KR20110098588A - 무선랜 시스템에서 전송 채널 할당 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

무선랜 시스템에서의 채널 할당 방법 및 이를 지원하는 무선장치를 제공한다. 본 발명에 따른 무선랜 시스템에서의 채널 할당방법은 목적 스테이션으로 전송할 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 생성하는 단계, 상기 MPDU에 PLCP(physical layer convergence procedure) 헤더를 붙여 PPDU를 생성하는 단계, 및 상기 PPDU를 스테이션에게 전송하는 단계를 포함하되, 상기 PLCP 헤더는 상기 PPDU를 전송할 채널 할당 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선랜 시스템에서 전송 채널 할당 방법 및 장치{Method and apparatus of allocating a transmission channel in wireless local area network system}
본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 전송채널의 할당 방법과 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 휴대형 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.
WLAN 기술의 표준화 기구인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802가 1980년 2월에 설립된 이래, 많은 표준화 작업이 수행되고 있다.
초기의 WLAN 기술은 IEEE 802.11을 통해 2.4GHz 주파수를 사용하여 주파수 호핑, 대역 확산, 적외선 통신 등으로 1~2Mbps의 속도를 지원한 이래, 최근에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을 적용하여 최대 54Mbps의 속도를 지원할 수 있다. 이외에도 IEEE 802.11에서는 QoS(Quality for Service)의 향상, 액세스 포인트(Access Point) 프로토콜 호환, 보안 강화(Security Enhancement), 무선 자원 측정(Radio Resource measurement), 차량 환경을 위한 무선 접속 (Wireless Access Vehicular Environment), 빠른 로밍(Fast Roaming), 메쉬 네트워크(Mesh Network), 외부 네트워크와의 상호작용(Interworking with External Network), 무선 네트워크 관리(Wireless Network Management) 등 다양한 기술의 표준을 실용화 또는 개발 중에 있다.
그리고 무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 규격으로써 IEEE 802.11n이 있다. IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput, HT)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술에 기반을 두고 있다. 또한, 이 규격은 데이터 신뢰성을 높이기 위해 중복되는 사본을 여러 개 전송하는 코딩 방식을 사용할 뿐만 아니라, 속도를 증가시키기 위해 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)을 사용할 수도 있다.
WLAN의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 WLAN 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(Very High Throughput, VHT) 무선랜 시스템은 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템 중의 하나이다. VHT 무선랜 시스템이란 명칭은 임의적인 것이며, 현재는 1Gbps 이상의 쓰루풋을 제공하기 위하여 4X4 MIMO 및 80MHz 또는 그 이상의 채널 대역폭을 사용하는 시스템에 대한 실현 가능성 테스트(feasibility test)가 진행되고 있다.
그런데, 일반적으로 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 통신 시스템 또는 기기에 의해 80MHz의 대역폭을 모두 사용할 수 있는 경우는 상당히 제한될 것이다. 또한 무선랜의 보급 및 활용이 늘어나면서 무선랜 서비스를 제공하는 핫스팟의 증가에 따라 그 서비스 영역인 BSA(Basic Service Area)가 일부 또는 전부가 겹치는 OBSS(Overlapping Basic Service Set) 환경이 늘어나고 있다. 이러한 OBSS 환경에서 80MHz의 채널 대역폭의 전부 또는 일부는 인근 BSS에 의해 사용될 수 있다. 따라서 무선랜 시스템에서 사용할 수 있는 전체 대역폭의 각각의 채널 상황 변화에 따라 적응적으로 데이터를 전송할 채널과 그 대역폭을 결정하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 대한 고려가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여러 서브채널로 구성된 채널을 사용하는 무선랜 시스템에서 채널 상황의 변화에 적응적으로 최적의 채널과 대역폭을 선택/할당하여 프레임을 전송하는 방법 및 이를 지원하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 일 양태로, 무선랜 시스템에서의 채널 할당 방법은 목적 STA으로 전송할 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 생성하는 단계, 상기 MPDU에 PLCP(physical layer convergence procedure) 헤더를 붙여 PPDU를 생성하는 단계, 및 상기 PPDU를 스테이션에게 전송하는 단계를 포함하되, 상기 PLCP 헤더는 상기 PPDU를 전송할 채널 할당 정보를 포함한다.
채널 상황에 따른 최적의 채널 및 그 대역폭을 선택/할당하여 시스템 전체의 수율(throughput)을 향상시키고 상대적으로 적은 전송 전력으로 데이터를 안정적으로 전송할 수 있다.
도 1은 IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 2는 PPDU 프레임 구조의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 3은 VHT 무선랜 시스템에서 사용될 수 있는 채널의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 채널 할당과 그에 따른 PPDU 전송의 일례를 보여주는 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널의 동적 할당의 일례이다.
