KR20170002190A - 액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법 - Google Patents

액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트 장치는 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)을 추정하는 채널 추정부; 및 상기 가간섭성 시간들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하고, 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 사운딩 처리부를 포함할 수 있다.

Description

액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법{ACCESS POINT APPARATUS, WIRELESS LAN SYSTEM INCLUDING THE SAME, AND CHANNEL SOUNDING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 네트워크 환경을 고려해 실질적인 이득에 기초하여 채널 사운딩을 수행하는 액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법에 관한 것이다.
무선랜(WLAN; Wireless LAN) 기술의 표준화 기구인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802가 1980년 2월에 설립된 이래, 많은 표준화 작업이 수행되고 있다. 초기의 WLAN 기술은 IEEE 802.11을 통해 2.4GHz 주파수를 사용하여 주파수 호핑, 대역 확산, 적외선 통신 등으로 1~2Mbps의 속도를 지원한 이래, 최근에는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)을 적용하여 최대 54Mbps의 속도를 지원할 수 있다. 이외에도 IEEE 802.11에서는 QoS(Quality for Service)의 향상, 액세스 포인트(Access Point) 프로토콜 호환, 보안 강화(Security Enhancement), 무선 자원 측정(Radio Resource measurement), 차량 환경을 위한 무선 접속(Wireless Access Vehicular Environment), 빠른 로밍(Fast Roaming), 메쉬 네트워크(Mesh Network), 외부 네트워크와의 상호작용(Interworking with External Network), 무선 네트워크 관리(Wireless Network Management) 등 다양한 기술의 표준을 실용화 또는 개발 중에 있다.
무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 규격으로써 IEEE 802.11ac가 있다. IEEE 802.11ac는 5GHz 주파수에서 높은 대역폭(80MHz~160MHz)을 지원하고, 2.4GHz에선 802.11n과의 호환성을 위해 40MHz까지 대역폭을 지원한다. 이론적으로, IEEE 802.11ac 규격에 따르면 다중 단말의 무선랜 속도는 최소 1 Gbit/s, 최대 단일 링크 속도는 최소 500 Mbit/s까지 가능하게 된다. 이는 더 넓은 무선 주파수 대역폭(최대 160 MHz), 더 많은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 공간적 스트림(최대 8 개), 다중 사용자 MIMO(Multiple User MIMO;MU-MIMO), 그리고 높은 밀도의 변조(최대 256 QAM) 등 802.11n 에서 받아들인 무선 인터페이스 개념을 확장하여 이루어진다.
무선랜의 구성은 액세스 포인트(access point)와 단말 장치(station)로 이루어진다. 액세스 포인트는 전송거리 이내의 무선랜 사용자들이 인터넷 접속 및 네트워크를 이용할 수 있도록 전파를 보내는 장비로서 휴대폰의 기지국 또는 유선 네트워크의 허브와 같은 역할을 한다.
차세대 무선랜 시스템에서 액세스 포인트는 MIMO 페어링된 적어도 하나 이상의 단말 장치에게 동시에 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 이를 위해, 액세스 포인트는 수신 대상 단말 장치에게 프레임을 전송함에 있어서 채널 사운딩(channel sounding)을 통해 데이터 전송에 사용할 채널에 대한 정보를 획득할 수 있다. 그러나, 이러한 채널 사운딩을 수행하는데 시간 자원이 사용되며, 채널 사운딩을 자주 수행할수록 그리고, 채널 사운딩에 참여하는 단말의 수가 많을수록 증가한다. 따라서, 채널 사운딩을 효율적으로 수행하지 않으면, 데이터 패킷의 전송에 사용할 시간 자원 대부분을 채널 사운딩에 소모함으로써, 무선랜 성능이 심각하게 감소하는 문제가 발생한다.
