 두 연속적인 패킷의 도착 사이의 시간 구간은 지수함수적 분포를 따른다. r_j는 단위 시간 내의 도착의 강도(intensity) 또는 패킷 도착율이다. K_t 사용자에 대한 패킷 도착 과정은 독립적인 것으로 가정하고 네트워크 용량(capacity)은

으로 나타낸다. 특히,

는 시스템을 안정적으로 만들거나 평형 상태(equilibrium)에 있도록 하기 위해

보다 커서는 안 된다.

도 10은 상이한 패킷 도착율 하에서의 평균 패킷 지연을 도시한다. 패킷 지연은 패킷이 도착한 시간으로부터 이 패킷에 대한 ACK가 수신될 때까지의 시간 구간으로 정의된다. 특히, 도 10은 SNR=15dB 및 K_t=20일 때 패킷 지연을 도시한다. 도 10은 교차층 접근법(1050), MPR+FRA(1040), MRSD(1030), 위드아웃 MPR+DRA(1020), 위드아웃 MPR+FRA(1010)에 대한 곡선을 도시한다. 일반성의 손실 없이, r로 표시되는 패킷 도착율은 모든 사용자에 대해 동일한 것으로 가정한다. MPR+FDA를 사용하면 r이 0.18패킷/ms보다 클 때 시스템은 불안정하게 된다(예컨대, 평균 패킷 지연은 시간과 함께 무한하게 증가한다). MRSD, 위드아웃 MPR+DRA 및 위드아웃 MPR+FRA는 더 나쁜데, 이는 패킷 도착율이 각각 0.15패킷/ms, 0.13패킷/ms, 및 0.12패킷/ms보다 낮지 않으면, 무한한 패킷 지연을 야기한다. 대조적으로, 교차층 접근법을 사용한 평균 패킷 지연은 무거운 트래픽 로드에서 다른 방법의 평균 패킷 지연보다 낮다.특히, 패킷이 0.18패킷/ms의 비율로 도착하면, 본 기술은 MPR+FRA와 비교하여 60%의 지연 감소를 달성할 수 있다. 또한, 패킷 도착율이 0.26패킷/ms를 초과하지 않는 한 시스템은 안정적으로 유지될 수 있다. 게다가, 도 8에 도시된 결과로부터 본 기술을 사용한 네트워크 용량

은 15dB의 SNR에서 약 5.2패킷/ms라는 것을 알 수 있다. 따라서, 이는 축적된 패킷 도착율 K_t·r이 네트워크 용량

보다 적으면 시스템이 안정적이라는 이론을 입증한다. 반면에, 트래픽 로드가 감소함에 따라, 상이한 방법 사이의 패킷 지연 차이는 점차 줄어들고 마지막에는 없어진다.

주어진 상이한 값의 SNR에 대하여 이러한 방법의 평균 패킷 지연이 결정된다. 도 11은 패킷 도착율 r=0.14패킷/ms 및 K_t=20으로 가정한 평균 패킷 지연의 비교를 도시한다. 특히, 도 11은 교차층 접근법(1150), MPR+FRA(1140), MRSD(1130), 위드아웃 MPR+DRA(1110), 위드아웃 MPR+FRA(1120)에 대한 곡선을 도시한다. 예상한 바와 같이, SNR이 증가함에 따라 평균 패킷 지연이 감소되고, 교차층 접근법은 전체 SNR 범위 동안 다른 방법에 비해 상당히 좋은 성능을 보인다. 시스템을 안정적으로 만들기 위해, MPR+FRA, MRSD, 위드아웃 MPR+DRA, 위드아웃 MPR+FRA와 비교하여 교차층 접근법에 의해 각각 5dB, 6dB, 11dB, 14dB의 SNR 어드밴티지(advantage)가 얻어질 수 있다. 또한, 가벼운 트래픽 로드에 대해 패킷 지연의 차이가 감소하는 도 9와 달리, 상이한 방법의 지연 성능은 높은 SNR에 대해서도 수렴하지 않는다. 이는 왜냐하면, 위드아웃 MPR 방법과 비교하여, MPR은 트래픽 로드가 그다지 가볍지 않을 때 충돌의 가능성을 상당히 감소시키고 패킷 지연을 향상시킬 수 있기 때문이다.

