KR20110124160A - 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 방법 및 이의 수신 방법 - Google Patents

복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 방법 및 이의 수신 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 세그먼트(Segment) 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 사용 가능한 주파수 대역을 최대한 효율적으로 사용하면서 다중 사용자 단말들로 프레임을 전송하는 방법 및 이의 수신 방법에 관한 것으로, 그룹을 구성하는 복수의 사용자 단말들 각각에게 할당된 세그먼트 단위 주파수 대역의 정보를 나타내는 세그먼트 필드의 비트를 설정하여 상기 세그먼트 필드를 포함하는 제어 프레임을 구성하고, 상기 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송하며, 데이터 프레임을 전송한다. 이에 따라 본 발명은 모든 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말과 일부 세그먼트 주파수 대역만 지원하는 사용자 단말들이 혼재된 경우에도 일부 세그먼트 주파수 대역의 낭비없이 주어진 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 방법 및 이의 수신 방법{Method for transmitting frame to multi-user in wireless communication systems using plurality segment frequency bands and Method for Receiving the frame}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 기술에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 복수의 세그먼트(Segment) 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 사용 가능한 주파수 대역을 최대한 효율적으로 사용하면서 다중 사용자 단말들로 프레임을 전송하는 방법 및 이의 수신 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선랜과 같은 무선 통신 시스템은 복수의 엑세스 포인트(AP)가 네트워크를 통해 서로 연결된다. 하나의 엑세스 포인트(AP)가 관리하는 기본 서비스 셋(BSS: Basic Service Set) 내에 있는 복수의 사용자 단말(Station)들은 동시에 엑세스 포인트(AP)와 프레임을 송수신한다. 한편, 독립된 기본 서비스 셋(IBSS: Independent Basic Service Set)은 복수의 사용자 단말(STA)들로 구성되며, 하나의 사용자 단말이 나머지 사용자 단말들과 동시에 프레임을 송수신한다.
다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템은 안테나 개수의 증가에 따라 채널 용량의 증가를 얻을 수 있다. 이에 따라 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템은 주파수 효율을 높일 수가 있어 최근 여러 규격에서 채택되고 있다.
최근에는 하나의 사용자에게만 다중 스트림을 전송하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술뿐만 아니라, 복수의 사용자에게 다중 스트림을 전송하는 MU-MIMO(Multi-User MIMO) 기술이 주목을 받고 있다.
MU-MIMO 기술은 엑세스 포인트(AP)에서 복수 사용자 단말들 간에 간섭을 제거하여 데이터를 전송하는 방법으로, 다중 안테나의 채널 용량 증가와 더불어 다중 사용자 다이버시티 이득까지 얻을 수 있다. MU-MIMO 기술은 동시에 동일한 주파수 대역을 사용하여 다중 스트림을 다중 사용자에게 전송할 수 있어, 엑세스 포인트(AP)의 복잡도를 증가시키면서 쓰루풋(throughput)을 증가시키는 효율적인 기술이다.
쓰루풋(throughput)을 증가시키는 전통적인 방법은 주파수 대역을 증가시키는 것이다. 이와 같은 주파수 대역을 증가시키는 방법은 값비싸고 유한한 주파수 대역을 많이 사용하지만, MU-MIMO 기술에 비해 간단하다는 장점이 있다. 여기서 MU-MIMO 기술은 주파수 대역을 증가시키지 않고 엑세스 포인트(AP)의 복잡도를 증가시키는 기술이다. 이러한 이유 때문에 IEEE 802.11ac 등 최근 논의되고 있는 표준 규격에서는 주변 상황에 따라 가변적으로 주파수 대역을 사용하면서 동시에 MU-MIMO 기술을 적용할 수 있는 방법들이 논의되고 있다.
