KR20110043501A - 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법 - Google Patents

고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 사용자 다중 송수신 안테나 전송 기술을 사용하는 고용량 무선 통신 시스템에서 자원을 관리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 둘 이상의 사용자와 다중입력 다중출력(MIMO) 방식으로 통신할 수 있는 무선 통신 시스템의 기지국에서 데이터 전송 방법으로, 데이터를 전송할 모든 단말들로 상기 MIMO 방식으로 데이터 전송을 알리는 메시지(MU-MIMO RTS)를 송신하고, 상기 데이터를 수신할 단말들로부터 순차적으로 전송 확인 메시지(CTS)를 수신하는 과정과, 상기 각 단말들로 데이터 전송 및 응답 신호의 시간 동안 데이터 충돌을 방지하는 정보를 포함하는 전송 확인 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 각 단말들로 전송할 데이터를 어그리게이션한 패킷들(A-MPDUs)로 구성하여 각 단말로 상기 MIMO 방식으로 전송하고 각 단말들로부터 블록 응답 메시지를 수신하는 과정을 포함한다.

Description

고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법{METHOD FOR MANAGING RESOURCE IN A HIGH CAPACITY WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 고용량 무선 통신 시스템에서 자원 관리 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중 사용자 다중 송수신 안테나 전송 기술을 사용하는 고용량 무선 통신 시스템에서 자원을 관리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 음성 이외의 데이터를 전송하게 되면서부터 무선 통신 시스템의 고용량화는 계속적으로 이루어지고 있다. 이러한 고용량 무선 통신 시스템에서 시스템의 전체 처리율(Throughput)을 높이기 위해서는 한정된 자원을 효율적으로 관리해야만 한다. 따라서 무선 통신 시스템에서 자원을 효율적으로 관리하는 것은 매우 중요한 요소이다.
한편, 무선 통신 시스템에서 한정된 무선 자원을 보다 효율적으로 사용하기 위해서 다중 안테나 기술을 사용하고 있다. 이러한 다중 안테나 기술은 무선 통신 기술에서 다양한 범위에 걸쳐 사용되고 있으며, 안테나 다이버시티, 공간 다이버시티 등의 다양한 이득을 얻을 수 있는 기술이다.
다른 한편, 이와 같이 다양한 기술들을 이용하여 무선 통신 시스템에서 고용량 멀티미디어 서비스가 활성화 되는 것에 비하여 무선 통신 시스템의 성능은 높지 않다. 또한 다중 사용자들이 무선 자원을 공유하므로 사용자들이 실제로 체감하는 무선 서비스의 전송 속도는 현저히 낮아진다. 때문에 대역폭을 증가하여 다중 사용자가 공유하는 무선 자원을 확대하거나 또는 동일한 대역폭의 무선 자원을 각 사용자와의 통신에 특정 빔(beam)을 사용함으로써 다중 사용자에 대한 무선 시스템의 성능을 높이고자 하는 다양한 기술들이 연구되고 있다.
이러한 무선 통신 시스템의 발전 방향과 같이 IEEE 802.11의 작업그룹 AC에서는 아래와 같은 방향을 설정하고 표준화를 진행하기 시작하였다.
첫째, 고속의 무선통신 시스템을 구성하기 위해서는 1개의 AP와 2개의 단말로 구성되는 3개의 다중 스테이션(multi-station)을 고려한다. 둘째, 접속점(Access Point, 이하 AP)의 MAC SAP에서 최대 1Gbps의 성능을 지원해야 한다. 셋째, 점대점(point-to-point) 환경을 위한 무선 단말(station)의 MAC SAP에서 최대 500Mbps가 요구된다. 넷째, 각 접속점(AP)과 무선 단말(STA)은 동시에 기존의 무선 랜 시스템(IEEE 802.11a/n 시스템)과의 호환을 지원할 수 있어야 한다.
IEEE 802.11의 작업그룹 AC에서 위와 같은 특징들을 고성능의 무선 통신 시스템의 요구사항으로 제안하고 있지만 명확히 이러한 고속의 기술들이 지원되는 서비스 구조 및 무선 서비스 제공 방안 등이 구체적으로 정의되어 있지 않다. 따라서 이러한 고속의 기술들을 지원하기 위한 장치 및 방법들이 요구되고 있다.