상이한 패킷 도착율 하에서의 상이한 방법의 처리율 성능이 도 12에 도시된다. 특히, 도 12는 교차층 접근법(1250), MPR+FRA(1240), MRSD(1230), 위드아웃 MPR+DRA(1220), 위드아웃 MPR+FRA(1210)에 대한 곡선을 도시한다. 각 방법은 시스템 처리율에 중요한 영향을 미치는 패킷 도착율의 임계값을 가진다. 패킷 도착율이 임계값보다 낮으면, 처리율은 패킷 도착율이 증가함에 따라 선형적으로 증가한다. 낮지 않으면, 처리율은 기본적으로 변하지 않고 유지된다. 이러한 현상은 쉽게 이해될 수 있고 이러한 임계값은 시스템이 불안정하게 되고 패킷 지연이 이러한 임계 점에서 무한성(infinity)을 보이는 도 10으로부터 획득될 수 있다. 또는, 이러한 임계값은 사용자의 수로 나뉘어지는 네트워크 용량(예컨대, 포화 상태에서 달성되는 최대 시스템 처리율)을 사용하여 결정될 수 있다.

도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 수신기에서의 예시적인 시스템이 도시된다. 본 실시예에서, 수신기는 복수의 송신 안테나뿐 아니라 복수의 수신 안테나(1380)를 가진다. 시스템은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 여러 가지 컴포넌트(component)를 가진다. 이 도시된 시스템에서, 송신 요청(request to send) 컴포넌트(1310), 송신 파라미터 컴포넌트(1320), 송신 허가(clear to send) 컴포넌트(1330), 데이터 수신 컴포넌트(1340), 및 광역 네트워크 접근 컴포넌트(1350)의 다섯 개의 컴포넌트가 존재한다.

송신 요청 컴포넌트(1310)는 송신기로부터 송신 요청 패킷을 수신하고, 상기 패킷은 채널 상태 정보를 포함한다. 송신 파라미터 컴포넌트(1320)는 상기 송신 요청에서 제공된 채널 상태 정보 상에 적어도 일부 기반하여 전파점유시간(airtime)을 최소화하는 송신 파라미터를 결정한다. 송신 허가 컴포넌트(1330)는 결정된 상기 송신 파라미터와 함께 송신 허가 패킷을 생성하고 상기 송신 요청이 이루어지는 송신기로 상기 송신 허가 패킷 송신한다. 데이터 수신 컴포넌트는 결정된 상기 송신 파라미터를 사용하여 복수의 송신기로부터 수신된 데이터를 디코딩한다. 디코딩된 상기 데이터의 일부는 인터넷과 같은 광역 네트워크로 데이터를 통신하기 위한 광역 네트워크 접근 파라미터(1350)를 통해 송신될 수 있다.

상기 기술된 예시적인 시스템의 관점에서, 개시된 본 발명에 따라 구현될 수 있는 방법론은 도 14 및 도 15의 순서도를 참조하여 더욱 잘 이해될 것이다. 설명의 간결성의 목적을 위해, 방법론은 일련의 블록으로 도시되고 기술되지만, 청구된 본 발명은 몇몇 블록이 상이한 순서로 및/또는 본 명세서에 도시되고 기술된 다른 블록과 동시에 발생할 수 있는 것처럼, 블록의 순서에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되고 인식되어야 한다. 비순차적(non-sequential) 또는 가지가 있는(branded) 흐름(flow)이 순서도를 통해 도시되었지만, 동일한 또는 비슷한 결과를 달성하는 여러 가지 다른 가지, 흐름 경로(flow path), 및 블록의 순서가 구현될 수 있다는 것이 인식될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 방법론을 구현하기 위해 도시된 블록 모두가 필요하지 않을 수 있다.

