KR20160110013A - Mu-mimo 무선랜 시스템에서 프리앰블 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 및 하향링크 프리앰블을 전송하는 방법에 관한 기술이 개시된다. 개시된 간섭원 정보 획득 방법은 MU-MIMO 무선랜 시스템에서 하향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서, 기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션을, 적어도 하나 이상의 다중화 그룹으로 그룹핑하는 단계; 및 상기 다중화 그룹의 스테이션에 할당된 레이어에 따라, 프리앰블을 다중화하여 상기 스테이션으로 전송하는 단계를 포함한다.

Description

MU-MIMO 무선랜 시스템에서 프리앰블 전송 방법{Method for Transmitting Preamble in WLAN System}
본 발명은 무선랜 시스템에서 프리앰블 전송 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 및 하향링크 프리앰블을 전송하는 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템에서 데이터 전송 효율을 높이기 위한 방법의 하나로 다중 입출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output) 기술을 들 수 있다. MIMO 방식은 여러 사용자에게 각각의 데이터를 전송할 때 동일 대역을 이용하여 다수의 사용자에게 동시에 데이터 전송이 가능한지 여부에 따라 단일 사용자-MIMO (Single User-MIMO; SU-MIMO) 방식과 다중 사용자-MIMO (Multi User-MIMO; MU-MIMO) 방식으로 구분할 수 있다. 동일 대역을 이용하여 동시에 여러 사용자에게 서로 다른 데이터를 전송할 수 있는 MU-MIMO 방식은 다중 사용자 다이버시티(diversity) 이득 및 공간 다중화 이득에 의해 SU-MIMO 방식보다 더 높은 주파수 효율을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다.
현재 상용화 되고 있는 무선랜 시스템인 IEEE 802.11ac에서는 다중 사용자 다중 안테나(MU-MIMO) 프로토콜이 이용된다. MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 전송 다이버시티(transmit diversity), 빔포밍(beamforming) 등이 있다. 수신 안테나 수와 송신 안테나 수에 따른 MIMO 채널 행렬은 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 레이어(layer) 또는 스트림(stream)이라 한다. 그리고 레이어의 개수는 랭크(rank)라 한다.
다중 안테나를 이용하는 무선랜 시스템에 포함된 액세스 포인트와 스테이션은 송수신되는 프리앰블(preamble)을 이용하여 채널을 추정하고 빔포밍을 수행한다. 빔포밍 및 채널 추정을 위해 프리앰블에 포함된 훈련 심볼(training symbol)이 이용되며, 802.11 계열에서는 STF(Short Training Field) 및 LTF(Long Training Field) 심볼 등이 이용된다.
MU-MIMO 환경에서 사용되는 안테나의 개수가 증가할수록 레이어도 증가하고, 따라서 레이어 증가에 따라 상/하향 링크를 통해 송수신되는 프리앰블 역시 증가한다. 즉 레이어별로 송수신되는 프리앰블이 증가할수록, 동일 채널간 간섭을 극복하면서 레이어별로 신호를 분리해야하기 때문에 신호 검출 성능이 열화되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 및 피드백 시간이 증가할 수 있다. IEEE 802.11ac 이후 논의되고 있는 차세대 무선랜(High Efficiency WLAN(HEW), 802.11ax)의 경우 보다 많은 안테나가 사용될 가능성이 높으며, 전술된 문제점이 시스템 성능에 많은 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 MU-MIMO 무선랜 시스템에서, 프리앰블을 다중화하여 전송하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 MU-MIMO 무선랜 시스템에서, 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드와 피드백 시간을 감소시킬 수 있는 프리앰블 전송 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, MU-MIMO 무선랜 시스템에서 하향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서, 기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션을, 적어도 하나 이상의 다중화 그룹으로 그룹핑하는 단계; 및 상기 다중화 그룹의 스테이션에 할당된 레이어에 따라, 프리앰블을 다중화하여 상기 스테이션으로 전송하는 단계를 포함하는 프리앰블 전송 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르면, MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서, 다중화 그룹 정보를 액세스 포인트로부터 수신하는 단계; 및 상기 다중화 그룹 정보를 이용하여, 프리앰블을 상기 액세스 포인트로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 다중화 그룹 정보는 기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 적어도 하나 이상의 다중화 그룹에 포함된 스테이션 정보 및 상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션에 할당된 레이어별 위상 정보를 포함하는 상향링크 프리앰블 전송 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서, 기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 다중화 그룹에 포함된 스테이션을 나타내는 다중화 그룹 정보를, 액세스 포인트로부터 수신하는 단계; 상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션의 전송 신호에 대한 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를, 상기 액세스 포인트로부터 수신하는 단계; 및 상기 다중화 그룹 정보, 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를 이용하여, 상기 프리앰블을 상기 액세스 포인트로 전송하는 단계를 포함하는 프리앰블 전송 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다중화 그룹에 포함된 스테이션으로 하향링크 프리앰블을 다중화하여 동시에 전송함으로써, 다중화된 프리앰블을 수신한 스테이션은 동시에 액세스 포인트로 상향링크 프리앰블을 전송할 수 있으며, 따라서, 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 및 피드백 시간이 감소될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 무선랜 시스템 전체의 쓰루풋이 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MU-MIMO 무선랜 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액세스 포인트 및 스테이션의 하향링크 및 상향링크 프리앰블 전송을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 하향링크 및 상향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중화 그룹 정보을 위한 프레임 필드를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 그룹 ID 매니지먼트 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이션 및 스테이션의 프리앰블 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액세스 포인트 및 액세스 포인트의 프리앰블 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
명세서 전체에서, 스테이션(station, STA)은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준의 규정을 따르는 매체 접속 제어(medium access control, MAC)와 무선 매체(medium)에 대한 물리 계층(physical layer) 인터페이스(interface)를 포함하는 임의의 기능 매체를 의미한다. 스테이션(STA)은 액세스 포인트(access point, AP)인 스테이션(STA)과 비-액세스 포인트(non-AP)인 스테이션(STA)으로 구분할 수 있다. 액세스 포인트(AP)인 스테이션(STA)은 단순히 액세스 포인트(AP)로 불릴 수 있고, 비-액세스 포인트(non-AP)인 스테이션(STA)은 단순히 단말(terminal)로 불릴 수 있다.
