KR102493881B1 - 무선 통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

LAN(Wireless LAN) 시스템의 STA(Station) 장치의 데이터 전송 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 STA 장치의 데이터 전송 방법은, 피지컬 프리앰블(physical preamble) 및 데이터 필드를 포함하는 피지컬 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성하는 단계; 상기 PPDU에 패딩 심볼 추가 여부를 결정하는 단계; 상기 패딩 심볼을 추가하는 것으로 결정된 경우, 상기 패딩 심볼을 생성하여 상기 PPDU에 추가하는 단계; 및 상기 PPDU를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선 통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 장치

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 LAN(Local Area Network) 통신 시스템에서 전송하는 데이터의 FFT 사이즈 증가에 따라서 수신기의 신호 처리 시간을 확보할 수 있도록 패딩 심볼을 추가하여 신호를 전송하는 STA 장치 및 그의 데이터 전송 방법에 대한 것이다.

와이파이(Wi-Fi)는 2.4GHz, 5GHz 또는 6 GHz 주파수 대역에서 기기가 인터넷에 접속 가능하게 하는 WLAN(Wireless Local Area Network) 기술이다.

WLAN은 IEEE(institute of electrical and electronic engineers) 802.11 표준에 기반한다. IEEE 802.11의 WNG SC(Wireless Next Generation Standing Committee)는 차세대 WLAN(wireless local area network)을 중장기적으로 고민하는 애드혹 위원회(committee)이다.

IEEE 802.11n은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n에서는 최대 600Mbps 데이터 처리 속도(data rate)를 제공하는 고처리율(HT: High Throughput)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술에 기반을 두고 있다.

WLAN의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 초고처리율(VHT: Very High Throughput)를 지원하는 차세대 WLAN 시스템은 IEEE 802.11n WLAN 시스템의 다음 버전으로서, IEEE 802.11ac가 새롭게 제정되었다. IEEE 802.11ac는 80MHz 대역폭 전송 및/또는 더 높은 대역폭 전송(예를 들어, 200MHz)을 통해 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하고, 주로 5 GHz 대역에서 동작한다.

최근에는 IEEE 802.11ac이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 WLAN 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다.

일명 IEEE 802.11ax 또는 고효율(HEW: High Efficiency) WLAN라고 불리는 차세대 WLAN 스터디 그룹에서 주로 논의되는 IEEE 802.11ax의 범위(scope)는 1) 2.4GHz 및 5GHz 등의 대역에서 802.11 PHY(physical) 계층과 MAC(medium access control) 계층의 향상, 2) 스펙트럼 효율성(spectrum efficiency)과 영역 쓰루풋(area throughput) 향상, 3) 간섭 소스가 존재하는 환경, 밀집한 이종 네트워크(heterogeneous network) 환경 및 높은 사용자 부하가 존재하는 환경과 같은 실제 실내 환경 및 실외 환경에서 성능을 향상 등을 포함한다.

IEEE 802.11ax에서 주로 고려되는 시나리오는 AP(access point)와 STA(station)이 많은 밀집 환경이며, IEEE 802.11ax는 이러한 상황에서 스펙트럼 효율(spectrum efficiency)과 공간 전송률(area throughput) 개선에 대해 논의한다. 특히, 실내 환경뿐만 아니라, 기존 WLAN에서 많이 고려되지 않던 실외 환경에서의 실질적 성능 개선에 관심을 가진다.

IEEE 802.11ax에서는 무선 오피스(wireless office), 스마트 홈(smart home), 스타디움(Stadium), 핫스팟(Hotspot), 빌딩/아파트(building/apartment)와 같은 시나리오에 관심이 크며, 해당 시나리오 기반으로 AP와 STA가 많은 밀집 환경에서의 시스템 성능 향상에 대한 논의가 수행되고 있다.

앞으로 IEEE 802.11ax에서는 하나의 BSS(basic service set)에서의 단일 링크 성능 향상보다는, OBSS(overlapping basic service set) 환경에서의 시스템 성능 향상 및 실외 환경 성능 개선, 그리고 셀룰러 오프로딩(cellular offloading) 등에 대한 논의가 활발할 것으로 예상된다. 이러한 IEEE 802.11ax의 방향성은 차세대 WLAN이 점점 이동 통신과 유사한 기술 범위를 갖게 됨을 의미한다. 최근 스몰 셀(small cell) 및 D2D(Direct-to-Direct) 통신 영역에서 이동 통신과 WLAN 기술이 함께 논의되고 있는 상황을 고려해 볼 때, IEEE 802.11ax를 기반한 차세대 WLAN과 이동 통신의 기술적 및 사업적 융합은 더욱 활발해질 것으로 예측된다.

상술한 바와 같이 차세대 무선 LAN 시스템인 802.11ax 시스템의 성능 향상 방법에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. 특히, 제한된 대역폭에서 리소스 활용 효율을 개선하는 방법이 802.11ax 시스템에서 중요한 과제이다.

802.11ax 시스템에서는 에버리지 쓰루풋 보강(average throughput enhancement) 및 아웃도어에서의 로버스트 전송을 위해 레거시 802.11 시스템(802.11a, 802.11n, 802.11ac 등)보다 4배 긴 심볼 길이를 사용하고자 한다. STA가 즉 OFDM 변조 수행 시 4배 큰 FFT 사이즈를 적용할 수 있다.

FFT 사이즈가 증가하게 되면 802.11 레거시 시스템 신호에 비해 전송 신호의 서브케리어의 수가 증가되어 스루풋을 향상시킬 수는 있으나, 수신기에서는 심볼 주기가 길어지므로 데이터를 처리하는데 걸리는 시간이 증가될 수 있다. 따라서 기정의된 SIFS 시간을 그대로 사용하면 수신 STA가 정해진 SIFS 시간 후에 ACK 프레임을 전송하지 못할 수도 있다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 WLAN 시스템의 STA 장치 및 STA 장치의 데이터 전송 방법을 제안한다.

본 발명의 실시예에 따른 WLAN(Wireless LAN) 시스템의 STA(Station)의 데이터 전송 방법은, 피지컬 프리앰블(physical preamble) 및 데이터 필드를 포함하는 피지컬 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성하는 단계로서, 상기 피지컬 프리앰블은 레거시 프리앰블 부분을 포함하며, 상기 데이터 필드의 DFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform) 주기는 상기 레거시 프리앰블 부분의 DFT/IDFT 주기의 4배인, 생성 단계; 상기 PPDU에 패딩 심볼 추가 여부를 결정하는 단계; 상기 패딩 심볼을 추가하는 것으로 결정된 경우, 상기 패딩 심볼을 생성하여 상기 PPDU에 추가하는 단계; 및 상기 PPDU를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 STA의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 PPDU에 패딩 심볼 추가 여부를 결정하는 단계는, 수신 STA의 카테고리 정보, 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 MCS 레벨, 성상도 레벨 및 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 데이터 레이트 중 적어도 하나에 기초하여 상기 패딩 심볼의 추가 여부를 결정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 패딩 심볼은, 수신 STA에서 디코딩되지 않으며, 상기 전송 PPDU를 포함하는 전송 신호에 대한 신호 연장(signal extension)에 해당할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA의 데이터 전송 방법은, 상기 수신 STA로부터 상기 카테고리 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 추가되는 패딩 심볼의 수는 상기 수신 STA의 카테고리에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 추가되는 패딩 심볼은 상기 PPDU로 전송되는 데이터에 대한 FEC(Forward Error Correction) 인코딩 후 부가될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 WLAN(Wireless LAN) 시스템의 STA(Station) 장치는, 무선 신호를 송신 및 수신하는, RF(Radio Frequency) 유닛; 및 상기 RF 유닛을 제어하는, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 피지컬 프리앰블(physical preamble) 및 데이터 필드를 포함하는 피지컬 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성하며, 상기 피지컬 프리앰블은 레거시 프리앰블 부분을 포함하며, 상기 데이터 필드의 DFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform) 주기는 상기 레거시 프리앰블 부분의 DFT/IDFT 주기의 4배이고, 상기 PPDU에 패딩 심볼 추가 여부를 결정하며, 상기 패딩 심볼을 추가하는 것으로 결정된 경우, 상기 패딩 심볼을 생성하여 상기 PPDU에 추가하고, 및 상기 PPDU를 전송한다.

본 발명의 실시예에 따른 STA에 있어서, 상기 PPDU에 패딩 심볼 추가 여부 결정은, 수신 STA의 카테고리 정보, 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 MCS 레벨, 성상도 레벨 및 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 데이터 레이트 중 적어도 하나에 기초하여 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA에 있어서, 상기 패딩 심볼은, 수신 STA에서 디코딩되지 않으며, 상기 전송 PPDU를 포함하는 전송 신호에 대한 신호 연장(signal extension)에 해당할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA에 있어서, 상기 STA 장치는, 상기 수신 STA로부터 상기 카테고리 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA에 있어서, 상기 추가되는 패딩 심볼의 수는 상기 수신 STA의 카테고리에 기초하여 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 STA에 있어서, 상기 추가되는 패딩 심볼은 상기 PPDU로 전송되는 데이터에 대한 FEC(Forward Error Correction) 인코딩 후 부가될 수 있다.

본 발명에 따르면 더미 심볼의 추가로 인해 수신기가 데이터 디코딩 시간을 확보함으로써 FFT 사이즈 확대에 따른 SIFS 시간의 부족 문제를 해결할 수 있다. 또한, SIFS에 의존하는 레거시 송수신 절차를 11ac 시스템에도 적용할 수 있어 기존 시스템들과의 호환성을 향상시킬 수도 있다.

본 발명은 전송 데이터의 MCS 레벨 또는 데이터 레이트, 수신기의 성능 등을 고려하여 패딩 심볼을 부가한다. 또한, 본 발명은 부가하는 패딩 심볼의 개수를 수신기의 성능에 기초하여 결정할 수 있다. 따라서 패딩 심볼 부가에 따른 리던선시의 부담을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따르면 802.11ax 시스템의 4x FFT 사이즈 사용에 따른 수신기의 구현 부담을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 계층 아키텍처(layer architecture)의 구조를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 non-HT 포맷 PPDU 및 HT 포맷 PPDU를 예시한다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 VHT 포맷 PPDU 포맷을 예시한다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 PPDU의 포맷을 구분하기 위한 성상(constellation)을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.
도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 MAC 프레임 내 프레임 제어(Frame Control) 필드를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.
도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 임의 백오프 주기와 프레임 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 IFS 관계를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하향링크 MU-MIMO 전송 과정을 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE(High Efficiency) 포맷 PPDU를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 프레임 구조를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 VHT 성능 엘레먼트를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 장치를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 STA 장치의 데이터 전송 방법을 나타낸다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

이하의 기술은 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) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 이용될 수 있다. CDMA는 UTRA(universal terrestrial radio access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(global system for mobile communications)/GPRS(general packet radio service)/EDGE(enhanced data rates for GSM evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.20 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(universal mobile telecommunications system)의 일부이다. 3GPP(3rd generation partnership project) LTE(long term evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802, 3GPP 및 3GPP2 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 본 발명의 기술적 사상을 명확히 드러내기 위해 설명하지 않은 단계들 또는 부분들은 상기 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.11 시스템을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 특징이 이에 제한되는 것은 아니다.

시스템 일반

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.

IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호작용에 의해 상위계층에 대해 트랜스패런트(transparent)한 스테이션(STA: Station) 이동성을 지원하는 무선 통신 시스템이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(BSS: Basic Service Set)는 IEEE 802.11 시스템에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다.

도 1 에서는 3개의 BSS(BSS 1 내지 BSS 3)가 존재하고 각각의 BSS의 멤버로서 2개의 STA이 포함되는 것(STA 1 및 STA 2 는 BSS 1에 포함되고, STA 3 및 STA 4는 BSS 2에 포함되며, STA 5 및 STA 6은 BSS 3에 포함됨)을 예시적으로 도시한다.

도 1 에서 BSS를 나타내는 타원은 해당 BSS에 포함된 STA들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 나타내는 것으로도 이해될 수 있다. 이 영역을 기본 서비스 영역(BSA: Basic Service Area)이라고 칭할 수 있다. STA가 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.

IEEE 802.11 시스템에서 가장 기본적인 타입의 BSS는 독립적인 BSS(IBSS: Independent BSS)이다. 예를 들어, IBSS는 2 개의 STA만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 또한, 가장 단순한 형태이고 다른 구성요소들이 생략되어 있는 도 1 의 BSS 3이 IBSS의 대표적인 예시에 해당할 수 있다. 이러한 구성은 STA들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.

STA의 켜지거나 꺼짐, STA가 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS에서의 STA의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS의 멤버가 되기 위해서는, STA는 동기화 과정을 이용하여 BSS에 조인할 수 있다. BSS 기반 구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA는 BSS에 연계(associated)되어야 한다. 이러한 연계(association)는 동적으로 설정될 수 있고, 분배 시스템 서비스(DSS: Distribution System Service)의 이용을 포함할 수 있다.

802.11 시스템에서 직접적인 STA-대-STA의 거리는 물리 계층(PHY: physical) 성능에 의해서 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 STA 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배 시스템(DS: Distribution System)이 구성될 수 있다.

DS는 BSS들이 상호 연결되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 도 1 과 같이 BSS가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS가 존재할 수도 있다.

DS는 논리적인 개념이며 분배 시스템 매체(DSM: Distribution System Medium)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(WM: Wireless Medium)와 분배 시스템 매체(DSM: Distribution System Medium)을 논리적으로 구분하고 있다. 각각의 논리적 매체는 상이한 목적을 위해서 사용되며, 상이한 구성요소에 의해서 사용된다. IEEE 802.11 표준의 정의에서는 이러한 매체들이 동일한 것으로 제한하지도 않고 상이한 것으로 제한하지도 않는다. 이와 같이 복수개의 매체들이 논리적으로 상이하다는 점에서, IEEE 802.11 시스템의 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 시스템 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 시스템 구조가 특정될 수 있다.

DS는 복수개의 BSS들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 장치를 지원할 수 있다.

AP는, 연계된 STA들에 대해서 WM을 통해서 DS로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 의미한다. AP를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 도시하는 STA 2 및 STA 3은 STA의 기능성을 가지면서, 연계된 STA들(STA 1 및 STA 4)가 DS로 액세스하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP는 기본적으로 STA에 해당하므로, 모든 AP는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.

AP에 연계된 STA들 중의 하나로부터 그 AP의 STA 어드레스로 전송되는 데이터는, 항상 비제어 포트(uncontrolled port)에서 수신되고 IEEE 802.1X 포트 액세스 개체에 의해서 처리될 수 있다. 또한, 제어 포트(controlled port)가 인증되면 전송 데이터(또는 프레임)는 DS로 전달될 수 있다.

임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 확장된 서비스 세트(ESS: Extended Service Set) 네트워크라고 칭한다. ESS는 하나의 DS에 연결된 BSS들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS는 DS를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 논리 링크 제어(LLC: Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA들은 LLC에 트랜스패런트(transparent)하게 하나의 BSS에서 다른 BSS로(동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.

IEEE 802.11 시스템에서는 도 1 에서의 BSS들의 상대적인 물리적 위치에 대해서 아무것도 가정하지 않으며, 다음과 같은 형태가 모두 가능하다.

구체적으로, BSS들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS들은 물리적으로 동일한 위치에 위치할 수 있고, 이는 리던던시(redundancy)를 제공하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 하나 (또는 하나 이상의) IBSS 또는 ESS 네트워크들이 하나 또는 그 이상의 ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 ad-hoc 네트워크가 동작하는 경우나, 상이한 기관(organizations)에 의해서 물리적으로 중첩되는 IEEE 802.11 네트워크들이 구성되는 경우나, 동일한 위치에서 2 이상의 상이한 액세스 및 보안 정책이 필요한 경우 등에서의 ESS 네트워크 형태에 해당할 수 있다.