도 14를 참조하면, 사용자 장치 송신기의 방법(1400)이 도시된다. 단계(1405)에서, 채널이 프리(free)인지 결정하기 위해 채널이 감지된다. 채널이 아이들(idle)하면(1410), 단계(1415)에서 경쟁 기간(contention period)을 초과하지 않는 무작위 시간동안 대기한다. 상기 무작위 시간은 의사무작위(pseudorandom) 시간일 수 있음을 인식할 것이다. 단계(1420)에서, 송신 요청(request to send; RTS) 프레임이 수신기로 송신된다. 상기 프레임은 채널 상태 정보뿐 아니라 어드레스 정보도 포함한다. 충돌이 발생하면, 경쟁 기간은 배가(double)되고 동작(1415 및 1420)이 반복된다. 결국, 단계(1430)에서, 요청 허가(clear to send) 프레임이 송신 파라미터와 함께 수신기로부터 수신된다. 단계(1440)에서, 데이터는 송신 파라미터에 따라 송신된다. 단계(1445)에서, 방법은 추가 데이터의 송신을 하기 위해 계속될 수 있다.

도 15를 참조하면, 수신기의 방법(1500)이 도시된다. 간결성 및 명확성을 위해, 방법은 단일 송신기와의 통신에 대하여 도시된다. 하지만, 수신기는 복수의 송신기와 동시에 상호 작용함을 인식할 것이다.

단계(1505)에서, 송신 요청(RTS) 프레임이 수신된다. RTS 패킷은 어드레스 정보뿐 아니라 채널 상태 정보를 포함한다. 단계(1510)에서, RTS 패킷 내의 어드레스 정보를 사용하는 방법 등으로 송신기가 식별된다. 단계(1515)에서, 수신확인(acknowledgement; ACK)이 식별된 송신기로 송신된다. 단계(1520)에서, 물리층을 효과적으로 사용하기 위해 상기의 단계 1 내지 단계 5를 수행하는 방법 등으로 송신 파라미터가 결정된다. 단계(1525)에서, 요청 허가(CTS) 프레임이 결정된 송신 파라미터와 함께 송신된다. 단계(1530)에서, 데이터가 송신기로부터 수신된다.

예시적인 사용자 장치

언급한 바와 같이, 본 발명은 무선 네트워크에서 복수의 안테나를 가진 송신기 또는 수신기로서 기능하는 것이 바람직할 수 있는 임의의 장치에 적용된다. 따라서, 핸드헬드, 휴대형 및 기타 모든 종류의 컴퓨팅 장치들 및 컴퓨팅 객체들이 본 발명과 관련하여 사용이 기대될 수 있으며, 즉, 무선 장치가 데이터를 수신, 처리 또는 저장하는데 유용할 수 있는 임의의 곳에 사용이 기대될 수 있다. 따라서, 이하의 도 16에 기술된 범용 사용자 장치는 단지 하나의 실시예이고, 본 발명은 무선 네트워크 상호운용(interoperability) 및 상호작용을 가진 임의의 컴퓨팅 장치를 이용하여 구현될 수 있다.

따라서 도 16은 본 발명이 구현될 수 있는 적합한 컴퓨팅 시스템 환경(1600)의 일 예를 도시하며, 앞서 명확히 설명하였으나, 상기 컴퓨팅 시스템 환경(1600)은 적합한 컴퓨팅 환경의 일 예에 불과하고 본 발명의 사용 또는 기능의 범위에 대해서 어떠한 제한도 제시하지 않는다. 또한 상기 컴퓨팅 환경(1600)은 예시적인 작동 환경(1600)에서 설명되는 컴포넌트들의 어느 하나 또는 조합과 관련하여 어떠한 의존 또는 조건을 갖는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 16을 참조하면, 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 원격 장치는 컴퓨터(1610) 형태의 사용자 장치를 포함한다. 컴퓨터(1610)의 컴포넌트는 처리장치(1620), 시스템 메모리(1630) 및 시스템 메모리를 포함하는 다양한 시스템 컴포넌트들을 상기 처리 장치(1620)로 연결하는 시스템 버스(1621)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 시스템 버스(1621)는 임의의 다양한 버스 설계에 사용하는 메모리 버스 또는 메모리 콘트롤러(controller), 주변 장치 버스(peripheral bus), 및 로컬 버스를 포함하는 임의의 복수의 타입일 수 있다.

