JP2017530583A - 無線通信システムの送受信装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】WLAN(Wireless Local Area Network)システムにおけるSTA(Station)装置のデータ送信方法を提供する。【解決手段】本発明の実施の形態にかかるデータ送信方法は、送信データをFECエンコードするステップと、送信データを星状図マッピングするステップと、送信データにパイロットトーンを挿入するステップと、送信データに対してIDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を行うステップと、送信データをアップコンバートして、送信信号を送信するステップとを含み、送信信号にOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)スキームを適用する場合、送信信号は、OFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になる少なくとも一つのトーンユニットを含む。【選択図】図1
Description
本発明は、無線通信システムに関し、さらに詳細には、無線通信システムにおいてOFDMAスキームを使用して信号処理を行う場合、リソースブロックを割り当てる方法と割り当てられたリソースブロックに対するパイロット信号の配置方法、及びこのような方法を行う装置に関する。
ワイパイ(Wi-Fi)は、2.4GHz、5GHzまたは6GHz周波数帯域において機器がインターネットに接続可能なようにするWLAN(Wireless Local Area Network)技術である。
WLANは、IEEE(institute of electrical and electronic engineers)802.11標準に基づく。IEEE 802.11のWNG SC(Wireless Next Generation Standing Committee)は、次世代WLAN(wireless local area network)を中長期的に悩むアドホック委員会(committee)である。
IEEE 802.11nは、ネットワークの速度と信頼性を増加させ、無線ネットワークの運営距離を拡張するのに目的をおいている。さらに具体的に、IEEE 802.11nでは、最大600Mbpsのデータ処理速度(data rate)を提供する高処理率(HT:High Throughput)を支援し、また送信エラーを最小化しデータ速度を最適化するために、送信部と受信部の両端ともに多重アンテナを使用するMIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs)技術に基盤をおいている。
WLANの補給が活性化され、またこれを利用したアプリケーションが多様化するにつれて、超高処理率(VHT:Very High Throughput)を支援する次世代WLANシステムは、IEEE 802.11n WLANシステムの次のバージョンとして、IEEE 802.11acが新しく制定された。IEEE 802.11acは、80MHz帯域幅送信及び/またはより高い帯域幅送信(例えば、160MHz)を介して、1Gbps以上のデータ処理速度を支援し、主に5GHz帯域で動作する。
最近では、IEEE 802.11acが支援するデータ処理速度よりさらに高い処理率を支援するための新しいWLANシステムに対する必要性が台頭しつつある。
一名IEEE 802.11axまたは高効率(HEW:High Efficiency)WLANと呼ばれる次世代WLANスタディグループで主に論議されるIEEE 802.11axの範囲(scope)は、1)2.4GHz及び5GHzなどの帯域で802.11 PHY(physical)階層とMAC(medium access control)階層の向上、2)スペクトル効率性(spectrum efficiency)と領域スループット(area throughput)向上、3)干渉ソースが存在する環境、密集した異種ネットワーク(heterogeneous network)環境及び高いユーザ負荷が存在する環境のような実際の室内環境及び室外環境での性能向上などを含む。
IEEE 802.11axにおいて主に考慮されるシナリオは、AP(access point)とSTA(station)が多い密集環境であり、IEEE 802.11axは、このような状況でスペクトル効率(spectrum efficiency)と空間送信率(area throughput)の改善について議論する。特に、室内環境だけでなく、従来のWLANで多く考慮されなかった室外環境での実質的性能改善に関心を有する。
IEEE 802.11axでは、無線オフィス(wireless office)、スマートホーム(smart home)、スタジアム(Stadium)、ホットスポット(Hotspot)、ビル/アパート(building/apartment)のようなシナリオに関心が大きく、該当シナリオに基づいてAPとSTAが多い密集環境でのシステム性能の向上についての議論が行われている。
今後、IEEE 802.11axでは、一つのBSS(basic service set)での単一リンク性能向上よりは、OBSS(overlapping basic service set)環境でのシステム性能の向上及び室外環境性能の改善、及びセルラオフロード(cellular offloading)などに対する議論が盛んになると予想される。このようなIEEE 802.11axの方向性は、次世代WLANがますます移動通信と類似の技術範囲を有するようになるのを意味する。最近、スモールセル(small cell)及びD2D(Direct-to-Direct)通信領域で移動通信とWLAN技術が共に論議されている状況を考慮してみると、IEEE 802.11axに基づいた次世代WLANと移動通信の技術的及び事業的融合は、さらに盛んになると予測される。
上述のように、次世代無線LANシステムである802.11axシステムのための新しいフレームフォーマット及びヌメロロジー(numerology)に対する論議が盛んに進められている。
特に、システムのスループット(throughput)を向上させるか、またはアウトドア環境でのISI(inter-symbol interference)に対する堅牢性(robustness)を向上させるために、与えられたシステムの帯域幅に従来より増加したFFTサイズを適用すると予想される。また、これと共に、従来の802.11acシステムにおいて提案されたマルチユーザ送信方式をアップリンク状況に拡張し、OFDMA送信方式の導入に関する論議も伴われている状況である。
特に、OFDMA方式において使用されるトーンプランに対する議論が現在盛んに進行中であり、与えられた帯域幅をどんなトーンサイズに分割して使用するかが重要に論議されている。また各トーンサイズ別にどのトーン位置にパイロット信号を位置させるかを決定することもまた重要な問題である。
上述の技術的課題を解決するために、本発明の実施の形態にかかるWLANシステムのSTA装置及びSTA装置のデータ送信方法を提案する。
本発明にかかるWLAN(Wireless Local Area Network)システムにおけるSTA(Station)装置のデータ送信方法は、送信データをFECエンコードするステップと、送信データを星状図マッピングするステップと、送信データにパイロットトーンを挿入するステップと、送信データに対してIDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を行うステップと、前記送信データをアップコンバートして、送信信号を送信するステップとを含み、前記送信信号にOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)スキームを適用する場合、前記送信信号は、OFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になる少なくとも一つのトーンユニットを含む。
また、本発明にかかるSTA(Station)装置のデータ送信方法において、前記少なくとも一つのトーンユニットは、26トーンユニット、52トーンユニット、または242トーンユニットのうち、少なくとも一つを含むことができる。
また、本発明にかかるSTA(Station)装置のデータ送信方法において、前記26トーンユニットは、2個のパイロットトーンを含み、前記52トーンユニットは、4個のパイロットトーンを含み、前記242トーンユニットは、8個のパイロットトーンを含むことができる。
また、本発明にかかるSTA(Station)装置のデータ送信方法において、前記26トーンユニットに含まれた前記2個のパイロットトーンは、前記26トーンユニットの7番目のトーン及び20番目のトーンに挿入されることができる。
また、本発明にかかるSTA(Station)装置のデータ送信方法において、前記52トーンユニットに含まれた前記4個のパイロットトーンは、前記52トーンユニットの7番目のトーン、20番目のトーン、33番目のトーン及び46番目のトーンに挿入されることができる。
また、本発明にかかるSTA(Station)装置のデータ送信方法において、前記242トーンユニットは、1個の前記26トーンユニット及び4個の前記52-トーンユニットを含む場合、前記26-トーンユニットがセンターに位置し、センターに位置した前記26-トーンユニットの両側のサイドに2個の52トーンユニットがそれぞれ位置することができる。
本発明の実施の形態にかかるWLANシステムにおけるSTA装置は、上述のデータ送信方法を行うことができる。本発明の実施の形態にかかるWLANシステムにおけるSTA装置は、送信データをFECエンコードするFECエンコーダと、送信データを星状図マッピングするマッパーと、送信データにパイロットトーンを挿入するパイロット挿入ユニットと、送信データに対してIDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を行うIDFTユニットと、前記送信データをアップコンバートして、送信信号を送信するRFユニットとを含み、前記送信信号にOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)スキームを適用する場合、前記送信信号は、OFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になる少なくとも一つのトーンユニットを含むことができる。
本発明は、OFDMAスキーム使用時に対称性を満たしながらレガシー802.11システムと互換性を最大化し、したがってレガシー802.11システムの構成を最大限使用することができるトーンプランを提案する。また、提案するトーンプランに従って対称性(symmetry)及び等間隔性(equi-space)を最大化できるパイロットプランを提案する。
本発明にかかるトーンプラン及びそれに応じるパイロットの数及び位置を使用することによって、WLANシステムは、レガシーシステム構成を最大限再使用するか、または最小限の変更で再使用でき、同時にパイロットの使用に応じる時間/周波数オフセット推定性能もまた最適化させることができる。
本発明の他の効果について、以下の実施の形態においてさらに説明する。
以下、本発明にかかる好ましい実施の形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面と共に、以下に開示される詳細な説明は、本発明の例示的な実施の形態を説明するためのものであり、本発明が実施されうる唯一の実施の形態を表そうとするものではない。以下の詳細な説明は、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な細部事項を含む。しかしながら、当業者は、本発明がこのような具体的細部事項なしで実施されうることが分かる。
いくつかの場合、本発明の概念が不明になるのを避けるために、公知の構造及び装置は省略されるか、または各構造及び装置の核心機能を中心としたブロック図の形式で示されることができる。
以下の説明において使用される特定用語は、本発明の理解に役立つために提供されたものであり、このような特定用語の使用は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で他の形態に変更されることができる。
以下の技術は、CDMA(code division multiple access)、FDMA(frequency division multiple access)、TDMA(time division multiple access)、OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)、SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access)、NOMA(non-orthogonal multiple access)などのような多様な無線接続システムに利用されることができる。CDMAは、UTRA(universal terrestrial radio access)またはCDMA2000のような無線技術(radio technology)により具現化されることができる。TDMAは、GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)のような無線技術により具現化されることができる。OFDMAは、IEEE(institute of electrical and electronics engineers)802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802-20、E-UTRA(evolved UTRA)などのような無線技術により具現化されることができる。UTRAは、UMTS(universal mobile telecommunications system)の一部である。3GPP(3rd generation partnership project)LTE(long term evolution)は、E-UTRAを使用するE-UMTS(evolved UMTS)の一部として、ダウンリンクでOFDMAを採用しアップリンクでSC-FDMAを採用する。LTE-A(advanced)は、3GPP LTEの進化である。
本発明の実施の形態は、無線接続システムであるIEEE 802、3GPP及び3GPP2のうち、少なくとも一つに開示された標準文書により裏付けられることができる。すなわち、本発明の実施の形態のうち、本発明の技術的思想を明らかに表すために説明しないステップまたは部分は、前記文書により裏付けられることができる。また、本文書において開示しているすべての用語は、前記標準文書により説明されることができる。
説明を明確にするために、IEEE 802.11システムを中心に述べるが、本発明の技術的特徴がこれに制限されるものではない。
システム一般
図1は、本発明が適用されることができるIEEE 802.11システムの一例を示す図である。
IEEE 802.11構造は、複数の構成要素から構成されることができ、これらの相互作用により上位階層に対してトランスペアレントな(transparent)ステーション(STA:Station)移動性を支援する無線通信システムが提供されることができる。基本サービスセット(BSS:Basic Service Set)は、IEEE 802.11システムでの基本的な構成ブロックに該当できる。
図1では、3個のBSS(BSS1ないしBSS3)が存在し、それぞれのBSSのメンバーとして2個のSTAが含まれること(STA1及びSTA2は、BSS1に含まれ、STA3及びSTA4は、BSS2に含まれ、STA5及びSTA6は、BSS3に含まれる)を例示的に示す。
図1においてBSSを示す楕円は、該当BSSに含まれたSTAが通信を維持するカバレッジ領域を示すものと理解されることができる。この領域を基本サービス領域(BSA:Basic Service Area)と称することができる。STAがBSAの外に移動するようになると、該当BSA内の他のSTAと直接的に通信できなくなる。
IEEE 802.11システムにおいて最も基本的なタイプのBSSは、独立的なBSS(IBSS:Independent BSS)である。例えば、IBSSは、2個のSTAだけから構成された最小の形態を有することができる。また、最も単純な形態で他の構成要素が省略されている図1のBSS3がIBSSの代表的な例示に該当できる。このような構成は、STAが直接通信できる場合に可能である。また、このような形態のLANは、予め計画されて構成されることではなく、LANが必要な場合に構成されることができ、これをアドホック(ad-hoc)ネットワークと称することもできる。
STAのオンまたはオフ、STAがBSS領域に入る、行く等により、BSSでのSTAのメンバーシップが動的に変更されることができる。BSSのメンバーになるためには、STAは、同期化過程を利用してBSSにジョインできる。BSS基盤構造のすべてのサービスにアクセスするためには、STAは、BSSに連係(associated)されなければならない。このような連係(association)は、動的に設定されることができ、分配システムサービス(DSS:Distribution System Service)の利用を含むことができる。
