WO2019050135A1 - 무선 랜 시스템에서 신호를 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

무선 랜 시스템에서 신호를 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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천진영
박은성
임동국
최진수
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엘지전자 주식회사
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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 wake-up radio (WUR) signal for waking up a primary connectivity radio (PCR).
  • WUR wake-up radio
  • PCR primary connectivity radio
  • IEEE 802.11a and b 2.4. GHz or 5 GHz
  • the IEEE 802.11b provides a transmission rate of 11 Mbps
  • the IEEE 802.11a provides a transmission rate of 54 Mbps
  • IEEE 802.11g employs Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) at 2.4 GHz to provide a transmission rate of 54 Mbps
  • IEEE 802.11n employs multiple input multiple output (OFDM), or OFDM (MIMO-OFDM), and provides transmission speeds of 300 Mbps for four spatial streams.
  • IEEE 802.11n supports channel bandwidth up to 40 MHz, which in this case provides a transmission rate of 600 Mbps.
  • the IEEE 802.11ax standard which supports a maximum of 160 MHz bandwidth and supports 8 spatial streams and supports a maximum speed of 1 Gbit / s, has been discussed in the IEEE 802.11ax standard.
  • the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems can be deduced from the embodiments of the present invention.
  • WUR wake-up radio
  • AP Access Point
  • WLAN wireless LAN
  • OOK Off-keying
  • an access point for transmitting a wake-up radio (WUR) signal
  • the method comprising: determining a synchronization signal for providing time synchronization with respect to a data signal of the WUR signal; A processor; And a transmitter for transmitting the WUR signal including the synchronization signal and the data signal under the control of the processor, wherein when the data rate of the data signal is 62.5 kbps, the synchronization signal is a binary sequence of length 64 And may be an on-off keying (OOK) signal having a length of 128 us generated by mapping each bit to 2 us symbols.
  • OOK on-off keying
  • the < RTI ID 0.0 > OOK < / RTI >
  • the binary sequence may start with a pattern in which 1 and 0 are cross-repeated by a predetermined length.
  • the pattern in which 1 and 0 are cross-repeated may be for AGC (auto-gain control) for the WUR signal.
  • the AP may determine the data rate of the data signal to be either 62.5 kbps or 250 kbps.
  • Manchester coding may be applied to the data signal.
  • one symbol of the data signal may be composed of one On sub-symbol and one Off sub-symbol as Manchester coding is applied to the data signal.
  • the AP may use On sub-symbol of the data signal as On symbol of 2 us length for the synchronization signal.
  • L-LTF legacy long training field
  • L-STF legacy-short training field
  • BPSK binary phase shift keying
  • the length of one symbol of the data signal may be set to be longer than the length of one symbol for the sync signal of 2us.
  • the symbol length and the length of the binary sequence are optimized with respect to the synchronization signal with respect to the WUR signal of a specific data rate, thereby ensuring good synchronization performance for the WUR signal, 0 cross-repeating pattern, the synchronization signal can be used for AGC (auto-gain control).
  • AGC auto-gain control
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a wireless LAN system.
  • FIG. 2 is a diagram showing another example of the configuration of the wireless LAN system.
  • 3 is a diagram for explaining a general link setup process.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a backoff process.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • 6 is a diagram for explaining RTS and CTS.
  • 7 to 9 are diagrams for explaining the operation of the STA that has received the TIM.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in the IEEE 802.11 system.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a WUR receiver usable in a wireless LAN system (e.g., 802.11).
  • FIG. 13 shows an example of a WUR packet.
  • FIG. 14 illustrates a waveform for a WUR packet.
  • 15 is a diagram for explaining a WUR packet generated using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • Figure 16 illustrates the structure of a WUR receiver.
  • FIG. 17 shows an example of a WUR packet.
  • 18 is a diagram for explaining false alarms and miss-detection probabilities according to sequence lengths in a TGnD channel environment.
  • 19 shows a result of measuring the performance of a sync signal having a length of 128 us or more.
  • FIG. 21 illustrates a case where one WUR packet is transmitted within a 20 MHz band.
  • FIG. 23 shows a flow of a WUR signal transmission / reception method according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a view for explaining an apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the following description relates to a method and apparatus for efficiently utilizing a channel having a wide bandwidth in a wireless LAN system.
  • a wireless LAN system to which the present invention is applied will be described in detail.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a wireless LAN system.
  • a WLAN system includes one or more Basic Service Sets (BSSs).
  • BSS is a collection of stations (STAs) that can successfully communicate and synchronize with each other.
  • the STA is a logical entity including a medium access control (MAC) and a physical layer interface for a wireless medium.
  • the STA includes an access point (AP) and a non-AP STA (Non-AP Station) .
  • a portable terminal operated by a user in the STA is a non-AP STA, and sometimes referred to as a non-AP STA.
  • the non-AP STA may be a terminal, a wireless transmit / receive unit (WTRU), a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile terminal, May also be referred to as another name such as a Mobile Subscriber Unit.
  • WTRU wireless transmit / receive unit
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • mobile terminal May also be referred to as another name such as a Mobile Subscriber Unit.
  • An AP is an entity that provides a connection to a distribution system (DS) via a wireless medium to an associated station (STA).
  • the AP may be referred to as a centralized controller, a base station (BS), a Node-B, a base transceiver system (BTS), a site controller, or the like.
  • the BSS can be divided into an infrastructure BSS and an 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, and does not include an AP, so a connection to the DS is not allowed and forms a self-contained network.
  • FIG. 2 is a diagram showing another example of the configuration of the wireless LAN system.
  • the BSS shown in FIG. 2 is an infrastructure BSS.
  • the infrastructure BSS includes one or more STAs and APs.
  • communication between non-AP STAs is performed via an AP, but direct communication between non-AP STAs is possible when a direct link is established between non-AP STAs.
  • a plurality of infrastructure BSSs may be interconnected via DS.
  • a plurality of BSSs connected through a DS are referred to as an extended service set (ESS).
  • the STAs included in the ESS can communicate with each other, and within the same ESS, the non-AP STA can move from one BSS to another while seamlessly communicating.
  • the DS is a mechanism for connecting a plurality of APs. It is not necessarily a network, and there is no limitation on the form of DS if it can provide a predetermined distribution service.
  • the DS may be a wireless network such as a mesh network, or may be a physical structure that links APs together.
  • the operation of the STA operating in the wireless LAN system can be described in terms of the layer structure.
  • the hierarchy can be implemented by a processor.
  • the STA may have a plurality of hierarchical structures.
  • the hierarchical structure covered in the 802.11 standard document is mainly a MAC sublayer and a physical (PHY) layer on a DLL (Data Link Layer).
  • the PHY may include a Physical Layer Convergence Procedure (PLCP) entity, a PMD (Physical Medium Dependent) entity, and the like.
  • the MAC sublayer and the PHY conceptually include management entities called a MAC sublayer management entity (MLME) and a physical layer management entity (PLME), respectively. These entities provide a layer management service interface in which a layer management function operates .
  • MLME MAC sublayer management entity
  • PLME physical layer management entity
  • SME Station Management Entity
  • An SME is a layer-independent entity that may be present in a separate management plane or may appear to be off-the-side. Although the exact functions of the SME are not described in detail in this document, they generally include the ability to collect layer-dependent states from various Layer Management Entities (LMEs) and to set similar values for layer-specific parameters It can be seen as responsible.
  • LMEs Layer Management Entities
  • An SME typically performs these functions on behalf of a generic system management entity and can implement a standard management protocol.
  • the aforementioned entities interact in various ways. For example, they can interact by exchanging GET / SET primitives between entities.
  • a primitive is a set of elements or parameters related to a specific purpose.
  • the XX-GET.request primitive is used to request the value of a given MIB attribute.
  • the XX-GET.confirm primitive returns 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 the given value. If the MIB attribute indicates a specific operation, it is requested that the corresponding operation be performed.
  • the XX-SET.confirm primitive confirms that the indicated MIB attribute is set to the requested value if the status is "success", otherwise it is used to return an error condition to the status field. If the MIB attribute indicates a specific operation, this confirms that the corresponding operation has been performed.
  • MLME and SME can exchange various MLME_GET / SET primitives through MLME_SAP (Service Access Point).
  • various PLME_GET / SET primitives can be exchanged between PLME and SME via PLME_SAP and exchanged between MLME and PLME through MLME-PLME_SAP.
  • 3 is a diagram for explaining a general link setup process.
  • the STA In order for a STA to set up a link to a network and transmit and receive data, the STA first discovers a network, performs authentication, establishes an association, establishes an authentication procedure for security, .
  • the link setup process may be referred to as a session initiation process or a session setup process. Also, the process of discovery, authentication, association, and security setting of the link setup process may be collectively referred to as an association process.
  • the STA can perform a network discovery operation.
  • the network discovery operation may include a scanning operation of the STA. In other words, in order for the STA to access the network, it must find a network that can participate. The STA must identify a compatible network before joining the wireless network. The process of identifying a network in a specific area is called scanning.
  • the scanning methods include active scanning and passive scanning.
  • FIG. 3 illustrates a network discovery operation that includes an exemplary active scanning process.
  • the STA performing the scanning in the active scanning transmits the probe request frame and waits for a response in order to search for the existence of an AP in the surroundings while moving the channels.