따라서 본 발명에서는 무선 랜 시스템에서 동일한 대역폭을 공유하며, 각 사용자마다 서로 다른 특정한 빔을 사용하여 데이터를 전송할 수 있도록 함으로써 동시에 한 명 이상의 사용자에게 서비스를 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 IEEE 802.11의 작업그룹 AC에서 요구되는 사항들을 만족할 수 있는 통신 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 무선 랜 시스템에서 각 채널에서 다중 사용자 다중 안테나 기술을 지원하도록 하여 무선 자원의 효율을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 무선 랜 시스템의 경쟁 방식에 따른 오버헤드를 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 둘 이상의 사용자와 다중입력 다중출력(MIMO) 방식으로 통신할 수 있는 무선 통신 시스템의 기지국에서 데이터 전송 방법으로, 데이터를 전송할 모든 단말들로 상기 MIMO 방식으로 데이터 전송을 알리는 메시지(MU-MIMO RTS)를 송신하고, 상기 데이터를 수신할 단말들로부터 순차적으로 전송 확인 메시지(CTS)를 수신하는 과정과, 상기 각 단말들로 데이터 전송 및 응답 신호의 시간 동안 데이터 충돌을 방지하는 정보를 포함하는 전송 확인 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 과정과, 상기 각 단말들로 전송할 데이터를 어그리게이션한 패킷들(A-MPDUs)로 구성하여 각 단말로 상기 MIMO 방식으로 전송하고 각 단말들로부터 블록 응답 메시지를 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 방법은, 둘 이상의 사용자와 다중입력 다중출력(MIMO) 방식으로 통신할 수 있는 무선 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법으로, 상기 기지국과 통신이 가능한 단말로부터 폴 요구 메시지 수신 시 그에 대한 응답을 전송하는 과정과, 상기 단말로 업링크로 데이터 전송을 허가하기 위한 폴 프레임 전송 시 상기 각 단말로부터 수신된 폴 요구 프레임에 기반하여 스케줄링된 폴 프레임을 송신하는 과정을 포함한다.
본 발명은 무선 랜 시스템을 기반으로 다운링크 MU-MIMO 기술이 지원되는 AP에 있어 무선 자원을 보다 효율적으로 관리하기 위하여 다운링크 서비스 과정에서 데이터를 송신하고자 하는 무선 단말이 다운링크 서비스를 통해서 데이터를 수신하였을 때, 응답 프레임을 사용하여 송신하고자 하는 데이터의 송신 기회를 요청하는 방안을 제안한다. 본 발명에서 제안하는 방안을 통하여 업링크 서비스를 위하여 필요한 EDCA 경쟁 오버헤드를 줄일 수 있으며, 다운링크 서비스를 보다 효율적으로 사용할 수 있으므로 각기 사용자에게 지원되는 무선 서비스 성능을 개선시킬 수 있다. 또한 기존의 전력관리 기능 및 호환을 위한 기능 등을 적용하기에 용이한 구조를 갖고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 MU-MIMO 시스템에서 AP와 단말들간 다운링크 서비스를 위한 메시지 타이밍도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 MU-IMO RTS를 사용하는 다중 링크 MU-MIMO의 동작의 실시 예를 도시한 메시지 타이밍도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 다중 사용자에 대한 업링크 송신 시의 타이밍도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 블록 응답(Block ACK) 프레임의 블록 응답 제어 필드(Block ACK Control field) 내에서 사용되지 않는 예약 비트들(reserved-bits)을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 MU-MIMO 폴(Poll)에 의한 업링크 송수신 시의 프레임 송/수신을 위한 타이밍도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 MU-MIMO 폴(Poll) 프레임의 업링크 다중 사용자 송신 정보를 예시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임의 구성 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 MU-MIMO Poll 프레임을 사용하는 경우 업링크 MU-MIMO가 지원되는 무선 단말의 데이터 송신시 타이밍 예시도,
도 9는 폴 요구(Poll-Request) 및 MU-MIMO 폴(Poll) 방법을 포함하는 경우를 예시한 타이밍도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 AP로부터 데이터를 수신하지 않고 폴 요구를 하여 데이터를 전송하는 경우의 데이터 전송 타이밍도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한 이하에서 설명될 본 발명에서는 동일한 대역폭을 공유하는 각기 다른 특정한 빔을 사용하여 데이터를 송신함으로써 동시에 한 명 이상의 사용자에게 무선 서비스를 지원함으로써 문제점을 해결하기 위한 장치 및 방법을 개시할 것이다.
또한 고성능의 무선 통신 시스템에 요구되는 사항들을 만족하기 위하여 대역폭을 확장하여 무선 자원을 증대하면서 동시에 각 채널에서 다중 사용자 다중 안테나 기술을 지원할 수 있는 장치 및 방법에 대하여 설명할 것이다.
또한 본 발명에서는 무선 자원의 효율을 높일 수 있는 다중 사용자 다중 안테나(Multi-user MIMO, 이하 MU-MIMO) 기술을 기반으로 무선 랜 환경에서 보다 효율적으로 무선 서비스를 지원할 수 있는 장치 및 방법을 설명한다. 즉, 본 발명에서는 자원 관리무선 서비스 구조, 서비스의 실시 예, 그리고 이러한 서비스를 지원할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한 본 발명에서는 MU-MIMO를 기반으로 하는 다운링크 서비스의 응답과정에 데이터 요청을 포함할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다. 이를 통해 본 발명은 무선 자원을 활용하는데 있어 효율성을 제공한다. 즉, MU-MIMO 방식의 응답 과정에서 데이터 요청을 통해 데이터 전송의 우선순위를 둠으로써 경쟁(contention)을 기반으로 하는 무선 랜 시스템의 경쟁 오버헤드(contention overhead)를 감소하기 위한 장치 및 방법의 내용을 개시한다.