이와 같이 가변 주파수 대역을 사용하면서 복수의 사용자에게 동시에 다중 안테나 스트림을 전송하는 무선 통신 시스템에서는 복수의 세그먼트 주파수 대역이 존재할 수 있다. 그런데 이와 같은 복수의 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 무선 통신 시스템에서 모든 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말들과 일부 세그먼트 주파수 대역만 지원하는 사용자 단말들이 혼재된 경우, 사용 가능한 주파수 대역이 사용자 단말들의 세그먼트 주파수 대역에 따라 최대한 활용되지 않고 낭비될 수 있는 문제점이 있다. 예를 들어, 80MHz 주파수 대역을 하나의 세그먼트 단위로 사용하는 무선 통신 시스템에서 하나의 80MHz 대역만 지원하는 사용자 단말들과 두 개의 80MHz 대역을 지원하는 사용자 단말이 공존하는 경우를 고려해 볼 수 있다. 이 경우 엑세스 포인트(AP)에서 사용 가능한 주파수 대역이 160MHz로 확보되어도 80MHz 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말과 통신시에는 나머지 80MHz 주파수 대역이 사용되지 않아 주파수 자원을 낭비하게 되는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 모든 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말들과 일부 세그먼트 주파수 대역만 지원하는 사용자 단말들이 혼재된 경우에도 사용 가능한 주파수 대역을 최대한 효율적으로 사용하면서 다중 사용자 단말들로 프레임을 전송하는 방법 및 이렇게 전송된 프레임을 수신하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 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.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서, (a) 복수의 사용자 단말들에 대해 그룹화하여 그룹을 설정하는 단계; (b) 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당할 것인지 판단하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 판단 결과를 바탕으로 세그먼트 필드를 포함하는 제어 프레임을 구성하는 단계; 및 (d) 상기 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송하고, 데이터 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서, (a) 그룹을 구성하는 복수의 사용자 단말들 각각에게 할당된 세그먼트 단위 주파수 대역의 정보를 나타내는 세그먼트 필드의 비트를 설정하여 상기 세그먼트 필드를 포함하는 제어 프레임을 구성하는 단계; 및 (b) 상기 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송하고, 데이터 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 제어 프레임은, 상기 그룹 내 사용자 단말들이 모든 세그먼트를 상기 그룹 내 모든 사용자 단말들이 사용하는지 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는지를 표시하기 위한 세그먼트 필드와, 상기 그룹 정보인 그룹 식별자와, 상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당된 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 필드를 포함한다.
바람직하게는 상기 세그먼트 필드는, 상기 그룹 내에서 사용자 단말들의 순서와 대응되는 비트를 가지며, 상기 그룹 내 사용자 단말들이 모든 세그먼트 주파수 대역을 상기 그룹 내 모든 사용자 단말들에게 할당하는 경우에는 제1 값으로 모든 비트가 설정되고, 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 경우에는 적어도 하나의 비트가 상기 제1 값과는 다른 제2 값으로 설정된다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 전송되는 데이터 프레임을 수신하는 방법에 있어서, (a) 그룹 정보를 수신한 후, 공통 시그널 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 수신된 공통 시그널 신호의 그룹 식별자를 통해 자신의 그룹으로 전송되는 신호인지 확인하는 단계; (c) 자신의 그룹으로 전송되는 신호인 경우 상기 공통 시그널 신호에 포함된 세그먼트 필드의 정보를 이용해 상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당되는 주파수 대역을 확인하는 단계; 및 (d) 상기 확인된 주파수 대역을 통해 전송되는 데이터 프레임을 수신 처리하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 본 발명은, 자신의 그룹으로 전송되는 신호인 경우 상기 공통 시그널 신호에 포함된 세그먼트 단위의 주파수 대역들에 대해 상기 그룹 내 사용자 단말들에 할당되는 세그먼트를 표시하기 위한 상기 세그먼트 필드의 비트 정보 및 상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당되는 전송 스트림 수를 나타내는 상기 스트림 수 지시 필드의 비트 정보를 이용해 자신을 목적지로 하는 신호인지 판단한다.
이와 같은 본 발명은, 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 모든 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말과 일부 세그먼트 주파수 대역만 지원하는 사용자 단말들이 혼재된 경우에도 일부 세그먼트 주파수 대역이 낭비되지 않게 하고, 모든 세그먼트 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말들과 일부 세그먼트 주파수 대역만 지원하는 사용자 단말들을 효율적으로 결합하여 MU-MIMO 기술을 적용함으로써 주어진 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공통 시그널을 통해 전송되는 제어 프레임의 구조를 나타낸 도면,
도 2a는 본 발명에 따른 주 세그먼트 및 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 이용해 MU-MIMO 방식으로 프레임을 전송하는 예를 설명하기 위한 도면,
도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 도 2a 경우의 제어 프레임 예를 나타낸 도면,
도 3a는 본 발명에 따른 주 세그먼트 및 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 이용해 SU-MIMO 방식으로 프레임을 전송하는 예를 설명하기 위한 도면,
도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 도 3a 경우의 제어 프레임 예를 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 세그먼트별로 구분하여 MU-MIMO 방식으로 프레임을 전송하는 예를 설명하기 위한 도면,
도 4b는 본 발명에 따른 도 4a 경우의 제어 프레임 예를 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명에 따른 세그먼트별로 구분하여 SU-MIMO 방식으로 프레임을 전송하는 제1 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 5b는 본 발명에 따른 도 5a 경우의 제어 프레임 예를 나타낸 도면,
도 6a는 본 발명에 따른 세그먼트별로 구분하여 SU-MIMO 방식으로 프레임을 전송하는 제2 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 6b는 본 발명에 따른 도 6a 경우의 제어 프레임 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 전송된 프레임을 수신하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
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 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
최근 논의되고 있는 IEEE 802.11ac 표준 규격에서는 80MHz 주파수 대역이 사용자 단말들에게 의무적으로(mandatory) 지원되고, 160MHz 주파수 대역이 사용자 단말들에게 선택적으로(optional) 지원되는 것으로 결정되었다. 그리고 MU-MIMO를 사용할 경우에 모든 사용자 단말은 80MHz 주파수 대역을 사용하거나 160MHz 주파수 대역을 사용하여야 한다. 즉, IEEE 802.11ac 표준 규격은 사용자 단말이 80MHz 주파수 대역 세그먼트 1개만 사용하거나 80MHz 주파수 대역 세그먼트 2개를 사용하는 것은 허용하되 공존하는 경우는 허용하지 않고 있다.
