KR20140054034A

KR20140054034A - 주파수 선택 전송을 기반으로 한 프레임 송수신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140054034A
Application number: KR1020147003346A
Authority: KR
Inventors: 박종현; 유향선; 석용호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-05-08
Also published as: EP2741431A2; CA2844598C; KR101607411B1; AU2012295079A1; AU2012295079B2; WO2013022254A3; JP2014527751A; US20140204891A1; EP2741431A4; CN103828265A; RU2573579C2; RU2014105838A; US9756612B2; JP5961691B2; CA2844598A1; WO2013022254A2

Abstract

무선랜 시스템에서 전송자에 의하여 수행되는 복수의 서브 채널을 포함하는 채널을 통해 데이터 프레임 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제1 채널 상태 정보를 상기 제1 수신자로부터 획득하고; 상기 제1 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제1 수신자에게 할당하고; 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 중 일부에 해당하면, 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제2 채널 상태 정보를 상기 제2 수신자로부터 획득하고; 상기 제2 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 제2 수신자에게 할당하고; 및 데이터 유닛을 제1 수신자 및 제2 수신자로 전송하는 것;을 포함한다. 상기 데이터 유닛은 제1 데이터 프레임 및 제2 데이터 프레임을 포함하고, 상기 제1 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통하여 전송되고 및 상기 제2 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통하여 전송된다.

Description

주파수 선택 전송을 기반으로 한 프레임 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING AND RECEIVING FRAME ON THE BASIS OF FREQUENCY SELECTION TRANSMISSION}

본 발명은 무선 통신에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선랜 시스템에서 스테이션에 의한 주파수 선택 전송 기반 프레임 송수신 방법과 이를 지원하는 장치에 관한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player, PMP)등과 같은 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 접속할 수 있도록 하는 기술이다.

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.

한편 무선랜 보급의 활성화에 따라 하나의 AP가 매우 많은 수의 비 AP 스테이션(non-AP station)에게 서비스를 제공하는 환경이 나타나고 있다. 이와 같은 환경을 지원하는 무선랜의 특징은 낮은 데이터 레이트(low data rate), 낮은 파워(low power) 그리고 넓은 커버리지(wide coverage)로 대표될 수 있다. 이를 위해 해당 무선랜 환경 내에서 동작하는 장치들은 보다 낮은 주파수 대역을 사용하여 무선 신호를 송수신하게 될 수 있다.

낮은 대역의 주파수를 사용함에 따라, 무선 신호 송수신을 위하여 사용되는 채널 대역폭은 기존 높은 대역의 주파수를 사용할 때 보다 좁아질 수 있다. 이와 같이 협대역 채널을 사용하는 경우 채널 접근 방법, 간섭 회피 방법 등과 관련하여 데이터 송수신에 대하여 새로운 논의가 요구될 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적인 과제는 무선랜 시스템에서 주파수 선택 전송을 기반으로 한 데이터 송수신 방법과 이를 지원하는 장치를 제공하는 것이다.

일 양태에 있어서 무선랜 시스템에서 전송자에 의하여 수행되는 복수의 서브 채널을 포함하는 채널을 통해 데이터 프레임 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제1 채널 상태 정보를 상기 제1 수신자로부터 획득하고; 상기 제1 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제1 수신자에게 할당하고; 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 중 일부에 해당하면, 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제2 채널 상태 정보를 상기 제2 수신자로부터 획득하고; 상기 제2 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 제2 수신자에게 할당하고; 및 데이터 유닛을 제1 수신자 및 제2 수신자로 전송하는 것;을 포함한다. 상기 데이터 유닛은 제1 데이터 프레임 및 제2 데이터 프레임을 포함하고, 상기 제1 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통하여 전송되고 및 상기 제2 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통하여 전송된다.

상기 데이터 유닛은 프리앰블(preamble part)을 더 포함하되, 상기 프리앰블은 상기 제1 수신자 및 상기 제2 수신자에 할당된 서브 채널을 지시하는 서브 채널 할당 지시 정보를 포함할 수 있다.

상기 제1 채널 상태 정보는 상기 각 서브 채널에 대하여 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR(Signal to Noise Ratio)을 포함할 수 있다. 상기 제2 채널 상태 정보는 상기 각 서브 채널에 대하여 상기 전송자 및 상기 제2 수신자 사이에 추정된 SNR을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 상기 제1 수신자에게 할당하는 것은, 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR이 가장 높은 특정 서브 채널을 상기 제1 할당 서브 채널로 할당하는 것일 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 상기 제1 수신자에게 할당하는 것은, 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR이 특정 임계값 보다 높은 적어도 하나 이상의 서브 채널을 상기 제1 할당 서브 채널로 할당하는 것일 수 있다.

상기 제1 채널 상태 정보를 획득하는 것은, 채널 사운딩을 위한 NDP(Null Data Packet)을 전송함을 알리는 NDPA(NDP Announcement) 프레임을 전송하고; 상기 NDP를 전송하고; 및 상기 NDP를 기반으로 획득된 상기 제1 상태 채널 정보를 포함하는 제1 피드백 프레임을 상기 제1 수신자로부터 수신하는 것을 포함할 수 있다.

상기 제2 채널 상태 정보를 획득하는 것은 상기 제2 채널 상태 정보를 보고할 것을 지시하는 피드백 폴 프레임을 상기 제2 수신자로 전송하고; 및 상기 NDP를 기반으로 획득된 상기 제2 상태 채널 정보를 포함하는 제2 피드백 프레임을 상기 제2 수신자로부터 수신하는 것을 포함할 수 있다.

상기 NDPA 프레임은 상기 채널 사운딩의 대상 수신자인 상기 제1 수신자 및 상기 제2 수신자를 식별하는 정보를 포함할 수 있다.

상기 NDPA 프레임은 상기 복수의 서브 채널 각각을 통해 동시에 전송되는 복제된 데이터 유닛 포맷(duplicated data unit format)으로 전송될 수 있다.

상기 NDP는 상기 복수의 서브 채널 각각을 통해 전송되는 상기 복제된 데이터 유닛 포맷으로 전송될 수 있다.

상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널은 상기 복수의 서브 채널 중 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제외한 나머지 서브 채널 중에 선택될 수 있다.

상기 방법은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 모두가 할당된 것이면, 상기 제1 데이터 프레임을 상기 채널을 통하여 상기 제1 수신자로 전송하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 상기 제1 데이터 프레임에 대한 응답으로 제1 수신 확인 응답 프레임을 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통해 수신하고; 및 상기 제2 데이터 프레임에 대한 응답으로 제2 수신 확인 응답 프레임을 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통해 수신하는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 수신 확인 응답 프레임 및 상기 제2 수신 확인 응답 프레임은 동시에 전송될 수 있다.

다른 양태에 있어서 무선랜 시스템에서 운영하는 무선 장치가 제공된다. 상기 무선 장치는 복수의 서브 채널을 포함하는 채널을 통하여 무선 신호를 송신 및 수신하는 트랜시버(transceiver); 및 상기 트랜시버와 기능적으로 결합하여 동작하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제1 채널 상태 정보를 상기 제1 수신자로부터 획득하고, 상기 제1 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제1 수신자에게 할당하고, 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 중 일부에 해당하면, 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제2 채널 상태 정보를 상기 제2 수신자로부터 획득하고, 상기 제2 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 제2 수신자에게 할당하고 및 데이터 유닛을 제1 수신자 및 제2 수신자로 전송하도록 설정된다. 상기 데이터 유닛은 제1 데이터 프레임 및 제2 데이터 프레임을 포함하고, 상기 제1 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통하여 전송되고 및 상기 제2 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통하여 전송된다.

AP는 채널 사운딩 절차를 통하여 개별 STA과 AP간 서브 채널에 대한 채널 상태 정보를 획득할 수 있다. AP는 서브 채널의 채널 상태 정보를 기반으로 특정 STA으로 데이터 프레임을 전송하는데 사용할 적절한 서브 채널을 결정할 수 있다. AP는 할당이 결정된 서브 채널을 통하여 DL-FDMA 방식으로 데이터 프레임을 적어도 하나 이상의 STA으로 전송할 수 있다. AP는 상태가 양호한 채널을 선택적으로 특정 STA으로 할당하고, 이를 통하여 적어도 하나 이상의 STA으로 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 이와 같은 데이터 프레임 전송 방법은 이는 데이터 송수신의 신뢰성이 향상시키고 무선랜 시스템 전반의 처리율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 일반적인 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 IEEE 802.11에 의해 지원되는 무선랜 시스템의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU의 포맷을 나타내는 블록도이다.
도 5는 차세대 무선랜 시스템에서 NDP를 이용한 채널 사운딩 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 각 국가별/지역별 대역 계획에 따른 M2M 무선랜 시스템의 채널화(channelization)의 예시를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 M2M 무선랜 시스템의 협대역 주파수 환경에서 주파수 선택 채널 접근 메커니즘의 개념을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 사용하는 채널의 예시를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 DL-FDMA 기반 프레임 송수신 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 일반적인 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 시스템의 구성을 나타내는 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 집합으로써, 특정 영역을 가리키는 개념은 아니다

인프라스트럭쳐(infrastructure) BSS는 하나 또는 그 이상의 비AP 스테이션(non-AP STA1(21), non-AP STA2(22), non-AP STA3(23), non-AP STA4(24), non-AP STAa(30)), 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), 사이트 제어기 또는 관리 STA 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 및/또는 STA들은 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 무선랜의 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.