802.11システムにおいて直接的なSTA-対-STAの距離は、物理階層(PHY:physical)性能によって制限されることができる。ある場合には、このような距離の限界が充分でありうるが、場合によっては、より遠くの距離のSTA間の通信が必要でありうるときもある。拡張されたカバレッジを支援するために、分配システム(DS:Distribution System)が構成されることができる。
DSは、BSSが相互接続する構造を意味する。具体的に、図1のように、BSSが独立的に存在する代わりに、複数のBSSから構成されたネットワークの拡張された形態の構成要素としてBSSが存在することもできる。
DSは、論理的な概念であり、分配システム媒体(DSM:Distribution System Medium)の特性によって特定されることができる。これと関連して、IEEE 802.11標準では、無線媒体(WM:Wireless Medium)と分配システム媒体(DSM:Distribution System Medium)を論理的に区分している。各々の論理的媒体は、相異なる目的のために使用され、相異なる構成要素によって使用される。IEEE 802.11標準の定義では、このような媒体を同じことに制限することもせず相異なることに制限することもしない。このように複数の媒体が論理的に相異なるという点で、IEEE 802.11システムの構造(DS構造または他のネットワーク構造)の柔軟性が説明されることができる。すなわち、IEEE 802.11システム構造は、多様に具現化されることができ、各々の具現例の物理的な特性によって独立的に該当システム構造が特定されることができる。
DSは、複数のBSSの途切れない(seamless)統合を提供し、目的地へのアドレスを扱うのに必要な論理的サービスを提供することによって、移動装置を支援できる。
APは、関連したSTAに対してWMを介してDSへのアクセスを可能にし、STA機能性を有する個体を意味する。APを介してBSS及びDS間のデータ移動が行われることができる。例えば、図1に示すSTA2及びSTA3は、STAの機能性を有し、かつ関連したSTA(STA1及びSTA4)がDSにアクセスするようにする機能を提供する。また、すべてのAPは、基本的にSTAに該当するので、すべてのAPは、アドレス可能な個体である。WM上での通信のために、APによって使用されるアドレスとDSM上での通信のために、APによって使用されるアドレスは、必ず同一である必要はない。
APに関連したSTAのうちの一つからそのAPのSTAアドレスに送信されるデータは、常に非制御ポート(uncontrolled port)で受信され、IEEE 802.1Xポートアクセス個体によって処理されることができる。また、制御ポート(controlled port)が認証されると、送信データ(またはフレーム)は、DSに伝達されることができる。
任意の(arbitrary)大きさ及び複雑度を有する無線ネットワークがDS及びBSSから構成されることができる。IEEE 802.11システムでは、このような方式のネットワークを拡張されたサービスセット(ESS:Extended Service Set)ネットワークと称する。ESSは、一つのDSに接続したBSSの集合に該当できる。しかしながら、ESSは、DSを含まない。ESSネットワークは、論理リンク制御(LLC:Logical Link Control)階層でIBSSネットワークに見える点が特徴である。ESSに含まれるSTAは、互いに通信でき、移動STAは、LLCにトランスペアレント(transparent)に一つのBSSから他のBSSに(同じESS内で)移動できる。
IEEE 802.11システムでは、図1でのBSSの相対的な物理的位置に対してなんにも仮定しなく、次のような形態が全部可能である。
具体的に、BSSは、部分的に重なることができ、これは、連続的なカバレッジを提供するために一般に利用される形態である。また、BSSは、物理的に接続されていなくても良く、論理的には、BSS間の距離に制限はない。また、BSSは、物理的に同じ位置に位置でき、これは、リダンダンシー(redundancy)を提供するために利用されることができる。また、一つ(または一つ以上の)IBSSまたはESSネットワークが一つまたはそれ以上のESSネットワークとして同じ空間に物理的に存在できる。これは、ESSネットワークが存在する位置にad-hocネットワークが動作する場合、相異なる機関(organizations)によって物理的に重なるIEEE 802.11ネットワークが構成される場合、または同じ位置で2つ以上の相異なったアクセス及びセキュリティー政策が必要な場合などでのESSネットワーク形態に該当できる。
WLANシステムにおけるSTAは、IEEE 802.11の媒体接続制御(MAC:Medium Access Control)/PHY規定に従って動作する装置である。STAの機能がAPと個別的に区分されない限り、STAは、AP STAと非-AP STA(non-AP STA)を含むことができる。ただし、STAとAPとの間に通信が行われるとするとき、STAは、non-AP STAと理解されることができる。図1の例示において、STA1、STA4、STA5及びSTA6は、non-AP STAに該当し、STA2及びSTA3は、AP STAに該当する。
Non-AP STAは、ラップトップパソコン、移動電話機のように、一般にユーザが直接扱う装置に該当する。以下の説明において、non-AP STAは、無線装置(wireless device)、端末(terminal)、ユーザ装置(UE:User Equipment)、移動局(MS:Mobile Station)、移動端末(Mobile Terminal)、無線端末(wireless terminal)、無線送受信ユニット(WTRU:Wireless Transmit/Receive Unit)、ネットワークインタフェース装置(network interface device)、MTC(Machine-Type Communication)装置、M2M(Machine-to-Machine)装置などと呼ぶことができる。
また、APは、他の無線通信分野での基地局(BS:Base Station)、ノード-B(Node-B)、発展したノード-B(eNB:evolved Node-B)、基底送受信システム(BTS:Base Transceiver System)、フェムト基地局(Femto BS)などに対応する概念である。
以下、本明細書においてダウンリンク(DL:downlink)は、APからnon-AP STAへの通信を意味し、アップリンク(UL:uplink)は、non-AP STAからAPへの通信を意味する。ダウンリンクにおける送信機は、APの一部で、受信機は、non-AP STAの一部でありうる。アップリンクにおける送信機は、non-AP STAの一部で、受信機は、APの一部でありうる。
図2は、本発明が適用されることができるIEEE 802.11システムの階層アーキテクチャー(layer architecture)の構造を例示する図である。
図2を参照すると、IEEE 802.11システムの階層アーキテクチャーは、MAC副階層(MAC sublayer)とPHY副階層(PHY sublayer)を含むことができる。
PHY sublayerは、PLCP(Physical Layer Convergence Procedure)個体(entity)とPMD(Physical Medium Dependent)個体とに区分されることもできる。この場合、PLCP個体は、MAC sublayerとデータフレームとを接続する機能を果たし、PMD個体は、2個またはそれ以上のSTAとデータとを無線で送受信する機能を果たす。
MAC sublayerとPHY sublayerとも、管理個体(Management Entity)を含むことができ、それぞれMACサブ階層管理個体(MLME:MAC sublayer Management Entity)とPHYサブ階層管理個体(PLME:Physical Sublayer Management Entity)と呼ぶことができる。これらの管理個体は、階層管理関数の動作を介して階層管理サービスインタフェースを提供する。MLMEは、PLMEに接続されてMAC sublayerの管理動作(management operation)を行うことができ、同様に、PLMEもMLMEに接続されてPHY sublayerの管理動作(management operation)を行うことができる。
正確なMAC動作を提供するために、SME(Station Management Entity)が各STA内に存在できる。SMEは、各階層と独立的な管理個体であって、MLMEとPLMEから階層基盤状態情報を収集するか、または各階層の特定パラメータの値を設定する。SMEは、一般システム管理個体の代わりに、このような機能を行うことができ、標準管理プロトコルを具現できる。
MLME、PLME及びSMEは、プリミティブ(primitive)を基盤とする多様な方法で相互作用(interact)できる。具体的に、XX-GET.requestプリミティブは、管理情報ベース属性(MIB attribute:Management Information Base attribute)の値を要請するために使用され、XX-GET.confirmプリミティブは、状態が「SUCCESS」であると、該当MIB属性値をリターン(return)し、その他の場合には、状態フィールドにエラー表示をしてリターンする。XX-SET.requestプリミティブは、指定されたMIB属性を与えた値に設定するように要請するために使用される。MIB属性が特定動作を意味している場合、この要請は、その特定動作の実行を要請する。そして、XX-SET.confirmプリミティブは、状態が「SUCCESS」であると、これは指定されたMIB属性が要請された値に設定されたことを意味する。その他の場合には、状態フィールドは、エラー状況を表す。このMIB属性が特定動作を意味する場合、このプリミティブは、該当動作が行われたことを確認してくれることができる。
各sublayerでの動作を簡略に説明すると、以下のとおりである。
MAC sublayerは、上位階層(例えば、LLC階層)から伝達されたMACサービスデータユニット(MSDU:MAC Service Data Unit)またはMSDUのフラグメント(fragment)にMACヘッダ(header)とフレームチェックシーケンス(FCS:Frame Check Sequence)を付着して、一つ以上のMACプロトコルデータユニット(MPDU:MAC Protocol Data Unit)を生成する。生成されたMPDUは、PHY sublayerに伝達される。
A-MSDU(aggregated MSDU)技法(scheme)が用いられる場合、複数のMSDUは、単一のA-MSDU(aggregated MSDU)に併合されることができる。MSDU併合動作は、MAC上位階層で行われることができる。A-MSDUは、単一のMPDU(フラグメント化(fragment)されない場合)でPHY sublayerに伝達される。
PHY sublayerは、MAC sublayerから伝達された物理サービスデータユニット(PSDU:Physical Service Data Unit)に物理階層送受信機により必要な情報を含む付加フィールドを付け加えて、物理プロトコルデータユニット(PPDU:Physical Protocol Data Unit)を生成する。PPDUは、無線媒体を介して送信される。
PSDUは、PHY sublayerがMAC sublayerから受信したものであり、MPDUは、MAC sublayerがPHY sublayerに送信したものであるから、PSDUは、実質的にMPDUと同一である。
A-MPDU(aggregated MPDU)技法(scheme)が用いられる場合、複数のMPDU(このとき、各MPDUは、A-MSDUを運ぶことができる。)は、単一のA-MPDUに併合されることができる。MPDU併合動作は、MAC下位階層で行われることができる。A-MPDUは、多様なタイプのMPDU(例えば、QoSデータ、ACK(Acknowledge)、ブロックACK(Block Ack)等)が併合されることができる。PHY sublayerは、MAC sublayerから単一のPSDUとしてA-MPDUを受信する。すなわち、PSDUは、複数のMPDUから構成される。したがって、A-MPDUは、単一のPPDU内で無線媒体を介して送信される。
PPDU(Physical Protocol Data Unit)フォーマット
PPDU(Physical Protocol Data Unit)は、物理階層から発生されるデータブロックを意味する。以下、本発明が適用されうるIEEE 802.11 WLANシステムに基づいてPPDUフォーマットを説明する。
図3は、本発明が適用されうる無線通信システムのnon-HTフォーマットPPDU及びHTフォーマットPPDUを例示する。
図3の(a)は、IEEE 802.11a/gシステムを支援するためのnon-HTフォーマットPPDUを例示する。non-HT PPDUは、レガシー(legacy)PPDUとも呼ばれることができる。
図3の(a)を参照すると、non-HTフォーマットPPDUは、L-STF(Legacy(またはNon-HT)Short Training field)、L-LTF(Legacy(またはNon-HT)Long Training field)及びL-SIG(Legacy(またはNon-HT)SIGNAL)フィールドから構成されるレガシーフォーマットプリアンブルとデータフィールドとを含む。
L-STFは、短いトレーニングOFDM(short training orthogonal frequency division multiplexing symbol)シンボルを含むことができる。L-STFは、フレームタイミング獲得(frame timing acquisition)、自動利得制御(AGC:Automatic Gain Control)、ダイバーシチ検出(diversity detection)、概略的な周波数/時間同期化(coarse frequency/time synchronization)のために使用されることができる。
L-LTFは、長いトレーニングOFDMシンボル(long training orthogonal frequency division multiplexing symbol)を含むことができる。L-LTFは、精密な周波数/時間同期化(fine frequency/time synchronization)及びチャネル推定(channel estimation)のために使用されることができる。
L-SIGフィールドは、データフィールドの復調及びデコードのための制御情報を送信するために使用されることができる。L-SIGフィールドは、データ率(data rate)、データ長(data length)に対する情報を含むことができる。
図3の(b)は、IEEE 802.11nシステム及びIEEE 802.11a/gシステムを全部支援するためのHT混合フォーマットPPDU(HT-mixed format PPDU)を例示する。
図3の(b)を参照すると、HT混合フォーマットPPDUは、L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドから構成されるレガシーフォーマットプリアンブルとHT-SIG(HT-Signal)フィールド、HT-STF(HT Short Training field)、HT-LTF(HT Long Training field)から構成されるHTフォーマットプリアンブル及びデータフィールドを含んで構成される。
L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドは、下位互換性(backward compatibility)のためのレガシーフィールドを意味するので、L-STFからL-SIGフィールドまでnon-HTフォーマットと同一である。L-STAは、HT混合PPDUを受信してもL-LTF、L-LTF及びL-SIGフィールドを介してデータフィールドを解析できる。ただし、L-LTFは、HT-STAがHT混合PPDUを受信しL-SIGフィールド及びHT-SIGフィールドを復調するために行うチャネル推定のための情報をさらに含むことができる。
HT-STAは、レガシーフィールドの後にくるHT-SIGフィールド利用して、HT-混合フォーマットPPDUであることが分かり、これに基づいてデータフィールドをデコードできる。
HT-LTFフィールドは、データフィールドの復調のためのチャネル推定に使用されることができる。IEEE 802.11nは、SU-MIMO(Single-User Multi-Input and Multi-Output)を支援するので、複数の空間ストリームに送信されるデータフィールドの各々に対して、チャネル推定のためにHT-LTFフィールドは、複数から構成されることができる。
HT-LTFフィールドは、空間ストリームに対するチャネル推定のために使用されるデータHT-LTF(data HT-LTF)とフルチャネルサウンディング(full channel sounding)のために追加的に使用される拡張HT-LTF(extension HT-LTF)から構成されることができる。したがって、複数のHT-LTFは、送信される空間ストリームの数より同じであるか、または多くありうる。
