KR20130039669A

KR20130039669A - 무선랜 시스템에서 채널 사운딩 방법 및 이를 지원하는 장치

Info

Publication number: KR20130039669A
Application number: KR1020120107661A
Authority: KR
Inventors: 최지연; 이석규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-04-22
Also published as: KR101740698B1

Abstract

본 발명은 무선랜 시스템에서 채널 사운딩 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.
이러한 본 명세서는 사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 생성하는 단계, 상기 BR 폴 프레임을 STA으로 전송하는 단계, 및 미리 정해진 타임아웃 전에 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는지 여부에 따라 상기 STA에 대해 전송 빔포밍을 선택적으로 수행하는 단계를 포함하는 무선랜에서 AP에 의한 사운딩 동작의 수행방법을 개시한다.
빔 수신자가 NDPA와 NDP의 수신에 실패한 경우에 잘못된 BR 프레임을 송신하는 것을 없애고, 전송효율의 저하를 방지할 수 있다.

Description

무선랜 시스템에서 채널 사운딩 방법 및 이를 지원하는 장치{METHOD FOR CHANNEL SOUNDING IN WIRELESS LOCAL AREA NETWORK AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 무선랜 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 스테이션(Station; STA)간 채널 사운딩 방법 및 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

차세대 무선랜 시스템에서는 기존의 무선랜 시스템에 비해 높은 처리율을 요구한다. 이를 VHT(Very High Throughput)라 하며 이를 위하여 차세대 무선랜 시스템에서는 80MHz, 연속적인 160MHz(contiguous 160MHz), 불 연속적인 160MHz(non-contiguous 160MHz) 대역폭 전송 및/또는 그 이상의 대역폭 전송을 지원하고자 한다. 또한, 보다 높은 처리율을 위하여 MU-MIMO(Multi User-Multiple Input Multiple Output) 전송 방법을 제공한다. 차세대 무선랜 시스템에서 AP(access point)는 MIMO 페어링된 적어도 하나 이상의 STA(STAtion)에게 동시에 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

무선랜 시스템에서 AP 및/또는 STA은 수신 대상 AP 및/또는 STA에게 프레임을 전송함에 있어서 사용할 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이는 채널 사운딩 절차를 통해 수행될 수 있다. 즉 전송자는 수신자에게 프레임 송수신을 위해 사용할 채널 정보를 요청하고, 수신자는 채널을 추정하고 이에 대한 채널 정보를 전송자에게 피드백 하는 과정이 데이터 프레임 송수신 이전에 수반될 수 있다. 한편 차세대 무선랜 시스템은 보다 넓은 채널 대역폭과 MU-MIMO 전송 기법이 도입되므로 전송 대상 AP 및/또는 STA으로부터 수신 받는 채널 정보의 양이 더욱 많아질 수 있다. 보다 많은 피드백 정보를 전송하기 위해 전송 대상 AP 및/또는 STA은 보다 오랜 시간 동안 채널에 접근해야 한다.

AP 및/또는 STA이 채널 사운딩을 위한 절차를 수행 중에 필요한 제어 정보 및 데이터를 정상적으로 수신하지 못할 수 있다. 이로 인해 상기 제어 정보나 데이터에 대한 피드백 또한 정확하게 전송 또는 수신될 수 없다. 이 경우, 채널을 추정할 것이 의도되는 STA 및/또는 STA들은 채널 추정을 정상적으로 수행할 수 없다. 따라서 이미 채널을 추정한 STA 및/또는 STA들은 불필요한 동작에 따른 파워를 소모하고, 부정확한 피드백 채널이 필요 없이 점유되는 문제가 야기된다. 따라서, 위와 같은 문제점을 개선할 수 있는 채널 사운딩 방법의 도입이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 무선랜 시스템에서 채널 사운딩 방법 및 이를 지원하는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 무선랜의 프로토콜을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 전송 빔포밍(transmit beamforming)을 사용하기 위하여 필요한 사운딩 프로토콜 및 사운딩 프로토콜을 위한 프레임의 구조를 제공함에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 무선랜(wireless LAN)에서 AP(access point)에 의한 사운딩 동작(sounding operation)의 수행방법을 제공한다. 상기 방법은 사운딩 시퀀스(sounding sequence)를 포함하는 BR(beamforming report) 폴(poll) 프레임(frame)을 생성하는 단계, 상기 BR 폴 프레임을 STA(STAtion)으로 전송하는 단계, 및 미리 정해진 타임아웃(timeout) 전에 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는지 여부에 따라 상기 STA에 대해 전송 빔포밍(transmit beamforming)을 선택적으로 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 무선랜에서 사운딩 동작을 수행하는 AP를 제공한다. 상기 AP는 사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 생성하는 프레임 생성부, 상기 BR 폴 프레임을 STA로 전송하는 전송부, 및 미리 정해진 타임아웃 전에 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는지 여부에 따라 상기 STA에 대해 전송 빔포밍을 선택적으로 수행하는 빔포밍 제어부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선랜에서 STA(STAtion)에 의한 사운딩 동작의 수행방법을 제공한다. 상기 방법은 BR 폴 프레임을 AP로부터 수신하는 단계, 상기 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDP(Null Data Packet) 또는 NDPA(NDP announcement)에 포함된 제1 사운딩 시퀀스를 상기 BR 폴 프레임에 포함된 제2 사운딩 시퀀스와 비교하는 단계, 및 상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 기반하여, 선택적으로 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선랜에서 사운딩 동작을 수행하는 STA를 제공한다. 상기 STA는 BR 폴 프레임을 AP로부터 수신하는 수신부, 상기 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDP 또는 NDPA에 포함된 제1 사운딩 시퀀스를 상기 BR 폴 프레임에 포함된 제2 사운딩 시퀀스와 비교하는 채널 추정부, 및 상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 기반하여, 선택적으로 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 생성하는 프레임 생성부를 포함한다.