무선 통신 시스템에서는 무선 매체의 특성 상 STA의 전원이 켜지고 동작을 시작할 때 네트워크의 존재를 바로 알 수 없다. 따라서, 어떠한 타입의 STA이든 네트워크에 접속을 하기 위해서는 네트워크 발견(network discovery) 과정을 수행하여야 한다. 네트워크 발견 과정을 통하여 네트워크를 발견한 STA은 네트워크 선택 과정을 통하여 가입할 네트워크를 선택한다. 그 후, 선택한 네트워크에 가입하여 전송단/수신단에서 이루어지는 데이터 교환 동작을 수행한다.

무선랜 시스템에서 네트워크 발견 과정은 스캐닝 절차(scanning procedure)로 구현된다. 스캐닝 절차는 수동 스캐닝(passive scanning) 및 능동 스캐닝(active scanning)으로 나뉘어진다. 수동 스캐닝은 AP가 주기적으로 브로드캐스트(broadcast)하는 비콘 프레임(beacon frame)을 기반으로 이루어 진다. 일반적으로 무선랜의 AP는 비콘 프레임을 특정 인터벌(interval)(예를 들어 100msec)마다 브로드캐스트한다. 비콘 프레임은 자신이 관리하는 BSS에 관한 정보를 포함한다. STA은 수동적으로 특정 채널에서 비콘 프레임의 수신을 위해 대기한다. 비콘 프레임의 수신을 통하여 네트워크에 대한 정보를 획득한 STA은 특정 채널에서의 스캐닝 절차를 종료한다. 수동 스캐닝은 STA이 별도의 프레임을 전송할 필요 없이 비콘 프레임을 수신하기만 하면 이루어지므로 전체적인 오버헤드가 적다는 장점이 있다. 하지만 비콘 프레임의 전송 주기에 비례하여 스캐닝 수행 시간이 늘어난다는 단점이 있다.

능동 스캐닝은 STA이 능동적으로 특정 채널에서 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 브로드캐스트 하여 이를 수신한 모든 AP로부터 네트워크 정보를 요구하는 것이다. 프로브 요청 프레임을 수신한 AP는 프레임 충돌을 방지하기 위해 랜덤 시간 동안 대기 후 프로브 응답 프레임에 네트워크 정보를 포함시켜 해당 STA에게 전송한다. STA은 프로브 응답 프레임을 수신하여 네트워크 정보를 획득함을 통하여 스캐닝 절차를 종료한다. 능동 스캐닝은 상대적으로 빠른 시간 내에 스캐닝을 마칠 수 있다는 장점을 가진다. 반면, 요청 - 응답에 따른 프레임 시퀀스가 필요하므로 전체적인 네트워크 오버헤드는 증가하게 된다.

스캐닝 절차를 마친 STA은 자신에 대한 특정 기준에 따라 네트워크를 선택한 후 AP와 인증(authentication) 절차를 수행한다. 인증 절차는 2방향 핸드쉐이크(2-way handshake)로 이루어 진다. 인증 절차를 마친 STA은 AP와 결합(association) 절차를 진행한다.

결합 절차는 2방향 핸드쉐이크로 이루어 진다. 먼저 STA이 AP에게 결합 요청 프레임(association request frame)을 전송한다. 결합 요청 프레임에는 STA의 능력치(capabilities) 정보가 포함된다. 이를 기반으로 AP는 해당 STA에 대한 결합 허용 여부를 결정한다. 결합 허용 여부를 결정한 AP는 해당 STA에게 결합 응답 프레임(association response frame)을 전송한다. 결합 응답 프레임은 결합 허용 여부를 지시하는 정보 및 결합 허용/실패 시 이유를 지시하는 정보를 포함한다. 결합 응답 프레임은 AP가 지원 가능한 능력치에 대한 정보를 더 포함한다. 결합이 성공적으로 완료된 경우 AP 및 STA간 정상적인 프레임 교환이 이루어진다. 결합이 실패한 경우 결합 응답 프레임에 포함된 실패 이유에 대한 정보를 기반으로 결합 절차가 다시 시도되거나 또는 STA은 다른 AP에게 결합을 요청할 수 있다.

STA은 무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(Very High Throughput, VHT)를 지원하는 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전으로서, MAC 서비스 접속 포인트(Service Access Point, SAP)에서 멀티 유저에 대하여 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도, 그리고 단일 유저에 대해서는 500Mbps 이상의 처리율을 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템 중의 하나이다.

20MHz, 40MHz를 지원하던 기존 무선랜 시스템보다 더 나아가 VHT무선랜 시스템에서는 80MHz, 연속적인 160MHz(contiguous 160MHz), 불 연속적인 160MHz(non-contiguous 160MHz) 대역폭 전송 및/또는 그 이상의 대역폭 전송을 지원하고자 한다. 이에 더하여 최대 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)을 지원하는 기존 무선랜 시스템보다 더 나아가 256QAM을 지원한다.

VHT 무선랜 시스템에서 보다 높은 처리율을 위하여 MU-MIMO(Multi User-Multiple Input Multiple Output) 전송 방법을 지원하므로, AP는 MIMO 페어링된 적어도 하나 이상의 STA에게 동시에 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 페어링된 STA의 수는 최대 4개일 수 있으며, 최대 공간 스트림 수가 8개일 때 각 STA에는 최대 4개의 공간 스트림이 할당될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 도면과 같이 주어진 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 AP가 STA들에게 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 전송 되는 데이터는 서로 다른 공간 스트림(spatial stream)을 통하여 전송될 수 있다. AP(10)가 전송하는 데이터 패킷은 무선랜 시스템의 물리 계층에서 생성되어 전송되는 PPDU 또는 PPDU에 포함된 데이터 필드로써 프레임이라고 언급될 수 있다. 즉, SU(single user)-MIMO 및/또는 MU-MIMO를 위한 PPDU또는 PPDU에 포함된 데이터 필드를 MIMO 패킷이라고 할 수 있다. 그 중 MU를 위한 PPDU를 MU 패킷이라고 할 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.

하기 표 1은 그룹 ID 관리 프레임에 포함된 정보 요소를 나타낸다.

카테고리 필드 및 VHT 액션 필드는 해당 프레임이 관리 프레임에 해당하며, MU-MIMO를 지원하는 차세대 무선랜 시스템에서 사용되는 그룹 ID 관리 프레임임을 식별할 수 있도록 설정된다.

표 1과 같이, 그룹 정의 정보는 특정 그룹 ID에 속해있는지 여부를 지시하는 멤버십 상태 정보 및 해당 그룹 ID에 속한 경우 해당 STA의 공간 스트림 세트가 MU-MIMO 전송에 따른 전체 공간 스트림에서 몇 번째 위치에 해당하는지를 지시하는 공간 스트림 위치 정보를 포함한다.

하나의 AP가 관리하는 그룹 ID는 복수개이므로 하나의 STA에게 제공되는 멤버십 상태 정보는 AP에 의하여 관리되는 그룹 ID 각각에 STA이 속해있는지 여부를 지시할 필요가 있다. 따라서, 멤버십 상태 정보는 각 그룹 ID에 속해 있는지를 지시하는 서브 필드들의 어레이(array) 형태로 존재할 수 있다. 공간 스트림 위치 정보는 그룹 ID 각각에 대한 위치를 지시하므로 각 그룹 ID에 대하여 STA이 차지하는 공간 스트림 세트의 위치를 지시하는 서브 필드들의 어레이 형태로 존재할 수 있다. 또한, 하나의 그룹 ID에 대한 멤버십 상태 정보와 공간 스트림 위치 정보는 하나의 서브 필드 내에서 구현이 가능할 수 있다.

AP는 MU-MIMO 전송 기법을 통해 PPDU를 복수의 STA으로 전송하는 경우, PPDU 내에 그룹 식별자(Group ID)를 지시하는 정보를 제어정보로서 포함하여 전송한다. STA이 PPDU 수신하면, STA은 그룹 ID 필드를 확인하여 자신이 전송 대상 STA 그룹의 멤버 STA인지를 확인한다. 자신이 전송 대상 STA 그룹의 멤버임이 확인되면, 자신에게 전송되는 공간 스트림 세트가 전체 공간 스트림 중 몇 번째 위치하는지를 확인할 수 있다. PPDU는 수신 STA에 할당된 공간 스트림의 개수 정보를 포함하므로, STA은 자신에게 할당된 공간 스트림들을 찾아 데이터를 수신할 수 있다.

한편, 무선랜 시스템에서 새로이 사용 할 수 있는 주파수 대역으로 TV WS(White Space)가 주목받고 있다. TV WS는 미국의 아날로그 TV의 디지털화로 인해 남게 된 휴지 상태의 주파수 대역을 말하며, 예를 들어, 54∼698MHz 대역을 말한다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, TV WS는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 제1 유저(primary user), 주사용자(incumbent user) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.

TV WS에서 동작하는 AP 및/또는 STA은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 하는데, TV WS 대역의 사용에 있어서 허가된 유저가 우선하기 때문이다. 예를 들어 TV WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.

따라서 AP 및/또는STA은 TV WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.

도 2는 IEEE 802.11에 의해 지원되는 무선랜 시스템의 물리계층 아키텍처를 나타낸 도면이다.

