WO2018147572A1 - 무선 랜 시스템에서 웨이크 업 라디오 프레임을 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 랜 시스템에서 웨이크 업 라디오 프레임을 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2018147572A1
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wur
frame
ppdu
sta
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PCT/KR2018/000991
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임동국
박은성
최진수
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엘지전자 주식회사
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    • H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/20—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a wireless LAN system, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting or receiving a WUR frame through a wake up radio (WUR) to wake up a primary connectivity radio (PCR).
  • WUR wake up radio
  • PCR primary connectivity radio
  • IEEE 802.11a and b are described in 2.4. Using unlicensed band at GHz or 5 GHz, IEEE 802.11b provides a transmission rate of 11 Mbps and IEEE 802.11a provides a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11g applies orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) at 2.4 GHz to provide a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11n applies multiple input multiple output OFDM (MIMO-OFDM) to provide a transmission rate of 300 Mbps for four spatial streams. IEEE 802.11n supports channel bandwidths up to 40 MHz, in this case providing a transmission rate of 600 Mbps.
  • the WLAN standard uses a maximum of 160MHz bandwidth, supports eight spatial streams, and supports IEEE 802.11ax standard through an IEEE 802.11ac standard supporting a speed of up to 1Gbit / s.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for transmitting or receiving a WUR frame more accurately and efficiently.
  • the present invention is not limited to the above-described technical problem and other technical problems can be inferred from the embodiments of the present invention.
  • the access point (AP) transmits a wake up radio (WUR) physical layer protocol data unit (PPDU), time synchronization Generating a plurality of symbols each corresponding to an on state of an on-off keying (OOK) modulation based on a frequency sequence for each; And transmitting a WUR PPDU including a WUR preamble including a plurality of symbols and a WUR frame body, wherein the plurality of symbols included in the WUR preamble include a primary connectivity radio (PCR) PPDU in a WUR PPDU format.
  • WUR wake up radio
  • PPDU physical layer protocol data unit
  • OOK on-off keying
  • BPSK binary phase shift keying
  • an access point that transmits a wake up radio (WUR) physical layer protocol data unit (PPDU) is based on a frequency sequence for time synchronization.
  • a processor for generating a plurality of symbols corresponding to an on state of modulation;
  • a transmitter for transmitting a WUR PPDU including a WUR preamble including a plurality of symbols and a WUR frame body under control of the processor, wherein the plurality of symbols included in the WUR preamble include: primary connectivity radio (PDU) is generated using a predetermined two-symbol unit to distinguish from the PPDU format, a second symbol of the predetermined two-symbol unit is generated by a binary phase shift keying (BPSK) scheme for the frequency sequence, The first symbol located before the second symbol may be generated by a quadrature BPSK (QBPSK) method that applies a 90 degree phase rotation to the second symbol.
  • BPSK binary phase shift keying
  • the WUR PPDU further includes a legacy signal (L-SIG) field, and when the symbols located after the L-SIG field are ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ combinations corresponding to the predetermined 2-symbol unit, the WUR PPDU format is determined.
  • L-SIG legacy signal
  • a ⁇ QBPSK, QBPSK ⁇ combination, a ⁇ BPSK, QBPSK ⁇ combination or a ⁇ BPSK, BPSK, QBPSK ⁇ combination can be used for the PCR PPDU format.
  • the frequency sequence may be a Walsh-Hadamard sequence, a Golay code, a Gold sequence, or a Cazac sequence.
  • the AP may broadcast a PCR frame via PCR prior to transmitting the WUR PPDU via WUR.
  • the PCR frame may be a clear-to-send (CTS) frame or a null data packet-announcement (NDP-A) frame.
  • the CTS frame may be a CTS-to-AP frame or a CTS-to-Self frame.
  • the NDP-A frame includes a sounding dialog token field including a reserved 2-bit, and the reserved 2-bit is a WUR transmission indicator for indicating that the WUR PPDU will be transmitted. Can be used.
  • the WUR PPDU is transmitted after a short inter-frame space (SIFS) from the transmission of the PCR frame, wherein the WUR PPDU is a legacy-long training field (L-LTF), a legacy-short training field (L-STF), and It may not include a legacy-signal (L-SIG) field.
  • SIFS short inter-frame space
  • L-LTF legacy-long training field
  • L-STF legacy-short training field
  • L-SIG legacy-signal
  • the format of the WUR PPDU is indicated through the WUR preamble included in the WUR PPDU, which can be distinguished from the PCR PPDU format.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a general link setup process.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a backoff process.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a general link setup process.
  • FIG. 4 is a diagram for describing a backoff process.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an RTS and a CTS.
  • 7 to 9 are diagrams for explaining the operation of the STA receiving the TIM.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in an IEEE 802.11 system.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a WUR receiver usable in a WLAN system (e.g., 802.11).
  • FIG. 13 shows an example of a WUR packet.
  • FIG. 14 illustrates a waveform for a WUR packet.
  • FIG. 15 illustrates a WUR packet generated using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • 16 illustrates the structure of a WUR receiver.
  • FIG. 17 shows an example of phase rotation for differentiation of PPDUs in PCR.
  • FIG. 18 illustrates a WUR PPDU according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 illustrates a WUR PPDU according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 illustrates a WUR PPDU protection method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 illustrates a flow of a WUR PPDU protection method through a broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 illustrates an NDP-A frame for WUR PPDU transmission according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 illustrates a flow of a WUR PPDU transmission / reception method according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a diagram for explaining an apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the following description relates to a method and an apparatus therefor for efficiently utilizing a channel having a wide band in a WLAN system.
  • a WLAN system to which the present invention is applied will be described in detail.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • the WLAN system includes one or more basic service sets (BSSs).
  • BSS is a set of stations (STAs) that can successfully synchronize and communicate with each other.
  • An STA is a logical entity that includes a medium access control (MAC) and a physical layer interface to a wireless medium.
  • the STA is an access point (AP) and a non-AP STA (Non-AP Station). Include.
  • the portable terminal operated by the user among the STAs is a non-AP STA, and when referred to simply as an STA, it may also refer to a non-AP STA.
  • a non-AP STA is a terminal, a wireless transmit / receive unit (WTRU), a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile terminal, or a mobile subscriber. It may also be called another name such as a mobile subscriber unit.
  • the AP is an entity that provides an associated station (STA) coupled to the AP to access a distribution system (DS) through a wireless medium.
  • STA station
  • DS distribution system
  • the AP may be called a centralized controller, a base station (BS), a Node-B, a base transceiver system (BTS), or a site controller.
  • BS base station
  • BTS base transceiver system
  • BSS can be divided into infrastructure BSS and Independent BSS (IBSS).
  • IBSS Independent BSS
  • the BBS shown in FIG. 1 is an IBSS.
  • the IBSS means a BSS that does not include an AP. Since the IBSS does not include an AP, access to the DS is not allowed, thereby forming a self-contained network.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • the BSS shown in FIG. 2 is an infrastructure BSS.
  • Infrastructure BSS includes one or more STAs and APs.
  • communication between non-AP STAs is performed via an AP.
  • AP access point
  • a plurality of infrastructure BSSs may be interconnected through a DS.
  • a plurality of BSSs connected through a DS is called an extended service set (ESS).
  • STAs included in the ESS may communicate with each other, and a non-AP STA may move from one BSS to another BSS while seamlessly communicating within the same ESS.
  • the DS is a mechanism for connecting a plurality of APs.
  • the DS is not necessarily a network, and there is no limitation on the form if it can provide a predetermined distribution service.
  • the DS may be a wireless network such as a mesh network or a physical structure that connects APs to each other.
  • the operation of the STA operating in the WLAN system may be described in terms of a layer structure.
  • the hierarchy may be implemented by a processor.
  • the STA may have a plurality of hierarchical structures.
  • the hierarchical structure covered by the 802.11 standard document is mainly the MAC sublayer and physical (PHY) layer on the DLL (Data Link Layer).
  • the PHY may include a Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) entity, a Physical Medium Dependent (PMD) entity, and the like.
  • PLCP Physical Layer Convergence Procedure
  • PMD Physical Medium Dependent
  • the MAC sublayer and PHY conceptually contain management entities called MAC sublayer management entities (MLMEs) and physical layer management entities (PLMEs), respectively.These entities provide a layer management service interface on which layer management functions operate. .
  • SME Station Management Entity
  • An SME is a layer-independent entity that can appear to be in a separate management plane or appear to be off to the side. While the exact features of the SME are not described in detail in this document, they generally do not include the ability to collect layer-dependent states from various Layer Management Entities (LMEs), and to set similar values for layer-specific parameters. You may seem to be in charge. SMEs can generally perform these functions on behalf of general system management entities and implement standard management protocols.
  • LMEs Layer Management Entities
  • the aforementioned entities interact in a variety of ways.
  • entities can interact by exchanging GET / SET primitives.
  • a primitive means a set of elements or parameters related to a particular purpose.
  • the XX-GET.request primitive is used to request the value of a given MIB attribute (management information based attribute information).
  • the XX-GET.confirm primitive is used to return the appropriate MIB attribute information value if the Status is "Success", otherwise it is used to return an error indication in the Status field.
  • the XX-SET.request primitive is used to request that the indicated MIB attribute be set to a given value. If the MIB attribute means a specific operation, this is to request that the operation be performed.
  • the XX-SET.confirm primitive confirms that the indicated MIB attribute is set to the requested value when status is "success", otherwise it is used to return an error condition in the status field. If the MIB attribute means a specific operation, this confirms that the operation has been performed.
  • the MLME and SME may exchange various MLME_GET / SET primitives through a MLME_SAP (Service Access Point).
  • various PLME_GET / SET primitives may be exchanged between PLME and SME through PLME_SAP and may be exchanged between MLME and PLME through MLME-PLME_SAP.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a general link setup process.
  • an STA In order for an STA to set up a link and transmit / receive data with respect to a network, an STA first discovers the network, performs authentication, establishes an association, and authenticates for security. It must go through the back.
  • the link setup process may also be referred to as session initiation process and session setup process.
  • a process of discovery, authentication, association, and security establishment of a link setup process may be collectively referred to as association process.
  • the STA may perform a network discovery operation.
  • the network discovery operation may include a scanning operation of the STA. That is, in order for the STA to access the network, the STA must find a network that can participate. The STA must identify a compatible network before joining the wireless network. A network identification process existing in a specific area is called scanning.
  • the STA performing scanning transmits a probe request frame and waits for a response to discover which AP exists in the vicinity while moving channels.
  • the responder transmits a probe response frame to the STA that transmits the probe request frame in response to the probe request frame.
  • the responder may be an STA that last transmitted a beacon frame in the BSS of the channel being scanned.
  • the AP transmits a beacon frame, so the AP becomes a responder.
  • the responder is not constant.
  • an STA that transmits a probe request frame on channel 1 and receives a probe response frame on channel 1 stores the BSS-related information included in the received probe response frame and stores the next channel (eg, number 2).
  • Channel to perform scanning (i.e., probe request / response transmission and reception on channel 2) in the same manner.
  • the scanning operation may be performed by a passive scanning method.
  • passive scanning the STA performing scanning waits for a beacon frame while moving channels.
  • the beacon frame is one of management frames in IEEE 802.11.
  • the beacon frame is notified of the existence of a wireless network and is periodically transmitted to allow the STA performing scanning to find the wireless network and participate in the wireless network.
  • the AP periodically transmits a beacon frame
  • the IBSS STAs in the IBSS rotate and transmit a beacon frame.
  • the STA that performs the scanning receives the beacon frame, the STA stores the information on the BSS included in the beacon frame and records beacon frame information in each channel while moving to another channel.
  • the STA may store BSS related information included in the received beacon frame, move to the next channel, and perform scanning on the next channel in the same manner.
  • active scanning has the advantage of less delay and power consumption than passive scanning.
  • step S520 After the STA discovers the network, an authentication process may be performed in step S520.
  • This authentication process may be referred to as a first authentication process in order to clearly distinguish from the security setup operation of step S540 described later.
  • the authentication process includes a process in which the STA transmits an authentication request frame to the AP, and in response thereto, the AP transmits an authentication response frame to the STA.
  • An authentication frame used for authentication request / response corresponds to a management frame.
  • the authentication frame includes an authentication algorithm number, an authentication transaction sequence number, a status code, a challenge text, a Robust Security Network, and a finite cyclic group. Group) and the like. This corresponds to some examples of information that may be included in the authentication request / response frame, and may be replaced with other information or further include additional information.
  • the STA may send an authentication request frame to the AP.
  • the AP may determine whether to allow authentication for the corresponding STA based on the information included in the received authentication request frame.
  • the AP may provide a result of the authentication process to the STA through an authentication response frame.
  • the association process includes a process in which the STA transmits an association request frame to the AP, and in response thereto, the AP transmits an association response frame to the STA.
  • the association request frame may include information related to various capabilities, beacon listening interval, service set identifier (SSID), supported rates, supported channels, RSN, mobility domain. Information about supported operating classes, TIM Broadcast Indication Map Broadcast request, interworking service capability, and the like.
  • an association response frame may include information related to various capabilities, status codes, association IDs (AIDs), support rates, Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) parameter sets, Received Channel Power Indicators (RCPI), Received Signal to Noise Information, such as an indicator, a mobility domain, a timeout interval (association comeback time), an overlapping BSS scan parameter, a TIM broadcast response, and a QoS map.
  • AIDs association IDs
  • EDCA Enhanced Distributed Channel Access
  • RCPI Received Channel Power Indicators
  • Received Signal to Noise Information such as an indicator, a mobility domain, a timeout interval (association comeback time), an overlapping BSS scan parameter, a TIM broadcast response, and a QoS map.
  • a security setup process may be performed at step S540.
  • the security setup process of step S540 may be referred to as an authentication process through a Robust Security Network Association (RSNA) request / response.
  • the authentication process of step S520 is called a first authentication process, and the security setup process of step S540 is performed. It may also be referred to simply as the authentication process.
  • RSNA Robust Security Network Association
  • the security setup process of step S540 may include, for example, performing a private key setup through 4-way handshaking through an Extensible Authentication Protocol over LAN (EAPOL) frame. .
  • the security setup process may be performed according to a security scheme not defined in the IEEE 802.11 standard.
  • a basic access mechanism of MAC is a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA / CA) mechanism.
  • the CSMA / CA mechanism is also called the Distributed Coordination Function (DCF) of the IEEE 802.11 MAC. It basically employs a "listen before talk" access mechanism.