본 발명은 160MHz 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말과 80MHz 주파수 대역을 지원하는 사용자 단말이 사용 가능한 160MHz 주파수 대역 모두를 사용할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명은 시그널 필드(signal field)를 통해 사용하는 세그먼트 정보를 사용자 단말별로 알려주는 것에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명에 따른 공통 시그널 필드에 포함되는 제어 프레임 구조를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제어 프레임에 세그먼트 필드(101)를 추가하여 그룹을 구성하는 사용자 단말들이 사용하게 되는 주파수 대역 세그먼트를 알려줄 수 있도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제어 프레임 구조는 세그먼트 정보 필드(101)와, 그룹 식별자(ID) 필드(102)와, 스트림 수 지시(Stream Number Indication) 필드(103)를 포함한다.
세그먼트 필드(101)는 복수의 주파수 대역 세그먼트들 중 그룹을 구성하는 각 사용자 단말들이 사용하게 될 주파수 대역 세그먼트를 알려 주기 위한 것이다. 예를 들어, 80MHz 단위의 두 개의 주파수 대역 세그먼트를 갖는 MIMO 시스템의 경우, 세그먼트 정보 필드(101)는 그룹을 구성하는 사용자 단말들의 능력과 무선 환경 및 요구 전송 데이터 량에 따라 하나의 주파수 대역 세그먼트인 80MHz 대역만을 사용할 것인지 두 개의 주파수 대역 세그먼트인 160Mhz 대역을 사용할 것인지를 나타내기 위한 것이다.
IEEE 802.11ac 표준 규격에서는 MU-MIMO 기술을 이용하고, 또한 정보 전달 방식의 효율을 높이기 위하여 엑세스 포인트(AP) 내의 복수 사용자 단말(STA)들에 대해 채널 특성과 같은 정보를 이용하여 복수의 그룹으로 매핑하여 그룹들을 구성하는 기술이 채택되었다. 그룹 식별자 필드(102)는 엑세스 포인트(AP)에 속하는 복수의 사용자 단말(STA)들의 그룹핑 정보를 나타낸다.
스트림 수 지시 필드(103)는 그룹을 구성하는 각 사용자 단말들이 사용하게 되는 스트림 수를 나타내기 위한 것이다.
그룹 식별자 및 스트림 수 지시에 대해 이해를 돕기 위해 무선 통신 시스템에서의 데이터 전송 과정을 간략히 설명한다.
엑세스 포인트(AP)는 제어 정보(Control Information) 프레임을 통해 복수의 사용자 단말(STA)들이 채널 사운딩 또는 채널 피드백(Sounding/Feedback)을 송신하기 위한 정보나 데이터 수신을 위하여 필요한 정보들을 전송한다. 다시 말해 엑세스 포인트(AP)는 제어 정보(Control Information) 프레임을 이용하여 복수의 사용자 단말(STA)들에게 채널 사운딩 또는 채널 피드백을 요청한다.
엑세스 포인트(AP)로부터 제어 정보 프레임을 수신한 각 사용자 단말(STA)들은 채널 사운딩이나 채널 피드백 요청에 대한 응답으로 채널 정보를 엑세스 포인트(AP)로 전송한다.
각 사용자 단말(STA)로부터 채널 정보를 전달받은 엑세스 포인트(AP)는 채널의 상관도 및/또는 데이터의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 고려하여 동시에 전송할 수 있는 사용자 단말(STA)들과 각 사용자 단말별 스트림 수를 결정한다. 그리고 엑세스 포인트(AP)는 이렇게 결정된 동시에 전송할 사용자 단말들에 대한 정보와 함께 각 사용자 단말별 데이터 프레임을 전송한다. 여기서 엑세스 포인트(AP)는 사용자 단말들에게 동시에 전송하고 있는 사용자 단말들에 대한 정보 및 각 사용자 단말별 전송 스트림 수에 대한 정보를 모든 사용자 단말들이 수신할 수 있는 공통 시그널(Common Signal)을 통해 전송한다.