IEEE 802.11의 물리계층 아키텍처(PHY architecture)는 PLME(PHY Layer Management Entity), PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 부계층(210), PMD(Physical Medium Dependent) 부계층(200)으로 구성된다. PLME는 MLME(MAC Layer Management Entity)와 협조하여 물리계층의 관리기능을 제공한다. PLCP 부계층(210)은 MAC 부계층(220)과 PMD 부계층(200) 사이에서 MAC 계층의 지시에 따라 MAC 부계층(220)으로부터 받은 MPDU(MAC Protocol Data Unit)를 PMD부계층에 전달하거나, PMD 부계층(200)으로부터 오는 프레임을 MAC 부계층(220)에 전달한다. PMD 부계층(200)은 PLCP 하위 계층으로서 무선 매체를 통한 두 스테이션간 물리 계층 개체(entity)의 송수신이 가능하도록 한다. MAC 부계층(220)이 전달한 MPDU는 PLCP 부계층(210)에서 PSDU(Physical Service Data Unit)이라 칭한다. MPDU는 PSDU와 유사하나 복수의 MPDU를 어그리게이션(aggregation)한 A-MPDU(aggregated MPDU)가 전달된 경우 개개의 MPDU와 PSDU는 서로 상이할 수 있다.

PLCP 부계층(210)은 PSDU를 MAC 부계층(220)으로부터 받아 PMD 부계층(200)으로 전달하는 과정에서 물리계층 송수신기에 의해 필요한 정보를 포함하는 부가필드를 덧붙인다. 이때 부가되는 필드는 PSDU에 PLCP 프리앰블(preamble), PLCP 헤더(header), 컨볼루션 인코더를 영상태(zero state)로 되돌리는데 필요한 꼬리 비트(Tail Bits) 등이 될 수 있다. PLCP 부계층(210)은 PPDU를 생성하고 전송하는데 필요한 제어 정보와 수신 STA이 PPDU를 수신하고 해석하는데 필요한 제어 정보를 포함하는 TXVECTOR 파라미터를 MAC 부계층으로부터 전달 받는다. PLCP 부계층(210)은 PSDU를 포함하는 PPDU를 생성함에 있어서 TXVECTOR 파라미터에 포함된 정보를 사용한다.

PLCP 프리앰블은 PSDU이 전송되기 전에 수신기로 하여금 동기화 기능과 안테나 다이버시티를 준비하도록 하는 역할을 한다. 데이터 필드는 PSDU에 패딩 비트들, 스크랩블러를 초기화 하기 위한 비트 시퀀스를 포함하는 서비스 필드 및 꼬리 비트들이 덧붙여진 비트 시퀀스가 인코딩된 코드화 시퀀스(coded sequence)를 포함할 수 있다. 이 때, 인코딩 방식은 PPDU를 수신하는 STA에서 지원되는 인코딩 방식에 따라 BCC(Binary Convolutional Coding) 인코딩 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 인코딩 중 하나로 선택될 수 있다. PLCP 헤더에는 전송할 PPDU(PLCP Protocol Data Unit)에 대한 정보를 포함하는 필드가 포함되는데 이는 이후에 도 3 내지 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

PLCP 부계층(210)에서는 PSDU에 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 복원한다. 수신 스테이션의 PLCP 부계층은 PLCP 프리앰블 및 PLCP 헤더에 포함된 제어 정보를 포함하는 RXVECTOR 파라미터를 MAC 부계층으로 전달하여 수신 상태에서 PPDU를 해석하고 데이터를 획득할 수 있도록 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU의 포맷을 나타내는 블록도이다. 이하에서 IEEE 802.11n 이전의 기존 무선랜 표준인 IEEE 802.11a/b/g를 기반으로 하는 레거시 무선랜 시스템에서 동작하는 STA을 레거시 STA(Legacy STA; L-STA)이라 한다. 또한 IEEE 802.11n을 기반으로 하는 HT 무선랜 시스템에서 HT를 지원할 수 있는 STA을 HT-STA이라 한다.

도 3의 부도면 (a)는 IEEE 802.11n이전의 기존 무선랜 시스템 표준인 IEEE 802.11a/b/g에서 사용되던 PPDU인 레거시 PPDU(Legacy PPDU; L-PPDU) 포맷을 나타낸다. 따라서, IEEE 802.11n 표준이 적용된 HT 무선랜 시스템에서 레거시 STA(L-STA)이 이와 같은 포맷을 가지는 L-PPDU를 송수신할 수 있다.

부도면 (a)를 참조하면 L-PPDU(310)는 L-STF(311), L-LTF(312), L-SIG 필드(313) 및 데이터 필드(314)를 포함한다.

L-STF(311)은 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(Automatic Gain Control) 컨버전스(convergence), 거친(coarse) 주파수 획득 등에 사용한다.

L-LTF(312)는 주파수 오프셋(frequency offset) 및 채널 추정(channel estimation)에 사용한다.

L-SIG 필드(313)는 데이터 필드(314)를 복조(demodulation) 및 디코딩(decoding)하기 위한 제어 정보를 포함한다.

부도면 (b)는 L-STA과 HT-STA이 공존할 수 있도록 하는 HT 혼합(HT-mixed) PPDU 포맷의 블록도이다. 부도면 (b)를 참조하면 HT 혼합 PPDU(320)는 L-STF(321), L-LTF(322), L-SIG(323), HT-SIG(324), HT-STF(325) 및 복수의 HT-LTF(326) 및 데이터 필드(327)를 포함한다.

L-STF(321), L-LTF(322) 및 L-SIG 필드(323)는 부도면 (a)의 도면부호 311, 312 및 313가 가리키는 것과 각각 동일하다. 따라서, L-STA은 HT 혼합 PPDU(320)를 수신하여도 L-LTF(322), L-LTF(322) 및 L-SIG(323)을 통해 데이터 필드를 해석할 수 있다. 다만 L-LTF 필드(323)는 HT-STA이 HT 혼합 PPDU(320)를 수신하고 L-SIG 필드(323), HT-SIG(324) 및 HT-STF(325)를 해독하기 위해 수행할 채널 추정을 위한 정보를 더 포함할 수 있다.

HT-STA은 L-SIG(323)의 뒤에 나오는 HT-SIG(324)를 통하여 HT 혼합 PPDU(320)이 자신을 위한 PPDU임을 알 수 있으며, 이를 기반으로 데이터 필드(327)를 복조하고 디코딩할 수 있다.

HT-STF(325)는 HT-STA을 위한 프레임 타이밍 동기, AGC 컨버전스 등을 위해 사용될 수 있다.

HT-LTF(326)는 데이터 필드(327)의 복조를 위한 채널 추정에 사용될 수 있다. IEEE 802.11n은 SU-MIMO를 지원하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 위해 HT-LTF(326)는 복수로 구성될 수 있다.

HT-LTF(326)는 공간 스트림에 대한 채널 추정을 위하여 사용되는 Data HT-LTF와 풀 채널 사운딩(full channel sounding)을 위해 추가적으로 사용되는 확장 HT-LTF(extension HT-LTF) 로 구성될 수 있다. 따라서, 복수의 HT-LTF(326)는 전송되는 공간 스트림의 개수보다 같거나 많을 수 있다.

HT-혼합 PPDU(320)은 L-STA도 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하기 위해 L-STF(321), L-LTF(322) 및 L-SIG 필드(323)가 가장 먼저 전송된다. 이후 HT-STA을 위하여 전송되는 데이터의 복조 및 디코딩을 위해 HT-SIG 필드(324)가 전송된다.

HT-SIG 필드(324)까지는 빔포밍을 수행하지 않고 전송하여 L-STA 및 HT-STA이 해당 PPDU를 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하고, 이 후 전송되는 HT-STF(325), HT-LTF(326) 및 데이터 필드(327)는 프리코딩을 통한 무선 신호 전송이 수행 된다. 여기서 프리코딩을 하여 수신하는 STA에서 프리코딩에 의한 전력이 가변 되는 부분을 감안할 수 있도록 HT-STF(325)를 전송하고 그 이후에 복수의 HT-LTF(326) 및 데이터 필드(327)를 전송한다.

HT 무선랜 시스템에서 20MHz를 사용하는 HT-STA이 OFDM 심볼당 52개의 데이터 부반송파를 사용할지라도 같은 20MHz를 사용하는 L-STA은 여전히 OFDM 심볼당 48개의 데이터 부반송파를 사용한다. 기존 시스템과 호환(backward compatibility)을 지원하기 위해 HT 혼합 PPDU(320) 포맷에서 HT-SIG 필드(324)는 L-LTF(322)를 이용하여 디코딩 되기 때문에, HT-SIG 필드(324)는 48 × 2개의 데이터 부반송파로 구성된다. 이후 HT-STF(325), HT-LTF(426)는 OFDM 심볼 당 52개의 데이터 부반송파로 구성 된다. 그 결과 HT-SIG 필드(324)는 1/2, BPSK(Binary Phase Shift Keying)로 지원되기 때문에 각 HT-SIG 필드(324)는 24 비트로 구성되어 있어 총 48비트로 전송된다. 즉 L-SIG 필드(323)와 HT-SIG 필드(324)를 위한 채널 추정은 L-LTF(322)를 이용하며 L-LTF(322)를 구성하는 비트열은 하기 수학식 1과 같이 표현된다. L-LTF(322)는 한 심볼당 DC 부반송파를 제외한 48개의 데이터 부반송파로 구성된다.

부도면 (c)는 HT-STA만이 사용할 수 있는 HT-Greenfield PPDU(330) 포맷을 나타내는 블록도이다. 부도면 (c)를 참조하면 HT-GF PPDU(330)는 HT-GF-STF(331), HT-LTF1(332), HT-SIG(333), 복수의 HT-LTF2(334) 및 데이터 필드(335)를 포함한다.

