KR102070781B1 - 무선 통신 시스템에서 파일럿 시퀀스를 전송하고 식별하는 방법 - Google Patents

Abstract

파일럿 신호를 주파수축 또는 시간축 상에서 시프팅하고 시프팅된 파일럿 시퀀스를 전송함으로써 추가적인 정보를 수신기로 전송하는 파일럿 시퀀스 전송 방법이 개시된다. 또한, 송신기가 전송한 파일럿 시퀀스를 분석하여 시프팅 값을 계산함으로써 송신기가 전송한 추가적인 정보를 획득하는 파일럿 시퀀스 식별 방법 또한 개시된다.

Description

무선 통신 시스템에서 파일럿 시퀀스를 전송하고 식별하는 방법{METHOD FOR TRANSMITTING AND IDENTIFYING PILOT SEQUENCE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 무선랜 시스템에서 파일럿 시퀀스를 전송하고 수신된 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법 및 장치에 대한 것이다.

최근 정보통신 기술의 발전과 더불어 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다. 이 중에서 무선랜(WLAN)은 무선 주파수 기술을 바탕으로 개인 휴대용 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 멀티미디어 플레이어(Portable Multimedia Player; PMP)등과 같은 휴대용 단말기를 이용하여 가정이나 기업 또는 특정 서비스 제공지역에서 무선으로 인터넷에 액세스할 수 있도록 하는 기술이다.

무선랜에서 취약점으로 지적되어온 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 최근의 기술 표준에서는 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장한 시스템이 도입되었다. 예를 들어, IEEE 802.11n 에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput; HT)을 지원하며, 또한 전송 에러를 최소화하고 데이터 속도를 최적화하기 위해 송신부와 수신부 양단 모두에 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Inputs and Multiple Outputs) 기술의 적용이 도입되었다.

차세대 통신 기술로서 M2M(Machine-to-Machine) 통신 기술이 논의되고 있다. IEEE 802.11 WLAN 시스템에서도 M2M 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah 로서 개발되고 있다. M2M 통신에서는 매우 많은 기기가 존재하는 환경에서 가끔씩 적은 양의 데이터를 저속으로 통신하는 시나리오를 고려할 수 있다.

무선랜 시스템에서의 통신은 모든 기기 간에 공유되는 매체(medium)에서 수행된다. M2M 통신과 같이 기기의 개수가 증가하는 경우, 불필요한 전력 소모 및 간섭 발생을 저감하기 위해서, 채널 액세스 메커니즘을 보다 효율적으로 개선할 필요가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파일럿 시퀀스의 설계를 통해 효율적인 정보 전송을 도모하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파일럿 시퀀스의 원형 시프팅(circular shifting)을 통해서 파일럿 시퀀스에 추가적인 정보를 실어 전송하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파일럿 시퀀스의 시프팅 방법을 시간축과 주파수축으로 구별하고, 그 식별방법 또한 시간축과 주파수축으로 구별함으로써, 통신 환경에 적합한 다양한 형태의 장치 구현이 가능하게 하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 파일럿 시퀀스 전송 방법은, 주파수축 상에서 소정의 간격에 따라 위치하는 파일럿 신호들에 대하여 시간축 상에서 시프팅을 수행하는 단계, 소정의 간격에 의해 결정되는 최대 횟수까지 시프팅을 순차적으로 수행함으로써, 복수의 파일럿 시퀀스를 포함하는 시퀀스 셋을 생성하는 단계, 및 시퀀스 셋 중 선택된 어느 하나의 파일럿 시퀀스를 수신기로 전송하는 단계를 포함하고, 시퀀스 셋에 포함된 복수의 파일럿 시퀀스들은 수신기에 전송될 서로 다른 추가적인 정보에 각각 대응한다.

시프팅을 수행하는 단계는, 시간축 상의 파일럿 신호를 나타내는 벡터 요소의 위상을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

벡터 요소의 위상을 변경하는 단계는, 시간축 상의 파일럿 신호들을 나타내는 벡터에 대각 행렬을 곱함으로써 수행되고, 대각 행렬은 파일럿 신호를 나타내는 벡터 요소의 위상을 각각 시프팅 시킬 수 있다.

시프팅을 수행하는 단계는, 분수 단위로 시프팅이 수행될 수 있다.

시퀀스 셋을 생성하는 단계는, 복수의 파일럿 시퀀스들 간의 시프팅이 이루어진 값의 차이가 최대가 되도록 시프팅을 수행할 수 있다.