  • the responder sends a probe response frame in response to the probe request frame to the STA that transmitted the probe request frame.
  • the responder may be the STA that last transmitted the beacon frame in the BSS of the channel being scanned.
  • the AP transmits the beacon frame, so the AP becomes the responder.
  • the STAs in the IBSS transmit the beacon frame while the beacon frame is transmitted.
  • the STA that transmits the probe request frame in channel 1 and receives the probe response frame in channel 1 stores the BSS-related information included in the received probe response frame and transmits the next channel (for example, Channel) and perform scanning in the same manner (i.e., transmitting / receiving a probe request / response on the second channel).
  • the next channel for example, Channel
  • the scanning operation may be performed in a passive scanning manner.
  • the STA performing the scanning waits for the beacon frame while moving the channels.
  • a beacon frame is one of the management frames in IEEE 802.11, and is transmitted periodically to notify the presence of a wireless network and allow the STA performing the scanning to find the wireless network and participate in the wireless network.
  • the AP periodically transmits the beacon frame.
  • the beacon frames are transmitted while the STAs in the IBSS are running.
  • the scanning STA stores information on the BSS included in the beacon frame and records beacon frame information on each channel while moving to another channel.
  • the STA receiving the beacon frame stores the BSS-related information included in the received beacon frame, moves to the next channel, and performs scanning in the next channel in the same manner.
  • active scanning has the advantage of less delay and less power consumption than passive scanning.
  • the authentication procedure may be performed in step S520.
  • This authentication process can be referred to as a first authentication process in order to clearly distinguish from the security setup operation in step S540 described later.
  • the authentication process includes an STA transmitting an authentication request frame to the AP, and an AP transmitting an authentication response frame to the STA in response to the authentication request frame.
  • the authentication frame used for the authentication request / response corresponds to the 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 (RSN), 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, may be replaced by other information, or may include additional information.
  • RSN robust security network
  • the STA may send an authentication request frame to the AP. Based on the information included in the received authentication request frame, the AP can determine whether or not to allow authentication for the STA. The AP can provide the result of the authentication process to the STA through the authentication response frame.
  • the association process includes an STA transmitting an association request frame to an AP, and an AP transmitting an association response frame to the STA in response to the association request frame.
  • the association request frame may include information related to various capabilities, a listening interval, a service set identifier (SSID), supported rates, supported channels, an RSN, , Supported operating classes, TIM broadcast request, interworking service capability, and the like.
  • SSID service set identifier
  • the association response frame may include information related to various capabilities, a status code, an association ID (AID), a support rate, an enhanced distributed channel access (EDCA) parameter set, a Received Channel Power Indicator (RCPI) A timeout interval (an association comeback time), a overlapping BSS scan parameter, a TIM broadcast response, a QoS map, and the like.
  • AID association ID
  • EDCA enhanced distributed channel access
  • RCPI Received Channel Power Indicator
  • a timeout interval an association comeback time
  • overlapping BSS scan parameter a overlapping BSS scan parameter
  • a TIM broadcast response a QoS map, and the like.
  • association request / response frame may be replaced by other information, or may include additional information.
  • a security setup procedure may be performed at step S540.
  • the security setup process in step S540 may be referred to as an authentication process through a Robust Security Network Association (RSNA) request / response.
  • the authentication process in step S520 may be referred to as a first authentication process, May also be referred to simply as an authentication process.
  • RSNA Robust Security Network Association
  • the security setup process of step S540 may include a private key setup through 4-way handshaking over an Extensible Authentication Protocol over LAN (EAPOL) frame, for example .
  • the security setup process may be performed according to a security scheme not defined in the IEEE 802.11 standard.
  • the basic access mechanism of Medium Access Control is a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) mechanism.
  • the CSMA / CA mechanism is also referred to as the Distributed Coordination Function (DCF) of the IEEE 802.11 MAC, which basically adopts a "listen before talk" access mechanism.
  • DCF Distributed Coordination Function
  • the AP and / or the STA may sense a radio channel or medium for a predetermined time interval (e.g., DCF Inter-Frame Space (DIFS) If the medium is judged to be in an idle status, the frame transmission is started through the corresponding medium, whereas if the medium is occupied status, The AP and / or the STA does not start its own transmission but sets a delay period (for example, a random backoff period) for the medium access and waits for a frame transmission after waiting With the application of an arbitrary backoff period, several STAs are expected to attempt frame transmission after waiting for different time periods, so that collisions can be minimized.
  • a delay period for example, a random backoff period
  • the IEEE 802.11 MAC protocol provides HCF (Hybrid Coordination Function).
  • the HCF is based on the DCF and the PCF (Point Coordination Function).
  • the PCF is a polling-based, synchronous access scheme that refers to periodically polling all receiving APs and / or STAs to receive data frames.
  • HCF has EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) and HCCA (HCF Controlled Channel Access).
  • EDCA is a contention-based access method for a provider to provide data frames to a large number of users, and HCCA uses a contention-based channel access method using a polling mechanism.
  • the HCF includes a medium access mechanism for improving QoS (Quality of Service) 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 explaining a backoff process.
  • An operation based on an arbitrary backoff period will be described with reference to FIG.
  • STAs may attempt to transmit data (or frames).
  • each of the STAs may attempt to transmit after selecting an arbitrary backoff count and waiting for a corresponding slot time.
  • An arbitrary backoff count has a packet number value and can be determined to be one of values in the range of 0 to CW.
  • CW is a contention window parameter value.
  • the CW parameter is given an initial value of CWmin, but it can take a value twice in the case of a transmission failure (for example, in the case of not receiving an ACK for a transmitted frame).
  • the CW parameter value is CWmax
  • the data transmission can be attempted while maintaining the CWmax value until the data transmission is successful. If the data transmission is successful, the CWmin value is reset to the CWmin value.
  • the STA When an arbitrary backoff process is started, the STA continuously monitors the medium while counting down the backoff slot according to the determined backoff count value. When the medium is monitored in the occupied state, the countdown is stopped and waited, and when the medium is idle, the remaining countdown is resumed.
  • the STA3 when a packet to be transmitted to the MAC of the STA3 arrives, the STA3 can confirm that the medium is idle by DIFS and transmit the frame immediately. Meanwhile, the remaining STAs monitor and wait for the medium to be in a busy state. In the meanwhile, data to be transmitted may also occur in each of STA1, STA2 and STA5, and each STA waits for DIFS when the medium is monitored in an idle state and then counts down the backoff slot according to the arbitrary backoff count value selected by each 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 countdown and wait for a while while STA2 occupies the medium.
  • STA1 and STA5 wait for DIFS and then resume the stopped backoff count. 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 STA5 is shorter than STA1, STA5 starts frame transmission.
  • data to be transmitted may also occur in the STA 4 while the STA 2 occupies the medium.
  • STA4 if the medium becomes idle, it can wait for DIFS, count down according to an arbitrary backoff count value selected by the STA4, and start frame transmission.
  • the remaining backoff time of STA5 coincides with the arbitrary backoff count value of STA4, in which case a collision may occur between STA4 and STA5. If a collision occurs, neither STA4 nor STA5 receive an ACK, and data transmission fails. In this case, STA4 and STA5 can double the CW value, then select an arbitrary backoff count value and perform a countdown.
  • the STA1 waits while the medium is occupied due to the transmission of the STA4 and the STA5, waits for the DIFS when the medium becomes idle, and starts frame transmission after the remaining backoff time.
  • the CSMA / CA mechanism includes virtual carrier sensing in addition to physical carrier sensing in which the AP and / or STA directly senses the medium.
  • Virtual carrier sensing is intended to compensate for problems that may occur in media access, such as hidden node problems.
  • the MAC of the wireless LAN system may use a network allocation vector (NAV).
  • NAV network allocation vector
  • the value set to NAV corresponds to the period in which the medium is scheduled to be used by the AP and / or the STA that transmits the frame, and the STA receiving the NAV value is prohibited from accessing the medium during the corresponding period.
  • the NAV may be set according to the value of the " duration " field of the MAC header of the frame, for example.
  • 5 is a diagram for explaining hidden nodes and exposed nodes.
  • FIG. 5A is an example of a hidden node, and STA A and STA B are in communication and STA C has information to be transmitted. Specifically, STA A is transmitting information to STA B, but it can be determined that STA C is idle when performing carrier sensing before sending data to STA B. This is because the STA A transmission (ie, media occupancy) may not be sensed at the STA C location. In this case, STA B receives information of STA A and STA C at the same time, so that collision occurs. In this case, STA A is a hidden node of STA C.
  • FIG. 5B is an example of an exposed node
  • STA B is a case of transmitting data to STA A
  • STA C has information to be transmitted in STA D.
  • FIG. 5B if the STA C carries out the carrier sensing, it can be determined that the medium is occupied due to the transmission of the STA B. Accordingly, even if STA C has information to be transmitted to STA D, it is sensed that the media is occupied, and therefore, it is necessary to wait until the medium becomes idle.
  • the STA A is actually out of the transmission range of the STA C, the transmission from the STA C and the transmission from the STA B may not collide with each other in the STA A. Therefore, the STA C is not necessary until the STA B stops transmitting It is to wait.
  • STA C can be regarded as an exposed node of STA B.
  • 6 is a diagram for explaining RTS and CTS.
