KR20120071756A

KR20120071756A - 인지 무선 통신 시스템에서의 프레임 전송방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120071756A
Application number: KR1020100133434A
Authority: KR
Inventors: 이일구; 강헌식; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-07-03
Also published as: US20120163314A1

Abstract

인지 무선 시스템에서 노드에 의해 수행되는, 프레임을 전송하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 프레임 전송방법은 상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널을 할당 받고, 상기 노드의 동작 채널로 활용 가능한 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 센싱을 수행하고, 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 상기 센싱의 결과를 기반으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하고, 상기 결정에 따라 상기 제1 채널에 새롭게 동작채널로 결정된 제2 채널을 더하여 확장된 주파수 대역폭을 이용하여 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

Description

인지 무선 통신 시스템에서의 프레임 전송방법 및 장치{Method and Apparatus of transmitting Frames in Cognitive Radio System}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인지 무선 통신 시스템에서 프레임을 전송하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템의 급격한 발전과 다양한 무선 통신 서비스의 개발은 기존 통신 시스템간의 공존 문제를 해결하기 위하여 엄격한 주파수 대역을 요구하고 있다. 그러나 현재 상업적으로 사용 가능한 거의 모든 주파수 대역이 할당됨으로 인하여 새로운 무선 플랫폼을 위한 주파수 자원이 매우 부족한 상황이 발생하고 있다. 현재의 주파수 이용 현황을 보게 되면 수 GHz 이하 대역, 특히 낮은 주파수 대역은 사용할 수 있는 여지가 거의 없다. 이러한 주파수 부족 문제를 해결하기 위하여 최근 주파수 대역이 할당되어 있지만 실제로 사용되지 않고 비어 있는 주파수 대역을 감지해 이를 효율적으로 공유하여 사용할 수 있는 지능형 무선 인지 기술(Cognitive Radio, CR) 개념이 제시되었다.

기존의 무선 통신 시스템은 국가에서 주파수 정책에 따라 주파수 자원을 엄격하게 통제해 왔다. 따라서 사업자들은 사용할 주파수 자원을 정부로부터 승인과 할당을 받아 사용했다. 하지만 지능형 무선 인지 기술은 기존의 무선 통신 시스템과는 다르게, 주파수가 할당되어 있지만 사용하지 않는 주파수 자원을 기존 사업자의 무선 통신에 간섭이 없게 하여 이용하는 통신 시스템이다.

최근에 부족한 주파수 자원에 대한 수요가 급증하는 추세에 발맞추어 무선 인지 기술에 대한 필요성이 대두되었고, 2003년 12월에 미국 FCC(Federal Communications Commission)의 NPRM(Notice of Proposed Rule Making)에서 주파수 공용 사용 가능성이 언급된 이후 지능형 무선 인지 기술에 대한 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 대표적인 예로 지능형 무선 인지 기술을 이용한 통신 플랫폼의 개발을 목적으로 IEEE 802.22 WRAN(Wireless Regional Area Networks) 표준화가 이루어지고 있다. IEEE 802.22 WRAN의 사용 대상은 미국이나 캐나다의 도시 외곽 지역이나 개발도상국이며, 사용하지 않는 TV 대역에 지능형 무선 통신 기술을 사용하여 무선 통신 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다.

위와 같이 현재 무선 인지 기술에 대한 표준화와 개발이 활성화되고 있지만, 아직 초기 단계이기 때문에 해결해야 되는 많은 문제들이 존재하며 대부분의 구성 기술들이 아직 결정되지 않은 상황이다.

인지 무선 통신 시스템에서 동작하는 인지 무선 단말의 입장에서는 비면허 대역을 타 통신시스템과 공유하여 사용한다. 따라서 무선 통신 시스템에서 존재하는 일반적인 잡음 이외에도 타 통신시스템에 의한 간섭 또한 존재하며 통신을 방해하고 있음을 가정해야 한다.