공개특허 제10-2014-0071948호(2014.06.12)
본 발명은 하향링크 트래픽 로드(downlink traffic load) 등의 네트워크 환경을 고려하여 채널 사운딩을 효율적으로 수행할 수 있는 액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 및 이의 채널 사운딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트 장치는 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하고, 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 사운딩 처리부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사운딩 처리부는, 상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 큰 경우, 상기 제1 사운딩 주기에 따라 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사운딩 처리부는, 상기 복수의 단말 장치들 중 상기 가간섭성 시간이 상기 제1 사운딩 주기보다 큰 단말 장치들에 대해 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사운딩 처리부는, 상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 작은 경우, SU-MIMO(single-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 사운딩 처리부는, 상기 복수의 단말 장치들 각각으로 전송될 패킷이 큐(queue)에 존재할 확률을 기초로 상기 기대 이득을 산출할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 기대 손실은 사운딩 주기 당 상기 사운딩 동작에 소요되는 시간일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 채널 사운딩 방법은, 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하는 단계 및 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선랜 시스템은, 복수의 단말 장치들 및 상기 복수의 단말 장치들에 대한 사운딩 동작을 통해 수집한 채널 상태 정보를 기초로 MIMO 방식으로 상기 복수의 단말 장치들과 통신하는 액세스 포인트 장치를 포함하며, 상기 액세스 포인트 장치는, 상기 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하고, 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 사운딩 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트 장치, 이를 포함하는 무선랜 시스템, 이의 채및 널 사운딩 방법에 의하면, 단말 장치의 채널이 변하는 정도 및 하향링크 트래픽 로드를 고려해 MU-MIMO를 지원할지 여부, 사운딩 동작에 참여할 단말 장치 및 사운딩 주기를 결정함으로써, 네트워크 환경에 따라 사운딩에 의한 오버헤드를 적절한 수준에서 유지하고 데이터 전송 효율을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 액세스 포인트 장치를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 액세스 포인트 장치의 채널 사운딩 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변형이 가해질 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 무선 액세스 시스템들인 IEEE 802 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 및 LTE-A(LTE-Advanced)시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 액세스 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. 명확성을 위하여 이하에서는 IEEE 802.11 ac 시스템을 위주로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선랜 시스템(10)은 액세스 포인트(Access Point) 장치(100), 및 적어도 하나의 단말 장치(Station, 300-1~300-4)로 이루어진다.
액세스 포인트 장치(100)는 전송거리 이내의 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)의 사용자들이 인터넷 접속 및 네트워크를 이용할 수 있도록 전파를 보내는 장비로서, IEEE 802.11ac 표준에 따른다. 액세스 포인트 장치(100)는 무선랜 시스템(10) 외부의 네트워크망에 접속되어 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)와 상기 네트워크 망을 연결하는 기지국 내지 허브 기능을 수행할 수 있다.
액세스 포인트 장치(100)는 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)와 MU-MIMO(Mult-User Multiple Input Multiple Output) 페어링(pairing)된 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)에게 다중 안테나를 이용하여 동시에 데이터 프레임을 전송할 수 있다. 실시예에 따라, 액세스 포인트 장치(100)는 전송 성능을 개선하기 위하여 빔포밍(beamforming) 기술을 이용하여 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)에 데이터를 전송할 수 있다.
이를 위해, 액세스 포인트 장치(100)는 수신 대상 단말 장치로 프레임을 전송함에 있어서 채널 사운딩(channel sounding) 동작을 통해 데이터 전송에 사용할 채널에 대한 정보 즉, 채널 상태 정보(channel state information)를 획득할 수 있다.
액세스 포인트 장치(100)는 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)의 가간섭성 시간(coherence time)을 추정하고, 하향링크 트래픽 로드(downlink traffic load) 및 사운딩 오버헤드(sounding overhead)를 고려하여 어느 단말 장치에 대해 MU-MIMO를 지원할지 결정하고 선택된 단말 장치에 대해 최적의 사운딩 주기를 설정하게 된다.
여기서, 가간섭성 시간은 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4) 각각의 채널 상태가 일정하게 유지되는 시간을 의미하며, 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4) 각각의 가간섭성 시간은 서로 다를 수 있다.