컴퓨터(1610)는 일반적으로 컴퓨터에서 판독 가능한 다양한 매체를 포함하며, 컴퓨터에서 판독 가능한 매체는 컴퓨터(1610)에 의하여 접근하여 사용될 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터에서 판독 가능한 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터에서 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 외장(removable) 또는 내장(non-removable) 매체 모두를 포함한다. 컴퓨터 저장 매체는 원하는 정보를 저장하는데 사용될 수 있고 컴퓨터(1610)에 의해 접근될 수 있는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시(flash) 메모리 또는 다른 메모리 기술, CDROM, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disk, DVD), 또는 다른 광 디스크 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치 또는 임의의 다른 매체를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 통신 매체는 일반적으로 캐리어(carrier) 파 또는 다른 전송 메커니즘(mechanism)과 같은 변조된 데이터 신호 내의 컴퓨터에서 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 포함하고 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

시스템 메모리(1630)는 ROM(Read Only Memory) 및/또는 RAM(Random Access Memory)와 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리의 형태의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 기본 입출력 시스템(basic input/output system, BIOS)이 메모리(1630)에 저장될 수 있고, BIOS는 스타트 업(start-up)과 같은 기간 동안, 컴퓨터(1610) 내의 구성 요소(elements) 사이에서 정보를 전송하는 것을 도와주는 기본 루틴(basic routines)을 포함한다. 메모리(1630)는 또한 일반적으로 즉시 접근 가능하고/거나 처리 장치(1620)에 의해 즉시 처리되는 데이터 및/또는 프로그램 모듈을 포함한다. 예시로서, 이에 한정되지 않지만, 메모리(1630)는 운영 체제, 어플리케이션 프로그램, 다른 프로그램 모듈 및 프로그램 데이터를 포함한다.

상기 컴퓨터(1610)는 다른 외장/내장, 휘발성/비휘발성의 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터(1610)는 내장이고, 비휘발성인 자기 매체로부터 읽거나 쓸 수 있는 하드 디스크, 외장이고 비휘발성인 자기 디스크로부터 읽거나 쓸 수 있는 자기 디스크, CD-ROM 또는 다른 광 매체와 같이 제거가능하고, 비휘발성인 광 디스크로부터 읽거나 쓸 수 있는 광 디스크를 포함할 수 있다. 대표적인 작동 환경에서 사용될 수 있는 다른 외장/내장, 휘발성/비휘발성인 컴퓨터 저장 매체는, 자기 테이프 카세트, 플래시 메모리 카드, 디지털 다기능 디스크(digital versatile disk), 디지털 비디오 테이프, 고체 RAM(solid state RAM), 고체 ROM(solid state ROM) 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 하드 디스크 드라이브는 일반적으로 인터페이스와 같은 제거 불가능한 메모리 인터페이스를 통해 상기 시스템 버스(1621)로 연결되고, 자기 디스크 드라이브 또는 광 디스크 드라이브는 일반적으로 인터페이스와 같은 제거 가능한 메모리 인터페이스에 의해 상기 시스템 버스(1621)로 연결된다.

사용자는 키보드, 마우스로 통상 언급되는 포인팅 장치(pointing device), 트랙볼(trackball) 또는 터치 패드와 같은 입력 장치를 통해 상기 컴퓨터(1610)로 명령 및 정보를 입력한다. 다른 입력 장치는 마이크로폰, 조이스틱(joystick), 게임 패드(game pad), 위성 접시(satellite dish), 스캐너 등을 포함한다. 상기 및 다른 입력 장치는 보통 사용자 입력(1140a)을 통해 처리 장치(1620)와 연결되고, 상기 시스템 버스(1621)로 연결되는 인터페이스(들)과 접속되며, 병렬 포트, 게임 포트 또는 USB(Universal Serial Bus)와 같은 다른 인터페이스 및 버스 구조로 인해서 연결될 수 있다. 그래픽 보조 시스템은 상기 시스템 버스(1621)와 연결될 수 있다. 모니터 또는 다른 형태의 디스플레이 장치도 비디오 메모리로 통신하도록 할 수 있는, 출력 인터페이스(1650)과 같은 인터페이스를 경유하여 상기 시스템 버스(1621)에 연결될 수 있다. 상기 모니터에 부가하여, 컴퓨터는 스피커, 프린터와 같은 출력 인터페이스(1650)를 통해 연결되는 다른 출력 주변 장치를 포함할 수 있다.