본 발명은 전송 빔포밍을 위한 사운딩 프로토콜에 있어서, 새로운 BR 폴 프레임의 구조를 제안함으로써, 빔 수신자가 NDPA와 NDP의 수신에 실패한 경우에 잘못된 BR 프레임을 송신하는 것을 없애고, 전송효율의 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예가 적용되는 차세대 무선랜 시스템에서 NDP를 이용한 채널 사운딩 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 NDPA 프레임의 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예가 적용되는 MIMO 제어정보를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예가 적용되는 BR 폴 프레임의 구조를 나타낸다.
도 6은 사운딩 동작 중에 발생할 수 있는 시나리오의 일례이다.
도 7은 본 발명의 실시예가 적용되는 BR 폴 프레임의 구조를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 BR 폴 프레임에 기반한 사운딩 동작의 예시이다.
도 9는 본 발명의 일례에 따른 AP가 사운딩 동작을 수행하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일례에 따른 STA가 사운딩 동작을 수행하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일례에 따른 사운딩 동작을 수행하는 AP를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일례에 따른 사운딩 동작을 수행하는 STA를 나타내는 블록도이다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

WLAN 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 집합으로써, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다

인프라스트럭쳐(infrastructure) BSS는 하나 또는 그 이상의 비AP 스테이션(non-AP station(STA)), 분산 서비스(Distribution Service)를 제공하는 AP(Access Point; 10) 및 다수의 AP를 연결시키는 분산 시스템(Distribution System, DS)을 포함한다. 인프라스트럭쳐 BSS에서는 AP가 BSS의 비AP STA들을 관리한다.

반면, 독립 BSS(Independent BSS, IBSS)는 애드-혹(Ad-Hoc) 모드로 동작하는 BSS이다. IBSS는 AP을 포함하지 않기 때문에 중앙에서 관리기능을 수행하는 개체(Centralized Management Entity)가 없다. 즉, IBSS에서는 비AP STA들이 분산된 방식(distributed manner)으로 관리된다. IBSS에서는 모든 STA이 이동 STA으로 이루어질 수 있으며, DS에로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.

STA은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 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.

비AP STA는 AP가 아닌 STA로, 비 AP STA은 이동 단말(mobile terminal), 무선 기기(wireless device), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장비(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 또는 단순히 user 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 비 AP STA을 STA으로 지칭하도록 한다.

AP는 해당 AP에게 결합된(Associated) STA을 위하여 무선 매체를 경유하여 DS에 대한 접속을 제공하는 기능 개체이다. AP를 포함하는 인프라스트럭쳐 BSS에서 STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 다이렉트 링크가 설정된 경우에는 STA들 사이에서도 직접 통신이 가능하다. AP는 집중 제어기(central controller), 기지국(Base Station, BS), 노드-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.

도 1에 도시된 BSS를 포함하는 복수의 인프라스트럭쳐 BSS는 분산 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 AP(10) 및/또는 STA들(21, 22, 23, 24, 25)은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS에서 STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.

IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 접속 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 “listen before talk” 접속 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 접속 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)한다. 센싱 결과, 만일 매체가 휴지 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 접근을 위한 지연 기간을 설정하여 기다린다.

CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 히든 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 접근상 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC 은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector, NAV)를 이용한다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당된다.

DCF와 함께 IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 DCF와 폴링(pollilng) 기반의 동기식 접속 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 패킷을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 하는 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 패킷을 제공하기 위한 접속 방식을 경쟁 기반으로 하는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 접근 방식을 사용하는 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 접근 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.