데이터 프레임을 수신한 사용자 단말(STA)들은 엑세스 포인트(AP)로부터 전송된 공통 시그널(Common Signal)에 포함된 동시 전송하는 사용자 단말들의 정보 및 각 사용자 단말별 전송 스트림 수를 이용하여 수신된 데이터 프레임을 복조한다. 그리고, 각 사용자 단말(STA)은 수신된 데이터의 오류 발생 여부를 검사하고, 검사 결과를 나타내는 ACK 프레임을 엑세스 포인트(AP)로 전송한다.
여기서 엑세스 포인트(AP)가 동시에 복수 사용자 단말로 프레임을 전송하는 것을 다중 사용자 전송이라 한다. 이와 같은 다중 사용자 전송을 위해 엑세스 포인트(AP)는 자신의 영역 내 존재하는 복수의 단말들에 대해 채널 특성 또는 서비스 품질(QoS)에 기초하여 복수의 그룹으로 할당한다. 그리고 이렇게 할당된 그룹에 대한 정보는 매체접속제어(MAC) 계층의 제어 정보(Control Information) 프레임을 통해 각 사용자 단말들로 전달된다.
이와 같은 그룹 식별자(Group ID)는 임의 자연수 K(예를 들어, K≤4)개의 사용자 단말들을 특정 순서로 명시하기 위하여 사용되며, 엑세스 포인트(AP)에서 정의하여 사용자 단말들(STAs)로 전달된다. 하나의 사용자 단말(STA)은 복수의 그룹 식별자(Group ID)를 할당받을 수 있다. 즉, 하나의 사용자 단말은 단일 그룹 또는 복수 그룹에 속할 수 있다.
엑세스 포인트(AP)는 각 사용자 단말들에게 그룹 식별자 정보를 알려주기 위해 그룹 정의 필드를 이용한다. 그룹 정의 필드는 하나의 그룹 식별자(Group ID)에 속하는 사용자 단말 정보 및 그 순서를 포함한다. 이에 따라 각 사용자 단말(STA)들은 그룹 정의 필드를 수신하면 자신이 속한 그룹의 그룹 식별자와, 그룹 내에서의 자신의 순서를 알 수 있다.
그룹별 각 사용자 단말들의 스트림 수는 채널 추정을 위한 긴 훈련심볼(LTF) 복조를 위해 필요하므로, 스트림 수 지시 필드(103)는 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당된 전송 스트림 수를 나타내기 위한 것이다. 이와 같은 스트림 수 지시 필드(103)에 포함되는 정보는 전송 스트림 수를 나타내기 위해 사용하는 비트 수를 최적화하기 위해 다양한 방식으로 정의될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 프레임 전송 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
이하의 설명에서는 주파수 대역이 80MHz 단위의 두 개의 세그먼트 주파수 대역을 가지며, 모든 사용자 단말들에게 의무적으로 지원되는 하나의 주파수 대역 세그먼트(80MHz)를 주(primary) 세그먼트라 하고, 사용자 단말들에 따라 선택적으로 지원되는 나머지 주파수 대역 세그먼트(80MHz)를 부(secondary) 세그먼트라 한다. 따라서 하나의 세그먼트만 이용하는 경우는 사용자 단말이 80MHz의 주파수 대역을 이용하게 되며 두 개의 세그먼트를 이용하는 경우는 사용자 단말이 160MHz 주파수 대역을 이용하게 된다. 하지만 이와 같은 예는 하나의 실시예에 불과하며, 주파수 대역이 두 개 이상의 세그먼트 단위로 구성될 수 있음은 당업자에 있어 자명하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 주파수 대역이 두 개 이상의 세그먼트 단위로 구성되는 것을 모두 포함한다.
본 발명은 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 모든 사용자 단말들이 이용할 수 있거나 그룹 내 일부 사용자 단말들이 주 세그먼트를 이용하고 그룹 내 나머지 사용자 단말들이 부 세그먼트를 이용하는 방법을 포함한다. 도 2a 및 도 3a는 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 모든 사용자 단말들이 이용하는 경우의 예를 나타낸 것이다. 그리고 도 4a 및 도 5a는 주 세그먼트와 부 세그먼트를 각 사용자 단말들이 구분하여 사용하는 예를 나타낸 것이다.
먼저, 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 그룹을 구성하는 모든 사용자 단말들이 사용하는 경우의 예를 설명한다.