  • short signaling packets such as RTS (request to send) and CTS (clear to send) can be used in order to efficiently use the collision avoidance mechanism.
  • 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, if the STA to which data is to be transmitted transmits an RTS frame to the STA receiving the data, the STA receiving the data can notify that it will receive the data by transmitting the CTS frame to surrounding STAs.
  • FIG. 6A is an example of a method for solving a hidden node problem, and it is assumed that both STA A and STA C attempt to transmit data to STA B.
  • FIG. 6A When STA A sends RTS to STA B, STA B transmits CTS to both STA A and STA C around it. As a result, STA C waits until the data transmission of STA A and STA B is completed, thereby avoiding collision.
  • 6 (b) is an illustration of a method for solving the exposed node problem, where STA C overrides the RTS / CTS transmission between STA A and STA B, D, the collision does not occur. That is, STA B transmits RTS to all surrounding STAs, and only STA A having data to be transmitted transmits CTS. Since STA C only receives RTS and does not receive CTS of STA A, it can be seen that STA A is outside the carrier sensing of STC C.
  • the STA in the wireless LAN system, the STA must perform channel sensing before performing transmission / reception, and always sensing the channel causes continuous power consumption of the STA.
  • the power consumption in the reception state does not differ much from the power consumption in the transmission state, and maintaining the reception state is also a large burden on the STA which is limited in power (that is, operated by the battery).
  • the wireless LAN system supports the power management (PM) mode of the STA.
  • the STA's power management mode is divided into an active mode and a power save (PS) mode.
  • STA basically operates in active mode.
  • An STA operating in active mode maintains an awake state.
  • the awake state is a state in which normal operation such as frame transmission / reception and 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 with minimal power and does not perform frame scanning nor transmission and reception of frames.
  • the STA sleeps for as long as possible, power consumption is reduced, which increases the operating time of the STA.
  • it since it is impossible to transmit / receive frames in the sleep state, it can not be operated unconditionally for a long time. If the STA operating in the sleep state exists in the frame to be transmitted to the AP, it can switch to the awake state and transmit the frame. On the other hand, when there is a frame to be transmitted to the STA by the AP, the STA in the sleep state can not receive it, and it is unknown that there is a frame to receive. Therefore, the STA may need to switch to the awake state according to a certain period to know whether there is a frame to be transmitted to it (and to receive it if it exists).
  • the AP may transmit a beacon frame to the 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 that indicates that the AP has buffered traffic for the STAs associated with it and will transmit the frame.
  • the TIM element includes a TIM used for indicating a unicast frame and a delivery traffic indication map (DTIM) used for indicating a multicast or broadcast frame.
  • DTIM delivery traffic indication map
  • FIG. 7 to 9 are views for explaining the operation of the STA receiving the TIM in detail.
  • the STA in order to receive a beacon frame including a TIM from an AP, the STA changes from a sleep state to an awake state, and analyzes the received TIM element to find that there is buffered traffic to be transmitted to the STA .
  • the STA may transmit a PS-Poll frame to request AP to transmit data frame.
  • the AP receiving the PS-Poll frame transmitted by the STA can transmit the frame to the STA.
  • the STA may receive a data frame and send an acknowledgment (ACK) frame to the AP.
  • ACK acknowledgment
  • the AP operates according to an immediate response scheme for transmitting a data frame after a predetermined time (for example, SIFS (Short Inter-Frame Space)) after receiving the PS-Poll frame from the STA .
  • a predetermined time for example, SIFS (Short Inter-Frame Space)
  • the AP can operate according to a deferred response method, which will be described with reference to FIG.
  • the operation of switching the STA from the sleep state to the awake state, receiving the TIM from the AP, competing, and transmitting the PS-Poll frame to the AP is the same as the example of FIG.
  • the AP receives the PS-Poll frame and fails to prepare the data frame for SIFS, it can send an ACK frame to the STA instead of transmitting the data frame.
  • the AP transmits the ACK frame and the data frame is ready, it can transmit the data frame to the STA after performing the contention.
  • the STA transmits an ACK frame indicating that the data frame has been successfully received to the AP, and can be switched to the sleep state.
  • Figure 9 is an example of an AP transmitting a DTIM.
  • STAs may transition from the sleep state to the awake state to receive a beacon frame containing the DTIM element from the AP.
  • STAs can know that a multicast / broadcast frame will be transmitted through the received DTIM.
  • the AP can transmit data (i.e., multicast / broadcast frame) directly without transmitting / receiving a PS-Poll frame after transmitting a beacon frame including DTIM.
  • the STAs may receive data while continuing to hold the awake state after receiving the beacon frame including the DTIM, and may switch to the sleep state again after the data reception is completed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a frame structure used in the IEEE 802.11 system.
  • the Physical Layer Protocol Data Unit (PPDU) frame format may include a Short Training Field (STF) field, a Long Training Field (LTF) field, a SIGN (SIGNAL) field, and a Data field.
  • STF Short Training Field
  • LTF Long Training Field
  • SIGNAL SIGNAL
  • Data field e.g., Data field
  • the most basic (e.g., non-HT (High Throughput)) PPDU frame format may consist of L-STF (Legacy-STF), L-LTF (Legacy-LTF), SIG field and data field only.
  • STF is a signal for signal detection, AGC (Automatic Gain Control), diversity selection, precise time synchronization, etc.
  • LTF is a signal for channel estimation and frequency error estimation.
  • STF and LTF may be collectively referred to as a PLCP preamble, and the PLCP preamble may be a signal for synchronization and channel estimation of the OFDM physical layer.
  • the SIG field may include a RATE field and a LENGTH field.
  • the RATE field may contain information on the modulation and coding rate of the data.
  • the LENGTH field may contain information on the length of the data. Additionally, 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 in 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 the 0 state.
  • the padding bits may be used to match the length of the data field to 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 is composed of MPDUs and can be transmitted / received via the PSDU of the data part 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 contain control information necessary for frame transmission / reception.
  • the period / ID field may be set to a time for transmitting the frame or the like.
  • the period / ID field included in the MAC header can be set to a 16-bit length (e.b., B0 to B15).
  • the content included in the period / ID field may vary depending on the frame type and subtype, whether it is transmitted during the contention free period (CFP), the QoS capability of the transmitting STA, and the like.
  • the period / ID field may contain the AID of the transmitting STA (e.g., via 14 LSB bits) and 2 MSB bits may be set to one.
  • the duration / 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.
  • the specific contents of the Sequence Control, QoS Control, and HT Control subfields of the MAC header can 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 contents of each subfield of the frame control field may reference an IEEE 802.11 standard document.
  • WURx wake-up radio receiver
  • the STA includes a primary connectivity radio (PCR) (eg, IEEE 802.11a / b / g / n / ac / ax wireless LAN) and a wake- WUR) (eg, IEEE 802.11ba).
  • PCR primary connectivity radio
  • WUR wake- WUR
  • the PCR is used for data transmission and reception, and can be turned off when there is no data to be transmitted or received.
  • the WURx of the STA can wake up the PCR when there is a packet to be received. Therefore, user data is transmitted and received through PCR.
  • WURx is not used for user data, but can only 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.
  • the target power consumption of WURx in the active state preferably does not exceed 100 microW (uW).
  • a simple modulation scheme such as an on-off keying (OOK) scheme can be used, and a narrow bandwidth (e.g., 4 MHz, 5 MHz) can be used.
  • the coverage range (e.g., distance) to which WURx is targeted may currently be equivalent to 802.11.
  • a WUR packet may include a PCR part 1200 and a WUR part 1205.
  • the PCR part 1200 is for coexistence with a legacy WLAN system, and the PCR part may be referred to as a wireless LAN preamble. At least one or more of the L-STF, L-LTF, and L-SIG of the legacy wireless LAN may be included in the PCR part 1200 to protect WUR packets from other PCR STAs. Accordingly, the 3rd party legacy STA can know that the WUR packet is not intended for itself through the PCR part 1200 of the WUR packet, but the medium of the PCR is occupied by another STA. However, WURx does not decode the PCR part of the WUR packet. This is because WURx that supports narrowband and OOK demodulation does not support the reception of PCR signals.
  • At least a portion of the WUR part 1205 may be modulated in an on-off keying (OOK) manner.
  • 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, less than 100 uW, 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 scheme) of a legacy wireless LAN and a new LP-WUR signal waveform (eg, OOK scheme) can do.
  • a preamble eg, OFDM scheme
  • a new LP-WUR signal waveform eg, OOK scheme
  • 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., a legacy wireless LAN preamble) for coexistence with a legacy STA.
  • a PCR part e.g., a legacy wireless LAN preamble
  • the legacy wireless LAN preamble may include L-STF, L-LTF, and L-SIG.
  • the wireless LAN STA eg, 3rd party
  • the L-SIG field may indicate the length of the payload of the WUR packet (e.g., OOK modulated).
  • 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 a 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 a waveform for the WUR packet of FIG. Referring to Fig. 14, in the OOK modulated WUR part, one bit can be transmitted per 1 OFDM symbol length (e.g., 4 usec). Thus, the data rate of the WUR part may be 250 kbps.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining generation of a WUR packet using an OFDM transmitter of a wireless LAN.
  • a phase shift keying (PSK) -OFDM transmission scheme is used.