AP 및/또는 STA은 매체에 접근하고자 함을 알리기 위해 RTS(Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 교환하는 절차를 수행할 수 있다. RTS 프레임 및 CTS 프레임은 실질적인 데이터 프레임 전송 및 수신 확인 응답 (acknowledgement)이 지원될 경우 수신 확인 프레임(acknowledgement frame, ACK frame)이 송수신 되는데 필요한 무선 매체가 접근 예약된 시간적인 구간을 지시하는 정보를 포함한다. 프레임을 전송하고자 하는 AP 및/또는 STA으로부터 전송된 RTS 프레임을 수신하거나, 프레임 전송 대상 STA으로부터 전송된 CTS 프레임을 수신한 다른 STA은 RTS/CTS 프레임에 포함되어 있는 정보가 지시하는 시간적인 구간 동안 매체에 접근하지 않도록 설정될 수 있다. 이는 시간 구간 동안 NAV가 설정됨을 통하여 구현될 수 있다.

도 1과 같은 무선랜 시스템에서 AP(10)는 자신과 결합(association)되어 있는 복수의 STA들(21, 22, 23, 24, 30) 중 적어도 하나 이상의 STA을 포함하는 STA 그룹에게 데이터를 동시에 전송할 수 있다. 도 1에서는 AP(10)가 STA들(21, 22, 23, 24, 25, 30)에게 MU-MIMO 전송하는 것을 예시로 하고 있으나, TDLS(Tunneled Direct Link Setup) 이나 DLS(Direct Link Setup), 메쉬 네트워크(mesh network)를 지원하는 무선랜 시스템에서는 데이터를 전송하고자 하는 STA이 MU-MIMO 전송기법을 사용하여 PPDU를 복수의 STA들에게 전송할 수 있다. 이하에서는 AP가 복수의 STA에게 MU-MIMO 전송 기법에 따라 PPDU를 전송하는 것을 예로 들어 설명하도록 한다.

각각의 STA으로 전송되는 데이터는 서로 다른 공간 스트림(spatial stream)을 통하여 전송될 수 있다. AP(10)가 전송하는 데이터 프레임은 무선랜 시스템의 물리 계층(Physical Layer; PHY)에서 생성되어 전송되는 PPDU라고 언급될 수 있다. 본 발명의 예시에서 AP(10)와 MU-MIMO 페어링 된 전송 대상 STA 그룹은 STA1(21), STA2(22), STA3(23) 및 STA4(24)라고 가정한다. 이 때 전송 대상 STA그룹의 특정 STA에게는 공간 스트림이 할당되지 않아 데이터가 전송되지 않을 수 있다. 한편, STAa(30)는 AP와 결합되어 있으나 전송 대상 STA 그룹에는 포함되지 않는 STA이라고 가정한다.

차세대 무선랜 시스템의 가장 큰 특징 중 하나는 다중 안테나를 이용하여 여러 개의 공간 스트림을 복수의 STA으로 전송하는 MU-MIMO 전송 기법을 지원하는 것이다. 이는 시스템 전반의 처리율(throughput)을 향상시킬 수 있다. IEEE 802.11n 규격부터 2개 이상의 송신 안테나를 사용할 수 있도록 하고 있는데, IEEE 802.11n에서는 4개까지, IEEE 802.11ac에서는 8개까지의 안테나를 지원할 수 있다. 또한, 여러 개의 송신 안테나를 사용하는 경우, 신호의 수신 성능을 개선하기 위하여 전송 빔포밍(tansmit beamforming) 기술을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다.

복수의 STA이 존재하는 환경에서 데이터 전송을 하고자 하는 AP는 전송 대상 STA 그룹으로 데이터를 전송하기 위하여 빔포밍 방식을 통해 PPDU를 전송한다. 따라서, MU-MIMO 전송 기법을 사용하여 PPDU를 전송하고자 하는 AP 및/또는 STA은 전송 대상 STA 각각에 대한 채널 정보를 필요로 하므로 채널 정보 획득을 위하여 채널 사운딩의 수행이 요구된다.

MU-MIMO를 위한 채널 사운딩은 빔을 형성하여 PPDU를 전송하고자 하는 전송자(transmitter)에 의하여 개시될 수 있다. 전송자는 빔 형성자(beamformer), 수신자(receiver)는 빔 수신자(beamformee)라고 표현될 수 있다. DL MU-MIMO를 지원하는 무선랜 시스템에서는 AP가 전송자, 빔 형성자의 지위를 가지며, AP에 의해 채널 사운딩이 개시된다. STA은 수신자, 빔 수신자의 지위를 가지며, AP에 의해 개시된 채널 사운딩에 따라 채널을 추정하여 이를 보고한다. 이와 같이 빔 형성자가 빔 수신자의 채널 정보를 얻어내기 위해 사용하는 프로토콜을 사운딩 프로토콜이라고도 한다.