도 2a는 본 발명에 따른 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 그룹 내 사용자 단말들이 이용하여 MU-MIMO 방법으로 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다. 도 2b 및 도 2c는 도 2a와 같은 방법으로 프레임을 전송하는 경우의 공통 시그널 정보에 포함되는 제어 프레임의 구조를 나타낸 것이다.
도 2a는 하나의 그룹이 4개의 사용자 단말들(STA1 내지 STA4)로 구성되고, 엑세스 포인트(AP)가 사용하는 최대 스트림 수가 8개인 경우의 MU-MIMO 기술을 이용해 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다. 도 2a에서 STA1은 전송 스트림 S1, S2를 사용하고, STA2는 전송 스트림 S3, S4를 사용하며, STA3은 전송 스트림 S5, S6을 사용하고, STA4는 전송 스트림 S7, S8을 사용한다. 그리고, STA1부터 STA4 모두는 주 세그먼트 및 부 세그먼트 모두를 이용해 MU-MIMO 방식으로 데이터 프레임을 수신한다.
본 발명에서는 그룹 내 모든 사용자 단말들이 주 세그먼트와 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 이용해 프레임을 전송하는 것을 나타내기 위해 세그먼트 필드 정보를 "0000"으로 표시한다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 세그먼트 필드의 정보는 "0000"으로 표시되어 그룹 내 모든 사용자 단말들이 주 세그먼트와 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 이용하는 것을 나타낸다. 그리고 공통 시그널 정보에 각 사용자 단말들의 그룹핑 정보를 나타내는 그룹 식별자(ID)와 그룹 내 각 사용자 단말들의 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 정보가 포함된다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 그룹 식별자(ID)는 "0011"이다. 그리고 스트림 수 지시 필드는 다양한 형태로 표현될 수 있다. 도 2b는 스트림 수 지시 필드를 9비트로 표현한 것을 나타낸다. 스트림 수 지시 필드를 9비트로 표현하기 위해, 1비트를 사용하여 그룹 내 모든 사용자 단말들이 하나 이상의 전송 스트림을 사용하는 경우임을 나타낸다. 상기 1비트는 '0'으로 설정된다. 그리고, 8비트를 사용하여 4개의 사용자 단말들 각각이 사용하는 전송 스트림 수를 사용자 단말들의 순서에 따라 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이 그룹 내 각 사용자 단말들이 각각 2개의 전송 스트림을 이용함으로 도 2b에서 8비트는 "10101010"으로 표현된다. 도 2c는 그룹 내 각 사용자 단말들의 전송 스트림 수를 나타내기 위해 각 사용자 단말별로 3비트를 사용하여 총 12비트로 표현한 예를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이 각 사용자 단말들이 각각 2개의 전송 스트림을 이용함으로 스트림 수 지시 필드의 12비트는 "010010010010"으로 표현된다.
도 3a는 본 발명에 따른 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 하나의 사용자 단말이 이용하여 SU-MIMO 방법으로 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다. 도 3b 및 도 3c는 도 3a와 같은 방법으로 프레임을 전송하는 경우의 공통 시그널 정보에 포함되는 제어 프레임의 구조를 나타낸 것이다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 도 2b 및 도 2c와 마찬가지로 사용자 단말이 주 세그먼트와 부 세그먼트 모두를 이용하는 경우임을 나타내기 위해 세그먼트 필드를 "0000"으로 할당한다. 그리고 하나의 사용자 단말이 모든 주파수 대역을 이용하는 전송하는 SU-MIMO 방식임으로, SU-MIMO 방식임을 나타내기 위해 그룹 식별자(ID)는 "0000"으로 설정된다. 또한 스트림 수 지시 필드는 도 3a에 도시된 바와 같이 STA1이 8개의 전송 스트림 모두를 사용함으로 STA1의 전송 스트림 수를 나타내는 정보만 "1000"으로 표현된다.
다음은 주 세그먼트와 부 세그먼트를 사용자 단말들이 구분하여 사용하는 경우에 대해 도 4a 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 4a는 하나의 그룹이 4개의 사용자 단말들(STA1 내지 STA4)로 구성되고, 엑세스 포인트(AP)가 최대 할당 가능한 전송 스트림 수가 8개인 경우에 대해 STA1과 STA2가 주 세그먼트를 이용하고 STA3과 STA4가 부 세그먼트를 이용해 MU-MIMO 방법으로 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다.
도 4b를 참조하면, 세그먼트 필드 4비트에서 첫번째 비트와 두번째 비트를 "0"으로 설정하여 STA1과 STA2가 주 세그먼트 주파수 대역을 사용함을 알려 준다. 그리고 세그먼트 필드 4비트의 세번째 비트와 네번째 비트를 "1"로 설정하여 STA3과 STA4가 부 세그먼트 주파수 대역을 사용함을 알려 준다.