  • PSK phase shift keying
  • generating a WUR packet by adding a separate OOK modulator for OOK modulation increases the implementation cost of the transmitter. Therefore, a method of generating an OOK modulated WUR packet by reusing an OFDM transmitter will be described.
  • a bit value 1 is a symbol (ie, on) having any power in a symbol or having a power equal to or higher than a threshold value
  • a bit value 0 is a symbol having no power in a symbol, (i.e., off).
  • the bit value 1 it is also possible to define the bit value 1 as the power off.
  • the bit value 1/0 is indicated on / off of the power at the corresponding symbol position.
  • This simple OOK modulation / demodulation scheme has the advantage of reducing the power consumed in signal detection / demodulation of the receiver and the cost for implementing it.
  • OOK modulation to turn signals on and off may be performed by reusing existing OFDM transmitters.
  • the left graph of FIG. 15 shows the real part and the imaginary part of the normalized amplitude for one symbol period (eg, 4 usec) for the OOK modulated bit value 1 by reusing the OFDM transmitter of the existing wireless LAN. lt; / RTI > shows an imaginary part.
  • the OOK modulation result for the bit value 0 corresponds to the power off, so that the illustration is omitted.
  • the right graph of FIG. 15 shows normalized power spectral density (PSD) on the frequency domain for the OOK modulated bit value 1 by reusing the OFDM transmitter of the existing wireless LAN.
  • PSD power spectral density
  • center 4 MHz in the band may be used for WUR.
  • WUR operates at a 4 MHz bandwidth, but this is for convenience of explanation, and frequency bandwidths of different sizes 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.
  • a 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., a WUR beacon) or a packet for unicast (e.g., a packet for waking up and awakening the WUR mode of a particular WUR STA).
  • FIG. 16 illustrates the structure of a WURx (WUR receiver).
  • 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 with a WUR receiver is briefly referred to as a WUR STA.
  • the WUR STA may be referred to briefly as the STA.
  • Manchester coding may be used for OOK symbol generation.
  • 1-bit information is indicated via two sub-information (or two coded bits).
  • 2-bit information '0' passes through Manchester coding
  • two lower information bits '10' i.e., On-Off
  • 2-bit information '1' passes Manchester coding
  • two lower information bits '01' i.e., Off-On
  • the On-Off order of the lower information bits may be reversed according to the embodiment.
  • the 1 OOK symbol corresponds to 3.2 us in the time domain and corresponds to K subcarriers in the frequency domain, but the present invention is not limited thereto.
  • the OOK symbol length is (i) 1.6 us for the first lower information bit '1' And 1.6 us for the second lower information bit '0'.
  • the signal corresponding to the first lower information bit '1' maps ⁇ to odd-numbered subcarriers among K subcarriers, maps 0 to even-numbered subcarriers, performs IFFT .
  • a periodic signal of 1.6 us is repeated twice in the time domain.
  • the first or second signal of the 1.6 us periodic signal repeated twice may be used as a signal corresponding to the first lower information bit '1'.
  • ⁇ is a power normalization factor, for example, 1 / sqrt (ceil (K / 2)).
  • consecutive K subcarriers used for signal generation corresponding to the first lower information bit '1' of the total 64 subcarriers are, for example, [33-floor (K / 2): 33 + ceil (K / 2) -1].
  • the signal corresponding to the second lower information bit '0' may be obtained by mapping 0 to K subcarriers and performing IFFT. For example, consecutive K subcarriers used for signal generation corresponding to the second lower information bit '0' of the total 64 subcarriers (ie, the 20 MHz band) are [33-floor (K / 2): 33 + ceil (K / 2) -1].
  • the OOK symbol for the 1-bit information '1' may be obtained by placing a signal corresponding to the lower information bit '1' after the signal corresponding to the lower information bit '0'.
  • one symbol length for WUR may be set to be smaller than 3.2 us.
  • one symbol may be set to information + CP of 1.6us, 0.8us or 0.4us.
  • a time domain signal can be obtained by mapping 0 to K subcarriers and performing an IFFT, and one 0.8us length signal can be used.
  • information bit 0 a time domain signal can be obtained by mapping 0 to K subcarriers and performing IFFT, and one of these signals can be used for 0.4us length.
  • the length of the data signal may be 1024 us at maximum. Since the length of the WUR packet is relatively long, it is important to design the synchronization signal as short and efficient as possible.
  • Each symbol for constituting the synchronization signal can be generated as an OOK signal of 4us, 2us, 1us, etc. using the above-mentioned sequence.
  • each OOK signal e.g., a signal of an OOK symbol
  • the total length of the synchronization signal is 'the length of each OOK signal * the sequence length'.
  • a synchronization signal is proposed in consideration of characteristics of a sequence, length, and / or length of a symbol.
  • a maximum length sequence (MLS) or a Golay sequence having a good cross correlation characteristic may be considered as a synchronization sequence.
  • 4us, 2us, or 1us may be considered as the length of one symbol for the synchronization sequence.
  • a symbol of 4us, 2us, or 1us for the synchronization sequence may be generated according to the OOK signal generation scheme used for the data signal.
  • a sub-symbol of the Manchester coding based OOK symbol may be used as a symbol of the synchronization sequence.
  • the AP does not need to separately generate a synchronization signal, but has a merit that part of the signal generated for data can be reused as a synchronization signal as it is.
  • the method of generating a data signal with respect to a synchronizing signal is directly applied, but the CP of the synchronizing signal may be set differently from the CP of the data signal.
  • 'zero CP' is used in generating a data signal, but 'tail CP' can be used in generating a synchronization signal.
  • 'zero CP' means nulling the CP section regardless of the signal.
  • 'tail CP' means to use CP as the last part of information 1-bit or sub-information 1-bit for Manchester coding.
  • the WUR STA can perform cross-correlation using a discrete sequence, for example, a sequence ' 1 ', the reference waveform may be defined as' 1' and the reference waveform may be defined as' -1 'for the sequence' 0 '.
  • the WUR STA can determine that the received signal is synchronized when the sum of the result of multiplying the reference signal by the reference waveform is a peak.
  • the peak at this time is a value appearing during a specific time period, and may be a peak during the entire section, or a case where the peak exceeds a specific threshold value.
  • the synchronization signal has a sequence having a good cross-correlation characteristic.
  • the length of the sequence can be determined by taking into account false alarms and miss detection probabilities.
  • a false alarm means that the WUR STAS is not synchronized to the noise even though the synchronization signal has not been transmitted, and the miss-detection may indicate that the synchronization failed because the synchronization signal was sent but the WUR STA missed the synchronization signal .
  • 18 is a diagram for explaining false alarms and miss-detection probabilities according to sequence lengths in a TGnD channel environment.
  • 18 (a), 18 (b), and 18 (c) show cases in which the lengths of the synchronization sequences are 64, 32, and 16, respectively.
  • a cumulative distribution function (CDF) for the peak value of the cross correlation is mapped to a symbol composed of 2 us ≪ / RTI > is the CDF of the peak value of the cross-correlation in the case of the "
  • the L-preamble and 1 BPSK symbol are assumed to be 24 us total, and the sequence of length 16 is [0,1,0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1, 1,0,0], and the sequence of length 32 is [1,1,1,1,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1, 0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0] and the sequence of length 64 is [0,0,0,0,1,0, 0,0,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0]. It is also assumed that the payload is 32 bits and 4 us data symbols are used.
  • the dotted line represents the CDF for the peak value of the cross-correlation when there is no signal transmission as '1-CDF', which means the probability of false alarm.
  • the solid line indicates the probability of miss detection as the CDF for the peak value when the synchronization signal is transmitted.
  • the indication of 64x4 means the sequence number x symbol length (us).
  • Table 1 below shows the miss-detection probability when the false alarm is 1% and the false alarm is 10% in FIG. If the miss-detection rate is 10%, it means that the WUR STA can not detect the 1 sync signal when the AP transmits the sync signal 10 times.
  • the length of the synchronization signal may be preferably 128 us or more.
  • the synchronization signal may correspond to 32 x 4 us, 64 x 2 us, or 64 x 4 us, but is not limited thereto.
  • 19 shows a result of measuring the performance of a sync signal having a length of 128 us or more based on the results of Table 1.
  • [ 19 (a) shows the synchronization miss detection probability of the WUR STA in the actual WUR packet
  • FIG. 19 (b) shows the synchronization miss detection probability of the WUR packet after the WUR STA performs synchronization with the synchronization signal and then decodes the data of the WUR packet (Packet Error Rate) of the data.
  • Packet Error Rate Packet Error Rate
  • the synchronization detection performance is substantially the same in, for example, 64x2 us and 34x4 us. Also, in case of 1 symbol length 2 us, the performance of data PER is somewhat better than that of 1 symbol length 4 us.
  • sequence of length 64 may be as follows, but is not limited thereto.
  • Fig. 20 shows a synchronization signal of 128 us based on the sequence length 64 and the symbol length 2us according to Example 1.
  • the length 32 sequence may be, for example, the following Golay sequence, but is not limited thereto.
  • the sequence of length 64 or the sequence of length 32 is' 1010 ... '.
  • the WUR STA can use 1010 .. for the AGC in the front part of the preamble synchronization sequence, and then obtain the time synchronization using all the sequences.
  • the synchronization sequence can be used for two purposes, AGC and synchronization acquisition.