그러면 이하에서 설명되는 본 발명은 다양한 고속의 무선통신 시스템 중에서 IEEE 802.11에서 정의하는 무선 통신 시스템을 기반으로 설명하기로 한다. 또한 IEEE 802.11의 작업그룹 AC에서 요구하는 다중 채널을 이용하기 위한 방안을 설명할 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 각 채널에서 다중 사용자 다중 안테나 시스템(MU-MIMO)을 사용하는 무선 통신 시스템의 데이터 전송 장치 및 방법을 제안할 것이다. 본 발명에서 제안하고 있는 무선 통신 시스템의 송신 방법은 IEEE 802.11 Wireless LAN 기반의 RTS/CTS/DATA/ACK frame exchange sequence를 기반으로 특정 빔을 사용하여 하나 이상의 단말에게 동시에 서비스를 지원하는 기본 동작을 포함한다.
또한 본 발명에서 제안하는 다운링크 MU-MIMO를 지원하는 MAC 프로토콜은 IEEE 802.11 EDCA(enhanced distributed channel access)를 사용하여 채널의 사용 권한을 획득하고 데이터를 송신하기 전에 RTS-CTS 프레임을 교환해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 MU-MIMO 시스템에서 AP와 단말들간 다운링크 서비스를 위한 메시지 타이밍도이다.
먼저 도 1을 설명하기에 앞서 기본적인 가정들을 살펴보기로한다. 도 1에 도시한 타이밍도에서는 AP(Access Point)와 단말들(STAs)은 모두 MU-MIMO 기술을 사용하며, AP(101)와 단말들은 모두 무선 단말로 가정한다. 또한 AP(101)와 제1단말(STA1)(111), AP(101)과 제2단말(STA2)(112) 및 AP(101)과 제3단말(STA3)(113)간의 순서로 통신이 이루어짐을 가정한다. 또한 이하에서 AP(101)는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 프로토콜을 이용하는 것으로 가정한다.
AP(101)가 제1단말(111)로 RTS(Request-to-send)(120)를 전송하면, 제1단말(111)은 미리 결정된 SIFS(short inter-frame time)(121)만큼의 시간을 대기한 후 CTS(Clear-to-send)(122)를 AP(101)로 전송한다. 이때 AP(101)는 MU-MIMO 형식으로 데이터를 전송함을 RTS 프레임(120)의 MAC 또는 PHY 계층의 송신 헤더(예. MAC header or PHY preamble의 service field 등)에 MU-MIMO usage flag를 활성화하여 알릴 수 있다. 또한 이를 수신한 제1단말(111)은 CTS(122)를 송신하고 AP(101)로부터 MU-MIMO 다운링크 서비스가 시작될 때까지 기다린다.
이후 AP(101)는 다시 제2단말(112)로 RTS(130)를 전송하고, 제2단말(112)은 이에 응답하여 SIFS(131)만큼의 시간을 대기한 후 CTS(132)를 AP(101)로 전송한다. 그리고 마지막으로 AP(101)는 제3단말(113)로 RTS(140)를 전송하고, 제3단말(113)은 이에 응답하여 SIFS(141)만큼 대기한 후 CTS(142)를 전송한다. 제2단말(112) 및 제3단말(113)의 동작은 앞에서 설명한 제1단말(111)과 동일하다.
이상에서와 같이 AP(101)는 모든 다중 사용자의 단말들(111, 112, 113)로부터 응답을 성공적으로 수신한 후에 다운링크 서비스를 시작하기 위해 AP(101) 자신에게 NAV(Network Allocation Vector) protection(150)을 포함하는 CTS-to-Self 프레임(151)을 송신한 후 각 단말들(111, 112, 113)로 전송할 어그리게이션된 패킷(Aggregated MPDU)(152)을 송신한다. 이때 전송 방식은 MU-MIMO 방식을 이용하여 송신이 이루어진다.
이를 수신한 다중 사용자 단말들(111, 112, 113)은 이에 대한 블록 응답(Block ACK)(154, 156, 158)을 송신한다. 이때, 어그리게이션된 패킷(A-MPDU)(152)과 블록 응답간 또는 블록 응답들간은 앞에서와 같이 SIFS들(153, 155, 157)의 시간 간격을 두고 전송이 이루어진다.
또한 블록 응답(Block ACK) 프레임을 송신하는 순서 및 다중 사용자 단말들(111, 1112, 113)의 응답을 위한 정보는 다운링크 서비스 구간 동안에 수신되는 CTS-to-Self 프레임 또는 MU-MIMO A-MPDU 프레임의 MAC 또는 PHY 계층의 송신 헤더에 포함될 수 있다. 또한 각 무선단말에게 향하는 A-MPDU 프레임은 포함되어 있는 데이터의 길이가 다르더라도 전체 송신하는 PPDU의 길이가 동일하도록 AP(101)에서 MU-MIMO를 위한 형태로 생성하여 송신할 수 있다.
이상에서 설명한 도 1에 도시한 바와 같이 기본적인 프레임의 교환 과정은 다중 사용자에게 동시에 데이터를 송신할 수 있는 MU-MIMO 기술을 사용하여 성능을 향상시킬 수 있지만, 다중 사용자의 수와 비례하여 증가하는 RTS/CTS의 교환을 위한 자원 낭비를 초래할 수 있다. 때문에 다운링크 MU-MIMO의 성능 효율을 보다 높이기 위하여 MU-MIMO 기술을 지원하는 AP(101)는 다중 사용자에 대한 송신이므로 하나 이상의 목적지를 포함하는 멀티캐스트 주소(multicast address)를 목적지 주소(destination address)로 갖거나 또는 미리 정의된 다중 사용자 정보를 포함한 MU-MIMO RTS를 송신할 수도 있다.