도 6은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 OBSS 환경의 일례를 나타낸 것이다.
도 7은 OBSS 환경에서의 본 발명의 일 실시예를 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 STA별 부채널 할당과 그에 의한 데이터 프레임 전송의 일례이다.
도 9는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예가 구현되는 WLAN(wireless local area network) 시스템은 적어도 하나의 BSS(basic service set)을 포함한다. BSS는 서로 통신하기 위해 성공적으로 동기화된 스테이션(station, STA)의 집합이다. BSS는 독립(Independent) BSS(IBSS)와 인프라스트럭쳐(Infrastructure) BSS로 분류할 수 있다.
BSS는 적어도 하나의 STA과 AP(access point)를 포함한다. AP는 BSS내의 STA 각각 무선매체(wireless medium)를 통해 연결을 제공하는 기능 매체이다. AP는 집중 제어기(centralized controller), BS(base station), 스케줄러 등과 같은 다른 명칭으로 불릴 수 있다.
STA은 IEEE 802.11 표준을 만족하는 MAC(medium access control) 및 PHY(wireless-medium physical layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체이다. STA는 AP 또는 non-AP STA 일 수 있으나, 이하에서 별도로 표시하지 않는 한 non-AP STA를 지칭한다. STA는 UE(user equipment), MS(mobile station), MT(mobile terminal), 휴대용 기기, 인터페이스 카드 등과 같은 다른 명칭으로 불릴 수 있다.
STA은 VHT-STA, HT-STA 및 L(Legacy)-STA으로 구분될 수 있다. HT-STA는 IEEE 802.11n을 지원하는 STA을 말하고, L-STA는 IEEE 802.11n의 하위 버전, 예를 들어 IEEE 802.11a/b/g을 지원하는 STA을 말한다. L-STA는 non-HT STA라고도 한다.
도 1은 IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.
IEEE 802.11 의 물리계층 아키텍처(PHY layer architecture)는 PLME(PHY Layer Management Entity), PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 부계층(110), PMD(Physical Medium Dependent) 부계층(100)으로 구성된다. PLME는 MLME(MAC Layer Management Entity)와 협조하여 물리계층의 관리기능을 제공한다. PLCP 부계층(11)은 MAC 부계층(120)과 PMD 부계층(100) 사이에서 MAC 계층(120)의 지시에 따라 MAC 부계층(120)으로부터 받은 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 PMD 부계층에 전달하거나, PMD 부계층(100)으로부터 오는 프레임을 MAC 부계층(120)에 전달한다. PMD 부계층(100)은 PLCP의 하위 계층으로서 무선 매체를 통한 두 스테이션간 물리 계층 개체(entity)의 송수신이 가능하도록 한다.
PLCP 부계층(110)은 MPDU를 MAC 부계층(120)으로부터 받아 PMD 부계층(100)으로 전달하는 과정에서 물리계층 송수신기에 의해 필요한 정보를 포함하는 부가필드를 덧붙인다. 이때 부가되는 필드는 MPDU에 PLCP 프리앰블(preamble), PLCP 헤더(header), 데이터 필드 위에 필요한 꼬리 비트(Tail Bits) 등이 될 수 있다. PLCP 프리앰블은 PSDU(PLCP Service Data Unit = MPDU)가 전송되기 전에 수신기로 하여금 동기화 기능과 안테나 다이버시티를 준비하도록 하는 역할을 한다. PLCP 헤더에는 프레임에 대한 정보를 포함하는 필드가 포함되는데 이는 이후에 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
PLCP 부계층(110)에서 MPDU에 상술한 필드를 부가하여 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)를 생성하여 PMD 부계층을 거쳐 수신 스테이션으로 전송하고, 수신 스테이션은 PPDU를 수신하여 PLCP 프리앰블, PLCP 헤더로부터 데이터 복원에 필요한 정보를 얻어 데이터를 복원한다.
도 2는 PPDU 프레임 구조의 일례를 나타낸 블록도이다.
PPDU 프레임(200)은 L-STF(210), L-LTF(220), L-SIG(230), Common VHTSIG(240), VHTSTF(250), VHTLTFs(260), User Specific VHTSIG(270) 및 데이터(280)를 포함할 수 있다.
PLCP 부계층에서는 MAC 계층으로부터 전달 받은 MPDU에 필요한 정보를 더하여 도 2의 데이터(280)로 변환하고 L-STF(210), L-LTF(220), L-SIG(230), Common VHTSIG(240), VHTSTF(250), VHTLTFs(260), User Specific VHTSIG(270) 등의 필드를 더하여 PPDU 프레임(200)을 생성하고 PMD 계층을 통해 하나 또는 그 이상의 STA에게 전송한다.