  • the AP and / or STA may sense a radio channel or medium during a predetermined time period (e.g., during a DCF Inter-Frame Space (DIFS), before starting transmission.
  • DIFS DCF Inter-Frame Space
  • a delay period for example, a random backoff period
  • HCF hybrid coordination function
  • the PCF refers to a polling-based synchronous access scheme in which polling is performed periodically so that all receiving APs and / or STAs can receive data frames.
  • the HCF has an Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) and an HCF Controlled Channel Access (HCCA).
  • EDCA is a competition based approach for providers to provide data frames to multiple users, and HCCA uses a non-competition based channel access scheme using a polling mechanism.
  • the HCF includes a media access mechanism for improving the quality of service (QoS) of the WLAN, and can transmit QoS data in both a contention period (CP) and a contention free period (CFP).
  • QoS quality of service
  • FIG. 4 is a diagram for describing a backoff process.
  • the random backoff count has a packet number value and may be determined as one of values ranging from 0 to CW.
  • CW is a contention window parameter value.
  • the CW parameter is given CWmin as an initial value, but may take a double value in case of transmission failure (eg, when an ACK for a transmitted frame is not received).
  • the STA continues to monitor the medium while counting down the backoff slots according to the determined backoff count value. If the medium is monitored as occupied, the countdown stops and waits; if the medium is idle, it resumes the remaining countdown.
  • the STA3 may confirm that the medium is idle as much as DIFS and transmit the frame immediately. Meanwhile, the remaining STAs monitor and wait for the medium to be busy. In the meantime, data may also be transmitted in each of STA1, STA2, and STA5, and each STA waits for DIFS when the medium is monitored idle, and then counts down the backoff slot according to a random backoff count value selected by the STA. Can be performed. In the example of FIG. 4, STA2 selects the smallest backoff count value, and STA1 selects the largest backoff count value.
  • the remaining backoff time of the STA5 is shorter than the remaining backoff time of the STA1 at the time when the STA2 finishes the backoff count and starts the frame transmission.
  • STA1 and STA5 stop counting for a while and wait for STA2 to occupy the medium.
  • the STA1 and the STA5 resume the stopped backoff count after waiting for DIFS. That is, the frame transmission can be started after counting down the remaining backoff slots by the remaining backoff time. Since the remaining backoff time of the STA5 is shorter than that of the STA1, the STA5 starts frame transmission. Meanwhile, while STA2 occupies the medium, data to be transmitted may also occur in STA4.
  • the STA4 waits for DIFS, performs a countdown according to a random backoff count value selected by the STA4, and starts frame transmission.
  • the remaining backoff time of STA5 coincides with an arbitrary backoff count value of STA4.
  • a collision may occur between STA4 and STA5. If a collision occurs, neither STA4 nor STA5 receive an ACK, and thus data transmission fails. In this case, STA4 and STA5 may double the CW value, select a random backoff count value, and perform a countdown.
  • the STA1 waits while the medium is occupied due to transmission of the STA4 and STA5, waits for DIFS when the medium is idle, and starts frame transmission after the remaining backoff time passes.
  • the CSMA / CA mechanism includes virtual carrier sensing in addition to physical carrier sensing in which the AP and / or STA directly sense the medium.
  • Virtual carrier sensing is intended to compensate for problems that may occur in media access, such as a hidden node problem.
  • the MAC of the WLAN system may use a network allocation vector (NAV).
  • the NAV is a value in which an AP and / or STA currently using or authorized to use a medium instructs another AP and / or STA how long to remain until the medium becomes available.
  • the value set to NAV corresponds to a period in which the medium is scheduled to be used by the AP and / or STA transmitting the corresponding frame, and the STA receiving the NAV value is prohibited from accessing the medium during the period.
  • the NAV may be set, for example, according to the value of the "duration" field of the MAC header of the frame.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • 5A illustrates an example of a hidden node, in which STA A and STA B are in communication and STA C has information to transmit.
  • STA A may be transmitting information to STA B, it may be determined that the medium is idle when STA C performs carrier sensing before sending data to STA B. This is because transmission of STA A (ie, media occupation) may not be sensed at the location of STA C.
  • STA B since STA B receives the information of STA A and STA C at the same time, a collision occurs.
  • STA A may be referred to as a hidden node of STA C.
  • FIG. 5B is an example of an exposed node
  • STA B is a case in which STA C has information to be transmitted from STA D while transmitting data to STA A.
  • FIG. 5B is an example of an exposed node
  • STA C is a case in which STA C has information to be transmitted from STA D while transmitting data to STA A.
  • FIG. 5B when STA C performs carrier sensing, it may be determined that the medium is occupied by the transmission of STA B. Accordingly, since STA C is sensed as a medium occupancy state even if there is information to be transmitted to STA D, it must wait until the medium becomes idle. However, since STA A is actually outside the transmission range of STA C, transmission from STA C and transmission from STA B may not collide with STA A's point of view, so STA C is unnecessary until STA B stops transmitting. To wait. At this time, STA C may be referred to as an exposed node of STA B.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an RTS and a CTS.
  • a short signaling packet such as a request to send (RTS) and a clear to send (CTS) may be used.
  • RTS request to send
  • CTS clear to send
  • the RTS / CTS between the two STAs may allow the surrounding STA (s) to overhear, allowing the surrounding STA (s) to consider whether to transmit information between the two STAs. For example, when an STA to transmit data transmits an RTS frame to an STA receiving the data, the STA receiving the data may inform the neighboring STAs that they will receive the data by transmitting the CTS frame.
  • FIG. 6A illustrates an example of a method for solving a hidden node problem, and assumes that both STA A and STA C try to transmit data to STA B.
  • FIG. 6A When STA A sends the RTS to STA B, STA B transmits the CTS to both STA A and STA C around it. As a result, STA C waits until data transmission between STA A and STA B is completed, thereby avoiding collision.
  • FIG. 6 (b) illustrates an example of a method for solving an exposed node problem
  • STA C overhears RTS / CTS transmission between STA A and STA B so that STA C may use another STA (eg, STA). It may be determined that no collision will occur even if data is transmitted to D). That is, STA B transmits the RTS to all neighboring STAs, and only STA A having the data to actually transmit the CTS. Since STA C receives only RTS and not STA A's CTS, it can be seen that STA A is out of STC C's carrier sensing.
  • the WLAN system channel sensing must be performed before the STA performs transmission and reception, and always sensing the channel causes continuous power consumption of the STA.
  • the power consumption in the receive state is not significantly different from the power consumption in the transmit state, and maintaining the receive state is also a great burden for the power limited STA (ie, operated by a battery). Therefore, if the STA maintains the reception standby state in order to continuously sense the channel, it inefficiently consumes power without any particular advantage in terms of WLAN throughput.
  • the WLAN system supports a power management (PM) mode of the STA.
  • PM power management
  • the power management mode of the STA is divided into an active mode and a power save (PS) mode.
  • the STA basically operates in the active mode.
  • the STA operating in the active mode maintains an awake state.
  • the awake state is a state in which normal operation such as frame transmission and reception or channel scanning is possible.
  • the STA operating in the PS mode operates by switching between a sleep state (or a doze state) and an awake state.
  • the STA operating in the sleep state operates at the minimum power, and does not perform frame scanning as well as channel scanning.
  • the STA operates in the sleep state for as long as possible, power consumption is reduced, so the STA has an increased operation period. However, it is impossible to operate unconditionally long because frame transmission and reception are impossible in the sleep state. If there is a frame to be transmitted to the AP, the STA operating in the sleep state may transmit the frame by switching to the awake state. On the other hand, when the AP has a frame to transmit to the STA, the STA in the sleep state may not receive it and may not know that there is a frame to receive. Accordingly, the STA may need to switch to the awake state according to a specific period in order to know whether or not the frame to be transmitted to (or, if there is, receive it) exists.
  • the AP may transmit a beacon frame to STAs in the BSS at regular intervals.
  • the beacon frame may include a traffic indication map (TIM) information element.
  • the TIM information element may include information indicating that the AP has buffered traffic for STAs associated with the AP and transmits a frame.
  • the TIM element includes a TIM used to inform unicast frames and a delivery traffic indication map (DTIM) used to inform multicast or broadcast frames.
  • DTIM delivery traffic indication map
  • 7 to 9 are diagrams for explaining in detail the operation of the STA receiving the TIM.
  • the STA may switch from the sleep state to the awake state to receive a beacon frame including the TIM from the AP, interpret the received TIM element, and know that there is buffered traffic to be transmitted to the AP. .
  • the STA may transmit a PS-Poll frame to request an AP to transmit a data frame.
  • the AP may transmit the frame to the STA.
  • the STA may receive a data frame and transmit an acknowledgment (ACK) frame thereto to the AP.
  • the STA may then go back to sleep.
  • ACK acknowledgment
  • the AP may operate according to an immediate response method of transmitting a data frame after a predetermined time (for example, a short inter-frame space (SIFS)) after receiving a PS-Poll frame from an STA. Can be. Meanwhile, when the AP fails to prepare a data frame to be transmitted to the STA during the SIFS time after receiving the PS-Poll frame, the AP may operate according to a deferred response method, which will be described with reference to FIG. 8.
  • a predetermined time for example, a short inter-frame space (SIFS)
  • SIFS short inter-frame space
  • the STA switches from the sleep state to the awake state to receive the TIM from the AP and transmits the PS-Poll frame to the AP through contention as in the example of FIG. 7. If the AP does not prepare a data frame during SIFS even after receiving the PS-Poll frame, the AP may transmit an ACK frame to the STA instead of transmitting the data frame. When the data frame is prepared after transmitting the ACK frame, the AP may transmit the data frame to the STA after performing contention. The STA may transmit an ACK frame indicating that the data frame was successfully received to the AP and go to sleep.
  • STAs may transition from a sleep state to an awake state to receive a beacon frame containing a DTIM element from the AP. STAs may know that a multicast / broadcast frame will be transmitted through the received DTIM.
  • the AP may transmit data (ie, multicast / broadcast frame) immediately after the beacon frame including the DTIM without transmitting and receiving the PS-Poll frame.
  • the STAs may receive data while continuously awake after receiving the beacon frame including the DTIM, and may switch back to the sleep state after the data reception is completed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in an IEEE 802.11 system.
  • the Physical Layer Protocol Data Unit (PPDU) frame format may include a Short Training Field (STF), a Long Training Field (LTF), a SIG (SIGNAL) field, and a Data field.
  • STF Short Training Field
  • LTF Long Training Field
  • SIGNAL SIGNAL
  • Data field a Data field.
  • the most basic (eg, non-HT) PPDU frame format may include only a legacy-STF (L-STF), a legacy-LTF (L-LTF), a SIG field, and a data field.
  • the STF is a signal for signal detection, automatic gain control (AGC), diversity selection, precise time synchronization, etc.
  • the LTF is a signal for channel estimation, frequency error estimation, and the like.
  • the STF and LTF may be referred to as a PLCP preamble, and the PLCP preamble may be referred to as a signal for synchronization and channel estimation of an OFDM physical layer.
  • the SIG field may include a RATE field and a LENGTH field.
  • the RATE field may include information about modulation and coding rate of data.
  • the LENGTH field may include information about the length of data.
  • the SIG field may include a parity bit, a SIG TAIL bit, and the like.
  • the data field may include a SERVICE field, a physical layer service data unit (PSDU), a PPDU TAIL bit, and may also include a padding bit if necessary.
  • Some bits of the SERVICE field may be used for synchronization of the descrambler at the receiving end.
  • the PSDU corresponds to an MPDU (MAC Protocol Data Unit) defined in the MAC layer and may include data generated / used in an upper layer.
  • the PPDU TAIL bit can be used to return the encoder to zero.
  • the padding bit may be used to adjust the length of the data field in a predetermined unit.
  • the MPDU is defined according to various MAC frame formats, and the basic MAC frame is composed of a MAC header, a frame body, and a frame check sequence (FCS).
  • the MAC frame may consist of MPDUs and may be transmitted / received through the PSDU of the data portion of the PPDU frame format.
  • the MAC header includes a frame control field, a duration / ID field, an address field, and the like.
  • the frame control field may include control information required for frame transmission / reception.
  • the duration / ID field may be set to a time for transmitting the corresponding frame.
  • the duration / ID field included in the MAC header may be set to 16 bits long (e.b., B0 to B15).
  • the content included in the period / ID field may vary depending on the frame type and subtype, whether the content is transmitted during the CFP (contention free period), the QoS capability of the transmitting STA, and the like.
  • the duration / ID field may include the AID of the transmitting STA (e.g., via 14 LSB bits), and 2 MSB bits may be set to one.
  • the period / ID field may be set to a fixed value (e.g., 32768).
  • the duration / ID field may include a duration value defined for each frame type.
  • Sequence Control, QoS Control, and HT Control subfields of the MAC header refer to the IEEE 802.11 standard document.
  • the frame control field of the MAC header may include Protocol Version, Type, Subtype, To DS, From DS, More Fragment, Retry, Power Management, More Data, Protected Frame, Order subfields.
  • the content of each subfield of the frame control field may refer to an IEEE 802.11 standard document.
  • an STA includes a primary connectivity radio (PCR) (eg, IEEE 802.11a / b / g / n / ac / ax WLAN) and a wake up radio for main wireless communication.
  • PCR primary connectivity radio
  • WUR eg, IEEE 802.11ba
  • PCR is used for data transmission and reception, and may be turned off when there is no data to transmit and receive. As such, when the PCR is turned off, the WURx of the STA may wake up the PCR when there is a packet to receive. Therefore, user data is transmitted and received through PCR.
  • WURx is not used for user data, it can only serve to wake up the PCR transceiver.
  • WURx can be in the form of a simple receiver without a transmitter and is active while PCR is off. It is desirable that the target power consumption of the WURx in the activated state does not exceed 100 microwatts (uW).
  • a simple modulation scheme for example, an on-off keying (OOK) scheme, may be used, and a narrow bandwidth (e.g., 4 MHz, 5 MHz) may be used.
  • the reception range (e.g., distance) that WURx targets may be equivalent to the current 802.11.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the design and operation of a WUR packet.
  • the WUR packet may include a PCR part 1200 and a WUR part 1205.
  • the PCR part 1200 is for coexistence with the legacy WLAN system, and the PCR part may be referred to as a WLAN preamble.
  • the PCR part may be referred to as a WLAN preamble.
  • at least one or more of L-STF, L-LTF, and L-SIG of the legacy WLAN may be included in the PCR part 1200.