적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4) 각각은 채널 사운딩을 통해 액세스 포인트 장치(100)로 상기 채널 상태 정보를 전송하고, 할당된 채널을 통해 액세스 포인트 장치(100)와 데이터를 송수신할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 액세스 포인트 장치를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액세스 포인트 장치(100)는 프로세서(processor, 110), 메모리(memory, 150) 및 트랜스시버(transceiver, 170) 를 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 본 발명의 실시예에 따른 채널 사운딩 방법을 수행하도록 액세스 포인트 장치(100)를 제어할 수 있다.
프로세서(110)는 채널 추정부(channel estimation unit, 120) 및 사운딩 처리부(sounding processing unit, 130)를 포함할 수 있다.
채널 추정부(120) 및 사운딩 처리부(130) 각각은 프로세서(110)에서 실행되는 소프트웨어 및/또는 프로세서(110)에 포함된 하드웨어로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4)는 비록 도 1에서는 4개가 존재하는 것으로 가정하였으나, 이후의 설명에서는 N(N은 1이상의 정수) 개의 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)가 존재하는 것으로 가정하고 설명하기로 한다.
채널 추정부(120)는 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 각각의 가간섭성 시간을 추정할 수 있다. 즉, 채널 추정부(120)는 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 각각이 이전에 전송한 채널 상태 정보를 기초로 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간을 추정할 수 있다.
사운딩 처리부(130)는 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽(하향링크 트래픽 로드), 각 단말 장치의 가간섭성 시간 및 사운딩 오버헤드 등을 고려해, MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 또한, 사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하기로 결정한 경우, 사운딩 동작에 참여할 단말들 및 사운딩 주기를 결정할 수 있다.
액세스 포인트 장치(100)가 복수의 안테나를 통해 MU-MIMO 방식으로 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)에 동시에 데이터를 전송하기 위해서는, 액세스 포인트 장치(100)와 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 간의 무선 링크 사이의 채널 정보를 기초로 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)끼리의 간섭을 제거해야 한다. 그러나, 액세스 포인트 장치(100)와 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 사이의 전파 환경이 시간에 따라 변하므로, 채널 상태 정보를 얻기 위한 사운딩 동작을 충분히 자주 수행함으로써 액세스 포인트 장치(100)가 정확한 채널 상태 정보를 확보해야 한다. 따라서, 상기 채널 상태 정보가 일정하다고 볼 수 있는 시간인 가간섭성 시간을 고려하여 사운딩 주기가 결정되어야 한다.
상기 사운딩 주기를
Figure pat00001
라 하고, 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)에 대한 각 가간섭성 시간을
Figure pat00002
라 한다. 이때, 액세스 포인트 장치(100)가 무선 링크에 대해 정확한 채널 정보를 가질 수 있는 단말은 N개의 단말 장치들 중
Figure pat00003
의 조건을 만족하는 단말들이 된다. 즉, 액세스 포인트 장치(100)는 상기 조건을 만족하는 단말들에 대해서만 MU-MIMO를 지원할 수 있게 된다.
이후에서는 액세스 포인트 장치(100)가 최적 사운딩 주기를 결정하여 MU-MIMO를 사용할지를 결정하는 동작에 대해 설명하기로 한다.
사운딩 주기가 작을수록 더 많은 단말 장치에 대해 MU-MIMO를 지원할 수 있으므로, MU-MIMO에 대한 이득은 증가하나, 더 많은 시간이 사운딩 동작에 소요되므로 사운딩 동작으로 인한 손실은 증가하게 된다.
액세스 포인트 장치(100)는 최적 사운딩 주기인
Figure pat00004
를 다음의 수학식 1에 의해 결정할 수 있다.
Figure pat00005
여기서, 최적 사운딩 주기
Figure pat00006
는 MU-MIMO에 의해 단위시간당 발생하는 시간에 대한 기대이득
Figure pat00007
와 사운딩 동작에 의해 단위시간당 발생하는 시간에 대한 기대손실
Figure pat00008
간의 차이를 최대로 하는 사운딩 주기를 의미할 수 있다.
