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JP6557348B6 - 無線通信システムのデータ送信方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信システムに関し、より詳細には、無線LAN(Local Area Network)通信システムで送信するデータのFFTサイズの増加に応じて受信機の信号処理時間を確保できるようにパディングシンボルを追加して信号を送信するSTA装置及びそのデータ送信方法に関する。
ワイファイ(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/又はより高い帯域幅送信(例えば、200MHz)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、1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システムの性能向上方法に対する議論が活発に進まれている。特に、制限された帯域幅でリソース活用効率を改善する方法が802.11axシステムにおいて重要な課題である。
802.11axシステムでは、アベレージスループット補強(average throughput enhancement)及びアウトドアでのローバスト送信のために、レガシー802.11システム(802.11a、802.11n、802.11ac等)より4倍長いシンボル長を使用しようとする。STAが、すなわちOFDM変調実行の際、4倍大きいFFTサイズを適用できる。
FFTサイズが増加すると、802.11レガシーシステム信号に比べて送信信号のサブキャリアの数が増加されてスループットを向上させることができるが、受信機では、シンボル周期が長くなるため、データを処理するのにかかる時間が増加され得る。したがって、予め定義されたSIFS時間をそのまま使用すれば、受信STAが決められたSIFS時間後にACKフレームを送信できないこともある。
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。
本発明の実施形態に係るWLAN(Wireless LAN)システムのSTA(Station)のデータ送信方法は、フィジカルプリアンブル(physical preamble)及びデータフィールドを含むフィジカルプロトコルデータユニット(PPDU:Physical Protocol Data Unit)を生成するステップとして、前記フィジカルプリアンブルは、レガシープリアンブル部分を含み、前記データフィールドのDFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform)周期は、前記レガシープリアンブル部分のDFT/IDFT周期の4倍である生成ステップと、前記PPDUへのパディングシンボル追加可否を決定するステップと、前記パディングシンボルを追加することと決定された場合、前記パディングシンボルを生成して前記PPDUに追加するステップと、及び前記PPDUを送信するステップとを含む。
本発明の実施形態に係るSTAのデータ送信方法において、前記PPDUへのパディングシンボル追加可否を決定するステップは、受信STAのカテゴリー情報、前記PPDUに送信するデータに対するMCSレベル、星状図レベル及び前記PPDUに送信するデータに対するデータレートのうち、少なくとも1つに基づいて前記パディングシンボルの追加可否を決定できる。
本発明の実施形態に係るSTAのデータ送信方法において、前記パディングシンボルは、受信STAでデコードされず、前記送信PPDUを含む送信信号に対する信号延長(signal extension)に該当し得る。
本発明の実施形態に係るSTAのデータ送信方法は、前記受信STAから前記カテゴリー情報を受信するステップをさらに含むことができる。
本発明の実施形態に係るSTAのデータ送信方法において、前記追加されるパディングシンボルの数は、前記受信STAのカテゴリーに基づいて決定されることができる。
本発明の実施形態に係るSTAのデータ送信方法において、前記追加されるパディングシンボルは、前記PPDUに送信されるデータに対するFEC(Forward Error Correction)エンコード後に付加されることができる。
また、本発明の実施形態に係るWLAN(Wireless LAN)システムのSTA(Station)装置は、無線信号を送信及び受信するRF(Radio Frequency)ユニットと、前記RFユニットを制御するプロセッサとを備え、前記プロセッサは、フィジカルプリアンブル(physical preamble)及びデータフィールドを含むフィジカルプロトコルデータユニット(PPDU:Physical Protocol Data Unit)を生成し、前記フィジカルプリアンブルは、レガシープリアンブル部分を含み、前記データフィールドのDFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform)周期は、前記レガシープリアンブル部分のDFT/IDFT周期の4倍であり、前記PPDUへのパディングシンボル追加可否を決定し、前記パディングシンボルを追加することと決定された場合、前記パディングシンボルを生成して前記PPDUに追加し、及び前記PPDUを送信する。
本発明の実施形態に係るSTAにおいて、前記PPDUへのパディングシンボル追加可否決定は、受信STAのカテゴリー情報、前記PPDUに送信するデータに対するMCSレベル、星状図レベル及び前記PPDUに送信するデータに対するデータレートのうち、少なくとも1つに基づいて行われることができる。
本発明の実施形態に係るSTAにおいて、前記パディングシンボルは、受信STAでデコードされず、前記送信PPDUを含む送信信号に対する信号延長(signal extension)に該当し得る。
本発明の実施形態に係るSTAにおいて、前記STA装置は、前記受信STAから前記カテゴリー情報を受信するステップをさらに含むことができる。
本発明の実施形態に係るSTAにおいて、前記追加されるパディングシンボルの数は、前記受信STAのカテゴリーに基づいて決定されることができる。
本発明の実施形態に係るSTAにおいて、前記追加されるパディングシンボルは、前記PPDUに送信されるデータに対するFEC(Forward Error Correction)エンコード後に付加されることができる。
本発明によれば、ダミーシンボルの追加により、受信機がデータデコード時間を確保することで、FFTサイズ拡大によるSIFS時間の不足の問題を解決できる。また、SIFSに依存するレガシー送受信手順を11acシステムにも適用でき、既存システムとの互換性を向上させることもできる。
本発明は、送信データのMCSレベルまたはデータレート、受信機の性能などを考慮してパディングシンボルを付加する。また、本発明は、付加するパディングシンボルの個数を受信機の性能に基づいて決定することができる。したがって、パディングシンボル付加によるリダンダンシの負担を最小化できる。
本発明によれば、802.11axシステムの4× FFTサイズ使用による受信機の実現負担を減少させることができる。
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。 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。 本発明が適用されることができ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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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IFS関係を例示する図である。 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下向きリンクMU−MIMO送信過程を例示する図である。 本発明の一実施形態に係るHE(High Efficiency)フォーマットPPDUを例示する図である。 本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。 本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。 本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。 本発明の一実施形態に係るHEフレーム構造を示す。 本発明の実施形態に係るVHT性能エレメントを示す。 本発明の一実施形態に係るSTA装置を示す。 本発明の実施形態に係るSTA装置のデータ送信方法を示す。
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。添付された図面のように、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 802.20(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1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、複数個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領域に入ったり行く等により、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、相違する目的のために使用され、相違す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違す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違するという点で、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1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 802.1×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)サイズ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、1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1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、1つ(または1つ以上の)IBSSまたはESSネットワークが1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、相違する機関(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つ以上の相違し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、1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んで構成される。