HT-GF-STF(331)는 프레임 타이밍 획득 및 AGC를 위해 사용된다.

HT-LTF1(332)는 채널 추정을 위해 사용된다.

HT-SIG(333)는 데이터 필드(335)의 복조 및 디코딩을 위해 사용된다.

HT-LTF2(334)는 데이터 필드(335)의 복조를 위한 채널 추정에 사용된다. 마찬가지로 HT-STA은 SU-MIMO를 사용하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 요하므로 HT-LTF(326)는 복수로 구성될 수 있다.

복수의 HT-LTF2(334)는 HT 혼합 PPDU(320)의 HT-LTF(326)와 마찬가지로 복수의 Data HT-LTF와 복수의 확장 HT-LTF로 구성될 수 있다.

부도면 (a), (b) 및 (c)에 도시된 각각의 데이터 필드(314, 327, 335)는 각각 서비스(service) 필드, 스크램블된 PSDU, 꼬리 비트 및 패딩 비트를 포함할 수 있다. 서비스 필드는 스크램블러를 초기화하기 위해 사용될수 있다. 서비스 필드는 16비트로 설정될 수 있다. 이 경우 스크램블러 초기화를 위한 비트는 7비트로 구현될 수 있다. 꼬리 필드는 컨벌루션(conbolution) 인코더를 0인 상태로 되돌리는데 필요한 비트 시퀀스로 구성될 수 있다. 꼬리 필든느 전송될 데이터를 인코딩하는데 사용된 BCC(Binary Convolutional Code) 인코더의 개수에 비례하는 비트 사이즈를 할당 받을 수 있으며, 보다 상세하게는 BCC 개수당 6비트를 가지도록 구현될 수 있다.

도 4는 VHT를 지원하는 무선랜 시스템에서 사용되는 PPDU 포맷의 일례를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, PPDU(400)는 L-STF(410), L-LTF(420), L-SIG 필드(430), VHT-SIGA 필드(440), VHT-STF(450), VHT-LTF(460), VHT-SIGB 필드(470) 및 데이터 필드(480)를 포함할 수 있다.

PHY를 구성하는 PLCP 부계층은 MAC 계층으로부터 전달 받은 PSDU에 필요한 정보를 더하여 데이터 필드(480)로 변환하고 L-STF(410), L-LTF(420), L-SIG 필드(430), VHT-SIGA 필드(440), VHT-STF(450), VHT-LTF(460), VHT-SIGB(470) 등의 필드를 더하여 PPDU(400)를 생성하고 PHY를 구성하는 PMD 부계층을 통해 하나 또는 그 이상의 STA에게 전송한다. PLCP 부계층이 PPDU를 생성하는데 필요한 제어 정보와 PPDU에 포함시켜 전송하여 수신 STA이 PPDU를 해석하는데 사용되는 제어 정보는 MAC 계층으로부터 전달 받은 TXVECTOR 파라미터로부터 제공된다.

L-STF(410)는 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), AGC(Automatic Gain Control) 컨버전스(convergence), 거친(coarse) 주파수 획득 등에 사용된다.

L-LTF(420)는 L-SIG 필드(430) 및 VHT-SIGA 필드(440)의 복조를 위한 채널 추정에 사용한다.

L-SIG 필드(430)는L-STA이 PPDU(400)를 수신하고 이를 해석하여 데이터를 획득하는데 사용된다. L-SIG 필드(430)는 레이트(rate) 서브 필드, 길이(length) 서브 필드, 패리티 비트 및 꼬리(tail) 필드를 포함한다. 레이트 서브 필드는 현재 전송될 데이터에 대한 비트 레이트(bit rate)를 지시하는 값으로 설정된다.

길이 서브 필드는 MAC 계층이 PHY 계층에게 전송할 것을 요청하는 PSDU의 옥텟 길이를 지시하는 값으로 설정된다. 이 때 PSDU의 옥텟 길이의 정보와 관련된 파라미터인 L_LENGTH 파라미터는 전송 시간과 관련된 파라미터인 TXTIME 파라미터를 기반으로 결정된다. TXTIME은 MAC 계층이 PSDU(physical service data unit)의 전송을 위해 요청한 전송 시간에 대응하여 PHY 계층이 PSDU를 포함하는 PPDU 전송을 위해 결정한 전송 시간을 나타낸다. 따라서, L_LENGTH 파라미터는 시간과 관련된 파라미터 이므로 L-SIG 필드(430)에 포함된 길이 서브 필드는 전송 시간과 관련된 정보를 포함하게 된다.

VHT-SIGA 필드(440)는 PPDU를 수신하는 STA들이 PPDU(400)를 해석하기 위해 필요한 제어 정보(control information, 또는 시그널 정보(signal information))를 포함하고 있다. VHT-SIGA 필드(440)는 두 개의 OFDM 심볼로 전송된다. 이에 따라 VHT-SIGA 필드(440)는 VHT-SIGA1 필드 및 VHT-SIGA2 필드로 나뉘어질 수 있다. VHT-SIGA1 필드는 PPDU 전송을 위해 사용되는 채널 대역폭 정보, STBC(Space Time Block Coding)를 사용하는지 여부와 관련된 식별 정보, SU 또는 MU-MIMO 중에서 PPDU가 전송되는 방식을 지시하는 정보, 전송 방법이 MU-MIMO라면 AP와 MU-MIMO 페어링된 복수의 STA인 전송 대상 STA 그룹을 지시하는 정보 및 상기 전송 대상 STA 그룹에 포함된 각각의 STA에 할당된 공간 스트림에 대한 정보를 포함한다. VHT-SIGA2 필드는 짧은 GI(short Guard Interval) 관련 정보를 포함한다.

MIMO 전송 방식을 지시하는 정보 및 전송 대상 STA 그룹을 지시하는 정보는 하나의 MIMO지시 정보로 구현될 수 있으며, 그 일례로 그룹 ID로 구현될 수 있다. 그룹 ID는 특정 범위를 가지는 값으로 설정될 수 있으며, 범위 중 특정 값은 SU-MIMO 전송 기법을 지시하며, 그 이외의 값은 MU-MIMO 전송 기법으로 PPDU(400)가 전송되는 경우 해당 전송 대상 STA 그룹에 대한 식별자로 사용될 수 있다.

그룹 ID가 해당 PPDU(400)가 SU-MIMO 전송 기법을 통해 전송됨을 지시하면, VHT-SIGA2 필드는 데이터 필드에 적용된 코딩 기법이 BCC(Binary Convolution Coding)인지 또는 LDPC(Low Density Parity Check) 코딩인지를 지시하는 코딩 지시 정보와, 전송자-수신자간 채널에 대한 MCS(modulation coding scheme) 정보를 포함한다. 또한, VHT-SIGA2 필드는 PPDU의 전송 대상 STA의 AID 및/또는 상기 AID의 일부 비트 시퀀스를 포함하는 부분 AID(partial AID)을 포함할 수 있다.

그룹 ID가 해당 PPDU(400)가 MU-MIMO 전송 기법을 통해 전송됨을 지시하면, VHT-SIGA 필드(440)는 MU-MIMO 페어링된 수신 STA들에게 전송이 의도되는 데이터 필드에 적용된 코딩 기법이 BCC 인지 또는 LDPC 코딩인지를 지시하는 코딩 지시 정보가 포함된다. 이 경우 각 수신 STA에 대한 MCS(modulation coding scheme) 정보는 VHT-SIGB 필드(470)에 포함될 수 있다.

VHT-STF(450)는 MIMO 전송에 있어서 AGC 추정의 성능을 개선하기 위해 사용된다.

VHT-LTF(460)는 STA이 MIMO 채널을 추정하는데 사용된다. 차세대 무선랜 시스템은 MU-MIMO를 지원하기 때문에 VHT-LTF(460)는 PPDU(400)가 전송되는 공간 스트림의 개수만큼 설정될 수 있다. 추가적으로, 풀 채널 사운딩(full channel sounding)이 지원되며 이가 수행될 경우 VHT LTF의 수는 더 많아질 수 있다.

VHT-SIGB 필드(470)는 MIMO 페어링된 복수의 STA이 PPDU(400)를 수신하여 데이터를 획득하는데 필요한 전용 제어 정보를 포함한다. 따라서 VHT-SIGA필드(440)에 포함된 제어 정보가 현재 수신된 PPDU(400)가 MU-MIMO 전송 된 것이라 지시한 경우에만 STA은 VHT-SIGB 필드(470)를 디코딩(decoding)하도록 설계될 수 있다. 반대로, VHT-SIGA 필드(440)에 포함된 제어 정보가 현재 수신된 PPDU(400)는 단일 STA을 위한 것(SU-MIMO를 포함)임을 가리킬 경우 STA은 VHT-SIGB 필드(470)를 디코딩하지 않도록 설계될 수 있다.

VHT-SIGB 필드(470)는 각 STA들에 대한 MCS(modulation and coding scheme)에 대한 정보 및 레이트 매칭(rate-matching)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 각 STA들을 위한 데이터 필드에 포함된 PSDU 길이를 지시하는 정보를 포함할 수 있다. PSDU의 길이를 지시하는 정보는 PSDU의 비트 시퀀스의 길이를 지시하는 정보로 옥테트 단위로 지시할 수 있다. 한편, PPDU가 SU 전송되는 경우, MCS에 대한 정보는 VHT-SIGA 필드(440)에 포함되기 때문에 VHT-SIGB 필드(470)에는 포함되지 않을 수 있다. VHT-SIGB 필드(470)의 크기는 MIMO 전송의 유형(MU-MIMO 또는 SU-MIMO) 및 PPDU 전송을 위해 사용하는 채널 대역폭에 따라 다를 수 있다.