파일럿 신호들은 추-시퀀스(Chu-sequence)를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 파일럿 시퀀스 식별 방법은, 송신기로부터 복수의 파일럿 신호들로 구성되는 파일럿 시퀀스를 수신하는 단계, 수신된 파일럿 시퀀스에 대하여 송신기가 시간축 상에서 수행한 시프팅의 시프팅 값을 계산하는 단계, 및 시프팅 값에 기초하여 수신된 파일럿 시퀀스가 나타내는 추가적인 정보를 획득하는 단계를 포함하고, 수신된 파일럿 시퀀스는 복수의 파일럿 시퀀스를 포함하는 시퀀스 셋에서 선택된 어느 하나이며, 시퀀스 셋에 포함된 복수의 파일럿 시퀀스들은 송신기가 전송하는 서로 다른 추가적인 정보에 각각 대응한다.

시프팅 값을 계산하는 단계는, 시간축 상에서 동일한 패턴으로 반복하여 수신되는 신호들의 위상차를 계산하는 단계, 및 위상차에 매칭되는 값을 시프팅 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

시프팅 값을 계산하는 단계는, 주파수축 상의 복수의 서브캐리어들을 둘 이상의 서브캐리어 그룹으로 분리하는 단계, 둘 이상의 서브캐리어 그룹 각각에서 수신된 신호들을 비교함으로써 수신된 파일럿 시퀀스가 해당하는 서브캐리어 그룹을 선택하는 단계, 및 선택된 서브캐리어 그룹에 대응되는 값을 시프팅 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

시프팅 값을 계산하는 단계는, 수신된 파일럿 시퀀스를 주파수축 상에서 오버샘플링하는 단계를 포함할 수 있다.

오버샘플링하는 단계는, 수신된 파일럿 시퀀스를 제로 패딩(zero padding)하는 단계, 및 제로 패딩된 결과에 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬을 곱하는 단계를 포함할 수 있다.

시프팅 값을 계산하는 단계는, 주파수축 상의 복수의 서브캐리어들을 둘 이상의 서브캐리어 그룹으로 분리하는 단계, 오버샘플링된 결과를 둘 이상의 서브캐리어 그룹 별로 비교함으로써 오버샘플링된 결과가 해당하는 서브캐리어 그룹을 선택하는 단계, 및 선택된 서브캐리어 그룹에 대응되는 값을 파일럿 시퀀스의 시프팅 값으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

시프팅 값은 분수 값일 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 송신기는, 송신부, 수신부 및 송신부 및 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 주파수축 상에서 소정의 간격에 따라 위치하는 파일럿 신호들에 대하여, 시간축 상에서 시프팅을 수행하고, 소정의 간격에 의해 결정되는 최대 횟수까지 시프팅을 순차적으로 수행함으로써, 복수의 파일럿 시퀀스를 포함하는 시퀀스 셋을 생성하고, 시퀀스 셋 중 선택된 어느 하나의 파일럿 시퀀스를 수신기로 전송하도록 송신부를 제어하며, 시퀀스 셋에 포함된 복수의 파일럿 시퀀스들은 수신기에 전송될 서로 다른 추가적인 정보에 각각 대응한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수신기는, 송신부, 수신부, 및 송신부 및 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 송신기로부터 복수의 파일럿 신호들로 구성되는 파일럿 시퀀스를 수신하도록 수신부를 제어하고, 수신된 파일럿 시퀀스에 대하여 송신기가 시간축 상에서 수행한 시프팅의 시프팅 값을 계산하고, 시프팅 값에 기초하여 수신된 파일럿 시퀀스가 나타내는 추가적인 정보를 획득하며, 수신된 파일럿 시퀀스는 복수의 파일럿 시퀀스를 포함하는 시퀀스 셋에서 선택된 어느 하나이고, 시퀀스 셋에 포함된 복수의 파일럿 시퀀스들은 송신기가 전송하는 서로 다른 추가적인 정보에 각각 대응한다.

본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째로, 프리엠블의 설계 변경을 통해서 송신기와 수신기 간의 효율적인 정보 전송을 가능케 한다.

둘째로, 파일럿 시퀀스의 시프팅을 통해서 수신기가 파일럿 시퀀스뿐 아니라 추가적인 정보를 함께 획득할 수 있게 된다.

셋째로, 파일럿 시퀀스의 생성과 식별 과정을 다양한 도메인에서 제안함으로써, 송신기와 수신기가 통신 환경에 적합한 통신 방식을 선택할 수 있게 된다.

