KR20120127537A

KR20120127537A - 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법 및 무선 장치

Info

Publication number: KR20120127537A
Application number: KR1020127025926A
Authority: KR
Inventors: 강병우; 노동욱; 석용호; 노유진; 김봉회; 이대원
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-11-21
Also published as: US9716574B2; WO2011071300A3; EP2471200A4; MX2012003190A; JP5864790B2; US20150236831A1; CA2773681C; JP5744895B2; JP2015122757A; WO2011071300A2; JP2013510538A; KR101341269B1; CN102511131B; AU2010328805A1; EP3557783A1; KR20120028997A; CN102511131A; RU2504080C2; US20170288836A1; AU2010328805B2

Abstract

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법 및 무선 장치가 제공된다. 상기 무선 장치는 데이터에 맵핑 행렬 P을 적용하여 복수의 시공간 스트림(space time steam)를 생성하고, 및 상기 복수의 시공간 스트림을 다중 안테나를 통해 수신기로 전송한다.

Description

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법 및 무선 장치{Method and Apparatus of transmitting data for multiple antenna in wireless communication system}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서의 데이터 전송 방법 및 이를 이용한 무선 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.

무선랜 시스템의 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 쓰루풋(throughput)을 제공하기 위하여 8X8 MIMO 및 80MHz 또는 그 이상의 채널 대역폭을 사용하는 시스템에 대한 실현 가능성 테스트(feasibility test)가 진행되고 있다.

데이터 전송에 사용할 수 있는 공간 스트림(spatial stream)의 수가 증가에 대처하고, 다중 사용자(multi user)에 대한 MIMO 전송을 지원하기 위하여 전송 스테이션과 수신 스테이션간의 공간 스트림의 채널 추정(channel estimation)을 위한 훈련 신호(training signal)의 생성 및 전송 방법에 대한 고려가 필요하다.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법과 이를 지원하는 무선 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 있어서, 무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법은 데이터에 맵핑 행렬 P을 적용하여 복수의 시공간 스트림(space time steam)를 생성하고, 및 상기 복수의 시공간 스트림을 다중 안테나를 통해 수신기로 전송하는 것을 포함한다. 상기 맵핑 행렬 P은

로 정의되는 8×8 행렬이고, 상기 4×4 행렬 P ₄ _×4는

로 정의된다.

다른 양태에서, 무선랜 시스템에서 데이터를 전송하는 무선 장치는 복수의 안테나, 데이터에 맵핑 행렬 P을 적용하여 복수의 시공간 스트림(space time steam)를 생성하는 생성부, 및 상기 복수의 시공간 스트림을 상기 복수의 안테나를 통해 수신기로 전송하는 전송부를 포함한다.

무선랜 시스템에서 다수의 시공간 스트림을 이용한 MU-MIMO(Multi User- Multiple Input Multiple Output) 전송을 지원할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 HT 시스템의 HT-혼합 모드 PLCP 포맷(HT-Mixed Mode PLCP Format)을 나타낸 블록도이다.
도 3은 LTF 생성과정의 일례를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 공간 스트림의 수에 따른 HT-LTF 맵핑 행렬 PHTLTF의 적용예를 보여준다.
도 5는 8개 또는 그 이상의 공간 스트림을 사용하는 MU-MIMO 전송을 지원하는 VHT 시스템에 사용될 수 있는 PLCP 프레임 포맷의 일례를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VHT-LTF의 생성방법을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 VHT-LTF의 생성방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VHT-LTF 생성 및 전송방법을 나타낸 것이다.
도 9는 8X8 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬과 본 발명의 실시예에 따른 그 적용방법의 예시이다.
도 10은 8X8 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬과 본 발명의 다른 실시예에 따른 그 적용방법의 예시이다.
도 11은 8X8 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬과 본 발명의 다른 실시예에 따른 그 적용방법의 예시이다.
도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.

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 스테이션(Station, STA)의 집합으로서, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다. 이하에서 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템과 같이 MAC SAP에서 1GHz 이상의 초고속 데이터 처리를 지원하는 BSS를 VHT(Very High Throughput) BSS라고 한다.