L-STF(210)는 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(automatic gain control) 제어, 거친(coarse) 주파수 획득 등에 사용한다.
L-LTF(220)는 L-SIG(230) 및 Common VHTSIG(240)의 복조를 위한 채널 추정에 사용한다.
VHT-STF(250)는 VHT-STA이 AGC 추정을 향상시키기 위해 사용한다.
VHTLTFs(260)는 복수개로 구성되어 VHTSIG(270)와 데이터(280)의 복조를 위한 채널 추정에 사용된다. 이를 데이터 VHT-LTF라고도 할 수 있다. 추가적으로 채널 사운딩을 위한 확장 VHT-LTF가 사용될 수 있다.
L-STF(210), VHT STF(250)와 같은 STF(Short Training field)는 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(automatic gain control) 제어 등에 사용되므로 동기신호 또는 동기채널이라고도 한다. 즉, STF는 STA간 또는 STA과 AP간 동기를 맞추기 위해 사용된다.
L-LTF(220), VHTLTFs(260)와 같은 LTF(Long Training field)는 데이터 및/또는 제어정보의 복조를 위한 채널 추정에 사용되므로 기준신호, 훈련신호(training signal) 또는 프리앰블(preamble)이라고도 한다.
L-SIG(230) VHTSIG(240, 270)는 데이터의 복조 및 디코딩에 필요한 여러가지 정보를 제공하므로 제어정보라고도 한다.
Common VHTSIG(240)에는 전송 대상 STA들 간에 공통되는 공용 제어정보가 포함될 수 있는데 일례로 표 1의 필드들 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
필드 명 설 명
SIG-B 길이 VHTSIG-B의 길이를 나타냄
MU-MIMO 지시자 MU-MIMO가 사용되는지 여부를 나타냄. 또는, SU-MIMO/MU-MIMO를 토클(toggle)할 수 있음.
대역폭 채널의 대역폭을 나타냄
STA 지시자 VHTSIG-B를 수신할 STA을 나타냄. STA의 주소를 가리키거나 STA의 ID, VHTSIG-B의 인덱스를 가리킬 수 있음
다중화 개수 MU-MIMO로 다중화되는 STA(또는 사용자)의 수
디코딩 지시자 VHTSIG-B를 디코딩하기 위한 정보를 나타냄.

User Specific VHTSIG(270)는 복수의 전송 대상 STA 각각에 대한 제어정보가 포함될 수 있는데 일례로 표 2의 필드중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
필드 명 설 명
MCS 데이터를 디코딩하는데 필요한 MCS(modulation and coding scheme) 정보를 나타냄
STA ID MCS를 사용할 STA을 나타냄

상기 표 1 및 2에서 필드 명은 예시에 불과하고 다른 명칭이 사용될 수 있다. 표 1 및 2의 필드들은 예시에 불과하고, 어떤 필드는 생략될 수 있고, 다른 필드가 더 추가될 수 있다. 또한 도 2에서 예시하는 PPDU 프레임 포맷에 따른 PPDU 프레임은 STA의 PLCP 부계층에서 생성되고 PMD 부계층을 거쳐 전송 목적 STA으로 전송된다. 도 2의 PPDU 프레임 일부 필드가 생략되거나 필요에 따라 추가될 수 있다.
도 3은 VHT 무선랜 시스템에서 사용될 수 있는 채널의 일례를 도시한 것이다. 도 3의 예에서 VHT 무선랜 시스템에서 사용되는 채널은 제1 채널(301), 제2 채널(302), 제3 채널(303), 제4 채널(304)로 구성된다. 각 서브 채널의 대역폭은 20MHz로 전체 채널 대역폭은 80MHz일 수 있다. 이하에서 설명의 편의를 위하여 20MHz의 대역폭을 갖는 서브채널 4개로 구성된 80MHz의 채널을 예로 하여 설명하나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 각 서브채널의 대역폭은 5MHz, 6MHz, 40MHz 등으로 다양하게 설정될 수 있으며 서브 채널의 수 또한 다양하게 설정 가능하여 채널의 전체 대역폭은 80MHz를 초과할 수 있다. 또한 각 서브채널은 서로 인접하지 않을 수(non-contiguous) 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, AP와 STA은 80MHz의 채널 대역폭을 사용하고 20MHz(하나의 서브채널), 40MHz(2개의 서브채널) 또는 80MHz(4개의 서브채널 또는 전체 대역폭)의 대역폭을 이용하여 PPDU를 전송/수신할 수 있다. 이하에서 N MHz의 대역폭을 이용하여 PPDU를 전송하는 경우를 N MHz 전송이라 하기로 한다.