한편, 사운딩 주기가
Figure pat00009
일 때, MU-MIMO가 지원될 수 있는 단말들의 집합은 다음의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00010
IEEE 802.11ac에 따른 MU-MIMO 방식의 데이터 전송은 액세스 포인트 장치(100)가 전송할 데이터의 헤드(head)에 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)에 전송할 데이터 패킷을 가지고 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N) 간의 경쟁(contention)시 미디엄 액세스(medium access) 기회를 얻었을 경우에만 발생할 수 있다. 따라서, 기대이득
Figure pat00011
는 다음의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 다운링크 시간 채널 이용(downlink time channel utilization) 즉, 제i 단말 장치(제i 단말 장치는 MU-MIMO가 지원될 수 있는 단말들 중 어느 하나의 단말장치)가 다운링크 채널을 점유할 확률을 의미하고,
Figure pat00014
는 액세스 포인트 장치(100)가 제i 단말 장치에 전송할 패킷으로 미디엄 액세스 기회를 얻었을 때의 MU-MIMO에 의한 기대이득을 의미한다.
또한, 제i 단말 장치에 전송할 패킷으로 액세스 포인트 장치(100)가 미디엄 액세스 기회를 얻었을 때, 액세스 포인트 장치(100)가 전송할 데이터의 헤드(head)에 또 다른 단말 장치에 대해 전송할 패킷이 존재할 경우에만 MU-MIMO 전송이 이루어질 수 있기 때문에,
Figure pat00015
는 다음의 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
는
Figure pat00018
에서 제i 단말 장치를 제외한 단말들의 집합을 의미하고,
Figure pat00019
는
Figure pat00020
의 모든 부분집합의 집합을 의미한다.
Figure pat00021
는 제i 단말 장치에 전송할 패킷으로 액세스 포인트 장치(100)가 미디엄 액세스 기회를 얻었을 때, 액세스 포인트 장치(100)가 전송할 데이터에 다른 MU-MIMO 지원 가능한 단말 장치들 중 집합
Figure pat00022
에 속한 단말 장치들에 전송할 패킷이 존재하는 경우에 MU-MIMO에 의한 기대이득을 의미한다.
Figure pat00023
는 위와 같은 경우가 있을 확률로서 다음의 수학식 5와 같이 주어진다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
는 집합
Figure pat00026
에 속한 단말 장치들 중 어느 하나인 제j 단말 장치에 전송할 패킷이 액세스 포인트 장치(100)가 전송할 데이터(즉, 큐(queue))에 존재할 확률로 제j 단말 장치의 하향링크 트래픽 로드가 클수록 큰 값을 갖게 되며 이는 앞서 언급한 하향링크 트래픽 로드에 해당한다.
이때,
Figure pat00027
를 고려하는 이유는 최적의 사운딩 주기와 어느 단말 장치에 대해 MU-MIMO를 지원할지 결정함에 있어서, 보다 합리적인 결정을 위해 가간섭성 시간 외에 하향링크 트래픽 로드를 반영하여 결정하는 것이 필요하기 때문이다.
적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-N)가 존재하는 환경에서 특정 단말 장치의 채널이 상대적으로 빠르게 변하고 있다고 가정하기로 한다. 상기 특정 단말 장치에 대하여 MU-MIMO를 지원하기 위해서는 상기 특정 단말 장치의 채널이 빠르게 변하기 때문에, 사운딩 동작을 자주 수행해야 하고 그에 따라 많은 시간 자원을 사운딩 동작에 할당해야 한다. 그런데, 만약 상기 특정 단말 장치의 하향링크 트래픽 로드가 크다면 사운딩 동작에 많은 시간을 사용하더라도 MU-MIMO를 지원하게 됨으로써 발생하는 이득이 사운딩 동작 때문에 발생하는 손해보다 클 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 가간섭성 시간만을 고려해서 사운딩 주기를 설정하기 보다는 하향링크 트래픽 로드를 함께 고려해서 최적의 사운딩 주기와 어느 단말 장치에 대해 MU-MIMO를 지원할지 설정하게 된다.