VHT BSS는 인프라스트럭쳐 BSS(infrastructure BSS)와 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)로 구분할 수 있는데, 도 1에는 인프라스트럭쳐 BSS가 도시되어 있다. 인프라스트럭쳐 BSS(BSS1, BSS2)는 하나 또는 그 이상의 Non-AP STA(STA 1, STA 3, STA 4), 분배 서비스(Distribution Service)를 제공하는 스테이션인 액세스 포인트(AP 1(STA 2), AP 2(STA 5)), 및 다수의 액세스 포인트(AP 1, AP 2)를 연결시키는 분배 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 인프라스트럭쳐 BSS에서는 AP STA이 BSS의 Non-AP STA들을 관리한다.

반면, 독립 BSS는 애드-혹 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP VHT STA을 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리기능을 수행하는 개체(Centralized Management Entity)가 없다. 즉, IBSS에서는 Non-AP STA들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. IBSS에서는 모든 STA이 이동 스테이션으로 이루어질 수 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. 그리고 후술하는 바와 같은 MU-MIMO 전송을 지원하여 1GHz 이상의 초고속 데이터 처리를 지원하는 STA을 VHT STA이라고 한다. 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 VHT 무선랜 시스템에서는, 상기 BSS에 포함되는 STA은 모두 VHT STA이거나 또는 VHT STA과 non-VHT STA(예컨대, IEEE 802.11 a/b/g/n을 지원하는 STA)이 공존할 수도 있다.

무선 통신을 위한 STA은 프로세서(Processor)와 트랜시버(transceiver)를 포함하고, 사용자 인터페이서와 디스플레이 수단 등을 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송할 프레임을 생성하거나 또는 상기 무선 네트워크를 통해 수신된 프레임을 처리하도록 고안된 기능 유닛으로서, STA을 제어하기 위한 여러 가지 기능을 수행한다. 그리고 트랜시버는 상기 프로세서와 기능적으로 연결되어 있으며 스테이션을 위하여 무선 네트워크를 통해 프레임을 송수신하도록 고안된 유닛이다.

STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA(STA1, STA3, STA4, STA5)으로서, 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 후술하는 바와 같은 MU-MIMO 기술을 기반으로 초고속 데이터 처리를 지원하는 Non-AP STA을 Non-AP VHT STA 또는 간단히 VHT STA이라고 한다.

그리고 AP(AP1, AP2)는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 인프라스트럭쳐 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크(direct link)가 설정된 경우에는 비AP STA(non-AP STA)들 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 MU-MIMO 기술을 기반으로 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.

VHT 무선랜 시스템은 여러 STA들이 효율적으로 동시에 무선 채널을 사용하기 위하여 MU-MIMO를 사용한다. 다시 말해서, 동시에 여러 STA들이 AP와 송수신하는 것을 허용한다. AP는 공간 다중화된 무선 프레임을 여러 STA에게 동시에 전송할 수 있다. 이를 위하여 채널 상황을 측정하여 빔포밍을 수행하고 복수의 공간 스트림(spatial stream)을 이용하여 데이터를 송수신할 수 있다.

이하에서 데이터를 복수의 STA에 대하여 공간 다중화하여 전송하는 것을 MU-MIMO 전송 또는 SDMA 전송이라 한다. MU-MIMO 전송에 있어서 전송 대상이 되는 STA 각각에 대하여 적어도 하나의 공간 스트림(spatial stream)이 할당되고, 할당된 공간 스트림을 이용하여 데이터가 전송될 수 있다.

이하에서 VHT STA과 구별하여 IEEE 802.11 a/b/g 표준을 지원하는 STA을 레가시(legacy) STA이라 칭하고, IEEE 802.11n 표준을 지원하는 STA을 HT STA이라 칭하기로 한다. 마찬가지로, VHT 시스템과 구별하여, IEEE 802.11 a/b/g 표준을 지원하는 무선랜 시스템을 레가시(legacy) 시스템이라 칭하고, IEEE 802.11n 표준을 지원하는 무선랜 시스템을 HT 시스템이라 칭하기로 한다. 이하에서 언급되는 PLCP 프레임 포맷에서 동일한 명칭으로 지칭되는 각 필드의 기능은 특별한 언급이 없으면 본 명세서의 전 범위 내에서 동일하다.

PLCP 프레임은 STA의 PLCP 부계층에서 생성되고 PMD 부계층을 거쳐 다중 안테나를 이용하여 전송 목적 STA으로 전송된다. 이하에서 PLCP 프레임 포맷 및 구성하는 필드의 전송방법은 하나의 예에 불과하며, 필드의 전송순서는 도면에 도시된 바에 한정되지 아니한다. 이하의 기술(description)에서 그 전송순서를 특정하지 아니하는 한 필드의 전송 순서를 달리할 수 있으며 일부 필드가 생략되거나 필요에 따라 추가될 수 있다.

