WO2017204457A1 - 빔포밍 훈련 - Google Patents

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WO2017204457A1
WO2017204457A1 PCT/KR2017/003536 KR2017003536W WO2017204457A1 WO 2017204457 A1 WO2017204457 A1 WO 2017204457A1 KR 2017003536 W KR2017003536 W KR 2017003536W WO 2017204457 A1 WO2017204457 A1 WO 2017204457A1
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WO
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ssw
type
frame
ssw frame
slot
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PCT/KR2017/003536
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조경태
김진민
박성진
조한규
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0491—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas using two or more sectors, i.e. sector diversity

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication, and more particularly to beamforming training in a wireless communication system.
  • the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11ad standard is a high-speed wireless communications standard that operates in the band above 60 GHz.
  • the reach of the signal is around 10 meters, but the throughput can support more than 6 Gbps. Since operating at higher frequency bands, signal propagation is dominated by ray-like propagation.
  • Signal quality may be improved as the TX (remit) or RX (receive) antenna beam is aligned to face a strong spatial signal path.
  • IEEE 802.11ad provides a beamforming training process for antenna beam alignment. Based on IEEE 802.11ad, the next generation of standards being developed with a target of 20 Gbps or higher is IEEE 802.11ay.
  • the present invention provides a method and apparatus using the same for beamforming training that supports various types of sector sweep (SSW) frames.
  • SSW sector sweep
  • a method for beamforming training in a wireless communication system includes a station (STA) receiving a beacon frame from an access point (AP) during a beacon transmission interval (BTI), wherein the STA is an association beamforming training (A-BFT) And transmitting an SSW frame according to the type of the SSW frame in an SSW slot having a successful random backoff among a plurality of sector sweep (SSW) slots.
  • the beacon frame includes an A-BFT length indicating the number of sector sweep (SSW) slots included in association beamforming training (A-BFT) and an FSS field indicating the number of SSW frames allowed per SSW slot.
  • the beacon frame includes information about the type of SSW frame used in at least one of the plurality of SSW slots.
  • the type of the SSW frame indicates one of the first type SSW frame and the second type SSW frame, and the size of the first type SSW frame and the size of the second type SSW frame may be different from each other.
  • an apparatus for beamforming training in a wireless communication system includes a transceiver for transmitting and receiving wireless signals and a processor coupled with the transceiver.
  • the SSW receives a beacon frame from the access point (AP) through the transceiver during the beacon transmission interval (BTI), and randomly backs out of a plurality of sector sweep (SSW) slots during association beamforming training (A-BFT).
  • BTI beacon transmission interval
  • A-BFT association beamforming training
  • FIG 4 illustrates beamforming training according to an embodiment of the present invention.
  • 5 shows transmission of an SSW frame according to A-BFT length.
  • FIG 6 shows an example in which an SSW slot is defined according to the type of an SSW frame.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an apparatus in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • the following describes by way of example a wireless communication system operating in a frequency band of 60 GHz or 45 GHz or higher. Multiple channels may be provided, for example one channel may have a bandwidth of 2.16 GHz.
  • a station may be called various names such as a wireless device, a mobile station (MS), a network interface device, a wireless interface device, or simply a user.
  • a basic service set is a building block of a wireless local area network (WLAN) based on the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 standard.
  • the BSS includes a plurality of STAs capable of directly communicating with each other.
  • WLAN provides two types of independent BSS (IBSS) and personal BSS (PBSS).
  • IBSS is a basic type.
  • PBSS is an ad hoc network and is a type of wireless local area network (WLAN) in which each STA can directly communicate with each other.
  • One STA in the PBSS may serve as a PBSS control point (PCP).
  • the PCP may provide beacon transmission, service period (SP) allocation, and the like.
  • SP service period
  • An access point is an entity that provides access between multiple BSSs.
  • One STA in the BSS may serve as an AP, and STAs belonging to different BSSs may communicate through the AP.
  • the AP manages beacon transmission and association.
  • the AP and the PCP are referred to as APs, not separately.
  • the STA may include a non-AP STA or an AP, unless the STA distinguishes a function from the AP.
  • the STA When described in communication with a STA to an AP, the STA may be interpreted as a non-AP STA.
  • the STA may be a non-AP STA or an AP if it is described in STA-to-STA communication or otherwise requires a function of the AP.
  • FIG. 1 shows a beamforming training process according to the prior art. It may be referred to section 9.35 of the IEEE 802.11ad standard.
  • STA1 is an initiator that initiates beamforming (BF) training.
  • STA2 participating in BF training is a responder.
  • the BF training is to provide signaling required for each STA to determine the appropriate antenna system settings and transmission of a BF training frame using a sector sweep.
  • the BF training course may include a sector level sweep (SLS) process and a beam refinement protocol (BRP) process.
  • SLS process for sector sweep is to enable communication to such a degree that a control PHY (physical layer) between STAs is provided.
  • BRP process is to provide refinement of the antenna weight vector between the transmitter and the receiver.
  • the BF training begins with the SLS by the initiator.
  • the SLS process includes an initiator sector sweep (ISS) for training the initiator link, a responder sector sweep (RSS) for training the responder link, a sector sweep (SSW) feedback, and an SSW ACK.