WLAN 시스템에서 STA은 IEEE 802.11의 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control)/PHY 규정에 따라 동작하는 장치이다. STA의 기능이 AP와 개별적으로 구분되지 않는 한, STA는 AP STA과 비-AP STA(non-AP STA)를 포함할 수 있다. 다만, STA과 AP 간에 통신이 수행된다고 할 때, STA은 non-AP STA으로 이해될 수 있다. 도 1의 예시에서 STA 1, STA 4, STA 5 및 STA 6은 non-AP STA에 해당하고, STA 2 및 STA 3은 AP STA 에 해당한다.

Non-AP STA는 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 장치에 해당한다. 이하의 설명에서 non-AP STA는 무선 장치(wireless device), 단말(terminal), 사용자 장치(UE: User Equipment), 이동국(MS: Mobile Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 무선 단말(wireless terminal), 무선 송수신 유닛(WTRU: Wireless Transmit/Receive Unit), 네트워크 인터페이스 장치(network interface device), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치 등으로 칭할 수도 있다.

또한, AP는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(BS: Base Station), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(eNB: evolved Node-B), 기저 송수신 시스템(BTS: Base Transceiver System), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.

이하, 본 명세서에서 하향링크(DL: downlink)는 AP에서 non-AP STA로의 통신을 의미하며, 상향링크(UL: uplink)는 non-AP STA에서 AP로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 AP의 일부이고, 수신기는 non-AP STA의 일부일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 non-AP STA의 일부이고, 수신기는 AP의 일부일 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 계층 아키텍처(layer architecture)의 구조를 예시하는 도면이다.

도 2를 참조하면, IEEE 802.11 시스템의 계층 아키텍처는 MAC 부계층(MAC sublayer)과 PHY 부계층(PHY sublayer)을 포함할 수 있다.

PHY sublayer은 PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) 개체(entity)와 PMD(Physical Medium Dependent) 개체로 구분될 수도 있다. 이 경우, PLCP 개체는 MAC sublayer와 데이터 프레임을 연결하는 역할을 수행하고, PMD 개체는 2개 또는 그 이상의 STA과 데이터를 무선으로 송수신하는 역할을 수행한다.

MAC sublayer과 PHY sublayer 모두 관리 개체(Management Entity)를 포함할 수 있으며, 각각 MAC 서브계층 관리 개체(MLME: MAC Sublayer Management Entity)과 PHY 서브계층 관리 개체(PLME: Physical Sublayer Management Entity)로 지칭할 수 있다. 이들 관리 개체은 계층 관리 함수의 동작을 통해 계층 관리 서비스 인터페이스를 제공한다. MLME는 PLME와 연결되어 MAC sublayer의 관리 동작(management operation)을 수행할 수 있고, 마찬가지로 PLME도 MLME와 연결되어 PHY sublayer의 관리 동작(management operation)을 수행할 수 있다.

정확한 MAC 동작을 제공하기 위하여, SME(Station Management Entity)가 각 STA 내에 존재할 수 있다. SME는 각 계층과 독립적인 관리 개체로서, MLME와 PLME로부터 계층 기반 상태 정보를 수집하거나 각 계층의 특정 파라미터들의 값을 설정한다. SME는 일반 시스템 관리 개체들을 대신하여 이러한 기능을 수행할 수 있으며, 표준 관리 프로토콜을 구현할 수 있다.

MLME, PLME 및 SME은 프리미티브(primitive)를 기반의 다양한 방법으로 상호 작용(interact)할 수 있다. 구체적으로, XX-GET.request 프리미티브는 관리 정보 베이스 속성(MIB attribute: Management Information Base attribute)의 값을 요청하기 위해 사용되고, XX-GET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 해당 MIB 속성 값을 리턴(return)하고, 그 외의 경우에는 상태 필드에 오류 표시를 하여 리턴한다. XX-SET.request 프리미티브는 지정된 MIB 속성을 주어진 값으로 설정하도록 요청하기 위해 사용된다. MIB 속성이 특정 동작으로 의미하고 있다면, 이 요청은 그 특정 동작의 실행을 요청한다. 그리고, XX-SET.confirm 프리미티브는 상태가 'SUCCESS'라면, 이는 지정된 MIB 속성이 요청된 값으로 설정되었음을 의미한다. 그 외의 경우에는, 상태 필드는 오류 상황을 나타낸다. 이 MIB 속성이 특정 동작을 의미한다면, 이 프리미티브는 해당 동작의 수행된 것을 확인해 줄 수 있다.

각 sublayer에서의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

MAC sublayer는 상위 계층(예를 들어, LLC 계층)으로부터 전달 받은 MAC 서비스 데이터 유닛(MSDU: MAC Service Data Unit) 또는 MSDU의 조각(fragment)에 MAC 헤더(header)와 프레임 체크 시퀀스(FCS: Frame Check Sequence)을 부착하여 하나 이상의 MAC 프로토콜 데이터 유닛(MPDU: MAC Protocol Data Unit)을 생성한다. 생성된 MPDU는 PHY sublayer로 전달된다.

A-MSDU(aggregated MSDU) 기법(scheme)이 사용되는 경우, 복수 개의 MSDU는 단일의 A-MSDU(aggregated MSDU)로 병합될 수 있다. MSDU 병합 동작은 MAC 상위 계층에서 수행될 수 있다. A-MSDU는 단일의 MPDU(조각화(fragment)되지 않는 경우)로 PHY sublayer로 전달된다.

PHY sublayer는 MAC sublayer으로부터 전달 받은 물리 서비스 데이터 유닛(PSDU: Physical Service Data Unit)에 물리 계층 송수신기에 의해 필요한 정보를 포함하는 부가필드를 덧붙여 물리 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성한다. PPDU는 무선 매체를 통해 전송된다.

PSDU는 PHY sublayer가 MAC sublayer로부터 수신한 것이고, MPDU는 MAC sublayer가 PHY sublayer로 전송한 것이므로, PSDU는 실질적으로 MPDU와 동일하다.

A-MPDU(aggregated MPDU) 기법(scheme)이 사용되는 경우, 복수의 MPDU(이때, 각 MPDU는 A-MSDU를 나를 수 있다.)는 단일의 A-MPDU로 병합될 수 있다. MPDU 병합 동작은 MAC 하위 계층에서 수행될 수 있다. A-MPDU는 다양한 타입의 MPDU(예를 들어, QoS 데이터, ACK(Acknowledge), 블록 ACK(BlockAck) 등)이 병합될 수 있다. PHY sublayer는 MAC sublayer로부터 단일의 PSDU로써 A-MPDU를 수신한다. 즉, PSDU는 복수의 MPDU로 구성된다. 따라서, A-MPDU는 단일의 PPDU 내에서 무선 매체를 통해 전송된다.

PPDU(Physical Protocol Data Unit) 포맷

PPDU(Physical Protocol Data Unit)는 물리 계층에서 발생되는 데이터 블록을 의미한다. 이하, 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 WLAN 시스템을 기초로 PPDU 포맷을 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 non-HT 포맷 PPDU 및 HT 포맷 PPDU를 예시한다.

도 3의 (a)는 IEEE 802.11a/g 시스템을 지원하기 위한 non-HT 포맷 PPDU을 예시한다. non-HT PPDU은 레거시(legacy) PPDU으로도 불릴 수 있다.

도 3의 (a)를 참조하면, non-HT 포맷 PPDU은 L-STF(Legacy(또는, Non-HT) Short Training field), L-LTF(Legacy(또는, Non-HT) Long Training field) 및 L-SIG(Legacy(또는 Non-HT) SIGNAL) 필드로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 데이터 필드를 포함하여 구성된다.

L-STF는 짧은 트레이닝 OFDM(short training orthogonal frequency division multiplexing symbol)을 포함할 수 있다. L-STF는 프레임 타이밍 획득(frame timing acquisition), 자동 이득 제어(AGC: Automatic Gain Control), 다이버시티 검출(diversity detection), 대략적인 주파수/시간 동기화(coarse frequency/time synchronization)을 위해 사용될 수 있다.

L-LTF는 긴 트레이닝 OFDM 심볼(long training orthogonal frequency division multiplexing symbol)을 포함할 수 있다. L-LTF는 정밀한 주파수/시간 동기화(fine frequency/time synchronization) 및 채널 추정(channel estimation)을 위해 사용될 수 있다.

L-SIG 필드는 데이터 필드의 복조 및 디코딩을 위한 제어 정보를 전송하기 위하여 사용될 수 있다.

L-SIG 필드는 4 비트의 레이트(Rate) 필드, 1비트의 예비(Reserved) 비트, 12 비트의 길이(Length) 필드, 1비트의 패리티 비트, 6비트의 신호 테일(Signal Tail) 필드로 구성될 수 있다.

레이트 필드는 전송율 정보를 포함하고, 길이 필드는 PSDU의 옥텟의 수를 지시한다.

도 3의 (b)는 IEEE 802.11n 시스템 및 IEEE 802.11a/g 시스템을 모두 지원하기 위한 HT 혼합 포맷 PPDU(HT-mixed format PPDU)을 예시한다.

도 3의 (b)를 참조하면, HT 혼합 포맷 PPDU은 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 HT-SIG(HT-Signal) 필드, HT-STF(HT Short Training field), HT-LTF(HT Long Training field)로 구성되는 HT 포맷 프리앰블 및 데이터 필드를 포함하여 구성된다.

L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF부터 L-SIG 필드까지 non-HT 포맷과 동일하다. L-STA은 HT 혼합 PPDU를 수신하여도 L-LTF, L-LTF 및 L-SIG 필드를 통해 데이터 필드를 해석할 수 있다. 다만 L-LTF는 HT-STA이 HT 혼합 PPDU를 수신하고 L-SIG 필드 및 HT-SIG 필드를 복조하기 위하여 수행할 채널 추정을 위한 정보를 더 포함할 수 있다.

HT-STA는 레가시 필드 뒤에 오는 HT-SIG 필드 이용하여 HT-혼합 포맷 PPDU임을 알 수 있으며, 이를 기반으로 데이터 필드를 디코딩할 수 있다.

HT-LTF 필드는 데이터 필드의 복조를 위한 채널 추정에 사용될 수 있다. IEEE 802.11n은 SU-MIMO(Single-User Multi-Input and Multi-Output)를 지원하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 위해 HT-LTF 필드는 복수로 구성될 수 있다.

HT-LTF 필드는 공간 스트림에 대한 채널 추정을 위하여 사용되는 데이터 HT-LTF(data HT-LTF)와 풀 채널 사운딩(full channel sounding)을 위해 추가적으로 사용되는 확장 HT-LTF(extension HT-LTF)로 구성될 수 있다. 따라서, 복수의 HT-LTF는 전송되는 공간 스트림의 개수보다 같거나 많을 수 있다.

HT-혼합 포맷 PPDU은 L-STA도 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하기 위해 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드가 가장 먼저 전송된다. 이후 HT-STA을 위하여 전송되는 데이터의 복조 및 디코딩을 위해 HT-SIG 필드가 전송된다.

HT-SIG 필드까지는 빔포밍을 수행하지 않고 전송하여 L-STA 및 HT-STA이 해당 PPDU를 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하고, 이후 전송되는 HT-STF, HT-LTF 및 데이터 필드는 프리코딩을 통한 무선 신호 전송이 수행된다. 여기서 프리코딩을 하여 수신하는 STA에서 프리코딩에 의한 전력이 가변 되는 부분을 감안할 수 있도록 HT-STF 필드를 전송하고 그 이후에 복수의 HT-LTF 및 데이터 필드를 전송한다.

도 3의 (c)는 IEEE 802.11n 시스템만을 지원하기 위한 HT-GF 포맷 PPDU(HT-greenfield format PPDU)을 예시한다.

도 3의 (c)를 참조하면, HT-GF 포맷 PPDU은 HT-GF-STF, HT-LTF1, HT-SIG 필드, 복수의 HT-LTF2 및 데이터 필드를 포함한다.

HT-GF-STF는 프레임 타이밍 획득 및 AGC를 위해 사용된다.

HT-LTF1는 채널 추정을 위해 사용된다.

HT-SIG 필드는 데이터 필드의 복조 및 디코딩을 위해 사용된다.

HT-LTF2는 데이터 필드의 복조를 위한 채널 추정에 사용된다. 마찬가지로 HT-STA은 SU-MIMO를 사용하므로 복수의 공간 스트림으로 전송되는 데이터 필드 각각에 대하여 채널 추정을 요하므로 HT-LTF2는 복수로 구성될 수 있다.

복수의 HT-LTF2는 HT 혼합 PPDU의 HT-LTF 필드와 유사하게 복수의 Data HT-LTF와 복수의 확장 HT-LTF로 구성될 수 있다.

도 3의 (a) 내지 (c)에서 데이터 필드는 페이로드(payload)로서, 서비스 필드(SERVICE field), 스크램블링된 PSDU(scrambled PSDU) 필드, 테일 비트(Tail bits), 패딩 비트(padding bits)를 포함할 수 있다. 데이터 필드의 모든 비트는 스크램블된다.

도 3(d)는 데이터 필드에 포함되는 서비스 필드를 나타낸다. 서비스 필드는 20 비트를 가진다. 각 비트는 0번부터 15번까지 부여되며, 0번 비트부터 순차적으로 전송된다. 0번부터 6번 비트는 0으로 설정되고, 수신단 내 디스크램블러(descrambler)를 동기화하기 위하여 사용된다.

IEEE 802.11ac WLAN 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 STA들이 동시에 채널에 액세스하는 하향링크 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output) 방식의 전송을 지원한다. MU-MIMO 전송 방식에 따르면, AP가 MIMO 페어링(pairing)된 하나 이상의 STA에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다.

DL MU 전송(downlink multi-user transmission)은 하나 이상의 안테나를 통해 AP가 동일한 시간 자원을 통해 PPDU를 복수의 non-AP STA에게 전송하는 기술을 의미한다.

이하, MU PPDU는 MU-MIMO 기술 또는 OFDMA 기술을 이용하여 하나 이상의 STA을 위한 하나 이상의 PSDU를 전달하는 PPDU를 의미한다. 그리고, SU PPDU는 하나의 PSDU만을 전달할 수 있거나 PSDU가 존재하지 않는 포맷을 가진 PPDU를 의미한다.

MU-MIMO 전송을 위하여 802.11n 제어 정보의 크기에 비하여 STA에 전송되는 제어 정보의 크기가 상대적으로 클 수 있다. MU-MIMO 지원을 위해 추가적으로 요구되는 제어 정보의 일례로, 각 STA에 의해 수신되는 공간적 스트림(spatial stream)의 수를 지시하는 정보, 각 STA에 전송되는 데이터의 변조 및 코딩 관련 정보 등이 이에 해당될 수 있다.

따라서, 복수의 STA에 동시에 데이터 서비스를 제공하기 위하여 MU-MIMO 전송이 수행될 때, 전송되는 제어 정보의 크기는 수신하는 STA의 수에 따라 증가될 수 있다.

이와 같이 증가되는 제어 정보의 크기를 효율적으로 전송하기 위하여, MU-MIMO 전송을 위해 요구되는 복수의 제어 정보는 모든 STA에 공통으로 요구되는 공통 제어 정보(common control information)와 특정 STA에 개별적으로 요구되는 전용 제어 정보(dedicated control information)의 두 가지 타입의 정보로 구분하여 전송될 수 있다.