이러한 환경의 특성상 무선 프레임을 전송하고자 할 때, 동종 또는 이종의 통신 시스템에 의한 영향을 고려함과 아울러, 자신의 전송이 다른 통신 시스템에 미칠 영향 또한 고려하는 것이 필요하다. 또한 계속하여 변하는 통신 환경의 변화에 따라 가용 채널 또한 변화한다. 일반적으로 데이터의 전송률은 다른 조건이 동일할 때, 사용하는 채널의 대역폭에 비례할 수 있다. 따라서, 가용 채널이 변하는 인지 무선 시스템의 단말이 동작하는 채널 환경의 변화에 따라 적응적으로 사용하는 채널의 대역폭 결정 또는 복수의 채널을 집성(aggregation)하는 것이 필요할 수 있다. 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대역폭 모드 제어, 송신 출력 제어, 빔포밍 모드 제어를 이용하여 환경의 변화에 인지적으로 프레임을 전송/수신하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 있어서, 인지 무선 시스템에서 노드에 의해 수행되는 프레임을 전송하는 방법은 상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널을 할당 받고, 상기 노드의 동작 채널로 활용 가능한 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 센싱을 수행하고, 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 상기 센싱의 결과를 기반으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하고, 및 상기 결정에 따라 상기 제1 채널에 새롭게 동작채널로 결정된 제2 채널을 더하여 확장된 주파수 대역폭을 이용하여 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

상기 제2 채널은 상기 제1 채널과 인접한 채널일 수 있다.

상기 제1 채널 및 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널은 소정의 주파수 대역폭을 가질 수 있다.

상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하는 것은, 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대하여 센싱한 결과 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널이 사용되고 있는지 여부를 신호 검출을 통해 판단하고, 및 상기 신호 검출 결과 신호가 검출되지 아니하면 상기 신호가 검출되지 아니한 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널의 주파수 대역으로의 상기 주파수 대역폭을 확장하는 것으로 결정하는 것을 포함할 수 있다.

상기 제1 채널에 더하여 상기 제2 채널을 상기 동작채널로 결정한 경우, 상기 프레임을 전송하기에 앞서 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널로 RTS 프레임을 전송하고, 및 상기 RTS 프레임에 대한 응답으로 전송되는 CTS 프레임을 수신하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 인지 무선 시스템에서 노드에 의해 수행되는 프레임을 전송하는 방법은 상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널 및 제2 채널을 할당 받고, 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 이용하여 프레임을 전송하되, 상기 동작채널의 인접 채널에 대한 센싱을 수행하고, 상기 센싱의 결과 및 상기 동작채널을 구성하는 어느 한 채널에 간섭이 존재하는지 여부를 기반으로 상기 동작채널의 대역폭 확장 여부 또는 대역폭 감축 여부를 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라, 확장 또는 감축된 새로운 주파수 대역폭을 갖는 동작채널로 프레임을 전송하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 인지 무선 통신 시스템에서 동작하는 무선장치는 프레임을 전송하거나 프레임을 수신하도록 설정된 송수신기 및 상기 송수신기와 기능적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널을 할당 받고, 상기 노드의 동작 채널로 활용 가능한 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 센싱을 수행하고, 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 상기 센싱의 결과를 기반으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하고 및 상기 결정에 따라 상기 제1 채널에 새롭게 동작채널로 결정된 제2 채널을 더하여 확장된 주파수 대역폭을 이용하여 프레임을 전송하도록 설정된다.