컴퓨터(1610)는 장치(1610)와 다른 매체 기능을 차례로 가질 수 있는 원격 컴퓨터(1670)와 같은, 하나 이상의 원격 컴퓨터에 논리 연결을 사용하는 분산 환경에서 작동할 수 있다. 상기 원격 컴퓨터(1670)는 개인 컴퓨터, 서버, 라우터, 네트워크 PC, 단(peer) 장치 또는 다른 일반 네트워크 노드, 또는 어떤 다른 원격 매체 소비자 또는 전송 장치가 될 수 있고, 상기 컴퓨터(1610)와 관련되는 위에서 설명된 어떤 또는 모든 요소들을 포함할 수 있다. 상기 논리 연결은 도 16에서 설명된 바와 같이, 무선 LAN(Local Area Network)과 같은 네트워크(1671)를 포함하지만, 또한 다른 네트워크/버스를 포함할 수 있다.

상기 컴퓨터(1610)는 복수의 안테나를 가진 네트워크 인터페이스 또는 어댑터를 통해 상기 LAN(1671)으로 연결된다. WAN 네트워크 환경에서 사용될 때, 상기 컴퓨터(1610)는 일반적으로, 모뎀과 같은 통신 컴포넌트 또는 인터넷과 같은 WAN에 걸쳐 통신을 수행하기 위한 다른 수단을 포함한다. 내부 또는 외부에 존재하는 모뎀과 같은 통신 컴포넌트는 입력(1140a)의 사용자 입력 인터페이스 또는 다른 적절한 메커니즘을 경유하여 상기 시스템 버스(1621)와 연결될 수 있다. 네트워크 접속된 환경에서, 상기 컴퓨터(1610)와 관련되어 묘사된 프로그램 모듈 또는 그에 의한 다른 부분들은 원격 메모리 저장 장치에 저장될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치는 또한 전기적 와이어링(wiring) 또는 케이블링(cabling)을 거치거나 광섬유(fiber optics)를 통해, 또는 임의의 다른형태의 송신을 통하는 등의 몇 가지 송신 매체를 거쳐 송신되는 프로그램 코드의 형태로 구현된 통신을 통해 실행될 수 있고, 프로그램 코드가 EPROM, 게이트 어레이(gate array), 프로그램 가능한 논리 장치(programmable logic device; PLD), 클라이언트 컴퓨터, 등과 같은 기계로 수신되고 로드(load)되며 기계에 의해 실행될 때, 기계는 본 발명을 실행하기 위한 장치가 된다. 범용 프로세서 상에서 구현될 때, 프로그램 코드는 본 발명의 기능을 작동시키도록 동작하는 고유의 장치를 제공하기 위해 프로세서와 결합된다. 또한, 본 발명과 연관되어 사용되는 임의의 저장 기술은 예외없이 하드웨어 및 소프트웨어의 결합일 수 있다.

또한, 본 명세서에 기술된 대상은 시스템, 방법, 장치, 또는 표준 프로그래밍 및/또는 엔지니어링 기술을 이용하여 소프트웨어, 펌웨어(firmware), 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합을 생산하기 위한 제조 방법으로 구현될 수 있다. 이들은 본 명세서에 기술된 상세한 측면을 구현하기 위하여 컴퓨터 또는 처리장치 기반의 장치를 제어하기 위한 것일 수 있다. 본 명세서에서 "제조 방법"(또는, "컴퓨터 프로그램 제품")이란 용어는 임의의 컴퓨터로 판독 가능한 장치, 매개체(carrier), 또는 매체로부터 접근 가능한 컴퓨터 프로그램을 포함하도록 의도된 것이다. 예를 들어, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 자기 저장 장치(예컨대, 하드 디스크, 플로피 디스크, 자기 스트립(strip)...), 광학 디스크(예컨대, 콤팩트 디스크(compact disk; CD), 디지털 다기능 디스크(digital versatile disk; DVD)...), 스마트 카드, 및 플래쉬 메모리 장치(예컨대, 카드, 스틱)를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 컴퓨터로 판독 가능한 전자 데이터를 운반하기 위하여 반송파(carrier wave)를 이용할 수 있다는 것이 알려져 있으며, 전자 메일의 송신 및 수신이나 인터넷 또는 로컬 영역 네트워크(local area network; LAN) 등의 네트워크에 접근하는데에 사용되는 것 등이 있다.