도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 VHT 포맷 PPDU 포맷을 예시한다.

도 4(a)는 IEEE 802.11ac 시스템을 지원하기 위한 VHT 포맷 PPDU(VHT format PPDU)을 예시한다.

도 4(a)를 참조하면, VHT 포맷 PPDU은 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드로 구성되는 레가시 포맷 프리앰블과 VHT-SIG-A(VHT-Signal-A) 필드, VHT-STF(VHT Short Training field), VHT-LTF(VHT Long Training field), VHT-SIG-B(VHT-Signal-B) 필드로 구성되는 VHT 포맷 프리앰블 및 데이터 필드를 포함하여 구성된다.

L-STF, L-LTF 및 L-SIG는 하위 호환성(backward compatibility)를 위한 레가시 필드를 의미하므로, L-STF부터 L-SIG 필드까지 non-HT 포맷과 동일하다. 다만, L-LTF는 L-SIG 필드 및 VHT-SIG-A 필드를 복조하기 위하여 수행할 채널 추정을 위한 정보를 더 포함할 수 있다.

L-STF, L-LTF, L-SIG 필드 및 VHT-SIG-A 필드는 20MHz 채널 단위로 반복되어 전송될 수 있다. 예를 들어, PPDU가 4개의 20MHz 채널(즉, 80 MHz 대역폭)을 통해 전송될 때, L-STF, L-LTF, L-SIG 필드 및 VHT-SIG-A 필드는 매 20MHz 채널에서 반복되어 전송될 수 있다.

VHT-STA는 레가시 필드 뒤에 오는 VHT-SIG-A 필드 이용하여 VHT 포맷 PPDU임을 알 수 있으며, 이를 기반으로 데이터 필드를 디코딩할 수 있다.

VHT 포맷 PPDU은 L-STA도 수신하여 데이터를 획득할 수 있도록 하기 위해 L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드가 가장 먼저 전송된다. 이후, VHT-STA을 위하여 전송되는 데이터의 복조 및 디코딩을 위해 VHT-SIG-A 필드가 전송된다.

VHT-SIG-A 필드는 AP와 MIMO 페이링된(paired) VHT STA들에게 공통되는 제어 정보 전송을 위한 필드로서, 이는 수신된 VHT 포맷 PPDU를 해석하기 위한 제어 정보를 포함하고 있다.

VHT-SIG-A 필드는 VHT-SIG-A1 필드와 VHT-SIG-A2 필드를 포함할 수 있다.

VHT-SIG-A1 필드는 사용하는 채널 대역폭(BW: bandwidth) 정보, 시공간 블록 코딩(STBC: Space Time Block Coding)의 적용 여부, MU-MIMO에서 그룹핑된 STA들의 그룹의 지시하기 위한 그룹 식별 정보(Group ID: Group Identifier), 사용되는 스트림의 개수(NSTS: Number of space-time stream)/부분 AID(Partial AID(association Identifier))에 대한 정보 및 전송 파워 세이브 금지(Transmit power save forbidden) 정보를 포함할 수 있다. 여기서, Group ID는 MU-MIMO 전송을 지원하기 위해 전송 대상 STA 그룹에 대하여 할당되는 식별자를 의미하며, 현재 사용된 MIMO 전송 방법이 MU-MIMO인지 또는 SU-MIMO 인지 여부를 나타낼 수 있다.

VHT-SIG-A2 필드는 짧은 보호구간(GI: Guard Interval) 사용 여부에 대한 정보, 포워드 에러 정정(FEC: Forward Error Correction) 정보, 단일 사용자에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme)에 관한 정보, 복수 사용자에 대한 채널 코딩의 종류에 관한 정보, 빔포밍 관련 정보, CRC(Cyclic Redundancy Checking)를 위한 여분 비트(redundancy bits)와 컨벌루셔널 디코딩(convolutional decoder)의 테일 비트(tail bit) 등을 포함할 수 있다.

VHT-STF는 MIMO 전송에 있어서 AGC 추정의 성능을 개선하기 위해 사용된다.

VHT-LTF는 VHT-STA이 MIMO 채널을 추정하는데 사용된다. VHT WLAN 시스템은 MU-MIMO를 지원하기 때문에, VHT-LTF는 PPDU가 전송되는 공간 스트림의 개수만큼 설정될 수 있다. 추가적으로, 풀 채널 사운딩(full channel sounding)이 지원되는 경우, VHT-LTF의 수는 더 많아질 수 있다.

VHT-SIG-B 필드는 MU-MIMO 페어링된 복수의 VHT-STA이 PPDU를 수신하여 데이터를 획득하는데 필요한 전용 제어 정보를 포함한다. 따라서, VHT-SIG-A 필드에 포함된 공용 제어 정보가 현재 수신된 PPDU가 MU-MIMO 전송을 지시한 경우에만, VHT-STA은 VHT-SIG-B 필드를 디코딩(decoding)하도록 설계될 수 있다. 반면, 공용 제어 정보가 현재 수신된 PPDU가 단일 VHT-STA을 위한 것(SU-MIMO를 포함)임을 지시한 경우 STA은 VHT-SIG-B 필드를 디코딩하지 않도록 설계될 수 있다.

VHT-SIG-B 필드는 VHT-SIG-B 길이(Length) 필드, VHT-MCS 필드, 예비(Reserved) 필드, 테일(Tail) 필드를 포함한다.

VHT-SIG-B 길이(Length) 필드는 A-MPDU의 길이(EOF(end-of-frame) 패딩 이전)를 지시한다. VHT-MCS 필드는 각 VHT-STA들의 변조(modulation), 인코딩(encoding) 및 레이트 매칭(rate-matching)에 대한 정보를 포함한다.

VHT-SIG-B 필드의 크기는 MIMO 전송의 유형(MU-MIMO 또는 SU-MIMO) 및 PPDU 전송을 위해 사용하는 채널 대역폭에 따라 다를 수 있다.

도 4(b)는 PPDU 전송 대역폭에 따른 VHT-SIG-B 필드를 예시한다.

도 4(b)를 참조하면, 40MHz 전송에 있어서, VHT-SIG-B 비트는 2번 반복된다. 80MHz 전송에 있어서, VHT-SIG-B 비트는 4번 반복되고, 0로 셋팅된 패드 비트가 부착된다.

200MHz 전송 및 80+80MHz 에 있어서, 먼저 80MHz 전송과 같이 VHT-SIG-B 비트는 4번 반복되고, 0로 셋팅된 패드 비트가 부착된다. 그리고, 전체 117 비트가 다시 반복된다.

MU-MIMO를 지원하는 시스템에서 동일한 크기의 PPDU를 AP에 페어링된 STA들에게 전송하기 위하여, PPDU를 구성하는 데이터 필드의 비트 크기를 지시하는 정보 및/또는 특정 필드를 구성하는 비트 스트림 크기를 지시하는 정보가 VHT-SIG-A 필드에 포함될 수 있다.

다만, 효과적으로 PPDU 포맷을 사용하기 위하여 L-SIG 필드가 사용될 수도 있다. 동일한 크기의 PPDU가 모든 STA에게 전송되기 위하여 L-SIG 필드 내 포함되어 전송되는 길이 필드(length field) 및 레이트 필드(rate field)가 필요한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, MPDU(MAC Protocol Data Unit) 및/또는 A-MPDU(Aggregate MAC Protocol Data Unit)가 MAC 계층의 바이트(또는 옥텟(oct: octet)) 기반으로 설정되므로 물리 계층에서 추가적인 패딩(padding)이 요구될 수 있다.

도 4에서 데이터 필드는 페이로드(payload)로서, 서비스 필드(SERVICE field), 스크램블링된 PSDU(scrambled PSDU), 테일 비트(tail bits), 패딩 비트(padding bits)를 포함할 수 있다.

위와 같이 여러 가지의 PPDU의 포맷이 혼합되어 사용되기 때문에, STA은 수신한 PPDU의 포맷을 구분할 수 있어야 한다.

여기서, PPDU를 구분한다는 의미(또는, PPDU 포맷을 구분한다는 의미)는 다양한 의미를 가질 수 있다. 예를 들어, PPDU를 구분한다는 의미는 수신한 PPDU가 STA에 의해 디코딩(또는, 해석)이 가능한 PPDU인지 여부에 대하여 판단한다는 의미를 포함할 수 있다. 또한, PPDU를 구분한다는 의미는 수신한 PPDU가 STA에 의해 지원 가능한 PPDU인지 여부에 대하여 판단한다는 의미일 수도 있다. 또한, PPDU를 구분한다는 의미는 수신한 PPDU를 통해 전송된 정보가 어떠한 정보인지를 구분한다는 의미로도 해석될 수 있다.

이에 대하여 아래 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 PPDU의 포맷을 구분하기 위한 성상(constellation)을 예시하는 도면이다.

도 5(a)는 non-HT 포맷 PPDU에 포함되는 L-SIG 필드의 성상(constellation)를 예시하고, 도 5(b)는 HT 혼합 포맷 PPDU 검출을 위한 위상 회전(phase rotation)을 예시하며, 도 5(c)는 VHT 포맷 PPDU 검출을 위한 위상 회전(phase rotation)을 예시한다.

STA이 non-HT 포맷 PPDU, HT-GF 포맷 PPDU, HT 혼합 포맷 PPDU 및 VHT 포맷 PPDU을 구분(classification)하기 위하여, L-SIG 필드 및 L-SIG 필드 이후에 전송되는 OFDM 심볼의 성상(constellation)의 위상(phase)이 사용된다. 즉, STA은 수신한 PPDU의 L-SIG 필드 및/또는 L-SIG 필드 이후에 전송되는 OFDM 심볼의 성상의 위상을 기반으로 PPDU 포맷을 구분할 수 있다.

도 5(a)를 참조하면, L-SIG 필드를 구성하는 OFDM 심볼은 BPSK(Binary Phase Shift Keying)가 이용된다.

먼저, HT-GF 포맷 PPDU를 구분하기 위하여, STA은 수신한 PPDU에서 최초의 SIG 필드가 감지되면, L-SIG 필드인지 여부를 판단한다. 즉, STA은 도 5(a)의 예시와 같은 성상을 기반으로 디코딩을 시도한다. STA이 디코딩에 실패하면 해당 PPDU가 HT-GF 포맷 PPDU라고 판단할 수 있다.

다음으로, non-HT 포맷 PPDU, HT 혼합 포맷 PPDU 및 VHT 포맷 PPDU을 구분(classification)하기 위하여, L-SIG 필드 이후에 전송되는 OFDM 심볼의 성상의 위상이 사용될 수 있다. 즉, L-SIG 필드 이후에 전송되는 OFDM 심볼의 변조 방법이 서로 다를 수 있으며, STA은 수신한 PPDU의 L-SIG 필드 이후의 필드에 대한 변조 방법을 기반으로 PPDU 포맷을 구분할 수 있다.

도 5(b)를 참조하면, HT 혼합 포맷 PPDU를 구분하기 위하여, HT 혼합 포맷 PPDU에서 L-SIG 필드 이후에 전송되는 2개의 OFDM 심볼의 위상이 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, HT 혼합 포맷 PPDU에서 L-SIG 필드 이후에 전송되는 HT-SIG 필드에 대응되는 OFDM 심볼 #1 및 OFDM 심볼 #2의 위상은 모두 반시계 방향으로 90도만큼 회전된다. 즉, OFDM 심볼 #1 및 OFDM 심볼 #2에 대한 변조 방법은 QBPSK(Quadrature Binary Phase Shift Keying)가 이용된다. QBPSK 성상은 BPSK 성상을 기준으로 반시계 방향으로 90도만큼 위상이 회전한 성상일 수 있다.

STA은 수신한 PPDU의 L-SIG 필드 다음에 전송되는 HT-SIG 필드에 대응되는 제1 OFDM 심볼 및 제2 OFDM 심볼을 도 5(b)의 예시와 같은 성상을 기반으로 디코딩을 시도한다. STA이 디코딩에 성공하면 해당 PPDU가 HT 포맷 PPDU라고 판단한다.

다음으로, non-HT 포맷 PPDU 및 VHT 포맷 PPDU을 구분하기 위하여, L-SIG 필드 이후에 전송되는 OFDM 심볼의 성상의 위상이 사용될 수 있다.

도 5(c)를 참조하면, VHT 포맷 PPDU를 구분(classification)하기 위하여, VHT 포맷 PPDU에서 L-SIG 필드 이후에 전송되는 2개의 OFDM 심볼의 위상이 사용될 수 있다.

보다 구체적으로, VHT 포맷 PPDU에서 L-SIG 필드 이후의 VHT-SIG-A 필드에 대응되는 OFDM 심볼 #1의 위상은 회전되지 않으나, OFDM 심볼 #2의 위상은 반시계 방향으로 90도만큼 회전된다. 즉, OFDM 심볼 #1에 대한 변조 방법은 BPSK가 이용되고, OFDM 심볼 #2에 대한 변조 방법은 QBPSK가 이용된다.

STA은 수신한 PPDU의 L-SIG 필드 다음에 전송되는 VHT-SIG 필드에 대응되는 제1 OFDM 심볼 및 제2 OFDM 심볼을 도 5(c)의 예시와 같은 성상을 기반으로 디코딩을 시도한다. STA이 디코딩에 성공하면 해당 PPDU가 VHT 포맷 PPDU이라고 판단할 수 있다.

반면, 디코딩에 실패하면, STA은 해당 PPDU가 non-HT 포맷 PPDU이라고 판단할 수 있다.

MAC 프레임 포맷

도 6은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 MAC 프레임 포맷을 예시한다.

도 6을 참조하면, MAC 프레임(즉, MPDU)은 MAC 헤더(MAC Header), 프레임 몸체(Frame Body) 및 프레임 체크 시퀀스(FCS: frame check sequence)로 구성된다.

MAC Header는 프레임 제어(Frame Control) 필드, 지속 시간/식별자(Duration/ID) 필드, 주소 1(Address 1) 필드, 주소 2(Address 2) 필드, 주소 3(Address 3) 필드, 시퀀스 제어(Sequence Control) 필드, 주소 4(Address 4) 필드, QoS 제어(QoS Control) 필드 및 HT 제어(HT Control) 필드를 포함하는 영역으로 정의된다.

Frame Control 필드는 해당 MAC 프레임 특성에 대한 정보를 포함한다. Frame Control 필드에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.

Duration/ID 필드는 해당 MAC 프레임의 타입 및 서브타입에 따른 다른 값을 가지도록 구현될 수 있다.

만약, 해당 MAC 프레임의 타입 및 서브타입이 파워 세이브(PS: power save) 운영을 위한 PS-폴(PS-Poll) 프레임의 경우, Duration/ID 필드는 프레임을 전송한 STA의 AID(association identifier)를 포함하도록 설정될 수 있다. 그 이외의 경우, Duration/ID 필드는 해당 MAC 프레임의 타입 및 서브타입에 따라 특정 지속시간 값을 가지도록 설정될 수 있다. 또한, 프레임이 A-MPDU(aggregate-MPDU) 포맷에 포함된 MPDU인 경우, MAC 헤더에 포함된 Duration/ID 필드는 모두 동일한 값을 가지도록 설정될 수도 있다.

Address 1 필드 내지 Address 4 필드는 BSSID, 소스 주소(SA: source address), 목적 주소(DA: destination address), 전송 STA 주소를 나타내는 전송 주소 (TA: Transmitting Address), 수신 STA 주소를 나타내는 수신 주소(RA: Receiving Address)를 지시하기 위하여 사용된다.