간섭 신호가 오버랩 되지 않도록 송신 출력을 제어하여 사용할 수 있도록 하고, 이용 가능한 최대 주파수 대역폭을 사용하여 전송할 수 있도록 하여 통신 시스템의 쓰루풋을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일례에 대한 구성을 간략히 도시한 것이다.
도 2는 전체 160MHz 대역폭에서 20MHz 대역 단위로 동작 가능한 주파수 대역을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전송 대역폭 결정 및 변환 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 이해를 돕기 위한 네트워크 구성도이다.
도 5는 OBSS 환경의 일례를 도시한 것이다.
도 6은 빔포밍을 이용한 간섭 회피의 일례를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 후술하는 실시예는 인지 무선(Cognitive Radio, CR) 통신 시스템에서 유용하게 적용될 수 있다. 인지 무선 시스템의 일례로 IEEE 802.11, IEEE 802.22, ECMA 392 표준을 지원하는 무선 통신 시스템을 들 수 있다. 이하에서는 인지 무선 통신 시스템의 일례로 IEEE 802.11 무선랜 시스템에 적용하는 것을 일례로 하여 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 본 발명은 동종 또는 이종의 통신 시스템이 공존하는 주파수 대역에서 동작하는 CR 시스템에 적용될 수 있다. 이하 실시예에서 IEEE 802.11 무선랜 시스템의 고유한 용어는 다른 시스템에 적용함에 있어 동일한 해당 시스템의 용어로 대체 또는 치환될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일례에 대한 구성을 간략히 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 무선랜 시스템은 하나 또는 그 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 STA의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. BSS는 infrastructure BSS와 Independent BSS(IBSS)로 구분할 수 있는데, 도 1에는 infrastructure BSS가 도시되어 있다. infrastructure BSS(BSS1, BSS2)는 하나 또는 그 이상의 STA(STA1, STA3, STA4), 분배 서비스(Distribution Service)를 제공하는 STA인 AP, 및 다수의 AP(AP1, AP2)를 연결시키는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 반면, IBSS는 AP를 포함하지 않기 때문에 모든 STA이 이동 스테이션으로 이루어져 있으며, DS에로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

STA은 IEEE 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 임의의 기능 매체로서, 광의로는 AP와 비AP 스테이션(Non-AP Station)을 모두 포함한다.

본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 VHT 무선랜 시스템에서, 상기 BSS에 포함되는 STA은 모두 IEEE 802.11ac 표준을 지원하는 VHT STA이거나 IEEE 802.11n을 지원하는 HT STA 또는 레거시 STA(예컨대, IEEE 802.11 a/b/g 표준을 지원하는 non-HT STA)이 공존할 수도 있다.

STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA(STA1, STA3, STA4, STA6, STA7, STA8)으로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

그리고 AP(AP1, AP2)는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 infrastructure BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. AP는 엑세스 포인트라는 명칭 외에 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), 노드-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다. 그리고 후술하는 바와 같은 SDMA를 지원하는 1GHz 이상의 초고속 데이터 처리를 지원하는 AP를 VHT AP라고 한다.

복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

DS는 하나의 AP가 다른 AP와 통신하기 위한 메커니즘으로서, 이에 의하면 AP가 자신이 관리하는 BSS에 결합되어 있는 STA들을 위해 프레임을 전송하거나 또는 어느 하나의 STA이 다른 BSS로 이동한 경우에 프레임을 전달하거나 유선 네트워크 등과 같은 외부 네트워크와 프레임을 전달할 수가 있다. 이러한 DS는 반드시 네트워크일 필요는 없으며, IEEE 802.11에 규정된 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬 네트워크와 같은 무선 네트워크이거나 또는 AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예를 기술함에 있어 노드(node)라 함은STA과 AP를 의미한다. 다시 말해서, 특별히 구별하여 언급하지 아니하는 한 노드는 AP 또는 STA(non-AP STA)이 될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 무선 통신 시스템에서 다음의 세 가지 구성 요소의 조합에 의해 네트워크의 쓰루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다. 세 가지 구성 요소로는 경로 손실 정보에 기반한 노드 자동 선택 접속 및 노드 사이의 경로 손실에 기반한 송신 출력 결정, 경로 손실 정보 및 인접 주파수 사용 여부에 따른 사용 대역폭 결정, 고속 전송을 위해 보다 넓은 채널 대역폭 확보가 가능한 빔포밍 기술이 이용될 수 있다. 상기 세 가지 구성 요소는 쓰루풋을 최대화하고 전력 소모를 최소화하는 관점에서 네트워크의 노드들의 대역폭 및 송신 출력을 결정하도록 한다.

상기 세가지 구성 요소의 작동 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면 프레임을 전송하고자 하는 노드는 경로 손실 정보에 기반하여 경로 손실이 가장 작은 노드로 자동 접속 할 수 있다. 이 때, 프레임을 송수신하는 서로 다른 두 개의 노드는 수식1에 의하여 수신 신호의 세기에 기반하여 경로 손실 정보를 구할 수 있다.