이하에서 상세한 채널 사운딩 방법을 설명함에 있어서 DL MU-MIMO 전송시 채널 사운딩을 가정한다. 다만 이하에서 상세히 설명되는 채널 사운딩 방법은 일반적인 MU-MIMO 전송을 지원하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

차세대 무선랜 시스템에서 채널 사운딩 프로토콜은 빔 형성자가 빔 수신자에게 전송하는 NDP(Null Data Packet)와 NDPA(NDP announcement)를 기반으로 수행된다. NDP는 MAC 계층의 데이터 필드가 제외된 PPDU 포맷을 가진다. 빔 수신자는 채널 정보를 추출하기 위해 NDP를 사용한다. 즉, STA은 NDP를 기반으로 채널 추정을 수행하고, 추정의 결과인 채널 상태 정보를 AP에게 피드백 한다. NDP는 사운딩 프레임(sounding frame)이라고 표현될 수 있다. 도 2를 참조하여 NDP 기반 채널 사운딩에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예가 적용되는 차세대 무선랜 시스템에서 NDP를 이용한 채널 사운딩 방법을 나타내는 도면이다. 본 예시에서 AP는 3개의 전송 대상 STA에게 데이터를 전송하기 위하여 2개의 전송 대상 STA에 대하여 채널 사운딩을 수행한다. 다만 AP는 하나의 STA에 대하여 채널 사운딩을 수행할 수도 있다.

도 2를 참조하면, AP(210)는 STA1(221), STA2(222)에게 NDPA 프레임을 전송한다(S210). 여기서, AP(210)는 빔 형성자이고, STA1(221), STA2(222)는 빔 수신자이다. NDPA 프레임은 채널 사운딩이 개시되고 NDP가 전송될 것임을 STA1(221), STA2(222)에게 알린다. NDP는 MAC 계층 데이터가 없기 때문에, NDP를 수신해야 하는 빔 수신자가 STA1(221), STA2(222) 중 어느 것인지 알려주기 위하여 AP(210)는 NDPA를 먼저 송신한다. NDPA 프레임은 사운딩 알림 프레임(sounding announcement frame)이라 불릴 수 있다. 도 2에서는 AP(210)가 NDPA 프레임을 이용하여 STA1(221), STA2(222)에게 NDP를 수신할 것을 지시하고, 이 중 STA1(221)이 먼저 응답해야 함을 알려준다.

도 3은 본 발명의 실시예가 적용되는 NDPA 프레임의 구조를 나타낸다.

도 3을 참조하면, NDPA 프레임은 프레임 제어 필드(frame control field), 지속시간 필드(duation field), RA 필드, TA 필드, NDPA와 빔포밍 보고(Beamforming Report) 프레임 사이의 매칭(matching)을 위한 사운딩 시퀀스(Sounding sequence) 필드, NDP를 수신해야 하는 빔 수신자가 어느 것인지에 대한 정보를 나타내는 하나 이상의 STA 정보(STA info) 및 FCS(frame check sequence) 필드를 포함한다. 즉, NDPA 프레임은 채널을 추정하고 채널 상태 정보를 포함하는 빔포밍 보고(beamforming report: BR) 프레임을 AP에게 전송할 STA을 식별하기 위한 정보를 포함한다. STA은 NDPA 프레임의 수신을 통해 채널 사운딩에 참가하는 STA인지 여부를 결정할 수 있다. 이에 따라, AP(210)는 사운딩 대상 STA에 대한 정보를 포함하는 STA 정보 필드를 NDPA 프레임에 포함시켜 전송한다. STA 정보 필드는 사운딩 대상 STA 마다 하나씩 포함될 수 있다. 이어서 전송되는 NDP에 대응하여 빔포밍 보고 프레임을 전송할 STA을 식별하기 위한 정보를 알려주기 위함이다.

다시 도 2를 참조하면, AP(210)는 NDPA 프레임 전송 후 짧은 시간 간격(short interframe space: SIFS)이 경과되면 NDP를 대상 STA으로 전송한다(S220). NDP는 PPDU 포맷에서 데이터 필드가 생략된 포맷을 가진다. NDP 프레임은 송신 스트림별로 하나씩의 VHT-LTF를 포함하여 사운딩 대상 STA으로 전송된다. 따라서, 사운딩 대상 STA들(221, 222)은 NDP의 VHT-LTF를 기반으로 채널을 추정하고 채널 상태 정보를 획득한다.

빔 수신자인 STA1(221), STA2(222)들이 NDP를 수신한 후, 먼저 응답을 해야 하는 STA1(221)이 BR(beamforming report) 프레임을 AP(210)에게 전송한다(S231). BR의 전송에 사용되는 채널 대역폭 정보는 NDPA 프레임 전송을 위해 사용된 채널 대역폭 보다 좁거나 같게 설정될 수 있다. AP(210)는 BR 프레임에 포함된 채널 정보를 사용하여 전송 빔포밍에 필요한 스티어링 매트릭스(Steering matrix)를 생성할 수 있다. BR 프레임은 채널 상태에 대한 정보를 나타내는 BR 필드와, BR 필드가 나타내는 채널 정보를 해석하기 위하여 필요한 제어정보(이하, MIMO 제어정보) 필드를 포함한다. BR 필드는 NDP를 수신하면서 측정한 채널 상태 정보로부터 추출된 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스(Compressed beamforming feedback matrix) 정보를 포함한다.