또한 이상에서 상술한 다중 사용자 정보는 downlink MU-MIMO usage flag, 다중 사용자 그룹을 명시하는 식별 값(예. MAC 주소 형태), 또는/및 다중 사용자의 식별값(예. 연결 식별자association ID 또는 MAC 주소)의 리스트 등으로 구성할 수 있다. 또한 다중 사용자 정보는 상기 도 1의 설명에서 언급한 바와 같이 다중 사용자 정보와 동일하며 응답을 위한 정보(예. 응답 순서, 응답 프레임 전송 속도 및 응답 프레임의 송신 길이)도 함께 포함할 수 있다.
그러면 본 발명의 다른 실시 예에 따라 MU-MIMO RTS를 사용하는 다중 링크 MU-MIMO의 동작의 실시 예를 살펴보기로 하자.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 MU-MIMO RTS를 사용하는 다중 링크 MU-MIMO의 동작의 실시 예를 도시한 메시지 타이밍도이다.
도 2를 설명함에 있어서도 도 1과 전제 조건은 동일하게 가정하기로 한다.
AP(201)는 MU-MIMO RTS 프레임(220)을 전송하면, 제1단말(STA1)(211)은 미리 결정된 시간인 SIFS(221)만큼 대기한 후 CTS(222)를 송신하고, 제2단말(STA2)(212)은 다시 제1단말(211)의 CTS(222) 이후 SIFS 만큼 대기한 후 CTS(223)을 송신하며, 제3단말(STA3)(213)은 다시 제2단말(212)의 CTS(224) 이후 SIFS 만큼 대기한 후 CTS(224)를 AP(201)로 각각 송신한다.
여기서 MU-MIMO RTS 프레임(220)은 각 단말들로 동시에 RTS를 송신하는 것과 같은 멀티캐스트 주소(multicast address)를 포함하며, 각 단말들은 MU-MIMO RTS 프레임(220)을 수신할 경우 멀티캐스트 주소에 포함된 단말들이 CTS들(222, 223, 224)을 송신하는 것이다. 이때, 각 CTS들(222, 223, 224)은 모두 SIFS 간격으로 전송이 이루어진다.
이와 같이 legacy RTS/CTS의 교환에 대응되는 MU-MIMO RTS/multiple CTS들(222, 223, 224)의 교환이 완료된 후에 다중 사용자에 대한 응답을 모두 수신한 AP(201)는 데이터 송신을 위하여 다시 CTS-to-self를 사용하여 NAV protection(230)을 설정하여 송신함으로써 정해진 시간 동안 다른 단말들의 통신을 방지한다. 이후 AP(201)은 232와 같이 어그리게이션 된 패킷(A-MPDUs)(232)을 MU-MIMO 방식으로 전송하고, 이에 해당하는 각각의 단말들로부터 블록 응답들(233, 234, 235)을 수신한다. MU-MIMO 방식으로 어그리게이션 된 패킷(A-MPDUs, 3 A-MPDUs)(232)과 다중 블록 응답들(multiple Block ACKs)(233, 234, 235)의 교환은 legacy DATA/ACK 프레임 교환의 과정에 대응된다.
그러면 이하에서 MU-MIMO 기술이 적용되지 않은 기본적인 업링크 동작을 살펴보기로 하자.
도 3은 IEEE 802.11 EDCA 동작을 수행하는 경우 단말과 AP간 상향 링크의 통신 타이밍도이다.
제1단말(311)은 302 단계에서 상향 링크로 즉, AP(301)로 데이터 전송을 위해 RTS(320)을 송신하면, AP(301)은 SIFS(321) 만큼의 시간을 대기한 후 CTS(322)를 해당하는 제1단말(322)로 전송한다. 이때 AP(301)와 모든 단말들(311, 312, 313)은 무선 자원을 획득하기 위하여IEEE 802.11 EDCA 동작을 수행하여 채널을 점유하는 것으로 가정한다. 따라서 CTS(322)를 수신한 제1단말(311)은 어그리게이션 된 패킷(A-MPDU)(323) 또는 일반 패킷(MPDU)을 AP(301)로 전송하며, 이에 응답하여 AP(301)은 블록 응답(324)을 전송한다.
다음으로 제2단말(312)이 AP(301)로 RTS(331)을 송신하고, AP(301)가 CTS(332)를 다시 제2단말(312)로 전송하면, 제2단말(312)이 어그리게이션 된 패킷(A-MPDU)(333)을 AP(301)로 전송한다. 이에 따라 다시 AP(301)는 블록 응답(334)을 제2단말로 전송하게 된다.
이상에서 살펴본 도 2의 업링크 동작은 다운링크 MU-MIMO 기술을 사용하지 않은 일반적인 데이터 송수신 과정과 같으므로 무선 채널의 오버헤드를 그대로 포함하고 있다. 따라서 앞서 설명한 도 1 및 도 2의 데이터 송수신 과정을 기본으로 업링크 데이터 송신의 성능을 향상시키기 위하여 다중 사용자들의 업링크 송신 요청 기능(본 발명에서는 "폴 요청(Poll Request)"이라 한다)과 고용량 AP의 업링크를 위한 MU-MIMO Poll의 송신 방법이 필요하다.
