KR20140075477A - 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무선 통신 시스템에서 송신 스테이션은 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CA) 방식을 사용하여 수신 스테이션들과 데이터를 송수신한다. 송신 스테이션은 수신 스테이션들로 각각 RTS(Ready To Send) 프레임을 전송할 때 데이터 프레임에 대한 응답 신호를 수신 스테이션들이 동시에 전송할 시간을 알려주고, 수신 스테이션들은 데이터 프레임에 대한 응답 신호를 동시에 송신 스테이션으로 전송한다.

Description

무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMMUNICATING OF WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 방식을 사용하여 데이터를 송수신하는 방법에 관한 것이다.
기존의 무선랜(wireless local area network, WLAN) 통신 시스템에서 송신 스테이션과 수신 스테이션은 반송파 감지 다중 접속/충돌 회피(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CA) 방식을 사용하여 데이터를 송수신한다.
CSMA/CA 방식은 송신 스테이션이 전송할 데이터가 있는 경우 반송파를 센싱하여 현재 사용중인 스테이션이 있는지 확인한 후 현재 사용중인 스테이션이 없는 경우에 DIFS(DCF Interframe Space)만큼 지난 후 반송파가 센싱되지 않을 경우 데이터를 전송하는 방식이다. 만약 반송파가 센싱되었거나 DIFS 구간에서 반송파가 센싱되었을 경우에는 반송파가 센싱되지 않을 때까지 기다린다.
이러한 CSMA/CA 방식이 적용되더라도 2개 이상의 송신 스테이션이 데이터를 송신하는 경우 송신 데이터가 겹치면서 충돌이 발생하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 CSMA/CA 방식에서 송신 스테이션이 데이터를 송신하고 난 후 수신 스테이션으로부터 이에 대한 응답(acknowledgement, ACK) 신호를 수신하는 절차가 필수 절차가 되었다.
예를 들어, 스테이션 1이 전송할 패킷을 스테이션 2에 전송하고, 스테이션 2는 수신 패킷을 성공적으로 복조하는 경우 스테이션 1에게 ACK 신호를 전송한다. 만약 스테이션 2에서 수신 패킷이 제대로 복조가 되지 않거나 복조 후 에러가 발생했음을 인지하는 경우 스테이션 2는 응답하지 않는다.
이와 같이 스테이션 1과 스테이션 2가 통신하는 동안 다른 스테이션들이 같은 반송파를 사용하고 있다면 다른 스테이션들이 이 반송파에서 신호를 전송하지 못한다. 결국, CSMA/CA 방식은 무선 네트워크의 전체 데이터 처리량(throughput)을 저하시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무선 네트워크의 데이터 처리량을 향상시킬 수 있는 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템에서 송신 스테이션의 통신 방법이 제공된다. 이 통신 방법은 제1 데이터를 전송하고자 하는 제1 수신 스테이션으로 RTS(Ready To Send) 프레임을 송신하는 단계, 상기 제1 수신 스테이션으로부터 CTS(Clear To Send) 프레임을 수신하는 단계, 상기 제1 수신 스테이션으로 상기 제1 데이터를 송신하는 단계, 제2 데이터를 전송하고자 하는 제2 수신 스테이션으로 RTS 프레임을 송신하는 단계, 상기 제2 수신 스테이션으로부터 CTS 프레임을 수신하는 단계, 상기 제2 수신 스테이션으로부터 상기 제2 데이터를 송신하는 단계, 그리고 상기 제1 데이터 및 제2 데이터를 각각 상기 제1 및 제2 수신 스테이션으로부터 동시에 응답 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 송신 스테이션이 복수의 수신 스테이션으로부터 동시에 ACK 신호를 수신할 수 있고 수신한 복수의 ACK 신호를 동시에 복조할 수 있기 때문에 전체적인 무선 네트워크의 데이터 처리량을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 무선랜 시스템에서의 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선랜 시스템에서의 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 통신 방법을 수행하는 통신 장치를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템의 통신 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 무선랜 시스템에서의 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, DCF (Distributed Coordination Function) 상태에서 수신 스테이션(STAD)으로 데이터 전송을 원하는 송신 스테이션(STAS)은 먼저 반송파(채널)의 상태를 감지하고, 반송파가 사용 중이라면 현재 진행중인 전송이 끝나기를 대기한다.