스테이션(STA)은 프로세서(processor)와 트랜시버(transceiver)를 포함할 수 있고, 사용자 인터페이스와 디스플레이(display) 장치 등을 더 포함할 수 있다. 프로세서는 무선 네트워크를 통해 전송할 프레임(frame)을 생성하거나 무선 네트워크를 통해 수신된 프레임을 처리하도록 고안된 유닛(unit)을 의미하며, 스테이션(STA)을 제어하기 위한 여러 가지 기능을 수행할 수 있다. 트랜시버는 프로세서와 기능적으로 연결되어 있으며, 스테이션(STA)을 위하여 무선 네트워크를 통해 프레임을 송수신하도록 고안된 유닛을 의미한다.
액세스 포인트(AP)는 집중 제어기, 기지국(base station, BS), 무선 접근국(radio access station), 노드 B(node B), 고도화 노드 B(evolved node B), 릴레이(relay), MMR(mobile multihop relay)-BS, BTS(base transceiver system), 또는 사이트 제어기 등을 지칭할 수 있고, 그것들의 일부 또는 전부 기능을 포함할 수 있다.
단말(즉, 비-액세스 포인트)은 무선 송수신 유닛(wireless transmit/receive unit, WTRU), 사용자 장비(user equipment, UE), 사용자 단말(user terminal, UT), 액세스 단말(access terminal, AT), 이동국(mobile station, MS), 휴대용 단말(mobile terminal), 가입자 유닛(subscriber unit), 가입자 스테이션(subscriber station, SS), 무선 기기(wireless device), 또는 이동 가입자 유닛(mobile subscriber unit) 등을 지칭할 수 있고, 그 것들의 일부 또는 전부 기능을 포함할 수 있다.
여기서, 단말은 통신이 가능한 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 태블릿(tablet) PC, 무선전화기(wireless phone), 모바일폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 스마트 워치(smart watch), 스마트 글래스(smart glass), e-book 리더기, PMP(Portable Multimedia Player), 휴대용 게임기, 네비게이션(navigation) 장치, 디지털 카메라(digital camera), DMB (digital multimedia broadcasting) 재생기, 디지털 음성 녹음기(digital audio recorder), 디지털 음성 재생기(digital audio player), 디지털 영상 녹화기(digital picture recorder), 디지털 영상 재생기(digital picture player), 디지털 동영상 녹화기(digital video recorder), 디지털 동영상 재생기(digital video player) 등을 의미할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MU-MIMO 무선랜 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선랜 시스템은 액세스 포인트(AP) 및 복수의 스테이션(STA)을 포함한다. 복수의 스테이션은 그룹 ID에 따라서 적어도 하나 이상의 사용자 그룹으로 그룹핑될 수 있으며, 도 1에서는 하나의 사용자 그룹에 포함된 스테이션이 일실시예로서 도시된다.
액세스 포인트는 하향링크를 통해 프리앰블을 스테이션으로 전송하며, 스테이션은 상향링크를 통해 프리앰블을 액세스 포인트로 전송한다. 액세스 포인트 및 스테이션은 프리앰블을 이용하여 빔포밍 및 채널 추정을 수행하고, 데이터를 송수신한다.
액세스 포인트와 스테이션 각각은 각각 NT개와 NR개 개의 안테나를 포함할 수 있으며, 스테이션의 안테나 개수는 각각 다를 수 있다. 액세스 포인트는 채널 활용 효율을 높이기 위하여 레거시(Legacy)가 아닌 스테이션으로 사용자 그룹을 구성하고, 사용 가능한 채널 밴드들을 찾기 위해 채널(또는 반송파) 감지(carrier sensing)를 수행한다. 여기서 각 사용자 그룹은 스테이션의 교통 패턴, 서비스 질(quality of service: QoS) 민감도와 공간 상관도 등에 따라, 다중 사용자 다중 안테나 전송이 가능한
Figure pat00001
개의 스테이션으로 구성될 수 있다.