  • the 3rd party legacy STA may know that the WUR packet is not intended for the user through the PCR part 1200 of the WUR packet, and that the medium of the PCR is occupied by another STA.
  • WURx does not decode the PCR part of the WUR packet. This is because WURx, which supports narrowband and OOK demodulation, does not support PCR signal reception.
  • At least a part of the WUR part 1205 may be modulated by an on-off keying (OOK) method.
  • the WUR part may include at least one of a WUR preamble, a MAC header (e.g., a recipient address, etc.), a frame body, and a frame check sequence (FCS).
  • OOK modulation may be performed by modifying the OFDM transmitter.
  • WURx 1210 consumes very little power of 100 uW or less as described above and can be implemented with a small and simple OOK demodulator.
  • the WUR packet since the WUR packet needs to be designed to be compatible with the WLAN system, the WUR packet includes a preamble (eg, OFDM) and a new LP-WUR signal waveform (eg, OOK) of legacy WLAN. can do.
  • a preamble eg, OFDM
  • a new LP-WUR signal waveform eg, OOK
  • the WUR packet of FIG. 13 shows an example of a WUR packet.
  • the WUR packet of FIG. 13 includes a PCR part (e.g., legacy WLAN preamble) for coexistence with a legacy STA.
  • a PCR part e.g., legacy WLAN preamble
  • the legacy WLAN preamble may include L-STF, L-LTF, and L-SIG.
  • the WLAN STA e.g., 3rd Party
  • the L-SIG field may indicate the length of the payload (e.g., OOK modulated) of the WUR packet.
  • the WUR part may include at least one of a WUR preamble, a MAC header, a frame body, and an FCS.
  • the WUR preamble may include, for example, a PN sequence.
  • the MAC header may include the receiver address.
  • the frame body may contain other information needed for wake up.
  • the FCS may include a cyclic redundancy check (CRC).
  • FIG. 14 illustrates the waveform for the WUR packet of FIG. 13.
  • 1 bit may be transmitted per 1 OFDM symbol length (e.g., 4 usec).
  • the data rate of the WUR part may be 250 kbps.
  • FIG. 15 illustrates generation of a WUR packet using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • a phase shift keying (PSK) -OFDM transmission scheme is used.
  • Generating a WUR packet by adding a separate OOK modulator for OOK modulation has a disadvantage of increasing an implementation cost of a transmitter. Therefore, a method of generating a OOK modulated WUR packet by reusing an OFDM transmitter will be described.
  • bit value 1 is a symbol (ie, on) in which any power in a symbol is loaded or has a power above a threshold
  • bit value 0 is a symbol in which no power in the symbol is loaded or has a power below a threshold. modulated to (ie, off).
  • bit value 1 it is also possible to define bit value 1 as power off.
  • OOK modulation scheme As described above, in the OOK modulation scheme, a bit value 1/0 is indicated through on / off of power at a corresponding symbol position.
  • Such a simple OOK modulation / demodulation scheme has an advantage of reducing power consumption and cost for realizing the signal detection / demodulation of the receiver.
  • OOK modulation for turning on / off a signal may be performed by reusing an existing OFDM transmitter.
  • the left graph of FIG. 15 shows real parts and imaginary parts of normalized amplitude during one symbol period (eg, 4 usec) for OOK modulated bit value 1 by reusing the OFDM transmitter of the existing WLAN. (imaginary) shows the part. Since the OOK modulation result for the bit value 0 corresponds to power off, illustration is omitted.
  • the right graph of FIG. 15 shows normalized power spectral density (PSD) in the frequency domain for OOK modulated bit value 1 by reusing an OFDM transmitter of an existing WLAN.
  • PSD power spectral density
  • a center 4 MHz in that band may be used for the WUR.
  • the WUR operates with a 4 MHz bandwidth.
  • a frequency bandwidth of another size may be used.
  • the subcarrier spacing (e.g., subcarrier spacing) is 312.5 kHz, and the bandwidth of the OOK pulse corresponds to 13 subcarriers.
  • CP cyclic prefix
  • the WUR packet may be referred to as a WUR signal, a WUR frame, or a WUR PPDU.
  • the WUR packet may be a packet for broadcast / multicast (e.g., WUR beacon) or a packet for unicast (e.g., a packet for terminating and waking up the WUR mode of a specific WUR STA).
  • the WURx may include an RF / analog front-end, a digital baseband processor, and a simple packet parser. 16 is an exemplary configuration, and the WUR receiver of the present invention is not limited to FIG.
  • a WLAN STA having a WUR receiver will be referred to simply as a WUR STA.
  • the WUR STA may be referred to simply as STA.
  • the WUR PPDU when a WUR PPDU generated based on OOK modulation is transmitted through the WUR, the WUR PPDU is transmitted to another frame format (eg, non-HT PPDU, HT PPDU, VHT PPDU or HE PPDU, etc.) transmitted through PCR.
  • another frame format eg, non-HT PPDU, HT PPDU, VHT PPDU or HE PPDU, etc.
  • a WUR preamble configuration method and a WUR PPDU transmission protection method are proposed for clarification.
  • FIG. 17 shows an example of phase rotation for clarification of PPDUs in PCR.
  • PPDUs are distinguished by the phase of constellations of OFDM symbols (s) located after L-STF, L-LTF, and L-SIG.
  • quadrature binary phase shift keying (QBPSK) modulation is used for the first two OFDM symbols of the HT-SIG field located after the L-SIG in the case of the HT PPDU (eg, 11n).
  • QBPSK corresponds to BPSK rotated 90 degrees.
  • BPSK modulation and QBPSK modulation are sequentially used for the first two OFDM symbols of the VHT-SIG-A field located after the L-SIG.
  • BPSK modulation is used for the first two OFDM symbols of the HE-SIG-A field located after the L-SIG, and QBPSK modulation is performed on the third OFDM symbol. Is used.
  • the PPDU format may be distinguished by whether the OFDM symbols following the L-SIG are ⁇ QBPSK, QBPSK ⁇ , ⁇ BPSK, QBPSK ⁇ , or ⁇ BPSK, BPSK, QBPSK ⁇ .
  • an OFDM transmitter that transmits a WUR PPDU to reduce the reception power consumption of WURx (eg, WUR STA) uses OOK modulation based on Manchester coding in the WUR part and uses available band (eg, PCR 20).
  • the WUR PPDU is transmitted on only some tones (eg, 13 subcarriers) of the MHz band.
  • OOK modulation is used instead of OFDM modulation in the WUR part, and thus existing WLAN STAs operating in the PCR mode cannot decode the symbol of the WUR part. In other words. If the existing WLAN STA operating in the PCR mode attempts to decode and demodulate the WUR part of the corresponding WUR PPDU based on the OFDM, correct information cannot be obtained.
  • the existing WLAN STA does not identify the format of the corresponding WUR PPDU, and determines whether the channel is accessible through energy detection (ED). For example, if the existing WLAN STA misses the L-part of the WUR PPDU, the WUR PPDU may be regarded as a non-WiFi signal because the WUR PPDU is not known and the channel access may be determined based on the ED. . However, since the WUR part of the WUR PPDU is transmitted in a narrow band, it may not satisfy the ED condition threshold condition for 20 MHz, and in this case, the existing WLAN STA may determine that the channel is idle even while the WUR part is transmitted. . As a result, WUR PPDU transmission cannot be guaranteed.
  • ED energy detection
  • the WUR part 18 illustrates a WUR PPDU according to an embodiment of the present invention.
  • the L-part is placed before the WUR part for coexistence with the existing PCR.
  • the WUR part may include at least one of a WUR preamble (e.g., a WUR Sync. Field), a WUR-SIG, and a WUR body.
  • the WUR-Body includes control information rather than user data for the WUR STA.
  • the user data may be transmitted via PCR after wake up of the WUR STA.
  • a OOK OFF symbol is set at the position of the last symbol of each part, through which the end of the corresponding part may be indicated.
  • the WUR part may be transmitted in narrow bandwidth on some of the available tones included in the band in which the L-part is transmitted.
  • the narrow band may be any one of 1,2,4,8,10 MHz.
  • narrowband 1,2,4,8,10 MHz correspond to 4,8,13,26,32 tones, respectively, and the length of the frequency sequence constituting the WUR ON symbol is each tone. May be equal to
  • the narrow bands 1,2,4,8,10 MHz correspond to 13, 26, 52, 103, and 128 tones, respectively.
  • the length of the frequency sequence for the WUR OOK ON symbol may be set to a length corresponding to the number of tones.
  • the frequency sequence may be an orthogonal sequence having excellent detection performance, for example, a Walsh-Hadamard sequence, a Golay code, a gold sequence, or a Cazac sequence having good PAPR characteristics.
  • the WUR OOK On symbols set in such a sequence may be continuously set in the WUR preamble, and the following schemes may be applied to distinguish and time-synchronize the WUR PPDU.
  • the WUR PPDU may be distinguished by using constellations for two OFDM symbols after the L-part. For example, a frequency sequence corresponding to the OOK ON symbol may be mapped to corresponding tones after BPSK modulation.
  • the WUR preamble includes a plurality of OOK On symbols, and the timing window size for time synchronization for the WUR PPDU may correspond to the length of the 2-OFDM symbol.
  • the WUR preamble may be configured in units of two OOK On symbols in the time domain. 90 degrees of phase rotation may be applied to the first symbol of two OOK On symbols for distinguishing WUR PPDUs, and phase rotation may not be applied to the second symbol.
  • the WUR PPDU Since the two symbols of the WUR preamble begin with QBPSK and BPSK, the WUR PPDU has a different constellation from the PPDU formats shown in FIG. 17, and thus the format for the WUR PPDU can be indicated. For example, since the STA operating in the PCR mode recognizes the corresponding 2 OOK symbols as ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ , the WUR PPDU can be distinguished from the HT PPDU, VHT PPDU, and HE PPDU of PCR.
  • the WUR preamble is set in 2-symbol units, and one symbol is rotated in phase so that a OOK symbol (eg, OOK off symbol) need not be added to distinguish between the WUR preamble and the WUR SIG field. Therefore, overhead can be reduced.
  • the WUR preamble is configured by repeating the combination of ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ , the WUR preamble and the WUR SIG can be easily distinguished through the unique characteristics of the WUR preamble.
  • the entire WUR preamble is not configured by repeating the combination of ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ . Instead, only the first two symbols of the WUR preamble may be set to ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ .
  • two symbols for indicating a WUR PPDU format may be transmitted in a 20 MHz band in consideration of an existing PCR STA. For example, even when the entire WUR preamble is configured by repeating the combination of ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ , at least the first two symbols may be transmitted in the entire 20 MHz band.
  • FIG. 19 illustrates a WUR PPDU according to an example of the present invention.
  • the WUR preamble is set in units of two symbols.
  • S denotes a synchronization sequence to which no phase rotation is applied
  • S * e - j ⁇ / 2 denotes a synchronization sequence to which a 90 degree phase rotation is applied.
  • the WUR-preamble of the WUR part may be configured as follows for clarification of the WUR packet.
  • the STA which has already woken up (e.g., operating in the PCR mode), may identify the WUR PPDU by checking the constellation matching on two OFDM symbols after the L-part.
  • the STA may protect the WUR PPDU transmission by setting a network allocation vector (NAV) as long as the length set in the L-length field included in the L-part.
  • NAV network allocation vector
  • FIG. 20 illustrates a WUR PPDU protection method according to an embodiment of the present invention.
  • the WUR Tx (eg, AP / STA wishing to transmit a WUR PPDU) transmits the WUR PPDU, in order to reduce the interference on the WUR PPDU when the STA 1/2 which has already woken up transmits the PCR PPDU, the WUR Tx May perform protection for the WUR PPDU transmission time by transmitting a broadcast signal (eg, broadcasting on a PCR) prior to WUR PPDU transmission.
  • a broadcast signal eg, broadcasting on a PCR
  • FIG. 21 illustrates a flow of a WUR PPDU protection method through a broadcast signal according to an embodiment of the present invention.
  • a CTS frame is used as a broadcast signal, but the present invention is not limited thereto.
  • a WUR Tx (e.g., AP / STA wishing to transmit a WUR PPDU) broadcasts a CTS frame on a PCR before transmission of the WUR PPDU (2105).
  • TXOP for WUR PPDU transmission may be secured by transmitting the CTS frame.
  • the STA e.g., 3rd party
  • the STA sets the NAV using the duration field of the CTS frame (2110). Therefore, channel access of the PCR STA (e.g., 3rd party) can be prevented while the WUR PPDU is transmitted.
  • the WUR Tx transmits the WUR PPDU to the WUR Rx within a predetermined time from the CTS frame transmission (2115).
  • the predetermined time should not exceed the TXOP secured through the CTS frame transmission, for example, it may be SIFS.
  • the CTS frame used to protect the WUR PPDU transmission may be a CTS-to-self frame or a CTS-to-AP frame.
  • the CTS-to-Self frame is a frame in which the RA field of the CTS frame is set to the sender's MAC address.
  • the CTS-to-AP frame is a frame in which the RA field of the CTS frame is set to the MAC address of the AP.
  • the L-part may be omitted from the WUR PPDU.
  • the transmission time of the WUR PPDU is secured through the CTS frame, the problem of coexistence with the PCR STA is solved, so that the L-part may be omitted and the WUR PPDU may be configured only with the WUR part.
  • the WUR PPDU in which the L-Part is omitted is transmitted, the overhead of WUR PPDU transmission can be reduced and the structure of the WUR PPDU can be simplified.
  • the present invention is not limited to the use of the CTS frame as a broadcast signal, other frames may be used.
  • a null data packet-announcement (NDP-A) frame may be used as the broadcast signal.
  • the WUR Tx may inform the WUR PPDU transmission by using some contents of the NDP announcement frame.
  • the NDP frame is transmitted after a predetermined time (e.g., SIFS) after the AP transmits the NDP-A frame.
  • the STA that receives the NDP frame from the AP transmits feedback after SIFS, and the feedback may include information requested by the AP (e.g., beamforming feedback, etc.).
  • the NDP-A frame transmitted before the WUR transmission does not require the feedback of the STA, it needs to be distinguished from the NDP-A frame of the existing PCR.
  • FIG. 22 illustrates an NDP-A frame for WUR PPDU transmission according to an embodiment of the present invention.
  • a reserved bit that is not used in the sounding dialog token field of the existing NDP-A frame may be used as the WUR transmission indicator.
  • the reserved 2-bit may be set to a value other than 00.
  • the Sounding Dialog Token number includes a value selected by the beamformer for NDP-A frame identification.