다중 사용자들의 Poll Request 방법은, 무선 통신 시스템에 적용되는 MU-MIMO의 효율을 보다 높이기 위하여 다중 사용자로부터 AP에게 송신되는 응답 프레임에 데이터 송신 요청 정보를 포함하여 AP에게 알려주도록 하는 방법이다. 이를 보다 상세히 살펴보기로 하자.
앞서 설명한 도 1 및 도 2에서와 같이 MU-MIMO 다운링크 서비스에서 다중 사용자가 AP로 프레임을 송신하는 경우는 RTS에 대한 응답 또는 데이터에 대한 응답 프레임이다. 이때 업링크를 사용하여 데이터를 송신하고자 하는 다중 사용자는 NAV protection으로 보호되는 응답 프레임인 블록 응답(Block ACK) 프레임에 데이터 송신 요청 정보(예. transmit duration, buffer size, Traffic priority information 등 데이터의 QoS 정보)를 포함하여 폴 요청(Poll Request) 정보를 송신하도록 한다.
이와 같은 데이터 송신 요청 정보는 새로운 정보 요소(information element) 또는 제어 필드(control field)로 정의되어 블록 응답(Block ACK)과 같은 응답 프레임 내의 사용되지 않은 예약 비트들(reserved-bits)을 수정하여 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 블록 응답(Block ACK) 프레임의 블록 응답 제어 필드(Block ACK Control field) 내에서 사용되지 않는 예약 비트들(reserved-bits)을 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 블록 응답 프레임에서 블록 응답 제어 필드(400)는 2 바이트로 구성되며, 내부에 사용되지 않는 9비트의 예약 비트들(reserved-bits)(401)이 포함되어 있다. 따라서 해당 비트들을 미리 정의함으로써 폴 요청을 할 수 있다.
또한 본 발명에서 데이터 송신 요청 정보를 포함하는 방법은 블록 응답(Block ACK) 프레임에 국한되지 않고 다운링크 데이터의 송수신 과정에서 수신되는 모든 응답 프레임에 포함할 수도 있다. 하지만, 네트워크 자원의 예약(NAV) 등의 데이터 송신을 위한 자원 획득을 위하여 사용되는 응답 프레임에 포함되는 경우 보다 이미 NAV로 보호되는 응답(ACK) 프레임에 데이터 송신 요청 정보를 포함되는 경우가 높은 보호(protection) 기능이 지원될 수 있다. 따라서 이미 NAV로 보호되는 응답 프레임에 데이터 송신 요청 정보를 포함하는 경우가 신뢰도가 증가한다는 장점을 갖는다.
다음으로 본 발명에 따른 다른 실시 예를 살펴보기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에서는 다중 사용자에 대한 업링크 송신을 상기 도 3과 같이 EDCA 채널 경쟁을 하지 않고 AP로부터 생성된 폴(Poll) 기능을 통하여 업링크 데이터 사용을 관리하는 방법이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 다중 사용자에 대한 업링크 송신 시의 타이밍도이다.
이는 만약 AP에서 STA과의 EDCA 경쟁을 통해 채널을 획득하면 업링크에 데이터를 송신할 수 있는 단말들을 동시에 폴(poll)할 수 있도록 하며, 제안하는 MU-MIMO 폴(Poll) 프레임은 각 다중 사용자에 대한 단말 주소 및 수신하고자 하는 데이터 정보를 포함하는 다중 폴(Multi-poll)을 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 MU-MIMO 폴(Poll)에 의한 업링크 송수신 시의 프레임 송/수신을 위한 타이밍도이다.
AP(501)는 다수의 단말들(511, 512, 513)로 MU-MIMO 폴(Poll) 프레임을 전송한다. 그러면 각 단말들(511, 5112, 513)은 제1단말(511), 제2단말(512) 및 제3단말(513)의 순서로 폴에 의거하여 순차적으로 어그리게이션 된 패킷들(523, 524, 525)을 송신할 수 있다. 이때, MU-MIMO 폴(521)과 제1단말(511)이 송신하는 어그리게이션 된 패킷(523)간은 앞에서 설명한 바와 같이 SIFS(522)만큼의 시간 간격을 가지며, 각 패킷간에도 동일하게 SIFS 만큼의 시간 간격을 가진다.
또한 폴(poll)을 수신한 단말은 업링크 MU-MIMO가 지원되지 않으므로 시간의 순서에 의하여 어그리게이션 된 패킷들(A-MPDU)(523, 524, 525)을 송신한다. 그러면 이를 모두 수신한 AP(501)는 어그리게이션 된 수신 패킷들(A-MPDU)에 대한 다중 무선 단말에 대하여 다운링크 MU-MIMO 기술을 사용하여 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임(526)을 송신함으로써 동시에 다중 사용자에게 블록 응답(Block ACK)을 송신할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 MU-MIMO 폴(Poll) 프레임의 업링크 다중 사용자 송신 정보를 예시한 도면이다.
도 6에서는 기본적으로 필요한 구성 요소만을 도시하고 있으므로, 도시하지 않은 정보를 포함할 수도 있고, 순서 및 길이는 다른 정보의 포함 여부에 따라 변경될 수도 있음에 유의해야 한다.