[수식1]

PL = TPG1-RSSI1

수식1에서 PL (Path Loss)은 계산되어 구해진 경로 손실 값이고, TPG1 (Transmit Power Gain) 는 수신 프레임에 기재된 송신 출력 이득 필드의 이득 값이다. RSSI1 (Received Signal Strength Indicator)은 수신 프레임의 수신 신호 강도 측정치이다.

[수식2]

TPG2 = RSSI2 - PL + RG

경로 손실 정보를 이용하여 신호를 수신할 상대방 노드까지 신호가 에러 없이 전달하기 위한 최소의 송신 출력 세기를 구할 수 있다. 수식2에서 TPG2는 다음 송신 프레임의 송신 출력 이득 값이다. RSSI2는 수신 프레임의 수신 신호 강도 필드에 기재되어 있는 수신 신호 강도 값이다. PL은 수식1에서 구해진 경로 손실 값이다. RG는 요구되는 성능을 만족하기 위한 이득이다. 본 발명은 이를 위해 송신 패킷에 TPG와 RSSI 두 가지 정보를 실어서 전송하는 방식을 포함한다.

도 2는 전체 160MHz 대역폭에서 20MHz 대역 단위로 동작 가능한 주파수 대역을 나타낸다. 이는 설명을 위한 채널 구성의 일례에 불과하며, 하나의 채널은 5MHz, 6MHz, 10MHz, 40MHz로 다양하게 구성될 수 있으며, 노드의 동작 채널 또한 5, 10, 20, 40, 80, 120, 160MHz로 다양하게 구성될 수 있다.

이하에서는 노드가 20, 40, 80, 120, 160MHz 대역폭 모드로 동작 가능한 무선 통신 시스템이라고 가정하자.

이 때 노드는 현재 사용 중인 중심 주파수를 기준으로 위 아래로 80MHz 주파수 대역에서 신호가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 해당 주파수 대역에 신호가 존재하는지 여부는 노드가 해당 대역을 직접 센싱(sensing)하여 알아내거나, 다른 노드(이를테면, AP)로부터 다른 채널에 신호가 존재하는지(다시 말해서, 다른 채널이 다른 통신 시스템에 의해 사용되고 있는지)에 관한 정보를 획득할 수 있다.

노드가 다른 채널에 신호가 존재하는지 여부를 알기 위하여 센싱을 수행하는 경우 센싱은 신호 상관성, 에너지 검출, 아나로그 디지털 변환기 포화상태 검출 방법 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 중심 주파수 f4에서 4,5번 대역을 이용하여 40MHz 대역폭으로 데이터를 송수신하는 노드들로 구성된 BSS에서 노드들은 인접 주파수 대역 (대역1,2,3,6,7,8)이 다른 노드들에 의해 사용되고 있는지를 주기적으로 센싱할 수 있다. 만약, 대역 3,6이 사용되고 있지 않다면 BSS에 속한 노드들은 40MHz 모드에서 80MHz 모드로 전환하여 80MHz의 대역폭을 이용하여 프레임을 전송/수신하여 쓰루풋을 높일 수 있다. 만일, 대역 2,3,6,7이 사용되고 있지 않다면 120MHz 모드로 전환하며, 대역 1,2,3,6,7,8이 사용되고 있지 않다면 160MHz 모드로 전환하여 해당 대역폭을 이용한 프레임의 전송/수신을 수행할 수 있다. 이하에서 어느 노드가 K MHz 모드로 동작한다 함은 해당 노드가 K MHz의 대역폭을 이용하여 프레임을 전송/수신하는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전송 대역폭 결정 및 변환 절차를 나타낸 흐름도이다.

먼저 프레임을 전송/수신하고자 하는 노드는 동작할 대역폭을 결정한다(S310). 이 때 동작 대역폭은 해당 노드가 BSS에 결합되는 과정에서 할당 받거나, 상대 노드와의 협의를 통해 결정될 수 있다. 일례로, IEEE 802.11 시스템에서 STA은 AP로부터 사용할 채널 및 대역폭을 할당 받을 수 있다.