  • ISS initiator sector sweep
  • RSS responder sector sweep
  • SSW sector sweep
  • SSW SSW ACK
  • the initiator transmits a frame (beacon frame or SSW frame), respectively, over its sectors.
  • the Responder sends SSW frames, respectively, across its sectors.
  • SSW feedback the initiator sends an SSW feedback frame to the responder.
  • the SSW feedback frame may include information about the sector and antenna selected by the initiator.
  • the SSW ACK frame is sent by the responder via the sector and antenna included in the SSW feedback most recently received by the initiator.
  • the sector may correspond to a specific antenna beam or pattern.
  • the TX (transmit) sector is the sector for the TX antenna
  • the RX (receive) sector is the sector for the RX antenna.
  • the SLS process determines the sector (TX sector and / or RX sector) with the best quality for the initiator and the sector (TX sector and / or RX sector) that is best for the responder.
  • the BRP process may include a BRP setup subphase, a multiple sector ID detection (MID) subphase, a beam combining (BC) subphase, and the like.
  • MID multiple sector ID detection
  • BC beam combining
  • the beacon interval is a period during which the beacon frame is transmitted.
  • the beacon transmission interval is the time interval between the first beacon frame transmission and the last beacon frame transmission by the AP within the beacon interval.
  • Association beamforming training (A-BFT) is a time interval including RSS and SSW feedback of the SLS process for BF.
  • Announcement transmission interval (ATI) is a time interval for request-response based management between the AP and the STA.
  • the data transfer interval (DTI) is a time interval for data exchange.
  • A-BFT is performed in units of SSW slots, and the length of the A-BFT is defined as an integer multiple of the SSW slot.
  • A-BFT length information about the length of the A-BFT may be included in the beacon frame.
  • the SSW slot has a length of aSSSlotTime.
  • aSSSlotTime aAirPropagationTime + aSSDuration + MBIFS + aSSFBDuration + MBIFS.
  • aAirPropagationTime is a parameter considering propagation delay between the initiator and the responder.
  • aSSDuration is the time for the responder to transmit M SSW frames in the SSW slot.
  • M Medium Beamforming Interframe Spacing (MBIFS) represents an interval between BTI and A-BFT or an interval between ISS, RSS, SSW feedback, and SSW ACK.
  • MIFS Medium Beamforming Interframe Spacing
  • the responder STA initiates a random backoff process to initiate or resume RSS.
  • the STA randomly selects the backoff count from the uniform distribution [0, (A-BFT length-1)].
  • the STA decrements the backoff count by one at the end of each SSW slot.
  • the STA initiates RSS in the SSW slot when the value of the backoff count is 0 at the start of the SSW slot.
  • the STA may transmit up to M SSW frames. If there are more SSW frames to be sent by the STA, RSS can be restarted in the next SSW slot if A-BFT is not over. If RSS is not completed before A-BFT is terminated, the backoff process is performed again before restarting RSS at the next A-BFT.
  • the AP may send SSW feedback before the SSW slot is terminated.
  • Information included in the SSW feedback may be based on the SSW frame received in the SSW slot through which the SSW feedback is transmitted.
  • SSW feedback may include information about the sector and antenna selected by the AP.
  • the STA has an RSS fail count.
  • the RSS failure count is the continuous number of times RSS was performed during A-BFT (s) but did not receive SSW feedback as a response. For example, suppose that one A-BFT has 8 SSW slots, and the STA transmits an SSW frame in 4 SSW slots over 2 A-BFTs. If the STA has not received the SSW feedback in the 3 SSW slots of the 4 SSW slots, the RSS failure count has a value of 3.
  • the STA selects the random value selected from the uniform distribution [0, RSSBackoff) as the backoff count.
  • the STA decrements the backoff count by one, one at the end of each A-BFT.
  • the STA can restart RSS in A-BFT.
  • the STA may set the RSS failure count to zero.
  • the size of the SSW frame is fixed at 26 octets.
  • a short SSW frame having a smaller size has been proposed.
  • 3 illustrates a 6 octet short SSW frame.
  • the fields in the short SSW frame are shown in Table 1 below. Not all fields are required, and field names and number of bits are merely examples.
  • Field name Explanation Packet Type Indicates the type of this frame. '0' means Short SSW. Addressing Mode Indicates whether this frame is sent to a single receiver or to multiple transmitters CDOWN Down-counter indicating the number of short SSW frame transfers remaining RF Chain ID Indicates the RF chain currently used by the transmitter for this transmission. Direction Indicates whether the transmitter is an initiator or a responder. For example, if this field is '0', this frame is sent by the initiator; if it is '1', this frame is sent by the responder. Short SSW feedback Indicates the CDOWN value of the short SSW frame received with the best quality from the previous received sector sweep. Selected Sector Polarization Indicates the polarization state used for short SSW frames received with the best quality from the previous received sector sweep.
  • the transmission time of a 6 octet short SSW frame is shorter than that of a conventional SSW frame.
  • the table below compares the characteristics of the two frames.
  • the number of SSW slots may be increased to provide more opportunities for STAs to compete in beamforming during A-BFT.
  • first type SSW frame (called SSW-I) and a second type SSW frame (called SSW-II).
  • the first type SSW frame may be an existing SSW frame
  • the second type SSW frame may be a short SSW frame.