도 6에 도시한 MU-MIMO-Poll 프레임의 정보들을 살펴보면, MU-MIMO 폴(Poll)의 수신자인 다중 사용자들의 Group 주소(e.g. multicast address 또는 Group 식별자)(601)와 송신자인 AP 주소(602), 전체 업링크를 사용하여 송신될 데이터 구간과 이에 대한 ACK을 수신하는 구간의 길이(603)를 포함한다. 이와 같이 구간의 길이(603)을 포함하는 것은 다중 사용자 ID에 포함되지 않는 AP 주변의 무선 단말들에게 NAV 설정을 하도록 함으로써 무선 채널의 충돌을 방지하기 위함이다.
그리고 MU-MIMO-Poll 프레임의 정보에는 블록 응답 정보 요소(Block ACK Response Information element)(604)를 포함한다. 블록 응답 정보 요소(604)를 포함하는 이유는 업링크를 통하여 데이터를 송신하는 다중 사용자들의 데이터 송신 종료 시점이 각기 다를 수 있기 때문이다. 즉, 데이터 송신이 미리 종료된 다중 사용자 무선 단말이 송신한 데이터에 대한 응답(ACK) 프레임을 기다리는 응답 타이머(ACK timer)를 시작하면 다른 다중 사용자로부터 데이터를 수신하고 있는 AP는 송신 동작을 수행할 수 없으므로 올바른 응답 타임아웃(ACK timeout) 동작이 이루어 질 수 없다. 따라서 AP에서 블록 응답 타입(Block ACK type), 블록 응답(Block ACK) 프레임의 송신 예상 시점을 포함한 블록 응답 정보 요소(Block ACK Response information element)(604)를 알려준다. 이를 통해 데이터를 송신한 다중 사용자 무선 단말이 올바르게 블록 응답 타이머(Block ACK Timer)를 동작할 수 있다.
또한 MU-MIMO Poll 프레임의 정보에는 업링크 데이터 송신에 참여할 무선 단말의 ID(e.g. MAC address or Association ID)와 함께 송신할 데이터의 QoS 정보, 송신 시작 시점, 송신 데이터 길이 등 포함한 TX info element를 제공한다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이 한 명의 다중 사용자 정보(611)을 포함한다. 이러한 정보는 참조부호 610과 같이 다중 사용자의 수만큼 포함된다.
그리고 마지막에는 모든 정보의 오류를 검증할 수 있는 CRC(605)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임의 구성 예시도이다.
MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임의 구성을 살펴보면, AP 주소(701)와, 다중 사용자 각각에 대한 식별값(MAC Address 또는 Association ID)(702)과, 블록응답 타입(BlockACK Response type(703)과, 수신한 데이터의 QoS 정보(704), 응답 비트맵(ACK Bitmap)(705) 및 CRC(706)를 포함한다. 특히 TXOP의 마지막 프레임인 경우 NAV 리셋(reset)을 수행하기 위하여 기존 연속적인 블록 응답 포맷(legacy sequential Block ACK format)으로 송신하며, NAV 리셋(reset)을 수행하지 않을 경우에는 다운링크 MU-MIMO를 사용하여 동시에 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임을 송신한다. 이를 표기하기 위하여 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK) 프레임은 블록 응답 타입(Block ACK Response Type)(703)을 사용하여 수신한 MU-MIMO 블록 응답(Block ACK)과 다음 블록 응답(Block ACK) 프레임의 여부를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 MU-MIMO Poll 프레임을 사용하는 경우 업링크 MU-MIMO가 지원되는 무선 단말의 데이터 송신시 타이밍 예시도이다.
AP(801)는 앞서 도 5에서 설명한 바와 같은 MU-MIMO Poll 프레임(820)을 단말들(811, 812, 813)로 전송한다. 그러면 단말들은 미리 결정된 SIFS(821) 만큼 대기한 후 일제히 어그리게이션된 패킷들(A-MPDU)(822, 823, 824)을 AP(801)로 전송한다. 이때, MU-MIMO Poll 프레임을 수신한 각 단말들(811, 812, 813)은 AP(801)와 서로 협의된 특정 빔으로 데이터를 송신함으로써 업링크 MU-MIMO 서비스를 지원할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 업링크 데이터 송신 요청 방법과 다운링크 MU-MIMO Poll 프레임은 서로 독립적으로 동작할 수 있다. 그러면, 이를 보다 상세히 살펴보기로 하자.
업링크 데이터 송신 요청이 없어도 다운 링크 MU-MIMO Poll 프레임은 AP와 무선 단말 사이에 협의된 트래픽 QoS 정보(예. TCLAS 또는 TSPEC)만을 사용하여 생성되어 다중 사용자에게 송신될 수도 있다.