HT-混合フォーマットPPDUは、L-STAも受信してデータを獲得できるようにするために、L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドが最も速く送信される。以後、HT-STAのために送信されるデータの復調及びデコードのためにHT-SIGフィールドが送信される。
HT-SIGフィールドまでは、ビーム形成を行わないで送信して、L-STA及びHT-STAが該当PPDUを受信してデータを獲得できるようにし、以後に送信されるHT-STF、HT-LTF及びデータフィールドは、プリコーディングを介した無線信号送信が行われる。ここで、プリコーディングをして受信するSTAでプリコーディングにより電力が可変される部分を勘案できるように、HT-STFフィールドを送信し、その以後に複数のHT-LTF及びデータフィールドを送信する。
図3の(c)は、IEEE 802.11nシステムのみを支援するためのHT-GFフォーマットPPDU(HT-greenfield format PPDU)を例示する。
図3の(c)を参照すると、HT-GFフォーマットPPDUは、HT-GF-STF、HT-LTF1、HT-SIGフィールド、複数のHT-LTF2及びデータフィールドを含む。
HT-GF-STFは、フレームタイミング獲得及びAGCのために使用される。
HT-LTF1は、チャネル推定のために使用される。
HT-SIGフィールドは、データフィールドの復調及びデコードのために使用される。
HT-LTF2は、データフィールドの復調のためのチャネル推定に使用される。同様に、HT-STAは、SU-MIMOを使用するので、複数の空間ストリームに送信されるデータフィールドの各々に対してチャネル推定を要するので、HT-LTF2は、複数から構成されることができる。
複数のHT-LTF2は、HT混合PPDUのHT-LTFフィールドと同様に、複数のData HT-LTFと複数の拡張HT-LTFから構成されることができる。
図3の(a)ないし(c)におけるデータフィールドは、ペイロード(payload)として、サービスフィールド(SERVICE field)、スクランブルされたPSDU(scrambled PSDU)フィールド、テールビット(Tail bits)、パディングビット(padding bits)を含むことができる。データフィールドのすべてのビットは、スクランブルされる。
図3の(d)は、データフィールドに含まれるサービスフィールドを示す。サービスフィールドは、16ビットを有する。各ビットは、0番から15番まで付与され、0番ビットから順次に送信される。0番から6番ビットは、0に設定され、受信端内のデスクランブラー(descrambler)を同期化するために使用される。
IEEE 802.11ac WLANシステムは、無線チャネルを效率的に利用するために、複数のSTAが同時にチャネルにアクセスするダウンリンクMU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output)方式の送信を支援する。MU-MIMO送信方式によれば、APがMIMOペアリング(pairing)された一つ以上のSTAに同時にパケットを送信できる。
DL MU送信(downlink multi-user transmission)は、一つ以上のアンテナを介してAPが同じ時間資源を介してPPDUを複数のnon-AP STAに送信する技術を意味する。
以下、MU PPDUは、MU-MIMO技術またはOFDMA技術を利用して一つ以上のSTAのための一つ以上のPSDUを伝達するPPDUを意味する。そして、SU PPDUは、一つのPSDUのみを伝達できるか、またはPSDUが存在しないフォーマットを有したPPDUを意味する。
MU-MIMO送信のために、802.11n制御情報の大きさに比べてSTAに送信される制御情報の大きさが相対的に大きくありうる。MU-MIMO支援のために追加的に要求される制御情報の一例として、各STAにより受信される空間的ストリーム(spatial stream)の数を指示する情報、各STAに送信されるデータの変調及びコーディング関連情報などがこれに該当することができる。
したがって、複数のSTAに同時にデータサービスを提供するためにMU-MIMO送信が行われるとき、送信される制御情報の大きさは、受信するSTAの数に応じて増加されることができる。
このように増加される制御情報の大きさを效率的に送信するために、MU-MIMO送信のために要求される複数の制御情報は、すべてのSTAに共通的に要求される共通制御情報(common control information)と特定STAに個別的に要求される専用制御情報(dedicated control information)の2とおりのタイプの情報に区分して送信されることができる。
図4は、本発明が適用されることができる無線通信システムのVHTフォーマットPPDUフォーマットを例示する。
図4は、IEEE 802.11acシステムを支援するためのVHTフォーマットPPDU(VHT format PPDU)を例示する。
図4を参照すると、VHTフォーマットPPDUは、L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドを含むレガシーフォーマットプリアンブルとVHT-SIG-A(VHT-Signal-A)フィールド、VHT-STF(VHT Short Training Field)、VHT-LTF(VHT Long Training Field)、VHT-SIG-B(VHT-Signal-B)フィールドから構成されるVHTフォーマットプリアンブル及びデータフィールドを含む。
L-STF、L-LTF及びL-SIGは、下位互換性(backward compatibility)のためのレガシーフィールドを表すので、L-STFからL-SIGフィールドまでnon-HTフォーマットと同一である。ただし、L-LTFは、L-SIGフィールド及びVHT-SIG-Aフィールドを復調するために行うチャネル推定のための情報をさらに含むことができる。
L-STF、L-LTF、L-SIGフィールド及びVHT-SIG-Aフィールドは、20MHzチャネル単位に繰り返されて送信されることができる。例えば、PPDUが4個の20MHzチャネル(すなわち、80MHz帯域幅)を介して送信されるとき、L-STF、L-LTF、L-SIGフィールド及びVHT-SIG-Aフィールドは、毎20MHzチャネルで繰り返されて送信されることができる。
VHT-STAは、レガシーフィールドの後にくるVHT-SIG-Aフィールドを使用して、VHTフォーマットPPDUであることが分かり、これに基づいてデータフィールドをデコードできる。
VHTフォーマットPPDUは、L-STAも受信してデータを獲得できるようにするために、L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドが最も速く送信される。以後、VHT-STAのために送信されるデータの復調及びデコードのために、VHT-SIG-Aフィールドが送信される。
VHT-SIG-Aフィールドは、APとMIMOペアリングされた(paired)VHT STAに共通する制御情報送信のためのフィールドであって、これは、受信されたVHTフォーマットPPDUを解析するための制御情報を含んでいる。
VHT-SIG-Aフィールドは、VHT-SIG-A1フィールドとVHT-SIG-A2フィールドを含むことができる。
VHT-SIG-A1フィールドは、使用するチャネル帯域幅(BW:bandwidth)情報、時空間ブロックコーディング(STBC:Space Time Block Coding)の適用有無、MU-MIMOでグループ化されたSTAのグループを指示するためのグループ識別情報(Group ID:Group Identifier)、使用されるストリームの数(NSTS:Number of space-time stream)/部分AID(Partial AID(association Identifier))に対する情報及び送信パワーセーブ禁止(Transmit power save forbidden)情報を含むことができる。ここで、Group IDは、MU-MIMO送信を支援するために送信対象STAグループに対して割り当てられる識別子を意味し、現在使用されたMIMO送信方法がMU-MIMOであるか、またはSU-MIMOであるかを表すことができる。
VHT-SIG-A2フィールドは、短い保護区間(GI:Guard Interval)の使用有無に対する情報、フォワードエラー訂正(FEC:Forward Error Correction)情報、単一ユーザに対するMCS(Modulation and Coding Scheme)に関する情報、複数ユーザに対するチャネルコーディングの種類に関する情報、ビーム形成関連情報、CRC(Cyclic Redundancy Checking)のための冗長ビット(redundancy bits)と畳み込みデコーダ(convolutional decoder)のテールビット(tail bit)などを含むことができる。
VHT-STFは、MIMO送信においてAGC推定の性能を改善するために使用される。
VHT-LTFは、VHT-STAがMIMOチャネルを推定するのに使用される。VHT WLANシステムは、MU-MIMOを支援するから、VHT-LTFは、PPDUが送信される空間ストリームの数だけ設定されることができる。追加的に、フルチャネルサウンディング(full channel sounding)が支援される場合、VHT-LTFの数は、より多くなることができる。
VHT-SIG-Bフィールドは、MU-MIMOペアリングされた複数のVHT-STAがPPDUを受信してデータを獲得するのに必要な専用制御情報を含む。したがって、VHT-SIG-Aフィールドに含まれた共用制御情報が現在受信されたPPDUがMU-MIMO送信を指示した場合においてのみ、VHT-STAは、VHT-SIG-Bをデコードするよう設計されることができる。これに対し、共用制御情報が現在受信されたPPDUが単一VHT-STAのためのもの(SU-MIMOを含む)であることを指示した場合、STAは、VHT-SIG-Bフィールドをデコードしないように設計されることができる。
VHT-SIG-Bフィールドは、各VHT-STAの変調、エンコーディング及びレートマッチング(rate-matching)に対する情報を含むことができる。VHT-SIG-Bフィールドの大きさは、MIMO送信の類型(MU-MIMOまたはSU-MIMO)及びPPDU送信のために使用するチャネル帯域幅に応じて異なりうる。
MU-MIMOを支援するシステムにおいて同じ大きさのPPDUをAPにペアリングされたSTAに送信するために、PPDUを構成するデータフィールドのビット大きさを指示する情報及び/または特定フィールドを構成するビットストリーム大きさを指示する情報がVHT-SIG-Aフィールドに含まれることができる。
ただし、効果的にPPDUフォーマットを使用するために、L-SIGフィールドが使用されることもできる。同じ大きさのPPDUがすべてのSTAに送信されるために、L-SIGフィールド内に含まれて送信される長さフィールド(length field)及びレートフィールド(rate field)が必要な情報を提供するために使用されることができる。この場合、MPDU(MAC Protocol Data Unit)及び/またはA-MPDU(Aggregate MAC Protocol Data Unit)がMAC階層のバイト(またはオクテット(oct:octet))に基づいて設定されるので、物理階層で追加的なパディング(padding)が要求されることができる。
図4においてデータフィールドは、ペイロード(payload)として、サービスフィールド(SERVICE field)、スクランブルされたPSDU(scrambled PSDU)、テールビット(tail bits)、パディングビット(padding bits)を含むことができる。
上述のように、様々なPPDUのフォーマットが混合して使用されるから、STAは、受信したPPDUのフォーマットを区分できなければならない。
ここで、PPDUを区分するという意味(またはPPDUフォーマットを区分するという意味)は、多様な意味を有することができる。例えば、PPDUを区分するという意味は、受信したPPDUがSTAによりデコード(または解析)が可能なPPDUであるかどうかに対して判断するという意味を含むことができる。また、PPDUを区分するという意味は、受信したPPDUがSTAにより支援可能なPPDUであるかどうかに対して判断するという意味でありうる。また、PPDUを区分するという意味は、受信したPPDUを介して送信された情報がいかなる情報であるかを区分するという意味としても解析できる。
これについて、以下の図面を参照してさらに詳細に説明する。
図5は、本発明が適用されることができる無線通信システムのPPDUのフォーマットを区分するための星状点(constellation)を例示する図である。
図5の(a)は、non-HTフォーマットPPDUに含まれるL-SIGフィールドの星状点(constellation)を例示し、図5の(b)は、HT混合フォーマットPPDU検出のための位相回転(phase rotation)を例示し、図5の(c)は、VHTフォーマットPPDU検出のための位相回転(phase rotation)を例示する。
STAがnon-HTフォーマットPPDU、HT-GFフォーマットPPDU、HT混合フォーマットPPDU及びVHTフォーマットPPDUを区分(classification)するために、L-SIGフィールド及びL-SIGフィールド以後に送信されるOFDMシンボルの星状(constellation)の位相(phase)が使用される。すなわち、STAは、受信したPPDUのL-SIGフィールド及び/またはL-SIGフィールド以後に送信されるOFDMシンボルの星状の位相に基づいてPPDUフォーマットを区分できる。
図5の(a)を参照すると、L-SIGフィールドを構成するOFDMシンボルは、BPSK(Binary Phase Shift Keying)が利用される。
まず、HT-GFフォーマットPPDUを区分するために、STAは、受信したPPDUで最初のSIGフィールドが感知されると、L-SIGフィールド認知であるかどうかを判断する。すなわち、STAは、図5の(a)の例示のような星状を基盤としてデコードを試みる。STAがデコードに失敗すると、該当PPDUがHT-GFフォーマットPPDUであると判断できる。
次に、non-HTフォーマットPPDU、HT混合フォーマットPPDU及びVHTフォーマットPPDUを区分(classification)するために、L-SIGフィールド以後に送信されるOFDMシンボルの星状の位相が使用されることができる。すなわち、L-SIGフィールド以後に送信されるOFDMシンボルの変調方法が互いに異なることができ、STAは、受信したPPDUのL-SIGフィールド以後のフィールドに対する変調方法に基づいてPPDUフォーマットを区分できる。
図5の(b)を参照すると、HT混合フォーマットPPDUを仕分けするために、HT混合フォーマットPPDUでL-SIGフィールド以後に送信される2個のOFDMシンボルの位相が使用されることができる。
さらに具体的に、HT混合フォーマットPPDUでL-SIGフィールド以後に送信されるHT-SIGフィールドに対応するOFDMシンボル#1及びOFDMシンボル#2の位相は、全部半時計方向に90度だけ回転される。すなわち、OFDMシンボル#1及びOFDMシンボル#2に対した変調方法は、QBPSK(Quadrature Binary Phase Shift Keying)が利用される。QBPSK星状は、BPSK星状に基づいて半時計方向に90度だけ位相が回転した星状でありうる。
STAは、受信したPPDUのL-SIGフィールドの次に送信されるHT-SIGフィールドに対応する第1OFDMシンボル及び第2OFDMシンボルを図5の(b)の例示のような星状に基づいてデコードを試みる。STAがデコードに成功すると、該当PPDUがHTフォーマットPPDUであると判断する。
次に、non-HTフォーマットPPDU及びVHTフォーマットPPDUを区分するために、L-SIGフィールド以後に送信されるOFDMシンボルの星状の位相が使用されることができる。
図5の(c)を参照すると、VHTフォーマットPPDUを区分(classification)するために、VHTフォーマットPPDUでL-SIGフィールド以後に送信される2個のOFDMシンボルの位相が使用されることができる。
さらに具体的に、VHTフォーマットPPDUでL-SIGフィールド以後のVHT-SIG-Aフィールドに対応するOFDMシンボル#1の位相は回転されないが、OFDMシンボル#2の位相は、半時計方向に90度だけ回転される。すなわち、OFDMシンボル#1に対した変調方法は、BPSKが利用され、OFDMシンボル#2に対した変調方法は、QBPSKが利用される。
STAは受信したPPDUのL-SIGフィールドの次に送信されるVHT-SIGフィールドに対応する第1OFDMシンボル及び第2OFDMシンボルを図5の(c)の例示のような星状に基づいてデコードを試みる。STAがデコードに成功すると、該当PPDUがVHTフォーマットPPDUであると判断できる。