본 발명에서는 액세스 포인트가 전송하는 하향링크 프리앰블 및 스테이션이 전송하는 상향링크 프리앰블이 다중화 그룹 단위로 송수신된다. 사용자 그룹에 포함된 스테이션이 적어도 하나 이상의 다중화 그룹으로 그룹핑된다. 사용자 그룹은 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 3개의 다중화 그룹(110, 120, 130)으로 그룹핑될 수 있다.
액세스 포인트는 다중화 그룹 각각에 대해 프리앰블을 다중화하여 전송한다. 즉, 액세스 포인트는 제1다중화 그룹(110)으로 제1프리앰블을 다중화하여 전송하고, 제2다중화 그룹(120)으로 제2프리앰블을 다중화하여 전송할 수 있다.
그리고 다중화 그룹 각각에 포함된 스테이션은, 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상향링크 프리앰블을 수신할 수 있도록 프리앰블을 동시에 전송한다. 즉, 제1다중화 그룹(110)의 스테이션은 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상향링크 프리앰블을 수신할 수 있도록 제1프리앰블을 전송하고, 제2다중화 그룹(120)의 스테이션은 제2프리앰블을 전송할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 다중화 그룹에 포함된 스테이션으로 하향링크 프리앰블을 다중화하여 동시에 전송함으로써, 다중화된 프리앰블을 수신한 스테이션은 동시에 액세스 포인트로 상향링크 프리앰블을 전송할 수 있다. 따라서, 프리앰블 송수신에 따른 오버헤드 및 피드백 시간이 감소될 수 있으며, 결국 무선랜 시스템 전체의 쓰루풋이 증가할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액세스 포인트 및 스테이션의 하향링크 및 상향링크 프리앰블 전송을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2에서는 1개의 사용자 그룹에 포함된 스테이션이
Figure pat00002
개의 다중화 그룹으로 그룹핑된 경우가 일실시예로서 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액세스 포인트는 NDP(Null Data Packet) 프레임 전송을 알리기 위한 NDPA(NDP Announcement) 프레임을 전송하고, NDP 프레임, 즉 하향링크 프리앰블을 전송한다. NDP 프레임은 프리앰블만을 포함하고, 데이터는 포함하지 않는다.
이 때, 액세스 포인트는 다중화 그룹 각각에 대해 하향링크 프리앰블을 다중화하여 전송하는데, 다중화 그룹의 스테이션에 할당된 레이어에 따라, 프리앰블을 다중화하여 스테이션으로 전송한다. 프리앰블은 채널 추정을 위한 훈련 심볼, 즉 파일럿 신호를 포함할 수 있으며, 훈련 심볼은 다중화 그룹 별로 서로 다른 필드에 할당되어 전송된다.
이후 액세스 포인트는 빔포밍 리포트를 위한 폴 프레임(Poll Frame) 및 데이터를 액세스 포인트로 전송한다.
다중화 그룹의 스테이션은 하향링크 프리앰블을 수신한 후, 전송 기회를 획득하여 압축된 빔포밍 프레임(Compressed Beamforming Frame)을 액세스 포인트로 전송한다. 압축된 빔포밍 프레임은 상향링크 프리앰블 및 피드백 데이터를 포함하며, 채널 추정 정보, 빔포밍 정보 등을 포함한다.
다중화 그룹에 포함된 스테이션은 동시에 상향링크 프리앰블을 액세스 포인트로 전송하는데, 보다 구체적으로 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상향링크 프리앰블을 수신할 수 있도록, 프리앰블을 전송한다. 예를 들어, 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션은 제1시간 범위 내에서 프리앰블을 전송하고, 제2다중화 그룹에 포함된 스테이션은 제2시간 범위 내에서 프리앰블을 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 액세스 포인트는 기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션을, 적어도 하나 이상의 다중화 그룹으로 그룹핑(S310)한다. 사용자 그룹은, 도 1에 도시된 바와 같이, 3개의 다중화 그룹으로 그룹핑되거나 통신 환경에 따라서, 1개, 2개 또는 3개 이상으로 그룹핑될 수 있다.
그리고 액세스 포인트는 다중화 그룹의 스테이션에 할당된 레이어에 따라, 프리앰블을 다중화하여 스테이션으로 전송(S320)한다. 이 때, 액세스 포인트는 스테이션에 할당된 레이어 별로 위상을 서로 달리하여 훈련 심볼을 전송함으로써, 프리앰블을 다중화하여 전송할 수 있다.
훈련 심볼은 LTF 심볼일 수 있으며, 다중화 그룹 별로 훈련 심볼은 서로 다른 필드에 할당되어 전송될 수 있다. 즉, 제1다중화 그룹에 대한 LTF 심볼은 프리앰블의 LTF1필드에 할당되고, 제2다중화 그룹에 대한 LTF 심볼은 프리앰블의 LTF2필드에 할당될 수 있다.