  • the size of the first type SSW frame may be larger than the size of the second type SSW frame.
  • FIG 4 illustrates beamforming training according to an embodiment of the present invention.
  • the AP transmits a beacon frame to the STA.
  • the beacon frame may include configuration information regarding the type of SSW frame transmitted during A-BFT.
  • A-BFT is performed in units of SSW slots, and A-BFT length is defined as an integer multiple of an SSW slot.
  • the following table shows setting information about the type of SSW frame included in the beacon frame. Not all fields are required, and field names are examples only.
  • A-BFT length The size of the A-BFT. It may be defined as the number of SSW slots. FSS Number of SSW frames allowed per SSW slot. SSW frame type Type of SSW frame transmitted during A-BFT. For example, it may refer to SSW-I or SSW-II or a combination thereof. Type allowed Indicates whether SSW-II is transmitted Additional slots SSW-II is transmitted in an additional SSW slot. A-BFT Length II Size of additional slots FSS II Number of SSW-IIs allowed per additional slot.
  • SSW-I or SSW-II may be transmitted during A-BFT.
  • the AP and the STA may determine the type of the SSW frame transmitted during the A-BFT as follows.
  • the type of the SSW frame may be given according to the value of the FSS field. For example, the maximum value of the current FSS field is 16.
  • the STA may determine that SSW-I is transmitted when the value of the field of the FSS is 16 or less, and that SSW-II is transmitted when it is larger than 16.
  • the type of the SSW frame transmitted directly through the SSW frame type field and / or the type permission field may be designated.
  • the FSS field is basically a 4-bit field capable of up to 16, it may not be suitable for designating the number of SSW-IIs having a smaller size. Accordingly, the size of the FSS field is fixed, but the STA may interpret the value of the FSS field differently according to the type of the SSW frame.
  • FSS FSS
  • SSW-I One 2 4 8 16 Transmission time (SSW-I) (micro-seconds) 15.91 31.82 63.64 127.28 254.56
  • FSS FSS
  • SSW-II One 3 6 (7) 13 (12) 26 (25) Transmission time (SSW-II) (micro-seconds) 9.8 29.4 58.8 (68.6) 127.4 (117.6) 254.8 (245)
  • a first FSS field for SSW-I and a second FSS field for SSW-II may be independently provided.
  • the type of the SSW frame may be specified according to the A-BFT length.
  • 5 shows transmission of an SSW frame according to A-BFT length. If the A-BFT length is larger than the specific value, the SSW-I is transmitted. If the A-BFT length is less than the specific value, the SSW-II is transmitted.
  • the above-described embodiment may be extended to a plurality of A-BFT intervals. If the responder's beamforming is not completed within one A-BFT interval and one SSW slot, the responder exchanges information with the responder that the beamforming is not complete, and the initiator exchanges the A-BFT for the remaining beamforming. You can reset it. Beamforming of a plurality of respondents may be performed independently in a plurality of A-BFT intervals.
  • different SSW slots may be defined according to the type of the SSW frame.
  • 6 shows an example in which an SSW slot is defined according to the type of an SSW frame.
  • SSW-I is transmitted in the original SSW slot.
  • An additional SSW slot for SSW-II is set. Although the additional SSW slot is illustrated in front of the original SSW slot, the additional SSW slot may be located behind the original SSW slot.
  • Additional A-BFT lengths and additional FSS may be defined to define additional SSW slots.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an apparatus in which an embodiment of the present invention is implemented.
  • the device 100 includes a processor 110, a memory 120, and a transceiver 130.
  • the memory 120 is connected to the processor 110 to store various instructions executed by the processor 110.
  • the transceiver 130 is connected to the processor 110 to transmit and / or receive a radio signal.
  • the processor 110 implements the proposed functions, processes and / or methods. In the above-described embodiment, the operation of the STA or the AP may be implemented by the processor 110. When the above-described embodiments are implemented as software instructions, the instructions may be stored in the memory 120 and executed by the processor 110 to perform the above-described operations.
  • the processor may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processing devices.
  • the memory may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory card, storage medium and / or other storage device.
  • the transceiver may include a baseband circuit for processing a radio signal.
  • the above-described technique may be implemented as a module (process, function, etc.) for performing the above-described function.
  • the module may be stored in memory and executed by a processor.
  • the memory may be internal or external to the processor and may be coupled to the processor by various well known means.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

빔포밍 훈련을 위한 방법 및 이를 이용한 장치가 제공된다. STA(station)이 BTI(beacon transmission interval) 동안 AP(access point)로부터 비콘 프레임을 수신한다. 상기 비콘 프레임은 상기 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯 중 적어도 어느 하나에서 사용되는 SSW 프레임의 타입에 관한 정보를 포함한다. 상기 STA이 A-BFT(association beamforming training) 동안 상기 복수의 SSW 슬롯 중 랜덤 백오프에 성공한 SSW 슬롯에서 상기 SSW 프레임의 타입에 따른 SSW 프레임을 전송한다.