  • the AP can use the following signal generation method to transmit WUR packet in WUR mode.
  • the subcarrier spacing may be 312.5 kHz. 52 subcarriers may be used for transmission of the L-preamble, and DC 1 subcarriers, guard 11 subcarriers may be used.
  • One BPSK symbol after the L-preamble on the time axis can be transmitted in the 20 MHz band to prevent other PCR STAs from misinterpreting the WUR packet as its own signal. After 1 BPSK symbol, WUR preamble and data are transmitted in narrow band.
  • FIG. 21 illustrates a case where one WUR packet is transmitted within a 20 MHz band.
  • the position of the WUR packet on the frequency axis may vary.
  • Third party STAs operating in the PCR mode perform CCA (clear channel assessment) in units of 20 MHz or more. Therefore, when the WUR packet is transmitted at 4 MHz and the reception power of the WUR packet is low, the reception power of the WUR packet in the 3rd party STA operating in the PCR mode can be judged to be below the CCA threshold value for 20 MHz, Transmission can be attempted.
  • CCA clear channel assessment
  • the reception power may be low in the 3rd party when the signal is transmitted in the 4 MHz bandwidth, as compared with the case of transmitting the signal in the 20 MHz bandwidth. Therefore, there is room for the 3rd party to mistake that the CCA result channel is idle.
  • an AP can transmit WUR packet with bandwidth of 4MHz or more.
  • an AP may transmit a signal to a 20 MHz bandwidth when transmitting an OOK ON signal (e.g., OOK on symbol).
  • OOK ON signal e.g., OOK on symbol
  • OOK OFF signal e.g., OOK off symbol
  • the AP does not transmit any signal.
  • an AP may use a preamble sequence of an existing PCR such as L-LTF / STF to transmit an OOK ON signal (e.g., OOK on symbol) at a bandwidth of 20 MHz.
  • the ON signal may be an ON signal of a general OOK symbol or an ON signal of an OOK symbol to which Manchester Coding is applied.
  • the L-STF sequence is configured such that a signal of 0.8us is repeated 10 times as in the first 8us (i.e., t1 to t10) in FIG. Therefore, when the data rate of the WUR packet is 250kpbs, the 2us ON signal can be composed of CP + 0.8us x 2. CP may be the last 0.4us of the 0.8 us signal.
  • the 4us ON signal may be composed of 0.8us * 5, or the 8us ON signal may be composed of 0.8us * 10.
  • L-LTF is configured as the second 8us signal (GI2 + T1 + T2) in Fig. Therefore, if the data rate of the WUR packet is 250kbps, the AP can obtain 1.6us signal from T1 for the 2us ON- signal, and then add the CP of 0.4us to the signal of 1.6us. Alternatively, the AP may select and use the 2us portion of the L-LTF signal. Therefore, if the data rate of the WUR packet is 62.5kbps, the AP can use 0.8us CP for the T1 signal for the 4us ON- signal. Alternatively, the AP may select and use the 4us portion of the L-LTF signal. The AP may use the L-LTF as it is for the 8us ON- signal.
  • the AP is advantageous in that it can reuse the existing signal without generating a new signal for the WUR packet.
  • the STA can detect WUR packets by only receiving signals of 4MHz bandwidth without monitoring the entire 20 MHz bandwidth.
  • Fig. 23 shows a flow of a method of transmitting and receiving a WUR signal according to an embodiment of the present invention. Since Fig. 23 is an embodiment of the above-described embodiments, the present invention is not limited to Fig. 23, and a description overlapping with the above description may be omitted.
  • the AP determines a synchronization signal that provides time synchronization for the data signal of the WUR signal (2305).
  • the synchronization signal may be determined according to the data rate of the data signal.
  • the AP can determine the data rate of the data signal to be either 62.5 kbps or 250 kbps.
  • a first sync signal is used when the data rate is 62.5 kbps, and a second sync signal is used when the data rate is 250 kbps.
  • the STA can determine the data rate applied to the data signal based on the synchronization signal.
  • the synchronization signal may be an on-off keying (OOK) signal of 128 us long generated by mapping each bit of the binary sequence of length 64 to 2 us symbols.
  • OLK on-off keying
  • the binary sequence may start with a pattern in which 1 and 0 are repeated alternately by a predetermined length.
  • a pattern in which 1 and 0 are repeated alternately may be for AGC (auto-gain control) for the WUR signal.
  • Manchester coding may be applied to the data signal.
  • one symbol of the resultant data signal to which Manchester coding is applied to the data signal may be composed of one On sub-symbol and one Off sub-symbol.
  • the AP can use the On sub-symbol of the data signal as an On symbol of 2 us long for the synchronization signal.
  • the On sub-symbol of the data signal includes at least one of a legacy long training field (L-LTF), a legacy-short training field (L-STF) and a binary phase shift keying (BPSK) symbol transmitted in a 20 MHz width in a WUR signal Can be generated by reusing some of them.
  • L-LTF legacy long training field
  • L-STF legacy-short training field
  • BPSK binary phase shift keying
  • the length of one symbol of the data signal may be set longer than the length of one symbol for the synchronization signal of 2us.
  • the AP transmits a WUR signal including a synchronization signal and a data signal (2310).
  • the STA performs time synchronization using the synchronization signal of the WUR signal (2315).
  • the STA decodes the data signal based on the data rate for the data signal of the WUR signal (2320).
  • 24 is a view for explaining an apparatus for implementing the method as described above.
  • the wireless device 100 of FIG. 24 may correspond to the specific STA of the above description, and the wireless device 850 may correspond to the AP described above.
  • STA 100 may include processor 110, memory 120 and transceiver 130 and AP 150 may include processor 160, memory 170 and transceiver 180.
  • the transceivers 130 and 180 transmit / receive wireless signals and may be implemented at a physical layer such as IEEE 802.11 / 3GPP.
  • Processors 110 and 160 are implemented in the physical layer and / or MAC layer and are coupled to transceivers 130 and 180.
  • Processors 110 and 160 may perform the UL MU scheduling procedure described above.
  • 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 comprise read-only memory (ROM), random access memory (RAM), flash memory, memory card, storage medium and / or other storage unit.
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • flash memory memory card
  • storage medium storage medium
  • the method described above may be executed as a module (e.g., process, function) that performs the functions described above.
  • the module may be stored in memory 120,170 and executed by processor 110,160.
  • the memory 120, 170 may be located inside or outside the process 110, 160 and may be coupled to the process 110, 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 the main attached radio (e.g., IEEE 802.11a / b / g / n / ac / ax) signal and a WUR receiver for receiving the WUR signal have.
  • the STA's transmitter may include a main connected radio transmitter for transmitting the main 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 the OFDM transmitter.
  • the AP may reuse the OFDM transmitter to transmit the WUR payload in an OOK manner.
  • the AP may OOK modulate the WUR payload via an OFDM transmitter, as described above.
  • the present invention can be applied to various wireless communication systems including IEEE 802.11.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 랜(WLAN)에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake-up radio) 신호를 송신하는 방법은, 상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정하는 단계; 및 상기 동기 신호 및 상기 데이터 신호를 포함하는 상기 WUR 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호일 수 있다.

Description

무선 랜 시스템에서 신호를 송신 또는 수신하는 방법 및 이를 위한 장치
본 발명은 무선 랜 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PCR(primary connectivity radio)를 깨우기 위한 WUR (wake-up radio) 신호를 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 신호를 보다 정확하고 효율적으로 송수신하기 위한 동기 신호를 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)에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake-up radio) 신호를 송신하는 방법은, 상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정하는 단계; 및 상기 동기 신호 및 상기 데이터 신호를 포함하는 상기 WUR 신호를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호일 수 있다.
상술된 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 WUR(wake-up radio) 신호를 송신하는 엑세스 포인트(AP)는, 상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정하는 프로세서; 및 상기 프로세서의 제어에 따라서 상기 동기 신호 및 상기 데이터 신호를 포함하는 상기 WUR 신호를 송신하는 송신기를 포함하고, 상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호일 수 있다.
상술된 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 무선 랜(WLAN)에서 스테이션(STA)이 WUR(wake-up radio) 신호를 수신하는 방법은, 상기 WUR 신호의 동기 신호를 이용하여 시간 동기화를 수행하는 단계; 및 상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 데이터 레이트에 기반하여 상기 데이터 신호를 디코딩하는 단계를 포함하되, 상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호일 수 있다.
상기 이진 시퀀스는 일정 길이만큼 1과 0이 교차 반복되는 패턴으로 시작될 수 있다.
상기 1과 0이 교차 반복되는 패턴은 상기 WUR 신호에 대한 AGC(auto-gain control)을 위한 것일 수 있다.
상기 AP는 상기 데이터 신호의 데이터 레이트를 62.5kbps 또는 250 kbps 중 어느 하나로 결정할 수 있다.
상기 데이터 신호에는 맨체스터 코딩이 적용될 수 있다.
상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 250 kbps 일 경우, 상기 데이터 신호에 맨체스터 코딩이 적용된 결과 상기 데이터 신호의 1 심볼은 하나의 On 서브-심볼과 하나의 Off 서브-심볼로 구성될 수 있다.
상기 AP는 상기 데이터 신호의 On 서브-심볼을 상기 동기 신호를 위한 2 us 길이의 On 심볼로 이용할 수 있다.