  • the reserved bit is used as a WUR transmission indicator (e.g., set to a value other than 00)
  • the sounding dialog token number following the reserved bit can be ignored or set to all zero or all one.
  • the STA information field includes an AID12 subfield, a feedback type subfield, and an Nc index subfield.
  • the AID12 subfield includes LSB 12 bits of the STA to receive the NDP and perform sounding feedback.
  • the feedback type subfield indicates whether the requested feedback type is SU or MU. If the feedback type is SU, the Nc index subfield corresponds to Reserved. When the feedback type is MU, the Nc index subfield is set to the number of columns-1 of the compressed beamforming feedback matrix.
  • the STA info field may include STA ID information (e.g., AID of WURx) as before.
  • the indication for the feedback information e.g., feedback type subfield and / or Nc index subfield
  • the duration field may indicate the length of the WUR PPDU.
  • the 3rd party STA if the transmission of the NDP frame is not detected within a certain time from the NDP-A frame transmission, the 3rd party STA resets the NAV and performs channel access.
  • the reserved bit of the NDP-A frame is used as the WUR transmission indicator as in this example, the NDP frame may not be transmitted after the NDP-A frame, and the 3rd party STA does not reset the NAV even if the NDP frame is not detected. You may not.
  • the WUR PPDU may be configured to exclude the L-part.
  • clarification of the WUR PPDU may not be necessary. Therefore, the phase rotation described above may not be applied to the WUR preamble. In this case, time synchronization using the WUR preamble may be performed in units of 1 symbol.
  • the WUR preamble has been described on the assumption that the WUR preamble is a sequence providing synchronization with respect to a WUR frame (ie, WUR PPDU) in the WUR part, but the present invention is not limited to the name, and the WUR preamble of the WUR part is WUR synchronization. It may also be referred to as a field.
  • the WUR SIG field of the WUR part may be omitted.
  • the WUR Body of the WUR part may be referred to as a WUR data field.
  • L-parts may also be referred to as non-WUR parts.
  • the broad WUR preamble may be a concept encompassing the WUR sync field (i.e., the narrow WUR preamble) and the non-WUR part of the WUR part.
  • multiple data rates may be supported for the WUR frame.
  • data rates of 62.5 kbps and 250 kbps can be supported in the WUR frame.
  • the data rate actually used may be indicated via the sync sequence of the WUR sync field.
  • a data rate of 62.5 kbps may be used when the first sync sequence is used, and a data rate of 250 kbps may be used when the second sync sequence is used.
  • a plurality of WUR sync sequences may be supported.
  • FIG. 23 illustrates a flow of a WUR PPDU transmission / reception method according to an embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with the above description may be omitted.
  • the AP may broadcast a PCR frame through PCR before transmitting a WUR PPDU through the WUR (2305).
  • the PCR frame may be a clear-to-send (CTS) frame or a null data packet-announcement (NDP-A) frame.
  • CTS clear-to-send
  • NDP-A null data packet-announcement
  • the CTS frame may be a CTS-to-AP frame or a CTS-to-Self frame.
  • the NDP-A frame may include a sounding dialog token field including a reserved 2-bit, and the reserved 2-bit may be used as a WUR transmission indicator for indicating that a WUR PPDU is to be transmitted. .
  • the PCR STA operating in the PCR mode may set the NAV after receiving the PCR frame (2310).
  • a WUR PPDU may be transmitted after a short inter-frame space (SIFS) from broadcast of a PCR frame.
  • SIFS short inter-frame space
  • the WUR PPDU may not include a legacy-long training field (L-LTF), a legacy-short training field (L-STF), and a legacy-signal (L-SIG) field.
  • the WUR PPDU may include L-LTF, L-STF and L-SIG (legacy-signal) fields.
  • the AP may generate a number of symbols to be included in the WUR preamble of the WUR PPDU (2315).
  • the AP may generate a plurality of symbols, each of which corresponds to an on state of on-off keying (OOK) modulation based on a frequency sequence for time synchronization.
  • OOK on state of on-off keying
  • multiple symbols can be generated using any two-symbol unit that separates the WUR PPDU format from the primary connectivity radio (PCR) PPDU format.
  • the second symbol of a predetermined 2-symbol unit may be generated by a binary phase shift keying (BPSK) scheme for a frequency sequence.
  • the first symbol located in front of the second symbol may be generated by a quadrate BPSK (QBPSK) method that applies a 90 degree phase rotation to the second symbol.
  • BPSK binary phase shift keying
  • the WUR PPDU may further include a legacy signal (L-SIG) field, and when the symbols located after the L-SIG field are ⁇ QBPSK, BPSK ⁇ combinations corresponding to the predetermined 2-symbol unit, the WUR PPDU may be a WUR PPDU.
  • L-SIG legacy signal
  • the format can be indicated.
  • the ⁇ QBPSK, QBPSK ⁇ combination, the ⁇ BPSK, QBPSK ⁇ combination, or the ⁇ BPSK, BPSK, QBPSK ⁇ combination may be used for the PCR PPDU format.
  • the frequency sequence may be a Walsh-Hadamard sequence, a Golay code, a Gold sequence, or a Cazac sequence.
  • the AP may transmit a WUR PPDU including a WUR preamble and a WUR frame body including a plurality of symbols (2320).
  • the WUR STA may end the WUR mode after receiving the WUR PPDU (2325).
  • 24 is a diagram for explaining an apparatus for implementing the method as described above.
  • the wireless device 100 of FIG. 24 may correspond to a specific STA of the above description, and the wireless device 850 may correspond to an AP of the above-described description.
  • the STA 100 may include a processor 110, a memory 120, and a transceiver 130, and the AP 150 may include a processor 160, a memory 170, and a transceiver 180.
  • the transceivers 130 and 180 transmit / receive wireless signals and may be implemented in a physical layer, such as IEEE 802.11 / 3GPP.
  • Processors 110 and 160 run at the physical layer and / or MAC layer and are coupled to transceivers 130 and 180.
  • Processors 110 and 160 may perform the aforementioned UL MU scheduling procedure.
  • Processors 110 and 160 and / or transceivers 130 and 180 may include application-specific integrated circuits (ASICs), other chipsets, logic circuits, and / or data processors.
  • the memories 120 and 170 may include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory cards, storage media and / or other storage units.
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • flash memory memory cards
  • storage media storage media and / or other storage units.
  • the method described above can be executed as a module (eg, process, function) that performs the functions described above.
  • the module may be stored in the memories 120 and 170 and may be executed by the processors 110 and 160.
  • the memories 120 and 170 may be disposed inside or outside the processes 110 and 160, and may be connected to the processes 110 and 160 by well-known means.
  • the transceiver 130 of the STA may include a transmitter (not shown) and a receiver (not shown).
  • the receiver of the STA may include a main connected radio receiver for receiving a main connected radio signal (eg, a wireless LAN such as IEEE 802.11 a / b / g / n / ac / ax) and a WUR receiver for receiving a WUR signal.
  • the transmitter of the STA may include a primary connected radio transmitter for transmitting the primary connected radio signal.
  • the transceiver 180 of the AP may include a transmitter (not shown) and a receiver (not shown).
  • the transmitter of the AP may correspond to an OFDM transmitter.
  • the AP may transmit the WUR payload by the OOK scheme by reusing the OFDM transmitter. For example, as described above, the AP may OOK modulate the WUR payload through an OFDM transmitter.
  • the present invention can be applied to various wireless communication systems including IEEE 802.11.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(WLAN) 시스템에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake up radio) PPDU(physical layer protocol data unit)를 송신하는 방법은, 시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성하는 단계; 및 상기 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 WUR 프리앰블에 포함된 상기 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성되고, 상기 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 상기 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성되며, 상기 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 상기 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성될 수 있다.

Description

무선 랜 시스템에서 웨이크 업 라디오 프레임을 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 랜 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PCR(primary connectivity radio)을 깨우기 위한 WUR (wake up radio)를 통해서 WUR 프레임을 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다.
무선랜 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 및 b는 2.4. GHz 또는 5 GHz에서 비면허 대역(unlicensed band)을 이용하고, IEEE 802.11b는 11 Mbps의 전송 속도를 제공하고, IEEE 802.11a는 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11g는 2.4 GHz에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)를 적용하여, 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n은 다중입출력 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM)을 적용하여, 4 개의 공간적인 스트림(spatial stream)에 대해서 300 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우에는 600 Mbps의 전송 속도를 제공한다.
상술한 무선랜 표준은 최대 160MHz 대역폭을 사용하고, 8개의 공간 스트림을 지원하여 최대 1Gbit/s의 속도를 지원하는 IEEE 802.11ac 표준을 거쳐, IEEE 802.11ax 표준화에 대한 논의가 이루어지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, WUR 프레임을 보다 정확하고 효율적으로 송신 또는 수신하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상술된 기술적 과제에 한정되지 않으며 다른 기술적 과제들이 본 발명의 실시예들로부터 유추될 수 있다.
상술된 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 랜(WLAN) 시스템에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake up radio) PPDU(physical layer protocol data unit)를 송신하는 방법은, 시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성하는 단계; 및 상기 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 WUR 프리앰블에 포함된 상기 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성되고, 상기 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 상기 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성되며, 상기 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 상기 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따라서 WUR(wake up radio) PPDU(physical layer protocol data unit)를 송신하는 엑세스 포인트(AP)는, 시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성하는 프로세서; 및 상기 프로세서의 제어하에 상기 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신하는 송신기를 포함하고, 상기 WUR 프리앰블에 포함된 상기 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성되고, 상기 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 상기 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성되며, 상기 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 상기 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성될 수 있다.
상기 WUR PPDU는 L-SIG(legacy signal) 필드를 더 포함하며, 상기 L-SIG 필드 이후에 위치한 심볼들이 상기 소정의 2-심볼 단위에 해당하는 {QBPSK, BPSK} 조합인 경우 상기 WUR PPDU 포맷이 지시되고, {QBPSK, QBPSK} 조합, {BPSK, QBPSK} 조합 또는 {BPSK, BPSK, QBPSK} 조합은 상기 PCR PPDU 포맷을 위해 사용될 수 있다.
상기 주파수 시퀀스는, Walsh-Hadamard 시퀀스, Golay 코드, Gold 시퀀스 또는 Cazac 시퀀스일 수 있다.
상기 AP는 WUR을 통해 상기 WUR PPDU 송신하기 이전에 PCR을 통해 PCR 프레임을 브로드캐스팅 할 수 있다. 상기 PCR 프레임은, CTS(clear-to-send) 프레임 또는 NDP-A(null data packet-announcement) 프레임일 수 있다.
일 예로, 상기 CTS 프레임은 CTS-to-AP 프레임 또는 CTS-to-Self 프레임일 수 있다.
다른 일 예로, 상기 NDP-A 프레임은 Reserved 2-bit를 포함하는 사운딩 다이얼로그 토큰(sounding dialog token) 필드를 포함하고, 상기 Reserved 2-bit는 상기 WUR PPDU가 송신될 것임을 알리기 위한 WUR 송신 지시자로 사용될 수 있다.
또한, 상기 PCR 프레임의 송신으로부터 SIFS (short inter-frame space) 뒤에 상기 WUR PPDU가 송신되며, 상기 WUR PPDU는 L-LTF (legacy-long training field), L-STF (legacy-short training field) 및 L-SIG (legacy-signal) 필드를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 WUR PPDU에 포함된 WUR 프리앰블을 통해서 WUR PPDU의 포맷이 지시됨으로써 PCR PPDU 포맷과 구별될 수 있을 뿐 아니라 PCR 모드로 동작하는 3rd party STA이 WUR PPDU 송신 중에 PCR PPDU를 송신하는 것을 방지함으로써 WUR PPDU가 보다 정확하고 효율적으로 송수신될 수 있다.
상술된 기술적 효과 외에 다른 기술적 효과들이 본 발명의 실시예들로부터 유추될 수 있다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 백오프 과정을 설명하기 위한 도면도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 6은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 9는 TIM을 수신한 STA의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 IEEE 802.11 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 무선랜 시스템(e.g., 802.11)에서 사용 가능한 WUR 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 WUR 수신기 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 WUR 패킷의 일 예를 도시한다.
도 14는 WUR 패킷에 대한 파형을 예시한다.
도 15는 무선 랜의 OFDM 송신기를 사용하여 생성되는 WUR 패킷을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 WUR 수신기의 구조를 예시한다.
도 17은 PCR에서 PPDU의 구별을 위한 위상 회전의 예를 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU를 도시한다.
도 19는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 WUR PPDU를 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 보호 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스트 신호를 통한 WUR PPDU 보호 방법의 흐름을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 전송을 위한 NDP-A 프레임을 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 송수신 방법의 흐름을 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다.
상술한 바와 같이 이하의 설명은 무선랜 시스템에서 넓은 대역을 가지는 채널을 효율적으로 활용하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것이다. 이를 위해 먼저 본 발명이 적용되는 무선랜 시스템에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선랜 시스템은 하나 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합이다.
STA는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리계층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 논리 개체로서, 액세스 포인트(access point, AP)와 비AP STA(Non-AP Station)을 포함한다. STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.
그리고, AP는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)에게 무선 매체를 통해 분배 시스템(Distribution System, DS)으로의 접속을 제공하는 개체이다. AP는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), Node-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.
BSS는 인프라스트럭처(infrastructure) BSS와 독립적인(Independent) BSS(IBSS)로 구분할 수 있다.
도 1에 도시된 BBS는 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않는 BSS를 의미하고, AP를 포함하지 않으므로, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 BSS는 인프라스트럭처 BSS이다. 인프라스트럭처 BSS는 하나 이상의 STA 및 AP를 포함한다. 인프라스트럭처 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 비AP STA 간에 직접 링크(link)가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서 직접 통신도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 인프라스트럭처 BSS는 DS를 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
DS는 복수의 AP들을 연결하는 메커니즘(mechanism)으로서, 반드시 네트워크일 필요는 없으며, 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬(mesh) 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수도 있고, AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.
계층 구조
무선랜 시스템에서 동작하는 STA의 동작은 계층(layer) 구조의 관점에서 설명할 수 있다. 장치 구성의 측면에서 계층 구조는 프로세서에 의해서 구현될 수 있다. STA는 복수개의 계층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 802.11 표준문서에서 다루는 계층 구조는 주로 DLL(Data Link Layer) 상의 MAC 서브계층(sublayer) 및 물리(PHY) 계층이다. PHY은 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 개체, PMD(Physical Medium Dependent) 개체 등을 포함할 수 있다. MAC 서브계층 및 PHY은 각각 MLME(MAC sublayer Management Entity) 및 PLME((Physical Layer Management Entity)라고 칭하여지는 관리 개체들을 개념적으로 포함한다. 이러한 개체들은 계층 관리 기능이 작동하는 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다.