마지막으로 MU-MIMO 지원 가능한 단말의 수는 액세스 포인트 장치(100)의 안테나 수보다 같거나 작아야 하고, IEEE 802.11ac 표준에서는 최대 4개까지 가능하도록 정의하고 있다. "
Figure pat00028
=액세스 포인트 장치(100)의 안테나 수"라 하고,
Figure pat00029
를 집합
Figure pat00030
에 속한 단말 중 가장 신호대 잡음비(signal to noise ratio;SNR)가 큰
Figure pat00031
개의 단말의 집합이라 하면, 는 다음의 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00033
여기서,
Figure pat00034
,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
는 각각 제i 단말 장치의 SNR, 데이터 프레임 간의 시간 간격인 SIFS(short interframe space), 응답 프레임 중 하나인 Block ACK의 전송 시간, 제i 단말 장치의 패킷 전송시간을 의미한다.
사운딩 주기를
Figure pat00038
라 가정하면, 이러한 사운딩 주기로 수집되는 채널 상태 정보의 정확도에 의해서는 집합
Figure pat00039
에 속하는 단말 장치들에 대하여서만 MU-MIMO 지원이 가능하므로, 이 외에 단말들이 사운딩 동작에 참여하는 것은 오버헤드(overhead) 만을 유발하게 된다. 따라서, 사운딩 주기당 한 번의 사운딩 동작에서 발생하는 시간 오버헤드는 다음의 수학식 7과 같이 주어진다.
Figure pat00040
여기서,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
은 각각 NDPA 전송 시간, NDP 전송시간, 채널 상태 정보 전송 시간, 폴링 패킷(polling packet) 전송시간을 의미한다. 상기 NDPA는 사운딩 동작을 위한 사운딩 프로토콜의 시작을 알리는 데이터이며, 사운딩 동작의 대상이 되는 단말 장치의 ID(identification) 정보를 포함할 수 있다. 상기 NDP는 채널 상태 정보를 획득하기 위한 사운딩 정보에 대한 데이터이다.
사운딩 주기당 한 번의 사운딩 동작에서 발생하는 시간 오버헤드가 수학식 7과 같으므로, 단위 시간당 발생하는 오버헤드 즉, 사운딩 동작에 의해 단위시간당 발생하는 시간에 대한 기대손실
Figure pat00045
는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00046
사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할지 여부를 결정하기 위해, 최적 사운딩 주기를 결정하여야 한다. 그러나, 이론적으로 사운딩 주기
Figure pat00047
는 0보다 큰 모든 값들을 가질 수 있기 때문에, 수학식 1을 만족하는
Figure pat00048
를 찾는 것은 쉽지 않다.
수학식 1에서 최적 사운딩 주기
Figure pat00049
는 사운딩 주기
Figure pat00050
와 MU-MIMO가 지원될 수 있는 단말들의 집합
Figure pat00051
에 대해서만 연관을 갖는다. 따라서, 비록
Figure pat00052
가 바뀌더라도
Figure pat00053
가 바뀌지 않으면
Figure pat00054
는 달라지지 않는다.
또한,
Figure pat00055
에서
Figure pat00056
의 분자는 마찬가지로
Figure pat00057
와
Figure pat00058
에 대해서만 연관을 가지고,
Figure pat00059
의 분모는
Figure pat00060
가 커질수록 커진다.
Figure pat00061
는 앞서 정의한 바와 같이
Figure pat00062
에 대하여 연관된 단말 장치들의 가간섭성 시간인
Figure pat00063
을 기준으로 바뀌게 되므로,
Figure pat00064
Figure pat00065
에 대하여서만
Figure pat00066
를 비교하여 가장 크게 만드는 사운딩 주기가 최적 사운딩 주기
Figure pat00067
가 된다. 이는
Figure pat00068
를 결정하는 경계 값이
Figure pat00069
Figure pat00070
이므로
Figure pat00071
Figure pat00072
에 대해서만
Figure pat00073
를 비교하면 최적 사운딩 주기
Figure pat00074
를 결정할 수 있기 때문이다.