한편, TA 필드로 구현된 주소 필드는 대역폭 시그널링 TA(bandwidth signaling TA) 값으로 설정될 수 있으며, 이 경우 TA 필드는 해당 MAC 프레임이 스크램블링 시퀀스에 추가적인 정보를 담고 있음을 지시할 수 있다. 대역폭 시그널링 TA는 해당 MAC 프레임을 전송하는 STA의 MAC 주소로 표현될 수 있으나, MAC 주소에 포함된 개별/그룹 비트(Individual/Group bit)가 특정 값(예를 들어, '1')으로 설정될 수 있다.

Sequence Control 필드는 시퀀스 넘버(sequence number) 및 조각 넘버(fragment number)를 포함하도록 설정된다. 시퀀스 넘버를 해당 MAC 프레임에 할당된 시퀀스 넘버를 지시할 수 있다. 조각 넘버는 해당 MAC 프레임의 각 조각의 넘버를 지시할 수 있다.

QoS Control 필드는 QoS와 관련된 정보를 포함한다. QoS Control 필드는 서브타입(Subtype) 서브필드에서 QoS 데이터 프레임을 지시하는 경우 포함될 수 있다.

HT Control 필드는 HT 및/또는 VHT 송수신 기법과 관련된 제어 정보를 포함한다. HT Control 필드는 제어 래퍼(Control Wrapper) 프레임에 포함된다. 또한, 오더(Order) 서브필드 값이 1인 QoS 데이터(QoS Data) 프레임, 관리(Management) 프레임에 존재한다.

Frame Body는 MAC 페이로드(payload)로 정의되고, 상위 계층에서 전송하고자 하는 데이터가 위치하게 되며, 가변적인 크기를 가진다. 예를 들어, 최대 MPDU의 크기는 11454 옥텟(octets)이고, 최대 PPDU 크기는 5.484 ms일 수 있다.

FCS는 MAC 풋터(footer)로 정의되고, MAC 프레임의 에러 탐색을 위하여 사용된다.

처음 세 필드(Frame Control 필드, Duration/ID 필드 및 Address 1 필드)와 제일 마지막 필드(FCS 필드)는 최소 프레임 포맷을 구성하며, 모든 프레임에 존재한다. 그 외의 필드는 특정 프레임 타입에서만 존재할 수 있다.

도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 MAC 프레임 내 프레임 제어(Frame Control) 필드를 예시하는 도면이다.

도 7을 참조하면, Frame Control 필드는 프로토콜 버전(Protocol Version) 서브필드, 타입(Type) 서브필드, 서브타입(Subtype) 서브필드, To DS 서브필드, From DS 서브필드, 추가 조각(More Fragments) 서브필드, 재시도(Retry) 서브필드, 파워 관리(Power Management) 서브필드, 추가 데이터(More Data) 서브필드, 보호된 프레임(Protected Frame) 서브필드 및 오더(Order) 서브필드로 구성된다.

Protocol Version 서브필드는 해당 MAC 프레임에 적용된 WLAN 프로토콜의 버전을 지시할 수 있다.

Type 서브필드 및 Subtype 서브필드는 해당 MAC 프레임의 기능을 식별하는 정보를 지시하도록 설정될 수 있다.

MAC 프레임의 타입은 관리 프레임(Management Frame), 제어 프레임(Control Frame), 데이터 프레임(Data Frame) 3가지의 프레임 타입을 포함할 수 있다.

그리고, 각 프레임 타입들은 다시 서브타입으로 구분될 수 있다.

예를 들어, 제어 프레임(Control frames)은 RTS(request to send) 프레임, CTS(clear-to-send) 프레임, ACK(Acknowledgment) 프레임, PS-Poll 프레임, CF(contention free)-End 프레임, CF-End+CF-ACK 프레임, 블록 ACK 요청(BAR: Block Acknowledgment request) 프레임, 블록 ACK(BA: Block Acknowledgment) 프레임, 제어 래퍼(Control Wrapper(Control+HTcontrol)) 프레임, VHT 널 데이터 패킷 공지(NDPA: Null Data Packet Announcement), 빔포밍 보고 폴(Beamforming Report Poll) 프레임을 포함할 수 있다.

관리 프레임(Management frames)은 비콘(Beacon) 프레임, ATIM(Announcement Traffic Indication Message) 프레임, 연계해제(Disassociation) 프레임, 연계 요청/응답(Association Request/Response) 프레임, 재연계 요청/응답(Reassociation Request/Response) 프레임, 프로브 요청/응답(Probe Request/Response) 프레임, 인증(Authentication) 프레임, 인증해제(Deauthentication) 프레임, 동작(Action) 프레임, 동작 무응답(Action No ACK) 프레임, 타이밍 광고(Timing Advertisement) 프레임을 포함할 수 있다.

To DS 서브필드 및 From DS 서브필드는 해당 MAC 프레임 헤더에 포함된 Address 1 필드 내지 Address 4 필드를 해석하기 위하여 필요한 정보를 포함할 수 있다. Control 프레임의 경우, To DS 서브필드 및 From DS 서브필드는 모두 '0'로 설정된다. Management 프레임의 경우, To DS 서브필드 및 From DS 서브필드는 해당 프레임이 QoS 관리 프레임(QMF: QoS Management frame)이면 순서대로 '1', '0'으로 설정되고, 해당 프레임이 QMF가 아니면 순서대로 모두 '0', '0'로 설정될 수 있다.

More Fragments 서브필드는 해당 MAC 프레임에 이어 전송될 조각(fragment)이 존재하는지 여부를 지시할 수 있다. 현재 MSDU 또는 MMPDU의 또 다른 조각(fragment)가 존재하는 경우 '1'로 설정되고, 그렇지 않은 경우 '0'로 설정될 수 있다.

Retry 서브필드는 해당 MAC 프레임이 이전 MAC 프레임의 재전송에 따른 것인지 여부를 지시할 수 있다. 이전 MAC 프레임의 재전송인 경우 '1'로 설정되고, 그렇지 않은 경우 '0'으로 설정될 수 있다.

Power Management 서브필드는 STA의 파워 관리 모드를 지시할 수 있다. Power Management 서브필드 값이 '1'이면 STA이 파워 세이브 모드로 전환하는 것을 지시할 수 있다.

More Data 서브필드는 추가적으로 전송될 MAC 프레임이 존재하는지 여부를 지시할 수 있다. 추가적으로 전송될 MAC 프레임이 존재하는 경우 '1'로 설정되고, 그렇지 않은 경우 '0'으로 설정될 수 있다.

Protected Frame 서브필드는 프레임 바디(Frame Body) 필드가 암호화되었는지 여부를 지시할 수 있다. Frame Body 필드가 암호화된 인캡슐레이션 알고리즘(cryptographic encapsulation algorithm)에 의해 처리된 정보를 포함하는 경우 '1'로 설정되고, 그렇지 않은 경우 '0'으로 설정될 수 있다.

앞서 설명한 각 필드들에 포함되는 정보들은 IEEE 802.11 시스템의 정의를 따를 수 있다. 또한, 앞서 설명한 각 필드들은 MAC 프레임에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 이에 한정되지 않는다. 즉, 앞서 설명한 각 필드가 다른 필드로 대체되거나 추가적인 필드가 더 포함될 수 있으며, 모든 필드가 필수적으로 포함되지 않을 수도 있다.

도 8은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 HT Control 필드의 VHT 포맷을 예시한다.

도 8을 참조하면, HT Control 필드는 VHT 서브필드, HT 제어 미들(HT Control Middle) 서브필드, AC 제한(AC Constraint) 서브필드 및 역방향 승인(RDG: Reverse Direction Grant)/추가 PPDU(More PPDU) 서브필드로 구성될 수 있다.

VHT 서브필드는 HT Control 필드가 VHT를 위한 HT Control 필드의 포맷을 가지는지(VHT=1) 또는 HT를 위한 HT Control 필드의 포맷을 가지는지(VHT=0) 여부를 지시한다. 도 8에서는 VHT를 위한 HT Control 필드(즉, VHT=1)를 가정하여 설명한다. VHT를 위한 HT Control 필드를 VHT Control 필드로 지칭할 수 있다.

HT Control Middle 서브필드는 VHT 서브필드의 지시에 따라 다른 포맷을 가지도록 구현될 수 있다. HT Control Middle 서브필드에 대한 보다 상세한 설명은 후술한다.

AC Constraint 서브필드는 역방향(RD: reverse direction) 데이터 프레임의 맵핑된 AC(Access Category)가 단일 AC에 한정된 것인지 여부를 지시한다.

RDG/More PPDU 서브필드는 해당 필드가 RD 개시자(initiator) 또는 RD 응답자(responder)에 의하여 전송되는지 여부에 따라 다르게 해석될 수 있다.

RD 개시자에 의하여 전송된 경우, RDG가 존재하는 경우 RDG/More PPDU 필드가 '1'로 설정되고, RDG가 존재하지 않는 경우 '0'으로 설정된다. RD 응답자에 의하여 전송된 경우, 해당 서브필드를 포함하는 PPDU가 RD 응답자에 의해 전송된 마지막 프레임이면 '1'로 설정되고, 또 다른 PPDU가 전송되면 '0'으로 설정된다.

상술한 바와 같이, HT Control Middle 서브필드는 VHT 서브필드의 지시에 따라 다른 포맷을 가지도록 구현될 수 있다.

VHT를 위한 HT Control 필드의 HT Control Middle 서브필드는 예비 비트(Reserved bit), MCS 피드백 요청(MRQ: MCS(Modulation and Coding Scheme) feedback request) 서브필드, MRQ 시퀀스 식별자(MSI: MRQ Sequence Identifier)/시공간 블록 코딩(STBC: space-time block coding) 서브필드, MCS 피드백 시퀀스 식별자(MFSI: MCS feedback sequence identifier)/그룹 ID 최하위 비트(GID-L: LSB(Least Significant Bit) of Group ID) 서브필드, MCS 피드백(MFB: MCS Feedback) 서브필드, 그룹 ID 최상위 비트(GID-H: MSB(Most Significant Bit) of Group ID) 서브필드, 코딩 타입(Coding Type) 서브필드, 피드백 전송 타입(FB Tx Type: Feedback Transmission type) 서브필드 및 자발적 MFB(Unsolicited MFB) 서브필드로 구성될 수 있다.

그리고, MFB 서브필드는 VHT 공간-시간 스트림 개수(NUM_STS: Number of space time streams) 서브필드, VHT-MCS 서브필드, 대역폭(BW: Bandwidth) 서브필드, 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio) 서브필드를 포함할 수 있다.

NUM_STS 서브필드는 추천하는 공간 스트림의 개수를 지시한다. VHT-MCS 서브필드는 추천하는 MCS를 지시한다. BW 서브필드는 추천하는 MCS와 관련된 대역폭 정보를 지시한다. SNR 서브필드는 데이터 서브캐리어 및 공간 스트림 상의 평균 SNR 값을 지시한다.

앞서 설명한 각 필드들에 포함되는 정보들은 IEEE 802.11 시스템의 정의를 따를 수 있다. 또한, 앞서 설명한 각 필드들은 MAC 프레임에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 이에 한정되지 않는다. 즉, 앞서 설명한 각 필드가 다른 필드로 대체되거나 추가적인 필드가 더 포함될 수 있으며, 모든 필드가 필수적으로 포함되지 않을 수도 있다.

매체 액세스 메커니즘

IEEE 802.11에서 통신은 공유된 무선 매체(shared wireless medium)에서 이루어지기 때문에 유선 채널(wired channel) 환경과는 근본적으로 다른 특징을 가진다.

유선 채널 환경에서는 CSMA/CD(carrier sense multiple access/collision detection) 기반으로 통신이 가능하다. 예를 들어 송신단에서 한번 시그널이 전송되면 채널 환경이 큰 변화가 없기 때문에 수신단까지 큰 신호 감쇄를 겪지 않고 전송이 된다. 이때 두 개 이상의 시그널이 충돌되면 감지(detection)이 가능했다. 이는 수신단에서 감지된 전력(power)이 순간적으로 송신단에서 전송한 전력보다 커지기 때문이다. 하지만, 무선 채널 환경은 다양한 요소들 (예를 들어, 거리에 따라 시그널의 감쇄가 크다거나 순간적으로 깊은 페이딩(deep fading)을 겪을 수 있음)이 채널에 영향을 주기 때문에 실제로 수신단에서 신호가 제대로 전송이 되었는지 혹은 충돌이 발생되었는지 송신단에서 정확히 캐리어 센싱(carrier sensing)을 할 수가 없다.

이에 따라, IEEE 802.11에 따른 WLAN 시스템에서, MAC의 기본 액세스 메커니즘으로서 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘을 도입하였다. CAMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC의 분배 조정 기능(DCF: Distributed Coordination Function)이라고도 불리는데, 기본적으로 “listen before talk” 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘에 따르면, AP 및/또는 STA은 전송을 시작하기에 앞서, 소정의 시간 구간(예를 들어, DIFS(DCF Inter-Frame Space)) 동안 무선 채널 또는 매체(medium)를 센싱(sensing)하는 CCA(Clear Channel Assessment)를 수행한다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고, 이미 여러 STA들이 해당 매체를 사용하기 위해 대기하고 있다는 가정하에 DIFS에 추가적으로 매체 액세스를 위한 지연 시간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period)) 동안 더 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다.

임의 백오프 주기를 적용함으로써, 프레임을 전송하기 위한 여러 STA들이 존재한다고 가정할 때 여러 STA들은 확률적으로 다른 백오프 주기 값을 가지게 되어 서로 다른 시간 동안 대기한 후에 프레임 전송을 시도할 것이 기대되므로, 충돌(collision)을 최소화시킬 수 있다.

또한, IEEE 802.11 MAC 프로토콜은 HCF(Hybrid Coordination Function)를 제공한다. HCF는 상기 DCF와 지점 조정 기능(PCF: Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 수행하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF는 WLAN의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(CP: Contention Period)와 비경쟁 주기(CFP: Contention Free Period) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.

도 9는 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 임의 백오프 주기와 프레임 전송 절차를 설명하기 위한 도면이다.

특정 매체가 점유(occupy 또는 busy) 상태에서 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA들은 각각 임의 백오프 카운트(random backoff count)를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간(slot time)만큼 대기한 후에 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 의사-임의 정수(pseudo-random integer) 값을 가지며, 0 내지 경쟁 윈도우(CW: Contention Window) 범위에서 균일 분포(uniform distribution)한 값 중 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW는 경쟁 윈도우 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기 값으로 CW_min이 주어지지만, 전송이 실패된 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK을 수신하지 못한 경우)에 2배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CW_max가 되면 데이터 전송이 성공할 때까지 CW_max 값을 유지하면서 데이터 전송을 시도할 수 있고, 데이터 전송이 성공하는 경우에는 CW_min 값으로 리셋된다. CW, CW_min 및 CW_max 값은 (2^n)-1 (n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.

임의 백오프 과정이 시작되면 STA은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하고, 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체게 점유 상태로 모니터링되면 카운트 다운을 중단하고 대기하게 되며, 매체가 유휴 상태가 되면 카운트 다운을 재개한다.

도 9의 예시에서 STA 3의 MAC에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA 3은 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다.

한편, 나머지 STA들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA 1, STA 2 및 STA 5의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA은 매체가 유휴 상태로 모니터링되면 DIFS만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운한다.

도 9의 예시에서는 STA 2가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA 1이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타난다. 즉, STA 2가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA 5의 잔여 백오프 시간은 STA 1의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다.