이를 바탕으로 본 발명에서 세그먼트 필드는 다음과 같이 이용될 수 있다. 세그먼트 필드의 비트를 그룹을 구성하는 사용자 단말들의 수와 동일한 비트를 갖도록 하고 그룹을 구성하는 사용자 단말들의 순서와 비트 순서를 일치시킨다. 다음 본 발명은 세그먼트 필드의 비트 정보가 모두 "0"으로 설정된 경우는 그룹 내 모든 사용자 단말들이 주 세그먼트와 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 사용함을 의미하고, 어느 하나의 비트라도 "1"로 설정된 경우는 주 세그먼트와 부 세그먼트를 사용자 단말별로 구분하여 사용하는 경우임을 의미하도록 한다. 그리고 본 발명은 주 세그먼트와 부 세그먼트를 구분하여 사용자 단말들에게 할당하는 경우 그룹 내 사용자 단말들의 순서에 대응되는 세그먼트 비트가 "0"으로 설정된 경우는 주 세그먼트를 이용하고, "1"로 설정된 경우는 부 세그먼트를 이용하는 경우임을 나타내도록 할 수 있다.
여기서 부 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 사용자 단말들(STA3, STA4)은 반드시 주 세그먼트와 부 세그먼트 주파수 대역 모두를 지원할 수 있어야 한다. 다시 말해 N대역만 지원하는 사용자 단말들은 주 세그먼트 주파수 대역만을 사용할 수 있고, 2N 대역을 지원하는 사용자 단말들은 주 세그먼트 또는 부 세그먼트 주파수 대역 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 세그먼트 필드는 "0011"로 설정되어, 주 세그먼트 주파수 대역을 STA1, STA2가 사용하고, 부 세그먼트 주파수 대역을 STA3, STA4가 사용함을 나타낸다. 그리고 그룹 식별자(ID)는 "0011"로 설정된다. 스트림 수 지시 필드는 다양한 방법으로 표현할 수 있는데, 도 4b에서는 각 사용자 단말별로 3비트를 사용하여 총 12비트로 표현한 경우를 나타낸다. 도 4a에서 각 사용자 단말들이 4개의 전송 스트림을 사용함으로 스트림 수 지시 필드는 "100100100100"으로 할당된다.
이와 같은 본 발명을 위해 채널 사운딩 방법은 기존의 방법을 그대로 사용해도 되고, 안테나 개수 변화와 주파수 대역 변화에 따라 적응적으로 전송하여도 된다.
도 5a 및 도 6a는 본 발명에 따른 주 세그먼트와 부 세그먼트를 이용해 SU-MIMO 방법으로 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다. 이는 MU-MIMO로 해석될 수 있고 SU-MIMO의 병렬화로도 해석될 수 있다. 따라서 이 경우 그룹 식별자는 SU-MIMO를 나타내는 그룹 식별자가 아닌 값이 할당된다. 도 5a 및 도 6b에서는 그룹 식별자로 "0011"이 할당된 경우를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면 주 세그먼트 주파수 대역을 STA1이 사용하고, 부 세그먼트 주파수 대역을 STA3이 사용하며, STA1과 STA3은 4개의 전송 스트림을 사용하는 경우를 나타낸다.
도 5b를 참조하면 세그먼트 필드가 "0010"으로 설정되어 있어, STA3만이 부 세그먼트 주파수 대역을 이용함을 나타낸다. 그리고 스트림 수 지시 필드에서 STA1 및 STA3의 전송 스트림 수를 나타내는 비트가 "100"으로 설정되어 있고, STA2 및 STA4의 전송 스트림 수를 나타내는 비트는 "000"으로 설정되어 있어, STA2 및 STA4는 할당받은 전송 스트림이 없음을 의미한다. 따라서 전송 스트림을 할당받은 STA1 및 STA3 중 STA3은 부 세그먼트 주파수 대역을 이용하기 때문에 STA1이 주 세그먼트 주파수 대역을 이용해 프레임을 전송함을 나타낸다. 이에 따라 그룹을 구성하는 사용자 단말들은 각각 세그먼트 필드의 비트 정보와 스트림 수 지시 필드의 비트 정보를 통해 자신이 수신해야 하는 패킷인지 알 수 있다.
도 6a는 주 세그먼트 주파수 대역을 통해 STA1이 8개의 전송 스트림을 이용해 프레임을 전송하고, 부 세그먼트 주파수 대역을 통해 STA3이 4개의 전송 스트림을 이용해 프레임을 전송하는 경우를 나타낸 것이다.