본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 4 는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5 는 무선랜 시스템에서의 링크 셋업 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.
도 8 은 RTS 와 CTS 를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 12 는 TIM 을 수신한 STA 의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 13 은 그룹 기반 AID 에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 16 은 그룹 채널 액세스 인터벌이 설정되는 경우의 STA 의 동작의 예시들을 나타내는 도면이다.
도 17 은 본 발명의 실시 예와 관련된 프레임 구조를 도시하는 도면이다.
도 18 은 본 발명의 실시 예와 관련된 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 19 내지 도 25 는 제안하는 실시 예에 따른 시프팅 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 26 은 제안하는 파일럿 시퀀스의 예시로써 CAZAC 시퀀스를 설명하는 도면이다.
도 27 은 제안하는 실시 예에 따른 또 다른 시프팅 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다.
도 28 은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 단말 및 기지국의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 실시 예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 발전된 기지국(Advanced Base Station, ABS) 또는 액세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

또한, '이동국(Mobile Station, MS)'은 UE(User Equipment), SS(Subscriber Station), MSS(Mobile Subscriber Station), 이동 단말(Mobile Terminal), 발전된 이동단말(Advanced Mobile Station, AMS), 단말(Terminal) 또는 스테이션(STAtion, STA) 등의 용어로 대체될 수 있다.

또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크에서는 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크에서는 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.

또한, 디바이스가 '셀'과 통신을 수행한다는 기재는 디바이스가 해당 셀의 기지국과 신호를 송수신하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 디바이스가 신호를 송신하고 수신하는 실질적인 대상은 특정 기지국이 될 수 있으나, 기재의 편의상 특정 기지국에 의해 형성되는 셀과 신호를 송수신하는 것으로 기재될 수 있다. 마찬가지로, '매크로 셀' 및/또는 '스몰 셀' 이라는 기재는 각각 특정한 커버리지(coverage)를 의미할 수 있을 뿐 아니라, '매크로 셀을 지원하는 매크로 기지국' 및/또는 '스몰 셀을 지원하는 스몰 셀 기지국'을 의미할 수도 있다.

본 발명의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP 시스템, 3GPP LTE 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예들은 IEEE 802.16 시스템의 표준 문서인 P802.16e-2004, P802.16e-2005, P802.16.1, P802.16p 및 P802.16.1b 표준 문서들 중 하나 이상에 의해 뒷받침될 수 있다.

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 실시 형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서 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.

1. IEEE 802.11 시스템 일반

1.1 WLAN 시스템의 구조

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

IEEE 802.11 구조는 복수개의 구성요소들로 구성될 수 있고, 이들의 상호 작용에 의해 상위계층에 대해 투명(transparent)한 STA(station) 이동성을 지원하는 WLAN 이 제공될 수 있다. 기본 서비스 세트(Basic Service Set; BSS)는 IEEE 802.11 LAN 에서의 기본적인 구성 블록에 해당할 수 있다. 도 1 에서는 2 개의 BSS(BSS1 및 BSS2)가 존재하고 각각의 BSS 의 멤버로서 2 개의 STA 이 포함되는 것(STA1 및 STA2 는 BSS1 에 포함되고, STA3 및 STA4 는 BSS2 에 포함됨)을 예시적으로 도시한다. 도 1 에서 BSS 를 나타내는 타원은 해당 BSS 에 포함된 STA 들이 통신을 유지하는 커버리지 영역을 나타내는 것으로도 이해될 수 있다. 이 영역을 BSA(Basic Service Area)라고 칭할 수 있다. STA 이 BSA 밖으로 이동하게 되면 해당 BSA 내의 다른 STA 들과 직접적으로 통신할 수 없게 된다.

IEEE 802.11 LAN 에서 가장 기본적인 타입의 BSS 는 독립적인 BSS(Independent BSS; IBSS)이다. 예를 들어, IBSS 는 2 개의 STA 만으로 구성된 최소의 형태를 가질 수 있다. 또한, 가장 단순한 형태이고 다른 구성요소들이 생략되어 있는 도 1 의 BSS(BSS1 또는 BSS2)가 IBSS 의 대표적인 예시에 해당할 수 있다. 이러한 구성은 STA 들이 직접 통신할 수 있는 경우에 가능하다. 또한, 이러한 형태의 LAN 은 미리 계획되어서 구성되는 것이 아니라 LAN 이 필요한 경우에 구성될 수 있으며, 이를 애드-혹(ad-hoc) 네트워크라고 칭할 수도 있다.