정확한 MAC 동작을 제공하기 위해서, SME(Station Management Entity) 가 각각의 STA 내에 존재한다. SME는, 별도의 관리 플레인 내에 존재하거나 또는 따로 떨어져(off to the side) 있는 것으로 보일 수 있는, 계층 독립적인 개체이다. SME의 정확한 기능들은 본 문서에서 구체적으로 설명하지 않지만, 일반적으로는 다양한 계층 관리 개체(LME)들로부터 계층-종속적인 상태를 수집하고, 계층-특정 파라미터들의 값을 유사하게 설정하는 등의 기능을 담당하는 것으로 보일 수 있다. SME는 일반적으로 일반 시스템 관리 개체를 대표하여(on behalf of) 이러한 기능들을 수행하고, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.
전술한 개체들은 다양한 방식으로 상호작용한다. 예를 들어, 개체들 간에는 GET/SET 프리머티브(primitive)들을 교환(exchange)함으로써 상호작용할 수 있다. 프리머티브는 특정 목적에 관련된 요소(element)나 파라미터들의 세트를 의미한다. XX-GET.request 프리머티브는 주어진 MIB attribute(관리 정보 기반 속성 정보)의 값을 요청하기 위해 사용된다. XX-GET.confirm 프리머티브는, Status가 "성공"인 경우에는 적절한 MIB 속성 정보 값을 리턴하고, 그렇지 않으면 Status 필드에서 에러 지시를 리턴하기 위해 사용된다. XX-SET.request 프리머티브는 지시된 MIB 속성이 주어진 값으로 설정되도록 요청하기 위해 사용된다. 상기 MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되는 것을 요청하는 것이다. 그리고, XX-SET.confirm 프리머티브는 status가 "성공"인 경우에 지시된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 확인하여 주고, 그렇지 않으면 status 필드에 에러 조건을 리턴하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작을 의미하는 경우, 이는 해당 동작이 수행되었음을 확인하여 준다.
또한, MLME 및 SME는 다양한 MLME_GET/SET 프리머티브들을 MLME_SAP(Service Access Point)을 통하여 교환할 수 있다. 또한, 다양한 PLME_GET/SET 프리머티브들이, PLME_SAP을 통해서 PLME와 SME 사이에서 교환될 수 있고, MLME-PLME_SAP을 통해서 MLME와 PLME 사이에서 교환될 수 있다.
링크 셋업 과정
도 3은 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.
STA이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연관(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연관, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연관 과정이라고 칭할 수도 있다.
도 3을 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.
단계 S510에서 STA은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA이 네트워크에 액세스하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다.
스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.
도 3에서는 예시적으로 능동적 스캐닝 과정을 포함하는 네트워크 발견 동작을 도시한다. 능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA일 수 있다. BSS에서는 AP가 비콘 프레임을 전송하므로 AP가 응답자가 되며, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2번 채널)로 이동하여 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.
도 3에서 도시하고 있지 않지만, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS에서 AP가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS에서는 IBSS 내의 STA들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.
능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.
STA이 네트워크를 발견한 후에, 단계 S520에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S540의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.
인증 과정은 STA이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다. 인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당한다.
인증 프레임은 인증 알고리즘 번호(authentication algorithm number), 인증 트랜잭션 시퀀스 번호(authentication transaction sequence number), 상태 코드(status code), 검문 텍스트(challenge text), RSN(Robust Security Network), 유한 순환 그룹(Finite Cyclic Group) 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이는 인증 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA은 인증 요청 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. AP는 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP는 인증 처리의 결과를 인증 응답 프레임을 통하여 STA에게 제공할 수 있다.
STA이 성공적으로 인증된 후에, 단계 S530에서 연관 과정이 수행될 수 있다. 연관 과정은 STA이 연관 요청 프레임(association request frame)을 AP에게 전송하고, 이에 응답하여 AP가 연관 응답 프레임(association response frame)을 STA에게 전송하는 과정을 포함한다.
예를 들어, 연관 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 연관 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임아웃 간격(연관 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.
이는 연관 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.
STA이 네트워크에 성공적으로 연관된 후에, 단계 S540에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S540의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S520의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S540의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.
단계 S540의 보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹을 통해서, 프라이빗 키 셋업(private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.
매체 액세스 메커니즘
IEEE 802.11에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 액세스 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" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 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 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA들은 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.
또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 상기 DCF와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.
도 4는 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하여 임의 백오프 주기에 기반한 동작에 대해서 설명한다. 점유(occupy 또는 busy) 상태이던 매체가 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이 때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA들은 각각 임의 백오프 카운트를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간만큼 대기한 후에, 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 패킷 번호(Packet Number) 값을 가지며, 0 내지 CW 범위의 값 중에서 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW는 경쟁 윈도우(Contention Window) 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기값으로 CWmin이 주어지지만, 전송 실패의 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK을 수신하지 못한 경우)에 2 배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CWmax가 되면 데이터 전송이 성공할 때까지 CWmax 값을 유지하면서 데이터 전송을 시도할 수 있고, 데이터 전송이 성공하는 경우에는 CWmin 값으로 리셋된다. CW, CWmin 및 CWmax 값은 2n-1 (n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.
임의 백오프 과정이 시작되면 STA은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체가 점유상태로 모니터링되면 카운트 다운을 멈추고 대기하고, 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다.
도 4의 예시에서 STA3의 MAC에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA3는 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 나머지 STA들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA1, STA2 및 STA5의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA은 매체가 유휴상태로 모니터링되면 DIFS만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다. 도 4의 예시에서는 STA2가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA1이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. 즉, STA2가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA5의 잔여 백오프 시간은 STA1의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다. STA1 및 STA5는 STA2가 매체를 점유하는 동안에 잠시 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA2의 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA1 및 STA5는 DIFS만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA5의 잔여 백오프 시간이 STA1보다 짧았으므로 STA5이 프레임 전송을 시작하게 된다. 한편, STA2가 매체를 점유하는 동안에 STA4에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이 때, STA4의 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 카운트 다운을 수행하고 프레임 전송을 시작할 수 있다. 도 6의 예시에서는 STA5의 잔여 백오프 시간이 STA4의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우, STA4와 STA5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA4와 STA5 모두 ACK을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA4와 STA5는 CW 값을 2배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 카운트 다운을 수행할 수 있다. 한편, STA1은 STA4와 STA5의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS만큼 대기한 후, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.
STA의 센싱 동작
전술한 바와 같이 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 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector; NAV)를 이용할 수 있다. 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 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA은 해당 기간동안 매체 액세스가 금지된다. NAV는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 "duration" 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.
또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 5 및 도 7을 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.
도 5는 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 5(a)는 숨겨진 노드에 대한 예시이며, STA A와 STA B는 통신 중에 있고 STA C가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A가 STA B에 정보를 전송하고 있는 상황이지만, STA C가 STA B로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C의 위치에서는 센싱하지 못할 수도 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B는 STA A와 STA C의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A는 STA C의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.
도 5(b)는 노출된 노드(exposed node)에 대한 예시이며, STA B는 STA A에 데이터를 전송하고 있는 상황에서, STA C가 STA D에서 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 이 경우에 STA C가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C가 STA D에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A는 STA C의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C로부터의 전송과 STA B로부터의 전송은 STA A의 입장에서는 충돌하지 않을 수도 있으므로, STA C는 STA B가 전송을 멈출 때까지 불필요하게 대기하는 것이 된다. 이 때 STA C를 STA B의 노출된 노드라고 할 수 있다.
도 6은 RTS와 CTS를 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA이 데이터를 받는 STA에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA은 CTS 프레임을 주위의 STA들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.
도 6(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA C가 모두 STA B에 데이터를 전송하려고 하는 경우를 가정한다. STA A가 RTS를 STA B에 보내면 STA B는 CTS를 자신의 주위에 있는 STA A와 STA C에 모두 전송을 한다. 그 결과 STA C는 STA A와 STA B의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.
도 6(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C가 오버히어링함으로써, STA C는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B는 주위의 모든 STA들에게 RTS를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A만 CTS를 전송하게 된다. STA C는 RTS만을 받고 STA A의 CTS를 받지 못했기 때문에 STA A는 STC C의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.
전력 관리
전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 STA이 송수신을 수행하기 전에 채널 센싱을 수행해야 하는데, 채널을 항상 센싱하는 것은 STA의 지속적인 전력 소모를 야기한다. 수신 상태에서의 전력 소모는 송신 상태에서의 전력 소모에 비하여 크게 차이가 나지 않으며, 수신 상태를 계속 유지하는 것도 전력이 제한된(즉, 배터리에 의해 동작하는) STA에게 큰 부담이 된다. 따라서, STA이 지속적으로 채널을 센싱하기 위해서 수신 대기 상태를 유지하면, 무선랜 처리율 측면에서 특별한 이점 없이 전력을 비효율적으로 소모하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 무선랜 시스템에서는 STA의 전력 관리(power management; PM) 모드를 지원한다.
STA의 전력 관리 모드는 액티브(active) 모드 및 전력 절약(power save; PS) 모드로 나뉘어 진다. STA은 기본적으로 액티브 모드로 동작한다. 액티브 모드로 동작하는 STA은 어웨이크 상태(awake state)를 유지한다. 어웨이크 상태는, 프레임 송수신이나 채널 스캐닝 등 정상적인 동작이 가능한 상태이다. 한편, PS 모드로 동작하는 STA은 슬립 상태(sleep state) (또는 도즈(doze) 상태)와 어웨이크 상태(awake state)를 전환(switch)해가며 동작한다. 슬립 상태로 동작하는 STA은 최소한의 전력으로 동작하며, 프레임 송수신은 물론 채널 스캐닝도 수행하지 않는다.
STA이 슬립 상태로 가능한 오래 동작할수록 전력 소모가 줄어들기 때문에, STA은 동작 기간이 증가한다. 하지만 슬립 상태에서는 프레임 송수신이 불가능하기 때문에 무조건적으로 오래 동작할 수는 없다. 슬립 상태로 동작하는 STA이 AP에게 전송할 프레임이 존재하는 경우 어웨이크 상태로 전환하여 프레임을 송신할 수 있다. 한편, AP가 STA에게 전송할 프레임이 있는 경우, 슬립 상태의 STA은 이를 수신할 수 없으며 수신할 프레임이 존재하는 것도 알 수 없다. 따라서, STA은 자신에게 전송될 프레임의 존재 여부를 알기 위해(또한 존재한다면 이를 수신하기 위해) 특정 주기에 따라 어웨이크 상태로 전환하는 동작이 필요할 수 있다.
AP는 일정한 주기로 비콘 프레임(beacon frame)을 BSS 내의 STA들에게 전송할 수 있다. 비콘 프레임에는 TIM(Traffic Indication Map) 정보 요소(Information Element)가 포함될 수 있다. TIM 정보 요소는 AP가 자신과 연관된 STA들에 대한 버퍼된 트래픽이 존재하며, 프레임을 전송할 것임을 알려주는 정보를 포함할 수 있다. TIM 요소에는 유니캐스트(unicast) 프레임을 알려주는데 사용되는 TIM과 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast) 프레임을 알려주는데 사용되는 DTIM(delivery traffic indication map)이 있다.
도 7 내지 9는 TIM을 수신한 STA의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, STA은 AP로부터 TIM을 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하고, 수신한 TIM 요소를 해석하여 자신에게 전송될 버퍼된 트래픽이 있음을 알 수 있다. STA은 PS-Poll 프레임 전송을 위한 매체 액세스를 위해 다른 STA들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, AP에게 데이터 프레임 전송을 요청하기 위하여 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. STA에 의해 전송된 PS-Poll 프레임을 수신한 AP는 STA에게 프레임을 전송할 수 있다. STA은 데이터 프레임을 수신하고 이에 대한 확인응답(ACK) 프레임을 AP에게 전송할 수 있다. 이후 STA은 다시 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 7과 같이 AP는 STA으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 소정의 시간(예를 들어, SIFS(Short Inter-Frame Space)) 후에 데이터 프레임을 전송하는 즉시 응답(immediate response) 방식에 따라 동작할 수 있다. 한편, AP가 PS-Poll 프레임을 수신한 후에 STA에게 전송할 데이터 프레임을 SIFS 시간 동안에 준비하지 못한 경우에는 지연된 응답(deferred response) 방식에 따라 동작할 수 있으며, 이에 대해서 도 8를 참조하여 설명한다.
도 8의 예시에서 STA이 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP로부터 TIM을 수신하고 경쟁을 거쳐 PS-Poll 프레임을 AP로 전송하는 동작은 도 7의 예시와 동일하다. AP가 PS-Poll 프레임을 수신하고도 SIFS 동안 데이터 프레임을 준비하지 못한 경우, 데이터 프레임을 전송하는 대신 ACK 프레임을 STA에게 전송할 수 있다. AP는 ACK 프레임 전송 후 데이터 프레임이 준비되면, 컨텐딩을 수행한 후 데이터 프레임을 STA에게 전송할 수 있다. STA은 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였음을 나타내는 ACK 프레임을 AP에게 전송하고, 슬립 상태로 전환될 수 있다.
도 9는 AP가 DTIM을 전송하는 예시에 대한 것이다. STA들은 AP로부터 DTIM 요소를 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환할 수 있다. STA들은 수신한 DTIM을 통해 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임이 전송될 것임을 알 수 있다. AP는 DTIM을 포함하는 비콘 프레임 전송 후 PS-Poll 프레임의 송수신 동작 없이 바로 데이터(즉, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임)를 전송할 수 있다. STA들은 DTIM을 포함하는 비콘 프레임을 받은 후에 계속하여 어웨이크 상태를 유지하는 중에 데이터를 수신하고, 데이터 수신이 완료된 후에 다시 슬립 상태로 전환할 수 있다.
프레임 구조 일반
도 10은 IEEE 802.11 시스템에서 사용되는 프레임 구조의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
PPDU(Physical Layer Protocol Data Unit) 프레임 포맷은, STF(Short Training Field), LTF(Long Training Field), SIG(SIGNAL) 필드, 및 데이터(Data) 필드를 포함하여 구성될 수 있다. 가장 기본적인(예를 들어, non-HT(High Throughput)) PPDU 프레임 포맷은 L-STF(Legacy-STF), L-LTF(Legacy-LTF), SIG 필드 및 데이터 필드만으로 구성될 수 있다.