반면에 업링크 데이터 송신 요청 방법과 다운링크 MU-MIMO Poll 프레임이 동시에 함께 사용될 수도 있다. 이를 예를 들어 살펴보면, 본 발명에서 EDCA Access로 무선 자원을 획득한 고용량 AP는 수신한 데이터 송신 요청 정보를 참조하여 송신하고자 하는 데이터의 우선순위가 높은 무선 단말의 맥 주소(MAC Address)를 MU-MIMO Poll에 포함하여 송신한다. 이를 통해 AP는 데이터를 송신하고자 하는 무선 단말에게 송신 기회를 부여할 수 있다. 이러한 과정을 통해서 데이터를 송신하고자 하는 무선 단말이 무선 자원을 획득하기 위하여 수행하는 EDCA 경쟁 오버헤드가 감소할 수 있으므로 무선 자원을 보다 효율적으로 사용될 수 있다.
도 9는 폴 요구(Poll-Request) 및 MU-MIMO 폴(Poll) 방법을 포함하는 경우를 예시한 타이밍도이다.
도 9에서 AP(901)는 어그리게이션 된 패킷들(A-MPDUs)(920)을 제1단말(911), 제2단말(912), 제3단말(913)로 전송한다. 그러면 각 다중 사용자 단말들(911, 912, 913)은 어그리게이션 된 패킷들(A-MPDU)(920)을 수신한 후 이에 대한 블록 응답 신호들(921, 922, 923)을 순차적으로 전송한다.
이때, 제3단말(913)은 응답 과정에서 폴 요구(Poll-Request)를 포함한 블록 응답(Block ACK) 프레임(923)을 AP(901)로 송신한 것으로 가정한다. 그러면 이를 수신한 AP(901)는 다음 EDCA Access를 통해서 업링크 데이터에 대한 채널 사용 기회를 부여할 때 다중 사용자에 대한 MU-MIMO 폴(Poll) 정보를 송신할 때, 제3단말(913)로부터 수신한 폴 요구(Poll-Request) 정보에 기반하여 제3단말(913)을 제2단말(912)보다 송신 우선 권한을 부여할 수 있다.
즉, 도 9에서 MU-MIMO 폴(930)을 전송할 때, 제1단말(911), 제2단말(912), 제3단말(913)을 포함하여 전송한다고 가정하면, MU-MIMO 폴(930)에서 제2단말(912)보다 제3단말(913)에게 우선순위를 부여하는 것이다. 따라서 도 9에서는 각 단말들(911, 912, 913)은 제1단말(911)이 가장 높은 우선순위를 부여 받은 경우로 가정하여 어그리게이션 된 패킷(931)을 업링크를 통해 AP(901)로 전송하고, 이후 제3단말(913)이 두 번째 우선순위를 부여 받은 경우로 가정하여 어그리게이션 된 패킷(932)를 송신하며, 제2단말(912)이 가장 낮은 우선순위를 부여받은 경우로 가정하여 어그리게이션된 패킷(933)을 송신한다.
이후 AP(901)는 미리 결정된 SIFS(934)만큼 대기한 후 각 단말들(911, 912, 913)로부터 어그리게이션 된 패킷들(931, 932, 934)을 수신한 결과를 포함하는 MU-MIMO 블록 응답 프레임(935)을 단말들(911, 912, 913)로 전송한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 AP로부터 데이터를 수신하지 않고 폴 요구를 하여 데이터를 전송하는 경우의 데이터 전송 타이밍도이다.
제1단말(1011)은 업링크로 전송할 데이터가 존재하는 경우 EDCA Access 프로토콜에 기반하여 폴 요구(Poll-Request)(1020)를 AP(1001)로 전송한다. 그러면 AP(1001)는 폴 요구를 수신하고, 이에 대한 응답(ACK)(1021) 신호를 송신한다. 이후 제3단말(1013)이 EDCA Access 프로토콜에 기반하여 폴 요구(1030)를 AP(1001)로 전송하는 경우 다시 AP(1001)는 그에 대한 응답(ACK)(1031) 신호를 송신한다.
그러면 이후 AP(1001)는 제1단말(1011)과 제3단말(1013)로부터 수신된 폴 요구에 기반하여 스케줄링을 수행한 MU-MIMO 폴(Poll) 프레임(1040)을 각 단말들로 전송한다. 도 10에서는 제1단말(1011), 제3단말(1013), 제2단말(1012)의 순으로 우선순위가 결정된 경우를 가정하였다. 따라서 제1단말(1011)은 가정 먼저 업링크로 어그리게이션 된 패킷(1041)을 AP(1011)로 전송하고, 이후 제3단말(1013)이 어그리게이션 된 패킷(1042)을 AP(1011)로 전송하며, 마지막으로 제2단말(1012)이 어그리게이션 된 패킷(1043)을 AP(1043)로 전송하다. 이와 같이 각 단말들(1011, 1012, 1013)로부터 패킷을 수신하면, 미리 결정된 SIFS(1044)만큼의 대기 시간 후 MU-MIMO 블록 응답(1045)을 각 단말들(1011, 1012, 1013)로 전송한다.