전술한 시스템들은 몇몇 컴포넌트들 사이의 상호 작용을 참조로 하여 기술되었다. 이러한 시스템들 및 컴포넌트들은, 이들 컴포넌트들 또는 특정 서브컴포넌트들, 특정 컴포넌트들 또는 서브컴포넌트들 중 몇몇, 및/또는 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 이들의 다양한 치환 및 조합을 포함할 수도 있다. 서브컴포넌트들은 또한 상위 컴포넌트에 포함되기보다는 다른 컴포넌트들에 통신 연결된 컴포넌트들로 구현될 수도 있다. 나아가, 하나 이상의 컴포넌트들이 단일 컴포넌트로 조합되어 집합 기능을 제공하거나 몇몇의 개별 서브컴포넌트로 분할될 수 있으며, 이러한 서브컴포넌트들을 통신 연결하여 통합된 기능을 제공하기 위하여 관리 계층(management layer)과 같은 하나 이상의 중간 계층(middle layer)이 제공될 수 있다. 본 명세서에서 기술된 임의의 컴포넌트들은, 본 명세서에 특정하여 기술되지 않았으나 당업자에게 알려진 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 상호 작용할 수도 있다.

본 발명은 다양한 도면들의 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었으나, 다른 유사한 실시예에서는, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 동일한 기능을 수행하기 위해 기술된 실시예들에 대한 변형 또는 추가가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

예시적인 실시예들은 IEEE 802.11류의 시스템과 같은 네트워크의 맥락에서 본 발명을 이용하기 위해 제시될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 오히려 다중패킷 수신 매체 접근 제어 및 자원 할당을 위한 방법을 제공하는 무선 네트워크로 구현될 수 있다. 특히, 본 기술은 무선 개인 영역 네트워크, 무선 도시권(metropolitan area) 네트워크 및 무선 광역 네트워크와 같은 여러 가지 크기의 무선 네트워크에서 채용될 수 있다. 나아가, 본 발명은 복수 개의 처리 칩(chip) 또는 장치 내에 또는 이들에 걸쳐 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 단일한 실시예에 한정되어서는 안되며, 첨부된 청구범위에 의해 그 폭 및 범위가 해석되어야 한다.