Description

빔포밍 훈련
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 빔포밍 훈련에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11ad 표준은 60 GHz 이상의 대역에서 동작하는 초고속 무선 통신 규격이다. 신호의 도달 범위는 10 미터 정도이지만, 처리량(throughput)은 6 Gbps 이상을 지원할 수 있다. 높은 주파수 대역에서 동작하므로, 신호 전파(signal propagation)은 광선-형태 전파(ray-like propagation)에 의해 지배된다(dominate). TX(transmit) 또는 RX(receive) 안테나 빔이 강한 공간 시그널 경로(strong spatial signal path)를 향하도록 정렬될수록 신호 품질이 향상될 수 있다.
IEEE 802.11ad 표준은 안테나 빔 정렬을 위한 빔포밍 훈련(beamforming training) 과정을 제공하고 있다. IEEE 802.11ad를 기반으로 20 Gbps 이상의 처리량을 목표로 개발 중인 차세대 표준이 IEEE 802.11ay이다.
IEEE802.11ay에서 멀티 스트림, 멀티 채널 등이 도입됨에 따라 다양한 종류의 빔포밍 훈련을 수행하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 다양한 타입의 SSW(sector sweep) 프레임을 지원하는 빔포밍 훈련을 위한 방법 및 이를 이용한 장치를 제공한다.
일 양태에서, 무선 통신 시스템에서 빔포밍 훈련을 위한 방법은 STA(station)이 BTI(beacon transmission interval) 동안 AP(access point)로부터 비콘 프레임을 수신하고, 상기 STA이 A-BFT(association beamforming training) 동안 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯 중 랜덤 백오프에 성공한 SSW 슬롯에서 상기 SSW 프레임의 타입에 따른 SSW 프레임을 전송하는 것을 포함한다. 상기 비콘 프레임은 A-BFT(association beamforming training)에 포함되는 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯의 개수를 나타내는 A-BFT 길이와 SSW 슬롯 당 허용되는 SSW 프레임의 개수를 나타내는 FSS 필드를 포함한다. 상기 비콘 프레임은 상기 복수의 SSW 슬롯 중 적어도 어느 하나에서 사용되는 SSW 프레임의 타입에 관한 정보를 포함한다.
상기 SSW 프레임의 타입은 제1 타입 SSW 프레임과 제2 타입 SSW 프레임 중 하나를 지시하며, 상기 제1 타입 SSW 프레임의 크기와 제2 타입 SSW 프레임의 크기는 서로 다를 수 있다.
다른 양태에서, 무선 통신 시스템에서 빔포밍 훈련을 위한 장치는 무선신호를 송신 및 수신하는 송수신기와 상기 송수신기와 연결되는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 BTI(beacon transmission interval) 동안 AP(access point)로부터 비콘 프레임을 상기 송수신기를 통해 수신하고, A-BFT(association beamforming training) 동안 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯 중 랜덤 백오프에 성공한 SSW 슬롯에서 상기 SSW 프레임의 타입에 따른 SSW 프레임을 상기 송수신기를 통해 전송한다.
동일한 시간에 스테이션에게 빔포밍에 참여할 수 있는 기회를 더 많이 제공하여 빔포밍 훈련을 위한 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 빔포밍 훈련 과정을 나타낸다.
도 2는 SLS 과정의 일 예를 보여준다.
도 3은 다양한 타입의 SSW 프레임을 보여준다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 훈련을 나타낸다.
도 5는 A-BFT 길이에 따른 SSW 프레임의 전송을 보여준다.
도 6은 SSW 프레임의 타입에 따라 SSW 슬롯이 정의되는 예를 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시예가 구현되는 장치를 나타낸 블록도이다.
이하는 60 GHz 또는 45 GHz 이상의 주파수 대역에서 동작하는 무선 통신 시스템을 예시적으로 기술한다. 복수의 채널이 제공될 수 있으며, 예를 들어, 하나의 채널은 2.16 GHz의 대역폭을 가질 수 있다.
STA(station)은 무선기기, MS(mobile station), 네트워크 인터페이스 기기, 무선 인터페이스 기기 또는 단순히 사용자(user) 등 다양한 명칭으로 불릴 수 있다.
BSS(basic service set)는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준에 기반하는 WLAN(wireless local area network)의 작성 블록(building block)이다. BSS는 서로 직접 통신이 가능한 복수의 STA을 포함한다. WLAN은 IBSS(independent BSS)와 PBSS(personal BSS)의 2가지 타입을 제공한다. IBSS는 기본적인 타입이다. PBSS은 애드혹(ad hoc) 네트워크로써, 각 STA이 서로 직접 통신할 수 있는 WLAN(wireless local area network)의 타입이다. PBSS 내 하나의 STA은 PCP(PBSS control point)의 역할을 수행할 수 있다. PCP는 비콘 전송, SP(service period) 할당 등을 제공할 수 있다.
AP(access point)는 다중 BSS 간의 접속을 제공하는 엔티티(entity)이다. BSS 내 하나의 STA이 AP의 역할을 수행할 수 있으며, 서로 다른 BSS에 속하는 STA은 AP를 통해 통신할 수 있다. AP는 비콘 전송 및 연결(association)을 관리한다. 이하에서, AP와 PCP는 별도로 구분하지 않고, AP 라고 한다.