데이터 필드(480)는 STA으로 전송이 의도되는 데이터를 포함한다. 데이터 필드(480)는 MAC 계층에서의 MPDU(MAC Protocol Data Unit)가 전달된 PSDU(PLCP Service Data Unit)과 스크램블러를 초기화 하기 위한 서비스(service) 필드, 컨볼루션(convolution) 인코더를 영 상태(zero state)로 되돌리는데 필요한 비트 시퀀스를 포함하는 꼬리(tail) 필드 및 데이터 필드의 길이를 규격화 하기 위한 패딩 비트들을 포함한다. MU 전송인 경우, 각 STA으로 전송되는 데이터 필드(480)에 각각 전송이 의도되는 데이터 유닛이 포함될 수 있으며, 데이터 유닛은 A-MPDU(aggregate MPDU)일 수 있다.

도 1과 같이 주어진 무선랜 시스템에서 AP(10)가 STA1(21), STA2(22) 및 STA3(23)에게 데이터를 전송하고자 하는 경우, STA1(21), STA2(22), STA3(23) 및 STA4(24)를 포함하는 STA 그룹으로 PPDU를 전송할 수 있다. 이 경우 도 4와 같이 STA4(24)에게 할당된 공간 스트림은 없도록 할당할 수 있으며, STA1(21), STA2(22) 및 STA3(23) 각각에게 특정 개수의 공간 스트림을 할당하고 이에 따라 데이터를 전송할 수 있다. 도 4와 같은 예시에 있어서 STA1(21)에게는 1개의 공간 스트림, STA2(22)에게는 3개의 공간 스트림, STA3(23)에게는 2개의 공간 스트림이 할당되어 있음을 알 수 있다.

다중 안테나를 이용하여 MIMO 전송 기법을 지원하는 무선랜 시스템의 특징은 여러 개의 공간 스트림을 전송함으로써 시스템의 처리율을 향상시킬 수 있다는 것이다. 복수의 STA이 존재하는 상황에서 데이터 전송을 하고자 하는 특정 STA으로의 빔포밍(beamforming)이 요구되며, 이를 통해 채널 사운딩(channel sounding)을 통한 채널 상태 정보(Channel State Information)가 피드백된다.

무선랜 시스템에서는 두 가지 타입의 채널 사운딩 방법을 제공한다. 한가지는 데이터 필드를 포함하는 PPDU를 기반으로 하는 방법이고, 다른 한가지는 데이터 필드를 포함하지 않는 PPDU 포맷을 가지는 NDP(Null Data Packet)를 기반으로 하는 방법이다. NDP를 기반으로 채널 사운딩을 수행하려는 경우, NDP를 전송할 것임을 알리는 NDP 알림을 지시하는 PPDU가 먼저 전송되어야 한다. 이는 PPDU의 HT 제어 필드에 NDP 알림을 지시하는 시그널링 정보를 포함시켜 전송하거나 또는 별도로 정의된 NDPA(Null Data Packet Announcement) 프레임을 전송하는 것으로 구현될 수 있다.

도 5는 차세대 무선랜 시스템에서 NDP를 이용한 채널 사운딩 방법을 나타내는 도면이다. 본 예시에서 AP는 3개의 전송 대상 STA으로 데이터로 전송하기 위하여 3개의 전송 대상 STA에 대하여 채널 사운딩을 수행한다. 다만 AP는 하나의 STA에 대하여 채널 사운딩을 수행할 수도 있다.

도 5를 참조하면, AP는 STA1, STA2, STA3에게 NDPA 프레임을 전송한다(S510). NDPA 프레임은 채널 사운딩이 개시되고 NDP가 전송될 것임을 알린다. NDPA 프레임은 사운딩 알림 프레임(sounding announcement frame)이라 불리울 수 있다.

NDPA 프레임은 채널을 추정하고 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 AP에게 전송할 STA을 식별하기 위한 정보를 포함한다. 즉 STA은 NDPA 프레임의 수신을 통해 채널 사운딩에 참가하는 STA인지 여부를 결정한다. 이에 따라, AP는 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 NDP 에 대응하여 피드백 프레임을 전송할 STA을 식별하기 위한 정보를 알려주기 위함이다. MU-MIMO 채널 사운딩을 위하여 적어도 하나 이상의 대상 STA으로 NDPA 프레임을 전송하는 경우, AP는 NDPA 프레임을 브로드캐스팅 한다. 반면, SU-MIMO 채널 사운딩을 위하여 하나의 대상 STA으로 NDPA 프레임을 전송하는 경우, AP는 NDPA 프레임의 수신자 주소 정보를 해당 대상 STA의 MAC 주소로 설정하고 유니캐스트(unicast)로 전송할 수 있다.

하기 표 2는 NDPA 프레임에 포함되는 STA 정보 필드 포맷의 일례를 나타낸다.

상기 표 1에 있어서, Nc는 NDP를 수신하고 이에 대한 응답으로 사운딩 대상 STA이 AP로 전송하는 피드백 정보 중 빔포밍 피드백 행렬(beamforming feedback matrices)의 열(column) 개수를 지시한다.

NDPA 프레임을 수신한 STA들은 STA 정보 필드에 포함된 AID 서브 필드 값을 확인하고, 자신이 사운딩 대상 STA인지 여부를 확인할 수 있다. 도 5와 같은 실시예에서 NDPA 프레임에는 STA1의 AID를 포함하는 STA 정보 필드, STA2의 AID를 포함하는 STA 정보 필드 및 STA3의 AID를 포함하는 STA 정보 필드가 포함될 수 있다.

AP는 NDPA 프레임 전송에 이어 NDP를 대상 STA으로 전송한다(S520). NDP는 도 4와 같은 PPDU 포맷에서 데이터 필드가 생략된 포맷을 가질 수 있다. NDP 프레임은 AP에 의하여 특정 프리코딩 행렬(precoding matrix)를 기반으로 프리코딩(precoding)되고, 사운딩 대상 STA으로 전송된다. 따라서, 사운딩 대상 STA들은 NDP의 VHT-LTF 를 기반으로 채널을 추정하고 채널 상태 정보를 획득한다.

NDP 전송시 NDP에 포함된 제어 정보로서, 데이터 필드에 포함된 PSDU 길이, 또는 상기 PSDU에 포함된 A-MPDU(Aggregate-MAC protocol data unit)의 길이를 지시하는 길이 정보는 0으로 설정되고, NDP의 전송 대상 STA의 수를 지시하는 정보는 1로 설정된다. NDP 전송을 위해 사용된 전송 기법이 MU-MIMO 인지 SU-MIMO 인지를 지시하고 전송 대상 STA 그룹을 지시하는 그룹 ID는 SU-MIMO 전송을 지시하는 값으로 설정된다. 전송 대상 STA에게 할당되는 공간 스트림 개수를 지시하는 정보는 MU-MIMO 또는 SU-MIMO를 통해 전송 대상 STA에게 전송되는 공간 스트림의 개수를 지시하도록 설정된다. NDP 전송을 위해 사용되는 채널 대역폭 정보는 NDPA 프레임 전송을 위해 사용된 대역폭 값으로 설정될 수 있다.

STA1은 피드백 프레임을 AP에게 전송한다(S531). 피드백 프레임 전송에 사용되는 채널 대역폭 정보는 NDPA 프레임 전송을 위해 사용된 채널 대역폭 보다 좁거나 같게 설정될 수 있다.

AP는 STA1로부터 피드백 프레임을 수신 한 후 피드백 폴 프레임(feedback poll frame)을 STA2에게 전송한다(S541). 피드백 폴 프레임은 수신 STA으로 하여금 피드백 프레임 전송을 요청하기 위한 프레임이다. 피드백 폴 프레임은 피드팩 프레임 전송을 요청할 STA에게 유니캐스트 방식으로 전송된다. 피드백 폴 프레임을 수신한 STA2는 AP에게 피드백 프레임을 전송한다(S532). 이어 AP는 STA3에게 피드백 폴 프레임을 전송하고(S542), STA3은 피드백 폴 프레임에 대응하여 피드백 프레임을 AP에게 전송한다(S533).

무선랜 시스템에서 데이터를 전송하는 채널 대역폭은 다양할 수 있다. 다양한 대역폭에 대하여 채널을 추정하기 위하여 다양한 대역폭에 대한 채널 정보를 피드백할 수 있다. VHT 무선랜 시스템에서는 20MHz, 40MHz, 80MHz, 연속적인 160MHz(contiguous 160Mhz) 및 불연속적인 160(80+80)MHz(noncontiguous 160Mhz) 대역폭을 지원한다. 따라서, 각 대역폭에 대한 채널 정보를 피드백 하므로 채널 피드백 정보가 많아질 수 있다.

본 발명에서 STA에 의해 수행되는 채널 추정에 따른 채널 상태 정보는 STA이 AP로 전송하는 피드백 프레임에 포함되어 전송된다. 피드백 프레임의 채널 상태 정보는 채널 정보 필드 및 채널 정보 제어 필드로 구현될 수 있다. 하기 표 3 및 표 4는 채널 정보 제어 필드 및 채널 정보 필드의 포맷을 나타낸다.