이후 노드는 인접 채널들을 센싱한다(S320). 도 2를 참조하여 설명하면 20MHz의 대역폭을 갖는 4번 채널을 동작채널로 하는 노드는 1 내지 3 또는 5 내지 8번 채널에 대하여 센싱을 수행할 수 있다. 노드는 상기 채널들에 대한 센싱을 수행하여 해당 채널에 다른 신호가 존재하는지 파악한다.

노드는 센싱을 수행하여 얻은 해당 채널에 다른 신호가 존재하는지 여부에 대한 정보를 바탕으로 자신이 사용할 주파수 대역의 대역폭 확장 가능한지 판단한다(S330). 4번 채널에서 동작하는 어느 노드가 센싱한 결과 3번 채널에서 아무런 신호도 검출되지 아니한 경우 3번 채널의 20MHz에 대해 확장 가능한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 확장 가부에 대한 판단은 확장 대상 채널이 다른 사용자에 의해 사용되고 있는지(해당 채널에 다른 신호가 존재하는 경우 다른 사용자에 의해 사용되고 있다고 판단할 수 있다.) 여부에 의해 결정될 수 있다. 해당 채널이 다른 사용자에 의해 사용되고 있지 아니한 경우라 하여도 그 인접 채널이 다른 사용자에 의해 사용되고 있는 상황에서 해당 채널을 이용하는 경우 우선 순위를 갖는 다른 사용자에게 간섭으로 작용할 가능성이 있거나, 또는 해당 채널의 사용에 우선순위를 갖는 사용자가 곧 사용할 것임을 알 수 있는 경우에는 해당 채널로의 확장을 하지 아니할 수 있다.

확장 가부에 대한 판단 결과 대역폭의 확장이 가능하지 아니하거나 확장이 적절하지 못한 경우 노드는 현재의 대역폭을 유지한다(S340). 반대로 확장 가부에 대한 판단 결과 대역폭 확장이 가능한 것으로 판단되고 해당 채널로의 확장이 바람직한 경우 노드는 사용 대역폭을 확장한다(S350). 일례로 도 2의 4번 채널을 사용하던, 다시 말해서 20MHz 모드로 동작하던 단말이 상술한 절차를 거쳐 판단한 결과 5번 채널로의 확장이 가능한 것으로 판단된 경우, 5번 채널도 동작 채널로 하여 대역폭 확장을 통한 40MHz 모드로 전환할 수 있다. 40MHz 모드로 동작하는 도중에도 노드는 인접 채널에 대한 센싱을 통하여 추가 확장 여부를 판단할 수 있다.

단말은 대역폭 축소가 필요한지 판단할 수 있다(S360). 대역폭 축소가 필요한지 여부에 대한 판단은 노드에 의해 주기적으로 수행되거나, 다른 노드(일례로 AP)에 의해 판단하여 대역폭을 조정할 것을 요청 받는 경우 또는 전송/수신 성능의 감소(일례로 사전에 설정된 임계치 이하로 떨어지는 경우)로 인해 대역폭 조정이 필요하다고 판단되는 경우 등에 수행될 수 있다. 대역폭의 축소는 사용하던 채널에 해당 채널 사용의 우선 순위를 갖는 사용자가 사용을 시작하거나, 다른 유저의 해당 채널 사용으로 인해 간섭이 심해지거나 신호의 충돌(collision)으로 인해 성능 감소가 초래되는 경우 등에 이루어질 수 있다.

대역폭 축소가 필요한지 판단한 결과 대역폭 축소가 필요한 경우 대역폭을 축소하고(S380), 대역폭 축소가 필요하지 아니한 경우 대역폭을 유지(S370)할 수 있다. 대역폭 축소가 필요하여 대역폭을 축소한 경우라 하여도 이후 센싱을 통하여 대역폭 확장이 가능한 경우로 판단되면 다시 대역폭 확장이 이루어질 수 있다.

여기서 대역폭 변환 과정에서 전송 기회 시간 (Transmit opportunity, 이하 TXOP) 동안 해당 채널을 점유하기 위해 RTS(Request To Send) 프레임/CTS(Clear To Send) 프레임 교환(exchange) 절차를 걸쳐 인근 노드들에게 확장된 대역폭에 대해 일정 시간 동안 채널 접근을 금지하는 보호 메커니즘도 함께 사용될 수 있다.