STA 1 및 STA 5는 STA 2가 매체를 점유하는 동안에 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA 2의 매체 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA 1 및 STA 5는 DIFS만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에서 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA 5의 잔여 백오프 시간이 STA 1보다 짧았으므로 STA 5의 프레임 전송을 시작하게 된다.

한편, STA 2가 매체를 점유하는 동안에서 STA 4에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이때, STA 4 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행한다.

도 9의 예시에서는 STA 5의 잔여 백오프 시간이 STA 4의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우 STA 4와 STA 5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA 4와 STA 5 모두 ACK을 수신하지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA 4와 STA 5는 CW 값을 2배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행한다.

한편, STA 1은 STA 4와 STA 5의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후에, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.

CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다.

가상 캐리어 센싱은 히든 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 접근상 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, WLAN 시스템의 MAC은 네트워크 할당 벡터(NAV: Network Allocation Vector)를 이용한다. NAV는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA에게 지시하는 값이다. 따라서 NAV로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP 및/또는 STA에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA은 해당 기간 동안 매체 액세스가 금지된다. NAV는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 지속 기간(duration) 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.

AP 및/또는 STA은 매체에 접근하고자 함을 알리기 위해 RTS(request to send) 프레임 및 CTS(clear to send) 프레임을 교환하는 절차를 수행할 수 있다. RTS 프레임 및 CTS 프레임은 실질적인 데이터 프레임 전송 및 수신 확인 응답(ACK)이 지원될 경우 ACK 프레임이 송수신 되는데 필요한 무선 매체가 접근 예약된 시간적인 구간을 지시하는 정보를 포함한다. 프레임을 전송하고자 하는 AP 및/또는 STA으로부터 전송된 RTS 프레임을 수신하거나, 프레임 전송 대상 STA으로부터 전송된 CTS 프레임을 수신한 다른 STA은 RTS/CTS 프레임에 포함되어 있는 정보가 지시하는 시간적인 구간 동안 매체에 접근하지 않도록 설정될 수 있다. 이는 시간 구간 동안 NAV가 설정됨을 통하여 구현될 수 있다.

프레임 간격(interframe space)

프레임 사이의 시간 간격을 프레임 간격(IFS: Interframe Space)으로 정의한다. STA은 캐리어 센싱(carrier sensing)을 통해 IFS 시간 구간 동안 채널이 사용되는지 여부를 판단할 수 있다. 802.11 WLAN 시스템에서 무선 매체를 점유하는 우선 레벨(priority level)을 제공하기 위하여 복수의 IFS이 정의된다.

도 10은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 IFS 관계를 예시하는 도면이다.

모든 타이밍은 물리 계층 인터페이스 프리미티브 즉, PHY-TXEND.confirm 프리미티브, PHYTXSTART.confirm 프리미티브, PHY-RXSTART.indication 프리미티브 및 PHY-RXEND.indication 프리미티브를 참조하여 정해질 수 있다.

IFS 종류에 따른 프레임 간격은 아래와 같다.

a) 축소된 프레임 간격(RIFS: reduced interframe space)

b) 짧은 프레임 간격(SIFS: short interframe space)

c) PCF 프레임 간격(PIFS: PCF interframe space)

d) DCF 프레임 간격(DIFS: DCF interframe space)

e) 조정 프레임 간격(AIFS: arbitration interframe space)

f) 확장 프레임 간격(EIFS: extended interframe space)

서로 다른 IFS들은 STA의 비트율(bit rate)과 무관하게 물리 계층에 의해 특정된 속성으로부터 결정된다. IFS 타이밍은 매체 상에서의 시간 갭(time gap)으로 정의된다. AIFS를 제외한 IFS 타이밍은 각 물리 계층 별로 고정된다.

SIFS는 ACK 프레임, CTS 프레임, 블록 ACK 요청(BlockAckReq) 프레임 또는 A-MPDU에 대한 즉각적인 응답인 블록 ACK(BlockAck) 프레임을 포함하는 PPDU, 조각난 버스트(fragment burst)의 두 번째 또는 연속적인 MPDU, PCF에 의한 폴링(polling)에 대한 STA의 응답의 전송을 위해 사용되며 최고 우선 순위를 가진다. SIFS는 또한 비경쟁 구간(CFP) 시간 동안 프레임의 타입과 무관하게 프레임들의 지점 조정(point coordinator)을 위해 사용될 수 있다. SIFS는 이전 프레임의 마지막 심볼의 종료 또는 시그널 확장(존재하는 경우)으로부터 이어지는 다음 프레임의 프리앰블의 첫 번째 심볼의 시작까지의 시간을 나타낸다.

SIFS 타이밍은 TxSIFS 슬롯 경계에서 연속적인 프레임의 전송이 시작될 때 달성된다.

SIFS는 서로 다른 STA들로부터의 전송 간의 IFS 중에서 가장 짧다. 매체를 점유하고 있는 STA이 프레임 교환 시퀀스(frame exchange sequence)가 수행되는 구간 동안 매체의 점유를 유지할 필요가 있는 경우 사용될 수 있다.

프레임 교환 시퀀스 내 전송 간 가장 작은 갭을 사용함으로써, 더 긴 갭 동안 매체가 유휴 상태가 되길 기다리는 것이 요구되는 다른 STA들이 매체의 사용을 시도하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 진행 중인 프레임 교환 시퀀스가 완료되는데 우선권을 부여할 수 있다.

PIFS는 매체를 액세스하는데 우선권을 획득하기 위하여 사용된다.

PIFS는 다음과 같은 경우에 사용될 수 있다.

- PCF 하에 동작하는 STA

- 채널 스위치 공지(Channel Switch Announcement) 프레임을 전송하는 STA

- 트래픽 지시 맵(TIM: Traffic Indication Map) 프레임을 전송하는 STA

- CFP 또는 전송 기회(TXOP: Transmission Opportunity)를 시작하는 하이브리드 조정자(HC: Hybrid Coordinator)

- CAP(controlled access phase) 내 예상된 수신의 부재로부터 복구(recovering)하기 위한 폴링된 TXOP 홀더(holder)인 HC 또는 non-AP QoS STA

- CTS2의 전송 전 듀얼 CTS 보호를 사용하는 HT STA

- 전송 실패 이후에 계속하여 전송하기 위한 TXOP 홀더(holder)

- 에러 복구(error recovery)를 사용하여 계속하여 전송하기 위한 RD(reverse direction) 개시자

- PSMP(power save multi-poll) 복구 프레임을 전송하는 PSMP 시퀀스 동안 HT AP

- EDCA 채널 액세스를 사용하는 40MHz 마스크 PPDU를 전송하기 전 세컨더리 채널(secondary channel) 내 CCA를 수행하는 HT STA

앞서 나열된 예시 중 세컨더리 채널(secondary channel)에서 CCA을 수행하는 경우를 제외하고, PIFS를 사용하는 STA은 TxPIFS 슬롯 경계에서 매체가 유휴 상태임을 결정하는 CS(carrier sense) 메커니즘 이후에 전송을 시작한다.

DIFS는 DCF 하에 데이터 프레임(MPDU) 및 관리 프레임(MMPDU: MAC Management Protocol Data Unit)을 전송하도록 동작하는 STA에 의해 사용될 수 있다. DCF를 사용하는 STA은 정확히 수신된 프레임 및 백오프 타임이 만료된 이후 CS(carrier sense) 메커니즘을 통해 매체가 유휴 상태라고 결정되면, TxDIFS 슬롯 경계에서 전송할 수 있다. 여기서, 정확히 수신된 프레임은 PHY-RXEND.indication 프리미티브가 에러를 지시하지 않고, FCS가 프레임이 에러가 아님(error free)을 지시하는 프레임을 의미한다.

SIFS 시간('aSIFSTime')과 슬롯 시간('aSlotTime')은 물리 계층 별로 결정될 수 있다. SIFS 시간은 고정된 값을 가지나, 슬롯 시간은 무선 지연 시간(aAirPropagationTime) 변화에 따라 동적으로 변화할 수 있다.

블록 ACK(Block Ack) 절차

도 11은 본 발명이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템에서 하향링크 MU-MIMO 전송 과정을 예시하는 도면이다.

802.11ac에서는 MU-MIMO는 AP로부터 클라이언트(즉, non-AP STA)으로 향하는 하향링크에서 정의된다. 이때, 다중 사용자 프레임(multi-user frame)은 다중 수신자에게 동시에 전송되나, 수신 확인(acknowledgement)은 상향링크에서 개별적으로 전송되어야 한다.

802.11ac을 기반으로 하는 VHT MU PPDU 내 전송되는 모든 MPDU는 A-MPDU에 포함되므로, VHT MU PPDU에 대한 즉각적인 응답이 아닌 VHT MU PPDU 내 A-MPDU에 대한 응답은 AP에 의한 블록 ACK 요청(BAR: Block Ack Request) 프레임에 대한 응답으로 전송된다.

먼저, AP는 모든 수신자(즉, STA 1, STA 2, STA 3)에게 VHT MU PPDU(즉, 프리앰블 및 데이터)를 전송한다. VHT MU PPDU는 각 STA에 전송되는 VHT A-MPDU를 포함한다.

AP로부터 VHT MU PPDU를 수신한 STA 1은 SIFS 이후에 블록 ACK(BA: Block Acknowledgement) 프레임을 AP로 전송한다. BA 프레임에 대하여 보다 상세한 설명은 후술한다.

STA 1으로부터 BA를 수신한 AP는 SIFS 이후에 BAR(block acknowledgement request) 프레임을 다음 STA 2로 전송하고, STA 2는 SIFS 이후에 BA 프레임을 AP로 전송한다. STA 2로부터 BA 프레임을 수신한 AP는 SIFS 이후에 BAR 프레임을 STA 3로 전송하고, STA 3은 SIFS 이후에 BA 프레임을 AP로 전송한다.

이러한 과정이 모든 STA들에 대해 수행되면, AP는 다음 MU PPDU를 모든 STA에게 전송한다.

HE(High Efficiency, 802.11ax) 시스템

이하에서는 차세대 WLAN 시스템에 대해 설명한다. 차세대 WLAN 시스템은 차세대 WIFI 시스템으로서, 이러한 차세대 WIFI 시스템의 실시예로서 IEEE 802.11ax를 예로서 설명할 수도 있다. 본 명세서에서 이하의 차세대 WLAN 시스템을 HE(High Efficiency) 시스템이라고 명칭하고, 이 시스템의 프레임, PPDU 등을 HE 프레임, HE PPDU, HE 프리앰블, HE-SIG 필드, HE-STF 및 HE-LTF 등으로 지칭할 수 있다.

HE 시스템에 대해 이하에서 추가로 기술하지 않는 내용에 대해서는 상술한VHT 시스템과 같은 기존의 WLAN 시스템에 대한 설명이 적용될 수 있다. 예를 들면, HE-SIG A 필드, HE-STF, HE-LTF 및 HE-SIG-B 필드에 대해서 상술한 VHT-SIG A 필드, VHT-STF, VHT-LTF 및 VHT-SIG-B 필드에 대한 설명이 적용될 수 있다. 제안되는 HE 시스템의 HE 프레임 및 프리앰블 등은 다만 다른 무선 통신 또는 셀룰러 시스템에도 사용될 수 있는 것이다. HE STA는 상술한 바와 같이 non-AP STA 또는 AP STA이 될 수 있다. 이하의 명세서에서 STA라고 지칭하더라도, 이러한 STA 장치는 HE STA 장치를 나타낼 수도 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE(High Efficiency) 포맷 PPDU를 예시하는 도면이다.

도 12(a)는 HE 포맷 PPDU의 개략적인 구조를 예시하고, 도 12(b) 내지 (d)는 HE 포맷 PPDU의 보다 구체적인 구조를 예시한다.

도 12(a)를 참조하면, HEW를 위한 HE 포맷 PPDU는 크게 레가시 부분(L-part: legacy-part), HE 부분(HE-part) 및 데이터 필드(HE-data)로 구성될 수 있다.

L-part는 기존의 WLAN 시스템에서 유지하는 형태와 동일하게 L-STF 필드, L-LTF 필드 및 L-SIG 필드로 구성된다. L-STF 필드, L-LTF 필드 및 L-SIG 필드를 레가시 프리앰블(legacy preamble)이라고 지칭할 수 있다.

HE-part는 802.11ax 표준을 위하여 새롭게 정의되는 부분으로서, HE-STF 필드, HE-SIG 필드 및 HE-LTF 필드를 포함할 수 있다. 도 12(a)에서는 HE-STF 필드, HE-SIG 필드 및 HE-LTF 필드의 순서를 예시하고 있으나, 이와 상이한 순서로 구성될 수 있다. 또한, HE-LTF는 생략될 수도 있다. HE-STF 필드 및 HE-LTF 필드뿐만 아니라 HE-SIG 필드를 포함하여 HE-preamble로 통칭할 수도 있다.

또한, L-part, HE-SIG 필드, HE-preamble을 물리 프리앰블(PHY(physical) preamble)/피지컬 프리앰블로 통칭할 수 있다.

HE-SIG 필드는 HE-data 필드를 디코딩하기 위한 정보(예를 들어, OFDMA, UL MU MIMO, 향상된 MCS 등)을 포함할 수 있다.

L-part와 HE-part는 서로 다른 FFT(Fast Fourier Transform) 크기(즉, 서브캐리어 간격(spacing))을 가질 수 있으며, 서로 다른 CP(Cyclic Prefix)를 사용할 수도 있다.

802.11ax 시스템에서는 레가시 WLAN 시스템에 비하여 4배 큰(4×) FFT 크기를 사용할 수 있다. 즉, L-part는 1× 심볼 구조로 구성되고, HE-part(특히, HE-preamble 및 HE-data)는 4× 심볼 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 1×, 2×, 4× 크기의 FFT는 레가시 WLAN 시스템(예를 들어, IEEE 802.11a, 802.11n, 802.11ac 등)에 대한 상대적인 크기를 나타낸다.

예를 들어, L-part에 이용되는 FFT 사이즈는 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 200MHz에서 각각 64, 128, 256, 512라면, HE-part에 이용되는 FFT 사이즈는 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 200MHz에서 각각 256, 512, 1024, 2048일 수 있다.

이와 같이 레가시 WLAN 시스템 보다 FFT 사이즈가 커지면, 서브캐리어 주파수 간격(subcarrier frequency spacing)이 작아지므로 단위 주파수 당 서브캐리어의 수가 증가되나, OFDM 심볼 길이가 길어진다.

즉, 보다 큰 FFT 크기가 사용된다는 것은 서브캐리어 간격이 좁아진다는 의미이며, 마찬가지로 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)/DFT(Discrete Fourier Transform) 주기(period)가 늘어난다는 의미이다. 여기서, IDFT/DFT 주기는 OFDM 심볼에서 보호 구간(GI)을 제외한 심볼 길이를 의미할 수 있다.

따라서, HE-part(특히, HE-preamble 및 HE-data)는 L-part에 비하여 4배 큰 FFT 크기가 사용된다면, HE-part의 서브캐리어 간격은 L-part의 서브캐리어 간격의 1/4 배가 되고, HE-part의 IDFT/DFT 주기는 L-part의 IDFT/DFT 주기의 4배가 된다. 예를 들어, L-part의 서브캐리어 간격이 312.5kHz(=20MHz/64, 40MHZ/128, 80MHz/256 및/또는 200MHz/512)라면 HE-part의 서브캐리어 간격은 78.125kHz(=20MHz/256, 40MHZ/512, 80MHz/1024 및/또는 200MHz/2048)일 수 있다. 또한, L-part의 IDFT/DFT 주기가 3.2㎲(=1/312.5kHz)이라면, HE-part의 IDFT/DFT 주기는 12.8㎲(=1/78.125kHz)일 수 있다.