한편, 액세스 포인트는 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 다중화 그룹에 포함된 스테이션 정보 및 레이어별 위상 정보를 스테이션으로 전송할 수 있으며, 스테이션 정보 및 레이어별 위상 정보는 다중화 그룹 정보에 포함될 수 있다. 또한 액세스 포인트는 스테이션의 전송 신호에 대한 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를, 스테이션으로 전송할 수 있다.
스테이션은 전술된 정보를 이용하여, 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상향링크 프리앰블을 수신할 수 있도록, 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 스테이션은 액세스 포인트로부터 다중화 그룹 정보, 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보 중 적어도 하나를 수신(S410)하고 전술된 수신 정보 중 적어도 하나 이상을 이용하여, 프리앰블을 액세스 포인트로 전송(S420)한다. 스테이션이 수신하는 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보는 자신을 포함하여 다중화 그룹에 포함된 모든 스테이션에 대한 정보이다. 예를 들어, 스테이션이 제1다중화 그룹에 포함된 경우, 제1다중화 그룹에 포함된 모든 스테이션에 대한 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보가 송수신된다.
스테이션은 전파 지연 시간 정보를 이용하여 프리앰블의 전송 시점을 결정하고, 평균 수신 전력 정보를 이용하여, 프리앰블의 전송 전력을 결정한다. 그리고 결정된 전송 시점 및 전송 전력에 따라 프리앰블을 전송한다.
예를 들어, 제1다중화 그룹에 포함된 제1스테이션의 제1전파 지연 시간이 제2스테이션의 제2전파 지연 시간보다 짧은 경우, 제1스테이션은 제2스테이션보다 늦게 프리엠블을 전송할 수 있다. 이 때, 일실시예로서, 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션은, 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션의 전파 지연 시간 중에 가장 긴 전파 지연 시간을 기준으로 프리앰블의 전송 시점을 결정할 수 있으며, 제1스테이션은 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션 중 가장 긴 전파지연 시간과 제1전파 지연 시간의 차이의 두배만큼 기다렸다가 프리앰블을 전송할 수 있다.
제2스테이션의 제2전파 지연 시간이 가장 긴 경우, 제1다중화 그룹에 포함된 제1 및 제2스테이션은 전송 기회를 획득한 후, 제1스테이션은 제2스테이션이 프리앰블을 전송하고 난 다음 제2전파 지연 시간과 제1전파 지연 시간의 차이의 두배만큼 기다렸다가 프리앰블을 전송할 수 있다.
또한 제1스테이션의 평균 수신 전력이 제2스테이션의 평균 수신 전력보다 큰 경우, 제1스테이션은 전송 전력을 감소시켜 프리앰블을 전송할 수 있다. 일실시예로서 제1스테이션은 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션의 평균 수신 전력 중에 가장 작은 수신 전력을 기준으로 프리앰블의 전송 전력을 결정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스테이션은 다중화 그룹 정보에 포함된 레이어별 위상 정보에 따라 위상을 조절하여 프리앰블에 포함된 훈련 심볼을 전송할 수 있다. 여기서, 훈련 심볼은 예를 들어, LTF 심볼이며, 다중화 그룹에 따라서 서로 다른 필드에 할당되어 전송될 수 있다.
결국 본 발명에 따르면, 전송 시점 및 전송 전력의 제어를 통해, 다중화 그룹 내 포함된 스테이션이 전송하는 프리앰블을, 액세스 포인트는 기 설정된 구간 내에 수신할 수 있다. 스테이션은 CP(Cyclic Prefix)를 프리앰블에 붙여서 전송하며, 기 설정된 구간은 일실시예로서 CP 수신 구간일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 다중화 그룹에 포함된 스테이션이 위상을 조절하여 프리앰블을 전송함으로써, 액세스 포인트는 동시에 다수의 스테이션으로부터 상향링크 프리앰블을 수신할 수 있으며 따라서 스테이션의 피드백 시간이 감소될 수 있다.
도 5는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 하향링크 및 상향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 5에서는 차세대 무선랜(HEW) 시스템에서 2개의 스테이션(STA u0, STA u1)이 포함된 다중화 그룹(gl = 1)에 대한 하향링크 및 상향링크 프리앰블 전송 방법이 일실시예로서 설명된다.