도 2는 HT 시스템의 HT-혼합 모드 PLCP 포맷(HT-Mixed Mode PLCP Format)을 나타낸 블록도이다.

HT 시스템의 HT-혼합 모드 PLCP 포맷과 관련한 상세한 사항은 2009년 6월에 개시된 IEEE 802.11n/D11.0 "Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications; Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput"의 20.3절을 참조할 수 있다.

*PLCP 프레임은 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)의 전송에 사용되는데, 도 2의 HT-혼합 모드 PLCP 포맷은 HT 시스템에서 HT STA과 레가시 STA의 공존을 보장하기 위한 PLCP 포맷이다. 따라서, 레가시 STA을 위한(레가시 STA도 인식(recognize)할 수 있도록 하는) 일련의 필드들(e.g. L-STF, L-LTF, L-SIG)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

HT-혼합 모드 PLCP 프레임에 포함되는 요소(element)는 다음 표와 같다.

요소	설 명
L-STF(Non-HT Short Training field)	프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(automatic gain control) convergence에 사용
L-LTF(Non-HT Long Training field)	채널 추정에 사용
L-SIG(Non-HT SIGNAL field)	L-STA용 데이터를 복조 및 디코딩하기 위한 정보 포함
HT-SIG(HT SIGNAL field)	HT-STA이 데이터를 복조 및 디코딩하기 위한 정보 포함
HT-STF(HT Short Training field)	프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(automatic gain control) convergence에 사용
HT-GF-STF(HT-greenfield Short Training field)	프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(automatic gain control) convergence에 사용 (HT STA 만이 읽을 수 있음)
HT-LTF1(First HT Long Training field)	채널 추정에 사용
HT-LTF(HT Long Training field)	HT-STA용 데이터 복조를 위한 채널 추정에 사용되는 데이터 HT-LTF와 채널 사운딩에 사용되는 확장(extension) HT-LTF가 있음.
data field	PSDU(PHY Service Data Unit) 포함

L-STF, HT-STF, HT-GF-STF와 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, HT-LTF 와 같은 LTF(Long Training field)는 데이터 및/또는 제어정보의 복조를 위한 채널 추정에 사용되므로 기준신호, 훈련신호(training signal) 또는 파일럿(pilot)이라고도 한다.

L-SIG, HT-SIG는 데이터의 디코딩에 필요한 여러가지 정보를 제공하므로 제어정보라고도 한다.

HT 시스템의 HT-혼합 모드 PLCP 포맷은 L-STF, L-LTF, L-SIG를 먼저 전송하여, 레가시 STA도 PLCP format을 읽을 수 있다. HT STA는 L-SIG필드 이후에 수신되는 HT-SIG필드에서 제어정보를 획득하여, 해당 PLCP Format이 HT STA를 위한 것임을 알 수 있다.

HT 시스템에서는 Single User-MIMO (SU-MIMO) 전송이 가능하다. L-STF, L-LTF, L-SIG, 그리고 HT-SIG는 non-MIMO 전송 기법으로 전 방향으로 전송이 되고, HT-STF부터 Data까지는 SU-MIMO 전송을 통해 전송이 된다.

HT-SIG는 HT-SIG뒤에 오는 HT 패킷 포맷(packet format)을 해석하기 위한 정보를 가지고 있다. HT-SIG는 총 24bit으로 구성돼 있으며, 다음과 같은 정보를 포함한다.

- Modulation and Coding Scheme: 7 bits

- Channel bandwidth 20/40 MHz: 1 bit

- HT length: 16 bits

- Smoothing: 1 bit

- Not sounding: 1 bit

- Reserved: 1 bit

- Aggregation: 1 bit

- STBC: 2 bits

- FEC coding: 1 bit

- Short GI: 1 bit

- Number of extension spatial streams: 2 bits

- CRC: 8 bits

- Tail bits: 6 bits

HT-SIG를 구성하는 필드중 하나인 Number of extension spatial streams field에서도 알 수 있듯, HT STA는 최대 4개의 공간 스트림(spatial stream)을 이용한 SU-MIMO를 지원한다. 따라서, L-LTF로는 각 스트림(stream)에 대한 채널 추정(channel estimation)을 수행할 수 없기 때문에, 다중 공간 스트림(multi spatial stream)의 채널 추정을 위한 새로운 LTF가 필요하다.