여기서, GI는 0.8㎲, 1.6㎲, 3.2㎲ 중 하나가 사용될 수 있으므로, GI를 포함하는 HE-part의 OFDM 심볼 길이(또는 심볼 간격(symbol interval))은 GI에 따라 13.6㎲, 14.4㎲, 20㎲일 수 있다.

도 12(b)를 참조하면, HE-SIG 필드는 HE-SIG-A 필드와 HE-SIG-B 필드로 구분될 수 있다.

예를 들어, HE 포맷 PPDU의 HE-part는 12.8㎲ 길이를 가지는 HE-SIG-A 필드, 1 OFDM 심볼의 HE-STF 필드, 하나 이상의 HE-LTF 필드 및 1 OFDM 심볼의 HE-SIG-B 필드를 포함할 수 있다.

또한, HE-part에서 HE-SIG-A 필드는 제외하고 HE-STF 필드부터는 기존의 PPDU 보다 4배 큰 크기의 FFT가 적용될 수 있다. 즉, 256, 512, 1024 및 2048 크기의 FFT가 각각 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 200MHz의 HE 포맷 PPDU의 HE-STF 필드부터 적용될 수 있다.

다만, 도 12(b)와 같이 HE-SIG가 HE-SIG-A 필드와 HE-SIG-B 필드로 구분되어 전송될 때, HE-SIG-A 필드 및 HE-SIG-B 필드의 위치는 도 12(b)와 상이할 수 있다. 예를 들어, HE-SIG-A 필드 다음에 HE-SIG-B 필드가 전송되고, HE-SIG-B 필드 다음에 HE-STF 필드와 HE-LTF 필드가 전송될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 HE-STF 필드부터는 기존의 PPDU 보다 4배 큰 크기의 FFT가 적용될 수 있다.

도 12(c)를 참조하면, HE-SIG 필드는 HE-SIG-A 필드와 HE-SIG-B 필드로 구분되지 않을 수 있다.

예를 들어, HE 포맷 PPDU의 HE-part는 1 OFDM 심볼의 HE-STF 필드, 1 OFDM 심볼의 HE-SIG 필드 및 하나 이상의 HE-LTF 필드를 포함할 수 있다.

위와 유사하게 HE-part는 기존의 PPDU 보다 4배 큰 크기의 FFT가 적용될 수 있다. 즉, 256, 512, 1024 및 2048 크기의 FFT가 각각 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 200MHz의 HE 포맷 PPDU의 HE-STF 필드부터 적용될 수 있다.

도 12(d)를 참조하면, HE-SIG 필드는 HE-SIG-A 필드와 HE-SIG-B 필드로 구분되지 않으며, HE-LTF 필드는 생략될 수 있다.

예를 들어, HE 포맷 PPDU의 HE-part는 1 OFDM 심볼의 HE-STF 필드 및 1 OFDM 심볼의 HE-SIG 필드를 포함할 수 있다.

위와 유사하게 HE-part는 기존의 PPDU 보다 4배 큰 크기의 FFT가 적용될 수 있다. 즉, 256, 512, 1024 및 2048 크기의 FFT가 각각 20MHz, 40MHz, 80MHz 및 200MHz의 HE 포맷 PPDU의 HE-STF 필드부터 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 WLAN 시스템을 위한 HE 포맷 PPDU는 적어도 하나의 20MHz 채널을 통해 전송될 수 있다. 예를 들어, HE 포맷 PPDU은 총 4개의 20MHz 채널을 사용하여 40MHz, 80MHz 또는 200MHz 주파수 대역에서 전송될 수 있다. 이에 대하여 아래 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.

도 13에서는 하나의 STA에 80MHz가 할당된 경우(또는 80MHz 내 복수의 STA에게 OFDMA 자원 유닛이 할당된 경우) 혹은 복수의 STA에게 각각 80MHz의 서로 다른 스트림이 할당된 경우의 PPDU 포맷을 예시한다.

도 13을 참조하면, L-STF, L-LTF 및 L-SIG은 각 20MHz 채널에서 64 FFT 포인트(또는 64 서브캐리어)에 기반하여 생성된 OFDM 심볼로 전송될 수 있다.

HE-SIG-A 필드는 PPDU를 수신하는 STA들에게 공통으로 전송되는 공용 제어 정보를 포함할 수 있다. HE-SIG-A 필드는 1개 내지 3개의 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. HE-SIG-A 필드는 20MHz 단위로 복사되어 동일한 정보를 포함한다. 또한, HE-SIG-A 필드는 시스템의 전체 대역폭 정보를 알려준다.

HE-SIG-A 필드에는 이하의 표 1과 같은 정보가 포함될 수 있다.

표 1에 예시되는 각 필드들에 포함되는 정보들은 IEEE 802.11 시스템의 정의를 따를 수 있다. 또한, 앞서 설명한 각 필드들은 PPDU에 포함될 수 있는 필드들의 예시에 해당하며, 이에 한정되지 않는다. 즉, 앞서 설명한 각 필드가 다른 필드로 대체되거나 추가적인 필드가 더 포함될 수 있으며, 모든 필드가 필수적으로 포함되지 않을 수도 있다.

HE-STF는 MIMO 전송에 있어서 AGC(Automatic Gain Control) 추정의 성능을 개선하기 위해 사용된다. HE-STF는 특정 대역에 대한 주파수 도메인의 시퀀스를 사용하여 생성될 수 있다. HE-LTF(Long Trainig Field)는 수신기에서 수신 체인들 및 성상도 맵퍼 출력들의 세트 간의 MIMO 채널을 추정하는데 사용되는 필드이다.

HE-SIG-B 필드는 각 STA이 자신의 데이터(예를 들어, PSDU)를 수신하기 위하여 요구되는 사용자 특정(user-specific) 정보를 포함할 수 있다. HE-SIG-B 필드는 하나 또는 두 개의 OFDM 심볼에서 전송될 수 있다. 예를 들어, HE-SIG-B 필드는 해당 PSDU의 변조 및 코딩 기법(MCS) 및 해당 PSDU의 길이에 관한 정보를 포함할 수 있다.

L-STF, L-LTF, L-SIG 및 HE-SIG-A 필드는 20MHz 채널 단위로 반복되어 전송될 수 있다. 예를 들어, PPDU가 4개의 20MHz 채널(즉, 80MHz 대역)을 통해 전송될 때, L-STF, L-LTF, L-SIG 및 HE-SIG-A 필드는 매 20MHz 채널에서 반복되어 전송될 수 있다.

FFT 크기가 커지면, 기존의 IEEE 802.11a/g/n/ac를 지원하는 레가시 STA은 해당 HE PPDU를 디코딩하지 못할 수 있다. 레가시 STA과 HE STA이 공존(coexistence)하기 위하여, L-STF, L-LTF 및 L-SIG 필드는 레가시 STA이 수신할 수 있도록 20MHz 채널에서 64 FFT를 통해 전송된다. 예를 들어, L-SIG 필드는 하나의 OFDM 심볼을 점유하고, 하나의 OFDM 심볼 시간은 4㎲ 이며, GI는 0.8㎲일 수 있다.

각 주파수 단위 별 FFT 크기는 HE-STF(또는 HE-SIG-A)부터 더욱 커질 수 있다. 예를 들어, 256 FFT가 20MHz 채널에서 사용되고, 512 FFT가 40MHz 채널에서 사용되며, 1024 FFT가 80MHz 채널에서 사용될 수 있다. FFT 크기가 커지면, OFDM 서브캐리어 간의 간격이 작아지므로 단위 주파수 당 OFDM 서브캐리어의 수가 증가되나, OFDM 심볼 시간은 길어진다. 시스템의 효율을 향상시키기 위하여 HE-STF 이후의 GI의 길이는 HE-SIG-A의 GI의 길이와 동일하게 설정될 수 있다.

HE-SIG-A 필드는 HE STA이 HE PPDU를 디코딩하기 위하여 요구되는 정보를 포함할 수 있다. 그러나, HE-SIG-A 필드는 레가시 STA과 HE STA이 모두 수신할 수 있도록 20MHz 채널에서 64 FFT를 통해 전송될 수 있다. 이는 HE STA가 HE 포맷 PPDU 뿐만 아니라 기존의 HT/VHT 포맷 PPDU를 수신할 수 있으며, 레가시 STA 및 HE STA이 HT/VHT 포맷 PPDU와 HE 포맷 PPDU를 구분하여야 하기 때문이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.

도 14에서는 20MHz 채널들이 각각 서로 다른 STA들(예를 들어, STA 1, STA 2, STA 3 및 STA 4)에 할당되는 경우를 가정한다.

도 14을 참조하면, 단위 주파수 당 FFT 크기는 HE-STF(또는 HE-SIG-B)부터 더욱 커질 수 있다. 예를 들어, HE-STF(또는 HE-SIG-B)부터 256 FFT가 20MHz 채널에서 사용되고, 512 FFT가 40MHz 채널에서 사용되며, 1024 FFT가 80MHz 채널에서 사용될 수 있다.

PPDU에 포함되는 각 필드에서 전송되는 정보는 앞서 도 13의 예시와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

HE-SIG-B 필드는 각 STA에 특정된 정보를 포함할 수 있으나, 전체 밴드(즉, HE-SIG-A 필드에서 지시)에 걸쳐서 인코딩될 수 있다. 즉, HE-SIG-B 필드는 모든 STA에 대한 정보를 포함하며 모든 STA들이 수신하도록 전송될 수도 있다.

HE-SIG-B 필드는 각 STA 별로 할당되는 주파수 대역폭 정보 및/또는 해당 주파수 대역에서 스트림 정보를 알려줄 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 HE-SIG-B는 STA 1는 20MHz, STA 2는 그 다음 20MHz, STA 3는 그 다음 20MHz, STA 4는 그 다음 20MHz가 할당될 수 있다. 또한, STA 1과 STA 2는 40MHz를 할당하고, STA 3와 STA 4는 그 다음 40MHz를 할당할 수 있다. 이 경우, STA 1과 STA 2는 서로 다른 스트림을 할당하고, STA 3와 STA 4는 서로 다른 스트림을 할당할 수 있다.

또한, HE-SIG-C 필드를 정의하여, 도 14의 예시에 HE-SIG C 필드가 추가될 수 있다. 이 경우, HE-SIG-B 필드에서는 전대역에 걸쳐서 모든 STA에 대한 정보가 전송되고, 각 STA에 특정한 제어 정보는 HE-SIG-C 필드를 통해 20MHz 단위로 전송될 수도 있다. 이러한 경우 HE-SIG-C 필드는 HE-LTF 필드 뒤에 전송될 수도 있다.

또한, 도 13 및 도 14의 예시와 상이하게 HE-SIG-B 필드는 전대역에 걸쳐 전송하지 않고 HE-SIG-A 필드와 동일하게 20MHz 단위로 전송될 수 있다. 이에 대하여 아래 도면을 참조하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 포맷 PPDU을 예시하는 도면이다.

도 15에서는 20MHz 채널들이 각각 서로 다른 STA들(예를 들어, STA 1, STA 2, STA 3 및 STA 4)에 할당되는 경우를 가정한다.

도 15을 참조하면, HE-SIG-B 필드는 전대역에 걸쳐 전송되지 않고, HE-SIG-A 필드와 동일하게 20MHz 단위로 전송된다. 다만, 이때 HE-SIG-B는 HE-SIG-A 필드와 상이하게 20MHz 단위로 인코딩되어 전송되나, 20MHz 단위로 복제되어 전송되지는 않을 수 있다.

이 경우, 단위 주파수 당 FFT 크기는 HE-STF(또는 HE-SIG-B)부터 더욱 커질 수 있다. 예를 들어, HE-STF(또는 HE-SIG-B)부터 256 FFT가 20MHz 채널에서 사용되고, 512 FFT가 40MHz 채널에서 사용되며, 1024 FFT가 80MHz 채널에서 사용될 수 있다.

PPDU에 포함되는 각 필드에서 전송되는 정보는 앞서 도 13의 예시와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.

HE-SIG-A 필드는 20MHz 단위로 복사되어(duplicated) 전송된다.

HE-SIG-B 필드는 각 STA 별로 할당되는 주파수 대역폭 정보 및/또는 해당 주파수 대역에서 스트림 정보를 알려줄 수 있다. HE-SIG-B 필드는 각 STA에 대한 정보를 포함하므로 20MHz 단위의 각 HE-SIG-B 필드 별로 각 STA에 대한 정보가 포함될 수 있다. 이때, 도 15의 예시에서는 각 STA 별로 20MHz가 할당되는 경우를 예시하고 있으나, 예를 들어 STA에 40MHz가 할당되는 경우, 20MHz 단위로 HE-SIG-B 필드가 복사되어 전송될 수도 있다.

각 BSS 별로 서로 다른 대역폭을 지원하는 상황에서 인접한 BSS로부터의 간섭 레벨이 적은 일부의 대역폭을 STA에게 할당하는 경우에 위와 같이 HE-SIG-B 필드를 전대역에 걸쳐서 전송하지 않는 것이 보다 바람직할 수 있다.

도 13 내지 도 15에서 데이터 필드는 페이로드(payload)로서, 서비스 필드(SERVICE field), 스크램블링된 PSDU, 테일 비트(tail bits), 패딩 비트(padding bits)를 포함할 수 있다.

한편, 앞서 도 13 내지 도 15과 같은 HE 포맷 PPDU는 L-SIG 필드의 반복 심볼인 RL-SIG(Repeated L-SIG) 필드를 통해서 구분될 수 있다. RL-SIG 필드는 HE SIG-A 필드 앞에 삽입되며, 각 STA은 RL-SIG 필드를 이용하여 수신된 PPDU의 포맷을 HE 포맷 PPDU로서 구분할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 HE 프레임 구조를 나타낸다.

상술한 바와 같이 802.11ax 시스템에서는 에버리지 쓰루풋 보강(average throughput enhancement) 및 아웃도어에서의 로버스트 전송을 위해 레거시 802.11 시스템(802.11a, 802.11n, 802.11ac 등)보다 4배 긴 심볼 길이를 사용하고자 한다. STA가 즉 OFDM 변조 수행 시 4배 큰 FFT 사이즈를 적용할 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따른 HE 신호 프레임 구조를 나타낸다. 도 16에서, 심볼 길이가 4배 긴 구간을 4배(4x) FFT 사이즈로 나타내었다. 도 16에서와 같이, 신호 프레임에서 L-파트 즉 레거시 프리앰블은 레거시 시스템과 같은 FFT 사이즈(1x)를 사용할 수 있다. HE 파트에서는, HE-SIG 필드까지는 1x FFT 사이즈가 적용되고, HE-STF, HE-LTF 및 HE-데이터 부분에 대해서는 4x FFT 사이즈가 적용될 수 있다. 다만, 도 16의 실시예는 도 12 내지 도 15의 실시예의 조합과 함께 사용될 수도 있다.

FFT 사이즈가 증가하게 되면 802.11 레거시 시스템 신호에 비해 전송 신호의 서브케리어의 수가 증가되어 스루풋을 향상시킬 수는 있으나, 수신기에서는 심볼 주기가 길어지므로 데이터를 처리하는데 걸리는 시간이 증가될 수 있다. 따라서 기정의된 SIFS 시간을 그대로 사용하면 수신 STA가 정해진 SIFS 시간 후에 ACK 프레임을 전송하지 못할 수도 있다.