도 5(a)는 하향링크 프리앰블 전송 방법을 설명하는 도면으로서, LTF 심볼의 전송 방법이 일실시예로서 설명된다. 도 5(b) 및 5(c)는 상향링크 프리앰블을 전송 방법을 설명하는 도면으로서, LTF 심볼의 전송 방법이 일실시예로서 설명된다. 또한 도 5(b) 및 5(c)는, 도 5(a)의 하향링크 프리앰블을 수신한 다중화 그룹에 포함된 스테이션의 상향링크 프리앰블을 전송하는 방법을 설명하고 있다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 하향링크 프리앰블 프레임은 레거시 스테이션에 대한 정보를 제공하는 레거시 필드 및 HEW 스테이션에 대한 정보를 제공하는 HEW 필드로 구분될 수 있다. 또한 HEW 필드는 HEW-SIG-A, HEW-STF, HEW-LTF 및 HEW-SIG-B 필드를 포함할 수 있다. HEW-LTF 필드는 사용자 그룹에 포함된 다중화 그룹의 개수(
Figure pat00003
)만큼 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다중화 그룹에 포함된 스테이션을 타겟으로 하는 LTF 심볼이 다중화되어, 다중화 그룹에 포함된 스테이션으로 전송된다. 액세스 포인트는 다중화 그룹에 포함된 스테이션의 개수만큼 LTF 심볼을 생성하되, 스테이션에 할당된 레이어 별로 LTF 심볼이 코드 도메인에서 구분될 수 있도록 생성한다. 이 때, LTF 심볼은 레이어 별로 할당된 순환 천이 값(Cyclic Shift, δ)에 따라 코드 도메인에서 구분될 수 있다. 그리고 코드 도메인에서 구분되는 LTF 심볼은 주파수 도메인 상에서 위상이 서로 다른 LTF 심볼과 대응되므로, 순환 천이 값은 레이어별 위상 정보와 대응된다.
즉, 제1스테이션에 할당된 레이어0과 제2스테이션에 할당된 레이어1별로 전송될 LTF 심볼은, 순환 천이 값(δ0=0, δ1=1)에 따라 코드 도메인상에서 구분되며, 서로 다른 위상으로 전송될 수 있다. 그리고 레이어0 및 1에 할당된 LTF 심볼은 하나의 HEW-LTF1필드에 할당되어 전송될 수 있다. HEW-LTF 필드는 사용자 그룹에 포함된 다중화 그룹 개수만큼 생성된다.
gl번째 다중화 그룹에서, k번째 부반송파에서 액세스 포인트가 전송하는 NT×1(레이어 개수 1개) 주파수 영역의 LTF 심볼 벡터는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는
Figure pat00006
공간 매핑 행렬이며, μl은 gl번째 다중화 그룹의 스테이션에서 이용되는 레이어 개수를 나타낸다.
그리고
Figure pat00007
는 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있고, 순환 천이 값(δl)과 레이어 개수(μl)에 따라서 l번째 레이어(또는 AP의 안테나)를 위한 k번째 부반송파에서의 위상 변환된 파일럿 심볼(LTF)을 의미한다.
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
는 다중 사용자 다중 안테나 전송에 사용되는 부반송파의 인덱스 집합을 나타낸다. p는 N×1주파수 영역 기본 시퀀스로서,
Figure pat00010
와 같으며, N은 DFT의 크기이다.
한편, 액세스 포인트로부터 하향링크 프리앰블을 수신한, 동일 다중화 그룹에 포함된 스테이션은 도 5(b) 및 5(c)에 도시된 바와 같이, 상향링크 프리앰블을 전송한다. 상향링크 프리앰블 프레임은 하향링크 프리앰블 프레임과 같이, 레거시 필드 및 HEW 필드로 구분되며, HEW 필드는 HEW-SIG-A, HEW-STF, HEW-LTF 및 HEW-SIG-B 필드를 포함한다. 다만, 상향링크 프리앰블은 스테이션 각각이 전송하므로, 하향링크 프리앰블 프레임과 달리 HEW-LTF 필드는 하나씩 포함된다. 동일한 다중화 그룹에 포함된 스테이션은 동일한 필드(HEW-LTF1)를 사용할 수 있다.
또한 레거시 필드 및 HEW-SIG-A, HEW-STF 필드는, 동일한 다중화 그룹에 포함된 스테이션이 모두 전송할 경우 충돌이 발생할 수 있으므로, 다중화 그룹에 포함된 스테이션 중 선택된 하나의 스테이션만이 전송하는 것이 바람직하다. 제1스테이션(STA u0)이 레거시 필드 및 HEW-SIG-A, HEW-STF 필드를 전송할 경우, 제2스테이션(STA u1)은 레거시 필드 및 HEW-SIG-A, HEW-STF 필드를 포함하지 않는 프리앰블을 전송하며, 레거시 필드 및 HEW-SGI-A, HEW-STF 필드를 전송할 스테이션은 순환 천이 값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1스테이션과 같이, 가장 작은 순환 천이 값이 할당된 레이어를 이용하는 스테이션으로 결정될 수 있다.
다중화 그룹에 포함된 스테이션은 레이어 별로 할당된 순환 천이 값(위상 정보)을 이용하여 코드 도메인에서 구분될 수 있도록 LTF 심볼을 생성한다.
즉, 제1스테이션은 순환 천이 값 δ0=0에 따라 LTF 심볼을 생성하고, 제2스테이션은 순환 천이 값 δ1=1에 따라 LTF 심볼을 생성한다. 결국, 제1 및 제2스테이션이 생성한 LTF 심볼 각각은 주파수 도메인 상에서 서로 다른 위상으로 전송된다.