STA가 20MHz 전송을 하는 경우 STA은 AP로부터 전송에 사용할 채널을 주채널(primay channel)로 할당 받는다. IBSS에서는 인프라스트럭처 BSS에서의 AP 역할을 대행할 STA이 지정되어 이하 기술하는 방법이 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 인프라스트럭처 BSS에서의 동작을 가정하여 설명한다.
주채널의 할당은 STA이 사용할 주채널을 지시하는 정보를 AP로부터 받음으로써 이루어질 수 있다. STA이 사용할 주채널을 지시하는 정보는 주채널 필드(Primary Channel field)에 포함된 형태로 전송될 수 있고, 주채널 필드는 VHT 운영 요소(VHT operation element)의 일부로 전송될 수 있다.
VHT 운영 요소는 VHT STA의 운영에 필요한 정보를 포함하는데 일례로 주채널 정보, 부채널 정보, RIFS(reduced interframe spacing)의 사용여부, HT STA 또는 L-STA이 BSS에 존재하는지 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. VHT 운영 요소는 결합 응답 프레임(Association response frame), 재결합 응답 프레임(Reassociation response frame), 프로브 응답 프레임(Probe response frame), 비콘 프레임(Beacon frame)등을 통해 STA에게 전송되거나 VHT 운영 요소 전송을 위한 별개의 관리 액션 프레임을 통해 전송될 수 있다.
본 발명에서 주채널을 할당받은 STA은 주채널이 비사용중(idle)임을 확인하고 주채널을 통하여 PPDU를 수신/전송할 수 있다.
40MHz 전송을 수행하는 STA은 주채널과 부채널(secondary channel)을 할당받아 이를 이용하여 PPDU를 수신/전송한다. AP/STA은 주채널이 비사용중임을 확인하고 이어 부채널이 특정시간 동안(일례로 PIFS(PCF interframe spacing)) 비사용중이라면 40MHz의 채널(주채널+부채널)을 사용하여 PPDU를 전송할 수 있다.
이때 부채널을 어떻게 할당할 것인지 문제될 수 있다. 20MHz 또는 40MHz의 채널 대역폭을 사용하는 IEEE 802.11n 표준에서 주채널과 부채널은 순차적으로 할당되었다. 예를 들어 채널 번호(channel number)가 주어져 있고 40MHz의 채널 대역폭 수용능력(capability)을 가진 AP와 STA을 가정하면 주채널 x번을 기준으로 (주채널, 부채널)=(x, x-1) 혹은 (주채널, 부채널)=(x, x+1)로 채널이 할당 된다.
본 발명의 실시예에 의하면 AP는 주채널을 80MHz 혹은 그 이상의 채널 대역폭을 갖는 채널에서 가장자리에 해당하는 채널, 즉 도 3의 제1 채널(301) 또는 제 4채널(304)이 아닌 제2 채널(302) 또는 제3 채널(303)을 주채널로 할당한다. 도 3은 제2 채널(302)을 주채널로 할당한 경우를 예시하고 있다. 전체 채널 대역의 가장자리 대역이 아닌 제 2채널(302) 또는 제 3채널(303)에 주채널을 할당하는 경우 주채널과 부채널로 할당될 수 있는 채널의 조합이 늘어남에 따라 주파수 스펙드럼을 좀 더 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 부채널의 할당정보를 PLCP 헤더에 포함시켜 전송되는 각 프레임 단위(PPDU 단위)로 전송채널을 스위칭 할 수 있도록 한다. 프레임 단위의 전송채널 동적(dynamic) 할당을 통해 채널 상황의 변화에 따라 적응적으로 노이즈(noise)나 간섭(interfrence)이 적은 채널을 이용한 전송이 이루어지도록 하여 수율(through)을 향상시키고 소모 전력을 절감할 수 있다. 이는 상대적으로 적은 노이즈, 간섭을 갖는 채널을 통해 데이터를 전송하는 경우 낮은 전송 전력을 이용하여 PPDU를 전송할 수 있기 때문이다. 더불어 OBSS(Overlapping BSS) 환경에서 인접 BSS에 의한 간섭에 효과적으로 대처할 수 있는데 구체적인 실시예는 이후에 상세히 설명한다.
부채널을 프레임 단위로 동적으로 할당하기 위한 일례로 VHTSIG 필드에 부채널 지시 정보를 포함시킬 수 있다. 예를 들어 1비트(bit)의 부채널 지시 비트를 VHTSIG 필드에 포함시켜 부채널 지시 비트값이 0이면 주채널의 윗채널로 부채널을 할당함을 부채널 지시 비트값이 1이면 주채널의 아래 채널로 부채널을 할당함을 STA에게 알려줄 수 있다.