사운딩 처리부(130)는 기대이득
Figure pat00075
와 기대 손실
Figure pat00076
간의 차이를 최대로하는 최적 사운딩 주기(또는 제1 사운딩 주기)
Figure pat00077
를 결정한 뒤, 최적 사운딩 주기
Figure pat00078
에 따른 수학식 1의 기대이득
Figure pat00079
와 기대 손실
Figure pat00080
간의 차이가 0보다 큰지 여부에 따라 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 지 결정할 수 있다.
즉, 기대이득
Figure pat00081
와 기대 손실
Figure pat00082
간의 차이가 0보다 큰 경우, MU-MIMO에 의해 발생하는 이득이 사운딩 동작에 의해 발생하는 손해보다 크다고 할 수 있으므로 사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다. 이때, 사운딩 처리부(130)는 복수의 단말 장치들(300-1~300-N) 중 가간섭성 시간이 최적 사운딩 주기
Figure pat00083
보다 큰 단말 장치들에 대해 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
또한, 사운딩 처리부(130)는 최적 사운딩 주기
Figure pat00084
를 사운딩 주기로 하여, MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
최적 사운딩 주기
Figure pat00085
에 따른 수학식 1의 기대이득
Figure pat00086
와 기대 손실
Figure pat00087
간의 차이가 0보다 작은 경우(음수인 경우), 사운딩 동작에 의해 발생하는 손해가 MU-MIMO에 의해 발생하는 이득보다 크다고 할 수 있으므로, MU-MIMO를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO 방식이 아닌 SU-MIMO(single-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
메모리(150)는 본 발명의 실시예에 따른 채널 사운딩 방법을 수행하기 위한 프로그램, 및 상기 프로그램 실행에 따라 생성되는 데이터를 저장할 수 있다.
트랜스시버(170)는 적어도 하나의 단말 장치(300-1~300-4) 또는 외부의 네트워크망과 무선 신호를 전송하거나 또는 수신할 수 있다. 트랜스시버(170)는 프로세서(110)와 기능적으로 연결되어 동작하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액세스 포인트 장치(100)에 의하면, 단말 장치의 채널이 변하는 정도 및 하향링크 트래픽 로드를 고려해 MU-MIMO를 지원할지 여부, 사운딩 동작에 참여할 단말 장치 및 사운딩 주기를 결정함으로써, 네트워크 환경에 따라 사운딩에 의한 오버헤드를 적절한 수준에서 유지하고 데이터 전송 효율을 최대화할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 액세스 포인트 장치의 채널 사운딩 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 채널 추정부(120)는 복수의 단말 장치들(300-1~300-N) 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간을 추정할 수 있다(S10).
사운딩 처리부(130)는 상기 가간섭성 시간들 중 복수의 단말 장치들(300-1~300-N)에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대이득
Figure pat00088
와 기대 손실
Figure pat00089
의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 최적 사운딩 주기(
Figure pat00090
;제1 사운딩 주기)로 결정할 수 있다(S20).
사운딩 처리부(130)는 최적 사운딩 주기(
Figure pat00091
)에 따른 기대이득
Figure pat00092
와 기대 손실
Figure pat00093
간의 차이가 0보다 큰지 여부에 따라 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 지 여부를 결정할 수 있다(S30).
기대이득
Figure pat00094
와 기대 손실
Figure pat00095
간의 차이가 0보다 큰 경우(S30의 Yes 경로), 사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다(S40). 이때, 사운딩 처리부(130)는 복수의 단말 장치들(300-1~300-N) 중 가간섭성 시간이 최적 사운딩 주기
Figure pat00096
보다 큰 단말 장치들에 대해 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다. 또한, 사운딩 처리부(130)는 최적 사운딩 주기
Figure pat00097
를 사운딩 주기로 하여, MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행할 수 있다.