STF는 신호 검출, AGC(Automatic Gain Control), 다이버시티 선택, 정밀한 시간 동기 등을 위한 신호이고, LTF는 채널 추정, 주파수 오차 추정 등을 위한 신호이다. STF와 LTF를 합쳐서 PLCP 프리앰블(preamble)이라고 칭할 수 있고, PLCP 프리앰블은 OFDM 물리계층의 동기화 및 채널 추정을 위한 신호라고 할 수 있다.
SIG 필드는 RATE 필드 및 LENGTH 필드 등을 포함할 수 있다. RATE 필드는 데이터의 변조 및 코딩 레이트에 대한 정보를 포함할 수 있다. LENGTH 필드는 데이터의 길이에 대한 정보를 포함할 수 있다. 추가적으로, SIG 필드는 패리티(parity) 비트, SIG TAIL 비트 등을 포함할 수 있다.
데이터 필드는 SERVICE 필드, PSDU(Physical layer Service Data Unit), PPDU TAIL 비트를 포함할 수 있고, 필요한 경우에는 패딩 비트도 포함할 수 있다. SERVICE 필드의 일부 비트는 수신단에서의 디스크램블러의 동기화를 위해 사용될 수 있다. PSDU는 MAC 계층에서 정의되는 MPDU(MAC Protocol Data Unit)에 대응하며, 상위 계층에서 생성/이용되는 데이터를 포함할 수 있다. PPDU TAIL 비트는 인코더를 0 상태로 리턴하기 위해서 이용될 수 있다. 패딩 비트는 데이터 필드의 길이를 소정의 단위로 맞추기 위해서 이용될 수 있다.
MPDU는 다양한 MAC 프레임 포맷에 따라서 정의되며, 기본적인 MAC 프레임은 MAC 헤더, 프레임 바디, 및 FCS(Frame Check Sequence)로 구성된다. MAC 프레임은 MPDU로 구성되어 PPDU 프레임 포맷의 데이터 부분의 PSDU를 통하여 송신/수신될 수 있다.
MAC 헤더는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 기간(Duration)/ID 필드, 주소(Address) 필드 등을 포함한다. 프레임 제어 필드는 프레임 송신/수신에 필요한 제어 정보들을 포함할 수 있다. 기간/ID 필드는 해당 프레임 등을 전송하기 위한 시간으로 설정될 수 있다.
MAC 헤더에 포함된 기간/ID 필드는 16 비트 길이(e.b., B0~B15)로 설정될 수 있다. 기간/ID 필드에 포함되는 콘텐츠는 프레임 타입 및 서브타입, CFP(contention free period) 동안 전송되는지, 송신 STA의 QoS 캐퍼빌리티 등에 따라서 달라질 수 있다. (i) 서브타입이 PS-Poll인 제어 프레임에서, 기간/ID 필드는 송신 STA의 AID를 포함할 수 있으며(e.g., 14 LSB 비트들을 통해), 2 MSB 비트들은 1로 설정될 수 있다. (ii) PC(point coordinator) 또는 non-QoS STA에 의해 CFP 동안 전송되는 프레임들에서, 기간/ID 필드는 고정된 값(e.g., 32768)로 설정될 수 있다. (iii) 그 밖에 non-QoS STA에 의해 전송되는 다른 프레임들 또는 QoS STA에 의해 전송되는 제어 프레임들에서, 기간/ID 필드는 각 프레임 타입별로 정의된 duration 값을 포함할 수 있다. QoS STA에 의해 전송되는 데이터 프레임 또는 매니지먼트 프레임에서, 기간/ID 필드는 각 프레임 타입에 대하서 정의된 duration 값을 포함할 수 있다. 예컨대, 기간/ID 필드의 B15=0으로 설정되면 기간/ID 필드가 TXOP Duration 을 지시하는데 사용된다는 것을 나타내며, B0~B14는 실제 TXOP Duration을 지시하는데 사용될 수 있다. B0~B14에 의해 지시되는 실제 TXOP Duration은 0~32767 중 어느 하나일 수 있으며, 그 단위는 마이크로 세컨드(us)일 수 있다. 다만, 기간/ID 필드가 고정된 TXOP Duration 값(e.g., 32768)을 지시하는 경우에는 B15=1이고, B0~B14=0으로 설정될 수 있다. 그 밖에 B14=1, B15=1로 설정되면 기간/ID 필드가 AID를 지시하기 위하여 사용되고, B0~B13은 1~2007 중 하나의 AID를 지시한다. MAC 헤더의 Sequence Control, QoS Control, HT Control 서브필드들의 구체적인 내용은 IEEE 802.11 표준 문서를 참조할 수 있다.
MAC 헤더의 프레임 제어 필드는, Protocol Version, Type, Subtype, To DS, From DS, More Fragment, Retry, Power Management, More Data, Protected Frame, Order 서브필드들을 포함할 수 있다. 프레임 제어 필드의 각각의 서브필드의 내용은 IEEE 802.11 표준 문서를 참조할 수 있다.
WUR (Wake-Up Radio)
먼저 도 11을 참조하여 무선랜 시스템(e.g., 802.11)과 호환 가능한 웨이크 업 라디오 수신기 (Wake-Up Radio Receiver, WURx)에 대한 일반적인 내용을 살펴본다.
도 11을 참조하면 STA은 메인 무선 통신 용도의 주 연결 라디오(Primary connectivity radio, PCR) (e.g., IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax 무선랜)과 웨이크 업 라디오(Wake Up Radio, WUR)(e.g., IEEE 802.11ba)를 지원할 수 있다.
PCR은 데이터 송신 및 수신을 위해서 사용되며, 송수신할 데이터가 없을 경우에는 턴-오프될 수 있다. 이와 같이 PCR이 턴-오프된 경우로서, 수신할 패킷이 있을 때 STA의 WURx은 PCR을 웨이크 업 시킬 수 있다. 따라서 사용자 데이터는 PCR을 통해서 송수신 된다.
WURx은 사용자 데이터를 위해서 사용되지는 않고, 단지 PCR 송수신기를 깨우는 역할을 수행할 수 있다. WURx은 송신기를 갖지 않는 단순한 수신기 형태일 수 있으며, PCR이 꺼져 있는 동안 활성화 된다. 활성화 상태에서 WURx의 목표 전력 소비은 100 마이크로 와트(uW)를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 이와 같이 저 전력으로 작동하기 위해서 단순한 변조 방식, 예를 들면 OOK(on-off keying) 방식이 사용될 수 있으며, 좁은 대역폭(e.g., 4MHz, 5 MHz)이 사용될 수 있다. WURx가 목표로 하는 수신 범위(e.g., 거리)는 현재 802.11에 상당할 수 있다.
도 12는 WUR 패킷의 설계 및 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면 WUR 패킷은 PCR 파트(1200) 및 WUR 파트(1205)를 포함할 수 있다.
PCR 파트(1200)는 레거시 무선랜 시스템과 공존을 위한 것으로서, PCR 파트는 무선랜 프리앰블로 지칭될 수도 있다. 다른 PCR STA으로부터 WUR 패킷을 보호하기 위하여 레거시 무선랜의 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 중 적어도 하나 이상이 PCR 파트(1200)에 포함될 수 있다. 따라서, 3rd Party 레거시 STA은 WUR 패킷의 PCR 파트(1200)을 통해서 해당 WUR 패킷이 자신에게 의도된 것이 아니고, PCR의 매체가 다른 STA에 의해서 점유되었음을 알 수 있다. 단, WURx는 WUR 패킷의 PCR 파트를 디코딩하지는 않는다. 협대역 및 OOK 복조를 지원하는 WURx가 PCR 신호 수신을 지원하지는 않기 때문이다.
WUR 파트(1205)의 적어도 일부는 OOK(on-off keying) 방식으로 변조된 것일 수 있다. 일 예로, WUR 파트는 WUR 프리앰블, MAC 헤더(e.g., 수신자 주소 등), 프레임 바디 및 FCS(frame check sequence) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, OOK 변조는 OFDM 송신기를 수정함으로써 수행될 수도 있다.
WURx(1210)은 상술된 바와 같이 100 uW 이하의 매우 적은 전력을 소비하며, 작고 단순한 OOK 복조기로 구현될 수 있다.
이와 같이 WUR 패킷이 무선랜 시스템에서 호환 가능(compatible)하도록 설계될 필요가 있으므로, WUR 패킷은 레거시 무선 랜의 프리앰블(e.g., OFDM 방식) 및 새로운 LP-WUR 신호 파형(e.g., OOK 방식)을 포함할 수 있다.
도 13은 WUR 패킷의 일 예를 도시한다. 도 13의 WUR 패킷은 레거시 STA과 공존을 위하여 PCR 파트(e.g., 레거시 무선 랜 프리앰블)을 포함한다.
도 13을 참조하면, 레거시 무선 랜 프리앰블은 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 를 포함할 수 있다. 또한, 무선 랜 STA(e.g., 3rd Party)은 L-SIG를 통해서 WUR 패킷의 끝을 파악할 수 있다. 예컨대, L-SIG 필드는 WUR 패킷의 페이로드(e.g., OOK 변조된)의 길이를 지시할 수 있다.
WUR 파트는 WUR 프리앰블, MAC 헤더, 프레임 바디 및 FCS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. WUR 프리앰블은 예컨대, PN 시퀀스를 포함할 수 있다. MAC 헤더는 수신기 주소를 포함할 수 있다. 프레임 바디는 웨이크 업을 위해 필요한 다른 정보를 포함할 수 있다. FCS는 CRC(cyclic redundancy check)를 포함할 수 있다.
도 14는 도 13의 WUR 패킷에 대한 파형을 예시한다. 도 14를 참조하면, OOK 변조된 WUR 파트에서는, 1 OFDM 심볼 길이 (e.g., 4 usec) 당 1 비트가 송신될 수 있다. 따라서, WUR 파트의 데이터 레이트는 250 kbps 일 수 있다.
도 15는 무선 랜의 OFDM 송신기를 사용하여 WUR 패킷을 생성하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 무선 랜에서는 PSK(phase shift keying)-OFDM 송신 기법이 사용되고 있는데, OOK 변조를 위하여 별도의 OOK 변조기를 추가함으로써 WUR 패킷을 생성하는 것은 송신기의 구현 비용을 증가시키는 단점이 있다. 따라서, OFDM 송신기를 재사용함으로써 OOK 변조된 WUR 패킷을 생성하는 방법을 살펴본다.
OOK 변조 방식에 따르면, 비트 값 1은 심볼 내 임의의 전력이 실리거나 혹은 임계치 이상의 전력을 갖는 심볼(i.e., on)로, 비트 값 0은 심볼 내 전력이 실리지 않거나 혹은 임계치 미만의 전력을 갖는 심볼(i.e., off)로 변조된다. 물론, 이와는 반대로 비트 값 1을 전력 off로 정의하는 것도 가능하다.
이와 같이 OOK 변조 방식에서는 비트 값 1/0이 해당 심볼 위치에서 전력의 on/off를 통해서 지시된다. 이와 같은 단순한 OOK 변조/복조 방식은 수신기의 신호 검출/복조에 소모되는 전력과 이를 구현하기 위한 비용을 저감할 수 있는 장점이 있다. 또한, 신호를 on/off 하는 OOK 변조는 기존의 OFDM 송신기를 재사용하여 수행될 수도 있다.
도 15의 좌측 그래프는 기존 무선 랜의 OFDM 송신기를 재사용하여 OOK 변조된 비트 값 1에 대한 1 심볼 구간(e.g., 4 usec) 동안의 정규화된 전력 크기(normalized amplitude)의 실수(real) 파트와 허수(imaginary) 파트를 도시한다. 비트 값 0에 대한 OOK 변조 결과는 전력 off 에 해당하므로, 도시를 생략한다.
도 15의 우측 그래프는 기존 무선 랜의 OFDM 송신기를 재사용하여 OOK 변조된 비트 값 1에 대한 주파수 도메인 상에서의 정규화된 PSD(power spectral density)를 나타낸다. 예컨대, 해당 대역에서 중심 4 MHz가 WUR을 위해서 사용될 수 있다. 도 15에서는 WUR이 4 MHz 대역폭으로 동작하는 것을 가정하였으나 이는 설명의 편의를 위함이며, 다른 크기의 주파수 대역폭이 사용될 수도 있다. 단, WUR는 PCR(e.g., 기존의 무선 랜)의 동작 대역폭 보다는 작은 대역폭으로 동작하는 것이 전력 저감을 위해서 바람직하다.
도 15에서는, 서브캐리어 폭(e.g., subcarrier spacing)이 312.5 kHz이고, OOK 펄스의 대역폭은 13개 서브캐리어들에 해당한다고 가정하였다. 13개 서브캐리어들은 앞서 언급된 바와 같이 약 4 MHz(i.e., 4.06 MHz = 13 * 312.5 kHz)에 해당한다.
기존 OFDM 송신기에서 IFFT(inverse fast Fourier transform)의 입력 시퀀스를 s= {13 subcarrier tone sequence}로 정의하고 해당 시퀀스 s에 대한 IFFT를 Xt = IFFT(s)와 같이 수행한 뒤, 0.8 usec 길이의 CP(cyclic prefix)를 붙이면 약 4 us 심볼 길이가 된다.
WUR 패킷은 WUR 신호, WUR 프레임 또는 WUR PPDU로 지칭될 수도 있다. WUR 패킷은 브로드캐스트/멀티캐스트를 위한 패킷(e.g., WUR 비컨)이거나 유니캐스트를 위한 패킷(e.g., 특정 WUR STA의 WUR 모드를 종료시키고 깨우기 위한 패킷)일 수 있다.
도 16은 WURx(WUR receiver)의 구조를 예시한다. 도 16을 참조하면, WURx는 RF/아날로그 전단(RF/analog Front-end), 디지털 기저 대역 처리기 및 심플한 패킷 Parser를 포함할 수 있다. 도 16은 예시적인 구성이며, 본 발명의 WUR 수신기는 도 16에 한정되지 않는다.
이하에서, WUR 수신기를 갖는 WLAN STA을 간략히 WUR STA이라고 지칭한다. WUR STA은 간략히 STA으로 지칭될 수도 있다.