부채널을 프레임 단위로 동적으로 할당하기 위한 다른 일례로 VHTSIG 필드에 할당되는 채널 대역폭과 채널을 지시하는 채널 대역폭 지시자 CB를 포함시킬 수 있다. CW는 2비트로 설정될 수 있으며 표 3은 그 일례이다.
설정값 의미(할당 채널 및 대역폭)
00 20MHz
01 40MHz ? 주채널 및 주채널의 윗채널
(above on primary channel)
10 40MHz ? 주채널 및 주채널의 아래채널
(below on primary channel)
11 80Mhz

STA은 VHTSIG 필드에 포함되어 전송되는 CB의 설정 값에 따라 자신에게 할당된 대역폭과 더불어 부채널을 알 수 있게 된다.
부채널을 프레임 단위로 동적으로 할당하기 위한 또 다른 일례로 VHTSIG 필드에 할당된 채널과 대역폭 정보를 비트맵(bitmap)으로 표현하여 전송할 수 있다. 본 실시예에 따르면 VHTSIG 필드에 채널 대역폭 지시자 CB를 포함시켜 전송하는데 도 3의 예에서와 같이 제1, 제2, 제3, 제4 채널로 구성된 경우 CB는 각 채널의 할당 여부를 지시하는 비트 갖게 되어 4비트의 값을 가질 수 있다. 일례로 제1 채널, 제3 채널을 할당하는 경우 CB=1010으로 설정될 수 있다. 다른 예로 제1 채널, 제3채널, 제4 채널을 이용하여 60MHz 전송을 하고자 하는 경우 CB=1011로 설정될 수 있다. 비트맵으로 표현하는 방식은 부채널을 주채널과 인접하지 않은 채널로 설정하려 할 때 효과적으로 활용될 수 있다.
40MHz, 60MHz 또는 80MHz의 대역폭을 이용하여 데이터를 전송하고자 하는 경우 STA는 VHTSIG로부터 할당된 채널정보를 확인한다. STA은 주채널이 비사용중임(idle)을 확인한다. 주채널의 백오프(backoff) 카운터가 만료되기 전 PIFS 시간 동안 부채널, 확장채널 또한 비사용중이면 40MHz, 60MHz 또는 80MHz의 대역폭을 이용하여 PPDU를 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 채널 할당과 그에 따른 PPDU 전송의 일례를 보여주는 그림이다.
도 4는 80MHz의 채널 대역폭 수용능력을 가진 AP와 STA이 40MHz의 대역폭을 이용하여 PPDU를 전송/수신하는 경우를 예시하고 있다. AP는 노이즈와 간섭의 정도 등을 고려하여 주채널을 선택/할당 한다. 도 4의 예에서 AP는 제2 채널(402)을 주채널로 할당하였다. 주채널로 할당된 제2 채널의 백오프 카운터가 만료되기 전 PIFS의 시간(420) 동안 부채널로 할당된 제3 채널이 비사용중(idle)이라면 AP는 40Mhz PPDU를 주채널과 부채널을 통해 전송할 수 있다. 이때 AP는 VHT 운영 요소에 부채널 오프셋(offset) 값을 설정하여 전송하는 것 이외에도 VHTSIG 필드를 통해 부채널 할당 정보 STA에게 알려준다. 즉 부채널이 주채널의 윗 채널인지 아래 채널인지에 대한 정보를 VHTSIG 필드를 통해 전송하여 프레임 단위로 부채널을 선택/할당할 수 있다. 도 4의 예에서 VHTSIG 필드의 CB 값을 표 3의 예에 따라 01로 설정하고 전송하여 제 3채널(403)이 부채널로 할당되었음을 STA에게 알린다. STA는 VHTSIG 필드의 CB값으로부터 제3 채널이 부채널로 할당되었음을 알고 제 2채널 및 제 3채널을 이용하여 전송되는 40 MHz PPDU를 수신하여 디코딩할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널의 동적 할당의 일례이다.