도 4는 본 발명의 실시예가 적용되는 MIMO 제어정보를 나타낸다.

도 4를 참조하면, MIMO 제어정보는 Nc Index 필드, Nr Index 필드, 채널 대역폭(channel width) 필드, 그룹핑(grouping) 필드, 코드북 정보(codebook information) 필드, 피드백 타입 필드, 잔여 세그먼트(remaininig segments) 필드, 최초 세그먼트(first segment) 필드 및 사운딩 시퀀스 필드를 포함한다. 만약에 AP(210)가 전송한 NDPA에 포함된 시퀀스와, AP(210)가 수신한 BR 프레임에 포함된 사운딩 시퀀스가 일치하지 않으면, AP(210)는 해당 BR 프레임에 포함된 채널 정보는 사용하지 않는다.

다시 도 2를 참조하면, AP(210)는 STA1(221)로부터 BR 프레임을 수신한 후 BR 폴 프레임(poll frame)을 STA2(222)에게 전송한다(S241). BR 폴 프레임은 BR 프레임의 재전송과, 하나 이상의 빔 수신자에게 사운딩하기 위해 사용된다. BR 폴 프레임은 STA2(222)에게 유니캐스트 방식으로 전송된다.

도 5는 본 발명의 실시예가 적용되는 BR 폴 프레임의 구조를 나타낸다.

도 5를 참조하면, BR 폴 프레임은 프레임 제어 필드, 지속시간 필드, RA 필드, TA 필드, 세그먼트 재전송 비트맵 필드 및 FCS(frame check sequence) 필드를 포함한다.

다시 도 2를 참조하면, 자신을 수신 주소로 하는 BR 폴 프레임을 수신한 STA2(222)는 앞서 수신한 NDP를 사용하여 획득해 놓은 채널 정보를 BR 프레임에 실어서 AP(210)에게 전송한다(S232). AP(210)는 STA1(221)과 STA2(222)로부터 얻은 각각의 채널 정보를 사용하여 STA1(221)과 STA2(222) 각각에 대하여 전송 빔포밍을 수행하기 위한 스티어링 매트릭스 또는 STA1(221)과 STA2(222) 모두에 대해 동시에 전송 빔포밍(MU-MIMO)을 수행하기 위한 스티어링 매트릭스를 생성할 수 있다.

도 6은 사운딩 동작 중에 발생할 수 있는 시나리오의 일례이다.

도 6을 참조하면, AP(600)이 STA1(610)과 STA2(620)과 사운딩 동작(sounding operation)을 수행한다고 하자. STA1(610)과 STA2(620)가 첫번째 NDPA(A)와 NDP(A)를 정상적으로 수신하여, STA1(610)이 BR1(빔포밍 보고1, beamforming report1)을 AP(600)로 전송하고, STA2(620)가 BR 폴 프레임(A)의 응답으로 BR2(빔포밍 보고2, beamforming report2)를 AP(600)으로 전송한다.

그런데, STA2(620)가 두 번째 NDPA(B)와 NDP(B)를 수신하지 못하고 BR 폴 프레임(B)만을 수신하였다고 하자. BR 폴 프레임(B)에는 현재의 사운딩 프로토콜 정보를 포함하지 않으므로, STA2(620)는 현재 자신이 가지고 있는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 사용하여 BR2 프레임(A)을 만들어 송신한다. 하지만 BR2 프레임(A)은 이전 NDPA(A)와 NDP(A)를 기반으로 만들어진 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스에 의해 전송된 것이다.

AP(600)는 BR2 프레임(A)의 사운딩 시퀀스와 NDPA(B)의 사운딩 시퀀스를 비교하는데, 이 둘이 서로 다르므로 AP(600)는 BR2 프레임(A)를 폐기하고 STA2(620)에게는 전송 빔포밍을 수행하지 못하는 문제가 있다. 더욱이, AP(600)가 STA2(620)에게 전송 빔포밍을 할 수 없음을 판정 가능한 시점은 BR2 프레임(A)의 수신이 끝난 시점이다. 그런데 BR2 프레임(A)의 크기는 조건에 따라 10,000바이트 이상이 될 수도 있으므로, 그만큼 전송 효율을 낮추는 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 사운딩 오동작들을 효율적으로 막을 수 있는 방법이 요구된다.