L-STFは、短いトレーニングOFDM(short training orthogonal frequency division multiplexing symbol)を含むことができる。L-STFは、フレームタイミング取得(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、4ビットのレート(Rate)フィールド、1ビットの予備(Reserved)ビット、12ビットの長さ(Length)フィールド、1ビットのパリティビット、6ビットの信号テール(Signal Tail)フィールドで構成されることができる。
レートフィールドは、送信率情報を含み、長さフィールドは、PSDUのオクテットの数を指示する。
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取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取得できるようにし、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取得及び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(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、20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1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、1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1つ以上のSTAのための1つ以上のPSDUを伝達するPPDUを意味する。そして、SU PPDUは、1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制御情報のサイズに比べてSTAに送信される制御情報のサイズ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サイズは、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サイズ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(a)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(a)を参照すると、VHTフォーマットPPDUは、L-STF、L-LTF及びL-SIGフィールドで構成される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んで構成される。
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。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フィールドを用いて、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取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))に関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)の使用有無に関する情報、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取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フィールドをデコード(decoding)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、VHT−SIG−B長さ(Length)フィールド、VHT−MCSフィールド、予備(Reserved)フィールド、テール(Tail)フィールドを含む。
VHT−SIG−B長さ(Length)フィールドは、A−MPDUの長さ(EOF(end−of−frame)パティング以前)を指示する。VHT−MCSフィールドは、各VHT-STAの変調(modulation)、エンコード(encoding)及びレートマッチング(rate-matching)に関する情報を含む。
VHT-SIG-Bフィールドのサイズは、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。
図4(b)は、PPDU送信帯域幅によるVHT−SIG−Bフィールドを例示する。
図4(b)に示すように、40MHz送信において、VHT−SIG−Bビットは2回繰り返される。80MHz送信において、VHT−SIG−Bビットは4回繰り返され、0にセットされたパッドビットが付着される。
200MHz送信及び80+80MHzにおいて、まず、80MHz送信のようにVHT−SIG−Bビットは4回繰り返され、0にセットされたパッドビットが付着される。そして、全体117ビットがさらに繰り返される。
MU-MIMOを支援するシステムにおいて同じサイズの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サイズを指示する情報及び/又は特定フィールドを構成するビットストリームサイズを指示する情報が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。同じサイズの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/又は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(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(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(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/又は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(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(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(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に対する変調方法は、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(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(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に対する変調方法は、BPSKが利用され、OFDMシンボル#2に対する変調方法は、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(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フレーム特性に関する情報を含む。 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/又は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、可変的なサイズを有する。例えば、最大MPDUのサイズは、11454オクテット(octets)で、最大PPDUのサイズは、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)の三介して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、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=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。
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。
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、データサブキャリア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須的に含まれなくても良い。