反面、デコードに失敗すると、STAは、該当PPDUがnon-HTフォーマットPPDUであると判断できる。
MACフレームフォーマット
図6は、本発明が適用されることができるIEEE 802.11システムのMACフレームフォーマットを例示する。
図6を参照すると、MACフレーム(すなわち、MPDU)は、MACヘッダ(MAC Header)、フレーム本体(Frame Body)及びフレームチェックシーケンス(FCS:frame check sequence)から構成される。
MAC Headerは、フレーム制御(Frame Control)フィールド、持続時間/識別子(Duration/ID)フィールド、アドレス1(Address1)フィールド、アドレス2(Address2)フィールド、アドレス3(Address3)フィールド、シーケンス制御(Sequence Control)フィールド、アドレス4(Address4)フィールド、QoS制御(QoS Control)フィールド及びHT制御(HT Control)フィールドを含む領域と定義される。
Frame Controlフィールドは、該当MACフレーム特性に対する情報を含む。 Frame Controlフィールドに対するさらに詳細な説明は後述する。
Duration/IDフィールドは、該当MACフレームのタイプ及びサブタイプに応じる他の値を有するように具現化されることができる。
仮に、該当MACフレームのタイプ及びサブタイプがパワーセーブ(PS:power save)運営のためのPS-ポール(PS-Poll)フレームの場合、Duration/IDフィールドは、フレームを送信したSTAのAID(association identifier)を含むように設定されることができる。その以外の場合、Duration/IDフィールドは、該当MACフレームのタイプ及びサブタイプに応じて特定持続時間値を有するように設定されることができる。また、フレームがA-MPDU(aggregate-MPDU)フォーマットに含まれたMPDUである場合、MACヘッダに含まれたDuration/IDフィールドは、全部同じ値を有するように設定されることもできる。
Address1フィールドないしAddress4フィールドは、BSSID、ソースアドレス(SA:source address)、目的アドレス(DA:destination address)、送信STAアドレスを表す送信アドレス(TA:Transmitting Address)、受信STAアドレスを表す受信アドレス(RA:Receiving Address)を指示するために使用される。
一方、TAフィールドにより具現化されたアドレスフィールドは、帯域幅シグナリングTA(bandwidth signaling TA)値に設定されることができ、この場合、TAフィールドは、該当MACフレームがスクランブリングシーケンスに追加的な情報を含んでいることを指示できる。帯域幅シグナリングTAは、該当MACフレームを送信するSTAのMACアドレスと表現されることができるが、MACアドレスに含まれた個別/グループビット(Individual/Group bit)が特定値(例えば、「1」)に設定されることができる。
Sequence Controlフィールドは、シーケンスナンバー(sequence number)及びフラグメントナンバー(fragment number)を含むように設定される。シーケンスナンバーを該当MACフレームに割り当てられたシーケンスナンバーを指示できる。フラグメントナンバーは、該当MACフレームの各フラグメントのナンバーを指示できる。
QoS Controlフィールドは、QoSと関連した情報を含む。QoS Controlフィールドは、サブタイプ(Subtype)のサブフィールドにおいてQoSデータフレームを指示する場合に含まれることができる。
HT Controlフィールドは、HT及び/またはVHT送受信技法と関連した制御情報を含む。HT Controlフィールドは、制御ラッパー(Control Wrapper)フレームに含まれる。また、オーダー(Order)サブフィールド値が1であるQoSデータ(QoS Data)フレーム、管理(Management)フレームに存在する。
Frame Bodyは、MACペイロード(payload)と定義され、上位階層で送信しようとするデータが位置するようになり、可変的な大きさを有する。例えば、最大MPDUの大きさは、11454オクテット(octets)で、最大PPDUの大きさは、5.484msでありうる。
FCSは、MACフッター(footer)と定義され、MACフレームのエラー探索のために使用される。
最初の三つのフィールド(Frame Controlフィールド、Duration/IDフィールド及びAddress1フィールド)と最も最後のフィールド(FCSフィールド)は、最小フレームフォーマットを構成し、すべてのフレームに存在する。その他のフィールドは、特定フレームタイプにおいてのみ存在できる。
図7は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおけるMACフレーム内のフレーム制御(Frame Control)フィールドを例示する図である。
図7を参照すると、Frame Controlフィールドは、プロトコルバージョン(Protocol Version)サブフィールド、タイプ(Type)サブフィールド、サブタイプ(Subtype)サブフィールド、To DSサブフィールド、From DSサブフィールド、追加フラグメント(More Fragments)サブフィールド、再試図(Retry)サブフィールド、パワー管理(Power Management)サブフィールド、追加データ(More Data)サブフィールド、保護されたフレーム(Protected Frame)サブフィールド及びオーダー(Order)サブフィールドから構成される。
Protocol Versionサブフィールドは、該当MACフレームに適用されたWLANプロトコルのバージョンを指示できる。
Typeサブフィールド及びSubtypeサブフィールドは、該当MACフレームの機能を識別する情報を指示するように設定されることができる。
MACフレームのタイプは、管理フレーム(Management Frame)、制御フレーム(Control Frame)、データフレーム(Data Frame)の三通りのフレームタイプを含むことができる。
そして、各フレームタイプは、またサブタイプに区分されることができる。
例えば、制御フレーム(Controlframes)は、RTS(request to send)フレーム、CTS(clear-to-send)フレーム、ACK(Acknowledgment)フレーム、PS-Pollフレーム、CF(contention free)-Endフレーム、CF-End+CF-ACKフレーム、ブロックACK要請(BAR:Block Acknowledgment request)フレーム、ブロックACK(BA:Block Acknowledgment)フレーム、制御ラッパー(Control Wrapper(Control+HT Control))フレーム、VHTナルデータパケット公知(NDPA:Null Data Packet Announcement)、ビーム形成報告ポール(Beamforming Report Poll)フレームを含むことができる。
管理フレーム(Management frames)は、ビーコン(Beacon)フレーム、ATIM(Announcement Traffic Indication Message)フレーム、連係解除(Disassociation)フレーム、連係要請/応答(Association Request/Response)フレーム、再連係要請/応答(Reassociation Request/Response)フレーム、プローブ要請/応答(Probe Request/Response)フレーム、認証(Authentication)フレーム、認証解除(Deauthentication)フレーム、動作(Action)フレーム、動作無応答(Action No ACK)フレーム、タイミング広告(Timing Advertisement)フレームを含むことができる。
To DSサブフィールド及びFrom DSサブフィールドは、該当MACフレームヘッダに含まれたAddress 1フィールドないしAddress 4フィールドを解釈するために必要な情報を含むことができる。Controlフレームの場合、To DSサブフィールド及びFrom DSサブフィールドは、全部「0」に設定される。Managementフレームの場合、To DSサブフィールド及びFrom DSサブフィールドは、該当フレームがQoS管理フレーム(QMF:QoS Management frame)であると、順に「1」、「0」に設定され、該当フレームがQMFではないと、順に全部「0」、「0」に設定されることができる。
More Fragmentsサブフィールドは、該当MACフレームに続いて送信されるフラグメント(fragment)が存在しているかどうかを指示できる。現在MSDUまたはMMPDUのさらに他のフラグメントが存在する場合、「1」に設定され、そうでない場合、「0」に設定されることができる。
Retryサブフィールドは、該当MACフレームが以前MACフレームの再送信によるものであるかどうかを指示できる。以前MACフレームの再送信である場合、「1」に設定され、そうでない場合、「0」に設定されることができる。
Power Managementサブフィールドは、STAのパワー管理モードを指示できる。Power Managementサブフィールド値が「1」であると、STAがパワーセーブモードに転換するのを指示できる。
More Dataサブフィールドは、追加的に送信されるMACフレームが存在しているかどうかを指示できる。追加的に送信されるMACフレームが存在する場合、「1」に設定され、そうでない場合、「0」に設定されることができる。
Protected Frameサブフィールドは、フレームボディー(Frame Body)フィールドが暗号化されたかどうかを指示できる。Frame Bodyフィールドが暗号化されたエンカプセレーションアルゴリズム(cryptographic encapsulation algorithm)により処理された情報を含む場合、「1」に設定され、そうでない場合、「0」に設定されることができる。
上述の各フィールドに含まれる情報は、IEEE 802.11システムの定義に従うことができる。また、上述の各フィールドは、MACフレームに含まれることができるフィールドの例示に該当し、これに限定されない。すなわち、上述の各フィールドが他のフィールドに代替されるか、または追加的なフィールドがさらに含まれることができ、すべてのフィールドが必須的に含まれなくても良い。
図8は、図6によるMACフレームにおけるHT ControlフィールドのHTフォーマットを例示する。
図8を参照すると、HT Controlフィールドは、VHTサブフィールド、HT制御ミドル(HT Control Middle)サブフィールド、AC制限(AC Constraint)サブフィールド及び逆方向承認(RDG:Reverse Direction Grant)/追加PPDU(More PPDU)サブフィールドから構成されることができる。
VHTサブフィールドは、HT ControlフィールドがVHTのためのHT Controlフィールドのフォーマットを有するかどうか(VHT=1)またはHTのためのHT Controlフィールドのフォーマットを有するかどうか(VHT=0)を指示する。図8では、VHTのためのHT Controlフィールド(すなわち、VHT=0)を仮定して説明する。
HT Control Middleサブフィールドは、VHTサブフィールドの指示に従って他のフォーマットを有するように具現されることができる。HT Control Middleサブフィールドについてのさらに詳細な説明は後述する。
AC Constraintサブフィールドは、逆方向(RD:reverse direction)データフレームのマップされたAC(Access Category)が単一ACに限定されたことであるかどうかを指示する。
RDG/More PPDUサブフィールドは、該当フィールドがRDイニシエーター(initiator)またはRD応答者(responder)によって送信されるかどうかによって異なるように解析されることができる。
RDイニシエーターによって送信された場合、RDGが存在する場合、RDG/More PPDUフィールドが「1」に設定され、RDGが存在しない場合、「0」に設定される。RD応答者によって送信された場合、該当サブフィールドを含むPPDUがRD応答者により送信された最後のフレームであると、「1」に設定され、さらに他のPPDUが送信されると、「0」に設定される。
HTのためのHT ControlフィールドのHT Control Middleサブフィールドは、リンク適応(Link Adaptation)サブフィールド、キャリブレーションポジション(Calibration Position)サブフィールド、キャリブレーションシーケンス(Calibration Sequence)サブフィールド、予備(Reserved)サブフィールド、チャネル状態情報/調整(CSI/Steering:Channel State Information/Steering)サブフィールド、HT NDP公知(HT NDP Announcement:HT Null Data Packet Announcement)サブフィールド、予備(Reserved)サブフィールドを含むことができる。
Link Adaptationサブフィールドは、トレーニング要請(TRQ:Training request)サブフィールド、MCS要請またはアンテナ選択指示(MAI:MCS(Modulation and Coding Scheme)Request or ASEL(Antenna Selection)Indication)サブフィールド、MCSフィードバックシーケンス指示(MFSI:MCS Feedback Sequence Identifier)サブフィールド、MCSフィードバック及びアンテナ選択命令/データ(MFB/ASELC:MCS Feedback and Antenna Selection Command/data)サブフィールドを含むことができる。
TRQサブフィールドは、応答者(responder)にサウンディングPPDU(sounding PPDU)送信を要請する場合に1に設定され、応答者にサウンディングPPDU送信を要請しない場合に0に設定される。
MAIサブフィールドが14に設定されると、アンテナ選択指示(ASEL indication)を表し、MFB/ASELCサブフィールドは、アンテナ選択命令/データとして解釈される。そうでない場合、MAIサブフィールドはMCS要請を表し、MFB/ASELCサブフィールドは、MCSフィードバックとして解釈される。
MAIサブフィールドがMCS要請(MRQ:MCS Request)を表す場合、MAIサブフィールドは、MRQ(MCS request)及びMSI(MRQ sequence identifier)から構成されると解釈される。MRQサブフィールドは、MCSフィードバックが要請されると、「1」に設定され、MCSフィードバックが要請されないと、「0」に設定される。MRQサブフィールドが「1」であるとき、MSIサブフィールドは、MCSフィードバック要請を特定するためのシーケンス番号を含む。MRQサブフィールドが「0」であるとき、MSIサブフィールドは、予備(reserved)ビットに設定される。
上述の各サブフィールドは、HT制御フィールドに含まれることができるサブフィールドの例示に該当し、他のサブフィールドに代替されるか、または追加的なサブフィールドがさらに含まれることができる。
図9は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおけるHT ControlフィールドのVHTフォーマットを例示する。
図9を参照すると、HT Controlフィールドは、VHTサブフィールド、HT制御ミドル(HT Control Middle)サブフィールド、AC制限(AC Constraint)サブフィールド及び逆方向承認(RDG:Reverse Direction Grant)/追加PPDU(More PPDU)サブフィールドから構成されることができる。
図9では、VHTのためのHT Controlフィールド(すなわち、VHT=1)を仮定して説明する。VHTのためのHT ControlフィールドをVHT Controlフィールドと呼ぶことができる。
AC Constraintサブフィールド及びRDG/More PPDUサブフィールドについての説明は、上述の図8での説明と同一なのでその説明を省略する。
上述のように、HT Control Middleサブフィールドは、VHTサブフィールドの指示に従って、他のフォーマットを有するように具現されることができる。