이를 위해 본 발명은 전송 빔포밍을 위한 사운딩 프로토콜에 있어서, 새로운 BR 폴 프레임의 구조를 제안함으로써, 빔 수신자가 NDPA와 NDP의 수신에 실패한 경우에 잘못된 BR 프레임을 송신하는 것을 없애고, 전송효율의 저하를 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예가 적용되는 BR 폴 프레임의 구조를 나타낸다.

도 7을 참조하면, BR 폴 프레임은 프레임 제어 필드, 지속시간 필드, RA 필드, TA 필드, 사운딩 시퀀스 필드, 세그먼트 재전송 비트맵 필드 및 FCS(frame check sequence) 필드를 포함한다. 도 7에 따른 BR 폴 프레임의 구조는 일례일 뿐, 사운딩 시퀀스 필드의 위치는 프레임 제어 필드, 지속시간 필드, RA 필드, TA 필드, 세그먼트 재전송 비트맵 필드 및 FCS 필드 중 어느 2 필드 사이에 포함 또는 삽입될 수 있다. 예를 들어 사운딩 시퀀스 필드의 위치는 세그먼트 재전송 비트맵 필드의 뒤가 될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 BR 폴 프레임에 기반한 사운딩 동작의 예시이다.

도 8을 참조하면, AP(800)가 NDPA(B)와 NDP(B)를 전송하는 두번째 사운딩 프로토콜에서 STA2(820)가 NDPA(B)와 NDP(B)를 수신하지 못하고 BR 폴 프레임(B)을 수신한다고 하자. STA2(820)는 자신이 보유하고 있는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스와 BR 폴 프레임(B)의 사운딩 시퀀스가 다름을 확인할 수 있다. 이 경우, STA2(820)는 BR 프레임(B)를 송신하지 않는다.

한편, AP(800)는 타임아웃(timeout)이 될 때까지 BR 폴 프레임(B)에 대한 응답을 기다리다가, 타임아웃이 되면 더 이상 응답을 기다리지 않고 다음 작업을 진행한다. 예시적으로, AP(800)가 응답을 기다리는 타임아웃 시간은 SIFS 시간 + 슬롯 타임(slot time) 시간 + 물리계층 수신시작 지연(PHY Rx Start Delay)로서, 25us를 약간 넘는 시간일 수 있다.

이와 같이 STA2(620)가 BR 프레임(B)를 선택적으로 AP(600)에게 전송하는 방식에 따르면, AP(800)은 타임아웃이 끝나는 즉시 STA2(620)에게 빔포밍을 할 수 없음을 판정할 수 있다. 즉, 도 6과 비교할 때 판정 가능한 시점이 더 앞당겨짐을 확인할 수 있다. 이로써 STA2(820)는 불필요한 BR 프레임의 전송을 방지하고, AP(800)는 빔포밍을 효율적으로 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일례에 따른 AP가 사운딩 동작을 수행하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 9를 참조하면, AP는 현재 사운딩 프로토콜에 따른 사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 생성한다(S900). 그리고 AP는 상기 BR 폴 프레임을 STA로 전송한다(S905).

AP는 타임아웃(timeout) 이내에 BR 프레임의 수신 여부에 따라 선택적으로 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, AP는 타임아웃 전에 BR 프레임을 STA로부터 수신하는지 판단한다(S910). 만약, 타임아웃 전에 BR 프레임을 STA로부터 수신하면, AP는 BR 프레임에 포함된 채널 정보를 이용하여 스티어링 매트릭스를 생성하고(S915), 상기 스티어링 매트릭스를 기반으로 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행한다(S920).

반면, 단계 S910에서 만약 타임아웃 전에 BR 프레임을 STA로부터 수신하지 못하면, AP는 더 이상 응답을 기다리지 않고 STA에 대해 사운딩 프로토콜을 이용한 전송 빔포밍을 수행하지 않는다. 즉, 절차를 종료한다.

도 10은 본 발명의 일례에 따른 STA가 사운딩 동작을 수행하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 10을 참조하면, STA는 사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 AP로부터 수신한다(S1000). 그리고 STA는 BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스를 마지막(last) 사운딩 시퀀스와 비교한다(S1005). 여기서, 마지막 사운딩 시퀀스란, STA가 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDPA 또는 NDP의 사운딩 시퀀스이다. 일례로서, 마지막 사운딩 시퀀스는 STA가 가장 최근에 수신한 NDP에 포함된 사운딩 시퀀스로서, 채널 정보를 획득하는데 사용한 사운딩 시퀀스일 수 있다. 다른 예로서, 마지막 사운딩 시퀀스는 과거의 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는데 기초가 된 사운딩 시퀀스일 수 있다.