STA 의 켜지거나 꺼짐, STA 이 BSS 영역에 들어오거나 나감 등에 의해서, BSS 에서의 STA 의 멤버십이 동적으로 변경될 수 있다. BSS 의 멤버가 되기 위해서는, STA 은 동기화 과정을 이용하여 BSS 에 조인할 수 있다. BSS 기반 구조의 모든 서비스에 액세스하기 위해서는, STA 은 BSS 에 연관(associated)되어야 한다. 이러한 연관(association)은 동적으로 설정될 수 있고, 분배 시스템 서비스(Distribution System Service; DSS)의 이용을 포함할 수도 있다.

도 2 는 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 2 에서는 도 1 의 구조에서 분배 시스템(Distribution System; DS), 분배 시스템 매체(Distribution System Medium; DSM), 액세스 포인트(Access Point; AP) 등의 구성요소가 추가된 형태이다.

LAN 에서 직접적인 스테이션-대-스테이션의 거리는 물리적 성능에 의해 제한될 수 있다. 어떠한 경우에는 이러한 거리의 한계가 충분할 수도 있지만, 경우에 따라서는 보다 먼 거리의 스테이션 간의 통신이 필요할 수도 있다. 확장된 커버리지를 지원하기 위해서 분배 시스템(DS)이 구성될 수 있다.

DS 는 BSS 들이 상호 연결되는 구조를 의미한다. 구체적으로, 도 1 과 같이 BSS 가 독립적으로 존재하는 대신에, 복수개의 BSS 들로 구성된 네트워크의 확장된 형태의 구성요소로서 BSS 가 존재할 수도 있다.

DS 는 논리적인 개념이며 분배 시스템 매체(DSM)의 특성에 의해서 특정될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11 표준에서는 무선 매체(Wireless Medium; WM)와 분배 시스템 매체(DSM)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 LAN 구조(DS 구조 또는 다른 네트워크 구조)의 유연성이 설명될 수 있다. 즉, IEEE 802.11 LAN 구조는 다양하게 구현될 수 있으며, 각각의 구현예의 물리적인 특성에 의해서 독립적으로 해당 LAN 구조가 특정될 수 있다.

DS 는 복수개의 BSS 들의 끊김 없는(seamless) 통합을 제공하고 목적지로의 어드레스를 다루는 데에 필요한 논리적 서비스들을 제공함으로써 이동 기기를 지원할 수 있다.

AP 는, 연관된 STA 들에 대해서 WM 을 통해서 DS 로의 액세스를 가능하게 하고 STA 기능성을 가지는 개체를 의미한다. AP 를 통해서 BSS 및 DS 간의 데이터 이동이 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 2 에서 도시하는 STA2 및 STA3 은 STA 의 기능성을 가지면서, 연관된 STA 들(STA1 및 STA4)가 DS 로 액세스 하도록 하는 기능을 제공한다. 또한, 모든 AP 는 기본적으로 STA 에 해당하므로, 모든 AP 는 어드레스 가능한 개체이다. WM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스와 DSM 상에서의 통신을 위해 AP 에 의해서 사용되는 어드레스는 반드시 동일할 필요는 없다.

AP 에 연관된 STA 들 중의 하나로부터 그 AP 의 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 DS 로 전달될 수 있다.

도 3 은 본 발명이 적용될 수 있는 IEEE 802.11 시스템의 또 다른 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 3 에서는 도 2 의 구조에 추가적으로 넓은 커버리지를 제공하기 위한 확장된 서비스 세트(Extended Service Set; ESS)를 개념적으로 나타낸다.

임의의(arbitrary) 크기 및 복잡도를 가지는 무선 네트워크가 DS 및 BSS 들로 구성될 수 있다. IEEE 802.11 시스템에서는 이러한 방식의 네트워크를 ESS 네트워크라고 칭한다. ESS 는 하나의 DS 에 연결된 BSS 들의 집합에 해당할 수 있다. 그러나, ESS 는 DS 를 포함하지는 않는다. ESS 네트워크는 LLC(Logical Link Control) 계층에서 IBSS 네트워크로 보이는 점이 특징이다. ESS 에 포함되는 STA 들은 서로 통신할 수 있고, 이동 STA 들은 LLC 에 투명하게 하나의 BSS 에서 다른 BSS 로 (동일한 ESS 내에서) 이동할 수 있다.

IEEE 802.11 에서는 도 3 에서의 BSS 들의 상대적인 물리적 위치에 대해서 아무것도 가정하지 않으며, 다음과 같은 형태가 모두 가능하다. BSS 들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 이는 연속적인 커버리지를 제공하기 위해서 일반적으로 이용되는 형태이다. 또한, BSS 들은 물리적으로 연결되어 있지 않을 수 있고, 논리적으로는 BSS 들 간의 거리에 제한은 없다. 또한, BSS 들은 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 하나 이상의) ESS 네트워크로서 동일한 공간에 물리적으로 존재할 수 있다. 이는 ESS 네트워크가 존재하는 위치에 애드-혹 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.