VHTのためのHT ControlフィールドのHT Control Middleサブフィールドは、予備ビット(Reserved bit)、MCSフィードバック要請(MRQ:MCS(Modulation and Coding Scheme)feedback request)サブフィールド、MRQシーケンス識別子(MSI:MRQ Sequence Identifier)/時空間ブロックコーディング(STBC:space-time block coding)サブフィールド、MCSフィードバックシーケンス識別子(MFSI:MCS feedback sequence identifier)/グループID最下位ビット(GID-L:LSB(Least Significant Bit)of Group ID)サブフィールド、MCSフィードバック(MFB:MCS Feedback)サブフィールド、グループID最上位ビット(GID-H:MSB(Most Significant Bit)of Group ID)サブフィールド、コーディングタイプ(Coding Type)サブフィールド、フィードバック送信タイプ(FB Tx Type:Feedback Transmission type)サブフィールド及び自発的MFB(Unsolicited MFB)サブフィールドから構成されることができる。
そして、MFBサブフィールドは、VHT空間-時間ストリーム数(NUM_STS:Number of space time streams)サブフィールド、VHT-MCSサブフィールド、帯域幅(BW:Bandwidth)サブフィールド、信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)サブフィールドを含むことができる。
NUM_STSサブフィールドは、推薦する空間ストリームの数を指示する。VHT-MCSサブフィールドは、推薦するMCSを指示する。BWサブフィールドは、推薦するMCSと関連した帯域幅情報を指示する。SNRサブフィールドは、データサブキャリヤ及び空間ストリーム上の平均SNR値を指示する。
上述の各フィールドに含まれる情報は、IEEE 802.11システムの定義に従うことができる。また、上述の各フィールドは、MACフレームに含まれることができるフィールドの例示に該当し、これに限定されない。すなわち、上述の各フィールドが他のフィールドに代替されるか、または追加的なフィールドがさらに含まれることができ、すべてのフィールドが必需的に含まれなくても良い。
リンクセットアップ手順(Link Setup Procedure)
図10は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおける一般的なリンクセットアップ(link setup)手順を説明するための図である。
STAがネットワークに対してリンクをセットアップしデータを送受信するためには、まずネットワークを発見(discovery)するためのスキャニング(Scanning)手順、認証(authentication)手順、連係(association)手順などを経なければならない。リンクセットアップ手順をセッション開始手順、セッションセットアップ手順とも呼ぶことができる。また、リンクセットアップ手順のスキャニング、認証、連係手順を通称して連係手順と呼ぶこともできる。
WLANにおいてスキャニング手順は、受動的スキャニング(passive scanning)手順と能動的スキャニング(active scanning)手順がある。
図10(a)は、受動的スキャニング(passive scanning)に応じるリンクセットアップ(link setup)手順を例示し、図10(b)は、能動的スキャニング(active scanning)に応じるリンクセットアップ(link setup)手順を例示する。
図10(a)のように、受動的スキャニング手順は、APが周期的にブロードキャストするビーコンフレーム(beacon frame)を介して行われる。ビーコンフレームは、IEEE 802.11において管理フレーム(management frame)のうちの一つであって、無線ネットワークの存在を知らせ、スキャニングを行うnon-AP STAにとって無線ネットワークを探して、無線ネットワークに参加できるように周期的に(例えば、100msec間隔)ブロードキャストされる。ビーコンフレームには、現在のネットワークに対する情報(例えば、BSSに対した情報)が載せられている。
ネットワークに対する情報を得るために、non-AP STAは、受動的にチャネルを移しながらビーコンフレームの受信を待つ。ビーコンフレームを受信したnon-AP STAは、受信したビーコンフレームに含まれたネットワークに対する情報を格納し、次のチャネルに移動して同じ方法で次のチャネルでスキャニングを行うことができる。non-AP STAがビーコンフレームを受信してネットワークに対する情報を獲得することによって、該当チャネルでのスキャニング手順が完了する。
このように、受動的スキャニング手順は、non-AP STAが他のフレームを送信する必要無しでビーコンフレームを受信しさえすれば手順が完了するので、全体的なオーバーヘッドが少ないという長所がある。ただし、ビーコンフレームの送信周期に比例して、non-AP STAのスキャニング遂行時間が増えるという短所がある。
これに対し、図10(b)のような能動的スキャニング手順は、non-AP STAが周辺にどんなAPが存在するかどうかを探索するために、能動的にチャネルを移しながらプローブ要請フレーム(probe request frame)をブロードキャストすることで、これを受信したすべてのAPからネットワーク情報を要求する。
プローブ要請フレームを受信した応答者(responder)は、フレーム衝突を防止するためにランダム(random)時間の間に待った後に、プローブ応答フレーム(probe response frame)にネットワーク情報を載せて、該当non-AP STAに送信する。プローブ応答フレームを受信したSTAは、受信したプローブ応答フレームに含まれたネットワーク関連情報を格納し、次のチャネルに移動して、同じ方法でスキャニングを行うことができる。non-AP STAがプローブ応答フレームを受信してネットワーク情報を獲得することによって、スキャニング手順が完了する。
能動的スキャニング手順は、受動的スキャニング手順に比べて相対的に速い時間の間にスキャニングを終えることができるという長所がある。しかしながら、追加的なフレームシーケンス(frame sequence)が必要であるから、全体的なネットワークオーバーヘッドは増加するようになる。
スキャニング手順を完了したnon-AP STAは、自分だけの基準によってネットワークを選択した後に該当APと認証(authentication)手順を行う。
認証手順は、non-AP STAが認証要請フレーム(authentication request frame)をAPに送信する過程とこれに応答してAPが認証応答フレーム(authentication response frame)をnon-AP STAに送信する過程、すなわち2-wayハンドシェーキング(handshaking)で行われる。
認証要請/応答に用いられる認証フレーム(authentication frame)は、管理フレームに該当する。
認証フレームは、認証アルゴリズム番号(authentication algorithm number)、認証トランザクションシーケンス番号(authentication transaction sequence number)、状態コード(status code)、チャレンジテキスト(challenge text)、RSN(Robust Security Network)、有限循環グループ(Finite Cyclic Group)などに対する情報を含むことができる。これは認証要請/応答フレームに含まれることができる情報の一部例示に該当し、他の情報に代替されるか、または追加的な情報がさらに含まれることができる。
non-AP STAは、認証要請フレームをAPに送信できる。APは、受信された認証要請フレームに含まれた情報に基づいて、該当non-AP STAに対する認証を許容するかどうかを決定できる。APは、認証処理の結果を認証応答フレームを介してnon-AP STAに提供できる。
認証手順を介してnon-AP STAとAPとは、互いにに対する認証を経た後、連係(association)を確立(eSTA Blish)する。
連係過程は、non-AP STAが連係要請フレーム(association request frame)をAPに送信する過程と、これに応答してAPが連係応答フレーム(association response frame)をnon-AP STAに送信する過程、すなわち2-wayハンドシェーキング(handshaking)で行われる。
連係要請フレームは、non-AP STAの多様な能力(capability)に関連した情報、ビーコン聴取間隔(listen interval)、SSID(service set identifier)、支援レート(supported rates)、支援チャネル(supported channels)、RSN、移動性ドメイン、支援オペレーティングクラス(supported operating classes)、TIM放送要請(Traffic Indication Map Broadcast request)、相互動作(interworking)サービス能力などに対する情報を含むことができる。
これに基づいて、APは、該当non-AP STAに対して支援が可能であるかどうかを判断する。決定後にAPは、連係応答フレームに連係要請に対する受諾有無とその理由、自身が支援可能な性能(Capability Information)に対する情報を込めて、non-AP STAに送信する。
連係応答フレームは、多様な能力に関連した情報、状態コード、AID(Association ID)、支援レート、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)パラメータセット、RCPI(Received Channel Power Indicator)、RSNI(Received Signal to Noise Indicator)、移動性ドメイン、タイムアウト間隔(連係カムバック時間(association comeback time))、重複(overlapping)BSSスキャンパラメータ、TIM放送応答、QoS(Quality of Service)マップなどの情報を含むことができる。
上述の連係要請/応答フレームに含まれることができる情報は例示に該当し、他の情報に代替されるか、または追加的な情報がさらに含まれることができる。
non-AP STAがAPと成功的に連係を確立した場合、正常的な送/受信がなされるようになる。これに対し、APと成功的に連係を確立できない場合、その理由に基づいてnon-AP STAは、また連係手順を試みるか、または他のAPに連係を試みることができる。
媒体アクセスメカニズム
IEEE 802.11における通信は、共有された無線媒体(shared wireless medium)においてなされるから、有線チャネル(wired channel)環境とは根本的に異なる特徴を有する。
有線チャネル環境では、CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detection)に基づいて通信が可能である。例えば、送信端から一回シグナルが送信されると、チャネル環境が大きな変化がないから、受信端まで大きく信号が減衰されずに送信される。このとき、二つ以上のシグナルが衝突されると、感知(detection)が可能であった。これは、受信端で感知された電力(power)が瞬間的に送信端から送信した電力より大きくなるためである。しかしながら、無線チャネル環境は、多様な要素(例えば、距離に応じてシグナルの減衰が大きいか、または瞬間的に深いフェージング(deep fading)を経ることができる)がチャネルに影響を与えるから、実際に受信端で信号が正しく送信されたか、または衝突が発生したか、送信端で正確にキャリヤセンシング(carrier sensing)をすることができない。
これにより、IEEE 802.11に応じるWLANシステムにおいて、MACの基本アクセスメカニズムとしてCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)メカニズムを導入した。CAMA/CAメカニズムは、IEEE 802.11MACの分配調整機能(DCF:Distributed Coordination Function)とも呼ばれるが、基本的に「listen before talk」アクセスメカニズムを採用している。このような類型のアクセスメカニズムによると、AP及び/またはSTAは、送信を始めるに先立ち、所定の時間区間(例えば、DIFS(DCF Inter-Frame Space))の間に無線チャネルまたは媒体(medium)をセンシング(sensing)するCCA(Clear Channel Assessment)を行う。センシング結果、万が一、媒体がアイドル状態(idle status)であると判断されると、該当媒体を介してフレーム送信を始める。これに対し、媒体が占有状態(occupied status)であると感知されると、該当AP及び/またはSTAは、自分自身の送信を開始せずに、既に様々なSTAが該当媒体を使用するために待機しているという仮定下でDIFSに追加的に媒体アクセスのための遅延時間(例えば、任意のバックオフ周期(random backoff period))の間により待った後にフレーム送信を試みることができる。
任意のバックオフ周期を適用することによって、フレームを送信するための複数のSTAが存在すると仮定するとき、複数のSTAは、確率的に異なるバックオフ周期値を有するようになって、互いに異なる時間の間に待機した後にフレーム送信を試みることが期待されるので、衝突(collision)を最小化させることができる。
また、IEEE 802.11MACプロトコルは、HCF(Hybrid Coordination Function)を提供する。HCFは、前記DCFと支点調整機能(PCF:Point Coordination Function)を基盤とする。PCFは、ポーリング(polling)基盤の同期式アクセス方式ですべての受信AP及び/またはSTAがデータフレームを受信することができるように、周期的にポーリングする方式を称する。また、HCFは、EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)とHCCA(HCF Controlled Channel Access)を有する。EDCAは、提供者が多数のユーザにデータフレームを提供するためのアクセス方式を競争基盤で行うことで、HCCAは、ポーリング(polling)メカニズムを利用した非競争基盤のチャネルアクセス方式を使用することである。また、HCFは、WLANのQoS(Quality of Service)を向上させるための媒体アクセスメカニズムを含み、競争周期(CP:Contention Period)と非競争周期(CFP:Contention Free Period)の両方でQoSデータを送信できる。
図11は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおける任意のバックオフ周期とフレーム送信手順を説明するための図である。
特定媒体が占有(occupyまたはbusy)状態からアイドル(idle)状態に変更されると、複数のSTAは、データ(またはフレーム)送信を試みることができる。このとき、衝突を最小化するための方案として、STAは、各々任意のバックオフカウント(random backoff count)を選択し、それに該当するスロット時間(slot time)分だけ待機した後に、送信を試みることができる。任意のバックオフカウントは、疑似-任意整数(pseudo-random integer)値を有し、0ないし競争ウィンドウ(CW:Contention Window)範囲で均一分布(uniform distribution)した値のうちのいずれか一つで決定されることができる。ここで、CWは、競争ウィンドウパラメータ値である。CWパラメータは、初期値としてCWminが与えられるが、送信が失敗した場合(例えば、送信されたフレームに対するACKを受信していない場合)に2倍の値を取ることができる。CWパラメータ値がCWmaxになると、データ送信が成功するまでCWmax値を維持しながらデータ送信を試みることができ、データ送信が成功する場合には、CWmin値にリセットされる。CW、CWmin及びCWmax値は、2n-1(n=0,1,2,...)に設定されることが好ましい。
任意のバックオフ過程が始まると、STAは、決定されたバックオフカウント値に応じてバックオフスロットをカウントダウンし、カウントダウンする間に媒体をモニタリングし続ける。媒体が占有状態であるとモニタリングされる場合、カウントダウンを中断し待機するようになり、媒体がアイドル状態になると、カウントダウンを再開する。
図11の例示においてSTA3のMACに送信するパケットが到達した場合に、STA3は、DIFS分だけ媒体がアイドル状態であることを確認し、直にフレームを送信できる。
一方、残りのSTAは、媒体が占有(busy)状態であることをモニタリングし待機する。その間にSTA1、STA2及びSTA5のそれぞれでも送信するデータが発生でき、それぞれのSTAは、媒体がアイドル状態であるとモニタリングされる場合、DIFSだけ待機した後に、各自が選択した任意のバックオフカウント値に応じてバックオフスロットをカウントダウンする。