기대이득
Figure pat00098
와 기대 손실
Figure pat00099
간의 차이가 음수인 경우(S30의 No 경로), 사운딩 동작에 의해 발생하는 손해가 MU-MIMO에 의해 발생하는 이득보다 크다고 할 수 있으므로, 사운딩 처리부(130)는 MU-MIMO를 사용하지 않는 것이 바람직하다(S50).
상기와 같이 설명된 무선랜 시스템(10)은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 무선랜 시스템(10)의 채널 사운딩 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
무선랜 시스템(10)
액세스 포인트 장치(100)
프로세서(110)
채널 추정부(120)
사운딩 처리부(130)
메모리(150)
트랜스시버(170)

Claims (17)

  1. 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하고, 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 사운딩 처리부를 포함하는 액세스 포인트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 큰 경우, 상기 제1 사운딩 주기에 따라 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하는 액세스 포인트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 복수의 단말 장치들 중 상기 가간섭성 시간이 상기 제1 사운딩 주기보다 큰 단말 장치들에 대해 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하는 액세스 포인트 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 작은 경우, SU-MIMO(single-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행하는 액세스 포인트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 복수의 단말 장치들 각각으로 전송될 패킷이 큐(queue)에 존재할 확률을 기초로 상기 기대 이득을 산출하는 액세스 포인트 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기대 손실은 사운딩 주기 당 상기 사운딩 동작에 소요되는 시간인 액세스 포인트 장치.
  7. 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하는 단계; 및
    상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 단계를 포함하는 채널 사운딩 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 큰 경우, 상기 제1 사운딩 주기에 따라 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 채널 사운딩 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작은 상기 복수의 단말 장치들 중 상기 가간섭성 시간이 상기 제1 사운딩 주기보다 큰 단말 장치들에 대해 수행되는 채널 사운딩 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 작은 경우, SU-MIMO(single-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 채널 사운딩 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기대 이득은, 상기 복수의 단말 장치들 각각으로 전송될 패킷이 큐(queue)에 존재할 확률을 기초로 산출되는 채널 사운딩 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기대 손실은 사운딩 주기 당 상기 사운딩 동작에 소요되는 시간인 채널 사운딩 방법.
  13. 복수의 단말 장치들; 및
    상기 복수의 단말 장치들에 대한 사운딩 동작을 통해 수집한 채널 상태 정보를 기초로 MIMO 방식으로 상기 복수의 단말 장치들과 통신하는 액세스 포인트 장치를 포함하며,
    상기 액세스 포인트 장치는,
    상기 복수의 단말 장치들 각각의 채널 상태가 유지되는 시간인 가간섭성 시간(channel coherence time)들 중 상기 복수의 단말 장치들에 대한 데이터 트래픽을 반영한 기대 이득과 기대 손실의 차이를 최대로 하는 가간섭성 시간을 제1 사운딩 주기로 결정하고, 상기 제1 사운딩 주기에 기초하여 MU-MIMO(multi-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행할지 결정하는 사운딩 처리부를 포함하는 무선랜 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 큰 경우, 상기 제1 사운딩 주기에 따라 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하는 무선랜 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 복수의 단말 장치들 중 상기 가간섭성 시간이 상기 제1 사운딩 주기보다 큰 단말 장치들에 대해 상기 MU-MIMO 방식의 사운딩 동작을 수행하는 무선랜 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 제1 사운딩 주기에 따른 상기 기대 이득이 상기 기대 손실보다 작은 경우, SU-MIMO(single-user MIMO) 방식의 사운딩 동작을 수행하는 무선랜 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 사운딩 처리부는,
    상기 복수의 단말 장치들 각각으로 전송될 패킷이 큐(queue)에 존재할 확률을 기초로 상기 기대 이득을 산출하는 무선랜 시스템.
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