도 4 는 무선랜 시스템의 예시적인 구조를 나타내는 도면이다. 도 4 에서는 DS 를 포함하는 기반 구조 BSS 의 일례가 도시된다.

도 4 의 예시에서 BSS1 및 BSS2 가 ESS 를 구성한다. 무선랜 시스템에서 STA 은 IEEE 802.11 의 MAC/PHY 규정에 따라 동작하는 기기이다. STA 은 AP STA 및 비-AP(non-AP) STA 을 포함한다. Non-AP STA 은 랩탑 컴퓨터, 이동 전화기와 같이 일반적으로 사용자가 직접 다루는 기기에 해당한다. 도 4 의 예시에서 STA1, STA3, STA4 는 non-AP STA 에 해당하고, STA2 및 STA5 는 AP STA 에 해당한다.

이하의 설명에서 non-AP STA 은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit; WTRU), 사용자 장치(User Equipment; UE), 이동국(Mobile Station; MS), 이동단말(Mobile Terminal), 이동 가입자국(Mobile Subscriber Station; MSS) 등으로 칭할 수도 있다. 또한, AP 는 다른 무선 통신 분야에서의 기지국(Base Station; BS), 노드-B(Node-B), 발전된 노드-B(evolved Node-B; eNB), 기저 송수신 시스템(Base Transceiver System; BTS), 펨토 기지국(Femto BS) 등에 대응하는 개념이다.

1.2 링크 셋업 과정

도 5 는 일반적인 링크 셋업(link setup) 과정을 설명하기 위한 도면이다.

STA 이 네트워크에 대해서 링크를 셋업하고 데이터를 송수신하기 위해서는, 먼저 네트워크를 발견(discovery)하고, 인증(authentication)을 수행하고, 연관(association)을 맺고(establish), 보안(security)을 위한 인증 절차 등을 거쳐야 한다. 링크 셋업 과정을 세션 개시 과정, 세션 셋업 과정이라고도 칭할 수 있다. 또한, 링크 셋업 과정의 발견, 인증, 연관, 보안 설정의 과정을 통칭하여 연관 과정이라고 칭할 수도 있다.

도 5 를 참조하여 예시적인 링크 셋업 과정에 대해서 설명한다.

단계 S510 에서 STA 은 네트워크 발견 동작을 수행할 수 있다. 네트워크 발견 동작은 STA 의 스캐닝(scanning) 동작을 포함할 수 있다. 즉, STA 이 네트워크에 액세스하기 위해서는 참여 가능한 네트워크를 찾아야 한다. STA 은 무선 네트워크에 참여하기 전에 호환 가능한 네트워크를 식별하여야 하는데, 특정 영역에 존재하는 네트워크 식별과정을 스캐닝이라고 한다. 스캐닝 방식에는 능동적 스캐닝(active scanning)과 수동적 스캐닝(passive scanning)이 있다.

도 5 에서는 예시적으로 능동적 스캐닝 과정을 포함하는 네트워크 발견 동작을 도시한다. 능동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 주변에 어떤 AP 가 존재하는지 탐색하기 위해 프로브 요청 프레임(probe request frame)을 전송하고 이에 대한 응답을 기다린다. 응답자(responder)는 프로브 요청 프레임을 전송한 STA 에게 프로브 요청 프레임에 대한 응답으로 프로브 응답 프레임(probe response frame)을 전송한다. 여기에서, 응답자는 스캐닝되고 있는 채널의 BSS 에서 마지막으로 비콘 프레임(beacon frame)을 전송한 STA 일 수 있다. BSS 에서는 AP 가 비콘 프레임을 전송하므로 AP 가 응답자가 되며, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송하므로 응답자가 일정하지 않다. 예를 들어, 1 번 채널에서 프로브 요청 프레임을 전송하고 1 번 채널에서 프로브 응답 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 프로브 응답 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널(예를 들어, 2 번 채널)로 이동하여 동일한 방법으로 스캐닝(즉, 2 번 채널 상에서 프로브 요청/응답 송수신)을 수행할 수 있다.