HT 시스템은 MIMO 채널 추정을 위해 HT-LTF를 정의하고 있다. HT-LTF도 위에서 설명한 LTF와 같이 채널 추정을 위해 사용이 되나, HT-LTF는 L-LTF와 달리 MIMO 채널을 추정할 수 있도록 설계 되어 있다는 점에 그 차이가 있다.

도 3은 LTF 생성과정의 일례를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3의 예에서는 HT-LTF의 생성과정을 예로 하나, 이와 같은 과정은 본 발명의 VHT-LTF의 생성에도 적용될 수 있다.

HTLTF 시퀀스(HTLTF_k)에 HT-LTF 맵핑 행렬(mapping matrix) P_HTLTF 가 곱해진다. P_HTLTF는 HT-LTF이 MIMO 채널에 대한 채널 추정에 사용될 수 있도록 HTLTF 시퀀스에 곱해지는 직교 맵핑 행렬(orthogonal mapping matrix) 이다. HT-LTF 맵핑 행렬 P_HTLTF는 수식 1과 같이 정의될 수 있다.

이후 의도하지 않은 빔형성을 방지하기 위한 CSD(cyclic shift delay)과정을 거치고, k부반송파에 대한 안테나 맵핑 행렬 (antenna mapping matrix) Q_k에 의해 전송 안테나에 맵핑된다. Q_k는 시공간 스트림(space time stream)과 전송체인(transmit chain)을 맵핑하는 역할을 수행한다. 각 전송체인에 맵핑된 HTLTF 시퀀스는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)을 거쳐 전송 안테나를 통해 전송된다.

HTLTF 시퀀스는 본 발명에 따른 훈련신호 생성 시퀀스의 일례일 수 있다. 본 발명에 따른 훈련신호 생성 시퀀스는 VHTLTF 시퀀스라 칭할 수 있으나, 이러한 명칭은 임의적인 것이다. 훈련 신호 생성 시퀀스는 VHT 무선랜 시스템이 사용하는 채널 대역폭에 따라 서로 다른 시퀀스가 사용될 수 있다. 다시 말해서, 20MHz, 40MHz, 80MHz 또는 160MHz의 채널 대역폭에 따라 서로 다른 훈련신호 생성 시퀀스가 사용될 수 있으며, 훈련신호 생성 시퀀스는 훈련 신호를 전송하는 STA과 수신하는 STA에게 이미 알려진 시퀀스이다. 수신 STA은 채널의 대역폭에 따라서 사용되는 훈련신호 생성 시퀀스를 참조하여 훈련신호를 이용한 채널 추정 및 데이터의 복조가 가능하다.

도 4는 공간 스트림의 수에 따른 HT-LTF 맵핑 행렬 P_HTLTF의 적용예를 보여준다.

도4의 예에서 볼 수 있듯이, 훈련 심볼(training symbol)은 공간 스트림(spatial stream) 단위로 정의 되고, 각 공간 스트림의 채널 추정을 위해 전송된다. 공간 스트림의 개수가 1, 2, 4개 일 때에는 각각 1, 2, 4개의 HT-LTF가 전송이 되지만, 공간 스트림의 개수가 3개 일 때에는 하나의 추가의 긴 훈련 신호 심볼(extra long training symbol)을 추가하여 4개의 HT-LTF가 사용된다.

직교 맵핑 행렬을 이용한 HT-STA의 채널을 추정하는 방법의 설명을 위해 HT 시스템에서 전송 스테이션이 2 레이어(layers)로 수신 스테이션에게 훈련 심볼을 전송하는 경우를 가정한다. 이때, 수신 스테이션이 수신하는 훈련 심볼은 수식2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 h_nm은 송신자의 n번째 안테나와 수신자의 m번째 안테나 간의 채널을, P_n(t)은 송신자의 n번째 안테나에서 전송되는 훈련 심볼을, n_m(t)는 수신자의 m번째 안테나에서 겪는 AWGN(Additive White Gaussian Noise)를 의미한다. 수식2에서 훈련 심볼을 대입하여 식을 재정리하면, 다음과 같은 수식 3을 얻을 수 있다.

수식3에서, 모든 n과 m에 대해서 h_nm을 구하면 수식4와 같다.