Protection for WUR PPDU Transmission
이하에서는 OOK 변조에 기반하여 생성된 WUR PPDU가 WUR을 통해 송신될 때, 해당 WUR PPDU를 PCR을 통해 송신되는 다른 frame format (e.g., non-HT PPDU, HT PPDU, VHT PPDU or HE PPDU 등)과 구별 (clarification)하기 위한 WUR 프리앰블 구성 방법 및 WUR PPDU 전송 보호 방법이 제안된다.
먼저, 기존 PCR에서 PPDU 포맷을 구분하는 방법을 간략히 살펴본다.
도 17은 PCR에서 PPDU의 구별(clarification)을 위한 위상 회전(phase rotation)의 예를 도시한다. 기존 PCR에서는 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 다음에 위치한 OFDM 심볼(s)의 성상의 위상을 통해서 PPDU가 구별된다.
구체적으로 도 17의 (a)를 참조하면 HT PPDU(e.g., 11n)의 경우 L-SIG 다음에 위치한 HT-SIG 필드의 처음 2개 OFDM 심볼들에 QBPSK(quadrate binary phase shift keying) 변조가 사용된다. QBPSK는 90도 회전된 BPSK에 해당한다.
도 17의 (b)를 참조하면 VHT PPDU(e.g., 11ac)의 경우 L-SIG 다음에 위치한 VHT-SIG-A 필드의 처음 2개 OFDM 심볼들에 각각 BPSK 변조와 QBPSK 변조가 순차적으로 사용된다.
도 17의 (c)를 참조하면 HE PPDU(e.g., 11ax)의 경우 L-SIG 다음에 위치한 HE-SIG-A 필드의 처음 2개 OFDM 심볼들에 BPSK 변조가 사용되고, 3번째 OFDM 심볼에 QBPSK 변조가 사용된다.
이와 같이, L-SIG 다음에 위한 OFDM 심볼들이, {QBPSK, QBPSK}인지, {BPSK, QBPSK}인지 또는 {BPSK, BPSK, QBPSK}인지를 통해서 PPDU 포맷이 구분될 수 있다.
한편, WURx(e.g., WUR STA)의 수신 파워 소모를 줄이기 위하여 WUR PPDU를 송신하는 OFDM 송신기(e.g., AP)는 WUR 파트에 맨체스터 코딩에 기반한 OOK 변조를 사용하며, 가용한 대역(e.g., PCR 20 MHz 대역) 중 일부 톤(e.g., 13 서브캐리어)만을 통해서 WUR PPDU를 송신한다. 이와 같이 WUR 신호가 OFDM 송신기를 통해 생성된 OFDM 심볼 형태로 송신되지만 WUR 파트에는 OFDM 변조가 아닌 OOK 변조가 사용되므로, PCR 모드로 동작 중인 기존 WLAN STA들은 WUR 파트의 심볼을 디코딩 할 수 없다. 즉. PCR 모드로 동작 중인 기존 WLAN STA이 해당 WUR PPDU의 WUR 파트를 OFDM 기반으로 복조하여 디코딩을 시도한다면 올바른 정보를 획득할 수 없다.
따라서, 기존 WLAN STA은 해당 WUR PPDU의 포맷을 식별하지 못하고, ED (energy detection)를 통해 채널에 엑세스 가능한지 여부를 판단한다. 예컨대, 기존 WLAN STA이 WUR PPDU의 L-part를 놓치게 되면 WUR PPDU의 길이 및 포맷을 알지 못하므로 WUR PPDU를 non-WiFi 신호로 간주하고 ED에 기반하여 채널 엑세스 여부를 판단하는 경우가 발생할 수 있다. 그런데 WUR PPDU의 WUR 파트는 협대역으로 송신되므로 20 MHz에 대한 ED 레벨의 임계치 조건을 만족하지 못할 수 있고, 이 경우 기존의 WLAN STA이 WUR 파트가 송신되는 동안에도 채널에 아이들하다고 판단할 수 있다. 결과적으로 WUR PPDU 전송이 보장될 수 없다.
따라서, WUR PPDU 구별을 위한 WUR PPDU 구성 방법과 WUR 전송이 보장될 수 있는 방법이 요구된다.
후술하는 예시들에 부여된 인덱스는 설명의 편의를 위한 것으로서 각 예시가 반드시 독립된 발명을 구성하는 것은 아니며, 2개 이상의 예시들의 조합이 하나의 발명으로 실시될 수도 있다.
- Example 1
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU를 도시한다. 앞서 설명된 바와 같이 WUR PPDU는 기존 PCR과 공존을 위하여 WUR 파트 앞에 L-파트가 먼저 위치한다. WUR 파트는 WUR 프리엠블(e.g., WUR Sync. 필드), WUR-SIG 및 WUR body 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. WUR-Body는 WUR STA에 대한 사용자 데이터가 아니라 제어 정보를 포함한다. 사용자 데이터는 WUR STA의 웨이크업 이후 PCR을 통해 송신될 수 있다.
WUR 파트에서 프리앰블 파트, SIG 파트 및 body 파트에 대한 구별의 위하여 각 파트의 마지막 심볼의 위치에 OOK OFF symbol이 설정되고, 이를 통해 해당 파트의 끝이 지시될 수 있다.
WUR 파트는 L-파트가 전송되는 대역에 포함된 가용 톤들 중 일부를 통해 협대역(narrow bandwidth)으로 송신될 수 있다. 예컨대, 협대역은 1,2,4,8,10 MHz 중 어느 하나일 수 있다. 11a의 OFDM numerology가 사용되는 경우, 협대역 1,2,4,8,10 MHz는 각각 4,8,13,26,32개 톤들에 해당하며 WUR ON symbol을 구성하는 주파수 시퀀스의 길이는 각 톤의 수와 같을 수 있다. 다른 일 예로 11ax의 numerology가 이용되는 경우 협대역 1,2,4,8,10 MHz는 각각 13, 26, 52, 103, 128개 톤들에 해당한다.
WUR OOK ON symbol을 위한 주파수 시퀀스의 길이는 이와 같은 톤 개수에 대응하는 길이로 설정될 수 있다. 이때 주파수 시퀀스는 검출 성능이 우수한 직교 시퀀스, 예를 들어, Walsh-Hadamard 시퀀스, Golay code, gold 시퀀스 이거나 또는 PAPR의 특성이 좋은 Cazac sequence일 수 있다.
WUR 프리앰블에는 이와 같은 시퀀스로 설정된 WUR OOK On symbol들이 연속적으로 설정될 수 있으며, 또한 WUR PPDU에 대한 구분 및 시간 동기화를 위해 다음과 같은 방안들이 적용될 수 있다.
일 예로, L-part 이후 2개의 OFDM symbol들에 대한 성상을 이용하여 WUR PPDU가 구별될 수 있다. 예컨대, OOK ON symbol에 해당하는 주파수 시퀀스가 BPSK 변조된 후 해당 톤들에 맵핑될 수 있다. WUR 프리앰블은 다수의 다수의 OOK On 심볼들을 포함하며, WUR PPDU에 대한 시간 동기화를 위한 타이밍 윈도우 크기는 2-OFDM 심볼의 길이에 해당할 수 있다. 예컨대 시간 도메인 상에서 WUR 프리앰블은 2개의 OOK On symbol 단위로 구성될 수 있다. WUR PPDU 구별을 위한 2개의 OOK On 심볼들 중 첫 심볼에는 90도 위상 회전이 적용되고, 두 번째 심볼에는 위상 회전이 적용되지 않을 수 있다.
WUR 프리앰블의 두 심볼들이 QBPSK와 BPSK로 시작되기 때문에 WUR PPDU는 도 17에 도시된 PPDU 포맷들과는 다른 성상 조합을 갖고, 이를 통해 WUR PPDU에 대한 포맷이 지시될 수 있다. 예컨대, PCR 모드로 동작하는 STA은 해당 2 OOK 심볼들을 {QBPSK, BPSK}로 인지하므로 WUR PPDU가 PCR의 HT PPDU, VHT PPDU 및 HE PPDU와 구별될 수 있다.
본 예시에 따르면 WUR 프리앰블이 2-심볼 단위로 설정되고, 그 중 한 심볼이 위상 회전되므로 WUR 프리앰블과 WUR SIG 필드의 구분을 위한 목적으로 OOK symbol(e.g., OOK off 심볼)을 추가할 필요가 없고, 따라서 오버헤드가 저감될 수 있다. 예컨대, WUR 프리앰블이 {QBPSK, BPSK} 조합을 반복하여 구성되는 경우 이와 같은 WUR 프리앰블 고유의 특성을 통해서 WUR 프리앰블과 WUR SIG가 용이하게 구별될 수 있다.
또 다른 예로, WUR 프리앰블 전체가 {QBPSK, BPSK} 조합을 반복하여 구성되는 것이 아니라, WUR 프리앰블의 처음 2개 심볼들만 {QBPSK, BPSK}으로 설정될 수도 있다.
한편, WUR PPDU 포맷을 지시하기 위한 2개 심볼들은 기존 PCR STA을 고려하여 20 MHz 대역으로 송신될 수 있다. 일 예로, WUR 프리앰블 전체가 {QBPSK, BPSK} 조합을 반복하여 구성되는 경우에도 적어도 최초 2개 심볼들은 20 MHz 대역 전체로 송신될 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 예에 따른 WUR PPDU를 도시한다.
도 19를 참조하면 앞서 설명된 바와 같이, 2개 심볼 단위로 WUR 프리앰블이 설정된다. S는 위상 회전이 적용되지 않은 동기 시퀀스를 나타내고, S*e- jπ /2는 90도 위상 회전이 적용된 동기 시퀀스를 나타낸다.
이와 같은 구조를 이용하여 WUR signal을 전송하는 경우에 WUR packet에 대한 clarification을 위하여 WUR part의 WUR-preamble은 다음과 같이 구성될 수 있다.
이미 웨이크업 하고 있는(e.g., PCR 모드로 동작하는) STA은 L-part 이후 2개의 OFDM symbol에 대해서 성상 매칭 여부를 확인함으로써 WUR PPDU를 식별하 수 있다. 또한 STA는 L-part에 포함된 L-length 필드에 설정된 길이만큼 NAV(network allocation vector)를 설정함으로서 WUR PPDU 전송을 보호 할 수 있다.
- Example 2
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 보호 방법을 설명하기 위한 도면이다.
WUR Tx(e.g., WUR PPDU를 송신하고자 하는 AP/STA)가 WUR PPDU를 송신할 동안에, 이미 웨이크-업 한 STA 1/2이 PCR PPDU를 송신할 경우 WUR PPDU에 미치는 간섭을 줄이기 위하여, WUR Tx 은 WUR PPDU 전송 이전에 브로드캐스트 신호(e.g., PCR 상에 브로드캐스팅)를 전송함으로써 WUR PPDU 송신 시간에 대한 보호를 수행할 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 브로드캐스트 신호를 통한 WUR PPDU 보호 방법의 흐름을 나타낸다. 설명의 편의상 브로드캐스트 신호로서 CTS 프레임이 사용된다고 가정하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 21을 참조하면 WUR Tx (e.g., WUR PPDU를 송신하고자 하는 AP/STA)는 WUR PPDU의 송신 이전에 PCR 상에 CTS 프레임을 브로드캐스트 한다(2105).
CTS 프레임이 송신됨으로써 WUR PPDU 송신을 위한 TXOP가 확보될 수 있다. PCR 모드로 동작하는 STA(e.g., 3rd party)은 CTS 프레임을 수신하면 CTS 프레임의 duration 필드를 이용하여 NAV을 설정한다(2110). 따라서, WUR PPDU가 송신되는 동안에는 PCR STA(e.g., 3rd party)의 채널 엑세스가 방지될 수 있다.
WUR Tx는 CTS 프레임 전송으로부터 일정 시간 내에 WUR PPDU를 WUR Rx에 송신한다(2115). 일정 시간은 CTS 프레임 송신을 통해 확보된 TXOP를 초과하지 않아야 하며, 일 예로 SIFS일 수 있다.
한편, WUR PPDU 전송을 보호하기 위하여 사용되는 CTS 프레임은 CTS-to-self 프레임 또는 CTS-to-AP 프레임일 수 있다. CTS-to-Self 프레임이란 CTS 프레임의 RA 필드가 송신자의 MAC 주소로 설정된 프레임이다. CTS-to-AP 프레임이란 CTS 프레임의 RA 필드가 AP의 MAC 주소로 설정된 프레임이다.
이와 같이 WUR PPDU 송신 이전에 PCR을 통해 CTS 프레임을 브로드캐스팅 하여 WUR PPDU 전송 시간에 대한 보호를 수행하는 경우에는 WUR PPDU로부터 L-part가 생략될 수도 있다. 예컨대, CTS 프레임을 통해 WUR PPDU의 송신 시간이 확보된 경우 PCR STA과 공존의 문제가 해결되므로 L-part를 생략하고 WUR 파트만으로 WUR PPDU가 구성될 수도 있다. 이와 같이 L-Part가 생략된 WUR PPDU가 전송되는 경우에는 WUR PPDU 전송의 오버헤드가 저감될 수 있을 뿐 아니라 WUR PPDU의 구조가 간소화되는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 브로드캐스트 신호로서 CTS 프레임이 사용되는 것에 한정되지 않으며, 다른 프레임이 사용될 수도 있다. 예컨대, 브로드캐스트 신호로서 NDP-A(null data packet-announcement) 프레임이 사용될 수 있다.
WUR Tx는 NDP announcement frame의 일부 컨텐츠를 이용하여 WUR PPDU 전송을 알릴 수 있다.
기존의 PCR에서의 NDP 절차에 따르면, AP가 NDP-A 프레임을 송신한 후 일정 시간 (e.g., SIFS) 뒤에 NDP 프레임이 송신된다. AP로부터 NDP 프레임을 수신한 STA은 SIFS 뒤에 피드백을 송신하며, 해당 피드백에는 AP가 요청한 정보 (e.g., 빔포밍 피드백 등)이 포함될 수 있다.
한편, WUR 전송 이전에 전송되는 NDP-A 프레임의 경우 STA의 피드백이 요구되는 것이 아니므로, 기존 PCR의 NDP-A 프레임과 구분될 필요가 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 전송을 위한 NDP-A 프레임을 도시한다.
도 22를 참조하면 기존의 NDP-A 프레임의 sounding dialog token 필드에서 사용되지 않았던 reserved bit가 WUR 송신 지시자로 사용될 수 있다. 예를 들어, reserved bit가 WUR PPDU 송신을 지시하는 경우 reserved 2-bit이 00 아닌 다른 값으로 설정될 수 있다.