STA는 SIFS 시간 후에 수신한 신호 프레임에 대해 ACK 프레임 또는 CTS 프레임을 전송해야 한다. SIFS 시간(SIFSTime)은 아래와 같다.

SIFSTime = aRxPHYDelay + aMACPRocessingDelay + aTxPHYDelay + aRxTxSwitchTime + aTxRampOnTime

SIFS 시간에 포함되는 시간들에 대한 간략한 설명은 이하와 같다.

aRxPHYDelay: PHY 계층이 에어 인터페이스에서 마지막 심볼의 종료로부터 수신 프레임의 마지막 비트를 MAC 레이어로 전달하는 노미널 시간(마이크로초)(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 레이어에서 PHY 레이어로 전송 시작 지시, 수신 종료 지시, 및 CCA 지시를 발행하는 최대 시간 (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 계층이 MAC 인터페이스로부터 심볼을 에어 인터페이스로 전달하는 노미널 시간(마이크로초) (The norminal time(in microseconds) that the PHY uses to deliver a symbol from the MAC interface to the air interface)

aRxTxSwitchTime: PHY 계층이 수신에서 전송으로 스위칭하는 노미널 시간(The nominal time(in microseconds) that PHY takes to switch form receive to transmit)

aTxRampOnTime: PHY 계층이 송신기를 켜는데 걸리는 최대 시간(The maximum time(in microseconds) that the PHY takes to turn the Transmitter on.)

상술한 바와 같이 4x FFT 사이즈를 사용함에 따라서 심볼 주기(duration)가 증가함에 따라서, aRxPHYDelay 시간이 증가하게 되고, STA가 정해진 SIFS 시간 뒤에 ACK 프레임을 송신하지 못하게 될 수 있다. 따라서 전송 STA는 수신 STA가 데이터를 잘 수신하였음에도 불구하고 SIFS 시간후에 ACK을 수신하지 못하여 수신 STA가 데이터를 수신하지 못한 것으로 판단할 수도 있다. 따라서 이하에서는 HE-STA의 성능(capability)을 분류하고, 이를 MCS 레벨 및 데이터 레이트와 연관하여 패딩 심볼을 추가하고, 패딩 심볼에 대한 정보를 HE-STA에게 지시하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.

패딩 심볼은 더미 심볼로 지칭할 수도 있다. 전송 STA가 더미 심볼을 추가로 생성/전송하는 경우 수신기는 더미 심볼을 디코딩하지는 않으면서, 더미 심볼 구간을 데이터 디코딩을 위해 추가적으로 필요한 처리 시간으로 설정할 수 있다. 더미 심볼은 OFDM 심볼로서, OBSS STA들이 에너지 디텍션을 통해 채널이 점유라고 판단할 수 있는 임의의 신호가 될 수도 있다. 또는, STA가 더미 심볼을 전송하는 대신 신호 프레임의 특정 구간에 아무런 신호를 송신하지 않을 수도 있다. 다만 이러한 경우 해당 신호 생성을 위해 추가적인 RF 또는 기저대역 체인이 필요할 수 있다. 또한 OBSS STA들이 해당 채널을 유휴라고 판단할 수 있으므로, 이하에서는 증가되는 신호 프로세싱 시간까지 NAV 세팅을 할 수 있는 OFDM 심볼인 더미 심볼을 사용하는 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 더미 심볼이 마지막 데이터 심볼 뒤에 삽입 되므로 더미 심볼은 패딩 심볼이라고 지칭될 수 있다. 또한, 더미 심볼의 부가에 의해 전송 신호가 연장되므로 신호 연장(extension) 또는 연장 신호라고 지칭할 수도 있다.

더미 심볼을 모든 전송 신호에 부가하는 것은 시스템 스루풋을 저하할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 STA의 성능을 고려하여 더미 심볼을 부가하고자 하며, 따라서 전송 STA는 수신 STA의 성능을 알아야 한다. 따라서, 이하에서 STA 성능을 분류하고 시그널링하는 방법을 설명한다.

실시예로서, HE STA의 성능은 N개로 분류될 수 있다. HE STA의 성능은 STA의 제조 공정에서 디코딩 성능에 따라서 직접 분류될 수 있다. 또는, HE STA이 신호를 송수신할 때 사용하는 각종 파라미터들에 의해 간접적으로 분류될 수도 있다. HE STA의 성능을 구분하기 위해 사용할 수 있는 파라미터들은 아래와 같이 나타낼 수 있으며, 이 중 적어도 하나의 파라미터 또는 이들의 조합을 통해 성능을 구분할 수 있다. 다만 이러한 파라미터들은 실시예로서, 포함된 파라미터가 제외되거나 다른 파라미터가 추가되는 등 전체 파라미터들은 변경될 수도 있다.

1) STA가 지원하는 최대 데이터 레이트

2) STA가 지원하는 최대 페이로드 사이즈

3) STA가 지원하는 최대 MCS 레벨 (또는 성상도 레벨)

4) STA가 지원하는 OFDM 심볼 당 코딩된 비트들의 최대 수

5) STA가 지원하는 OFDM 심볼 당 데이터 비트들의 최대 수

6) STA가 지원하는 최대 공간(spatial) 스트림의 수

7) STA가 지원하는 최대 공간 시간 스트림의 수

8) STA가 지원하는 최대 BCC 또는 LDPC 인코더의 수

9) STA가 지원하는 최대 BCC 또는 LDPC 디코더의 수

10) STA가 지원하는 최대 대역폭 사이즈

본 명세서에서는 실시예로서, STA가 지원하는 최대 MCS 레벨 파라미터 및 최대 대역폭 사이즈 파라미터에 기초하여 STA의 카테고리를 4개로 분류할 수 있다. 표 2는 이렇게 분류한 STA의 4개의 카테고리를 나타낸다.

분류된 STA 카테고리 정보는 전송 STA에서 더미 심볼 패딩 여부 및 패딩되는 더미 심볼의 양을 결정하는데 필요하므로, 전송 STA는 수신 STA의 STA 카테고리 정보를 획득해야 한다. 따라서 STA 카테고리 정보는 STA들끼리 송수신하는 신호에 포함되어 교환되어야 한다. 본 발명의 실시예로서, STA 카테고리 정보는 HE 성능 엘레먼트(HE Capabilities Element)에 포함되어 전달될 수 있다. 실시예로서, HE 성능 엘레먼트는 AP의 비콘 프레임 또는 STA의 프로브 응답(Probe Response) 프레임, 연계 요청(Association Request) 프레임, 연계 응답(Associatoin Response) 프레임, 재연계 요청(Reassociation Request) 프레임, 재연계 응답(Reassociatoin Response) 프레임,에 포함될 수도 있다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 VHT 성능 엘레먼트를 나타낸다.

실시예로서, HE 성능 엘레먼트는 VHT 성능 엘러먼트와 동일 또는 유사한 스트럭처로 설계될 수 있다. HE STA는 HE 성능 엘레먼트(HE Capabilities Element)를 전송함으로써 자신이 HE STA임을 선언할 수 있다. HE 성능 엘레먼트는 도 17과 같은 HE 성능 정보 필드(HE Capabilities Info Field)를 포함할 수 있다. 도 17의 실시예는 VHT 성능 정보 필드를 예시로 채용하였으며, 실시예에 따라서 포함되는 정보는 변경될 수도 있다. 도 17에서, HE 성능 정보 필드의 마지막 30~31비트가 예비(reserved) 비트들이며, 본 발명은 이 예비 비트들을 사용하여 STA 카테고리 정보를 전송할 수 있다.

도 17의 HE 성능 정보 필드에 포함되는 서브 필드들에 대한 간략한 설명은 아래와 같다.

- Maximum MPDU Length: 최대 MPDU 길이 필드, 최대 MPDU 길이를 나타냄

- Supported Channel Width Set: 지원 채널 폭 세트 정보, 해당 STA가 지원하는 채널 폭을 나타냄

- Rx LDPC: 수신 LDPC 정보, 수신하는 LDPC 인코딩된 패킷에 대한 지원을 나타냄

- Short GI for 80MHz: 80MHz에 대한 짧은 GI 정보, 수신 패킷에 대한 짧은 GI 지원 여부를 나타냄

- Short GI for 80+80MHz: 80+80MHz에 대한 짧은 GI 정보, 수신 패킷에 대한 짧은 GI 지원 여부를 나타냄

- Tx STBC : 전송 STBC 정보, 적어도 2x1 STBC의 전송 지원 여부를 나타냄

- Rx STBC: 수신 STBC 정보, STBC를 사용하는 PPDU의 수신 지원 여부를 나타냄

- SU Beamformer Capable: SU 빔포머 성능 정보, SU 빔포머(VHT 사운딩 프로토콜)와 같은 동작의 지원 여부를 나타냄

- SU Beamformee Capable: SU 빔포미 성능 정보, SU 빔포미(VHT 사운딩 프로토콜)와 같은 동작의 지원 여부를 나타냄

- Beamformee STS capability: 빔포미 STS 성능 정보, STA가 수신할 수 있는 공간-시간 스트림의 최대 수를 나타냄

- Number of Sounding Dimensions: 사운딩 디멘전 수 정보, 빔포머의 성능을 나타냄

- MU Beamformer Capable: MU 빔포머 성능 정보, MU 빔포머(VHT 사운딩 프로토콜)와 같은 동작의 지원 여부를 나타냄

- MU Beamformee Capable: MU 빔포미 성능 정보, MU 빔포미(VHT 사운딩 프로토콜)와 같은 동작의 지원 여부를 나타냄

- VHT(HE) TXOP PS: AP가 VHT(HE) TXOP 전력 세이브 모드를 지원하는지 또는 non-AP STA의 VHT(HE)-TXOP 전력 세이브 모드가 인에이블되었는지를 나타냄

- HTC-VHT-Capable: HTC-VHT(HE) 성능 정보, STA가 VHT 가변(variant) HT 컨트롤 필드의 수신을 지원하는지를 나타냄

- Maximum A-MPDU Length Exponent: 최대 A-MPDU 길이 지수 정보, STA가 수신할 수 있는 A-MPDU의 최대 길이를 나타냄

- VHT(HE) Link Adaptation Capable: VHT(HE) 링크 어답테이션 성능 정보, STA 가 VHT 가변(variant) HT 컨트롤 필드를 사용한 링크 어답테이션을 지원하는지를 나타냄

- Rx Antenna Pattern Consistency: 수신 안테나 패턴 변경의 가능성(possibility)을 나타냄

- Tx Antenna Patern Consistency: 전송 안테나 패턴 변경의 가능성(possibility)을 나타냄

실시예로서, STA는 상술한 예비 비트들을 사용하여 별도로 STA 카테고리 정보를 지시하는 방법을 사용할 수 있다. 다른 실시예로서, STA는 추가적인 비트들을 할당하지 않고, HE 성능 엘레먼트 또는 VHT 성능 엘레먼트를 구성하는 상술한 서브 필드의 정보들을 사용하여 STA 카테고리를 산출할 수도 있다. 실시예로서, STA는 성능 엘레먼트에 포함되는 정보들로서 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 Rate와 같은 정보들 중 적어도 하나의 정보를 사용하여 STA 카테고리를 획득할 수도 있다. 즉, STA는 수신 STA에 대한 시그널링 정보를 수신/획득하여 이로부터 STA 카테고리를 획득할 수도 있다.

STA 카테고리가 결정되면, 전송 STA는 패딩 심볼을 수신 STA의 카테고리 및 현재 전송하는 데이터 프레임의 MCS 레벨, 성상도 레벨 또는 데이터 레이트에 기초하여 더미 심볼을 패딩할 수 있다. MCS 레벨(성상도 레벨)은 STA가 데이터 전송시 피지컬 프리앰블의 HE-SIG 필드를 통하여 시그널링하는 MCS 레벨(성상도 레벨)을 나타낸다. 이하에서는 패딩 심볼을 생성 및 추가하는 방법에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다. 또한, 실시예로서, MCS 레벨은 성상도 레벨 포함하며, 본 발명은 MCS 레벨에서 성상도 레벨만을 사용하여 동작을 수행할 수도 있다.

(1) 패딩 심볼을 구성하기 위한 비트들을 구성하는 방법

패딩 심볼을 채우는 비트들은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 성능 등을 고려하여 같은 값을 반복하여 넣지 않고 특정 비트 값들을 생성하여 사용할 수 있다.

a. 랜덤한 비트 값들이 사용될 수 있다. 실시예로서, 이러한 랜덤 비트들은 PN 시퀀스를 사용하여 생성될 수 있으며, 시드(seed) 값은 기정의된 값을 사용하겨나, AID, Partial AID, 그룹 ID의 전체 또는 일부를 사용할 수도 있다.

b. 기정의된 비트 시퀀스가 사용될 수 있다. 기정의된 시퀀스는 시스템의 PAPR 성능을 고려하여 생성/적용되는 시퀀스가 사용될 수 있다.

c. 패딩 심볼을 채우기 위해 비트 값들을 생성하는 대신, 변조 심볼을 바로 생성하여 사용할 수도 있다. 이러한 패딩 심볼은 PAPR 성능을 고려한 구조로 선택될 수 있다. 실시예로서, 변조 차수는 QPSK가 사용될 수도 있다.

(2) 패딩 심볼을 변조하는 방법

실시예로서, STA는 L-SIG 또는 HE-SIG 필드에서 정의된 또는 데이터 전송에 사용된 변조 오더를 사용하여 패딩 심볼을 변조할 수 있다. 다른 실시예로서, STA는 L-SIG 또는 HE-SIG 필드에서 정의된 또는 데이터 전송에 사용된 변조 오더와 상관 없이 기정의된 변조 오더를 사용할 수도 있다. 기정의된 특정 변조 오더와 (1)-b, (1)-c의 방법을 함께 사용하는 경우에는 PAPR 성능을 크게 향상시킬 수 있는 OFDM 심볼을 생성할 수 있다.

(3) FFT 사이즈 및 CP 길이

실시예로서, STA는 L-SIG 또는 HE-SIG 필드에서 정의된 또는 데이터 전송에 사용된 FFT 사이즈 및 CP 길이를 사용하여 패딩 심볼을 변조할 수 있다. 다른 실시예로서, STA는 L-SIG 또는 HE-SIG 필드에서 정의된 또는 데이터 전송에 사용된 FFT 사이즈 및 CP 길이와 상관없이 기정의된 FFT 사이즈 및 CP 길이를 사용할 수도 있다.

(4) 패딩 심볼의 수

a. STA는 전송 데이터의 FFT 사이즈가 4x인 경우 n개의 패딩 심볼을 생성하고, 전송 데이터의 FFT 사이즈가 1x 또는 2x인 경우에는 패딩 심볼을 생성하지 않을 수 있다.

이때 패딩 심볼의 개수(n)은 상술한 STA 카테고리에 의해 결정될 수 있다. 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 3, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0으로 설정될 수 있다. 다른 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0과 같이 일부 STA 카테고리들에 대해서는 동일한 패딩 심볼수가 사용될 수도 있다. 또는, STA 카테고리 정보와 상관없이 n=1, 2와 같이 기정의된 값이 사용될 수도 있다.

b. STA는 데이터 전송에 STBC 방식을 사용하며 전송 데이터의 FFT 사이즈가 4x인 경우 2n개의 패딩 심볼을 생성하고, 전송 데이터의 FFT 사이즈가 2x인 경우에는 n개의 패딩 심볼을 생성하고, 전송 데이터의 FFT 사이즈가 1x인 경우에는 패딩 심볼을 생성하지 않을 수 있다.