레이어의 개수가 3 혹은 4인 경우에도 수식2내지 수식4의 과정을 거쳐 h_nm 을 구할 수 있다.

이하에서 4개의 전송 안테나(Tx antenna)와 1개의 수신 안테나(Rx antenna) 환경을 가정하여, 각 채널 추정할 때의 channel information SNR(signal power-to-noise power ratio)을 구한다.

이때, 수신 안테나에서 수신하는 신호는 수식5와 같이 나타낼 수 있다.

수식5로부터 얻은 채널추정 결과는 수식6과 같이 나타낼 수 있다.

수식6의 우변의 2번째 항은 수신 신호에 포함된 노이즈를 의미한다. 수식 6으로부터 수신단에서 수신한 신호의 SNR을 수식7과 같이 구할 수 있다.

수식7에서

는 잡음 전력 스펙트럼 밀도(noise power spectrum density)이다. 위의 전개에서 알 수 있듯, 4개의 LTF 전송으로부터 약 6dB의 채널 추정 이득을 가질 수 있게 된다.

VHT 무선랜 시스템은 SU-MIMO외에도 MU-MIMO를 지원한다. VHT 시스템은 최소 8 공간 스트림의 MIMO전송을 지원할 것으로 기대되고 있다. 8개 이상의 공간 스트림을 이용한 MU-MIMO 전송을 지원하는 VHT 시스템에서 사용될 수 있는 PLCP 프레임 포맷의 일례를 도5에 나타내었다.

VHT-그린 필드(Green Field) 포맷은 VHT STA만으로 구성된 시스템에서 사용될 수 있는 PLCP 프레임 포맷의 일례이다. VHT-혼합 포맷은 레가시 STA, HT STA 및 VHT STA가 공존하는 시스템에서 사용될 수 있는 PLCP 프레임 포맷의 일례이며, VHT-혼합 그림 필드 포맷은 HT STA과 VHT STA만으로 구성된 시스템에서 사용될 수 있는 PLCP 프레임 포맷의 일례이다. 도 5에 나타난 PLCP 프레임 포맷 및 PLCP 프레임 포맷을 구성하는 각 필드의 명칭과 전송순서 및 전송방법은 임의적인 것이며, 이하에서 전송순서 및 전송방법을 특정하지 아니하는 한, 도 5에 도시된 바에 의하여 한정되지 아니한다.

VHT-혼합 포맷은 시스템에 존재하는 레가시 STA 및 HT STA을 위한 필드(e.g L-STF 필드, L-LTF 필드, L-SIG 필드, HT-SIG 필드)를 더 포함하는 점에서 VHT-그린 필드 포맷과 차이를 보인다. 이때, 레가시 STA 및 HT STA을 위한 필드(e.g L-STF 필드, L-LTF 필드, L-SIG 필드, HT-SIG 필드)는 빔포밍 없이 전송되며, 이후 VHT-STF 필드부터는 프리코딩하여 빔포밍 전송될 수 있다.

VHT-혼합 그린 필드 포맷은 HT STA을 위한 HT-GF STF 필드, HT-LTF1 필드, HT-SIG 필드가 포함될 수 있다.

도 5의 PLCP 프레임 포맷에서 VHT STA을 위한 VHT-STF 및 VHT-LTF는 프리코딩을 통해 빔포밍되어 전송될 수 있다. 8개 이상의 공간 스트림을 사용하여 MU-MIMO를 지원하는 VHT 시스템에서 사용되는 PLCP 프레임 포맷은 HT 시스템에 비하여 보다 많은 VHT-LTF 필드와 확장(extension) VHT-LTF의 전송이 필요하다. VHT-LTF 필드는 채널 추정과 데이터의 복조를 위해 사용되는 LTF 필드이며, 확장(extension) VHT-LTF 필드는 MIMO 채널의 추가 공간 차원들(extra spatial dimensions)을 사운딩(sounding)하기 위한 LTF 필드이다.