図11の例示では、STA2が最も小さなバックオフカウント値を選択し、STA1が最も大きなバックオフカウント値を選択した場合を示す。すなわち、STA2がバックオフカウントを終えフレーム送信を始める時点においてSTA5の残余バックオフ時間は、STA1の残余バックオフ時間より短い場合を例示する。
STA1及びSTA5は、STA2が媒体を占有する間にカウントダウンを止め待機する。STA2の媒体占有が終了して媒体が再度アイドル状態になると、STA1及びSTA5は、DIFSだけ待機した後に、止めたバックオフカウントを再開する。すなわち、残余バックオフ時間ほどの残りのバックオフスロットをカウントダウンした後にフレーム送信を始めることができる。STA5の残余バックオフ時間がSTA1より短かったので、STA5のフレーム送信を始めるようになる。
一方、STA2が媒体を占有する間にSTA4でも送信するデータが発生できる。このとき、STA4の立場では、媒体がアイドル状態になると、DIFSだけ待機した後、自身が選択した任意のバックオフカウント値に応じるバックオフスロットのカウントダウンを行う。
図11の例示では、STA5の残余バックオフ時間がSTA4の任意のバックオフカウント値と偶然に一致する場合を示し、この場合、STA4とSTA5との間に衝突が発生できる。衝突が発生する場合には、STA4とSTA5ともがACKを受信できないから、データ送信を失敗するようになる。この場合、STA4とSTA5は、CW値を2倍に増やした後に、任意のバックオフカウント値を選択しバックオフスロットのカウントダウンを行う。
一方、STA1は、STA4とSTA5の送信により媒体が占有状態である間に待機している途中で、媒体がアイドル状態になると、DIFSだけ待機した後に、残余バックオフ時間が経過すると、フレーム送信を始めることができる。
CSMA/CAメカニズムは、AP及び/またはSTAが媒体を直接センシングする物理的キャリヤセンシング(physical carrier sensing)の他に、仮像キャリヤセンシング(virtual carrier sensing)も含む。
仮像キャリヤセンシングは、非表示ノード問題(hidden node problem)などのように媒体接近上発生できる問題を補完するためのものである。仮像キャリヤセンシングのために、WLANシステムのMACは、ネットワーク割り当てベクトル(NAV:Network Allocation Vector)を利用する。NAVは、現在媒体を使用しているか、または使用する権限があるAP及び/またはSTAが、媒体が利用可能な状態になるまで残っている時間を他のAP及び/またはSTAに指示する値である。したがって、NAVに設定された値は、該当フレームを送信するAP及び/またはSTAによって媒体の使用が予定されている期間に該当し、NAV値を受信するSTAは、該当期間の間に媒体アクセスが禁止される。NAVは、例えば、フレームのMACヘッダ(header)の持続期間(duration)フィールドの値に応じて設定されることができる。
また、衝突可能性を減少させるために強固な衝突検出(robust collisiondetect)メカニズムが導入された。これについて、図12及び図13を参照して説明する。実際のキャリヤセンシング範囲と送信範囲は同一でないときもありうるが、説明の便宜のために同じであると仮定する。
図12は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおける隠されたノード及び露出したノードに対する説明のための図である。
図12(a)は、隠されたノードに対する例示であり、STA AとSTA Bは通信中にあり、STA Cが送信する情報を有している場合である。具体的にSTA AがSTA Bに情報を送信している状況であるが、STA CがSTA Bにデータを送る前にキャリヤセンシングを行う時に媒体がアイドル状態であると判断できる。これはSTA Aの送信(すなわち、媒体占有)をSTA Cの位置ではセンシングできない場合もあるからである。このような場合に、STA BはSTA AとSTA Cの情報を同時に受けるから、衝突が発生するようになる。このとき、STA Aは、STA Cの隠されたノードといえる。
図12(b)は、露出したノード(exposed node)に対する例示であり、STA Bは、STA Aにデータを送信している状況において、STA CがSTA Dで送信する情報を有している場合である。この場合に、STA Cがキャリヤセンシングを行うと、STA Bの送信によって、媒体が占有された状態と判断できる。これにより、STA CがSTA Dに送信する情報があっても媒体占有状態であるとセンシングされるから、媒体がアイドル状態になるまで待たなければならない。しかしながら、実際には、STA AはSTA Cの送信範囲外にあるから、STA Cからの送信とSTA Bからの送信は、STA Aの立場では衝突しない場合もあるから、STA Cは、STA Bが送信を止めるまで不必要に待機することになる。このとき、STA CをSTA Bの露出したノードということができる。
図13は、本発明が適用されることができる無線通信システムにおけるRTSとCTSを説明するための図である。
上述の図12のような例示的な状況において衝突回避(collision avoidance)メカニズムを效率的に利用するために、RTS(request to send)とCTS(clear to send)などの短いシグナルリングパケット(short signaling packet)を利用できる。二つのSTA間のRTS/CTSは、周囲のSTA(ら)がオーバーヒアリング(overhearing)できるようにして、前記周囲のSTA(ら)が前記二つのSTA間の情報送信有無を考慮するようにすることができる。
RTSフレーム及びCTSフレームは、実質的なデータフレーム送信及び受信確認応答(ACK)が支援される場合、ACKフレームが送受信されるのに必要な無線媒体が接近予約された時間的な区間を指示する情報を含む。フレームを送信しようとするAP及び/またはSTAから送信されたRTSフレームを受信するか、またはフレーム送信対象STAから送信されたCTSフレームを受信した他のSTAは、RTS/CTSフレームに含まれている情報が指示する時間的な区間の間に媒体に接近しないように設定されることができる。これは、時間区間の間にNAVが設定されることにより具現されることができる。
図13(a)は、隠されたノード問題を解決する方法に対する例示であり、STA AとSTA Cが全部STA Bにデータを送信しようとする場合を仮定する。STA AがRTSをSTA Bに送信すると、STA Bは、CTSを自身の周囲にあるSTA AとSTA Cに全部送信する。その結果、STA Cは、STA AとSTA Bのデータ送信が終わるまで待つようになって、衝突を避けるようになる。
図13(b)は、露出したノード問題を解決する方法に対する例示であり、STA AとSTA B間のRTS/CTS送信をSTA Cがオーバーヒアリングすることで、STA Cは、自身が他のSTA(例えば、STA D)にデータを送信しても衝突が発生しないと判断できる。すなわち、STA Bは、周囲のすべての端末機にRTSを送信し、実際に送信するデータがあるSTA AだけCTSを送信するようになる。STA Cは、RTSだけを受信して、STA AのCTSを受信できなかったから、STA Aは、STC Cのキャリヤセンシングの外にあることが分かる。
HEシステム
以下、次世代WLANシステムについて説明する。次世代WLANシステムは、次世代WIFIシステムであって、このような次世代WIFIシステムの一実施の形態としてIEEE 802.11axを例として説明することもできる。本明細書において以下の次世代WLANシステムをHE(High Efficiency)システムと名付け、このシステムのフレーム、PPDUなどをHEフレーム、HE PPDU、HE-SIGフィールド、HE-STF及びHE-LTFなどと呼ぶことができる。
HEシステムに対して以下で追加に述べない内容に対しては、上述のVHTシステムのような従来のWLANシステムに対する説明が適用されることができる。例えば、HE-SIG Aフィールド、HE-STF、HE-LTF及びHE-SIG-Bフィールドに対して、上述のVHT-SIG Aフィールド、VHT-STF、VHT-LTF及びVHT-SIG-Bフィールドに対する説明が適用されることができる。提案されるHEシステムのHEフレーム及びプリアンブルなどは、ただし他の無線通信またはセルラシステムにも使用されることができる。HE STAは、上述のように、non-AP STAまたはAP STAになることができる。以下の明細書でSTAと呼ばれても、このようなSTA装置は、HE STA装置を表すこともできる。
HE-SIG Aフィールドは、PPDUを受信するSTAに共通的に送信される供用制御情報を含むことができる。HE-SIG Aフィールドは、1個ないし3個のOFDMシンボルで送信されることができる。HE-SIG Aフィールドは、20MHz単位で複写されて、同じ情報を含むことができる。また、HE-SIG-Aフィールドは、システムの全帯域幅情報を知らせる。実施の形態として、HE-SIG Aフィールドは、帯域幅(Bandwidth)情報、グループ識別子(Group ID)情報、ストリーム情報、アップリンク指示(UL indiciation)情報、ガードインターバル指示情報、割り当て(allocation information)情報及び送信パワー情報のうち、を少なくとも一つを含むことができる。
HE-SIG Bフィールドは、各STAが自身のデータ(例えば、PSDU)を受信するために要求されるユーザ特定(user-specific)情報を含むことができる。HE-SIG Bフィールドは、一つまたは二つのOFDMシンボルで送信されることができる。例えば、HE-SIG Bフィールドは、該当PSDUの変調及びコーディング技法(MCS)及び該当PSDUの長さに関する情報を含むことができる。
また、HEシステムでは、アベレージスループット補強(average throughput enhancement)及びアウトドアの強靭な送信(outdoor robust transmission)のために、従来のWLANシステムに比べて4倍より大きなFFTサイズを使用しようとする。4xFFTスキームを適用する場合、4xFFTスキームが適用されたシンボルのシンボル周期は4倍となる。これは4xFFTサイズを使用する場合、全帯域幅は一定に使用し、副搬送波間の間隔(subcarrier spacing)を1/4倍に使用するようになる場合に対する実施の形態として、副搬送波間の間隔が1/4になるので、一つのシンボルの周期は4倍になることができる。
また、4倍FFTサイズの基準になる1xFFTサイズは、VHTシステム(IEEE 802.11ac)のFFTサイズになることができる。したがって、4倍FFTサイズの基準になる1xFFTサイズは、フレームのレガシープリアンブル部分(L-STF、L-LTF及びL-SIG)のFFTサイズに該当することもできる。1xFFTに対した一つのプリアンブルの周期は、IDFT/DFT周期3.2usとガードインターバルシンボルの周期を足した周期で表すことができ、長いガードインターバル周期(Long GI symbol interval)の場合、4us(3.2+0.8)、短いガードインターバル周期(short GI symbol interval)の場合、3.6us(3.2+0、4)になることができる。データ部分のシンボル周期は3.2usであるから、HEシステムにおいて4xFFTスキームを適用すると、一つのシンボル周期は、12.8usになることができる。または、データ部分のシンボル周期は、IDFT/DFT周期の4倍で12.8usと表現することもできる。
HEシステムでは、複数または多数のSTAに同時により多くのデータを送受信するために、OFDMAスキームを使用することができる。OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)は、OFDMデジタル変調スキームの多重ユーザバージョンである。OFDMAスキームは、OFDMスキームに応じる多重搬送波、すなわち副搬送波を一人のユーザが独占することではなく、複数のユーザが副搬送波の部分集合を各々割り当てられて使用する方式を示す。OFDMAにおいて使用される副搬送波、すなわちサブキャリヤをトーンと呼ぶことができ、このようなトーンをどんな単位で割り当てて使用し、このような場合、各トーンサイズ割り当てに対してパイロット信号をどのように配置するかに対するトーンプランを以下で提案するようにする。
802.11acシステムの場合、20MHz、40MHz、80MHz及び160MHz(80MHz+80MHz)の帯域幅を使用して信号を送信できる。このとき、サブキャリヤに挿入されるパイロットトーンの数字及び位置は、それぞれ以下のとおりである。
20MHz帯域幅送信の場合、4個のパイロットトーンが挿入され、この4個のパイロットトーンは、{-21,-7,7,21}のインデックスに位置できる。40MHz帯域幅送信の場合、6個のパイロットトーンが挿入され、この6個のパイロットトーンは、{-53,-25 ,-11,11,25,53}のインデックスに位置できる。80MHz帯域幅送信の場合、8個のパイロットトーンが挿入され、この8個のパイロットトーンは、{-103,-75,-39,-11,11,39,75,103}のインデックスに位置できる。そして、160MHz帯域幅送信の場合、16個のパイロットトーンが挿入され、この16個のパイロットトーンは、{-231,-203,-167,-139,-117,-89,-53,-25,25,53,89,117,139,167,203,231}のインデックスに位置できる。
4xFFTサイズ及びOFDMAを適用する場合、802.11acシステムのパイロット配置をそのまま適用し難くなる。以下では、4xFFTサイズを適用することによって増えたトーンをOFDMAの使用のために複数のトーンユニット単位で割り当て、このようなトーンユニット別にパイロット構造が最大限対称(symmetry)を満たすパイロット位置を提案する。
まず、本発明では、OFDMAに使用される基本ユニットのトーンサイズ及び該当ユニットで使用されるパイロットの数を定義する。基本ユニットは、26トーンサイズのブロック、52トーンサイズのブロック、108トーンサイズのブロック及び242トーンサイズのブロックを提案する。
1)26トーンユニット
1)26トーンユニット
OFDMAを使用する場合、サブキャリヤ割り当ての最小ユニットとして26トーンサイズのサブブロックの使用を提案する。26トーンは、従来の802.11システムの1Mhzで使用されたトーン数と同じであるから、システム互換性を勘案して2個のパイロットトーンを含むようにデザインできる。
2)52トーンユニット
OFDMAを使用する場合、サブキャリヤ割り当てのユニットとして、26トーンユニット2個を合わせた52トーンサイズのサブブロックの使用を提案する。52トーンは、従来の802.11システムの20MHzで使用されたトーン数と同じであるから、システム互換性を勘案して4個のパイロットトーンを含むようにデザインできる。
3)108トーンユニット
OFDMAを使用する場合、サブキャリヤ割り当てのユニットとして、26トーンユニット4個と4個のレフトオーバートーンを合わせた108トーンサイズのサブブロックの使用を提案する。6個のパイロットトーンを含むようにデザインでき、この場合、従来の802.11システムの40MHzインタリーバを少しの変更と共に使用することができるという長所を有する。
4)242トーンユニット
OFDMAを使用する場合、サブキャリヤ割り当てのユニットとして、26トーンユニット9個と8個のレフトオーバートーンを合わせた242トーンサイズのサブブロックの使用を提案する。242トーンは、従来802.11システムの80MHzで使用されたトーン数と同じであるから、システム互換性を勘案して8個のパイロットトーンを含むようにデザインできる。
以下、上述のOFDMAサブブロックを使用する場合、パイロット位置の対称性(symmetry)を満たすことができるトーンプランについて説明する。トーンプランとは、OFDMAサブブロック及びパイロットトーンの配置を表すことができる。また、OFDMAサブブロックは、OFDMAを介してトーンを割り当てるユニットであって、トーンユニットと呼ぶことができる。
図14は、本発明の実施の形態にかかる52トーンサイズのOFDMAトーンユニットを示す。
52トーンユニットは、2個の26トーンユニットを含む。したがって、52トーンユニットの場合、DC、すなわち中心周波数を中心に常にパイロットトーンの対称性を満たす。
図15は、本発明の実施の形態にかかる108トーンサイズのOFDMAトーンユニットを示す。
108トーンユニットは、2個の52トーンユニットと4個のレフトオーバートーンを含む。もちろん、52トーンユニットは、2個の26トーンユニットから構成されることもできるが、52トーンユニットは、図14に示したように、対称性を満たすから、以下では、便宜上、52トーンユニットに基づいて説明する。
108トーンユニットもまた、中心周波数に基づいて対称性を満たすためには、図15のように、52トーンユニットとレフトオーバートーンを配置しなければならない。