한편, 다중화 그룹에 포함된 스테이션은 일실시예로서, 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를 이용하여 프리앰블의 전송 시점 및 전송 전력을 제어할 수 있다. 도 5에서는 제2스테이션(STA u1)이 제1스테이션(STA u0)보다 액세스 포인트와 가까이 위치하여, 제2스테이션(STA u1)의 전파 지연 시간(△)이 제1스테이션(STA u0)의 전파 지연 시간(O)보다 작은 경우가 도시되고 있으며, 따라서 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 제1스테이션(STA u0) 및 제2스테이션(STA u1)의 프리앰블을 동시에 수신할 수 있도록, 제2스테이션(STA u1)은 제1스테이션(STA u0)보다 늦게 프리앰블을 전송한다.
이 때, 제2스테이션(STA u1)은, 제1스테이션(STA u0)의 전송시점으로부터, 제2스테이션(STA u1)의 전파 지연 시간(△) 및 제1스테이션(STA u0)의 전파 지연 시간(O) 차이의 2배만큼의 시간 이후, 프리앰블을 전송할 수 있다.
gl번째 다중화 그룹에서, k번째 부반송파에서 스테이션이 전송하는 NR×1(레이어 개수 1개) 주파수 영역의 LTF 심볼 벡터는 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00011
여기서,
Figure pat00012
는 STA에서 결정되는 k번째 부반송파에서의 l번째 레이어의 유니터리(unitary) 빔포밍(beamforming) 조정(steering) 벡터이고,
Figure pat00013
는 다음의 [수학식 4]와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00014
한편, 도 1 내지 도 5에서는 무선랜 시스템에서 송수신되는 훈련 심볼에 대해서만 설명되나, 실시예에 따라서 프리앰블에 포함되는 다양한 심볼에도 적용될 수 있으며, 복수의 심볼에 대해서도 적용될 수 있다. 또한 본 발명은 프리앰블을 송수신하는 다른 무선 통신 시스템에도 적용될 수 있으며, 통신 시스템에 따라 다중화되는 심볼은 달라질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다중화 그룹 정보을 위한 프레임 필드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 프레임 필드는 차세대 무선랜 시스템에서 사용되는 HEW-SIG-A 필드의 일부로서, 기존 무선랜 시스템에서 사용되는 SIG-A 필드와 비교하여 다중화 그룹 정보를 더 포함하여, 전송된다.
그룹 ID 필드는 사용자 그룹의 ID 정보를 포함하며, NSTS 필드는 스테이션 별 할당된 레이어에 대한 정보를 포함한다. 다중화 그룹 필드는 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 다중화 그룹에 포함된 스테이션 정보를 포함한다.
다중화 그룹 필드는 도 6에 도시된 바와 같이, 기 설정된 비트열을 포함하며 일실시예로서, NT비트일 수 있다. 비트열에 포함된 제1비트값의 개수는 사용자 그룹에서 그룹핑된 다중화 그룹의 개수를 나타내며, 제1비트값 및 제1비트값 이후 연속적으로 위치하는 제2비트값의 개수는 다중화 그룹에 할당된 레이어의 개수를 나타낸다. 또한 비트열의 비트 순서는 사용자 그룹에 포함된 스테이션의 순서에 대응된다.
예를 들어, 스테이션 별로 1개의 레이어가 할당되고, 다중화 그룹 필드의 비트가 8비트이며, 제1비트값이 1이고 제2비트값이 0, 그리고 비트열이 '10100010'인경우, 할당된 그룹 ID의 사용자 그룹에 포함된 다중화 그룹은 총 3개이다. 그리고 제1다중화 그룹에 포함된 스테이션은 2개, 제2다중화 그룹에 포함된 스테이션은 4개, 제3다중화 그룹에 포함된 스테이션은 2개이다.
후술되는 그룹 ID 매니지먼트 프레임을 통해, 사용자 그룹에 포함된 스테이션의 순서가 할당되기 때문에, 스테이션은 비트열의 비트 순서에 따라 어떤 다중화 그룹에 포함되는지 확인할 수 있다. 예를 들어, 5번째 스테이션은 제2다중화 그룹에 포함되며, 2번째 스테이션은 제1다중화 그룹에 포함된다.
또한, 레이어 별 할당되는 순환 천이 값은 비트 순서대로 할당되어 오름차순으로 증가하며, 다중화 그룹 별로 구분된다. 즉, 순환 천이 값은 다중화 그룹 각각에 포함된 비트 순서대로 오름차순으로 증가하며, 다중화 그룹에 할당된 레이어 개수만큼 순환 천이 값이 할당된다. 제1다중화 그룹에 할당된 순환 천이 값은 0, 1이며, 제2다중화 그룹에 할당된 순환 천이 값은, 0, 1, 2, 3이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 그룹 ID 매니지먼트 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
기존 무선랜 시스템에서 사용되는 그룹 ID 매니지먼트 프레임과 비교하여, 본 발명에 따른 그룹 ID 매니지먼트 프레임은 도 7에 도시된 바와 같이, 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를 더 포함하며, 스테이션으로 전송된다. 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보는 동일한 다중화 그룹에 포함된 전체 스테이션에 대한 정보를 모두 포함한다.