AP는 비콘 프레임(510)을 통해 STA에게 주채널을 할당하고 이후 데이터 프레임(520), 데이터 프레임(530)을 전송하고 비콘 프레임(560) 및 데이터 프레임(570)을 전송한다고 하자. AP는 각 채널의 간섭, 노이즈 정도 등을 고려하여 비콘 프레임(510)을 통해 제2 채널(502)을 주채널로 할당한다. 백오프 기간이 만료하고 백오프 기간 만료전 PIFS 시간동안 제3 채널(503)이 비사용중인 경우 AP는 제2 채널(502)과 제3 채널(503)을 통하여 데이터 프레임(520)을 40MHz 전송한다. 이때 데이터 프레임(520)은 PLCP 헤더(525)와 데이터 필드(528)을 포함한다. PLCP 헤더(525)에는 부채널 할당정보가 포함된다. 도 5의 예에서는 부채널 할당정보의 전송방법으로 표 3의 예에 의한 경우를 도시하고 있다. CB(526) 값은 01로 설정되어 부채널이 주채널의 윗채널로 할당되었음을 지시하고 있다. PLCP의 CB값을 확인한 STA은 제3 서브채널이 부채널로 할당되었음을 알게 되고 제2 채널과 제3 채널을 통해 전송되는 데이터 프레임(520)을 수신하여 디코딩 할 수 있다.
AP가 데이터 프레임(530)을 전송할 때 제3 채널(503)을 센싱(물리적 반송파 감지 또는 가상 반송파 감지 기능 중 어느 하나에 의하거나 두 방식 모두를 사용할 수 있다. 이하에서도 같다.)한 결과 사용중(busy)이거나 간섭이 심한 경우 AP는 데이터 프레임(530)의 PLCP 헤더(535)에 포함되는 CW(536) 값을 데이터 프레임(520)을 전송할 때와 달리 설정할 수 있다. 도 5의 예에서 제3 채널(503)이 사용중이거나 간섭이 심하여 제3 채널(503)을 사용할 수 없는 상황에서 제1 채널(501)을 센싱한 결과 비 사용중(idle)한 경우 AP는 CW값을 10로 설정하여 제1 채널(501)을 부채널로 할당할 수 있다. STA은 CW(536)을 통해서 부채널이 제1 채널(501)로 할당되었음을 알게 되고 제2 채널(502)과 제1 채널(501)을 통해 전송되는 데이터 프레임(530)을 인식하고 수신하여 디코딩 할 수 있다.
데이터 프레임(530)이 전송된 이후 제2 채널(502)의 채널환경의 변화로 사용이 제한되는 경우 AP는 비콘 프레임(560)을 통해 주채널을 제2 채널(502)에서 제3 채널(503)로 스위칭 할 수 있다. STA은 비콘 프레임(560)을 수신하여 주채널이 제3 채널(503)으로 할당되었음(제2 채널에서 제3채널로 스위칭 되었음)을 알게 되고 데이터 프레임(570)의 PLCP 헤더(575)에 포함된 CW를 확인하여 부채널 정보를 획득하고 이를 바탕으로 데이터 프레임을 수신하여 디코딩 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 OBSS 환경의 일례를 나타낸 것이다. BSS2(620)은 BSS1(610), BSS3(630)과 BSA(Basic Service Area) 일부가 겹치는 OBSS 환경에서 작동하고 있다. 이때 BSS2(620)에서 동작하는 STA(625-1), STA(625-2), STA(625-3)과의 PPDU 전송/수신 과정에서의 채널 할당의 예를 설명한다. STA(625-1), STA(625-2), STA(625-3)은 하나의 STA이 BSS2(620)의 BSA 내에서 이동하는 경우의 예시 또는 BSS1(610), BSS3(630)의 BSA의 변화에 따라 BSS1(610), BSS3(630)의 영향을 받거나 받지 않게 되는 상황의 예시일 수 있다.
도 7은 OBSS 환경에서의 본 발명의 일 실시예를 보여준다.
도 6의 예에서 BSS2(620)에서 동작하는 STA(625-1)은 AP2(621)로부터 제2 채널(702)을 주채널로 할당받아 동작하고 있다. STA(625-1)은 BSS1(610)의 BSA내에 위치하여 AP1(611)가 BSS1(610)내의 STA들(미도시)과 PPDU를 전송/수신 하는 것에 영향을 받게 된다. 이때 AP1(611)가 BSS1(610)내의 STA들(미도시)과 제4 채널을 이용하여 PPDU를 전송/수신하고 있다고 가정하자.(도 7의 710은 이를 보여주고 있다.) AP2(621)은 제2 채널(702)을 주채널로 할당하고 나머지 제1 채널(701), 제3 채널(703) 및 제4 채널(704)을 센싱한 결과 제4 채널이 BSS1(610)에서 사용중임을 알게 되었다. AP2(621)는 도 5의 예에서와 같은 방법으로 제1 채널(701)을 부채널로 할당하기 위하여 PLCP 헤더에 채널 할당 정보를 넣어 STA(625-1)에게 전송한다. 이를 수신한 STA(625-1)은 제2 채널(702) 및 제1 채널(701)을 통하여 40MHz 전송되는 데이터 프레임(720)을 수신할 수 있다.