표 4에 기재된 채널 정보 필드의 정보들은 표 3에 기재된 채널 제어 필드에 포함된 정보를 기반으로 해석될 수 있다.

한편, 최근 스마트 그리드(smart grid), e-Health, 유비쿼터스와 같은 다양한 통신 서비스들이 등장하면서 이를 지원하기 위한 M2M(Machine to Machine) 기술이 각광받고 있다. 온도 습도 등을 감지하는 센서와, 카메라, TV 등의 가전 제품, 공장의 공정 기계, 자동차 같은 대형 기계들까지 M2M 시스템을 구성하는 하나의 요소가 될 수 있다. M2M 시스템을 구성하는 요소들은 무선랜 통신을 기반으로 하여 데이터를 송수신할 수 있다. M2M 시스템을 구성하는 장치들이 무선랜을 지원하며 네트워크를 구성한 경우 이를 이하에서 M2M 무선랜 시스템이라 한다.

M2M을 지원하는 무선랜 시스템의 특성은 아래와 같다.

1) 많은 STA의 수 : M2M은 기존의 네트워크와 달리 많은 수의 STA이 BSS 내에 존재함을 가정한다. 개인이 소유한 장치뿐만 아니라 집, 회사 등에 설치된 센서 등을 모두 고려하기 때문이다. 따라서 하나의 AP에 상당히 많은 수의 STA이 접속될 수 있다.

2) 각 STA당 낮은 트래픽 부하(traffic load): M2M 시스템에서 STA은 주변의 정보를 수집하여 보고하는 트래픽 패턴을 가지기 때문에 자주 보낼 필요가 없고 그 정보의 양도 적은 편이다.

3) 상향 링크(uplink) 중심의 통신: M2M은 주로 하향 링크(downlink)로 명령을 수신하여 행동을 취한 후 결과 데이터를 상향링크로 보고하는 구조를 가진다. 주요 데이터는 일반적으로 상향링크로 전송되므로 M2M을 지원하는 시스템에서는 상향 링크가 중심이 된다.

4) STA의 파워 관리: M2M 단말은 주로 배터리로 동작하며 사용자가 자주 충전하기 어려운 경우가 많다. 따라서 배터리 소모를 최소화하기 위한 파워 관리 방법이 요구된다.

5) 자동 복구 기능: M2M 시스템을 구성하는 장치는 특정 상황에서 사람이 직접 조작하기 힘들기 때문에 스스로 복구하는 기능이 필요하다.

이러한 특성을 가지는 M2M 통신을 하나의 사용예(use case)로 하는 무선랜 표준이 논의되고 있다. M2M 무선랜 시스템의 두드러진 특징은 TV WS를 제외한 1GHz 이하의 비면허 대역에서 기존 실내 중심의 무선랜에 비해 월등히 넓은 커버리지(예를 들어, 1km 까지)를 갖는다는 점이다. 즉, 기존의 무선랜 시스템에서 2.4GHz 또는 5GHz 대역을 사용한 것과 달리 700∼900MHz로 대표되는 1GHz 이하의 대역에서 무선랜 시스템이 운용되는 경우, 해당 대역의 전파 특성으로 인하여 동일 전송 파워 대비 AP의 커버리지가 2∼3배 가량 확장된다. 이 경우, 한 AP당 매우 많은 수의 STA들이 접속할 수 있다는 특징을 가진다. M2M 무선랜 시스템에서 고려하고 있는 사용예는 이하와 같다.

사용예 1: 센서 및 계량기(sensors and meters)

1a: 스마트 그리드 - 폴링을 위한 계량기(meter to pole)

1c: 환경에 대한/농업에 대한 모니터링(environmental/agricultural monitoring)

1d: 산업 프로세스 센서(industrial process sensors)

1e: 헬스케어(healthcare)

1f: 헬스케어(healthcare)

1g: 가정/빌딩 자동화(home/building automation)

1h: 가정 센서(home sensors)

사용예 2: 백홀 센서 및 계량 데이터(backhaul sensor and meter data)

센서의 백홀 집합(backhaul aggregation of sensors)

산업 센서의 백홀 집합(backhaul aggregation of industrial sensors)

사용예 3: 확장된 범위의 Wi-Fi(extended range Wi-Fi)

실외 확장된 범위의 핫스팟(outdoor extended range hotspot)

셀룰러 트래픽 오프로딩을 위한 실외 Wi-Fi(outdoor Wi-Fi for cellular traffic offloading)

상기 사용예 1인 센서 및 계량기의 경우가 앞에서 언급한 M2M 지원 무선랜 통신에 관한 대표적인 사용예에 해당될 수 있다. 이에 따르면, 다양한 종류의 센서 장치들이 무선랜 AP에 접속되어 M2M 기반 통신을 할 수 있다. 특히, 스마트그리드의 경우 최대 6000개의 센서 장치들이 하나의 AP에 접속할 수 있다.

사용예 2인 백홀 센서 및 계량기 데이터의 경우는 넓은 커버리지를 제공하는 AP가 IEEE 802.15.4g와 같은 다른 시스템의 백홀 링크 역할을 하는 경우이다.

사용예 3은 확장된 가정 커버리지(extended home coverage), 캠퍼스 와이드 커버리지(campus wide coverage), 쇼핑몰(shopping mall)과 같은 실외 확장된 범위 핫스팟 통신을 목적으로 하는 경우와, AP가 셀룰러 모바일 통신의 트래픽 오프로딩을 지원함으로써 과부화된 셀룰러 트래픽을 분산시키고자 하는 경우를 목표로 하는 사용예이다.

도 6은 각 국가별/지역별 대역 계획에 따른 M2M 무선랜 시스템의 채널화(channelization)의 예시를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 각 국가별/지역별로 1GHz 이하 대역에서의 가용 주파수 대역이 서로 상이하므로 다양한 형태의 채널화가 적용될 수 있음을 알 수 있다. 가장 가용 주파수 대역이 큰 미국의 경우에도 도 6과 같이 최소 대역폭을 1MHz로 할 경우 최대 16MHz 채널 대역폭까지 사용가능함을 알 수 있다. 이와 같이 M2M 무선랜 시스템에서는 기존의 무선랜 시스템 대비 매우 작은 채널 대역폭을 사용하여 데이터를 송수신하게 된다.

한편 M2M 무선랜 시스템과 같이 AP에 의해 서비스가 제공되는 BSS가 넓은 커버리지를 가지고 다수의 STA이 AP에 접속될 수 있는 환경에서는 도 6과 같은 제한된 스펙트럼을 최대로 활용하기 위해서 협대역 채널 전송(narrow channel transmission)이 효과적일 수 있다. 그러나 전체 BSS를 단일 협대역 채널로 운영하는 것은 간섭(interference) 및 페이딩 위험(fading risk)을 가중시킬 수 있다.

무선랜 시스템과 같이 협대역 주파수 환경에서는 주파수 선택 채널 접근(frequency selective channel access) 메커니즘이 요구될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 M2M 무선랜 시스템의 협대역 주파수 환경에서 주파수 선택 채널 접근 메커니즘의 개념을 나타내는 도면이다.

주파수 선택 채널 접근은 서브 채널별로 SNR(Signal to Noise Ratio)에 큰 차이를 보이는 경우, SNR이 가장 좋은 서브 채널을 선택하여 전송하는 것을 의미한다.

도 7을 참조하면, 채널 N은 2MHz 서브 채널 4개를 포함하는 8MHz 채널에 해당된다. 4개의 서브 채널 각각에 대하여 SNR이 큰 차이를 가짐을 알 수 있다. 이 경우, SNR이 가장 높은 서브 채널 1을 사용하여 PPDU를 전송하는 것이 바람직함을 알 수 있다. M2M 무선랜 시스템에서는

이와 같은 주파수 선택 채널 접근을 기반으로 하는 송수신 방법이 무선랜 시스템에 적용되기 위해서, 복수의 서브 채널들 중에서 SNR이 가장 높은 서브 채널을 선택하는 절차가 요구된다. 구체적으로, 각 STA이 서브 채널별 채널 품질을 AP로 보고해주고, AP가 STA별 최선의 채널을 선택적으로 할당해줄 수 있는 과정이 요구된다.

이에 본 발명에서는, BSS는 상대적으로 더 큰 BSS 대역폭으로 운영되는 환경에서, AP는 각 STA으로 데이터 프레임을 전송하기 위하여 최선의 가용한 서브 채널을 할당하고 데이터 프레임을 적어도 하나 이상의 STA에게 전송하는 방법을 제안한다. 적어도 하나의 STA으로 데이터 프레임을 전송하는 것은 DL-FDMA(Down Link-Frequency Division Multiple Access) 타입으로 데이터 프레임을 전송하는 것일 수 있다. 즉, DL 트래픽은 AP로부터 모든 서브 채널에 걸쳐서 DL-FDMA형태로 전송될 수 있으나, STA은 특정 할당받은 서브 채널로 UL 트래픽을 위한 프레임을 전송하는 방식이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 사용하는 채널의 예시를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 각각의 서브 채널인 CH1, CH2, CH3 또는 CH4는 그 자체로 서로 다른 2MHz 채널을 지칭하는 것일 수 있다. 또한, 일례로, CH1 ＆ CH2는 상기 CH1 및 CH2를 합친 4MHz 채널을 지칭하는 것이다. CH1 ＆ CH2 ＆ CH3 ＆ CH4는 상기 CH1 내지 CH4를 모두 합친 8MHz 채널을 지칭하는 것이다. 도 8에 도시된 채널의 사용예는 이하 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 편의를 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명에서 제안하는 DL-FDMA 메커니즘은 일반적인 다른 채널화에 대해서도 확장 적용할 수 있다. 특히, 비연속적인 채널(non-contiguous channel)에 대해서도 지칭하는 서브 채널들이 비 연속적일 뿐 그대로 사용될 수 있다. 예를 들어, CH1 ＆ CH3의 비 연속적인 4MHz 채널에 대해서도 본 발명에서 제안하는 DL-FDMA 전송이 가능할 수 있다.