STA은 별도로 AP와의 기능을 구분하지 않는 한, non-AP STA 또는 AP를 포함할 수 있다. STA 대 AP와의 통신으로 기술되면, STA는 non-AP STA으로 해석될 수 있다. STA 대 STA 통신으로 기술되거나, 별도로 AP의 기능이 필요하지 않는다면 STA는 non-AP STA 또는 AP 일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 빔포밍 훈련 과정을 나타낸다. 이는 IEEE 802.11ad 표준의 9.35절을 참조할 수 있다.
STA1은 BF(beamforming) 훈련(training)을 개시하는 개시자(initiator)이다. BF 훈련에 참여하는 STA2은 응답자(responder)이다.
BF 훈련은 섹터 스윕(sector sweep)을 사용한 BF 훈련 프레임의 전송과 적절한 안테나 시스템 셋팅을 결정하기 위해 각 STA에게 필요한 시그널링을 제공하는 것이다. BF 훈련 과정은 SLS(sector level sweep) 과정과 BRP(beam refinement protocol) 과정을 포함할 수 있다. 섹터 스윕을 위한 SLS 과정은 STA간 제어(control) PHY(physical layer)가 제공될 정도의 통신을 가능케하도록 하기 위함이다. BRP 과정은 전송기와 수신기 간 안테나 가중치 벡터(antenna weight vector)의 개선(refinement)을 제공하기 위함이다.
BF 훈련은 개시자에 의해 SLS 부터 시작된다. SLS 과정은 개시자 링크를 훈련하기 위한 ISS(initiator sector sweep)와 응답자 링크를 훈련하기 위한 RSS(responder sector sweep), SSW(sector sweep) 피드백, SSW ACK을 포함한다.
ISS 동안 개시자는 자신이 가진 섹터들에 걸쳐 각각 프레임(비콘 프레임 또는 SSW 프레임)을 전송한다. RSS 동안 응답자는 자신이 가진 섹터들에 걸쳐 각각 SSW 프레임을 전송한다. SSW 피드백 동안 개시자는 응답자에게 SSW 피드백 프레임을 보낸다. SSW 피드백 프레임은 개시자가 선택한 섹터와 안테나에 관한 정보를 포함할 수 있다. SSW ACK 프레임은 응답자가 개시자에게 가장 최근에 수신된 SSW 피드백에 포함된 섹터와 안테나를 통해 전송한다.
섹터(sector)는 특정 안테나 빔 또는 패턴에 대응될 수 있다. TX(transmit) 섹터는 TX 안테나를 위한 섹터이고, RX(receive) 섹터는 RX 안테나를 위한 섹터이다.
SLS 과정을 통해 개시자에게 가장 좋은 품질을 갖는 섹터(TX 섹터 및/또는 RX 섹터)와 응답자에게 가장 좋은 섹터(TX 섹터 및/또는 RX 섹터)가 결정된다.
SLS 과정이 완료되면, RX 안테나 배열(array)과 TX 안테나 배열을 훈련하기 위한 BRP 과정이 개시될 수 있다. BRP 과정은 BRP 셋업 서브페이즈(subphase), MID(multiple sector ID detection) 서브페이즈, BC(beam combining) 서브페이즈 등을 포함할 수 있다.
도 2는 SLS 과정의 일 예를 보여준다.
개시자가 AP이고, 응답자가 non-AP STA이면, ISS 동안 비콘 프레임이 전송된다. 비콘 인터벌은 비콘 프레임이 전송되는 주기이다.
BTI(beacon transmission interval)는 비콘 인터벌 내에서 AP가 첫번째 비콘 프레임 전송과 마지막 비콘 프레임 전송 간의 시간 인터벌이다. A-BFT(association beamforming training)은 BF을 위한 SLS 과정의 RSS와 SSW 피드백을 포함하는 시간 인터벌이다. ATI(announcement transmission interval)는 AP와 STA 간 요청-응답 기반 관리를 위한 시간 인터벌이다. DTI(data transfer interval)은 데이터 교환을 위한 시간 인터벌이다.
A-BFT은 SSW 슬롯 단위로 수행되고, A-BFT의 길이는 SSW 슬롯의 정수배로 정의된다. A-BFT의 길이에 관한 A-BFT 길이(length) 정보는 비콘 프레임에 포함될 수 있다.
SSW 슬롯은 aSSSlotTime의 길이를 가진다. aSSSlotTime = aAirPropagationTime + aSSDuration + MBIFS + aSSFBDuration + MBIFS 로 정의된다. aAirPropagationTime은 개시자와 응답자 간의 전파 지연(propagation delay)을 고려한 파라미터이다. aSSDuration은 응답자가 SSW 슬롯 내에서 M SSW 프레임을 전송하기 위한 시간이다. SSW 슬롯당 허용되는 SSW 프레임의 수 M에 관한 정보는 비콘 프레임에 포함될 수 있다. 도 2는 M=8인 경우를 나타낸다. MBIFS(Medium Beamforming Interframe Spacing)는 BTI와 A-BFT 사이의 인터벌 또는 ISS, RSS, SSW 피드백, SSW ACK 사이의 인터벌을 나타낸다.