도 5 에서 도시하고 있지 않지만, 스캐닝 동작은 수동적 스캐닝 방식으로 수행될 수도 있다. 수동적 스캐닝에서 스캐닝을 수행하는 STA 은 채널들을 옮기면서 비콘 프레임을 기다린다. 비콘 프레임은 IEEE 802.11 에서 관리 프레임(management frame) 중 하나로서, 무선 네트워크의 존재를 알리고, 스캐닝을 수행하는 STA 으로 하여금 무선 네트워크를 찾아서, 무선 네트워크에 참여할 수 있도록 주기적으로 전송된다. BSS 에서 AP 가 비콘 프레임을 주기적으로 전송하는 역할을 수행하고, IBSS 에서는 IBSS 내의 STA 들이 돌아가면서 비콘 프레임을 전송한다. 스캐닝을 수행하는 STA 은 비콘 프레임을 수신하면 비콘 프레임에 포함된 BSS 에 대한 정보를 저장하고 다른 채널로 이동하면서 각 채널에서 비콘 프레임 정보를 기록한다. 비콘 프레임을 수신한 STA 은, 수신한 비콘 프레임에 포함된 BSS 관련 정보를 저장하고 다음 채널로 이동하여 동일한 방법으로 다음 채널에서 스캐닝을 수행할 수 있다.

능동적 스캐닝과 수동적 스캐닝을 비교하면, 능동적 스캐닝이 수동적 스캐닝보다 딜레이(delay) 및 전력 소모가 작은 장점이 있다.

STA 이 네트워크를 발견한 후에, 단계 S520 에서 인증 과정이 수행될 수 있다. 이러한 인증 과정은 후술하는 단계 S540 의 보안 셋업 동작과 명확하게 구분하기 위해서 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 칭할 수 있다.

인증 과정은 STA 이 인증 요청 프레임(authentication request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 인증 응답 프레임(authentication response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다. 인증 요청/응답에 사용되는 인증 프레임(authentication frame)은 관리 프레임에 해당한다.

인증 프레임은 인증 알고리즘 번호(authentication algorithm number), 인증 트랜잭션 시퀀스 번호(authentication transaction sequence number), 상태 코드(status code), 검문 텍스트(challenge text), RSN(Robust Security Network), 유한 순환 그룹(Finite Cyclic Group) 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이는 인증 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.

STA 은 인증 요청 프레임을 AP 에게 전송할 수 있다. AP 는 수신된 인증 요청 프레임에 포함된 정보에 기초하여, 해당 STA 에 대한 인증을 허용할지 여부를 결정할 수 있다. AP 는 인증 처리의 결과를 인증 응답 프레임을 통하여 STA 에게 제공할 수 있다.

STA 이 성공적으로 인증된 후에, 단계 S530 에서 연관 과정이 수행될 수 있다. 연관 과정은 STA 이 연관 요청 프레임(association request frame)을 AP 에게 전송하고, 이에 응답하여 AP 가 연관 응답 프레임(association response frame)을 STA 에게 전송하는 과정을 포함한다.

예를 들어, 연관 요청 프레임은 다양한 능력(capability)에 관련된 정보, 비콘 청취 간격(listen interval), SSID(service set identifier), 지원 레이트(supported rates), 지원 채널(supported channels), RSN, 이동성 도메인, 지원 오퍼레이팅 클래스(supported operating classes), TIM 방송 요청(Traffic Indication Map Broadcast request), 상호동작(interworking) 서비스 능력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

예를 들어, 연관 응답 프레임은 다양한 능력에 관련된 정보, 상태 코드, AID(Association ID), 지원 레이트, EDCA(Enhanced Distributed Channel Access) 파라미터 세트, RCPI(Received Channel Power Indicator), RSNI(Received Signal to Noise Indicator), 이동성 도메인, 타임아웃 간격(연관 컴백 시간(association comeback time)), 중첩(overlapping) BSS 스캔 파라미터, TIM 방송 응답, QoS 맵 등의 정보를 포함할 수 있다.

이는 연관 요청/응답 프레임에 포함될 수 있는 정보들의 일부 예시에 해당하며, 다른 정보로 대체되거나, 추가적인 정보가 더 포함될 수 있다.

STA 이 네트워크에 성공적으로 연관된 후에, 단계 S540 에서 보안 셋업 과정이 수행될 수 있다. 단계 S540 의 보안 셋업 과정은 RSNA(Robust Security Network Association) 요청/응답을 통한 인증 과정이라고 할 수도 있고, 상기 단계 S520 의 인증 과정을 첫 번째 인증(first authentication) 과정이라고 하고, 단계 S540 의 보안 셋업 과정을 단순히 인증 과정이라고도 칭할 수도 있다.