이때, 채널 센싱 결과 확장 가능하다고 판단되면, RTS 프레임/CTS 프레임을 확장 가능한 대역에도 복사하여 (Duplicate) 전송함으로써 확장 가능한 대역에서 동작하고 있는 노드들이 TXOP 기간 동안 확장된 대역에 접근하는 것을 방지한다.

도 4는 본 발명의 이해를 돕기 위한 네트워크 구성도이다. 네트워크가 세 개의 BSS BSS #1(410), BSS #2(420), BSS #3(430)로 구성되어 있다고 가정하고, 각 노드들이 도 4와 같이 배치되어 있다 가정하자.

BSS #2(420)의 노드들 node1(421), node2(422), node3(423)는 본 발명에 의해 전송 출력을 연결하고자 하는 노드와의 경로 손실을 구하여 최소 전송 출력을 결정한다. node1(421), node2(422), node3(423)가 모두 최소의 전송 출력을 구한 후 인접 노드들이 인접 주파수 채널을 사용 중인지 센싱한 결과에 따라 대역폭 확장 유무를 결정한다. BSS #2(420)는 인접 BSS와 독립적인 영역을 가지고 있으므로 BSS #1(410)과 BSS #3(430)가 어떤 주파수 대역을 사용하는지에 상관없이 BSS #2(420)는 사용 주파수 대역을 결정할 수 있다.

도 5는 OBSS(Overlapping BBS) 환경의 일례를 도시한 것이다.

도 5와 같이 인접 BSS#1(510)과 BSS#3(530)의 전파 범위가 넓어서 BSS#2(520)의 전파 범위와 오버랩(overlap)되는 경우에는 도 4에서와 같이 동일 주파수 대역 사용을 하지 못 하며, 주파수 대역 중 1번을 사용하고 있고, BSS #3(530)가 8번을 사용하고 있다면, BSS #2(520)는 2,3,4,5,6,7 번 주파수 대역을 사용하여 120MHz 대역폭 모드로 확장하여 전송할 수 있다. 또한 BSS #2(520)에 포함된 노드들은 2~7번 주파수 대역을 사용하여 전송하고, 신호 충돌이 일어나는 경우 도 3 에서와 같이 사용 대역폭을 줄여야 한다.

도 6은 도 5에서 문제가 된 BSS #1(510)과 BSS #3(530)의 전파 범위가 넓어 BSS #2(520)와 오버랩되는 문제를 해결하기 위해 BSS #1(610)과 BSS #3(630)에서 빔포밍을 사용하는 경우를 나타낸다. 빔포밍을 사용하여 전파 범위를 오버랩되지 않게 함으로써 BSS #2(620)의 사용 가능한 대역폭을 증가시킬 수 있게 된다. 즉, BSS #3(630)에서 프레임을 전송하고자 하는 노드는 자신의 BSS #3(630)에서의 빔포밍을 통한 전송이 BSS #1(610)에서의 프레임 전송/수신에 간섭으로 작용하지 아니하도록 빔포밍을 위한 빔 형성 행렬을 결정한다.

IEEE 802.11 시스템에서 동일한 주파수 대역을 사용하는 복수개의 노드가 있을 때, 어느 전송 노드가 채널 점유권을 획득한 경우(e.g. 전송 노드가 백오프 절차를 거쳐 채널 접근한 경우 또는 경쟁기반 또는 비경쟁 기반하에서 전송기회(TXOP)을 부여 받은 경우), 다른 노드들은 전송 노드의 채널 점유기간 동안 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector, NAV)를 설정하고 채널 접근을 연기(defer)하여야 하므로 채널 이용의 효율성이 매우 낮아진다.

하지만, 도 6의 예에서와 같이 어느 전송 노드가 채널 점유를 획득한 TXOP 시간 동안 다른 노드는 NAV 값으로 알게 된 전송노드의 TXOP 구간 동안 제3의 노드가 빔포밍을 사용하여 전송 노드의 목적 노드에 대한 프레임 전송에 간섭을 주지 않고 다른 노드와 송수신이 가능하다.