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、2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アセンシング(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/又は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/又はSTAは、自分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/又は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1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CW_min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CW_maxになると、データ送信が成功するまでCW_max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、CW_min値にリセットされる。CW、CW_min及びCW_max値は、(2^n)-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9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9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、自分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9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/又はSTAが媒体を直接センシングする物理的キャリアセンシング(physical carrier sensing)の他に、仮像キャリアセンシング(virtual carrier sensing)も含む。
仮像キャリアセンシングは、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。仮像キャリア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/又は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/又は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/又は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。
AP及び/又はSTAは、媒体に接近しようとすることを知らせるために、フレーム及びCTS(clear to send)フレームを交換する手順を行うことができる。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/又は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。
フレーム間隔(interframe space)
フレーム間の時間間隔をフレーム間隔(IFS:Interframe space)に定義する。STAは、キャリアセンシング(carrier sensing)を介してIFS時間区間の間、チャネルが使用されるか否かを判断できる。802.11 WLANシステムにおいて無線媒体を占有する優先レベル(priority level)を提供するために複数のIFSが定義される。
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IFS関係を例示する図である。
全てのタイミングは、物理階層インターフェースプリミティブ、すなわち、PHY−TXEND.confirmプリミティブ、PHYTXSTART.confirmプリミティブ、PHY−RXSTART.indicationプリミティブ、及びPHY−RXEND.indicationプリミティブを参照して決められることができる。
IFS種類に応じるフレーム間隔は、下記のとおりである。
a)縮小されたフレーム間隔(RIFS:reduced interframe space)
b)短いフレーム間隔(SIFS:short interframe space)
c)PCFフレーム間隔(PIFS:PCF interframe space)
d)DCFフレーム間隔(DIFS:DCF interframe space)
e)調整フレーム間隔(AIFS:arbitration interframe space)
f)拡張フレーム間隔(EIFS:extended interframe space)
互いに異なるIFSは、STAのビット率(bit rate)と関係なく、物理階層により特定された属性から決定される。IFSタイミングは、媒体上での時間ギャップ(time gap)に定義される。AIFSを除いたIFSタイミングは、各物理階層別に固定される。
SIFSは、ACKフレーム、CTSフレーム、ブロックACK要請(BlockAckReq)フレーム、またはA−MPDUに対する即刻的な応答であるブロックACK(BlockAck)フレームを含むPPDU、フラグメントバースト(fragment burst)の2番目または連続的なMPDU、PCFによるポーリング(polling)に対するSTAの応答の送信のために使用され、最高優先順位を有する。SIFSは、さらに非競争区間(CFP)時間の間、フレームのタイプと関係なく、フレームの地点調整(point coordinator)のために使用されることができる。SIFSは、以前フレームの最後のシンボルの終了またはシグナル拡張(存在する場合)から繋がる次のフレームのプリアンブルの最初のシンボルの開始までの時間を表す。
SIFSタイミングは、TxSIFSスロット境界で連続的なフレームの送信が始まるときに達成される。
SIFSは、互いに異なるSTAからの送信間のIFSの中で最も短い。媒体を占有しているSTAが、フレーム交換シーケンス(frame exchange sequence)が行われる区間の間、媒体の占有を維持する必要がある場合に使用されることができる。
フレーム交換シーケンス内の送信間の最も小さいギャップを使用することにより、さらに長いギャップの間、媒体が遊休状態になることを待つことが要求される他のSTAが媒体の使用を試みることを防止できる。したがって、進行中であるフレーム交換シーケンスが完了するのに優先権を付与できる。
PIFSは、媒体をアクセスするのに優先権を取得するために使用される。
PIFSは、次のような場合に使用されることができる。
・PCF下に動作するSTA
・チャネルスイッチ公知(Channel Switch Announcement)フレームを送信するSTA
・トラフィック指示マップ(TIM:Traffic Indication Map)フレームを送信するSTA
・CFPまたは送信機会(TXOP:Transmission Opportunity)を始めるハイブリッド調整者(HC:Hybrid Coordinator)
・CAP(controlled access phase)内の予想された受信の不在から復旧(recovering)するためのポーリングされたTXOPホルダー(holder)であるHCまたはnon−AP QoS STA
・CTS2の送信前のデュアルCTS保護を使用するHT STA
・送信失敗以後に送信し続けるためのTXOPホルダー(holder)
・エラー復旧(error recovery)を使用して送信し続けるためのRD(reverse direction)開始者
・PSMP(power save multi−poll)復旧フレームを送信するPSMPシーケンスの間のHT AP
・EDCAチャネルアクセスを使用する40MHzマスクPPDUを送信する前のセカンダリチャネル(secondary channel)内のCCAを行うHT STA
先に羅列された例示のうち、セカンダリチャネル(secondary channel)でCCAを行う場合を除き、PIFSを使用するSTAは、TxPIFSスロット境界で媒体が遊休状態であることを決定するCS(carrier sense)メカニズム以後に送信を始める。
DIFSは、DCF下にデータフレーム(MPDU)及び管理フレーム(MMPDU:MAC Management Protocol Data Unit)を送信するように動作するSTAにより使用されることができる。DCFを使用するSTAは、正確に受信されたフレーム及びバックオフタイムが満了された以後にCS(carrier sense)メカニズムを介して媒体が遊休状態であると決定されれば、TxDIFSスロット境界で送信することができる。ここで、正確に受信されたフレームは、PHY−RXEND.indicationプリミティブがエラーを指示せずに、FCSが、フレームがエラーでないこと(error free)を指示するフレームを意味する。
SIFS時間(「aSIFSTime」)とスロット時間(「aSlotTime」)とは、物理階層別に決定されることができる。SIFS時間は、固定された値を有するが、スロット時間は、無線遅延時間(aAirPropagationTime)変化によって動的に変化することができる。
ブロックACK(BlockAck)手順
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下向きリンクMU−MIMO送信過程を例示する図である。
802.11acでは、MU−MIMOは、APからクライアント(すなわち、non−AP STA)に向かう下向きリンクで定義される。このとき、多重ユーザフレーム(multi−user frame)は、多重受信者に同時に送信されるが、受信確認(acknowledgement)は、上向きリンクで個別的に送信されなければならない。
802.11acを基盤とするVHT MU PPDU内の送信される全てのMPDUは、A−MPDUに含まれるので、VHT MU PPDUに対する即刻的な応答でない、VHT MU PPDU内のA−MPDUに対する応答は、APによるブロックACK要請(BAR:Block Ack Request)フレームに対する応答で送信される。
まず、APは、全ての受信者(すなわち、STA1、STA2、STA3)にVHT MU PPDU(すなわち、プリアンブル及びデータ)を送信する。VHT MU PPDUは、各STAに送信されるVHT A−MPDUを含む。
APからVHT MU PPDUを受信したSTA1は、SIFS以後にブロックACK(BA:Block Acknowledgement)フレームをAPに送信する。BAフレームについてのより詳細な説明は後述する。