또한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 그룹 ID 매니지먼트 프레임은 스테이션의 전송 신호에 대한 주파수 오프셋 정보를 더 포함할 수 있다. 액세스 포인트는 스테이션의 수신 신호로부터 주파수 오프셋 정보를 생성하며, 스테이션은 수신된 주파수 오프셋 정보를 이용하여 캘리브레이션된 주파수로 프리앰블을 전송할 수 있다. 따라서 액세스 포인트의 상향링크 프리앰블 수신 성능이 개선될 수 있다.
한편, 그룹 ID에 의해 결정된 사용자 그룹내 스테이션의 순서 정보는 사용자 위치 배열(STA positon) 필드를 통해 스테이션으로 전송된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 스테이션 및 스테이션의 프리앰블 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저,
Figure pat00015
를 스테이션 u와 액세스 포인트의 l번째 전송 안테나 사이의 NR×1채널 벡터라고 하자. 그때 순환 전치 제거 및 이산 푸리에 변환 이후 스테이션 u에서 NDP 프레임 내 g번째 LTF를 위한 k(
Figure pat00016
)번째 부반송파에서의 NR×1수신 주파수 영역 심볼 벡터는 [수학식 5]와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 스테이션 u에서의 평균 수신 전력,
Figure pat00019
는 스테이션 u와 액세스 포인트를 위한
Figure pat00020
채널 행렬, 그리고
Figure pat00021
는 스테이션 u에서 평균이 0이고 공분산 행렬이
Figure pat00022
인 NR×1 독립항등분포(independent identically distributed: i.i.d)를 가지는 복소수 백색 가우시안 (Gaussian) 잡음 벡터이다.
본 발명에 따른 스테이션은 액세스 포인트로부터 수신된 다중화된 프리앰블을 역다중한다. 본 발명에 따른 스테이션은 필드 구분기(810), 채널 추정기(820) 및 압축된 빔포밍 생성기(830)를 포함한다.
본 발명에 따른 스테이션은 g번째 LTF의 심볼
Figure pat00023
로부터
Figure pat00024
개의 NR×1채널 추정치
Figure pat00025
를 획득하며, 직교 주파수 분할 다중 접속 연산으로 인하여 야기되는 채널 누수 (leakage) 효과를 고려하는, 저복잡도 이산 푸리에 기반 채널 추정기가 다중 안테나 시스템으로 확장된 형태인 채널 추정기(820)를 이용한다.
필드 구분기(810)는 액세스 포인트로부터 전송된 다중화된 프리앰블로부터 LTF 필드를 구분하며, LTF 심볼(수신 신호)를 채널 추정기(820)로 전달한다.
채널 추정기(820)는 안테나 결합을 고려하여 적절하게 수정된 임계 값(threshold)과 함께 MST(most significant tap) 선택 시 다이버시티 이득을 얻기 위해 수신 안테나를 결합하여 채널 추정 성능을 향상시킨다. 보다 구체적으로 채널 추정기(820)는 LTF 수신 신호에 대해 일반적으로 사용되는 최소 제곱 추정 및 IDFT 연산을 수행한다. 그리고 채널 추정기(820)는 연산 결과 값을 시간 영역에서 후처리 연산을 수행하는 후처리 행렬 P를 생성하고 후처리 행렬 P를 이용하여 채널 추정 값
Figure pat00026
를 생성한다.
압축된 빔포밍 생성기(830)는
Figure pat00027
를 이용하여, 압축된 빔포밍 정보를 생성한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액세스 포인트 및 액세스 포인트의 프리앰블 수신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
전술된 스테이션의 프리엠블 전송 시점 및 전력 제어가 수행된 이후 액세스 포인트에 수신된 압축된 빔포밍 프레임 내 LTF 심볼, 즉 다중화 그룹 g를 위한 k(
Figure pat00028
)번째 부반송파에서의 NT×1수신 주파수 심볼 벡터는 [수학식 6]과 같이 표현될 수 있다.
여기서,
Figure pat00030
은 l번째 레이어를 할당 받은 스테이션으로부터 전송된 신호의 평균 수신 전력,
Figure pat00031
는 l번째 레이어를 할당받은 스테이션과 액세스 포인트 사이의
Figure pat00032
채널 행렬,
Figure pat00033
는 액세스 포인트에서 l번째 레이어를 위한 실질적인 채널 벡터, 그리고
Figure pat00034
는 액세스 포인트에서의 평균이 0이고 공분산 행렬이
Figure pat00035
인 NT×1 독립항등분포를 가지는 복소수 백색 가우시안 잡음 벡터이다.
본 발명에 따른 액세스 포인트는 필드 구분기(910), 채널 추정기(920), 검출기(930) 및 디코더(940)를 포함한다.
필드 구분기(910)는 수신된 압축된 빔포밍 프레임으로부터 LTF 필드를 구분하며, LTF 심볼
Figure pat00036
을 채널 추정기(820)로 전달한다. 그리고 피드백 데이터는 검출기(930)로 전달한다.
채널 추정기(920)는 스테이션의 채널 추정기(820)와 같이 채널을 추정하여, 채널 추정 정보(
Figure pat00037
)를 검출기로 전달한다.