상기 데이터 신호의 On 서브-심볼은, 상기 WUR 신호에서 20 MHz 폭으로 송신되는 L-LTF(legacy long training field), L-STF(legacy-short training field) 및 1 BPSK(binary phase shift keying) 심볼 중 적어도 일부를 재사용하여 생성될 수 있다.
상기 데이터 신호의 1 심볼의 길이는 상기 동기 신호에 대한 1 심볼의 길이 2us 보다 길게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 특정 데이터 레이트의 WUR 신호에 대하여 동기 신호에 대하여 심볼 길이와 이진 시퀀스의 길이가 최적화됨으로써 WUR 신호에 대하여 양호한 동기 성능이 확보될 수 있을 뿐 아니라, 이진 시퀀스가 1/0 교차 반복 패턴으로 시작되므로 동기 신호가 AGC(auto-gain control)에도 이용될 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 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 WUR 패킷의 일 예를 도시한다.
도 18은 TGnD 채널 환경에서 시퀀스 길이에 따른 false alarm 및 miss-detection 확률을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 128us 이상의 길이를 갖는 동기 신호의 성능을 측정한 결과를 나타낸다.
도 20은 시퀀스 길이 64 및 심볼 길이 2us에 기반한 128 us의 동기 신호를 도시한다.
도 21은 20MHz 대역 내에서 하나의 WUR 패킷이 송신되는 경우를 예시한다.
도 22는 L-STF 및 L-LTF의 구조를 도시한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR 신호 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 18을 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.
- OOK modulation with Manchester coding
본 발명의 일 실시예에 따르면, OOK 심볼 생성을 위하여 맨체스터 코딩이 사용될 수 있다. 맨체스터 코딩에 따르면 1-비트 정보는 2개의 하위(sub) 정보(또는 2개의 코딩된 비트들)를 통해서 지시된다. 예컨대, 1-비트 정보 '0'가 맨체스터 코딩을 거치면 2개의 하위 정보 비트들 '10'(i.e., On-Off)이 출력된다. 반대로, 1-비트 정보 '1'가 맨체스터 코딩을 거치면 2개의 하위 정보 비트들 '01'(i.e., Off-On)이 출력된다. 다만, 하위 정보 비트의 On-Off 순서는 실시예에 따라서 반전될 수도 있다.
이와 같은 맨체스터 코딩 방식에 기반하여 1 OOK 심볼을 생성하는 방법에 대해서 살펴본다. 설명의 편의상 1 OOK 심볼은 시간 도메인에서 3.2 us이고, 주파수 도메인에서 K개 서브캐리어들에 대응한다고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
먼저, 맨체스터 코딩에 기반하여, 1-비트 정보 '0'를 위한 OOK 심볼을 생성하는 방안을 살펴보면, 1 OOK 심볼 길이는 (i) 첫 번째 하위 정보 비트 '1'을 위한 1.6 us와 (ii) 두 번째 하위 정보 비트 '0'을 위한 1.6 us로 구분될 수 있다.
(i) 첫 번째 하위 정보 비트 '1'에 해당하는 신호는, K개의 서브캐리어들 중에서 홀수 번째 서브캐리어들에 β를 맵핑하고, 짝수 번째 서브캐리어들에는 0을 맵핑한 뒤 IFFT를 수행하여 획득될 수 있다. 예컨대, 주파수 도메인 상에 2개 서브캐리어 간격으로 β를 맵핑하여 IFFT를 수행하는 경우 시간 도메인에서는 1.6 us의 주기적 신호가 2회 반복하여 나타나게 된다. 2회 반복되는 1.6 us의 주기적 신호 중 첫 번째 또는 두 번째 신호가 첫 번째 하위 정보 비트 '1'에 해당하는 신호로 사용될 수 있다. β는 전력 정규화 factor로서 예컨대, 1/sqrt(ceil(K/2))일 수 있다. 예컨대, 전체 64 서브캐리어들(i.e., 20 MHz 대역) 중 첫 번째 하위 정보 비트 '1'에 해당하는 신호 생성에 사용되는 연속된 K 서브캐리어들은 예컨대, [33-floor(K/2): 33+ceil(K/2)-1]과 같이 표현될 수 있다.
(ii) 두 번째 하위 정보 비트 '0'에 해당하는 신호는, K개의 서브캐리어들 에 0을 맵핑한 뒤 IFFT를 수행하여 획득될 수 있다. 예컨대, 전체 64 서브캐리어들(i.e., 20 MHz 대역) 중 두 번째 하위 정보 비트 '0'에 해당하는 신호 생성에 사용되는 연속된 K 서브캐리어들은 예컨대, [33-floor(K/2): 33+ceil(K/2)-1]과 같이 표현될 수 있다.
1-비트 정보 '1'를 위한 OOK 심볼은, 하위 정보 비트 '0'에 해당하는 신호 이후에 하위 정보 비트 '1'에 해당하는 신호를 배치함으로써 획득될 수 있다.
- Symbol Reduction
일 예로, WUR을 위한 1 심볼 길이는 3.2 us 보다 작게 설정될 수도 있다. 예컨대, 1 심볼이 1.6us, 0.8us 또는 0.4us의 정보 + CP로 설정될 수 있다.
(i) 0.8 us, 정보 비트 1: K개의 연속된 서브캐리어들 중에서 mod(서브캐리어 인덱스,4)=1을 만족하는 서브캐리어(i.e., 1, 5, 9,....)에는 β(e.g., power normalization factor)*1이 맵핑되고, 나머지 서브캐리어들은 nulling (e.g., 0이 맵핑)될 수 있다. β는 1/sqrt(ceil(K/4))일 수 있다. 이와 같이 4개 서브캐리어 간격으로 β*1이 맵핑될 수 있다. 주파수 도메인 상에서 4개 서브캐리어 간격으로 β*1을 맵핑하여 IFFT를 수행하면, 0.8us 길이의 신호들이 시간 도메인에서 반복되는데 이 신호들 중 하나가 정보 비트 1에 해당하는 신호로 사용될 수 있다.
(ii) 0.8 us, 정보 비트 0: K개의 서브캐리어들에 0를 맵핑하고 IFFT를 수행함으로써 시간 도메인 신호를 획득할 수 있으며, 이 중 하나의 0.8us 길이의 신호가 사용될 수 있다.
(iii) 0.4 us, 정보 비트 1: K개의 연속된 서브캐리어들 중에서 mod(서브캐리어 인덱스,8)=1을 만족하는 서브캐리어(i.e., 1, 9, 17....)에는 β(e.g., power normalization factor)*1이 맵핑되고, 나머지 서브캐리어들은 nulling (e.g., 0이 맵핑)될 수 있다. β는 1/sqrt(ceil(K/8))일 수 있다. 이와 같이 8개 서브캐리어 간격으로 β*1이 맵핑될 수 있다. 주파수 도메인 상에서 8개 서브캐리어 간격으로 β*1을 맵핑하여 IFFT를 수행하면, 0.4us 길이의 신호들이 시간 도메인에서 반복되는데 이 신호들 중 하나가 정보 비트 1에 해당하는 신호로 사용될 수 있다.
(iv) 0.4 us, 정보 비트 0: K개의 서브캐리어들에 0를 맵핑하고 IFFT를 수행함으로써 시간 도메인 신호를 획득할 수 있으며, 이 중 하나의 0.4us 길이의 신호가 사용될 수 있다.
WUR Synchronization Signal
도 17은 WUR 패킷의 일 예를 도시한다. 데이터 파트에서 62.5 kbps로 64 bits의 데이터가 전송된다고 가정하면 데이터 신호의 길이는 최대 1024us이 될 수 있다. WUR 패킷의 길이가 상대적으로 길지 않기 때문에 동기 신호를 최대한 짧고 효율적으로 설계하는 것이 중요하다.
동기 신호를 구성하기 위한 각 심볼은 앞서 언급된 시퀀스를 사용하여 4us, 2us, 1us 등의 OOK 신호로 생성될 수 있다. 예컨대, 시퀀스에서 '0' 또는 '1'인 각 비트 에 대하여 각 OOK 신호(e.g., OOK 심볼의 신호)가 생성된다. 따라서, 동기 신호의 총 길이는 '각 OOK 신호의 길이 * 시퀀스 길이'가 된다.
이하에서는 시퀀스의 특성, 길이 및/또는 심볼의 길이 등을 고려하여 동기 신호를 제안한다.
동기 시퀀스로써 교차 상관(cross correlation) 특성이 좋은 MLS(maximum length sequence)나 Golay 시퀀스 등이 고려될 수 있다. 그리고 또한 동기 시퀀스에 대한 1 심볼의 길이로써 4us, 2us 또는 1us이 고려될 수 있다.
일 예로, 동기 시퀀스를 위한 4us, 2us 또는 1us의 심볼은, 데이터 신호를 위해 사용되는 OOK 신호 생성 방식에 따라서 생성될 수 있다.
다른 예로, 데이터 신호에 대하여 Manchester coding이 사용되는 경우, Manchester 코딩 기반의 OOK 심볼의 서브-심볼이 동기 시퀀스의 심볼로 이용될 수도 있다. 예를 들어, 데이터 레이트가 250 kbps일 경우 사용되는 Manchester OOK 신호(e.g., 1 데이터 심볼= On 서브-심볼+Off 서브-심볼)의 'ON' 부분(e.g., On 서브-심볼)이 동기 신호를 위한 2us 심볼로 이용될 수 있다. 이 경우, AP는 동기 신호를 별도로 생성할 필요 없이 데이터를 위하여 생성되는 신호의 일부를 그대로 동기 신호로써 재사용할 수 있다는 장점이 있다.