STA1からBAを受信したAPは、SIFS以後にBAR(block acknowledgement request)フレームを次のSTA2に送信し、STA2は、SIFS以後にBAフレームをAPに送信する。STA2からBAフレームを受信したAPは、SIFS以後にBARフレームをSTA3に送信し、STA3は、SIFS以後にBAフレームをAPに送信する。
このような過程が全てのSTAに対して行われれば、APは、次のMU PPDUを全てのSTAに送信する。
HE(High Efficiency、802.11ax)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プリアンブル、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。
図12は、本発明の一実施形態に係るHE(High Efficiency)フォーマットPPDUを例示する図である。
図12(a)は、HEフォーマットPPDUの概略的な構造を例示し、図12(b)〜(d)は、HEフォーマットPPDUのより具体的な構造を例示する。
図12(a)に示すように、HEWのためのHEフォーマットPPDUは、大別してレガシー部分(L−part:legacy−part)、HE部分(HE−part)、及びデータフィールド(HE−data)で構成されることができる。
L−partは、既存のWLANシステムで維持する形態と同様に、L−STFフィールド、L−LTFフィールド、及びL−SIGフィールドで構成される。L−STFフィールド、L−LTFフィールド、及びL−SIGフィールドをレガシープリアンブル(legacy preamble)と呼ぶことができる。
HE−partは、802.11ax標準のために新しく定義される部分であって、HE−STFフィールド、HE−SIGフィールド、及びHE−LTFフィールドを含むことができる。図12(a)では、HE−STFフィールド、HE−SIGフィールド、及びHE−LTFフィールドの順序を例示しているが、これと相違した順序で構成されることができる。また、HE−LTFは省略されることもできる。HE−STFフィールド及びHE−LTFフィールドだけでなく、HE−SIGフィールドを含んでHE−preambleと通称することもできる。
また、L−part、HE−SIGフィールド、HE−preambleを物理プリアンブル(PHY(physical)preamble)/フィジカルプリアンブルと通称することができる。
HE−SIGフィールドは、HE−dataフィールドをデコードするための情報(例えば、OFDMA、UL MU MIMO、向上したMCS等)を含むことができる。
L−partとHE−partとは、互いに異なるFFT(Fast Fourier Transform)サイズ(すなわち、サブキャリア間隔(spacing))を有することができ、互いに異なるCP(Cyclic Prefix)を使用することもできる。
802.11axシステムでは、レガシーWLANシステムに比べて4倍大きい(4×)FFTサイズを使用することができる。すなわち、L−partは、1×シンボル構造で構成され、HE−part(特に、HE−preamble及びHE−data)は、4×シンボル構造で構成されることができる。ここで、1×、2×、4×サイズのFFTは、レガシーWLANシステム(例えば、IEEE802.11a、802.11n、802.11ac等)に対する相対的なサイズを示す。
例えば、L−partに用いられるFFTサイズは、20MHz、40MHz、80MHz、及び200MHzで各々64、128、256、512であれば、HE−partに用いられるFFTサイズは、20MHz、40MHz、80MHz、及び200MHzで各々256、512、1024、2048でありうる。
このように、レガシーWLANシステムよりFFTサイズが大きくなると、サブキャリア周波数間隔(subcarrier frequency spacing)が小さくなるので、単位周波数当たりサブキャリアの数が増加されるが、OFDMシンボル長が長くなる。
すなわち、より大きいFFTサイズが使用されるとは、サブキャリア間隔が狭くなるという意味であり、同様に、IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)/DFT(Discrete Fourier Transform)周期(period)が増えるという意味である。ここで、IDFT/DFT周期は、OFDMシンボルで保護区間GIを除いたシンボル長を意味できる。
したがって、HE−part(特に、HE−preamble及びHE−data)は、L−partに比べて4倍大きいFFTサイズが使用されるならば、HE−partのサブキャリア間隔は、L−partのサブキャリア間隔の1/4倍となり、HE−partのIDFT/DFT周期は、L−partのIDFT/DFT周期の4倍となる。例えば、L−partのサブキャリア間隔が312.5kHz(=20MHz/64、40MHZ/128、80MHz/256、及び/又は200MHz/512)であれば、HE−partのサブキャリア間隔は、78.125kHz(=20MHz/256、40MHZ/512、80MHz/1024、及び/又は200MHz/2048)でありうる。また、L−partのIDFT/DFT周期が3.2μs(=1/312.5kHz)であれば、HE−partのIDFT/DFT周期は、12.8μs(=1/78.125kHz)でありうる。
ここで、GIは、0.8μs、1.6μs、3.2μsのうちの1つが使用され得るので、GIを含むHE−partのOFDMシンボル長(または、シンボル間隔(symbol interval))は、GIによって13.6μs、14.4μs、20μsでありうる。
図12(b)に示すように、HE−SIGフィールドは、HE−SIG−AフィールドとHE−SIG−Bフィールドとに区分されることができる。
例えば、HEフォーマットPPDUのHE−partは、12.8μsの長さを有するHE−SIG−Aフィールド、1OFDMシンボルのHE−STFフィールド、1つ以上のHE−LTFフィールド、及び1OFDMシンボルのHE−SIG−Bフィールドを含むことができる。
また、HE−partにおいてHE−SIG−Aフィールドを除き、HE−STFフィールドからは、既存のPPDUより4倍大きいサイズのFFTが適用され得る。すなわち、256、512、1024、及び2048サイズのFFTが各々20MHz、40MHz、80MHz、及び200MHzのHEフォーマットPPDUのHE−STFフィールドから適用されることができる。
ただし、図12(b)のように、HE−SIGがHE−SIG−AフィールドとHE−SIG−Bフィールドとに区分されて送信されるとき、HE−SIG−Aフィールド及びHE−SIG−Bフィールドの位置は、図12(b)と相違することができる。例えば、HE−SIG−Aフィールドの次にHE−SIG−Bフィールドが送信され、HE−SIG−Bフィールドの次にHE−STFフィールドとHE−LTFフィールドが送信され得る。この場合にも同様に、HE−STFフィールドからは、既存のPPDUより4倍大きいサイズのFFTが適用され得る。
図12(c)に示すように、HE−SIGフィールドは、HE−SIG−AフィールドとHE−SIG−Bフィールドとに区分されないことがある。
例えば、HEフォーマットPPDUのHE−partは、1OFDMシンボルのHE−STFフィールド、1OFDMシンボルのHE−SIGフィールド、及び1つ以上のHE−LTFフィールドを含むことができる。
上記と同様に、HE−partは、既存のPPDUより4倍大きいサイズのFFTが適用され得る。すなわち、256、512、1024、及び2048サイズのFFTが各々20MHz、40MHz、80MHz、及び200MHzのHEフォーマットPPDUのHE−STFフィールドから適用されることができる。
図12(d)に示すように、HE−SIGフィールドは、HE−SIG−AフィールドとHE−SIG−Bフィールドとに区分されず、HE−LTFフィールドは省略されることができる。
例えば、HEフォーマットPPDUのHE−partは、1OFDMシンボルのHE−STFフィールド及び1OFDMシンボルのHE−SIGフィールドを含むことができる。
上記と同様に、HE−partは、既存のPPDUより4倍大きいサイズのFFTが適用されることができる。すなわち、256、512、1024、及び2048サイズのFFTが各々20MHz、40MHz、80MHz、及び200MHzのHEフォーマットPPDUのHE−STFフィールドから適用されることができる。
本発明に係るWLANシステムのためのHEフォーマットPPDUは、少なくとも1つの20MHzチャネルを介して送信されることができる。例えば、HEフォーマットPPDUは、総4個の20MHzチャネルを使用して、40MHz、80MHz、または200MHz周波数帯域で送信されることができる。これについて、下記の図面を参照してより詳細に説明する。
図13は、本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。
図13では、1つのSTAに80MHzが割り当てられた場合(または、80MHz内の複数のSTAにOFDMA資源ユニットが割り当てられた場合)もしくは、複数のSTAに各々80MHzの互いに異なるストリームが割り当てられた場合のPPDUフォーマットを例示する。
図13に示すように、L−STF、L−LTF、及びL−SIGは、各20MHzチャネルで64FFTポイント(または、64サブキャリア)に基づいて生成されたOFDMシンボルに送信されることができる。
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。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。
HE−SIG−Aフィールドには、以下の表1のような情報が含まれ得る。
Figure 0006557348
表1に例示される各フィールドに含まれる情報は、IEEE802.11システムの定義にしたがうことができる。また、前述した各フィールドは、PPDUに含まれ得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、前述した各フィールドが他のフィールドに代替されるか、追加的なフィールドがさらに含まれ得るし、全てのフィールドが必須的に含まれないこともある。