단계 S540 의 보안 셋업 과정은, 예를 들어, EAPOL(Extensible Authentication Protocol over LAN) 프레임을 통한 4-웨이(way) 핸드쉐이킹(handshaking)을 통해서, 프라이빗 키 셋업(private key setup)을 하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 보안 셋업 과정은 IEEE 802.11 표준에서 정의하지 않는 보안 방식에 따라 수행될 수도 있다.

2.1 WLAN 의 진화

무선랜에서 통신 속도에 대한 한계를 극복하기 위하여 비교적 최근에 제정된 기술 표준으로서 IEEE 802.11n 이 존재한다. IEEE 802.11n 은 네트워크의 속도와 신뢰성을 증가시키고, 무선 네트워크의 운영 거리를 확장하는데 목적을 두고 있다. 보다 구체적으로, IEEE 802.11n 에서는 데이터 처리 속도가 최대 540Mbps 이상인 고처리율(High Throughput; HT)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.

무선랜의 보급이 활성화되고 또한 이를 이용한 어플리케이션이 다양화됨에 따라, 최근에는 IEEE 802.11n 이 지원하는 데이터 처리 속도보다 더 높은 처리율을 지원하기 위한 새로운 무선랜 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다. 초고처리율(Very High Throughput; VHT)를 지원하는 차세대 무선랜 시스템은 IEEE 802.11n 무선랜 시스템의 다음 버전(예를 들어, IEEE 802.11ac 등)으로서, MAC 서비스 액세스 포인트(Service Access Point; SAP)에서 1Gbps 이상의 데이터 처리 속도를 지원하기 위하여 최근에 새롭게 제안되고 있는 IEEE 802.11 무선랜 시스템중의 하나이다.

차세대 무선랜 시스템은 무선채널을 효율적으로 이용하기 위하여 복수의 STA 들이 동시에 채널에 액세스하는 MU-MIMO(Multi User Multiple Input Multiple Output) 방식의 전송을 지원한다. MU-MIMO 전송 방식에 따르면, AP 가 MIMO 페어링(pairing)된 하나 이상의 STA 에게 동시에 패킷을 전송할 수 있다.

또한, 화이트스페이스(whitespace)에서 무선랜 시스템 동작을 지원하는 것이 논의되고 있다. 예를 들어, 아날로그 TV 의 디지털화로 인한 유휴 상태의 주파수 대역(예를 들어, 54~698MHz 대역)과 같은 TV 화이트스페이스(TV WS)에서의 무선랜 시스템의 도입은 IEEE 802.11af 표준으로서 논의되고 있다. 하지만, 이는 예시에 불과하고, 화이트스페이스는 허가된 유저(licensed user)가 우선적으로 사용할 수 있는 허가된 대역이라 할 수 있다. 허가된 유저는 허가된 대역의 사용을 허가 받은 유저를 의미하며, 허가된 장치(licensed device), 프라이머리 유저(primary user), 우선적 사용자(incumbent user) 등으로 칭할 수도 있다.

예를 들어, WS 에서 동작하는 AP 및/또는 STA 은 허가된 유저에 대한 보호(protection) 기능을 제공하여야 한다. 예를 들어 WS 대역에서 특정 대역폭을 가지도록 규약(regulation)상 분할되어 있는 주파수 대역인 특정 WS 채널을 마이크로폰(microphone)과 같은 허가된 유저가 이미 사용하고 있는 경우, 허가된 유저를 보호하기 위하여 AP 및/또는 STA 은 해당 WS 채널에 해당하는 주파수 대역은 사용할 수 없다. 또한, AP 및/또는 STA 은 현재 프레임 전송 및/또는 수신을 위해 사용하고 있는 주파수 대역을 허가된 유저가 사용하게 되면 해당 주파수 대역의 사용을 중지해야 한다.

따라서 AP 및/또는 STA 은 WS 대역 내 특정 주파수 대역의 사용이 가능한지, 다시 말해서 상기 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 절차가 선행되어야 한다. 특정 주파수 대역에 허가된 유저가 있는지 여부를 파악하는 것을 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)이라 한다. 스펙트럼 센싱 메커니즘으로 에너지 탐지(energy detection) 방식, 신호 탐지(signature detection) 방식 등이 활용된다. 수신 신호의 강도가 일정 값 이상이면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단하거나, DTV 프리앰블(preamble)이 검출되면 허가된 유저가 사용중인 것으로 판단할 수 있다.