Claims

다중패킷 수신 네트워크에서 임의의 계류 중인 송신이 있는지를 결정하기 위해 채널을 감지하는 단계;
제1의 미리 결정된 시간을 초과하는 구간 동안 채널이 아이들이면,
제1 초기 경쟁 윈도우를 초과하지 않는 무작위 시간 동안 대기하는 단계;
송신 요청 제어 프레임을 송신하는 단계;
송신 허가 제어 프레임이 수신기로부터 수신되면,
제2의 미리 결정된 시간 동안 대기하는 단계; 및
상기 송신 허가 제어 프레임에서 특정되는 파라미터에 따라 데이터를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제1항에 있어서,
상기 송신 허가 제어 프레임에서 특정되는 파라미터에 따라 데이터를 송신하는 단계는,
공간-시간-코딩된 OFDM 블록을 형성함으로써 상기 데이터를 송신하는 단계를 포함하되, 상기 공간-시간-코딩된 OFDM 블록은 상기 파라미터의 일부로서 특정되는 두 개의 연속 OFDM 심볼을 짝지음으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제1항에 있어서,
송신 요청이 이루어 질 때 충돌이 발생하면,
상기 경쟁 윈도우를 배가하는 단계;
상기 제1의 미리 결정된 시간을 초과하는 시간 동안 채널이 아이들이 되도록 대기하는 단계;
배가된 상기 경쟁 윈도우를 초과하지 않는 무작위 시간 동안 대기하는 단계; 및
송신 요청 제어 프레임을 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제3항에 있어서,
송신 요청 제어 프레임의 성공적인 송신 즉시, 상기 초기 경쟁 윈도우로 상기 경쟁 윈도우를 리셋하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제1항에 있어서,
상기 수신기로부터의 수신확인이 수신확인 타임아웃 기간 내에 수신되지 않으면, 송신 요청 제어 프레임을 재송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제1항에 있어서,
상기 무선 네트워크는 무선 근거리 네크워크 및 MIMO 무선 네트워크 중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
제1항에 있어서,
상기 수신기는 복수의 수신 안테나를 가진 무선 접근 점인 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 데이터를 송신하기 위한 방법을 수행하는 컴퓨터 판독 가능한 매체.
수신기에서 복수의 수신 안테나 중의 하나를 통해 수신된 복수의 송신 요청 프레임 각각에 대하여,
상기 송신 요청과 관련된 송신기를 식별하는 단계;
식별된 상기 송신기로 수신확인을 송신하는 단계;
다중패킷 수신을 위한 물리층을 효율적으로 사용하기 위해 송신 파라미터를 결정하는 단계; 및
지시된 송신기로 결정된 상기 송신 파라미터와 함께 송신 허가 프레임을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 결정된 상기 송신 파라미터와 함께 송신 허가 프레임을 송신하는 단계는,
송신에서 사용하기 위한 OFDM 블록과 함께 송신 허가 프레임을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 결정된 상기 송신 파라미터와 함께 송신 허가 프레임을 송신하는 단계는,
서브캐리어, 비트, 및 전력 할당 정보와 함께 송신 허가 프레임을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 수신기는 무선 접근 점인 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 무선 네트워크는 MIMO 무선 근거리 네트워크인 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 다중패킷 수신을 위한 물리층을 효율적으로 사용하기 위해 송신 파라미터를 결정하는 단계는,
데이터 송신에 사용되는 전파점유시간의 양을 줄이기 위해 서브캐리어, 비트 및 전력 할당 정보를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
상기 송신기는 SIMO 장치인 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
제8항에 있어서,
복수의 송신기로부터 송신된 데이터를 수신하는 단계; 및
결정된 상기 파라미터를 사용하여 각 송신기로부터 송신된 상기 데이터를 디코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중패킷 수신 무선 네트워크에서 물리층의 효율적인 사용을 용이하게 하기 위한 방법.
복수의 수신 안테나;
복수의 송신 안테나;
송신기로부터 채널 상태 정보를 포함하는 송신 요청 프레임을 수신하는 송신 요청 컴포넌트;
상기 송신 요청에서 제공된 채널 상태 정보 상에 적어도 일부 기반하여 전파점유시간을 최소화하는 송신 파라미터를 결정하는 송신 파라미터 컴포넌트; 및
결정된 상기 송신 파라미터와 함께 송신 허가 프레임을 생성하고 상기 송신 요청이 이루어지는 송신기로 상기 송신 허가를 송신하는 송신 허가 컴포넌트를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 기반 무선 로컬 네트워크에서의 물리층의 효율적인 사용을 위한 시스템.
제16항에 있어서,
각각 복수의 송신 안테나를 가지고 송신 요청을 생성하는 송신기로서 기능하는 복수의 사용자 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 기반 무선 로컬 네트워크에서의 물리층의 효율적인 사용을 위한 시스템.
제16항에 있어서,
각 수신기는,
결정된 상기 송신 파라미터에 기반하여 상기 수신기로 송신된 데이터를 디코딩하는 데이터 수신 컴포넌트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 기반 무선 로컬 네트워크에서의 물리층의 효율적인 사용을 위한 시스템.
제18항에 있어서,
각 수신기는,
광역 네트워크로 디코딩된 데이터를 통신하는 광역 네트워크 접근 컴포넌트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 기반 무선 로컬 네트워크에서의 물리층의 효율적인 사용을 위한 시스템.
제16항에 있어서,
상기 송신 파라미터는 서브캐리어, 비트, 및 전력 할당 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 기반 무선 로컬 네트워크에서의 물리층의 효율적인 사용을 위한 시스템.