이하에서는 위와 같은 채널 상황에서 DL-FDMA를 기반으로 하는 프레임 송수신 방법에 대하여 상술하도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 DL-FDMA 기반 프레임 송수신 방법을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, AP는 8MHz 전체 대역에 대하여 채널 접근을 위한 경쟁(contention)을 수행하고 해당하는 대역에 대한 접근 권한을 획득한다.

AP는 NDP 전송을 알리는 NDPA 프레임을 전송한다(S910). NDPA 프레임은 2MHz 서브 채널 단위로 4개의 복제된 PPDU 포맷(duplicated PPDU format)으로 전송된다. 도 5에서 상술한 NDP 기반의 채널 사운딩 방법에서와 같이, NDPA 프레임은 채널을 추정하고 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 AP에게 전송할 STA을 식별하기 위한 정보를 포함한다. 즉 NDP에 대해 응답을 해야하는 STA들을 지시하는 정보가 포함된다. STA들을 지시하는 정보는 STA들이 그룹화되어 해당 그룹을 지시하는 지시자 또는 개별 STA을 지시하는 지시자들이 포함될 수 있다. 개별 STA을 지시하는 지시자는 해당 STA의 AID의 일부 또는 전부일 수 있다.

AP는 NDPA 프레임에 이어 NDP 프레임을 전송한다(S920). NDP도 NDPA와 마찬가지로 2MHz 서브 채널 단위로 4개의 복제된 PPDU 포맷으로 전송된다. 각 STA은 NDP를 기반으로 채널 상태 정보를 추정하여 획득할 수 있다.

NDP 전송이 끝나면 SIFS(Short InterFrame Space)와 같은 특정 구간 경과 후 NDP에 대하여 첫 번째로 응답하기로 되어있는 STA1이 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 AP에게 전송한다(S932). 피드백 프레임을 통해 AP로 전달되는 채널 상태 정보는 전술한 표 3 및 표 4와 같이 구현될 수 있다. 채널 상태 정보는 각 서브캐리어 인덱스별 빔포밍 피드백 행렬 V에 대한 정보 및 각 공간 스트림별 평균 SNR 에 대한 정보를 포함하여 전달된다. 또한 채널 상태 정보는 2MHz 서브 채널별로 채널 관련 정보가 포함될 수 있다. 즉 2MHz 서브 채널별로 평균 SNR 값과 관련된 정보가 포함될 수 있다.

피드백 프레임을 AP가 수신하면, AP는 STA1로부터 수신한 피드백 프레임에 포함된 채널 상태 정보를 기반으로 STA1에게 데이터 프레임 전송을 위해 사용할 채널을 결정할 수 있다. AP는 STA1에 의하여 추정된 SNR 값이 가장 높은 서브 채널을 STA1을 위해 할당할 것으로 결정할 수 있다. 또는 STA1에 의하여 추정된 SNR 값이 특정 임계값 이상인 서브 채널을 STA1을 위해 할당할 것으로 결정할 수 있다. 이하에서 STA2 내지 STA4로부터 피드백 프레임을 수신하고 해당 STA으로 할당할 서브 채널을 결정하는 것 역시 전술한 방법이 적용될 수 있다.

AP가 STA1로 데이터 프레임을 전송할 때 CH1 내지 CH4 모두를 사용하기로 결정한 경우, 다른 STA들(STA2, STA3 및/또는 STA4)로부터 피드백 프레임을 수신하기 위한 폴링은 수행하지 않을 수 있다.

STA1로 CH1 내지 CH4 중 특정 서브 채널을 사용하여 데이터 프레임을 전송하기로 한 경우 AP는 피드백 폴 프레임 전송을 통한 폴링을 수행할 수 있다. AP는 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 전송할 것을 요청하는 피드백 폴 프레임을 STA2에게 전송한다(S941). STA2는 피드백 폴 프레임에 대한 응답으로 피드백 프레임을 AP로 전송한다(S942).

AP는 STA1에게 할당된 서브 채널 이외의 서브 채널 모두를 STA2에게 할당하여 데이터 프레임을 전송하기로 결정한 경우 폴링을 종료할 수 있다. 다만 일부 서브 채널을 할당하여 데이터 프레임을 전송하기로 결정한 경우, AP는 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 전송할 것을 요청하는 피드백 폴 프레임을 STA3에게 전송한다(S951). STA2는 피드백 폴 프레임에 대한 응답으로 피드백 프레임을 AP로 전송한다(S952).

AP는 STA1 및 STA2에게 할당된 서브 채널 이외의 서브 채널 모두를 STA3에게 할당하여 데이터 프레임을 전송하기로 결정한 경우 폴링을 종료할 수 있다. 반면, 일부 서브 채널을 할당하여 데이터 프레임을 전송하기로 결정한 경우, AP는 채널 상태 정보를 포함하는 피드백 프레임을 전송할 것을 요청하는 피드백 폴 프레임을 STA4에게 전송한다(S961). STA4는 피드백 폴 프레임에 대한 응답으로 피드백 프레임을 AP로 전송한다(S962).

AP에 의하여 전송되는 피드백 폴 프레임 및 각 STA에 의하여 전송되는 피드백 프레임은 NDPA 프레임 및 NDP가 전송된 전체 채널 대역을 통하여 전송될 수 있다. 피드백 폴 프레임 및 피드백 프레임은 80MHz PPDU로 전송되거나 또는 80MHz 복제된 PPDU 포맷으로 전송으로 전송될 수 있다.

위와 같은 방식을 통해서 특정 STA 그룹에 속해있는 각 STA으로 서브 채널을 할당하는 것은 다양하게 구현될 수 있다. 다만 본 실시예에서, STA1은 CH2, STA2는 CH4, STA3은 CH1, 그리고 STA4는 CH3을 할당 받는 상황을 가정한다.

AP는 각 STA을 위한 최선의 서브 채널을 결정한 후에 경쟁을 통해 8MHz의 전체 대역에 대한 접근 권한을 획득하고, DL-FDMA 전송 방식으로 PPDU를 STA1 내지 STA4에게 전송한다(S970). DL-FDMA 전송 방식으로 PPDU를 전송하는 것은, 각 STA으로 할당되어 있는 채널별로 서로 다른 데이터 프레임을 각 STA으로 전송하는 것이다. 각 STA으로 전송이 의도되는 데이터 프레임의 전송 길이가 일치 하지 않는 경우 길이가 가장 긴 데이터 프레임의 길이를 기준으로 PPDU의 길이가 맞춰진다. 즉, 특정 채널을 통해 특정 STA으로 전송이 의도되는 데이터 프레임의 길이가 기준이 되는 데이터 프레임의 길이보다 짧은 경우, 부족한 길이만큼 널 패딩(null padding)이 수행될 수 있다.

이와 같은 DL-FDMA PPDU의 프리앰블 부분에는 각 STA에게 어떠한 서브 채널이 할당되어있는지를 지시하는 서브 채널 할당 정보가 포함될 수 있다. 즉, 프리앰블 부분에서 이후 서브 채널별 데이터 프레임이 어느 STA에게 전송이 의도되는 데이터인지를 지시해 줌으로써, 이전에 NDP에 피드백 프레임으로 응답했던 STA들은 자신이 어느 서브 채널을 할당 받았는지 확인할 수 있다. 따라서, 이후에 각 STA들은 자신이 할당 받은 해당 서브 채널 부분만 디코딩하여 데이터를 획득할 수 있다.

서브 채널 할당 정보는 각 STA별로 할당된 3비트 시퀀스가 해당 STA이 어떠한 CH을 할당받았는지를 지시하는 것으로 구현될 수 있다. 구체적으로 서브 채널 할당 정보는 하기 표 5와 같이 구현될 수 있다.

위와 같이 구현된 채널 할당 정보 각 STA에 대하여 프리앰블에 포함되면 총 12비트의 비트 공간이 필요하다. 즉 STA들에 대한 채널 할당 정보는 프리앰블 내에 12비트 시퀀스로 구현될 수 있다. 다만, 위와 같은 채널 할당 정보의 구현은 일례에 불가하며 보다 다양하게 서브 채널을 할당하고자 하는 경우 각 STA에 대하여 보다 많은 비트가 할당될 수 있으며, 보다 심플하게 서브 채널을 할당하고자 하는 경우 보다 적은 비트가 할당될 수 있다. 또한 표 5의 채널 할당 예에 있어서 둘 이상의 서브 채널이 할당되는 경우 서브 채널들은 연속적인 특성을 가지지만 비 연속적인 채널들이 할당될 수도 있다.

PPDU 전송이 완료된 후 SIFS와 같은 특정 구간 후에 STA은 자신이 할당 받은 서브 채널을 통하여 ACK 프레임을 전송한다(S980). STA1 내지 STA4는 PPDU를 수신한 후에 ACK 프레임을 동시에 전송한다. 이를 통하여 DL-FDMA 전송 기법을 통한 PPDU 송수신이 종료된다. AP는 특정 STA으로부터 ACK을 수신받지 못한경우, 특정 STA에게 할당된 서브 채널을 통해 별도의 데이터 프레임 재전송이 이뤄질 수 있다.