도 6b를 참조하면, 세그먼트 필드가 "0010"으로 설정되어 있어, STA3만이 부 세그먼트 주파수 대역을 이용함을 나타낸다. 그리고 스트림 수 지시 필드는 그룹을 구성하는 사용자 단말들의 수가 4개인 경우 각 사용자 단말당 3비트씩 총 12비트로 표현하도록 하는 IEEE802.11ac의 표준 규격을 만족하기 위해 "100001001111"로 설정한다. 이에 따라 부 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 STA3은 "0100"으로 설정된 값을 통해 4개의 전송 스트림을 이용함을 알 수 있다. 하지만, 나머지 STA1, STA2, STA4 모두는 주 세그먼트 주파수 대역을 복조한 후 MAC 레벨에서 주소를 확인함으로써 자신을 목적지로 하는 패킷인지 알 수 있으며, 스트림 수 지시 필드의 "1000"값을 통해 8개의 전송 스트림을 이용함을 알 수 있다. 이와 같은 도 5a 및 도 6a의 실시예는 세그먼트 주파수 대역별로 보면 MU-MIMO 방식이 아니기 때문에 채널 사운딩을 반드시 수행할 필요가 없다는 장점이 있다.
도 7은 본 발명에 따른 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 프레임을 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 엑세스 포인트(AP)와 사용자 단말들(STAs)은 사운딩 및 그룹 협의 과정을 통해 그룹을 구성하고 그룹 식별자를 할당하는 그룹 설정 과정을 수행한다(701). 이와 같은 그룹 구성 및 그룹 식별자 할당 과정은 기존의 사운딩 과정 등을 통해 이루어질 수 있다.
그룹 설정이 완료된 후, 데이터 전송 요구가 발생되면(702), 데이터 전송량, 사용자 단말들의 능력 및 무선 채널 상태 등을 고려하여 전송 스트림 수를 결정하고, 이와 더불어 세그먼트별로 구분하여 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당할 것인지 아니면 모든 세그먼트 주파수 대역을 사용자 단말들에게 할당할 것인지를 판단한다(703).
이와 같은 주파수 대역의 할당 조건 판단 결과를 바탕으로 제어 프레임을 구성하는데, 제어 프레임의 세그먼트 필드의 비트와 그룹 식별자 및 각 사용자 단말들에게 할당되는 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 필드의 정보를 설정한다(704). 앞서 설명한 바와 같이 세그먼트 필드는 그룹을 구성하는 사용자 단말들의 그룹 내 순서와 대응되는 비트 수를 갖는다. 그리고 세그먼트별 구분없이 모든 세그먼트 주파수 대역을 그룹 내 모든 사용자 단말들이 이용하는 경우에는 세그먼트 필드의 모든 비트를 제1 값(예를 들어, "0")으로 설정하고, 세그먼트 별로 구분하여 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 경우에는 세그먼트 필드의 적어도 하나의 비트를 제1 값과는 다른 제2 값(예를 들어, "1")으로 설정한다. 물론 여기서 제1 값을 "1"로 하고 제2 값을 "0"으로 하는 것도 가능하다. 그리고 각 사용자 단말별 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 필드는 다양한 방식으로 설정될 수 있다.
이와 같이 제어 프레임이 구성되면, 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송한다(705). 그리고 각 사용자 단말들에게 할당된 전송 스트림을 통해 데이터 프레임을 SU-MIMO 또는 MU-MIMO 방식으로 전송한다(706).
도 8은 본 발명에 따른 복수의 세그먼트 주파수 대역을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자에게 전송된 프레임을 수신하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 사운딩 및 그룹 협의 과정을 통해 그룹이 설정된 후 그룹 정보 및 각종 제어 정보를 수신한다(801). 이를 통해 각 사용자 단말들은 자신의 그룹 식별자와 그룹 내에서의 자신의 위치를 알 수 있다.
다음 사용자 단말은 공통 시그널 신호를 수신하면(802), 먼저 공통 시그널 내에 포함된 제어 프레임의 그룹 식별자를 확인하여 자신의 그룹을 목적지로 하는 신호인지 확인한다(803).
자신의 그룹을 목적지로 하는 신호이면, 사용자 단말은 세그먼트 필드의 설정된 비트 및 스트림 수 지시 필드의 설정된 비트를 통해 자신을 목적지로 하는 신호인지 판단한다(804). 만약 자신을 목적지로 하는 신호가 아닌 경우에는 수신을 종료한다(805). 하지만 자신을 목적지로 하는 신호로 판단되는 경우에는(805) 수신되는 데이터 프레임을 복조하여 MAC 레벨에서 주소 정보 확인을 통해 자신을 목적지로 하는 데이터인지 확인한다(806). 그리고 자신을 목적지로 하는 데이터에 대해 수신 처리를 수행한다(807).