HE−STFは、MIMO送信においてAGC(Automatic Gain Control)推定の性能を改善するために使用される。HE−STFは、特定帯域に対する周波数ドメインのシーケンスを使用して生成されることができる。HE−LTF(Long Trainig Field)は、受信機で受信チェーン及び星状図マッファ出力のセット間のMIMOチャネルを推定するのに使用されるフィールドである。
HE−SIG−Bフィールドは、各STAが自分のデータ(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、1つまたは2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、当該PSDUの変調及びコーディング技法(MCS)並びに当該PSDUの長さに関する情報を含むことができる。
L−STF、L−LTF、L−SIG、及びHE−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)を介して送信されるとき、L−STF、L−LTF、L−SIG、及びHE−SIG−Aフィールドは、20MHzチャネル毎に繰り返されて送信されることができる。
FFTサイズが大きくなると、既存のIEEE802.11a/g/n/acを支援するレガシーSTAは、当該HE PPDUをデコードできないことがある。レガシーSTAとHE STAとが共存(coexistence)するために、L−STF、L−LTF、及びL−SIGフィールドは、レガシーSTAが受信できるように、20MHzチャネルで64FFTを介して送信される。例えば、L−SIGフィールドは、1つのOFDMシンボルを占有し、1つのOFDMシンボル時間は、4μSであり、GIは、0.8μSでありうる。
各周波数単位別のFFTサイズは、HE−STF(または、HE−SIG−A)からさらに大きくなることができる。例えば、256FFTが20MHzチャネルで使用され、512FFTが40MHzチャネルで使用され、1024FFTが80MHzチャネルで使用されることができる。FFTサイズが大きくなると、OFDMサブキャリア間の間隔が小さくなるので、単位周波数当たりOFDMサブキャリアの数が増加されるが、OFDMシンボル時間は長くなる。システムの効率を向上させるために、HE−STF以後のGIの長さは、HE−SIG−AのGIの長さと同様に設定されることができる。
HE−SIG−Aフィールドは、HE STAがHE PPDUをデコードするために要求される情報を含むことができる。しかし、HE−SIG−Aフィールドは、レガシーSTAとHE STAとが共に受信され得るように、20MHzチャネルで64FFTを介して送信されることができる。これは、HE STAがHEフォーマットPPDUだけでなく、既存のHT/VHTフォーマットPPDUを受信でき、レガシーSTA及びHE STAがHT/VHTフォーマットPPDUとHEフォーマットPPDUとを区分しなければならないためである。
図14は、本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。
図14では、20MHzチャネルが各々互いに異なるSTA(例えば、STA1、STA2、STA3、及びSTA4)に割り当てられる場合を仮定する。
図14に示すように、単位周波数当たりFFTサイズは、HE−STF(または、HE−SIG−B)からさらに大きくなることができる。例えば、HE−STF(または、HE−SIG−B)から256FFTが20MHzチャネルで使用され、512FFTが40MHzチャネルで使用され、1024FFTが80MHzチャネルで使用されることができる。
PPDUに含まれる各フィールドで送信される情報は、前述した図13の例示と同様なので、以下、説明を省略する。
HE−SIG−Bフィールドは、各STAに特定された情報を含むことができるが、全体バンド(すなわち、HE−SIG−Aフィールドで指示)にわたってエンコードされることができる。すなわち、HE−SIG−Bフィールドは、全てのSTAに関する情報を含み、全てのSTAが受信するように送信されることもできる。
HE−SIG−Bフィールドは、各STA別に割り当てられる周波数帯域幅情報及び/又は当該周波数帯域でストリーム情報を知らせることができる。例えば、図14においてHE−SIG−Bは、STA1が20MHz、STA2がその次の20MHz、STA3がその次の20MHz、STA4がその次の20MHzが割り当てられ得る。また、STA1とSTA2とは40MHzを割り当て、STA3とSTA4とは、その次の40MHzを割り当てることができる。この場合、STA1とSTA2とは、互いに異なるストリームを割り当て、STA3とSTA4とは、互いに異なるストリームを割り当てることができる。
また、HE−SIG−Cフィールドを定義して、図14の例示にHE−SIG Cフィールドが追加され得る。この場合、HE−SIG−Bフィールドでは、全帯域にわたって全てのSTAに関する情報が送信され、各STAに特定した制御情報は、HE−SIG−Cフィールドを介して20MHz単位に送信されることもできる。このような場合、HE−SIG−Cフィールドは、HE−LTFフィールドの後に送信されることもできる。
また、図13及び図14の例示とは異なり、HE−SIG−Bフィールドは、全帯域にわたって送信せず、HE−SIG−Aフィールドと同様に、20MHz単位に送信されることができる。これについて下記の図面を参照して説明する。
図15は、本発明の一実施形態に係るHEフォーマットPPDUを例示する図である。
図15では、20MHzチャネルが各々互いに異なるSTA(例えば、STA1、STA2、STA3、及びSTA4)に割り当てられる場合を仮定する。
図15に示すように、HE−SIG−Bフィールドは、全帯域にわたって送信されず、HE−SIG−Aフィールドと同様に、20MHz単位に送信される。ただし、このとき、HE−SIG−Bは、HE−SIG−Aフィールドとは異なり、20MHz単位にエンコードされて送信されるが、20MHz単位に複製されて送信されないことがある。
この場合、単位周波数当たりFFTサイズは、HE−STF(または、HE−SIG−B)からさらに大きくなることができる。例えば、HE−STF(または、HE−SIG−B)から256FFTが20MHzチャネルで使用され、512FFTが40MHzチャネルで使用され、1024FFTが80MHzチャネルで使用されることができる。
PPDUに含まれる各フィールドで送信される情報は、前述した図13の例示と同様なので、以下、説明を省略する。
HE−SIG−Aフィールドは、20MHz単位に複写されて(duplicated)送信される。
HE−SIG−Bフィールドは、各STA別に割り当てられる周波数帯域幅情報及び/又は当該周波数帯域でストリーム情報を知らせることができる。HE−SIG−Bフィールドは、各STAに関する情報を含むので、20MHz単位の各HE−SIG−Bフィールド別に各STAに関する情報が含まれ得る。このとき、図15の例示では、各STA別に20MHzが割り当てられる場合を例示しているが、例えば、STAに40MHzが割り当てられる場合、20MHz単位にHE−SIG−Bフィールドが複写されて送信されることもできる。
各BSS別に互いに異なる帯域幅を支援する状況で、隣接したBSSからの干渉レベルの少ない一部の帯域幅をSTAに割り当てる場合に、上記のように、HE−SIG−Bフィールドを全帯域にわたって送信しないことがより好ましい場合がある。
図13〜図15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)、スクランブリングされた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。
一方、前述した図13〜図15のようなHEフォーマットPPDUは、L−SIGフィールドの繰り返しシンボルであるRL−SIG(Repeated L−SIG)フィールドを介して区分されることができる。RL−SIGフィールドは、HE SIG−Aフィールドの前に挿入され、各STAは、RL−SIGフィールドを用いて受信されたPPDUのフォーマットをHEフォーマットPPDUとして区分することができる。
図16は、本発明の一実施形態に係るHEフレーム構造を示す。
上述したように、802.11axシステムでは、アベレージスループット補強(average throughput enhancement)及びアウトドアでのローバスト送信のために、レガシー802.11システム(802.11a、802.11n、802.11ac等)より4倍長いシンボル長を使用しようとする。STAがすなわち、OFDM変調実行の際、4倍大きいFFTサイズを適用できる。
図16は、一実施形態に係るHE信号フレーム構造を示す。図16において、シンボル長が4倍長い区間を4倍(4×)FFTサイズで示した。図16のように、信号フレームでL−パート、すなわち、レガシープリアンブルは、レガシーシステムのようなFFTサイズ(1×)を使用できる。HEパートでは、HE−SIGフィールドまでは1× FFTサイズが適用され、HE−STF、HE−LTF、及びHE−データ部分に対しては4× FFTサイズが適用され得る。ただし、図16の実施形態は、図12〜図15の実施形態の組み合わせとともに使用されることもできる。
FFTサイズが増加するようになると、802.11レガシーシステム信号に比べて送信信号のサブキャリアの数が増加されてスループットを向上させることはできるが、受信機では、シンボル周期が長くなるので、データを処理するのにかかる時間が増加され得る。したがって、予め定義されたSIFS時間をそのまま使用すれば、受信STAが決められたSIFS時間後にACKフレームを送信できないこともある。
STAは、SIFS時間後に受信した信号フレームに対してACKフレームまたはCTSフレームを送信しなければならない。SIFS時間(SIFSTime)は、下記のとおりである。
SIFSTime=aRxPHYDelay+aMACPRocessingDelay+aTxPHYDelay+aRxTxSwitchTime+aTxRampOnTime
SIFS時間に含まれる時間についての簡略な説明は、以下のとおりである。