한편, 위와 같은 DL-FDMA 전송 기법을 기반으로 하는 데이터 프레임 송수신 방법에서 STA으로 서브 채널을 할당하는 것은 위와 같이 채널 사운딩을 통한 방법 이외에도 가능할 수 있다. 도 9의 실시예에서 STA에게 할당하는 채널은 AP에 의하여 결정되지만, 이는 STA에 의해서 할당될 것이 요청되는 채널이 결정되고 해당 채널에 대하여정보가 AP에게 시그널링될 수도 있다. 이 경우 AP는 STA으로부터 수신한 채널 할당 정보를 기반으로 데이터 프레임을 전송할 수 있다.

각 STA으로 할당할 서브 채널을 결정하는 것은 RTS-CTS 프레임 교환을 통해서 구현될 수 있다. AP는 특정 STA에 대하여 전체 채널 대역을 통하여 RTS 프레임을 전송한다. RTS 프레임은 서브 채널 단위로 복제된 PPDU 포맷으로 전송될 수 있다. RTS 프레임을 수신한 STA은 SNR 값이 가장 높은 서브 채널 또는 특정 SNR 임계값을 초과하는 하나 이상의 서브 채널에 대하여 AP에게 시그널링 할 수 있다. 이를 위하여 STA은 복제된 PPDU 포맷의 CTS 프레임을 AP에게 전송한다. STA에 의하여 할당이 요청되는 서브 채널로 전송되는 개별 CTS 프레임은 해당 서브 채널이 STA에 의하여 할당이 요청된 서브 프레임임을 지시하는 정보와 함께 전송될 수 있다. 상기 지시 정보는 할당이 요청되었는지 여부를 지시하는 1비트의 지시 비트로 구현될 수 있다. 상기 지시 정보는 상기 개별 CTS 프레임이 스크램블링되는 기반이되는 초기 스크램블링 시퀀스 내에 포함될 수 있다.

AP는 하나 또는 그 이상의 STA에 대하여 RTS-CTS 프레임 교환 과정을 수행할 수 있다. 따라서, AP는 하나 또는 그 이상의 STA으로부터 할당이 요청되는 서브 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다. AP는 획득된 정보를 기반으로 각 STA으로 서브 채널을 할당하고 DL-FDMA 전송 기법을 통하여 데이터 프레임을 전송할 수 있다. STA으로 할당된 서브 채널에 대한 정보를 제공하고, DL-FDMA 전송 기법에 따른 PPDU를 전송하는 것은 전술한 도 9와 같이 구현될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 무선 장치를 나타내는 블록도이다. 무선 장치는 AP 또는 STA일 수 있다.

무선장치(1000)은 프로세서(1010), 메모리(1020) 및 트랜시버(transceiver, 1030)를 포함한다. 트랜시버(1030)는 무선신호를 송신/수신하되, IEEE 802.11의 물리계층이 구현된다. 프로세서(1010)는 트랜시버(1030)와 기능적으로 연결되어, IEEE 802.11의 MAC 계층 및 물리계층을 구현한다. 프로세서(1010)는 본 발명의 실시예에 따른 채널 접근 메커니즘을 기반으로 한 데이터 프레임 송수신 방법을 구현할 수 있도록 설정된다. 프로세서(1010)는 NDP 사운딩 방법을 통하여 특정 수신자로 할당할 서브 채널을 결정하도록 설정될 수 있다. 프로세서(1010)는 할당된 서브 채널들을 통하여 DL-FDMA 전송 기법으로 데이터 프레임을 전송하도록 설정될 수 있다. 프로세서(1010)는 수신자에게 할당된 서브 채널에 대한 정보를 DL-FDMA 전송 기법으로 전송되는 데이터 프레임을 포함하는 PPDU의 프리앰블 부에 포함시켜 전송하도록 설정될 수 있다. 프로세서(1010)는 도6 내지 도 9를 참조하여 상술한 본 발명의 실시예를 구현하도록 설정될 수 있다.

프로세서(1010) 및/또는 트랜시버(1030)는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(1020)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(1020)에 저장되고, 프로세서(1010)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(1020)는 프로세서(1010) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(1010)와 연결될 수 있다.

Claims

무선랜 시스템에서 전송자에 의하여 수행되는 복수의 서브 채널을 포함하는 채널을 통해 데이터 프레임 전송 방법에 있어서,
상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제1 채널 상태 정보를 상기 제1 수신자로부터 획득하고;
상기 제1 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제1 수신자에게 할당하고;
상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 중 일부에 해당하면, 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제2 채널 상태 정보를 상기 제2 수신자로부터 획득하고;
상기 제2 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 제2 수신자에게 할당하고; 및
데이터 유닛을 제1 수신자 및 제2 수신자로 전송하는 것;을 포함하되,
상기 데이터 유닛은 제1 데이터 프레임 및 제2 데이터 프레임을 포함하고,
상기 제1 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통하여 전송되고 및
상기 제2 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 데이터 유닛은 프리앰블(preamble part)을 더 포함하되, 상기 프리앰블은 상기 제1 수신자 및 상기 제2 수신자에 할당된 서브 채널을 지시하는 서브 채널 할당 지시 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1 채널 상태 정보는 상기 각 서브 채널에 대하여 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR(Signal to Noise Ratio)을 포함하고, 및
상기 제2 채널 상태 정보는 상기 각 서브 채널에 대하여 상기 전송자 및 상기 제2 수신자 사이에 추정된 SNR을 포함함을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 3항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 상기 제1 수신자에게 할당하는 것은, 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR이 가장 높은 특정 서브 채널을 상기 제1 할당 서브 채널로 할당하는 것;을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 3항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 상기 제1 수신자에게 할당하는 것은, 상기 전송자 및 상기 제1 수신자 사이에 추정된 SNR이 특정 임계값 보다 높은 적어도 하나 이상의 서브 채널을 상기 제1 할당 서브 채널로 할당하는 것;을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1 채널 상태 정보를 획득하는 것은,
채널 사운딩을 위한 NDP(Null Data Packet)을 전송함을 알리는 NDPA(NDP Announcement) 프레임을 전송하고;
상기 NDP를 전송하고; 및
상기 NDP를 기반으로 획득된 상기 제1 상태 채널 정보를 포함하는 제1 피드백 프레임을 상기 제1 수신자로부터 수신하는 것을 포함함을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 6항에 있어서, 상기 방법은 상기 제2 채널 상태 정보를 획득하는 것은,
상기 제2 채널 상태 정보를 보고할 것을 지시하는 피드백 폴 프레임을 상기 제2 수신자로 전송하고; 및
상기 NDP를 기반으로 획득된 상기 제2 상태 채널 정보를 포함하는 제2 피드백 프레임을 상기 제2 수신자로부터 수신하는 것을 포함함을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 7항에 있어서, 상기 NDPA 프레임은 상기 채널 사운딩의 대상 수신자인 상기 제1 수신자 및 상기 제2 수신자를 식별하는 정보를 포함함을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 8항에 있어서, 상기 NDPA 프레임은 상기 복수의 서브 채널 각각을 통해 동시에 전송되는 복제된 데이터 유닛 포맷(duplicated data unit format)으로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 9항에 있어서, 상기 NDP는 상기 복수의 서브 채널 각각을 통해 전송되는 상기 복제된 데이터 유닛 포맷으로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널은 상기 복수의 서브 채널 중 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제외한 나머지 서브 채널 중에 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 모두가 할당된 것이면, 상기 제1 데이터 프레임을 상기 채널을 통하여 상기 제1 수신자로 전송하는 것;을 더 포함함을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1 데이터 프레임에 대한 응답으로 제1 수신 확인 응답 프레임을 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통해 수신하고; 및
상기 제2 데이터 프레임에 대한 응답으로 제2 수신 확인 응답 프레임을 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통해 수신하는 것;을 더 포함함을 특징으로 하는 데이너 프레임 전송 방법.
제 13항에 있어서,
상기 제1 수신 확인 응답 프레임 및 상기 제2 수신 확인 응답 프레임은 동시에 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 프레임 전송 방법.
무선랜 시스템에서 운영하는 무선 장치에 있어서,
복수의 서브 채널을 포함하는 채널을 통하여 무선 신호를 송신 및 수신하는 트랜시버(transceiver); 및
상기 트랜시버와 기능적으로 결합하여 동작하는 프로세서;를 포함하되, 상기 프로세서는,
상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제1 채널 상태 정보를 상기 제1 수신자로부터 획득하고,
상기 제1 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 제1 수신자에게 할당하고,
상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널이 상기 복수의 채널 중 일부에 해당하면, 상기 복수의 서브 채널 각각에 대한 제2 채널 상태 정보를 상기 제2 수신자로부터 획득하고,
상기 제2 채널 상태 정보를 기반으로 상기 복수의 서브 채널 중 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 제2 수신자에게 할당하고, 및
데이터 유닛을 제1 수신자 및 제2 수신자로 전송하도록 설정되되,
상기 데이터 유닛은 제1 데이터 프레임 및 제2 데이터 프레임을 포함하고,
상기 제1 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제1 할당 서브 채널을 통하여 전송되고 및
상기 제2 데이터 프레임은 상기 적어도 하나 이상의 제2 할당 서브 채널을 통하여 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 장치.