각 A-BFT의 시작에, 응답자인 STA은 RSS를 시작 또는 재시작하기(resume) 위한 랜덤 백오프 과정을 개시한다(invoke). A-BFT의 시작에 STA은 균일 분포(uniform distribution) [0, (A-BFT 길이-1)]로부터 랜덤하게 백오프 카운트를 선택한다. STA은 각 SSW 슬롯의 마지막에 백오프 카운트를 하나씩 감소시킨다. STA은 SSW 슬롯의 시작에 백오프 카운트의 값이 0이면 해당 SSW 슬롯에서 RSS를 개시한다. 해당 SSW 슬롯에서 STA은 최대 M 개의 SSW 프레임을 전송할 수 있다. 만약 STA가 보낼 더 많은 SSW 프레임이 있다면, A-BFT가 종료되기 전이라면 다음 SSW 슬롯에서 RSS를 재시작 할 수 있다. A-BFT가 종료되기 전에 RSS가 완료되지 못하면, 다음 A-BFT에서 RSS를 재시작하기 전에 백오프 과정을 다시 수행한다.
AP는 SSW 슬롯이 종료되기 전에 SSW 피드백을 전송할 수 있다. SSW 피드백에 포함되는 정보는 SSW 피드백이 전송되는 SSW 슬롯에서 수신되는 SSW 프레임을 기반으로 할 수 있다. SSW 피드백은 AP가 선택한 섹터와 안테나에 관한 정보를 포함할 수 있다.
STA은 RSS 실패 카운트(fail count)를 가진다. RSS 실패 카운트는 A-BFT(s) 동안 RSS를 수행했지만 응답으로써 SSW 피드백을 수신하지 못한 연속적인 횟수이다. 예를 들어, 하나의 A-BFT가 8 SSW 슬롯을 가지고 있고, STA이 2 A-BFT에 걸쳐 4 SSW 슬롯에서 STA이 SSW 프레임을 전송했다고 하자. 4 SSW 슬롯 중 3 SSW 슬롯에서 SSW 피드백을 STA가 수신하지 못했다면 RSS 실패 카운트의 값은 3이 된다.
RSS 실패 카운트의 값이 RSS 재시도 한계(retry limit)를 초과하면, STA은 균일 분포 [0, RSSBackoff) 로부터 선택된 랜덤 값을 백오프 카운트로써 선택한다. STA은 각 A-BFT의 마지막에 하나씩 백오프 카운트를 1씩 감소시킨다. 백오프 카운트가 0이 되면, STA은 A-BFT에서 RSS를 재시작할 수 있다. STA은 A-BFT 동안 SSW 피드백을 수신하면, RSS 실패 카운트를 0으로 설정할 수 있다.
도 3은 다양한 타입의 SSW 프레임을 보여준다.
기존 IEEE 802.11ad 표준에 의하면, SSW 프레임의 크기는 26 옥텟으로 고정되어 있다. 빔포밍 시간을 단축하기 위해, 더 작은 크기를 갖는 short SSW 프레임이 제안되고 있다. 도 3은 6 옥텟의 short SSW 프레임을 예시하고 있다. short SSW 프레임 내의 필드들은 다음 표 1과 같다. 모든 필드가 필수적인 것은 아니며, 필드 명, 비트 수는 예시에 불과하다.
필드 명 설명
Packet Type 이 프레임의 타입을 나타냄. '0'이면 Short SSW.
Addressing Mode 이 프레임이 싱글 수신기에게 전송되는지, 복수의 전송기에게 전송되는지 나타냄
CDOWN 남아있는 short SSW 프레임 전송의 개수를 나타내는 down-counter
RF Chain ID 전송기가 이 전송을 위해 현재 사용하는 RF chain을 나타냄.
Direction 전송기가 개시자인지 응답자인지를 나타냄. 예를 들어, 이 필드가 '0'이면, 이 프레임은 개시자에 의해 전송되고, '1'이면 이프레임은 응답자에 의해 전송됨.
Short SSW feedback 이전 수신된 섹터 스윕에서 가장 좋은 품질로 수신된 short SSW 프레임의 CDOWN 값을 나타냄.
Selected Sector Polarization 이전 수신된 섹터 스윕에서 가장 좋은 품질로 수신된 short SSW 프레임에 사용된 편광 상태를 나타냄.
6 옥텟의 short SSW 프레임의 전송 시간은 기존 SSW 프레임의 전송 시간보다 더 짧다. 아래 표는 두 프레임의 특성을 비교한 것이다.
기존 SSW 프레임 short SSW 프레임
크기 26 옥텟 6 옥텟
전송 시간 14.91 micro-seconds 8.8 micro-seconds
IFS(interframe spacing) 1 micro-seconds (SBIFS) 1 micro-seconds
다양한 전송 시간을 갖는 SSW 프레임들이 정의되면, SSW 슬롯의 개수가 증가하여 A-BFT 동안 빔포밍에 참여하고자는 STA에게 경쟁할 수 있는 기회를 더 많이 제공할 수 있다.
이하에서, 서로 다른 크기를 갖는 2가지의 SSW 프레임을 제1 타입 SSW 프레임(이를 SSW-I 이라 함)과 제2 타입 SSW 프레임(이를 SSW-II 이라 함)이라 한다. 제1 타입 SSW 프레임은 기존 SSW 프레임이고, 제2 타입 SSW 프레임은 short SSW 프레임일 수 있다. 제1 타입 SSW 프레임의 크기는 제2 타입 SSW 프레임의 크기 보다 클 수 있다.