実施の形態として、図15(a)のように、2個の52トーンユニットを中心周波数側に位置させ、エッジにレフトオーバートーンをそれぞれ2個ずつ両側のサイドに配置できる。他の実施の形態として、図15(b)のように、2個の52トーンユニットを両側のサイドに位置させ、4個のレフトオーバートーンを中心に配置できる。他の実施の形態として、図15(c)のように、2個のレフトオーバートーンを中心に、2個のレフトオーバートーンを1個ずつそれぞれエッジに配置し、レフトオーバートーンの間に52トーンユニットをそれぞれ配置することもできる。
図16は、本発明の実施の形態にかかる242トーンサイズのOFDMAトーンユニットを示す。
242トーンユニットは、2個の108トーンユニットと1個の26トーンユニットとから構成されることができ、この場合、対称性を満たすためには、図16のように、センターに26トーンユニットを位置させ、26トーンユニットの両側に108トーンユニットを位置させることができる。
また、242トーンユニットは、4個の52トーンユニットと1個の26トーンと8個のレフトオーバートーンとから構成するか、9個の26トーンユニットと8個のレフトオーバートーンとから構成することもできる。242-トーンユニットを52-トーンユニットまたは26トーンユニットを使用して構成する場合は、図17に示した。
図17は、本発明の他の実施の形態にかかる242トーンサイズのOFDMAトーンユニットを示す。
図17は、242トーンユニットを構成する方法を示し、図17(a)ないし図17(c)において、2個の108トーンユニットと1個の26トーンユニットを使用する構成は、図16に示したとおりである。図17(a)ないし図17(c)は、52トーンユニットまたは26トーンユニットを使用して242トーンユニットを構成する方法として、対称性を満たすことができる方法を示す。
図17(a)のように、52トーンユニットまたは25トーンユニットを使用する場合、レフトオーバートーンを両側のサイドに2個ずつ配置し、中央の26トーンユニットの両側のサイドに2個ずつ配置できる。このような構成は、図15(a)の108トーンユニットの構成を図16の構成に使用した実施の形態に該当する。
図17(b)のように、中央の26トーンを基準に両側のサイドの52トーンユニットの間または2個の26トーンユニットの間に4個のレフトオーバートーンをそれぞれ配置できる。このような構成は、図15(b)の108トーンユニットの構成を図16の構成に使用した実施の形態に該当する。
図17(c)のように、レフトオーバートーンを両側のサイドに1個ずつ、中央の26トーンユニットの両側のサイドに1個ずつ配置し、中央の26トーンユニットを基準に両側に位置する52トーンユニットの間に2個ずつまたは2個の26トーンユニットの間に2個ずつ配置できる。このような構成は、図15(c)の108トーンユニットの構成を図16の構成に使用した実施の形態に該当する。
以下、上述のトーンプランに従う場合、上述のパイロットトーンの数に応じるパイロットトーンの位置について説明する。パイロットトーンの位置は、インデックスとして説明し、説明のためにトーンサイズ別トーンインデックスは、以下の表のとおりであると仮定する。表1のインデックスは、相対的な位置関係を表すものであり、インデックス番号自体が固有の値を有することではない。(例えば、1〜26インデックスでの2番は、0〜25インデックスでの1番に該当できるものである。)
また、各トーンユニットで使用されるパイロットトーンの位置は、26トーンユニットとアラインメント(align)されると仮定する。
まず、26トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、802.11ah 1MHzのパイロット位置においてガード部分とDCを除いた場合の位置である{7,20}に決定する。{7,20}は、26トーン内で対称性を満たし、左右トーンをそれぞれ13個ずつ分けた場合、その中央に位置するトーンインデックスとして、等間隔(equi-space)条件もまた満たす位置である。
52トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、26トーンユニットの位置を使用して{7,20,33,46}に決定できる。この位置もまた、対称性と等間隔観点で良い性能を有する。
26トーンユニット及び52トーンユニットの位置は、それぞれ{a,27-a}及び{a,27-a,26+a,53-a}と表すことができ、aは、1から13間の整数である。以下、108トーンユニットと242トーンユニットについて先に述べたトーン構成とパイロットトーンの数に応じるパイロットトーンの位置について説明する。
図18は、本発明の実施の形態にかかるパイロットトーン位置決定方法を示す。
図18は、図15(a)及び図17(a)のようなトーンプランを使用する場合であって、108トーン及び242トーンに対するパイロットトーンの候補インデックスを示す。
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置は{7,20}(あるいは{a,27-a})であるから、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図18のように9,22,35,48,61,74,87,100(あるいは2+a,29-a,28+a,55-a,54+a,81-a,80+a,107-a)のうち、6個を選択して使用することができる。この場合、9と100、22と87,35と74、48と61(あるいは2+aと107-a、29-aと80+a、28+aと81-a、55-aと54+a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。したがって、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、{9,22,35,74,87,100}、{9,22,48,61,87,100}、{9,35,48,61,74,100}、及び{22,35,48,61,74,87}の4個のセットのうちの一つとして決定されることができる。これは{2+a,29-a,28+a,81-a,80+a,107-a}、{2+a,29-a,55-a,54+a,80+a,107-a}、{2+a,28+a,55-a,54+a,81-a,107-a}、及び{29-a,28+a,55-a,54+a,81-a,80+a}のような4個のセットで表現できる。
追加的に、等間隔観点で108トーンユニットに最適化されたa値を決定することもできる。108トーンユニットをパイロット数である6で割り算すると18になるので、18個のトーン単位でその中央、すなわち9番目あるいは10番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。最小距離の観点で2+a、29-a及び55-aのパイロットトーンとこれらのペア(54+a,80+a,107-a)を使用することを提案する。この場合、2+aが9または10に近い値でなければならず、29-aが27あるいは28に近い値でなければならず、55-aが45または46に近くなければならない。すなわち、以下の式1を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式1を最小化するa値は、7または8に決定され、26トーンユニットと52トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7に提案する。このような実施の形態において、パイロットトーンの位置は{9,22,48,61、87,100}に決定されることができる。
2)242トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置が{7,20}(または{a,27-a})であるから、242トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図18のように、9,22,35,48,61,74,87,100,115,128,143,156,169,182,195,208,221,234(または2+a,29-a,28+a,55-a,54+a,81-a,80+a,107-a,108+a,135-a,136+a,163-a,162+a,189-a,188+a,215-a,214+a,241-a)のうち、8個を選択して使用することができる。この場合、9と234、22と221、35と208、48と195、61と182、74と169、87と156、100と143、115と128(または2+aと241-a、29-aと214+a、28+aと215-a、55-aと188+a、54+aと189-a、81-aと162+a、80+aと163-a、107-aと136+a、108+aと135-a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。このペアをそれぞれp1,p2,...,p9で表現でき、このような9個のペアのうち、重複なしで4個を選んだときに出てくることができるすべての場合を242トーンユニットのパイロットトーンの位置として決定できる。
追加的に、等間隔観点で242トーンユニットに最適化したa値を決定することもできる。242トーンユニットをパイロット数である8で割り算すると約30で、残る2個のトーンは、両端に位置すると仮定する。したがって、30個のトーン単位においてその中央、すなわち15番目あるいは16番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。ただし、最初と最後は、31個のトーンブロックであり、このブロックでは、16番目のトーンにパイロットが位置すればよい。最小距離の観点において29-a、55-a、81-a、107-aのパイロットトーンとこれらのペアを使用することを提案する。この場合、29-aが16に近い値でなければならず、55-aは、46または47に、81-aは、76または77に、107-aは、106または107にそれぞれ近くなければならない。すなわち、以下の式2を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式2を最小化するa値は、5ないし8のうちのいずれか一つの数に決定され、26トーンユニット、52トーンユニット及び108トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7に提案する。このような実施の形態において、パイロットトーンの位置は、{22,48,74,100,143,169,195,221}に決定されることができる。
図19は、本発明の他の一実施の形態にかかるパイロットトーン位置決定方法を示す。
図19は、図15(b)及び図17(b)のようなトーンプランを使用する場合であって、108トーン及び242トーンに対するパイロットトーンの候補インデックスを示す。
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置が{7,20}(あるいは{a,27-a})であるから、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図19のように7,20,33,46,63,76,89,102(あるいはa,27-a,26+a,53-a,56+a,83-a,82+a,109-a)のうち、6個を選択して使用することができる。この場合、7と102、20と89、33と76、46と63(あるいはaと109-a,27-aと82+a,26+aと83-a,53-aと56+a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。したがって、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は{7,20,33,76,89,102} 、{7,20,46,63,89,102} 、{7,33,46,63,76,102} 、{20,33,46,63,76,89}の4個のセットのうち、一つとして決定されることができる。これは{a,27-a,26+a,83-a,82+a,109-a} 、{a,27-a,53-a,56+a,82+a,109-a} 、{a,26+a,53-a,56+a,83-a,109-a}及び{27-a,26+a,53-a,56+a,83-a,82+a}のような4個のセットで表現できる。
追加的に、等間隔の観点において108トーンユニットに最適化したa値を決定することもできる。108トーンユニットをパイロット数である6で割り算すると18になるので、18個のトーン単位においてその中央、すなわち9番目あるいは10番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。最小距離の観点においてa,26+a及び53-aのパイロットトーンとこれらのペアを使用することを提案する。この場合、aが9または10に近い値でなければならず、26+aが27あるいは28に近い値でなければならず、53-aが45または46に近くなければならない。すなわち、以下の式3を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式3を最小化するa値は、7または8に決定され、26トーンユニットと52トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7に提案する。このような実施の形態において、パイロットトーンの位置は、{7,33,46,63,76,102}に決定されることができる。
2)242トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置が{7,20}(または{a,27-a})であるから、242トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図19のように7,20,33,46,63,76,89,102,115,128,141,154,167,180,197,210,223,236(あるいはa,27-a,26+a,53-a,56+a,83-a,82+a,109-a,108+a,135-a,134+a,161-a,160+a,187-a,190+a,217-a,216+a,243-a)のうち、8個を選択して使用することができる。この場合、7と236、20と223、33と210、46と197、63と180、76と167、89と154、102と141、115と128(あるいはaと243-a、27-aと216+a、26+aと217-a、53-aと190+a、56+aと187-a、83-aと160+a、82+aと161-a、109-aと134+a、108+aと135-a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。このペアをそれぞれp1,p2,...,p9で表現でき、このような9個のペアのうち、重複なしで4個を選んだときに出てくることができるすべての場合を242トーンユニットのパイロットトーンの位置に決定できる。
追加的に、等間隔の観点において242トーンユニットに最適化したa値を決定することもできる。242トーンユニットをパイロット数である8で割り算すると約30で、残りの2個のトーンは、両端に位置すると仮定する。したがって、30個のトーン単位においてその中央、すなわち15番目あるいは16番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。ただし最初と最後は、31個のトーンブロックであり、このブロックでは、16番目のトーンにパイロットが位置すればよい。最小距離の観点において27-a,53-a,83-a,109-aのパイロットトーンとこれらのペアを使用することを提案する。この場合、27-aが16に近い値でなければならず、53-aは、46または47に、83-aは、76または77に、109-aは、106または107にそれぞれ近くなければならない。すなわち、以下の式4を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式4を最小化するa値は6または7に決定され、26トーンユニット、52トーンユニット及び108トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7に提案する。このような実施の形態において、パイロットトーンの位置は、{20,46,76,102,141,167,197,223}として決定されることもできる。
図20は、本発明の他の一実施の形態にかかるパイロットトーン位置決定方法を示す。
図20は、図15(c)及び図17(c)のようなトーンプランを使用する場合であって、108トーン及び242トーンに対するパイロットトーンの候補インデックスを示す。
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
1)108トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置が{7,20}(あるいは{a,27-a})であるから、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図20のように8,21,34,47,62,75,88,101(あるいは1+a,28-a,27+a,54-a,55+a,82-a,81+a,108-a)のうち、6個を選択して使用することができる。この場合、8と101、21と88、34と75、47と62(あるいは1+aと108-a、28-aと81+a、27+aと82-a、54-aと55+a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。したがって、108トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、{8,21,34,75,88,101} 、{8,21,47,62,88,101} 、{8,34,47,62,75,101} 、{21,34,47,62,75,88}の4個のセットらのうち、一つとして決定されることができる。これは{1+a,28-a,27+a,82-a,81+a,108-a} 、{1+a,28-a,54-a,55+a,81+a,108-a} 、{1+a,27+a,54-a,55+a,82-a,108-a}、{28-a,27+a,54-a,55+a,82-a,81+a}のような4個のセットで表現できる。