STA는 NDPA 또는 NDP의 사운딩 시퀀스와 상기 마지막 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 따라 선택적으로 채널 정보를 생성하고 BR 프레임을 AP로 전송한다. 예를 들어, 만약 BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스와 마지막 사운딩 시퀀스가 동일하면, STA는 채널 정보를 생성하고(S1010), 상기 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 AP로 전송한다(S1015). 반면, 단계 S1005에서 만약 BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스와 마지막 사운딩 시퀀스가 동일하지 않으면, STA는 채널 정보 또는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는 동작을 수행하지 않고 절차를 종료한다.

도 11은 본 발명의 일례에 따른 사운딩 동작을 수행하는 AP를 나타내는 블록도이다.

도 11을 참조하면, AP(1100)는 프레임 생성부(1105), 수신부(1110), 전송부(1115) 및 빔포밍 제어부(1120)를 포함한다.

프레임 생성부(1105)는 NDPA, NDP, BR 폴 프레임 중 적어도 하나를 생성하여 전송부(1115)로 보낸다. 이때, 프레임 생성부(1105)는 도 7과 같은 사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 생성할 수 있다. 전송부(1115)는 NDPA 또는 NDP 또는 BR 폴 프레임을 STA로 전송한다.

수신부(1110)는 NDPA, NDP에 대한 응답으로서 STA로부터 BR 프레임을 수신하거나, BR 폴 프레임에 대한 응답으로서 BR 프레임을 수신할 수 있다.

빔포밍 제어부(1120)는 타임아웃(timeout) 이내에 BR 프레임의 수신 여부에 따라 선택적으로 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행한다. 예를 들어, 빔포밍 제어부(1120)는 BR 폴 프레임이 STA로 전송된 이후로부터 타임아웃 전에, 수신부(1110)가 STA로부터 BR 프레임을 수신하는지 판단한다. 만약, 타임아웃 전에 수신부(1110)가 BR 프레임을 STA로부터 수신하면, 빔포밍 제어부(1120)는 BR 프레임에 포함된 채널 정보를 이용하여 스티어링 매트릭스를 생성하고, 상기 스티어링 매트릭스를 기반으로 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행한다. 반면, 만약 타임아웃 전에 수신부(1110)가 BR 프레임을 STA로부터 수신하지 못하면, 빔포밍 제어부(1120)는 더 이상 응답을 기다리지 않고 STA에 대해 사운딩 프로토콜을 이용한 전송 빔포밍을 수행하지 않는다.

도 12는 본 발명의 일례에 따른 사운딩 동작을 수행하는 STA를 나타내는 블록도이다.

도 12를 참조하면, STA(1200)는 수신부(1205), 채널 추정부(1210), 프레임 생성부(1215) 및 전송부(1220)를 포함한다.

수신부(1205)는 AP로부터 NDPA, NDP 또는 BR 폴 프레임을 수신한다. 이때, 수신부(1205)는 도 7과 같이 사운딩 시퀀스 필드를 포함하는 BR 폴 프레임을 AP로부터 수신할 수 있다.

채널 추정부(1210)는 BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스를 마지막 사운딩 시퀀스와 비교한다. 마지막 사운딩 시퀀스는, STA(1200)가 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDPA 또는 NDP의 사운딩 시퀀스이다. 일례로서, 마지막 사운딩 시퀀스는 STA(1200)가 가장 최근에 수신한 NDP에 포함된 사운딩 시퀀스로서, 채널 추정부(1210)가 채널 정보를 획득하는데 사용한 사운딩 시퀀스일 수 있다. 다른 예로서, 마지막 사운딩 시퀀스는 채널 추정부(1210)가 과거의 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는데 기초가 된 사운딩 시퀀스일 수 있다.

채널 추정부(1210)는 NDPA 또는 NDP의 사운딩 시퀀스와 상기 마지막 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 따라 선택적으로 채널 정보를 생성하거나 BR 프레임을 생성한다. 예를 들어, 만약 BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스와 마지막 사운딩 시퀀스가 동일하면, 채널 추정부(1210)는 채널 정보를 생성하고, 상기 채널 정보를 프레임 생성부(1215)로 보낸다. 프레임 생성부(1215)는 상기 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 생성하고, 이를 전송부(1220)로 보낸다. 전송부(1220)는 BR 프레임을 AP로 전송한다.

반면, BR 폴 프레임의 사운딩 시퀀스와 마지막 사운딩 시퀀스가 동일하지 않으면, 채널 추정부(1210)는 채널 정보 또는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는 동작을 수행하지 않고 절차를 종료한다.