기존의 PCR에서 Sounding Dialog Token number는 NDP-A 프레임 식별을 위해 빔포머에 의해 선택된 값을 포함하였다. 하지만 reserved bit이 WUR 송신 지시자로 사용되면(e.g., 00 아닌 다른 값으로 설정) reserved bit 뒤에 오는 sounding dialog token number는 무시되거나 또는 all zero 혹은 all one으로 설정될 수 있다.
기존의 PCR에서 STA 정보 필드는, AID12 서브필드, 피드백 타입 서브필드 및 Nc 인덱스 서브필드를 포함한다. AID12 서브필드는 NDP를 수신하여 사운딩 피드백을 수행할 STA의 LSB 12비트를 포함한다. 피드백 타입 서브필드는, 요청된 피드백 타입이 SU인지 아니면 MU인지 여부를 지시한다. 피드백 타입이 SU일 경우 Nc 인덱스 서브필드는 Reserved에 해당한다. 피드백 타입이 MU일 경우 Nc 인덱스 서브필드는 압축 빔포밍 피드백 행렬의 열(Column)수 - 1로 설정된다.
reserved bit이 WUR 송신 지시자로 사용되는 경우, STA info 필드는 기존과 같이 STA ID 정보(e.g., WURx의 AID)를 포함할 수 있다. 그러나 피드백 정보를 위한 지시(e.g., 피드백 타입 서브필드 및/또는 Nc 인덱스 서브필드)는 예를 들어, WUR channel indication으로서 WUR 서브밴드를 지시하는데 재사용되거나 또는 무시될 수 있다.
또한, duration 필드는 WUR PPDU 길이를 나타낼 수 있다.
기존의 NDP 절차에 따르면 NDP-A 프레임 송신으로부터 일정 시간 내에 NDP 프레임의 송신이 검출되지 않으면, 3rd party STA은 NAV을 리셋하고 채널 엑세스를 수행하였다. 그러나, 본 예시와 같이 NDP-A 프레임의 reserved bit가 WUR 송신 지시자로 사용되는 경우 NDP-A 프레임 이후에 NDP 프레임이 송신되지 않을 수 있고, 3rd party STA은 NDP 프레임이 검출되지 않더라도 NAV을 리셋하지 않을 수 있다.
이때 WUR PPDU는 L-part를 제외하여 구성될 수 있다. 또한 WUR PPDU 전송 전에 이미 WUR PPDU 전송 구간에 대해서 다른 STA들이 NAV을 설정하여 송신을 시도하지 않으므로, WUR PPDU에 대한 구별(clarification)이 필요하지 않을 수 있다. 따라서 WUR preamble에 앞서 살펴본 위상 회전이 적용되지 않을 수도 있다. 이 경우 WUR preamble을 이용한 시간 동기화는 1 symbol 단위로 수행될 수 있다.
이상의 설명에 있어서, WUR 프리앰블은 WUR 파트에서 WUR 프레임(i.e., WUR PPDU)에 대한 동기를 제공하는 시퀀스인 것을 가정하여 설명하였으나, 본 발명은 그 명칭에 한정되지 않으며 WUR 파트의 WUR 프리앰블은 WUR 동기 필드로 지칭될 수도 있다. WUR 파트의 WUR SIG 필드는 생략될 수도 있다. WUR 파트의 WUR Body 는 WUR 데이터 필드로 지칭될 수도 있다. 또한, L- 파트는 non-WUR 파트로도 지칭될 수 있다.
또한, 보다 넓은 의미로 WUR 프리앰블의 용어가 정의된다면, 광의의 WUR 프리앰블은 WUR 파트의 WUR 동기 필드(i.e., 협의의 WUR 프리앰블)와 non-WUR 파트를 포괄하는 개념일 수도 있다.
또한, WUR 프레임을 위해서 다수의 데이터 레이트들이 지원될 수도 있다. 예컨대, 62.5 kbps와 250 kbps의 데이터 레이트들이 WUR 프레임에서 지원될 수 있다. 실제 사용된 데이터 레이트는 WUR 동기 필드의 동기 시퀀스를 통해서 지시될 수도 있다. 예를 들어, 제1 동기 시퀀스가 사용되는 경우 62.5 kbps의 데이터 레이트가 사용되고, 제2 동기 시퀀스가 사용되는 경우 250 kbps의 데이터 레이트가 사용될 수도 있다. 이와 같이 WUR 동기 시퀀스는 다수개가 지원될 수도 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR PPDU 송수신 방법의 흐름을 도시한다. 앞서 설명된 내용과 중복하는 설명은 생략될 수 있다.
도 23을 참조하면, AP는 WUR을 통해 WUR PPDU 송신하기 이전에 PCR을 통해 PCR 프레임을 브로드캐스팅 할 수 있다(2305). PCR 프레임은, CTS(clear-to-send) 프레임 또는 NDP-A(null data packet-announcement) 프레임일 수 있다. 구체적인 일 예로, CTS 프레임은 CTS-to-AP 프레임 또는 CTS-to-Self 프레임일 수 있다. 다른 일 예로, NDP-A 프레임은 Reserved 2-bit를 포함하는 사운딩 다이얼로그 토큰(sounding dialog token) 필드를 포함하고, Reserved 2-bit는 WUR PPDU가 송신될 것임을 알리기 위한 WUR 송신 지시자로 사용될 수 있다.
PCR 모드로 동작하는 PCR STA은 PCR 프레임을 수신한 뒤 NAV을 설정할 수 있다(2310)
일 예로, PCR 프레임의 브로드캐스트로부터 SIFS (short inter-frame space) 뒤에 WUR PPDU가 송신될 수 있다.
일 예로, WUR PPDU는 L-LTF (legacy-long training field), L-STF (legacy-short training field) 및 L-SIG (legacy-signal) 필드를 포함하지 않을 수 있다. 다른 예로, WUR PPDU는 L-LTF, L-STF 및 L-SIG (legacy-signal) 필드를 포함할 수도 있다.
AP는 WUR PPDU의 WUR 프리앰블에 포함될 다수의 심볼들을 생성할 수 있다(2315). AP는 시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성할 수 있다.
예컨대, 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성될 수 있다. 이 때, 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성될 수 있다. 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성될 수 있다.
일 예로, WUR PPDU는 L-SIG(legacy signal) 필드를 더 포함할 수 있으며, L-SIG 필드 이후에 위치한 심볼들이 상기 소정의 2-심볼 단위에 해당하는 {QBPSK, BPSK} 조합인 경우 WUR PPDU 포맷이 지시 될 수 있다. {QBPSK, QBPSK} 조합, {BPSK, QBPSK} 조합 또는 {BPSK, BPSK, QBPSK} 조합은 PCR PPDU 포맷을 위해 사용될 수 있다.
주파수 시퀀스는, Walsh-Hadamard 시퀀스, Golay 코드, Gold 시퀀스 또는 Cazac 시퀀스일 수 있다.
AP는 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신할 수 있다(2320).
WUR STA은 WUR PPDU를 수신한 뒤 WUR 모드를 종료할 수 있다(2325).
도 24는 상술한 바와 같은 방법을 구현하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 24의 무선 장치(100)은 상술한 설명의 특정 STA, 그리고 무선 장치(850)은 상술한 설명의 AP에 대응할 수 있다.
STA (100)은 프로세서(110), 메모리(120), 송수신기(130)를 포함할 수 있고, AP (150)는 프로세서(160), 메모리(170) 및 송수신기(180)를 포함할 수 있다. 송수신기(130 및 180)은 무선 신호를 송신/수신하고, IEEE 802.11/3GPP 등의 물리적 계층에서 실행될 수 있다. 프로세서(110 및 160)은 물리 계층 및/또는 MAC 계층에서 실행되고, 송수신기(130 및 180)와 연결되어 있다. 프로세서(110 및 160)는 상기 언급된 UL MU 스케줄링 절차를 수행할 수 있다.
프로세서(110 및 160) 및/또는 송수신기(130 및 180)는 특정 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리(120 및 170)은 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래시 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 유닛을 포함할 수 있다. 일 실시 예가 소프트웨어에 의해 실행될 때, 상기 기술한 방법은 상기 기술된 기능을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로세스, 기능)로서 실행될 수 있다. 상기 모듈은 메모리(120, 170)에 저장될 수 있고, 프로세서(110, 160)에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리(120, 170)는 상기 프로세스(110, 160)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있고, 잘 알려진 수단으로 상기 프로세스(110, 160)와 연결될 수 있다.
STA의 송수신기(130)은 송신기(미도시) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. STA의 수신기는, 주 연결 라디오(e.g., IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax 등 무선 랜) 신호를 수신하기 위한 주 연결 라디오 수신기 및 WUR 신호를 수신하기 위한 WUR 수신기를 포함할 수 있다. STA의 송신기는, 주 연결 라디오 신호를 송신하기 위한 주 연결 라디오 송신기를 포함할 수 있다.
AP의 송수신기(180)은 송신기(미도시) 및 수신기(미도시)를 포함할 수 있다. AP의 송신기는 OFDM 송신기에 해당할 수 있다. AP는 OFDM 송신기를 재사용하여 WUR 페이로드를 OOK 방식으로 송신할 수 있다. 예컨대, 앞서 설명된 바와 같이 AP는 OFDM 송신기를 통해 WUR 페이로드를 OOK 변조할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 상술한 설명으로부터 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 IEEE 802.11을 비롯한 다양한 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 무선 랜(WLAN) 시스템에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake up radio) PPDU(physical layer protocol data unit)를 송신하는 방법에 있어서,
    시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성하는 단계; 및
    상기 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 WUR 프리앰블에 포함된 상기 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성되고,
    상기 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 상기 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성되며, 상기 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 상기 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성되는, WUR PPDU 송신 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 WUR PPDU는 L-SIG(legacy signal) 필드를 더 포함하며,
    상기 L-SIG 필드 이후에 위치한 심볼들이 상기 소정의 2-심볼 단위에 해당하는 {QBPSK, BPSK} 조합인 경우 상기 WUR PPDU 포맷이 지시되고,
    {QBPSK, QBPSK} 조합, {BPSK, QBPSK} 조합 또는 {BPSK, BPSK, QBPSK} 조합은 상기 PCR PPDU 포맷을 위해 사용되는, WUR PPDU 송신 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 시퀀스는, Walsh-Hadamard 시퀀스, Golay 코드, Gold 시퀀스 또는 Cazac 시퀀스인, WUR PPDU 송신 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    WUR을 통해 상기 WUR PPDU 송신하기 이전에 PCR을 통해 PCR 프레임을 브로드캐스팅 하는 단계를 더 포함하고,
    상기 PCR 프레임은, CTS(clear-to-send) 프레임 또는 NDP-A(null data packet-announcement) 프레임인, WUR PPDU 송신 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 CTS 프레임은 CTS-to-AP 프레임 또는 CTS-to-Self 프레임인, WUR PPDU 송신 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 NDP-A 프레임은 Reserved 2-bit를 포함하는 사운딩 다이얼로그 토큰(sounding dialog token) 필드를 포함하고,
    상기 Reserved 2-bit는 상기 WUR PPDU가 송신될 것임을 알리기 위한 WUR 송신 지시자로 사용되는, WUR PPDU 송신 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 PCR 프레임의 송신으로부터 SIFS (short inter-frame space) 뒤에 상기 WUR PPDU가 송신되며,
    상기 WUR PPDU는 L-LTF (legacy-long training field), L-STF (legacy-short training field) 및 L-SIG (legacy-signal) 필드를 포함하지 않는, WUR PPDU 송신 방법.
  8. WUR(wake up radio) PPDU(physical layer protocol data unit)를 송신하는 엑세스 포인트(AP)에 있어서,
    시간 동기화를 위한 주파수 시퀀스에 기반하여 각각이 OOK (on-off keying) 변조의 온(on) 상태에 해당하는 다수의 심볼들을 생성하는 프로세서; 및
    상기 프로세서의 제어하에 상기 다수의 심볼들이 포함된 WUR 프리앰블 및 WUR 프레임 바디를 포함하는 WUR PPDU를 송신하는 송신기를 포함하고,
    상기 WUR 프리앰블에 포함된 상기 다수의 심볼들은, WUR PPDU 포맷을 PCR(primary connectivity radio) PPDU 포맷으로부터 구분시키는 소정의 2-심볼 단위를 이용하여 생성되고,
    상기 소정의 2-심볼 단위 중 두 번째 심볼은 상기 주파수 시퀀스에 대한 BPSK (binary phase shift keying) 방식으로 생성되며, 상기 두 번째 심볼 앞에 위치한 첫 번째 심볼은 상기 두 번째 심볼에 90도 위상 회전을 적용하는 QBPSK(quadrate BPSK) 방식으로 생성되는, 엑세스 포인트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 WUR PPDU는 L-SIG(legacy signal) 필드를 더 포함하며,
    상기 L-SIG 필드 이후에 위치한 심볼들이 상기 소정의 2-심볼 단위에 해당하는 {QBPSK, BPSK} 조합인 경우 상기 WUR PPDU 포맷이 지시되고,
    {QBPSK, QBPSK} 조합, {BPSK, QBPSK} 조합 또는 {BPSK, BPSK, QBPSK} 조합은 상기 PCR PPDU 포맷을 위해 사용되는, 엑세스 포인트.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 주파수 시퀀스는, Walsh-Hadamard 시퀀스, Golay 코드, Gold 시퀀스 또는 Cazac 시퀀스인, 엑세스 포인트.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는 WUR을 통해 상기 WUR PPDU 송신하기 이전에 PCR을 통해 PCR 프레임을 브로드캐스팅 하고,
    상기 PCR 프레임은, CTS(clear-to-send) 프레임 또는 NDP-A(null data packet-announcement) 프레임인, 엑세스 포인트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 CTS 프레임은 CTS-to-AP 프레임 또는 CTS-to-Self 프레임인, 엑세스 포인트.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 NDP-A 프레임은 Reserved 2-bit를 포함하는 사운딩 다이얼로그 토큰(sounding dialog token) 필드를 포함하고,
    상기 Reserved 2-bit는 상기 WUR PPDU가 송신될 것임을 알리기 위한 WUR 송신 지시자로 사용되는, 엑세스 포인트.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 PCR 프레임의 송신으로부터 SIFS (short inter-frame space) 뒤에 상기 WUR PPDU가 송신되며,
    상기 WUR PPDU는 L-LTF (legacy-long training field), L-STF (legacy-short training field) 및 L-SIG (legacy-signal) 필드를 포함하지 않는, 엑세스 포인트.
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