aRxPHYDelay:PHY階層がエアーインターフェースで最後のシンボルの終了から受信フレームの最後のビットをMACレイヤに伝達するノミナル時間(マイクロ秒)(The nominal time(in microseconds) that PHY uses to deliver the last bit of a received frame from end of the last symbol at the air interface to the MAC.)
aMACProcessingDelay:MACレイヤでPHYレイヤに送信開始指示、受信終了指示、及びCCA指示を発行する最大時間(The maximum time(in microseconds) available for the MAC to issue a PHY−TXSTART.request primitive pursuant to PHY−RXEND.indication primitive(for response after SIFS) or PHY−CCA.indication(IDLE) primitive(for response at any slot boundary following a SIFS))
aTxPHYDelay:PHY階層がMACインターフェースからシンボルをエアーインターフェースに伝達するノミナル時間(マイクロ秒)(The norminal time(in microseconds) that the PHY uses to deliver a symbol from the MAC interface to the air interface)
aRxTxSwitchTime:PHY階層が受信から送信にスイッチングするノミナル時間(The nominal time(in microseconds) that PHY takes to switch form receive to transmit)
aTxRampOnTime:PHY階層が送信機をつけるのにかかる最大時間(The maximum time(in microseconds) that the PHY takes to turn the Transmitter on。)
上述したように、4× FFTサイズを使用することにより、シンボル周期(duration)が増加するにしたがって、aRxPHYDelay時間が増加するようになり、STAが決められたSIFS時間後にACKフレームを送信できなくなることがある。したがって、送信STAは、受信STAがデータをよく受信したにもかかわらず、SIFS時間後にACKを受信できず、受信STAがデータを受信できなかったことと判断することもできる。したがって、以下では、HE−STAの性能(capability)を分類し、これをMCSレベル及びデータレートと連関してパディングシンボルを追加し、パディングシンボルに関する情報をHE−STAに指示する方法について説明する。
パディングシンボルは、ダミーシンボルと呼ぶこともできる。送信STAがダミーシンボルを追加に生成/送信する場合、受信機は、ダミーシンボルをデコードしないながら、ダミーシンボル区間をデータデコードのために追加的に必要な処理時間に設定することができる。ダミーシンボルは、OFDMシンボルであって、OBSS STAがエネルギーディテクションを介してチャネルが占有と判断できる任意の信号になることもできる。または、STAがダミーシンボルを送信する代わりに、信号フレームの特定区間に何らの信号を送信しないこともある。ただし、このような場合、当該信号生成のために、追加的なRFまたは基底帯域チェーンが必要でありうる。また、OBSS STAが当該チャネルを遊休と判断できるので、以下では、増加される信号プロセシング時間までNAVセッティングできるOFDMシンボルであるダミーシンボルを使用する実施形態について説明する。ダミーシンボルが最後のデータシンボルの後に挿入されるので、ダミーシンボルは、パディングシンボルと呼ばれることができる。また、ダミーシンボルの付加によって送信信号が延長されるので、信号延長(extension)または延長信号と呼ぶこともできる。
ダミーシンボルを全ての送信信号に付加することは、システムスループットを低下し得る。したがって、本発明では、STAの性能を考慮してダミーシンボルを付加しようとし、したがって、送信STAは、受信STAの性能を知らなければならない。したがって、以下において、STA性能を分類し、シグナリングする方法を説明する。
実施形態として、HE STAの性能はN個に分類されることができる。HE STAの性能は、STAの製造工程でデコード性能によって直接分類されることができる。または、HE STAが信号を送受信するときに使用する各種パラメータにより間接的に分類されることもできる。HE STAの性能を区分するために使用できるパラメータは、下記のように表すことができ、このうち、少なくとも1つのパラメータまたはこれらの組み合わせによって性能を区分することができる。ただし、このようなパラメータは、実施形態であって、含まれたパラメータが除かれるか、他のパラメータが追加されるなど、全体パラメータは、変更されることもできる。
1)STAが支援する最大データレート
2)STAが支援する最大ペイロードサイズ
3)STAが支援する最大MCSレベル(または星状図レベル)
4)STAが支援するOFDMシンボル当たりコーディングされたビットの最大数
5)STAが支援するOFDMシンボル当たりデータビットの最大数
6)STAが支援する最大空間(spatial)ストリームの数
7)STAが支援する最大空間時間ストリームの数
8)STAが支援する最大BCCまたはLDPCエンコーダの数
9)STAが支援する最大BCCまたはLDPCデコーダの数
10)STAが支援する最大帯域幅サイズ
本明細書では、実施形態として、STAが支援する最大MCSレベルパラメータ及び最大帯域幅サイズパラメータに基づいてSTAのカテゴリーを4個に分類することができる。表2は、このように分類したSTAの4個のカテゴリーを示す。
Figure 0006557348
分類されたSTAカテゴリー情報は、送信STAでダミーシンボルパディング可否及びパディングされるダミーシンボルの量を決定するのに必要なので、送信STAは、受信STAのSTAカテゴリー情報を取得しなければならない。したがって、STAカテゴリー情報は、STA同士に送受信する信号に含まれて交換されなければならない。本発明の実施形態として、STAカテゴリー情報は、HE性能エレメント(HE Capabilities Element)に含まれて伝達されることができる。実施形態として、HE性能エレメントは、APのビーコンフレームまたはSTAのプローブ応答(Probe Response)フレーム、連係要請(Association Request)フレーム、連係応答(Associatoin Response)フレーム、再連係要請(Reassociation Request)フレーム、再連係応答(Reassociatoin Response)フレームに含まれることもできる。
図17は、本発明の実施形態に係るVHT性能エレメントを示す。
実施形態として、HE性能エレメントは、VHT性能エレメントと同一または類似したストラクチャーとして設計されることができる。HE STAは、HE性能エレメント(HE Capabilities Element)を送信することにより、自分がHE STAであることを宣言できる。HE性能エレメントは、図17のようなHE性能情報フィールド(HE Capabilities Info Field)を含むことができる。図17の実施形態は、VHT性能情報フィールドを例示として採用し、実施形態によって含まれる情報は変更されることもできる。図17において、HE性能情報フィールドの最後の30〜31ビットが予備(reserved)ビットであり、本発明は、この予備ビットを使用してSTAカテゴリー情報を送信できる。
図17のHE性能情報フィールドに含まれるサブフィールドについての簡略な説明は、下記のとおりである。
・Maximum MPDU Length:最大MPDU長さフィールド、最大MPDU長さを示す
・Supported Channel Width Set:支援チャネル幅セット情報、当該STAが支援するチャネル幅を示す
・Rx LDPC:受信LDPC情報、受信するLDPCエンコードされたパケットに対する支援を示す
・Short GI for 80MHz:80MHzに対する短いGI情報、受信パケットに対する短いGI支援可否を示す
・Short GI for 80+80MHz:80+80MHzに対する短いGI情報、受信パケットに対する短いGI支援可否を示す
・Tx STBC:送信STBC情報、少なくとも2×1 STBCの送信支援可否を示す
・Rx STBC:受信STBC情報、STBCを使用するPPDUの受信支援可否を示す
・SU Beamformer Capable:SUビームフォーマ性能情報、SUビームフォーマ(VHTサウンディングプロトコル)のような動作の支援可否を示す
・SU Beamformee Capable:SUビームフォーミ性能情報、SUビームフォーミ(VHTサウンディングプロトコル)のような動作の支援可否を示す
・Beamformee STS capability:ビームフォーミSTS性能情報、STAが受信できる空間−時間ストリームの最大数を示す
・Number of Sounding Dimensions:サウンディングディメンション数情報、ビームフォーマの性能を示す
・MU Beamformer Capable:MUビームフォーマ性能情報、MUビームフォーマ(VHTサウンディングプロトコル)のような動作の支援可否を示す
・MU Beamformee Capable:MUビームフォーミ性能情報、MUビームフォーミ(VHTサウンディングプロトコル)のような動作の支援可否を示す
・VHT(HE) TXOP PS:APがVHT(HE) TXOP電力セーブモードを支援するか、またはnon−AP STAのVHT(HE)−TXOP電力セーブモードがイネーブルされたかを示す
・HTC−VHT−Capable:HTC−VHT(HE)性能情報、STAがVHT可変(variant)HTコントロールフィールドの受信を支援するかを示す
・Maximum A−MPDU Length Exponent:最大A−MPDU長さ指数情報、STAが受信できるA−MPDUの最大長さを示す