상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

Claims

무선랜(wireless LAN)에서 AP(access point)에 의한 사운딩 동작(sounding operation)의 수행방법으로서,
사운딩 시퀀스(sounding sequence)를 포함하는 BR(beamforming report) 폴(poll) 프레임(frame)을 생성하는 단계;
상기 BR 폴 프레임을 STA(STAtion)으로 전송하는 단계; 및
미리 정해진 타임아웃(timeout) 전에 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는지 여부에 따라 상기 STA에 대해 전송 빔포밍(transmit beamforming)을 선택적으로 수행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 사운딩 동작의 수행방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전송 빔포밍을 선택적으로 수행하는 단계는,
상기 타임아웃 전에 상기 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는 경우,
상기 BR 프레임에 포함된 채널 정보를 이용하여 스티어링 매트릭스를 생성하는 단계; 및
상기 스티어링 매트릭스를 기반으로 상기 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전송 빔포밍을 선택적으로 수행하는 단계는,
상기 타임아웃 전에 상기 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하지 못하는 경우,
더 이상 응답을 기다리지 않고 상기 STA에 대해 사운딩 프로토콜을 이용한 전송 빔포밍을 종료하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
제 1 항에 있어서,
상기 타임아웃은 짧은 시간 간격(short interframe space: SIFS), 슬롯 타임(slot time) 및 물리계층 수신시작 지연(PHY Rx Start Delay)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
무선랜에서 사운딩 동작을 수행하는 AP로서,
사운딩 시퀀스를 포함하는 BR 폴 프레임을 생성하는 프레임 생성부;
상기 BR 폴 프레임을 STA로 전송하는 전송부; 및
미리 정해진 타임아웃 전에 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는지 여부에 따라 상기 STA에 대해 전송 빔포밍을 선택적으로 수행하는 빔포밍 제어부를 포함함을 특징으로 하는 AP.
제 5 항에 있어서, 상기 빔포밍 제어부는,
상기 타임아웃 전에 상기 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하는 경우,
상기 BR 프레임에 포함된 채널 정보를 이용하여 스티어링 매트릭스를 생성하고, 상기 스티어링 매트릭스를 기반으로 상기 STA에 대해 전송 빔포밍을 수행함을 특징으로 하는, AP.
제 5 항에 있어서, 상기 빔포밍 제어부는,
상기 타임아웃 전에 상기 BR 프레임을 상기 STA로부터 수신하지 못하는 경우, 더 이상 응답을 기다리지 않고 상기 STA에 대해 사운딩 프로토콜을 이용한 전송 빔포밍을 종료하는 것을 포함함을 특징으로 하는, AP.
제 5 항에 있어서,
상기 타임아웃은 짧은 시간 간격(SIFS), 슬롯 타임 및 물리계층 수신시작 지연을 포함하는 것을 특징으로 하는, AP.
무선랜에서 STA(STAtion)에 의한 사운딩 동작의 수행방법으로서,
BR 폴 프레임을 AP로부터 수신하는 단계;
상기 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDP(Null Data Packet) 또는 NDPA(NDP announcement)에 포함된 제1 사운딩 시퀀스를 상기 BR 폴 프레임에 포함된 제2 사운딩 시퀀스와 비교하는 단계; 및
상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 기반하여, 선택적으로 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
제 9 항에 있어서, 상기 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 단계는,
상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스가 동일한 경우,
상기 채널 정보를 포함하는 상기 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
제 9 항에 있어서, 상기 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 단계는,
상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스가 동일하지 않은 경우,
상기 제2 사운딩 시퀀스를 이용하여 상기 채널 정보 또는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는 동작을 수행하지 않는 것을 포함함을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 사운딩 시퀀스는 과거 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는데 기초가 되는 사운딩 시퀀스인 것을 특징으로 하는, 사운딩 동작의 수행방법.
무선랜에서 사운딩 동작을 수행하는 STA로서,
BR 폴 프레임을 AP로부터 수신하는 수신부;
상기 AP로부터 가장 최근에 수신한 NDP 또는 NDPA에 포함된 제1 사운딩 시퀀스를 상기 BR 폴 프레임에 포함된 제2 사운딩 시퀀스와 비교하는 채널 추정부; 및
상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스의 동일 여부에 기반하여, 선택적으로 채널 정보를 포함하는 BR 프레임을 생성하는 프레임 생성부를 포함함을 특징으로 하는, STA.
제 13 항에 있어서, 상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스가 동일한 경우,
상기 프레임 생성부는 상기 채널 정보를 포함하는 상기 BR 프레임을 생성하되,
상기 BR 프레임을 상기 AP로 전송하는 전송부를 더 포함함을 특징으로 하는, STA.
제 13 항에 있어서, 상기 제1 사운딩 시퀀스와 상기 제2 사운딩 시퀀스가 동일하지 않은 경우,
상기 프레임 생성부는 상기 제2 사운딩 시퀀스를 이용하여 상기 채널 정보 또는 압축된 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는 동작을 수행하지 않는 것을 포함함을 특징으로 하는, STA.
제 13 항에 있어서,
상기 제1 사운딩 시퀀스는 과거 빔포밍 피드백 매트릭스를 생성하는데 기초가 되는 사운딩 시퀀스인 것을 특징으로 하는, STA.