도 6의 예는 서로 다른 BSS에서 동작하는 노드들간의 간섭을 줄이기 위한 방법으로 빔포밍이 사용된 예를 보여주고 있으나, 동일한 방법으로 동일 BSS 내에서 동일 채널을 사용하는 노드 간의 간섭을 줄이기 위한 목적으로도 사용될 수 있다. 즉, 동일 BSS내에서 제1 전송 노드가 제1 수신 노드로 프레임을 전송하고 있는 상황에서 제2 전송 노드가 빔포밍을 이용하여 제1 전송 노드의 TXOP 기간 동안 제1 전송 노드의 프레임 전송에 간섭으로 작용하지 아니하도록 제2 수신 노드에 대한 프레임 전송이 가능하다. 구체적인 일례로 AP와 STA1 간의 프레임 송수신이 이루어지고 있을 때, STA 2와 STA 3간의 프레임 송수신이 가능하여 무선자원의 활용 효율을 높이고 시스템 전체의 쓰루풋 향상을 기할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 것이다.

도 7의 Node 1(710) 및 Node 2(720)의 일례로 각각 노트북과 멀티미디어 장치가 도 7의 예에서와 같이 근거리에 존재하고 주변에 간섭 신호가 존재한다고 하자. 주변의 간섭신호는 동종 또는 이종의 통신 시스템에 의한 것으로 도 7에서 간섭이 미치는 영역을 간섭 영역으로 표시하였다. 간섭 신호가 오버랩되지 않도록 노트북과 멀티미디어 장치간에 송신 출력을 제어하여 사용할 수 있다면, 이용 가능한 최대 주파수 대역폭을 사용하여 전송할 수 있으므로 스루풋이 최대화 된다. 한편, 간섭 신호가 오버랩되는 경우에는 채널 센싱을 통해 간섭 신호가 존재하는 주파수 대역을 피하고 사용 가능한 주파수 대역폭을 최대한 활용하여 노트북과 멀티미디어 장치간에 무선 전송을 할 수 있다. 또한 인접 BSS의 신호 빔포밍을 통해 각각의 전파 범위를 오버랩되지 않게 할 수도 있으며, 이로 인해 사용 가능한 최대의 주파수 대역폭 활용이 가능하다.

도 8은 본 발명의 일 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

무선장치(800)는 프로세서(810), 메모리(820) 및 송수신기(830)를 포함한다. 송수신기(830)는 복수의 네트워크 인터페이스 카드(NICs)를 가질 수 있다. 프로세서(810)는 송수신기(830)와 기능적으로 연결되어 본 발명이 제안하는 방법에 따라 전송 출력을 조정하고 빔포밍, 대역폭의 확장 및 감축을 수행하고 이를 위한 프레임을 생성하고 수신한 프레임을 처리할 수 있도록 설정된다. 프로세서(810)와 송수신기(830)는 IEEE 802.11의 물리계층과 MAC 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(810) 및/또는 송수신기(830)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820)에 저장되고, 프로세서(810)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810)와 연결될 수 있다. 무선장치(800)은 프로세서(810)에 구현된 무선 통신 프로토콜 및 설정에 따라 IEEE 802.22 표준을 지원하는 단말 또는 ECMA 392 표준을 지원하는 인지 무선 통신의 단말로 동작할 수 있다.