본 발명은 VHT 시스템에서 사용될 수 있는 5개 이상의 레이어 전송을 위한 VHT-LTF 생성방법과 VHT-LTF 생성에 사용되는 직교 맵핑 행렬 및 직교 맵핑 행렬의 적용방법을 제안한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 VHT-LTF의 생성방법을 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 VHT-LTF에 적용되는 직교 맵핑 행렬은 각 STA 별로 적용될 수 있다. 도 6은 VHT 시스템에서 VHT-STA0가 VHT-STA1 및 VHT-STA2에 대하여 MU-MIMO 전송을 수행하고자 하는 상황을 가정한다. 또한 MU-MIMO 전송의 목적 STA인 VHT-STA1과 VHT-STA2는 각각 4 레이어와 2 레이어로 수신이 가능하다고 가정한다.

VHT-STA1 및 VHT-STA2가 수신해야 할 LTF의 개수에 대해서는 VHT-LTFs의 전송에 앞서 전송되는 VHT-SIG 필드를 통해 VHT-STA1 및 VHT-STA2에게 시그널링 될 수 있다. 전송 STA VHT-STA0가 PLCP 프레임을 전송할 때, 총 6개의 VHT-LTF를 전송을 한다. 첫 4개의 VHT-LTF는 VHT-STA1이 수신하여 채널 추정을 수행하도록 하고, 나머지 2개의 VHT-LTF는 VHT-STA2가 수신하여 채널 추정을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 이때 VHT-STA1을 위한 VHT-LTF 생성에 사용되는 직교 맵핑 행렬(610)와 VHT-STA2를 위한 VHT-LTF 생성에 사용되는 직교 맵핑 행렬(620)는 개별적으로 적용될 수 있다.

이때 적용되는 직교 맵핑 행렬의 일례로 수식 1의 HT 시스템의 HTLTF 맵핑 행렬이 사용될 수 있다.

도 6은 VHT-STA1을 위한 VHT-LTF에 대해서 HT-LTF 직교 맵핑 행렬을 4x4로 적용하고, VHT-STA2을 위한 VHT-LTF에 대해서는 HT-LTF 직교 맵핑 행렬을 2x2로 적용하는 예이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 VHT-LTF의 생성방법의 다른 일례를 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 VHT-LTF의 생성 방법에 의하면 목적 STA의 수와 관계 없이 하나의 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬을 이용하여 생성하고 전송할 수 있다. 다시 말해서, VHT-LTF 맵핑 행렬을 총 레이어의 수(필요한 VHT-LTF의 수)에 맞추어 구성, 적용하는 방법이다.

도 7의 예는 소스 STA VHT-STA0이 목적 STA VHT-STA1, VHT-STA2에 대하여 각각 3 레이어를 통하여 데이터를 전송하는 상황을 가정한 것이다. 이때, VHT-STA1, VHT-STA2에 대하여 전송되어야 하는 VHT-LTF의 수는 각각 4개로 총 8개의 VHT-LTF 전송이 필요하다. 목적 STA 각각에 대하여 개별적인 VHT-LTF 맵핑 행렬을 적용하는 도 6의 방식에서도 마찬가지로 8개의 VHT-LTF 전송이 필요하다.

8개의 VHT-LTF의 생성에 사용되는 VHT-LTF 맵핑 행렬은 도 7의 행렬 710과 같이 구성될 수 있다.

VHT-STA1에게 전송되는 4개의 VHT-LTF 생성을 위한 3X4 행렬 710-1와 VHT-STA2에게 전송되는 4개의 VHT-LTF 생성을 위한 3X4 행렬 710-2는 HT-LTF 직교 맵핑 행렬을 3X4로 적용하여 얻을 수 있다. 710-1 및 710-2를 제외한 행렬 710의 나머지 요소는 0으로 구성된다.

목적 STA들에 대하여 총 6 레이어를 통해 전송하는 상황에서 8개의 VHT-LTF를 전송하는 상술한 방법은 쓰루풋 손실(throughput loss)을 유발할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의하면 총 레이어의 수에 VHT-LTF 맵핑 행렬을 맞추어 사용한다. 즉, VHT-LTF 직교 맵핑 행렬을 1, 2, 그리고 4개의 레이어로 묶어서 사용할 수 있다. 이러한 방식은 필요 이상의 VHT-LTF 전송을 줄여 전송 효율의 저하를 방지할 수 있도록 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 VHT-LTF 생성 및 전송방법을 나타낸 것이다.

VHT-STA1 및 VHT-STA2에 대하여 각각 3 레이어를 이용하여 데이터를 전송하고자 할 때, 총 6개의 VHT-LTF를 생성하여야 한다. 이때 총 6개의 레이어를 전송될 목적 STA을 구별하지 아니하고 1, 2, 또는 4개의 레이어 단위로 묶어서 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬을 구성한다.