현재 진행중인 전송이 끝났음을 감지한 송신 스테이션(STAS)은 DIFS(DCF Interframe Space)만큼 지난 후 반송파가 감지되지 않을 경우, RTS(Ready To Send) 프레임을 수신 스테이션(STAD)으로 전송한다. RTS 프레임에는 데이터를 전송하고자 하는 송신 스테이션(STAS)의 주소와 NAV(Network Allocate Vector) 설정에 사용되는 구간 필드(duration field)가 포함되어 있다. NAV는 송신 스테이션(STAS)이 수신 스테이션(STAD)으로부터 데이터 프레임에 대한 응답(acknowledgement, ACK) 신호를 수신하기까지 걸리는 시간을 미리 정해 놓은 시간을 의미한다.
RTS 프레임을 수신한 스테이션 중 수신 스테이션(STAD)은 RTS 프레임에 대한 응답 신호인 CTS(Clear To Send) 프레임을 SIFS(Short IFS)만큼 지난 후에 송신 스테이션(STAS)으로 전송한다. 이때 다른 STA(STAO)은 RTS 프레임을 청취하게 되는데, 다른 STA(STAO)은 자신의 NAV를 청취한 RTS 프레임에 포함된 구간 필드의 값으로 설정한 뒤, NAV(RTS)를 줄여나가면서 매체 접근을 연기한다. 이때 CTS 프레임에도 RTS 프레임과 마찬가지로 NAV 설정에 사용되는 구간 필드가 포함되어 있다. 따라서, 다른 STA(STAO)은 CTS 프레임을 청취하면, CTS 프레임에 포함된 구간 필드의 값을 확인한 뒤 NAV(CTS) 값이 현재 설정된 NAV(RTS)보다 더 큰 경우에만 NVA를 갱신한다.
RTS/CTS 프레임의 전송이 끝나면, 송신 스테이션(STAS)은 SIFS만큼 지난 후에 데이터 프레임을 전송하며, 수신 스테이션(STAD)은 송신 스테이션(STAS)으로부터 데이터 프레임을 수신한 후 SIFS만큼 지난 후에 응답 신호인 ACK 신호를 송신 스테이션(STAS)으로 전송한다. 이때 수신 스테이션(STAD)은 수신한 데이터 프레임이 성공적으로 복조된 경우에만 ACK 신호를 송신하고 그렇지 않은 경우 응답하지 않는다.
다른 STA(STAO)은 NVA가 0이 되면, 반송파가 유휴 상태라고 판단하고 DIFS 동안 기다린 뒤 경쟁 구간(Contention Window)에서 자신의 백오프 시간(backoff time)을 줄여나가면서 매체 접근을 시도한다.
이와 같이, 다른 스테이션(STAO)은 DA(Defer Access) 구간[NAV(RTS)+ DIFS]에서 전송을 할 수 없다. 즉, 다른 스테이션(STAO)은 최소한 이 구간[NAV(RTS)+ DIFS]이 지나야 송신 스테이션(STAS)과 통신할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 CSMA/CA 방식은 무선랜 시스템의 데이터 처리량을 저하시키는 요인이 된다.
그러면 무선랜 시스템에서 데이터 처리량을 향상시킬 수 있는 방법에 대해서 도 2를 참고로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선랜 시스템에서의 CSMA/CA 방식을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, DCF 상태에서 수신 스테이션(STA1, STA2)로 데이터 전송을 원하는 송신 스테이션(STAS)은 도 1에서 설명한 바와 같이 먼저 DIFS만큼 지난 후 반송파가 감지되지 않을 경우, RTS 프레임을 수신 스테이션(STA1)으로 전송한다. 이때 송신 스테이션(STAS)은 데이터 프레임에 대한 응답 신호의 전송 시간의 정보를 RTS 프레임에 추가한다. 즉, 송신 스테이션(STAS)은 수신 스테이션(STA1, STA2)이 동시에 데이터 프레임에 대한 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 전송하는 시간(timing)을 결정하고, 결정한 시간 정보를 RTS 프레임에 추가함으로써, 수신 스테이션(STA1)이 데이터 프레임에 대한 응답 신호를 전송하는 시간을 알려준다.
RTS 프레임을 수신한 수신 스테이션(STA1)은 CTS 프레임을 SIFS만큼 지난 후에 송신 스테이션(STAS)으로 전송한다. 이때 수신 스테이션(STA1)은 RTS 프레임으로부터 ACK 신호(ACK1)의 전송 시간을 확인하고, 전송 시간을 확인했다는 정보를 CTS 프레임에 추가함으로써, 시간 정보의 합의(consensus)가 이루어졌음을 송신 스테이션(STAS)에게 알려준다.