이후 STA(625-1)이 STA(625-2)로 이동하였다고 가정하자. 이때 AP2(621)는 제1 채널(701), 제3 채널(703) 및 제4 채널(704)을 센싱한 결과 모두 사용할 수 있음을 알게 되고 80MHz의 대역폭 모두를 사용하여 데이터 프레임(730)을 전송할 수 있다. 이를 위해서 데이터 프레임(730)의 PLCP 헤더에 포함되는 채널 할당 정보 CW=11로 설정하여 전송한다. STA(625-2)는 CW 설정값 11을 확인하여 80MHz 전송이 이루어짐 알 수 있게 된다.
이후 STA(625-2) 다시 STA(625-3)으로 이동하였다고 가정하자. 이때 AP2(621)는 제1 채널(701), 제3 채널(703) 및 제4 채널(704)을 센싱한 결과 BSS3(630)에서 제1 채널(701)을 통해서 데이터 프레임(750)이 전송되고 있음을 알게 되었다. 이러한 경우 AP2(621)는 부채널을 제3 채널(703)로 설정하여 제2 채널과 제3 채널을 이용하여 데이터 프레임(740)을 40MHz 전송할 수 있다.
종래의 방식에 의할 경우 제1 채널(701)과 제2 채널(702)을 주채널과 부채널로 할당한 경우 STA(625-2)에 데이터 프레임(730)을 전송하는 경우에도 40MHz 전송에 의할 수 밖에 없으며 이는 주파수 스펙트럼의 효율적 사용을 저해한다. 또한 STA(625-3)에 데이터 프레임(740)을 전송하는 경우 제1 채널(701)을 사용할 수 없어 제3 채널(703)을 사용할 수 있음에도 20MHz 전송에 의하여야 하는 결과를 초래한다. 이처럼 본 발명의 PPDU 단위의 채널 동적 할당에 의하는 경우 채널 환경의 변화에 적응적으로 최적의 채널 할당을 통해서 주파수 스펙트럼의 효율적인 이용이 가능하다.
한편, AP가 80MHz 채널 대역폭 수용능력을 가지고 BSS안의 STA이 40MHz 채널 대역폭 수용능력을 가지고 있을 수 있다. 이 때 STA은 40MHz 수용능력을 가지고 있기 때문에 40MHz이하의 채널 대역폭에 대해서만 CCA(clear channel assessment)를 수행할 수 있다. 이런 환경에서 주채널과 부채널 할당정보를 포함하는 프레임을 브로드캐스팅(broadcasting)하게 되면 BSS안의 모든 STA이 같은 주채널과 부채널을 할당 받게 된다. 즉 STA은 모두 같은 주파수 대역의 40MHz 채널에 대해서만 CCA를 수행할 수 있다. 그 결과 동적인 부채널 스위칭을 지원에 문제를 초래할 수 있다. 이는 STA이 CCA를 통해 채널 상황을 측정(measure)하고 있던 채널이 동적 할당 방식에 따라 빠르게 변경되어야 하는 경우 이를 지원하기 위한 STA의 복잡도와 구현 비용이 증가할 수 있기 때문이다.
위에서 언급한 문제를 해결하기 위한 방안으로 BSS내의 STA1과 STA2가 서로 다른 40MHz의 채널 대역폭의 상황을 측정(measure)하는 방식을 제안한다. 실시예에 따라 STA 별로 서로 다른 부채널이 할당될 수 있다. 즉 STA1과 STA2는 비콘 프레임 등 VHT 운영 요소를 포함하는 프레임을 통해 주채널을 할당 받는다. 하지만 STA1와 STA2는 서로 다른 부채널을 할당 받는다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 STA별 부채널 할당과 그에 의한 데이터 프레임 전송의 일례이다.
도 6에서의 같은 OBSS 환경에서 BSS2에서 40MHz의 채널 대역폭 수용능력을 갖는 STA1, STA2가 동작한다고 가정하자. STA 1은 제3 채널(803)과 제4 채널(804)의 대역폭을 합한 40MHz의 대역폭에 대하여 CCA를 수행하고, STA 2는 제3 채널(803)과 제2 채널(802)의 대역폭을 합한 40MHz의 대역폭에 대하여 CCA를 수행할 수 있다. 이때 AP2는 STA1, STA2에게 제3 채널(803)을 주채널로 할당하였다. 이때 도 8의 예에서와 같이 OBSS 환경을 이루고 있는 인접 BSS1, BSS3의 채널 사용에 따라 가변적인 가용 채널에 따라 STA1과 STA2에게 데이터 프레임(820), 데이터 프레임(830)을 전송할 수 있다.