기존 IEEE 802.11ad에 의하면, A-BFT 동안 한가지 타입의 SSW 프레임만을 전송할 수 있다. A-BFT 동안 복수 타입의 SSW 프레임을 전송할 수 있는 방법이 제안된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포밍 훈련을 나타낸다.
BTI 동안 AP는 STA에게 비콘 프레임을 전송한다. 비콘 프레임은 A-BFT 동안 전송되는 SSW 프레임의 타입에 관한 설정 정보를 포함할 수 있다. A-BFT은 SSW 슬롯 단위로 수행되고, A-BFT 길이(length)는 SSW 슬롯의 정수배로 정의된다.
다음 표는 비콘 프레임에 포함되는 SSW 프레임의 타입에 관한 설정 정보를 보여준다. 모든 필드가 필수적인 것은 아니며, 필드명은 예시에 불과하다.
필드 명 설 명
A-BFT 길이 A-BFT의 크기. SSW 슬롯의 개수로 정의될 수 있다.
FSS SSW 슬롯 당 허용되는 SSW 프레임의 개수.
SSW 프레임 타입 A-BFT 동안 전송되는 SSW 프레임의 타입. 예를 들어, SSW-I 또는 SSW-II 또는 이들의 조합을 가리킬 수 있다.
타입 허용 SSW-II가 전송되는지 여부를 가리킴
추가 슬롯 SSW-II가 추가적인 SSW 슬롯에서 전송됨.
A-BFT 길이 II 추가 슬롯의 크기
FSS II 추가 슬롯 당 허용되는 SSW-II의 개수.
상기 설정 정보에 따라 A-BFT 동안 SSW-I 또는 SSW-II 가 전송될 수 있다.
AP와 STA은 다음과 같이 A-BFT 동안 전송되는 SSW 프레임의 타입을 결정할 수 있다.
제1 실시예에서, FSS 필드의 값에 따라 SSW 프레임의 타입이 주어질 수 있다. 예를 들어, 현재 FSS 필드의 최대값은 16 이다. STA은 FSS의 필드의 값이 16 이하이면 SSW-I가 전송되고, 16 보다 크면 SSW-II가 전송된다고 판단할 수 있다.
제2 실시예에서, SSW 프레임 타입 필드 및/또는 타입 허용 필드를 통해 직접 전송되는 SSW 프레임의 타입을 지정할 수 있다. 이때, FSS 필드는 기본적으로 최대 16까지 가능한 4비트 필드이므로, 보다 작은 크기를 갖는 SSW-II의 갯수를 지정하기에 적합하지 않을 수 있다. 따라서, FSS 필드의 크기는 고정하되, STA는 SSW 프레임의 타입에 따라 FSS 필드의 값을 다르게 해석할 수 있다.
표 2에 따라 2가지의 SSW 프레임이 있고, 기존 SSW 프레임을 SSW-I, short SSW 프레임을 SSW-II라 하면, R=(SSW-I의 전송 시간)/(SSW-II의 전송 시간)=1.6 이다. 따라서, SSW 프레임의 타입이 SSW-I이면, FSS 필드의 값이 SSW 슬롯 당 허용되는 SSW-I의 개수이다. SSW 프레임의 타입이 SSW-II이면, (FSS 필드의 값*R)이 SSW 슬롯 당 허용되는 SSW-II의 개수가 된다. 아래 표는 FSS 필드의 값에 따른 전송 시간을 보여준다.
FSS (SSW-I) 1 2 4 8 16
전송 시간(SSW-I)(micro-seconds) 15.91 31.82 63.64 127.28 254.56
FSS (SSW-II) 1 3 6 (7) 13 (12) 26 (25)
전송시간 (SSW-II)(micro-seconds) 9.8 29.4 58.8 (68.6) 127.4 (117.6) 254.8 (245)
또는, SSW-I를 위한 제1 FSS 필드와 SSW-II를 위한 제2 FSS 필드가 독립적으로 주어질 수도 있다.
제3 실시예에서, A-BFT 길이에 따라 SSW 프레임의 타입이 지정될 수 있다. 도 5는 A-BFT 길이에 따른 SSW 프레임의 전송을 보여준다. A-BFT 길이가 특정값 보다 크면 SSW-I이 전송되고, 특정값이하이면 SSW-II가 전송된다고 할 수 있다.
전술한 실시예는 복수의 A-BFT 구간에 확장하여 적용될 수 있다. 응답자의 빔포밍이 하나의 A-BFT 구간과 하나의 SSW 슬롯 내에서 완료되지 않으면, 빔포밍이 완료되지 않음에 대한 정보를 응답자와 개시자가 교환하고, 개시자는 나머지 빔포밍을 위한 A-BFT를 다시 설정할 수 있다. 복수의 응답자의 빔포밍이 복수의 A-BFT 구간에서 독립적으로 수행될 수 있다.
제4 실시예에서, SSW 프레임의 타입에 따라 서로 다른 SSW 슬롯이 정의될 수 있다. 도 6은 SSW 프레임의 타입에 따라 SSW 슬롯이 정의되는 예를 보여준다.
SSW-I은 원(original) SSW 슬롯에서 전송된다. SSW-II를 위한 추가 SSW 슬롯(additional SSW slot)이 설정된다. 추가 SSW 슬롯이 원 SSW 슬롯의 앞에 위치하는 것을 예시하고 있지만, 추가 SSW 슬롯은 원 SSW 슬롯의 뒤에 위치할 수도 있다.