송신 스테이션(STAS)은 수신 스테이션(STA1)으로부터 CTS 프레임을 수신하면, SIFS만큼 지난 후에 데이터 프레임을 수신 스테이션(STA1)으로 전송한다.
송신 스테이션(STAS)은 수신 스테이션(STA1)으로 데이터 프레임을 전송하고 SIFS만큼 지난 후에 RTS 프레임을 수신 스테이션(STA2)으로 전송한다. 이때 송신 스테이션(STAS)은 앞에서 설명한 바와 같이 수신 스테이션(STA2)이 ACK 신호(ACK2)를 전송할 시간 정보를 RTS 프레임에 추가한다.
RTS 프레임을 수신한 수신 스테이션(STA2)은 CTS 프레임을 SIFS만큼 지난 후에 송신 스테이션(STAS)으로 전송한다. 수신 스테이션(STA2) 또한 RTS 프레임으로부터 ACK 신호(ACK2)의 전송 시간을 확인하고, 전송 시간을 확인했다는 정보를 CTS 프레임에 추가함으로써, 시간 정보의 합의가 이루어졌음을 송신 스테이션(STAS)에게 알려준다.
송신 스테이션(STAS)은 수신 스테이션(STA2)으로부터 CTS 프레임을 수신하면, SIFS만큼 지난 후에 데이터 프레임을 수신 스테이션(STA2)으로 전송한다.
그리고 송신 스테이션(STAS)으로부터 각각 데이터 프레임을 수신한 수신 스테이션(STA1, STA2)은 수신 데이터를 성공적으로 복조한 경우, 합의된 전송 시간에서 송신 스테이션(STAS)으로 동시에 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 전송한다.
일반적으로, 수신 스테이션(STA1, STA2)이 동시에 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 송신 스테이션(STAS)으로 전송하면, 두 ACK 신호(ACK1, ACK2)가 서로 간섭으로 작용하여 송신 스테이션(STAS)은 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 성공적으로 복조하지 못한다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 수신 스테이션(STA1, STA2)은 ACK 신호(ACK1, ACK2)가 서로 간섭을 발생시키지 않도록 ACK 신호(ACK1, ACK2)로 쟈도프-츄(Zadoff-Chu, ZC) 시퀀스를 사용한다.
ZC 시퀀스는 OFDM 심볼의 주파수 영역(frequency domain)에서 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, q는 ZC 시퀀스의 루트(root) 인덱스이고, l은 정수(integer)이다. NZC는 시퀀스의 길이이다. 따라서 q와 l이 정해지면 길이 NZC의 시퀀스가 생성된다.
ZC 시퀀스의 특징은 시퀀스를 제로 순환적 자기 상관(zero cyclic autocorrelation) 특징을 가진다는 것이다. 즉, 정확한 ZC 시퀀스가 제공되지 않으면 수신단의 상관기(correlator)에서 이론적으로 0의 상관 값을 갖는다.
예를 들어, 수신 스테이션(STA1)에서 q=23이고 l=39인 ZC 시퀀스를 전송하고, 수신 스테이션(STA2)에서 q=26이고 l=19인 ZC 시퀀스를 전송하면, 송신 스테이션(STAS)은 각각의 ZC 시퀀스에 맞는 상관기들이 있을 때 각각의 ZC 시퀀스를 구별해 낼 수 있다. 이러한 ZC 시퀀스의 특징은 수신단의 복조에서 장점을 가져다 준다. 또한 주파수 영역에서 채널 추정 없이 복조가 되며, 차동적으로 논-코히런트(non-coherent) 복조를 할 수 있다는 장점이 있다.
따라서 송신 스테이션(STAS)은 수신 스테이션(STA1, STA2)들과 접속(association)할 때 수신 스테이션(STA1, STA2)으로 유일한 ZC 시퀀스를 할당하고, 각 수신 스테이션(STA1, STA2)들은 그 후 할당 받은 ZC 시퀀스에 맞춰 데이터 통신을 한다.
이렇게 하면, 수신 스테이션(STA1, STA2)이 동시에 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 전송하여도 송신 스테이션(STAS)이 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 모두 성공적으로 복조할 수 있다.