이러한 방식을 지원하기 위한 실시예로 AP는 비콘 프레임의 VHT 운영요소를 이용하여 BSS내의 STA마다 서로 다른 부채널을 할당한다. 이때 VHT 운영요소에는 STA별로 할당되는 부채널을 지시하는 정보가 포함된다.
이러한 방식을 지원하기 위한 다른 실시예로 AP에 의한 부채널 할당 방식이 아닌 STA의 요청에 의하여 부채널이 할당될 수 있다. 이는 STA이 자신의 채널 대역폭과 사용할 채널 정보를 AP에게 전송하는 방식이다. STA이 자신이 사용할 채널 대역폭과 사용할 채널 정보를 전송하기 위해 사용되는 새로운 프레임을 정의하여 사용하거나 종래의 IEEE 802.11n 표준의 Notify Channel Width Action 프레임을 확장하여 사용할 수 있다.
IEEE 802.11n 표준의 Notify Channel Width Action 프레임은 STA이 채널 대역폭을 바꾸고 싶을 때 다른 STA이나 AP에게 전송한다. Notify Channel Width Action 프레임은 프레임의 내용, 기능을 설명하는 카테고리 필드, 액션 필드 외에 변경하고자 하는 채널 대역폭을 지시하는 채널 대역폭 필드를 포함한다. 표 4는 IEEE 802.11n 표준에서 규정하고 있는 채널대역폭 필드의 셋팅이다.
값(Value) 의미(Meaning)
0 20MHz의 채널 대역폭
1 STA이 지원하는 채널 대역폭 셋 범위내에서의 임의의 채널 대역폭
2-255 보류(Reserved)

표 5는 본 발명의 실시예에 따른 수정된 채널 대역폭 필드 셋팅의 일례이다.
값(Value) 의미(Meaning)
0 20MHz - 주채널
1 40MHz - 주채널 및 주채널의 윗채널
(above on primary channel)
2 40MHz - 주채널 및 주채널의 아래채널
(below on primary channel)
3 STA이 지원하는 채널 대역폭 셋 범위내에서의 임의의 채널 대역폭
4-255 보류(Reserved)

STA은 자신이 사용하고자 하는 채널과 대역폭에 대응되는 표 5의 채널 대역폭 필드 셋팅 값으로 설정한 Notify Channel Width Action 프레임을 AP에게 전송하여 자신이 사용할 부채널을 알릴 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다. 무선장치(900)는 non-AP STA 또는 AP의 일부일 수 있다.
무선 장치(900)는 프레임 생성부(910)과 프레임 전송부(920)를 포함한다. 프레임 생성부(910)는 전술한 실시예에 따른 PPDU 프레임을 생성한다. 이때 PPDU의 PLCP 헤더에는(보다 구체적인 일례로는 VHTSIG 필드에) 채널 할당 정보가 포함된다. 프레임 전송부(920)는 생성된 프레임을 하나 또는 그 이상의 무선장치에게 전송한다.
프레임 생성부(910)와 프레임 전송부(920)는 프로세서의 형태로 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 프레임을 생성하는 실시예는 소프트웨어 모듈로 구성되어, 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 무선랜 시스템에서의 채널 할당 방법에 있어서,
    목적 STA으로 전송할 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 생성하는 단계;
    상기 MPDU에 PLCP(physical layer convergence procedure) 헤더를 붙여 PPDU를 생성하는 단계; 및
    상기 PPDU를 스테이션에게 전송하는 단계;를 포함하되,
    상기 PLCP 헤더는 상기 PPDU를 전송할 채널 할당 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 할당 정보는 부채널의 주채널에 대한 상대적 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널 할당 정보는 부채널의 채널 대역폭 정보와 상기 부채널의 채널 번호인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 채널 할당 정보는 전송에 사용되는 각 채널의 할당여부를 지시하는 형식으로 상기 PLCP 헤더에 포함되는 VHTSIG 필드에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널 할당 정보에서 지시하는 할당된 전송채널은 AP에 의해 센싱되어 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 AP는 상기 센싱의 결과로부터 얻어지는 채널의 잡음 또는 간섭의 정도를 기준으로 채널 할당 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 무선랜 시스템에서 채널 할당 정보를 전송하는 무선 장치에 있어서,
    목적 STA으로 전송할 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 생성하는 프레임 생성부, 및
    상기 MPDU를 상기 목적 STA으로 전송하는 프레임 전송부를 포함하되,
    상기 MPDU의 PLCP 헤더는 상기 PPDU를 전송할 채널 할당 정보를 포함하는 무선장치.
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