이때 패딩 심볼의 개수(n)은 상술한 STA 카테고리에 의해 결정될 수 있다. 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 3, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0으로 설정될 수 있다. 다른 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0과 같이 일부 STA 카테고리들에 대해서는 동일한 패딩 심볼수가 사용될 수도 있다. 또는, STA 카테고리 정보와 상관없이 n=1, 2와 같이 기정의된 값이 사용될 수도 있다.

c. STA는 데이터 전송에 STBC 방식을 사용하며 전송 데이터의 FFT 사이즈가 4x인 경우 2n개의 패딩 심볼을 생성하고, 전송 데이터의 FFT 사이즈가 2x인 경우 또는 1x인 경우에는 패딩 심볼을 생성하지 않을 수 있다.

이때 패딩 심볼의 개수(n)은 상술한 STA 카테고리에 의해 결정될 수 있다. 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 3, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0으로 설정될 수 있다. 다른 실시예로서, STA 카테고리 1의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 2의 패딩 심볼수는 2, STA 카테고리 3의 패딩 심볼수는 1, STA 카테고리 4의 패딩 심볼수는 0과 같이 일부 STA 카테고리들에 대해서는 동일한 패딩 심볼수가 사용될 수도 있다. 또는, STA 카테고리 정보와 상관없이 n=1, 2와 같이 기정의된 값이 사용될 수도 있다.

상술한 바와 같이 전송 STA는 패딩 심볼을 생성할 수 있다. 다만 전송 STA에서 패딩 심볼의 삽입 여부는 수신기의 STA 카테고리, 송신 데이터에 대한 MCS 레벨 또는 데이터 레이터에 기초하여 결정될 수 있다. 다시 말하면, 전송 STA는 수신 STA의 카테고리, 전송 데이터의 MCS 레벨, 전송 데이터의 데이터 레이트 중 적어도 하나에 기초하여 패딩 심볼의 삽입 여부를 결정할 수 있다. 실시예로서, MCS 레벨은 표 3과 같이 10개의 단계들을 포함할 수 있으나, 실시예에 따라서 802.11ax 시스템의 MCS 레벨은 다른 레벨들이 더 추가될 수도 있다.

전송 STA는 표 4 및 표 5와 같이 패딩 심볼 추가 여부를 결정할 수 있다.

표 4는 STA 카테고리와 MCS 레벨을 사용하여 패딩 심볼 추가 여부를 결정하는 실시예이다. 전송 STA는 수신 STA가 STA 카테고리 1인 경우는 MCS 레벨이 3~9인 경우, STA 카테고리 2인 경우은 MCS 레벨이 5~9인 경우, STA 카테고리 3인 경우에는 MCS 레벨이 8~9인 경우에 대해 패딩 심볼을 추가하여 신호를 전송할 수 있다.

표 5는 STA 카테고리와 데이터 레이트를 사용하여 패딩 심볼 추가 여부를 결정하는 실시예이다. 전송 STA는 수신 STA가 STA 카테고리 1인 경우는 데이터 레이트가 1200(Mb/s) 초과인 경우, STA 카테고리 2인 경우는 데이터 레이트가 2400(Mb/s) 초과인 경우, STA 카테고리 3인 경우는 데이터 레이트가 3600(Mb/s) 초과인 경우에 대해 패딩 심볼을 추가하여 신호를 전송할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 STA 장치를 나타낸다.

도 18에서, STA 장치는 메모리(18010), 프로세서(18020) 및 RF 유닛(18030)을 포함할 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 STA 장치는 HE STA 장치로서, AP 또는 non-AP STA가 될 수 있다.

RF 유닛(18030)은 프로세서(18020)와 연결되어 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. RF 유닛(18030)은 프로세서로부터 수신된 데이터를 송수신 대역으로 업컨버팅하여 신호를 전송할 수 있다.

프로세서(18020)는 RF 유닛(18030)과 연결되어 IEEE 802.11 시스템에 따른 물리 계층 및/또는 MAC 계층을 구현할 수 있다. 프로세서(18030)는 상술한 도면 및 설명에 따른 본 발명의 다양한 실시예에 따른 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 STA의 동작을 구현하는 모듈이 메모리(18010)에 저장되고, 프로세서(18020)에 의하여 실행될 수 있다.

메모리(18010)는 프로세서(18020)와 연결되어, 프로세서(18020)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. 메모리(18010)는 프로세서(18020)의 내부에 포함되거나 또는 프로세서(18020)의 외부에 설치되어 프로세서(18020)와 공지의 수단에 의해 연결될 수 있다.

또한, STA 장치는 한 개의 안테나(single antenna) 또는 다중 안테나(multiple antenna)를 포함할 수 있다. 도 18의 STA 장치의 구체적인 구성은, 전술한 본 발명의 다양한 실시예에서 설명한 사항들이 독립적으로 적용되거나 또는 2 이상의 실시예가 동시에 적용되도록 구현될 수 있다.

도 18에서 나타낸 STA 장치의 CCA 조정/수행 방법 및 그에 따른 데이터 전송 방법에 대해서는 이하의 순서도와 함께 다시 설명하도록 한다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 STA 장치의 데이터 전송 방법을 나타낸다.

도 19는 도 12 내지 도 18의 설명이 모두 적용될 수 있다.

STA는 PPDU를 생성할 수 있다(S19010). 생성되는 PPDU는 상술한 신호 프레임 구조를 가지며, 피지컬 프리앰블과 데이터 필드를 포함하고, 피지컬 프리앰블에는 레거시 프리앰블과 HE 프리앰블이 포함될 수 있다. HE PPDU의 경우 데이터 필드에는 레거시 프리앰블에서 사용된 FFT 사이즈의 4배 FFT 사이즈가 사용될 수 있다. 따라서 데이터 필드의 DFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform) 주기(period)는 레거시 프리앰불 부분의 DFT/IDFT 주기의 4배가 될 수 있다.

STA는 패딩 심볼의 추가 여부를 결정할 수 있다(S19020). STA는 상술한 바와 같이 수신 STA의 카테고리 정보, PPDU로 전송하는 데이터의 MCS 레벨 및 PPDU로 전송하는 데이터의 데이터 레이트 중 적어도 하나에 기초하여 패딩 심볼의 추가 여부를 결정할 수 있다. STA는 수신 STA의 카테고리 정보를 수신 STA로부터 수신할 수도 있고, 수신된 다른 정보를 사용하여 STA가 결정/획득할 수도 있다. 또한, 상술한 바와 같이 STA는 MCS 레벨과 함께 또는 MCS 레벨 대신 성상도 레벨에 기초하여 패딩 심볼의 추가 여부를 결정할 수도 있다.

STA는 패딩 심볼 추가가 결정되면 패딩 심볼을 추가할 수 있다(S19030). STA의 패딩 심볼 생성 및 추가 방법에 대해서는 위에서 상세히 설명하였다. 추가되는 패딩 심볼의 수는 수신 STA의 카테고리에 기초하여 결정될 수 있다. 실시예로서, 추가되는 패딩 심볼의 수는 전송 데이터의 MCS 레벨, 데이터 레이트, 전송 대역폭, 전송 데이터양 중 적어도 하나에 기초하여 결정될 수도 있다.

추가되는 패딩 심볼은 수신 STA에서 디코딩되지 않을 수 있다. 즉, 패싱 심볼은 PPDU를 포함하는 전송 신호에 대한 신호 연장(signal extension)에 해당할 수 있다. 패딩 심볼은 맥(MAC) 레이어에서 추가되거나, 피지컬 레이어에서 추가될 수도 있다. 본 명세서에서는 패딩 심볼로 설명하였으나, 패딩 비트가 부가될 수도 있다. 즉, 심볼의 특정 구간에 대해 비트 단위의 패딩이 수행되며, 해당 패딩 비트가 포함된 심볼을 패딩 심볼이라고 지칭할 수도 있다.

또한, 추가되는 패딩 심볼은 PPDU에 포함된 데이터의 FEC(Forward Error Correction) 코딩 이후에 추가될 수 있다. 포스트-FEC 패딩 심볼을 추가하면, 수신기는 패딩 심볼을 FEC 디코딩 없이 버릴(discard) 수 있어 수신기 동작 효율이 증가된다. 그리고 STA는 패딩 심볼에 대한 시그널링 정보를 피지컬 프리앰블 또는 맥(MAC) 헤더에 포함시켜 전송할 수도 있다. 패딩 심볼/비트의 위치, 수, 구간에 대한 정보가 전송될 수 있다.

STA는 패딩 심볼이 추가된 PPDU를 전송할 수 있다(S19040). 도 19에서, 단계(1s9010)의 PPDU 생성 시 PPDU는 패딩 심볼 추가 전까지의 PPDU를 나타내며, 패딩 심볼을 추가하는 단계까지를 PPDU 생성 단계로 볼 수도 있다. 이러한 경우 단계(S19010)는 생략되거나, MPDU 생성단계로 대체될 수도 있다.

도 19에서, PPDU를 생성하는 단계로서 피지컬 레이어의 신호 처리 과정을 ㅅ상세히 나타내지는 않았다. STA 장치는 FEC 인코더, 인터리버, 세그먼트 파서, 매퍼(mapper), IDFT 유닛 및 아날로그/RF 유닛을 포함한다. FEC 인코더, 인터리버, 세그먼트 파서, 매퍼(mapper), IDFT 유닛는 도 18의 프로세서에 포함될 수 있으며, 아날로그/RF 유닛은 도 18의 RF 유닛에 해당될 수 있다. 도 18의 STA 장치는 상술한 HE STA의 동작을 수행할 수 있다. 이를 간략히 설명하면, 다음과 같다.

STA는 FEC 인코더를 사용하여 전송 데이터를 FEC 인코딩할 수 있다. FEC 인코딩은 STA는 인터리버를 사용하여 전송 데이터를 인터리빙할 수 있다. FEC 인코더는 에러 정정 코드로서, 컨볼루셔널 인코더(Convolutional encoder), 터보 인코더(Turbo encoder) 또는 LDPC(Low Density Parity Check encoder) 등으로 구현될 수 있다. FEC 인코더는 컨볼루셔널 인코더로서 BCC(Binary Convolutional Code) 인코딩을 수행할 수 있다. 그리고 STA는 맵퍼를 사용하여 전송 데이터를 성상도 매핑할 수 있다. 맵퍼에서의 변조 방식(modulation scheme)에는 제한이 없으며, m-PSK(m-Phase Shift Keying) 또는 m-QAM(m-Quardrature Amplitude Modulation) 등이 사용될 수 있다. 그리고 STA는 전송데이터를 IDFT 유닛을 사용하여 IDFT 또는 IFFT 프로세싱할 수 있다. 다시 말하면 IDFT 유닛은 맵퍼에서 출력되는 변조 심볼들에 대해 IFFT 또는 IDFT를 수행하여 시간 영역(time domain)의 OFDM 심볼을 출력할 수 있다.그리고 STA는 아날로그/RF 유닛을 사용하여 전송 데이터를 업컨버팅하여 전송 신호를 전송할 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, IDFT 유닛은 전송 신호의 제 1 부분과 제 2 부분에 대해 다른 사이즈의 FFT를 적용할 수 있으며, 특히 제 2 부분은 제 1 부분의 4배 FFT가 적용될 수 있다. 이러한 경우 제 2 부분의 심볼 주기는 제 1 부분의 심볼 주기의 4배가 될 수 있다. 이는 4배의 IDFT/DFT 주기(period)로 나타낼 수도 있다.

아날로그/RF 유닛은 컴플렉스 베이스밴드 웨이브폼을 업-컨버팅하여 RF 신호를 전송할 수 있다. 다시 말하면, 아날로그/RF 유닛은 베이스밴드에서 처리된 데이터/신호를 업컨버팅하여 전송 신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 변경 및 변형이 가능함은 당업자에게 이해된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 동등 범위 내에서 제공되는 본 발명의 변경 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 장치 및 방법 발명이 모두 언급되고, 장치 및 방법 발명 모두의 설명은 서로 보완하여 적용될 수 있다.

발명의 실시를 위한 형태

다양한 실시예가 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에서 설명되었다.

본 발명의 무선 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법은 IEEE 802.11 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, IEEE 802.11 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (12)

1. WLAN(Wireless LAN) 시스템의 제1 STA(Station)의 데이터 전송 방법에 있어서,
   제2 STA의 HE(high efficiency) 기능 요소를 수신하는 단계로서, 상기 HE 기능 요소는 상기 제2 STA의 전송 성상도(constellation) 레벨 정보를 포함함;
   상기 전송 성상도 레벨 정보 및 데이터 필드의 전송 성상도 레벨에 근거하여, 신호 연장(signal extension)의 기간을 결정하는 단계로서, 상기 신호 연장은 상기 제2 STA의 추가적인 수신 프로세싱 타임을 제공함;
   피지컬 프리앰블(physical preamble), 상기 데이터 필드 및 상기 신호 연장을 포함하는 피지컬 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성하는 단계로서, 상기 피지컬 프리앰블은 레거시 프리앰블 부분을 포함하며, 상기 데이터 필드의 DFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform) 주기는 상기 레거시 프리앰블 부분의 DFT/IDFT 주기의 4배임; 및
   상기 생성된 PPDU를 상기 제2 STA로 전송하는 단계를 포함하는, STA의 데이터 전송 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 연장(signal extension)의 기간을 결정하는 단계는, 상기 제2 STA의 능력과 관련된 정보, 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 또는 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 데이터 레이트 중 적어도 하나에 근거하는, STA의 데이터 전송 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 신호 연장은, 상기 제2 STA에서 디코딩되지 않는, STA의 데이터 전송 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 연장은 상기 생성된 PPDU에서 전송되는 데이터에 대한 FEC(Forward Error Correction) 인코딩 후 부가되는, STA의 데이터 전송 방법.
7. WLAN(Wireless LAN) 시스템의 제1 STA(Station) 장치에 있어서,
   무선 신호를 송신 및 수신하는, RF(Radio Frequency) 유닛; 및
   상기 RF 유닛을 제어하는, 프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는,
   제2 STA의 HE(high efficiency) 기능 요소를 수신하며, 상기 HE 기능 요소는 상기 제2 STA의 전송 성상도(constellation) 레벨 정보를 포함하고,
   상기 전송 성상도 레벨 정보 및 데이터 필드의 전송 성상도 레벨에 근거하여, 신호 연장(signal extension)의 기간을 결정하며, 상기 신호 연장은 상기 제2 STA의 추가적인 수신 프로세싱 타임을 제공하고,
   피지컬 프리앰블(physical preamble), 상기 데이터 필드 및 상기 신호 연장을 포함하는 피지컬 프로토콜 데이터 유닛(PPDU: Physical Protocol Data Unit)을 생성하며, 상기 피지컬 프리앰블은 레거시 프리앰블 부분을 포함하며, 상기 데이터 필드의 DFT/IDFT(Discrete Fourier Transform/Inverse Discrete Fourier Transform) 주기는 상기 레거시 프리앰블 부분의 DFT/IDFT 주기의 4배이고,
   상기 RF 유닛을 제어하여, 상기 생성된 PPDU를 상기 제2 STA로 전송하는, 제1 STA 장치
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 신호 연장(signal extension)의 기간의 결정은, 상기 제2 STA의 능력과 관련된 정보, 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨, 또는 상기 PPDU로 전송하는 데이터에 대한 데이터 레이트 중 적어도 하나에 근거하는, 제1 STA 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 신호 연장은, 상기 제2 STA에서 디코딩되지 않는, 제1 STA 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 연장은 상기 생성된 PPDU에서 전송되는 데이터에 대한 FEC(Forward Error Correction) 인코딩 후 부가되는, 제1 STA 장치.
    

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