또한 수신 스테이션(STA1, STA2)은 수신한 데이터 프레임이 성공적으로 복조가 되었을 때만 ACK 신호(ACK1, ACK2)를 송신할 수도 있지만 이와 달리 수신한 데이터 프레임의 헤더는 복귀되더라도 데이터 프레임의 데이터 부분에서 에러를 감지하면 NACK 신호를 보낼 수도 있다. NACK 신호 또한 ACK 신호와 마찬가지로 q와 l의 조합으로 ZC 시퀀스를 생성함으로써 가능하다. 이러한 NACK 신호는 ACK 신호와 같이 병렬로 전송되어도 송신 스테이션(STAS)에서 각각 분리해서 수신 처리가 가능하다.
도 3은 도 2에 도시한 통신 방법을 수행하는 통신 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 송신 스테이션(STAS) 및 수신 스테이션(STA1, STA2)은 각각 통신 장치(300)를 포함한다.
통신 장치(300)는 송신부(310), 수신부(320) 및 제어부(330)를 포함한다.
송신 스테이션(STAS)의 경우, 송신부(310)는 제어부(330)의 제어에 따라서 RTS 프레임 및 데이터 프레임을 송신한다. 수신부(320)는 CTS 프레임 및 ACK 또는 NACK 신호를 수신한다. 제어부(330)는 데이터 전송을 원하는 적어도 하나의 수신 스테이션(STA1, STA2)과 접속(association) 과정에서 수신 스테이션들이 ACK 및 NACK 신호로 사용할 ZC 시퀀스를 할당한다. 그리고 제어부(330)는 RTS 프레임 및 데이터 프레임을 생성하고, RTS 프레임 및 데이터 프레임의 송신 시간을 결정하며, 송신부(310)를 제어한다. 그리고 제어부(330)는 수신 스테이션(STA1, STA2)이 동시에 ACK 또는 NACK 신호를 전송할 시간을 결정하고, 이 시간 정보를 RTS 프레임에 추가함으로써, 수신 스테이션(STA1, STA2)에게 알려준다.
수신 스테이션(STA1, STA2)의 경우, 송신부(310)는 제어부(330)의 제어에 따라서 CTS 프레임과 ACK 또는 NACK 신호를 전송한다. 수신부(320)는 RTS 프레임 및 데이터 프레임을 수신한다. 제어부(330)는 CTS 프레임과 ACK 또는 NACK 신호를 생성한다. 이때 ACK 또는 NACK 신호로는 송신 스테이션(STAS)으로부터 할당받은 ZC 시퀀스를 사용한다. 제어부(330)는 데이터 프레임이 성공적으로 복조된 경우 ACK 신호를 생성하고, 그렇지 않은 경우 NACK 신호를 생성할 수 있다. 제어부(310)는 CTS 프레임과 ACK 또는 NACK 신호의 전송 시간을 결정하고, 이에 따라서 송신부(310)를 결정한다. 이때 ACK 또는 NACK 신호의 전송 시간은 수신한 RTS 프레임 내 시간 정보로부터 결정될 수 있다. 그리고 제어부(330)는 수신한 RTS 프레임 내 시간 정보로부터 ACK 또는 NACK 신호의 전송 시간을 확인했다는 정보를 CTS 프레임에 추가함으로써, 송신 스테이션 제어부(330)는 수신한 RTS 프레임 내 시간 정보로부터 ACK 또는 NACK 신호의 전송 시간을 확인하고, 전송 시간을 확인했다는 정보를 CTS 프레임에 추가함으로써, 시간 정보의 합의(consensus)가 이루어졌음을 송신 스테이션(STAS)에게 알려준다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 무선 통신 시스템에서 송신 스테이션의 통신 방법으로,
    제1 데이터를 전송하고자 하는 제1 수신 스테이션으로 RTS(Ready To Send) 프레임을 송신하는 단계,
    상기 제1 수신 스테이션으로부터 CTS(Clear To Send) 프레임을 수신하는 단계,
    상기 제1 수신 스테이션으로 상기 제1 데이터를 송신하는 단계,
    제2 데이터를 전송하고자 하는 제2 수신 스테이션으로 RTS 프레임을 송신하는 단계,
    상기 제2 수신 스테이션으로부터 CTS 프레임을 수신하는 단계,
    상기 제2 수신 스테이션으로부터 상기 제2 데이터를 송신하는 단계, 그리고
    상기 제1 데이터 및 제2 데이터를 각각 상기 제1 및 제2 수신 스테이션으로부터 동시에 응답 신호를 수신하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
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