・VHT(HE) Link Adaptation Capable:VHT(HE)リンクアダプテーション性能情報、STAがVHT可変(variant)HTコントロールフィールドを使用したリンクアダプテーションを支援するかを示す
・Rx Antenna Pattern Consistency:受信アンテナパターン変更の可能性(possibility)を示す
・Tx Antenna Patern Consistency:送信アンテナパターン変更の可能性(possibility)を示す
実施形態として、STAは、上述した予備ビットを使用して別にSTAカテゴリー情報を指示する方法を使用できる。他の実施形態として、STAは、追加的なビットを割り当てず、HE性能エレメントまたはVHT性能エレメントを構成する上述したサブフィールドの情報を使用してSTAカテゴリーを算出することもできる。実施形態として、STAは、性能エレメントに含まれる情報として、Maximum MPDU length、supported channel width set、Rx LDPC、Beamformee STS capability、Number of Sounding Dimensions、Maximum A−MPDU length exponent、Rx MCS Map、Rx Highest Supported Long GI Data Rate、Tx MCS Map、Tx Highest Supported Long GI Data Rateのような情報のうち、少なくとも1つの情報を使用してSTAカテゴリーを取得することもできる。すなわち、STAは、受信STAに対するシグナリング情報を受信/取得して、これからSTAカテゴリーを取得することもできる。
STAカテゴリーが決定されれば、送信STAは、パディングシンボルを受信STAのカテゴリー及び現在送信するデータフレームのMCSレベル、星状図レベルまたはデータレートに基づいてダミーシンボルをパディングできる。MCSレベル(星状図レベル)は、STAがデータ送信の際、フィジカルプリアンブルのHE−SIGフィールドを介してシグナリングするMCSレベル(星状図レベル)を示す。以下では、パディングシンボルを生成及び追加する方法についてさらに詳細に説明する。また、実施形態として、MCSレベルは、星状図レベルを含み、本発明は、MCSレベルで星状図レベルだけを使用して動作を行うこともできる。
(1)パディングシンボルを構成するためのビットを構成する方法
パディングシンボルを満たすビットは、PAPR(Peak to Average Power Ratio)性能などを考慮して、同じ値を繰り返して入れずに、特定ビット値を生成して使用することができる。
a.ランダムなビット値が使用され得る。実施形態として、このようなランダムビットは、PNシーケンスを使用して生成されることができ、シード(seed)値は、予め定義された値を使用するか、AID、Partial AID、グループIDの全体または一部を使用することもできる。
b.予め定義されたビットシーケンスが使用され得る。予め定義されたシーケンスは、システムのPAPR性能を考慮して、生成/適用されるシーケンスが使用され得る。
c.パディングシンボルを満たすために、ビット値を生成する代わりに、変調シンボルを直ちに生成して使用することもできる。このようなパディングシンボルは、PAPR性能を考慮した構造として選択されることができる。実施形態として、変調次数は、QPSKが使用されることもできる。
(2)パディングシンボルを変調する方法
実施形態として、STAは、L−SIGまたはHE−SIGフィールドで定義されたまたはデータ送信に使用された変調オーダーを使用してパディングシンボルを変調できる。他の実施形態として、STAは、L−SIGまたはHE−SIGフィールドで定義されたまたはデータ送信に使用された変調オーダーと関係なく、予め定義された変調オーダーを使用することもできる。予め定義された特定変調オーダーと(1)−b、(1)−cの方法を共に使用する場合には、PAPR性能を大きく向上させることができるOFDMシンボルを生成できる。
(3)FFTサイズ及びCP長さ
実施形態として、STAは、L−SIGまたはHE−SIGフィールドで定義されたまたはデータ送信に使用されたFFTサイズ及びCP長さを使用してパディングシンボルを変調できる。他の実施形態として、STAは、L−SIGまたはHE−SIGフィールドで定義されたまたはデータ送信に使用されたFFTサイズ及びCP長さと関係なく、予め定義されたFFTサイズ及びCP長さを使用することもできる。
(4)パディングシンボルの数
a.STAは、送信データのFFTサイズが4×である場合、n個のパディングシンボルを生成し、送信データのFFTサイズが1×または2×である場合には、パディングシンボルを生成しないことがある。
このとき、パディングシンボルの個数(n)は、上述したSTAカテゴリーにより決定されることができる。実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は3、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0に設定されることができる。他の実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0のように、一部STAカテゴリーに対しては同じパディングシンボル数が使用されることもできる。または、STAカテゴリー情報と関係なく、n=1、2のように、予め定義された値が使用されることもできる。
b.STAは、データ送信にSTBC方式を使用し、送信データのFFTサイズが4×である場合、2n個のパディングシンボルを生成し、送信データのFFTサイズが2×である場合には、n個のパディングシンボルを生成し、送信データのFFTサイズが1×である場合には、パディングシンボルを生成しないことがある。
このとき、パディングシンボルの個数(n)は、上述したSTAカテゴリーにより決定されることができる。実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は3、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0に設定されることができる。他の実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0のように、一部STAカテゴリーに対しては同じパディングシンボル数が使用されることもできる。または、STAカテゴリー情報と関係なく、n=1、2のように、予め定義された値が使用されることもできる。
c.STAは、データ送信にSTBC方式を使用し、送信データのFFTサイズが4×である場合、2n個のパディングシンボルを生成し、送信データのFFTサイズが2×である場合、または1×である場合には、パディングシンボルを生成しないことがある。
このとき、パディングシンボルの個数(n)は、上述したSTAカテゴリーにより決定されることができる。実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は3、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0に設定されることができる。他の実施形態として、STAカテゴリー1のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー2のパディングシンボル数は2、STAカテゴリー3のパディングシンボル数は1、STAカテゴリー4のパディングシンボル数は0のように、一部STAカテゴリーに対しては同じパディングシンボル数が使用されることもできる。または、STAカテゴリー情報と関係なく、n=1、2のように、予め定義された値が使用されることもできる。
上述したように、送信STAは、パディングシンボルを生成できる。ただし、送信STAにおいてパディングシンボルの挿入可否は、受信機のSTAカテゴリー、送信データに対するMCSレベル、またはデータレートに基づいて決定されることができる。言い換えれば、送信STAは、受信STAのカテゴリー、送信データのMCSレベル、送信データのデータレートのうち、少なくとも1つに基づいてパディングシンボルの挿入可否を決定できる。実施形態として、MCSレベルは、表3のように10個のステップを含むことができるが、実施形態によって802.11axシステムのMCSレベルは、他のレベルがさらに追加されることもできる。
Figure 0006557348
送信STAは、表4及び表5のように、パディングシンボル追加可否を決定できる。
Figure 0006557348
Figure 0006557348
表4は、STAカテゴリーとMCSレベルとを使用してパディングシンボル追加可否を決定する実施形態である。送信STAは、受信STAがSTAカテゴリー1である場合は、MCSレベルが3〜9である場合、STAカテゴリー2である場合は、MCSレベルが5〜9である場合、STAカテゴリー3である場合は、MCSレベルが8〜9である場合に対してパディングシンボルを追加して信号を送信できる。
表5は、STAカテゴリーとデータレートとを使用してパディングシンボル追加可否を決定する実施形態である。送信STAは、受信STAがSTAカテゴリー1である場合は、データレートが1200(Mb/s)超過である場合、STAカテゴリー2である場合は、データレートが2400(Mb/s)超過である場合、STAカテゴリー3である場合は、データレートが3600(Mb/s)超過である場合に対してパディングシンボルを追加して信号を送信できる。
図18は、本発明の一実施形態に係るSTA装置を示す。
図18において、STA装置は、メモリ18010、プロセッサ18020及びRFユニット18030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18030は、プロセッサ18020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18030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18020は、RFユニット18030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18030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18010に格納され、プロセッサ18020によって実行されることができる。