도 8의 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬 810은 6X6 정방행렬로 구성될 수 있으며, 4X4의 부분행렬 810-1, 2X2의 810-2를 포함한다. 810-1 및 810-2 이외의 나머지 요소(element)는 0으로 구성된다. 이때 4X4의 부분행렬 810-1에는 HTLTF 맵핑 행렬이 사용될 수 있으며, 2X2의 부분행렬 810-2로는 2X2로 적용 된 HTLTF 맵핑 행렬이 사용될 수 있다.

도 7에서 설명한 방법에서 총 6개 레이어 전송을 위해서 8개의 LTF를 사용한 반면, 도 8의 VHT-LTF 맵핑 행렬을 사용하게 되면 총 6개 레이어 전송을 위해서 6개의 VHT-LTF를 사용할 수 있다. 따라서, 2개의 VHT-LTF 전송을 줄일 수 있어 시스템의 효율 저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 종래의 HT 시스템에서는 최대 4개의 레이어에 의한 전송을 지원하였기 때문에, 적어도 8개 이상의 레이어를 통한 전송을 지원하고자 하는 VHT 시스템에 그대로 적용할 수 없는 문제가 있다. 다시 말해서 5개 이상의 레이어를 통한 전송을 지원하기 위한 VHT 시스템에서 사용될 수 있는 8X8 직교 맵핑 행렬에 대한 고려가 필요하다.

본 발명에서는 VHT 시스템을 위한 8x8 직교 맵핑 행렬 P_VHT _- _LTF ₍₈ _Tx ₎를 제안한다.

본 발명이 제안하는 VHT 시스템을 위한 8x8 직교 맵핑 행렬 P_VHT _- _LTF ₍₈ _Tx ₎ 의 일례는 수식 8을 통하여 얻을 수 있다.

수식 8의 규칙에 따라 얻어진 8X8 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬과 그 적용방법을 도 9에 도시하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 8X8 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬은 도 9와 같이 얻어질 수 있고, 도 9와 같은 방법으로 5, 6, 7, 및 8 레이어 전송에 적용할 수 있다. 도 9의 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬에서 각 레이어간 코드(code)는 항상 직교성(orthogonality)을 유지하고 있기 때문에, VHT-LTF를 수신한 STA은 수식 4와 같은 방식으로 +와 -를 이용한 계산을 통해 쉽게 추정하고자 하는 채널의 정보를 얻을 수 있다. 도 9의 VHT-LTF 직교 맵핑 행렬에서 각 열 벡터(column vector)의 순서는 임의로 바꾸어 적용될 수 있다.

본 발명이 제안하는 VHT 시스템을 위한 8x8 직교 맵핑 행렬 P_VHT _-LTF(8Tx) 의 다른 일례는 수식 9를 통하여 얻을 수 있다.

수식 9에 의한 행렬 생성 방법은 기본적으로 수식 8과 같다. 다만, 이때 수식 9의

은 HT 시스템의 LTF 맵핑 행렬이 될 수 있다. 다시 말해서, 수식 1의 HT LTF 맵핑 행렬을 수식 9의 규칙에 의하여 확장하여 얻어지는 8X8 행렬을 본 발명이 제안하는 VHT-LTF 필드의 생성 및 전송방법의 VHT-LTF 맵핑 행렬로 사용할 수 있다.

HT 시스템을 이용하여 8X8 또는 16X16 VHT-LTF 맵핑 행렬을 얻음으로써 최대 4개의 레이어를 이용한 전송을 지원하던 한계를 극복하고, 8개의 레이어 이상을 지원하는 VHT 시스템에 적용 가능한 VHT-LTF 맵핑 행렬을 얻을 수 있다. 더불어 후방 호환성 측면에서 장점을 가질 수 있다.

도 10은 수식 9와 함께 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 8X8 VHT-LTF 맵핑 행렬과 이를 5 내지 8개의 레이어 전송에 사용하는 방법을 보여준다.

일례로 5 레이어 전송에 의하는 경우, 제1 내지 제5의 행 벡터(Row vector)로 얻어지는 부분행렬을 사용하고, 7 레이어 전송에 의하는 경우, 제1 내지 제7의 행 벡터로 얻어지는 부분행렬을 사용한다. 이때 각 열 벡터의 순서는 임의로 바꾸어 적용될 수 있다.