추가 SSW 슬롯을 정의하기 위해 추가 A-BFT 길이와 추가 FSS가 정의될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예가 구현되는 장치를 나타낸 블록도이다.
장치(100)는 프로세서(processor, 110), 메모리(memory, 120) 및 송수신기(transceiver, 130)를 포함한다.
메모리(120)는 프로세서(110)와 연결되어, 프로세서(110)에 의해 실행되는 다양한 명령어(instructions)를 저장한다. 송수신기(130)는 프로세서(110)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다. 프로세서(110)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 전술한 실시예에서 STA 또는 AP의 동작은 프로세서(110)에 의해 구현될 수 있다. 전술한 실시예가 소프트웨어 명령어로 구현될 때, 명령어는 메모리(120)에 저장되고, 프로세서(110)에 의해 실행되어 전술한 동작이 수행될 수 있다.
프로세서는 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. 송수신부는 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 빔포밍 훈련을 위한 방법에 있어서,
    STA(station)이 BTI(beacon transmission interval) 동안 AP(access point)로부터 비콘 프레임을 수신하고,
    상기 비콘 프레임은 A-BFT(association beamforming training)에 포함되는 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯의 개수를 나타내는 A-BFT 길이와 SSW 슬롯 당 허용되는 SSW 프레임의 개수를 나타내는 FSS 필드를 포함하고,
    상기 비콘 프레임은 상기 복수의 SSW 슬롯 중 적어도 어느 하나에서 사용되는 SSW 프레임의 타입에 관한 정보를 포함하며,
    상기 STA이 상기 A-BFT 동안 상기 복수의 SSW 슬롯 중 랜덤 백오프에 성공한 SSW 슬롯에서 상기 SSW 프레임의 타입에 따른 SSW 프레임을 전송하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SSW 프레임의 타입은 제1 타입 SSW 프레임과 제2 타입 SSW 프레임 중 하나를 지시하며,
    상기 제1 타입 SSW 프레임의 크기와 제2 타입 SSW 프레임의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 타입 SSW 프레임은 제2 타입 SSW 프레임 보다 더 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 SSW 프레임의 타입에 관한 정보는 상기 제1 타입 SSW 프레임과 상기 제2 타입 SSW 프레임 중 하나를 지시하는 SSW 프레임 타입 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 FSS 필드의 값이 특정값 이하이면 제1 타입 SSW 프레임을 지시하고, 상기 FSS 필드의 값이 상기 특정값 보다 크면 제2 타입 SSW 프레임을 지시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 FSS 필드의 값은 상기 SSW 프레임의 타입에 따라 다르게 해석되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 SSW 슬롯은 상기 제1 타입 SSW 프레임을 위한 적어도 하나의 제1 SSW 슬롯과 상기 제2 타입 SSW 프레임을 위한 적어도 하나의 제2 SSW 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비콘 프레임은 상기 적어도 하나의 제1 SSW 슬롯과 상기 적어도 하나의 제2 SSW 슬롯에 관한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 무선 통신 시스템에서 빔포밍 훈련을 위한 장치에 있어서,
    무선신호를 송신 및 수신하는 송수신기;와
    상기 송수신기와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    BTI(beacon transmission interval) 동안 AP(access point)로부터 비콘 프레임을 상기 송수신기를 통해 수신하고,
    상기 비콘 프레임은 A-BFT(association beamforming training)에 포함되는 복수의 SSW(sector sweep) 슬롯의 개수를 나타내는 A-BFT 길이와 SSW 슬롯 당 허용되는 SSW 프레임의 개수를 나타내는 FSS 필드를 포함하고,
    상기 비콘 프레임은 상기 복수의 SSW 슬롯 중 적어도 어느 하나에서 사용되는 SSW 프레임의 타입에 관한 정보를 포함하며,
    상기 A-BFT 동안 상기 복수의 SSW 슬롯 중 랜덤 백오프에 성공한 SSW 슬롯에서 상기 SSW 프레임의 타입에 따른 SSW 프레임을 상기 송수신기를 통해 전송하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 SSW 프레임의 타입은 제1 타입 SSW 프레임과 제2 타입 SSW 프레임 중 하나를 지시하며,
    상기 제1 타입 SSW 프레임의 크기와 제2 타입 SSW 프레임의 크기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 타입 SSW 프레임은 제2 타입 SSW 프레임 보다 더 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 SSW 프레임의 타입에 관한 정보는 상기 제1 타입 SSW 프레임과 상기 제2 타입 SSW 프레임 중 하나를 지시하는 SSW 프레임 타입 필드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 FSS 필드의 값이 특정값 이하이면 제1 타입 SSW 프레임을 지시하고, 상기 FSS 필드의 값이 상기 특정값 보다 크면 제2 타입 SSW 프레임을 지시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 FSS 필드의 값은 상기 SSW 프레임의 타입에 따라 다르게 해석되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 SSW 슬롯은 상기 제1 타입 SSW 프레임을 위한 적어도 하나의 제1 SSW 슬롯과 상기 제2 타입 SSW 프레임을 위한 적어도 하나의 제2 SSW 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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