追加的に、等間隔の観点において108トーンユニットに最適化したa値を決定することもできる。108トーンユニットをパイロット数である6で割り算すると18になるので、18個のトーン単位においてその中央、すなわち9番目あるいは10番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。最小距離観点において1+a、28-a(あるいは27+a)、54-aのパイロットトーンとこれらのペアを使用することを提案する。この場合、1+aが9または10に近い値でなければならず、28-aが27あるいは27+aが28に近い値でなければならず、54-aが45または46に近くなければならない。すなわち、以下の式5を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式5を最小化するa値は8に決定され、7の場合にも近接した結果を有するようになるので、26トーンユニットと52トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7または8に提案する。
2)242トーンユニットのパイロットトーンの位置
上述のように、26トーンユニットのパイロットトーンの位置が{7,20}(または{a,27-a})であるから、242トーンユニットにおいてパイロットトーンの位置は、図20のように、8,21,34,47,62,75,88,101,115,128,142,155,168,181,196,209,222,235(あるいは1+a,28-a,27+a,54-a,55+a,82-a,81+a,108-a,108+a,135-a,135+a,162-a,161+a,188-a,189+a,216-a,215+a,242-a)のうち、8個を選択して使用することができる。この場合、8と235、21と222、34と209、47と196、62と181、75と168、88と155、101と142、115と128(あるいは1+aと242-a、28-aと215+a、27+aと216-a、54-aと189+a、55+aと188-a、82-aと161+a、81+aと162-a、108-aと135+a、108+aと135-a)は、ペアとして共に使用されると、対称性においてより良い性能を有するようになる。このペアをそれぞれp1,p2,...,p9で表現でき、このような9個のペアのうち、重複なしで4個を選んだときに出てくることができるすべての場合を242トーンユニットのパイロットトーンの位置に決定できる。
追加的に、等間隔の観点において242トーンユニットに最適化したa値を決定することもできる。242トーンユニットをパイロット数である8で割り算すると約30で、残る2個のトーンは、両端に位置すると仮定する。したがって、30個のトーン単位においてその中央、すなわち15番目あるいは16番目のトーンにパイロットが位置すると、等間隔観点での性能が最も良好でありうる。ただし、最初と最後は、31個のトーンブロックで、このブロックでは、16番目のトーンにパイロットが位置すればよい。最小距離観点において28-a、54-a、82-a、108-aのパイロットトーンとこれらのペアを使用することを提案する。この場合、28-aが16に近い値でなければならず、54-aは、46または47に、82-aは、76または77に、108-aは、106または107にそれぞれ近くなければならない。すなわち、以下の式6を満たすaを使用して、最も良い性能を有するパイロット位置を決定できる。
式6を最小化するa値は、6または7に決定され、26トーンユニット、52トーンユニット及び108トーンユニットの等間隔性能を考慮して、aは7に提案する。このような実施の形態において、パイロットトーンの位置は、{21,47,75,101,142,168,196,222}として決定されることもできる。
図21は、本発明の一実施の形態にかかるSTA装置を示す。
図21において、STA装置は、メモリ21010、プロセッサ21020及びRFユニット21030を含むことができる。そして、上述のように、STA装置は、HE STA装置であって、APまたはnon-AP STAになることができる。
RFユニット21030は、プロセッサ21020に接続されて無線信号を送信/受信することができる。RFユニット21030は、プロセッサから受信されたデータを送受信帯域にアップコンバートして、信号を送信することができる。
プロセッサ21020は、RFユニット21030に接続されてIEEE 802.11システムによる物理階層及び/またはMAC階層を具現できる。プロセッサ21030は、上述の図面及び説明による本発明の多様な実施の形態にかかる動作を行うように構成されることができる。また、上述の本発明の多様な実施の形態にかかるSTAの動作を具現するモジュールがメモリ21010に格納され、プロセッサ21020によって実行されることができる。
メモリ21010は、プロセッサ21020に接続され、プロセッサ21020を駆動するための多様な情報を格納する。メモリ21010は、プロセッサ21020の内部に含まれるか、またはプロセッサ21020の外部に設置されて、プロセッサ21020と公知の手段により接続されることができる。
また、STA装置は、一個のアンテナ(single antenna)または多重アンテナ(multiple antenna)を含むことができる。図21のSTA装置の具体的な構成は、上述の本発明の多様な実施の形態で説明した事項が独立的に適用されるか、または2つ以上の実施の形態が同時に適用されるように具現化されることができる。
図22は、本発明の一実施の形態にかかるSTA装置の一部をさらに詳細に示す。
図22において、STA装置は、FECエンコーダ22010、マッパー(mapper)22020、パイロット挿入ユニット22030、IDFTユニット22040及びアナログ/RFユニット22050を備える。図22において、FECエンコーダ22010、マッパー(mapper)22020、パイロット挿入ユニット22030、IDFTユニット22040は、図21のプロセッサ21020に含まれることができ、アナログ/RFユニット22050は、図21のRFユニット21030に該当することができる。図22のSTA装置は、上述のHE STAの動作を行うことができる。
FEC(Forward Error Correction)エンコーダ22010は、データビットを決まった符号化方式に従ってエンコードして、符号化されたデータビットを出力できる。ここで、FECエンコーダ22010は、エラー訂正コードであって、畳み込みエンコーダ(Convolutional encoder)、ターボエンコーダ(Turbo encoder)またはLDPC(Low Density Parity Check encoder)などにより具現化されることができる。FECエンコーダ22010は、畳み込みエンコーダであって、BCC(Binary Convolutional Code)エンコードを行うことができる。
マッパー22020は、星状図マッピングを行うことができる。言い換えれば、マッパー22020は、データビットを決まった変調方式に従って変調して、変調シンボル(すなわち、星状点(constellation point))を出力できる。すなわち、符号化されたデータビットは、マッパー22020によりビットブロックに区分され、各ビットブロックは、振幅と位相を有する星状点(Constellation)に応じる位置を表現する変調シンボルでマッピングされることができる。マッパー22020での変調方式(modulation scheme)には制限がなく、m-PSK(m-Phase Shift Keying)またはm-QAM(m-Quardrature Amplitude Modulation)などが使用されることができる。
パイロット挿入ユニット22030は、送信データにパイロットを挿入できる。言い換えれば、パイロット挿入ユニット22030は、図14ないし図20の実施の形態と関連して、上述のように決定された数及び位置に応じてパイロットトーンをサブキャリヤに挿入できる。
IDFTユニット22040は、データにIDFTを行うことができる。言い換えれば、IDFTユニット22040は、マッパー22020から出力される変調シンボルに対してIFFTまたはIDFTを行って、時間領域(time domain)のOFDMシンボルデータを出力できる。
アナログ/RFユニット22050は、コンプレックスベースバンドウェーブフォームをアップコンバートして信号を送信できる。言い換えれば、アナログ/RFユニット22050は、ベースバンドで処理されたデータ/信号をアップコンバートして送信信号を送信でき、RFユニットと呼ぶこともできる。
図23は、本発明の一実施の形態にかかるSTAのデータ送信方法を示したフローチャートである。
図23のフローチャートに含まれたステップは、図22のSTA装置の説明と共に行われる。STAは、FECエンコーダを使用して送信データをFECコンバートできる(S23010)。また、STAは、マッパーを使用して送信データを星状図マッピングできる(S23020)。また、STAは、パイロット挿入モジュールを使用して、送信データにパイロットトーンを挿入できる(S23030)。また、STAは、送信データをIDFTユニットを使用してIDFTまたはIFFTプロセシングできる(S23040)。また、STAは、アナログ/RFユニットを使用して送信データをアップコンバートして送信信号を送信できる(S23050)。
本明細書において先に述べたように、STAがOFDMAスキームを使用する場合、STAは、送信信号に含まれた複数のサブキャリヤを少なくとも一つのユーザに割り当てることができる。この場合、STAは、信号処理の効率性及び性能を考慮して、複数のサブキャリヤを任意に割り当てられずに、予め設定されたトーンユニット単位で割り当てることができる。特に、予め設定されたトーンユニットに含まれたトーン数は、最大限レガシー802.11システムのトーン数を使用することによって、システム複雑度を低くすることができる。充分なサブキャリヤを確保するために、STAは、レガシー802.11システムに比べて4倍のFFTサイズを使用することができる。
このようなOFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になるトーンユニットは、上述のように26トーンユニット、52トーンユニット、108トーンユニット及び242トーンユニットを含み、STAは、このようなトーンユニットのうち、少なくとも一つを使用するか、これらの組み合わせを使用してサブキャリヤを割り当てることができる。
各トーンユニットに挿入するパイロットトーンの数は、レガシー802.11システムとの互換性及びシステム複雑度を考慮して決定されることができる。上述のように、26トーンユニットは、2個のパイロットトーンを、52トーンユニットは、4個のパイロットトーンを、108トーンユニットは、6個のパイロットトーンを、そして242トーンユニットは、8個のパイロットトーンを含むことができる。
トーンプラン及びパイロットトーンの位置は、システム性能を考慮して信号に含まれたパイロットトーンの対称性及び等間隔性を最大限満たすように決定される。トーンフラット及びパイロットトーンの位置に対しては、図14ないし図20において説明したとおりである。例えば、STAは、OFDMAのために26トーンユニットを使用する場合、26トーンユニットの7番目のトーン及び20番目のトーンにパイロットトーンを挿入できる。他の例として、STAが52トーンユニットを使用する場合、52トーンユニットの7番目のトーン、20番目のトーン、33番目のトーン及び46番目のトーンにパイロットトーンを挿入できる。トーンプランの場合にも、52トーンユニットは、2個の26トーンユニットを含むことができ、108トーンユニットは、2個の52-トーンユニットと4個のレフトオーバートーンを含むことができ、52-トーンユニットとレフトオーバートーンの位置は、上述のとおりである。242-トーンユニットは、1個の26トーンユニットと4個の52-トーンユニットを含むことができ、この場合、26-トーンユニットをセンターに位置させ、センターの26-トーンユニットの両側のサイドに2個の52-トーンユニットを一つずつそれぞれ位置させることができる。
本発明の思想または範囲から逸脱せずに、本発明において多様な変更及び変形が可能であることは当業者にとって理解できるはずである。したがって、本発明は、添付された請求項及びそれと同等の範囲内で提供される本発明の変更及び変形を含むことが意図される。
本明細書において装置及び方法発明ともが言及され、装置及び方法発明ともの説明は、互いに補完して適用されることができる。
多様な実施の形態が本発明を実施するための最善の形態で説明された。
本発明の無線通信システムにおけるデータ送受信方法は、IEEE 802.11システムに適用される例を中心に説明したが、IEEE 802.11システムの他にも多様な無線通信システムに適用することが可能である。
Claims (12)
- WLANシステムにおけるSTA装置のデータ送信方法であって、
送信データをFECエンコードするステップと、
送信データを星状図マッピングするステップと、
送信データにパイロットトーンを挿入するステップと、
送信データに対してIDFTを行うステップと、
前記送信データをアップコンバートして、送信信号を送信するステップと、を含み、
前記送信信号にOFDMAスキームを適用する場合、前記送信信号は、OFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になる少なくとも一つのトーンユニットを含む、STA装置のデータ送信方法。 - 前記少なくとも一つのトーンユニットは、26トーンユニット、52トーンユニット、または242トーンユニットのうち、少なくとも一つを含む、請求項1に記載のSTA装置のデータ送信方法。
- 前記26トーンユニットは、2個のパイロットトーンを含み、前記52トーンユニットは、4個のパイロットトーンを含み、前記242トーンユニットは、8個のパイロットトーンを含む、請求項2に記載のSTA装置のデータ送信方法。
- 前記26トーンユニットに含まれた前記2個のパイロットトーンは、前記26トーンユニットの7番目のトーン及び20番目のトーンに挿入される、請求項3に記載のSTA装置のデータ送信方法。
- 前記52トーンユニットに含まれた前記4個のパイロットトーンは、前記52トーンユニットの7番目のトーン、20番目のトーン、33番目のトーン及び46番目のトーンに挿入される、請求項3に記載のSTA装置のデータ送信方法。
- 前記242トーンユニットは、1個の前記26トーンユニット及び4個の前記52-トーンユニットを含む場合、前記26-トーンユニットがセンターに位置し、センターに位置した前記26-トーンユニットの両側のサイドに2個の52トーンユニットがそれぞれ位置する、請求項2に記載のSTA装置のデータ送信方法。
- WLANシステムにおけるSTA装置であって、
送信データをFECエンコードするFECエンコーダと、
送信データを星状図マッピングするマッパーと、
送信データにパイロットトーンを挿入するパイロット挿入ユニットと、
送信データに対してIDFTを行うIDFTユニットと、
前記送信データをアップコンバートして、送信信号を送信するRFユニットと、を含み、
前記送信信号にOFDMAスキームを適用する場合、前記送信信号は、OFDMAスキームのサブキャリヤ割り当ての単位になる少なくとも一つのトーンユニットを含む、STA装置。 - 前記少なくとも一つのトーンユニットは、26トーンユニット、52トーンユニット、または242トーンユニットのうち、少なくとも一つを含む、請求項7に記載のSTA装置。
- 前記26トーンユニットは、2個のパイロットトーンを含み、前記52トーンユニットは、4個のパイロットトーンを含み、前記242トーンユニットは、8個のパイロットトーンを含む、請求項8に記載のSTA装置。
- 前記26トーンユニットに含まれた前記2個のパイロットトーンは、前記26トーンユニットの7番目のトーン及び20番目のトーンに挿入される、請求項9に記載のSTA装置。
- 前記42トーンユニットに含まれた前記4個のパイロットトーンは、前記52トーンユニットの7番目のトーン、20番目のトーン、33番目のトーン及び46番目のトーンに挿入される、請求項9に記載のSTA装置。
- 前記242トーンユニットは、1個の前記26トーンユニット及び4個の前記52-トーンユニットを含む場合、前記26-トーンユニットがセンターに位置し、センターに位置した前記26-トーンユニットの両側のサイドに2個の52トーンユニットがそれぞれ位置する、請求項8に記載のSTA装置。
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