メモリ18010は、プロセッサ18020に接続され、プロセッサ18020を駆動するための多様な情報を格納する。メモリ18010は、プロセッサ18020の内部に含まれるか、またはプロセッサ18020の外部に設置されて、プロセッサ18020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18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18において示したSTA装置のCCA調整/実行方法及びそれによるデータ送信方法については、以下の順序図とともに、再度説明する。
図19は、本発明の実施の形態にかかるSTA装置のデータ送信方法を示す。
図19は、図12〜図18の説明が全て適用され得る。
STAは、PPDUを生成できる(S19010)。生成されるPPDUは、上述した信号フレーム構造を有し、フィジカルプリアンブルとデータフィールドとを含み、フィジカルプリアンブルにはレガシープリアンブルとHEプリアンブルとが含まれ得る。HE PPDUの場合、データフィールドには、レガシープリアンブルで使用されたFFTサイズの4倍のFFTサイズが使用され得る。したがって、データフィールドのDFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform)周期(period)は、レガシープリアンブル部分のDFT/IDFT周期の4倍になることができる。
STAは、パディングシンボルの追加可否を決定できる(S19020)。STAは、上述したように、受信STAのカテゴリー情報、PPDUに送信するデータのMCSレベル、及びPPDUに送信するデータのデータレートのうち、少なくとも1つに基づいてパディングシンボルの追加可否を決定できる。STAは、受信STAのカテゴリー情報を受信STAから受信することができ、受信された他の情報を使用してSTAが決定/取得することもできる。また、上述したように、STAは、MCSレベルとともに、またはMCSレベルの代わりに、星状図レベルに基づいてパディングシンボルの追加可否を決定することもできる。
STAは、パディングシンボル追加が決定されれば、パディングシンボルを追加できる(S19030)。STAのパディングシンボル生成及び追加方法については、上記で詳細に説明した。追加されるパディングシンボルの数は、受信STAのカテゴリーに基づいて決定されることができる。実施形態として、追加されるパディングシンボルの数は、送信データのMCSレベル、データレート、送信帯域幅、送信データ量のうち、少なくとも1つに基づいて決定されることもできる。
追加されるパディングシンボルは、受信STAでデコードされないことがある。すなわち、パスシンボルは、PPDUを含む送信信号に対する信号延長(signal extension)に該当し得る。パディングシンボルは、マック(MAC)レイヤで追加されるか、フィジカルレイヤで追加されることもできる。本明細書では、パディングシンボルとして説明したが、パディングビットが付加されることもできる。すなわち、シンボルの特定区間に対してビット単位のパディングが行われ、当該パディングビットが含まれたシンボルをパディングシンボルと呼ぶこともできる。
また、追加されるパディングシンボルは、PPDUに含まれたデータのFEC(Forward Error Correction)コーディング以後に追加されることができる。ポスト−FECパディングシンボルを追加すれば、受信機は、パディングシンボルをFECデコード無しで捨てる(discard)ことができ、受信機の動作効率が増加される。そして、STAは、パディングシンボルに対するシグナリング情報をフィジカルプリアンブルまたはマック(MAC)ヘッダに含めて送信することもできる。パディングシンボル/ビットの位置、数、区間に関する情報が送信され得る。
STAは、パディングシンボルが追加されたPPDUを送信できる(S19040)。図19において、ステップ(S19010)のPPDU生成の際、PPDUは、パディングシンボル追加前までのPPDUを示し、パディングシンボルを追加するステップまでをPPDU生成ステップとみなすこともできる。このような場合、ステップ(S19010)は省略されたり、MPDU生成ステップに代替されることもできる。
図19において、PPDUを生成するステップとしてフィジカルレイヤの信号処理過程を詳細に示してはいない。STA装置は、FECエンコーダ、インターリーバ、セグメントパーサ、マッパー(mapper)、IDFTユニット及びアナログ/RFユニットを備える。FECエンコーダ、インターリーバ、セグメントパーサ、マッパー(mapper)、IDFTユニットは、図18のプロセッサに含まれることができ、アナログ/RFユニットは、図18のRFユニットに該当することができる。図18のSTA装置は、上述のHE STAの動作を行うことができる。これを簡略に説明すれば、次のとおりである。
STAは、FECエンコーダを使用して送信データをFECエンコードすることができる。FECエンコードは、STAがインターリーバを使用して送信データをインターリービングできる。FECエンコーダは、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。
そして、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することができる。マッパーでの変調方式(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。そして、STAは、送信データをIDFTユニットを使用してIDFTまたはIFFTプロセシングすることができる。言い換えれば、IDFTユニットは、マッパーから出力される変調シンボルに対してIFFTまたはIDFTを行い、時間領域(time domain)のOFDMシンボルを出力できる。そして、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。
特に、本発明において、IDFTユニットは、送信信号の第1部分と第2部分に対して異なるサイズのFFTを適用でき、特に、第2部分は、第1部分の4倍のFFTが適用され得る。このような場合、第2部分のシンボル周期は、第1部分のシンボル周期の4倍になることができる。これは、4倍のIDFT/DFT周期(period)として示すこともできる。
アナログ/RFユニットは、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することができる。
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 (8)

  1. WLANシステムにおいてデータを送信する方法であって、該方法は、第1STA(Station)により行われ、
    第2STAの高効率(HE)性能エレメントを受信するステップであって、該HE性能エレメントは、該第2STAの送信星状図レベル情報を含む、ステップと、
    前記送信星状図レベル情報及びデータフィールドの送信星状図レベルの両方に基づいて、信号延長の期間を決定するステップであって、該信号延長は、前記第2STAに対する追加の受信処理時間を提供する、ステップと、
    フィジカルプリアンブル、前記データフィールド及び前記信号延長を含むフィジカルプロトコルデータユニット(PPDU)を生成するステップであって、前記フィジカルプリアンブルは、レガシープリアンブル部分を含み、前記データフィールドのDFT/IDFT周期は、前記レガシープリアンブル部分のDFT/IDFT周期の4倍である、ステップと、
    前記生成されたPPDUを前記第2STAに送信するステップと、
    を含む、データ送信方法。
  2. 記信号延長の期間を決定するステップは、少なくとも前記第2STAの性能に関連する情報、前記PPDU内で送信されるデータの変調及びコーディング方法(MCSレベル又は前記PPDU内で送信される前記データのデータレートに基づく、請求項1に記載のデータ送信方法。
  3. 前記信号延長は、前記第2STAでデコードされない、請求項2に記載のデータ送信方法。
  4. 記信号延長は、前記生成されたPPDU内FECエンコード後に付加される、請求項に記載のデータ送信方法。
  5. WLANシステムにおいてデータを送信するための第1STA(Station)装置であって、
    無線信号を送信及び受信するよう構成されたRFユニットと、
    ロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    第2STAの高効率(HE)性能エレメントを受信するよう前記RFユニットを制御し、該HE性能エレメントは、該第2STAの送信星状図レベル情報を含み、
    前記送信星状図レベル情報及びデータフィールドの送信星状図レベルの両方に基づいて、信号延長の期間を決定し、該信号延長は、前記第2STAに対する追加の受信処理時間を提供し、
    フィジカルプリアンブル、前記データフィールド及び前記信号延長を含むフィジカルプロトコルデータユニット(PPDU)を生成し、前記フィジカルプリアンブルは、レガシープリアンブル部分を含み、前記データフィールドのDFT/IDFT周期は、前記レガシープリアンブル部分のDFT/IDFT周期の4倍であり、
    前記PPDUを前記第2STAに送信するよう前記RFユニットを制御するよう構成された、STA装置。
  6. 記信号延長の期間の決定は、少なくとも前記第2STAの性能に関連する情報、前記PPDU内で送信されるデータの変調及びコーディング方法(MCSレベル又は前記PPDU内で送信される前記データのデータレートに基づく、請求項に記載のSTA装置。
  7. 前記信号延長は、前記第2STAでデコードされない、請求項に記載のSTA装置。
  8. 記信号延長は、前記生成されたPPDU内FECエンコード後に付加される、請求項に記載のSTA装置。
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