검출기(930)는 일실시예로서 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 연판정(soft-output) 기반의 다중 사용자 다중 안테나 검출을 수행하며, 검출 결과를 디코더(940)로 전달한다. 디코더(940)는 Viterbi 디코더일 수 있다.
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (16)

  1. MU-MIMO 무선랜 시스템에서 하향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서,
    기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션을, 적어도 하나 이상의 다중화 그룹으로 그룹핑하는 단계; 및
    상기 다중화 그룹의 스테이션에 할당된 레이어에 따라, 프리앰블을 다중화하여 상기 스테이션으로 전송하는 단계
    를 포함하는 하향링크 프리앰블 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프리앰블은 훈련 심볼을 포함하며,
    상기 프리앰블을 다중화하여 상기 스테이션으로 전송하는 단계는
    상기 레이어 별로 위상을 서로 달리하여 상기 훈련 심볼을 전송하는
    하향링크 프리앰블 전송 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 훈련 심볼은
    상기 다중화 그룹 별로 서로 다른 필드에 할당되어 전송되는
    하향링크 프리앰블 전송 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    다중화 그룹 정보를 상기 스테이션으로 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 다중화 그룹 정보는
    상기 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션 정보 및 상기 레이어별 위상 정보
    를 포함하는 하향링크 프리앰블 전송 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다중화 그룹 정보는
    기 설정된 비트열을 포함하며,
    상기 비트열에 포함된 제1비트값의 개수는 상기 다중화 그룹의 개수를 나타내며,
    상기 제1비트값 및 상기 제1비트값 이후 연속적으로 위치하는 제2비트값의 개수는 상기 다중화 그룹에 할당된 레이어의 개수를 나타내며,
    상기 비트열의 비트 순서는 상기 사용자 그룹에 포함된 스테이션의 순서에 대응되는
    하향링크 프리앰블 전송 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 위상 정보는 순환 천이 값을 포함하며,
    상기 순환 천이 값은 상기 다중화 그룹 각각에 포함된 비트 순서대로 오름차순으로 증가하는
    하향링크 프리앰블 전송 방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 훈련 심볼은 LTF 심볼인
    하향링크 프리앰블 전송 방법.
  8. MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서,
    다중화 그룹 정보를 액세스 포인트로부터 수신하는 단계; 및
    상기 다중화 그룹 정보를 이용하여, 프리앰블을 상기 액세스 포인트로 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 다중화 그룹 정보는
    기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 적어도 하나 이상의 다중화 그룹에 포함된 스테이션 정보 및 상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션에 할당된 레이어별 위상 정보
    를 포함하는 상향링크 프리앰블 전송 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프리앰블은 훈련 심볼을 포함하며,
    상기 프리앰블을 상기 액세스 포인트로 전송하는 단계는
    상기 위상 정보에 따라, 위상을 조절하여 상기 훈련 심볼을 전송하는
    상향링크 프리앰블 전송 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 훈련 심볼은 LTF 심볼이며, 상기 다중화 그룹에 따라서 서로 다른 필드에 할당되어 전송되는
    상향링크 프리앰블 전송 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션은
    상기 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상기 프리앰블을 수신할 수 있도록, 상기 상향링크 프리앰블을 전송하는
    상향링크 프리앰블 전송 방법.
  12. MU-MIMO 무선랜 시스템에서 상향링크 프리앰블 전송 방법에 있어서,
    기 설정된 사용자 그룹에 포함된 스테이션 중 다중화 그룹에 포함된 스테이션을 나타내는 다중화 그룹 정보를, 액세스 포인트로부터 수신하는 단계;
    상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션의 전송 신호에 대한 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를, 상기 액세스 포인트로부터 수신하는 단계; 및
    상기 다중화 그룹 정보, 전파 지연 시간 정보 및 평균 수신 전력 정보를 이용하여, 상기 프리앰블을 상기 액세스 포인트로 전송하는 단계
    를 포함하는 상향링크 프리앰블 전송 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 다중화 그룹에 포함된 스테이션은
    상기 액세스 포인트가 기 설정된 구간 내에서 상기 프리앰블을 수신할 수 있도록, 상기 프리앰블을 전송하는
    상향링크 프리앰블 전송 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 프리앰블을 전송하는 단계는
    상기 전파 지연 시간 정보를 이용하여 상기 프리앰블의 전송 시점을 결정하는 단계;
    상기 평균 수신 전력 정보를 이용하여, 상기 프리앰블의 전송 전력을 결정하는 단계; 및
    상기 전송 시점 및 상기 전송 전력에 따라 상기 프리앰블을 전송하는 단계
    를 포함하는 상향링크 프리앰블 전송 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 스테이션의 전송 신호에 대한 주파수 오프셋 정보를, 상기 액세스 포인트로부터 수신하는 단계
    를 더 포함하는 상향링크 프리앰블 전송 방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 프리앰블은 훈련 심볼을 포함하며,
    상기 훈련 심볼은 LTF 심볼인
    상향링크 프리앰블 전송 방법.
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