이상에서 상술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
101, 201, 301, 501, 801, 901, 1001 : AP
111, 211, 311, 511, 811, 911, 1011 : STA1
112, 212, 312, 512, 812, 912, 1012 : STA2
113, 213, 313, 513, 813, 913, 1013 : STA3

Claims (20)

  1. 둘 이상의 사용자와 다중입력 다중출력(MIMO) 방식으로 통신할 수 있는 무선 통신 시스템의 기지국에서 데이터 전송 방법에 있어서,
    데이터를 전송할 모든 단말들로 상기 MIMO 방식으로 데이터 전송을 알리는 메시지(MU-MIMO RTS)를 송신하고, 상기 데이터를 수신할 단말들로부터 순차적으로 전송 확인 메시지(CTS)를 수신하는 과정과,
    상기 각 단말들로 데이터 전송 및 응답 신호의 시간 동안 데이터 충돌을 방지하는 정보를 포함하는 전송 확인 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 각 단말들로 전송할 데이터를 어그리게이션한 패킷들(A-MPDUs)로 구성하여 각 단말로 상기 MIMO 방식으로 전송하고 각 단말들로부터 블록 응답 메시지를 수신하는 과정을 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 단말들로부터 수신된 블록 응답 메시지에 업링크로 데이터 전송이 필요함을 알리는 폴 요구(Poll-Request)가 포함된 경우 상기 각 단말들로 업링크로 데이터 전송을 허가하기 위한 폴 프레임 전송 시 상기 폴 요구를 기반으로 폴 프레임을 구성하여 전송하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 업링크로 데이터 전송이 필요함을 알리는 폴 요구(Poll-Request)는 상기 블록 응답 제어 필드 중 예약비트들(Reserved bits) 중 적어도 하나를 이용하여 설정하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말의 우선순위를 결정하여 전송하는 전송 순서를 지시하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말이 동시에 패킷 데이터를 업링크로 전송하도록 지시하는 과정과,
    상기 업링크로 동시에 전송되는 패킷 데이터를 상기 MIMO 방식으로 수신하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 폴 프레임은,
    각 단말들의 그룹 주소와, 상기 기지국의 주소와, 상기 업링크에 상용될 구간의 길이 정보와, 각 수신 단말의 블록 응답 시점을 일치시키기 위한 블록 응답 정보 요소와, 각 수신 단말의 정보를 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국 내의 단말들로부터 업링크로 데이터 전송이 필요함을 알리는 폴 요구(Poll-Request) 프레임을 수신할 경우 그에 대한 응답 메시지를 전송하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 단말들로 업링크로 데이터 전송을 허가하기 위한 폴 프레임 전송 시 상기 각 단말로부터 수신된 폴 요구 프레임에 기반하여 스케줄링된 폴 프레임을 송신하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 후 상기 스케줄링된 모든 단말들로부터 패킷 데이터 수신 시 수신된 패킷에 대한 블록 응답 신호를 상기 MIMO 방식으로 전송하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말의 우선순위를 결정하여 전송하는 전송 순서를 지시하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말이 동시에 패킷 데이터를 업링크로 전송하도록 지시하는 과정과,
    상기 업링크로 동시에 전송되는 패킷 데이터를 상기 MIMO 방식으로 수신하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 폴 프레임은,
    각 단말들의 그룹 주소와, 상기 기지국의 주소와, 상기 업링크에 상용될 구간의 길이 정보와, 각 수신 단말의 블록 응답 시점을 일치시키기 위한 블록 응답 정보 요소와, 각 수신 단말의 정보를 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  13. 둘 이상의 사용자와 다중입력 다중출력(MIMO) 방식으로 통신할 수 있는 무선 통신 시스템의 기지국에서 자원 할당 방법에 있어서,
    상기 기지국과 통신이 가능한 단말로부터 폴 요구 메시지 수신 시 그에 대한 응답을 전송하는 과정과,
    상기 단말로 업링크로 데이터 전송을 허가하기 위한 폴 프레임 전송 시 상기 각 단말로부터 수신된 폴 요구 프레임에 기반하여 스케줄링된 폴 프레임을 송신하는 과정을 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말의 우선순위를 결정하여 전송하는 전송 순서를 지시하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말이 동시에 패킷 데이터를 업링크로 전송하도록 지시하는 과정과,
    상기 업링크로 동시에 전송되는 패킷 데이터를 상기 MIMO 방식으로 수신하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 단말로 전송한 데이터의 블록 응답 시 폴 요구 정보를 포함하는 블록 응답 프레임을 수신한 경우 상기 폴 프레임 스케줄링 시 상기 블록 응답 프레임에 포함된 폴 요구를 포함하여 스케줄링하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 블록 응답에 프레임에 포함된 폴 요구(Poll-Request)는 상기 블록 응답 제어 필드 중 예약비트들(Reserved bits) 중 적어도 하나를 이용하여 설정하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말의 우선순위를 결정하여 전송하는 전송 순서를 지시하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 폴 프레임 전송 시 둘 이상의 단말로 업링크 전송을 지시하는 경우 각 단말이 동시에 패킷 데이터를 업링크로 전송하도록 지시하는 과정과,
    상기 업링크로 동시에 전송되는 패킷 데이터를 상기 MIMO 방식으로 수신하는 과정을 더 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 폴 프레임은,
    각 단말들의 그룹 주소와, 상기 기지국의 주소와, 상기 업링크에 상용될 구간의 길이 정보와, 각 수신 단말의 블록 응답 시점을 일치시키기 위한 블록 응답 정보 요소와, 각 수신 단말의 정보를 포함하는, 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법.
KR1020100102475A 2009-10-20 2010-10-20 고용량 무선 통신 시스템에서의 자원 관리 방법 KR101711657B1 (ko)

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