또 다른 예로, 동기 신호에 대하여 데이터 신호의 생성 방법이 그대로 적용되지만 다만 동기 신호의 CP는 데이터 신호의 CP와 다르게 설정될 수도 있다. 예를 들어, 데이터 신호 생성시에 'zero CP'가 사용되지만, 동기 신호 생성시에는 'tail CP'가 사용될 수 있다. 'zero CP'란 신호에 상관없이 CP 구간을 널링(nulling)하는 것이다. 'tail CP'란 information 1-bit 혹은 맨체스터 코딩에 대한 sub-information 1-bit에 해당하는 신호의 마지막 일부를 CP로 이용하는 것을 의미한다.
WUR STA의 동기를 검출 방법은 구현에 따라서 다양하게 변경될 수 있으나, 일 예로, 전력 소모를 줄이기 위해서 WUR STA은 이산(discrete) 시퀀스를 이용하여 교차 상관을 수행 할 수 있다, 일 예로, 시퀀스 '1'에 대하여 기준 파형(reference waveform)이 '1'로 정의되고, 시퀀스 '0'에 대하여 기준 파형이 '-1'으로 정의될 수 있다. WUR STA은 수신한 신호에 기준 파형을 곱한 결과의 합이 피크일 경우 동기를 잡았다고 판단할 수 있다. 이 때의 피크란 특정 시간 구간 동안에 나타나는 값으로, 전 구간 동안의 피크일 수도 있고, 또는 특정 임계치를 넘는 경우를 피크라고 볼 수도 있다.
이처럼 WUR STA이 교차 상관을 이용하여 동기화를 수행하는 경우 동기 신호는 교차 상관 특성이 좋은 시퀀스로 구성하는 것이 바람직하다.
시퀀스의 길이는 false alarm과 miss detection 확률을 고려하여 결정될 수 있다. False alarm은 동기 신호가 송신되지 않았음에도 불구하고 WUR STAS이 노이즈에 대하여 동기를 잘못 잡은 것을 의미하고, miss-detection은 동기 신호가 송신되었으나 WUR STA이 동기 신호를 놓쳐 동기화에 실패한 것을 의미할 수 있다.
도 18은 TGnD 채널 환경에서 시퀀스 길이에 따른 false alarm 및 miss-detection 확률을 설명하기 위한 도면이다.
도 18의 (a), (b) 및 (c) 각각은 동기 시퀀스의 길이가 각각 64, 32, 16인 경우를 나타낸다. (a), (b), (c) 각각에는 동기 시퀀스가 4 us로 구성된 심볼에 맵핑되는 경우 교차 상관의 피크 값에 대한 CDF(cumulative distribution function)와, 동기 시퀀스가 2 us로 구성된 심볼에 맵핑되는 경우의 교차 상관의 피크값에 대한 CDF를 나타낸다.
WUR 패킷에서 L-프리앰블과 1 BPSK 심볼은 총 24 us라고 가정하였으며, 길이 16의 시퀀스는 [0,1,0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0]이고, 길이 32의 시퀀스는 [1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0]이고, 길이 64의 시퀀스는 [0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1, 1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,0]라고 가정하였다. 또한, 페이로드는 32 비트로써, 4 us 데이터 심볼이 사용된다고 가정하였다.
점선은 신호 송신이 없을 때 교차 상관의 피크값에 대한 CDF를 '1-CDF'로 나타낸 것으로써 False alarm의 확률을 의미한다. 실선은 동기 신호가 송신된 경우 피크 값에 대한 CDF로써 Miss detection의 확률을 의미한다. 64x4의 표시는 시퀀스 넘버 x 심볼 길이 (us)를 의미한다.
아래 표 1은 도 18 에서 false alarm이 1% 인 경우와 false alarm이 10% 인 경우 miss-detection 확률(rate)를 나타낸다. miss-detection rate가 10%인 경우 AP가 동기 신호를 10회 송신할 때 WUR STA이 1번의 동기 신호를 검출하지 못한다는 것을 의미하므로 성능 열화가 심하다고 할 수 있다.
따라서 miss-detection 확률을 고려할 때 동기 신호의 길이는 128 us 이상인 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 동기 신호는 32 x 4us, 64 x 2 us 또는 64 x 4 us 에 해당할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
[표 1]
Figure PCTKR2018006905-appb-I000001
도 19는 표 1의 결과를 토대로 128us 이상의 길이를 갖는 동기 신호의 성능을 측정한 결과를 나타낸다. 구체적으로, 도 19의 (a)는 실제 WUR 패킷에서 WUR STA의 동기 miss detection 확률을 나타내며, 도 19의 (b)는 WUR STA이 동기 신호에 대한 동기화를 수행한 뒤 WUR 패킷의 데이터를 디코딩 할 때 데이터의 PER(packet error rate)를 나타낸다.
도 19에 도시된 바와 같이 동기 신호의 길이가 같은 경우 예컨대, 64x2 us와 34x4 us에 있어서 동기 검출 성능은 사실상 동일하다고 볼 수 있다. 또한, 1 심볼 길이 2 us인 경우에는 1 심볼 길이가 4 us인 경우보다 데이터 PER의 성능이 다소 우수하게 나타난다.
이상의 시뮬레이션 결과들을 바탕으로 본 발명의 일 실시예에서는 다음과 같은 동기 신호들이 제안된다:
- Example 1: 시퀀스 길이 64 및 심볼 길이 2us에 기반한 128 us의 동기 신호
일 예로, 길이 64의 시퀀스는 다음과 같을 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
[0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,0]
도 20은 Example 1에 따른 시퀀스 길이 64 및 심볼 길이 2us에 기반한 128 us의 동기 신호를 도시한다.
- Example 2: 시퀀스 길이 32 및 심볼 길이 4us에 기반한 128 us의 동기 신호
길이 32 시퀀스는 일 예로, 아래와 같은 Golay sequence일 수 있으며 이에 한정되지 않는다.
[1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0] 또는
[1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,0] 등
- Example 3: 시퀀스 길이 64 및 심볼 길이 4us에 기반한 256 us의 동기 신호
한편, WUR STA의 AGC(auto-gain control)를 위해서 앞서 언급된 길이 64의 시퀀스 혹은 길이 32의 시퀀스가 '1010…'으로 시작하도록 설정될 수 있다. 이 경우 WUR STA은 프리앰블 동기 시퀀스의 앞 부분에 1010..을 AGC를 위해서 사용할 수 있고, 그 후 모든 시퀀스를 이용해서 시간 동기를 획득할 수 있다. 이와 같이 동기 시퀀스는 AGC 및 동기 획득의 두 가지 용도로 사용될 수 있다.
다음 시퀀스들은 AGC를 위하여 동기 시퀀스의 시작 부분에서 1과 0이 교차 반복되는 예들이다.
- 길이 64 시퀀스:
[1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1]
-길이 32 시퀀스:
[1,0,1,0,1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0] 또는
[1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0] 또는
[1,0,1,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0]
- 길이 16 시퀀스: [1,0,1,0,1,1,0,0,0,1,0,0,0,1,1,1]
Tx signal generation in WUR
다음으로 WUR 신호 생성 방법에 대해서 제안한다.
AP는 WUR mode에서 WUR 패킷을 전송하기 위해 다음과 같은 신호 생성 방법을 사용할 수 있다. 서브캐리어 간격(subcarrier spacing)은 312.5kHz일 수 있다. L-preamble의 송신을 위해서 52 서브캐리어들이 사용될 수 있으며, DC 1 서브캐리어, 가드(guard) 11 서브캐리어들이 사용될 수 있다. 다른 PCR STA들이 WUR 패킷을 자신의 신호라고 오인하는 것을 방지하기 위하여 시간 축에서 L-preamble 뒤에 1 BPSK 심볼이 20MHz 대역으로 송신될 수 있다. 1 BPSK 심볼 다음에 WUR preamble과 데이터가 협대역(Narrow band)으로 전송된다.
도 21은 20MHz 대역 내에서 하나의 WUR 패킷이 송신되는 경우를 예시한다. WUR 패킷의 주파수 축 상의 위치는 달라질 수 있다.
PCR 모드로 동작하는 3rd party STA들은 대부분 20MHz 이상의 단위로 CCA(clear channel assessment)를 수행한다. 따라서 WUR 패킷이 4MHz로 송신되고 WUR 패킷의 수신 전력이 낮은 경우, PCR 모드로 동작하는 3rd party STA에서 WUR 패킷의 수신 전력이 20 MHz 에 대한 CCA 임계치 이하로 판단될 수 있고, 3rd party STA이 신호 송신을 시도할 수 있다.
특히 5GHz 대역의 경우 1 MHz 폭 당 전송 전력이 제한되므로, 20MHz 대역폭으로 신호를 전송하는 경우보다, 4MHz 대역폭으로 신호를 전송하는 경우 3rd party에서 수신 전력이 낮을 수 있다. 따라서, 3rd party이 CCA 결과 채널이 idle하다고 오인할 여지가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 다음과 같은 방법이 제안된다.