도 11은 수식 9와 함께 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 8X8 VHT-LTF 맵핑 행렬과 이를 5 내지 8 레이어 전송에 사용하는 다른 방법을 보여준다.

도 11의 행렬을 이용한 훈련신호 생성 및 전송방법을 사용하면, 1 ~ 4개의 레이어까지는 HT 시스템의 기존의 방식대로 사용이 가능하고, 5와 6개 레이어에 대해서는 각각 5x6과 6x6의 행렬 셋(set)을 사용하고, 7와 8개 레이어에 대해서는 각각 7x8과 8x8 행렬 셋을 사용할 수 있다.

이러한 VHT-LTF의 생성 및 전송방식은 5와 6개의 레이어에 대한 VHT-LTF를 전송할 경우 6개의 VHT-LTF만 전송할 수 있어, 전송 효율 측면에서 이점을 가질 수 있다. 도 11의 각 레이어 수에 따라 이용되는 부분 행렬들에 있어서 각 열 벡터의 순서는 임의로 바꾸어 적용될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 무선장치를 나타낸 블록도이다. 무선장치(1200)는 무선랜 시스템의 non-AP STA 또는 AP의 일부일 수 있다.

무선 장치(1200)는 훈련신호 생성부(1210)과 훈련신호 전송부(1220)를 포함한다. 훈련신호 생성부(1210)는 전술한 실시예에 따른 VHT-LTF 맵핑 행렬을 이용하여 훈련신호를 생성한다. 훈련신호 전송부(1220)는 생성된 훈련신호를 하나 또는 그 이상의 무선장치에게 전송한다. 훈련신호의 생성 및 전송은 훈련신호 시퀀스 VHTLTF_k에 VHT-LTF 맵핑 행렬을 곱하고 의도하지 않은 빔형성을 방지하기 위한 CSD, 시공간 스트림과 전송 체인간의 맵핑 및 IFFT 과정을 거쳐 다중 안테나를 통하여 이뤄질 수 있다. 이를 위해 훈련 신호 전송부(1220)는 다중 안테나를 구비할 수 있다. 훈련신호 전송부(1220)는 훈련신호 생성부(1210)에서 생성된 훈련신호의 전부 또는 일부를 프리코딩을 통한 빔형성 과정을 거쳐 빔포밍 전송할 수 있다. 이때 프리코딩을 통한 빔형성 과정은 훈련신호 생성부(1210)에서 이뤄질 수 있다.

훈련신호 생성부(1210)와 훈련신호 전송부(1220)는 프로세서의 형태로 하나의 칩으로 구현될 수 있다. 훈련신호를 생성하고 전송하는 상술한 실시예는 소프트웨어 모듈로 구성되어, 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 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

무선 통신 시스템에서 다중 안테나를 위한 데이터 전송 방법에 있어서,
데이터에 맵핑 행렬 P을 적용하여 복수의 시공간 스트림(space time steam)를 생성하고, 및
상기 복수의 시공간 스트림을 다중 안테나를 통해 수신기로 전송하는 것을 포함하되,
상기 맵핑 행렬 P은
로 정의되는 8×8 행렬이고,
상기 4×4 행렬 P ₄ _×4는
로 정의되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 시공간 스트림의 개수는 7 또는 8인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 시공간 스트림이 전송되기 전에 상기 수신기로 상기 공간 스트림의 전체 개수를 지시하는 신호 필드를 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 시공간 스트림은 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 160MHz의 대역폭 중 하나로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
무선랜 시스템에서 데이터를 전송하는 무선 장치에 있어서,
복수의 안테나;
데이터에 맵핑 행렬 P을 적용하여 복수의 시공간 스트림(space time steam)를 생성하는 생성부, 및
상기 복수의 시공간 스트림을 상기 복수의 안테나를 통해 수신기로 전송하는 전송부를 포함하되,
상기 맵핑 행렬 P은
로 정의되는 8×8 행렬이고,
상기 4×4 행렬 P ₄ _×4는
로 정의되는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 시공간 스트림의 개수는 7 또는 8인 것을 특징으로 하는 무선 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 전송부는 상기 복수의 시공간 스트림이 전송되기 전에 상기 수신기로 상기 공간 스트림의 전체 개수를 지시하는 신호 필드를 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 복수의 시공간 스트림은 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 160MHz의 대역폭 중 하나로 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 장치.