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

인지 무선 시스템에서 노드에 의해 수행되는, 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널을 할당 받는 단계;
상기 노드의 동작 채널로 활용 가능한 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 센싱하는 단계;
상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 상기 센싱의 결과를 기반으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 결정에 따라 상기 제1 채널에 새롭게 동작채널로 결정된 제2 채널을 더하여 확장된 주파수 대역폭을 이용하여 프레임을 전송하는 단계;를 포함하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제2 채널은 상기 제1 채널과 인접한 채널인 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 채널 및 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널은 20MHz의 주파수 대역폭을 갖는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하는 것은,
상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대하여 센싱한 결과 상기 하나 또는그 이상의 후보 채널이 사용되고 있는지 여부를 신호 검출을 통해 판단하고,
상기 신호 검출 결과 신호가 검출되지 아니하면 상기 신호가 검출되지 아니한 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널의 주파수 대역으로의 상기 주파수 대역폭을 확장하는 것으로 결정하는 것을 포함하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 채널에 더하여 상기 제2 채널을 상기 동작채널로 결정한 경우, 상기 프레임을 전송하기에 앞서 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널로 RTS 프레임을 전송하고, 및
상기 RTS 프레임에 대한 응답으로 전송되는 CTS 프레임을 수신하는 것을 포함하는 방법.
인지 무선 시스템에서 노드에 의해 수행되는, 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널 및 제2 채널을 할당 받는 단계;
상기 제1 채널 및 상기 제2 채널을 이용하여 프레임을 전송하는 단계;
상기 동작채널의 인접 채널에 대하여 센싱하는 단계;
상기 센싱의 결과 및 상기 동작채널을 구성하는 어느 한 채널에 간섭이 존재하는지 여부를 기반으로 상기 동작채널의 대역폭 확장 여부 또는 대역폭 감축 여부를 판단하는 단계; 및
상기 판단의 결과에 따라, 확장 또는 감축된 새로운 주파수 대역폭을 갖는 동작채널로 프레임을 전송하는 단계;를 포함하는 방법.
인지 무선 통신 시스템에서 동작하는 무선장치에 있어서,
상기 무선장치는
프레임을 전송하거나 프레임을 수신하도록 설정된 송수신기; 및
상기 송수신기와 기능적으로 연결된 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는 상기 노드가 동작할 동작채널로 제1 채널을 할당 받고,
상기 노드의 동작 채널로 활용 가능한 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 센싱을 수행하고,
상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대한 상기 센싱의 결과를 기반으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하고, 및
상기 결정에 따라 상기 제1 채널에 새롭게 동작채널로 결정된 제2 채널을 더하여 확장된 주파수 대역폭을 이용하여 프레임을 전송하도록 설정된 무선장치.
제7 항에 있어서,
상기 제2 채널은 상기 제1 채널과 인접한 채널인 무선장치.
제7 항에 있어서,
상기 제1 채널 및 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널은 20MHz의 주파수 대역폭을 갖는 무선장치.
제7 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널에 대하여 센싱한 결과 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널이 사용되고 있는지 여부를 신호 검출을 통해 판단하고, 및
상기 신호 검출 결과 신호가 검출되지 아니하면 상기 신호가 검출되지 아니한 상기 하나 또는 그 이상의 후보 채널의 주파수 대역으로의 상기 주파수 대역폭을 확장하는 것으로 상기 제1 채널에 더하여 상기 동작채널의 주파수 대역폭을 확장할 것인지 여부를 결정하도록 설정된 무선장치.
제7 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 제1 채널에 더하여 상기 제2 채널을 상기 동작채널로 결정한 경우, 상기 프레임을 전송하기에 앞서 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널로 RTS 프레임을 전송하고, 및
상기 RTS 프레임에 대한 응답으로 전송되는 CTS 프레임을 수신하도록 설정된 무선장치.
인지 무선 시스템에서 전송 노드에 의해 수행되는, 프레임을 전송하는 방법에 있어서,
수신 노드에게 제1 프레임을 빔포밍 전송하되,
상기 빔포밍 전송에 사용되는 빔 형성 행렬은 상기 전송 노드가 상기 제1 프레임을 전송하는 시점에 있어 제2 프레임을 제4 노드에게 전송하고 있는 제3 노드혹은 제2 프레임을 수신하고 있는 제4 노드에게, 상기 전송 노드의 상기 제1 프레임의 전송이 간섭으로 작용하지 아니하도록 결정되는 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제3 노드 및 상기 제4 노드는 상기 전송 노드와 동일한 기본 서비스 셋(Basic Service Set, BSS) 또는 상기 전송 노드가 동작하는 BSS의 인접 BSS에서 동작하는 노드인 방법.
제12 항에 있어서,
상기 전송 노드의 상기 제1 프레임 전송은 상기 제3 노드의 채널 점유시간 내에서 이루어지는 방법.