AP는 WUR 패킷을 4MHz 이상의 대역폭으로 전송할 수 있다. 예를 들어, AP는 OOK ON 신호(e.g., OOK on 심볼)를 송신 시 20MHz 대역폭으로의 신호를 전송할 수 있다. OOK OFF 신호(e.g., OOK off 심볼)에 대해서는 AP는 어떠한 신호도 전송하지 않는다. 예를 들어, 20MHz 대역폭으로 OOK ON 신호(e.g., OOK on 심볼)를 송신하기 위하여 AP는 L-LTF/STF등 기존 PCR의 프리앰블 시퀀스를 이용할 수 있다.
도 22는 L-STF 및 L-LTF의 구조를 도시한다.
L-STF 시퀀스를 ON-신호로 이용하는 경우를 먼저 설명한다. 여기서, ON 신호는 일반 OOK 심볼의 ON 신호이거나 또는 Manchester Coding이 적용된 OOK 심볼의 ON 신호일 수 있다. L-STF 시퀀스는 도 22의 처음 8us(i.e., t1~t10)와 같이 0.8us의 신호가 10번 반복되는 구조로 구성된다. 따라서, WUR 패킷의 데이터 레이트가 250kpbs일 경우, 2us의 ON 신호는 CP + 0.8us x 2 로 구성될 수 있다. CP는 0.8 us 신호의 마지막 0.4us일 수 있다. 데이터 레이트가 62.5kbps일 경우, 4us ON 신호는 0.8us * 5로 구성되고, 혹은 8us ON 신호는 0.8us * 10으로 구성될 수 있다.
다음으로 L-LTF 시퀀스가 ON-신호로 이용되는 경우를 설명한다. L-LTF는 도 22의 두 번째 8us 신호(GI2+T1+T2)와 같이 구성된다. 따라서 WUR 패킷의 데이터 레이트가 250kbps인 경우 AP는 2us ON-신호를 위해 T1에서 1.6us의 신호를 얻은 후 1.6us의 신호에 0.4us의 CP를 붙여서 사용할 수 있다. 또는 AP는 L-LTF 신호 중 2us 부분을 선택해서 사용할 수도 있다. 따라서 WUR 패킷의 데이터 레이트가 62.5kbps인 경우, AP는 4us ON-신호를 위해 T1 신호에 0.8us CP를 붙여서 사용할 수 있다. 또는 AP는 L-LTF 신호 중 4us 부분을 선택해서 사용할 수도 있다. AP는 8us ON-신호를 위해 L-LTF를 그대로 사용할 수도 있다.
또 다른 방안으로써, ON 신호를 위하여 WUR 패킷에서 L-preamble 이후에 포함되는 1-bit BPSK 심볼이 이용될 수도 있다. 1 BPSK 심볼은 4us의 길이 (=0.8us CP + 3.2us 신호)이므로, WUR 패킷의 데이터 레이트가 250kbps인 경우, AP는 3.2us 신호의 일부를 이용해서 획득된 1.6us 신호에 0.4us CP를 붙여서 2us ON-신호로 사용할 수 있다. 또는 AP는 4us 일부를 이용해서 2us ON-신호를 생성할 수도 있다. WUR 패킷의 데이터 레이트가 62.5kbps인 경우, AP는 4us 1 BPSK 심볼 전체를 ON-신호로 이용할 수 있다.
본 실시예에 따르면 AP는 WUR 패킷을 위해서 새로운 신호를 생성할 필요 없이 기존에 가지고 있던 신호를 재사용할 수 있다는 장점이 있다. 반면 STA은 20 MHz 대역폭 전체를 모니터링할 필요 없이 4MHz 대역폭의 신호만 수신하여 WUR 패킷을 검출 할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 WUR 신호의 송수신 방법의 흐름을 도시한다. 도 23은 상술된 실시예들에 대한 일 구현 형태이므로, 본 발명은 도 23에 한정되지 않으며 앞서 설명된 내용과 중복하는 설명은 생략될 수 있다.
도 23을 참조하면, AP는 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정한다(2305).
일 예로, 동기 신호는 데이터 신호의 데이터 레이트에 따라서 결정될 수 있다. AP는 데이터 신호의 데이터 레이트를 62.5kbps 또는 250 kbps 중 어느 하나로 결정할 수 있다. 데이터 레이트가 62.5kbps일 경우 제1 동기 신호가 사용되고, 데이터 레이트가 250 kbps일 경우 제2 동기 신호가 사용될 수 있다. STA은 동기 신호에 기반하여 데이터 신호에 적용된 데이터 레이트를 파악할 수 있다.
예컨대, 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호일 수 있다. 이진 시퀀스는 일정 길이만큼 1과 0이 교차 반복되는 패턴으로 시작될 수 있다. 1과 0이 교차 반복되는 패턴은 WUR 신호에 대한 AGC(auto-gain control)을 위한 것일 수 있다.
데이터 신호에는 맨체스터 코딩이 적용될 수 있다.
데이터 신호의 데이터 레이트가 250 kbps 일 경우, 데이터 신호에 맨체스터 코딩이 적용된 결과 데이터 신호의 1 심볼은 하나의 On 서브-심볼과 하나의 Off 서브-심볼로 구성될 수 있다.
AP는 데이터 신호의 On 서브-심볼을 동기 신호를 위한 2 us 길이의 On 심볼로 이용할 수 있다. 데이터 신호의 On 서브-심볼은, WUR 신호에서 20 MHz 폭으로 송신되는 L-LTF(legacy long training field), L-STF(legacy-short training field) 및 1 BPSK(binary phase shift keying) 심볼 중 적어도 일부를 재사용하여 생성될 수 있다.
데이터 신호의 1 심볼의 길이는 동기 신호에 대한 1 심볼의 길이 2us 보다 길게 설정될 수 있다.
AP는 동기 신호 및 데이터 신호를 포함하는 WUR 신호를 송신한다(2310).
STA은 WUR 신호의 동기 신호를 이용하여 시간 동기화를 수행한다(2315).
STA은 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 데이터 레이트에 기반하여 데이터 신호를 디코딩한다(2320).
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 (13)

  1. 무선 랜(WLAN)에서 엑세스 포인트(AP)가 WUR(wake-up radio) 신호를 송신하는 방법에 있어서,
    상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정하는 단계; 및
    상기 동기 신호 및 상기 데이터 신호를 포함하는 상기 WUR 신호를 송신하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이진 시퀀스는 일정 길이만큼 1과 0이 교차 반복되는 패턴으로 시작되는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 1과 0이 교차 반복되는 패턴은 상기 WUR 신호에 대한 AGC(auto-gain control)을 위한 것인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 AP는 상기 데이터 신호의 데이터 레이트를 62.5kbps 또는 250 kbps 중 어느 하나로 결정하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 신호에는 맨체스터 코딩이 적용되고,
    상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 250 kbps 일 경우, 상기 데이터 신호에 맨체스터 코딩이 적용된 결과 상기 데이터 신호의 1 심볼은 하나의 On 서브-심볼과 하나의 Off 서브-심볼로 구성되고,
    상기 AP는 상기 데이터 신호의 On 서브-심볼을 상기 동기 신호를 위한 2 us 길이의 On 심볼로 이용하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터 신호의 On 서브-심볼은, 상기 WUR 신호에서 20 MHz 폭으로 송신되는 L-LTF(legacy long training field), L-STF(legacy-short training field) 및 1 BPSK(binary phase shift keying) 심볼 중 적어도 일부를 재사용하여 생성되는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 신호의 1 심볼의 길이는 상기 동기 신호에 대한 1 심볼의 길이 2us 보다 길게 설정되는, 방법.
  8. 무선 랜(WLAN)에서 스테이션(STA)이 WUR(wake-up radio) 신호를 수신하는 방법에 있어서,
    상기 WUR 신호의 동기 신호를 이용하여 시간 동기화를 수행하는 단계; 및
    상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 데이터 레이트에 기반하여 상기 데이터 신호를 디코딩하는 단계를 포함하되,
    상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호인, 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이진 시퀀스는 일정 길이만큼 1과 0이 교차 반복되는 패턴으로 시작되는, 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 1과 0이 교차 반복되는 패턴은 상기 WUR 신호에 대한 AGC(auto-gain control)을 위한 것인, 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 신호의 데이터 레이트는 62.5kbps 또는 250 kbps 중 어느 하나인, 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 신호의 1 심볼의 길이는 상기 동기 신호에 대한 1 심볼의 길이 2us 보다 길게 설정되는, 방법.
  13. WUR(wake-up radio) 신호를 송신하는 엑세스 포인트(AP)에 있어서,
    상기 WUR 신호의 데이터 신호에 대한 시간 동기를 제공하는 동기 신호를 결정하는 프로세서; 및
    상기 프로세서의 제어에 따라서 상기 동기 신호 및 상기 데이터 신호를 포함하는 상기 WUR 신호를 송신하는 송신기를 포함하고,
    상기 데이터 신호의 데이터 레이트가 62.5kbps일 때, 상기 동기 신호는 길이 64의 이진 시퀀스의 각 비트를 2 us 심볼에 맵핑하여 생성되는 128 us 길이의 OOK(on-off keying) 신호인, 엑세스 포인트.
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