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 하향링크에 대해 설명하였지만, 본 발명을 상향링크로 확장하여 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예로 IEEE 802.11ac 기반 무선 통신 시스템을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 MU-MIMO를 기반으로 하는 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.
전술한 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 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (11)

  1. 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
    (a) 복수의 사용자 단말들에 대해 그룹화하여 그룹을 설정하는 단계;
    (b) 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당할 것인지 판단하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 판단 결과를 바탕으로 세그먼트 필드를 포함하는 제어 프레임을 구성하는 단계; 및
    (d) 상기 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송하고, 데이터 프레임을 전송하는 단계
    를 포함하는 프레임 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서의 제어 프레임은,
    상기 그룹 내 사용자 단말들이 모든 세그먼트를 상기 그룹 내 모든 사용자 단말들이 사용하는지 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는지를 표시하기 위한 세그먼트 필드와,
    상기 그룹 정보인 그룹 식별자와,
    상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당된 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 필드를 포함하는 프레임 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 세그먼트 필드는,
    상기 그룹 내에서 사용자 단말들의 순서와 대응되는 비트를 가지며, 상기 그룹 내 사용자 단말들이 모든 세그먼트 주파수 대역을 상기 그룹 내 모든 사용자 단말들에게 할당하는 경우에는 제1 값으로 모든 비트가 설정되고, 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 경우에는 적어도 하나의 비트가 상기 제1 값과는 다른 제2 값으로 설정되는 프레임 전송 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 세그먼트 필드의 비트 값에 따라 상기 세그먼트 필드의 비트와 대응되는 순서의 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 할당되는 주파수 대역 세그먼트를 지시하는 프레임 전송 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 그룹 내 사용자 단말들의 능력과 데이터 전송량 및 주파수 대역의 사용 상태에 따라 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당할 것인지 판단하는 프레임 전송 방법.
  6. 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 데이터 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
    (a) 그룹을 구성하는 복수의 사용자 단말들 각각에게 할당된 세그먼트 단위 주파수 대역의 정보를 나타내는 세그먼트 필드의 비트를 설정하여 상기 세그먼트 필드를 포함하는 제어 프레임을 구성하는 단계; 및
    (b) 상기 구성된 제어 프레임을 공통 시그널을 통해 전송하고, 데이터 프레임을 전송하는 단계
    를 포함하는 프레임 전송 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 프레임은,
    상기 세그먼트 필드와,
    상기 그룹 정보인 그룹 식별자와,
    상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당된 전송 스트림 수를 나타내는 스트림 수 지시 필드를 포함하는 프레임 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 세그먼트 필드는,
    상기 그룹 내에서 사용자 단말들의 순서와 대응되는 비트를 가지며, 상기 그룹 내 사용자 단말들이 모든 세그먼트 주파수 대역을 상기 그룹 내 모든 사용자 단말들에게 할당하는 경우에는 제1 값으로 모든 비트가 설정되고, 상기 세그먼트 단위로 구분하여 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 주파수 대역을 할당하는 경우에는 적어도 하나의 비트가 상기 제1 값과는 다른 제2 값으로 설정되는 프레임 전송 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 세그먼트 필드의 비트 값에 따라 상기 세그먼트 필드의 비트와 대응되는 순서의 상기 그룹 내 사용자 단말들에게 할당되는 주파수 대역 세그먼트를 지시하는 프레임 전송 방법.
  10. 주파수 대역을 세그먼트 단위로 구분하여 할당하는 무선 통신 시스템에서 다중 사용자 단말들로 전송되는 데이터 프레임을 수신하는 방법에 있어서,
    (a) 그룹 정보를 수신한 후, 공통 시그널 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 수신된 공통 시그널 신호의 그룹 식별자를 통해 자신의 그룹으로 전송되는 신호인지 확인하는 단계;
    (c) 자신의 그룹으로 전송되는 신호인 경우 상기 공통 시그널 신호에 포함된 세그먼트 필드의 정보를 이용해 상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당되는 주파수 대역을 확인하는 단계; 및
    (d) 상기 확인된 주파수 대역을 통해 전송되는 데이터 프레임을 수신 처리하는 단계
    를 포함하는 프레임 수신 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    자신의 그룹으로 전송되는 신호인 경우 상기 공통 시그널 신호에 포함된 세그먼트 단위의 주파수 대역들에 대해 상기 그룹 내 사용자 단말들에 할당되는 세그먼트를 표시하기 위한 상기 세그먼트 필드의 비트 정보 및 상기 그룹 내 각 사용자 단말들에게 할당되는 전송 스트림 수를 나타내는 상기 스트림 수 지시 필드의 비트 정보를 이용해 자신을 목적지로 하는 신호인지 판단하는 프레임 수신 방법.
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