또한, 차세대 통신 기술로서 M2M(Machine-to-Machine) 통신 기술이 논의되고 있다. IEEE 802.11 무선랜 시스템에서도 M2M 통신을 지원하기 위한 기술 표준이 IEEE 802.11ah 로서 개발되고 있다. M2M 통신은 하나 이상의 머신(Machine)이 포함되는 통신 방식을 의미하며, MTC(Machine Type Communication) 또는 사물 통신으로 칭하여지기도 한다. 여기서, 머신이란 사람의 직접적인 조작이나 개입을 필요로 하지 않는 개체(entity)를 의미한다. 예를 들어, 무선 통신 모듈이 탑재된 검침기(meter)나 자동 판매기와 같은 장치는 물론, 사용자의 조작/개입 없이 자동으로 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 스마트폰과 같은 사용자 기기도 머신의 예시에 해당할 수 있다. M2M 통신은 디바이스 간의 통신(예를 들어, D2D(Device-to-Device) 통신), 디바이스와 서버(application server) 간의 통신 등을 포함할 수 있다. 디바이스와 서버 통신의 예시로, 자동 판매기와 서버, POS(Point of Sale) 장치와 서버, 전기, 가스 또는 수도 검침기와 서버 간의 통신을 들 수 있다. 그 외에도 M2M 통신 기반의 애플리케이션(application)에는, 보안(security), 운송(transportation), 헬스 케어(health care) 등이 포함될 수 있다. 이러한 적용례의 특성을 고려하면, 일반적으로 M2M 통신은 매우 많은 기기가 존재하는 환경에서 가끔씩 적은 양의 데이터를 저속으로 송수신하는 것을 지원할 수 있어야 한다.

구체적으로, M2M 통신은 많은 STA 의 개수를 지원할 수 있어야 한다. 현재 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는 하나의 AP 에 최대 2007 개의 STA 이 연관되는 경우를 가정하지만, M2M 통신에서는 이보다 많은 개수(약 6000 개)의 STA 이 하나의 AP 에 연관되는 경우를 지원하는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 낮은 전송 속도를 지원/요구하는 애플리케이션이 많을 것으로 예상된다. 이를 원활하게 지원하기 위해서, 예를 들어, 무선랜 시스템에서는 TIM(Traffic Indication Map) 요소 기반으로 STA 이 자신에게 송신될 데이터의 존재 여부를 인지할 수 있는데, TIM 의 비트맵 크기를 줄이는 방안들이 논의되고 있다. 또한, M2M 통신에서는 송신/수신 간격이 매우 긴 트래픽이 많을 것으로 예상된다. 예를 들어, 전기/가스/수도 사용량과 같이 긴 주기(예를 들어, 한 달) 마다 매우 적은 양의 데이터를 주고 받는 것이 요구된다. 이에 따라, 무선랜 시스템에서는, 하나의 AP 에 연관될 수 있는 STA 의 개수는 매우 많아지더라도, 하나의 비콘 주기 동안에 AP 로부터 수신할 데이터 프레임이 존재하는 STA 의 개수가 매우 적은 경우를 효율적으로 지원하는 방안들이 논의되고 있다.

이와 같이 무선랜 기술은 빠르게 진화하게 있으며, 전술한 예시들 외에도 직접 링크 셋업, 미디어 스트리밍 성능의 개선, 고속 및/또는 대규모의 초기 세션 셋업의 지원, 확장된 대역폭 및 동작 주파수의 지원 등을 위한 기술이 개발되고 있다.

2.2 매체 액세스 메커니즘

IEEE 802.11 에 따른 무선랜 시스템에서, MAC(Medium Access Control)의 기본 액세스 메커니즘은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) 메커니즘이다. CSMA/CA 메커니즘은 IEEE 802.11 MAC 의 분배 조정 기능(Distributed Coordination Function, DCF)이라고도 불리는데, 기본적으로 "listen before talk" 액세스 메커니즘을 채용하고 있다. 이러한 유형의 액세스 메커니즘 따르면, AP 및/또는 STA 은 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 수행할 수 있다. 센싱 결과, 만일 매체가 유휴 상태(idle status)인 것으로 판단 되면, 해당 매체를 통하여 프레임 전송을 시작한다. 반면, 매체가 점유 상태(occupied status)인 것으로 감지되면, 해당 AP 및/또는 STA 은 자기 자신의 전송을 시작하지 않고 매체 액세스를 위한 지연 기간(예를 들어, 임의 백오프 주기(random backoff period))을 설정하여 기다린 후에 프레임 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 주기의 적용으로, 여러 STA 들은 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. HCF 는 상기 DCF 와 PCF(Point Coordination Function)를 기반으로 한다. PCF 는 폴링(polling) 기반의 동기식 액세스 방식으로 모든 수신 AP 및/또는 STA 이 데이터 프레임을 수신할 수 있도록 주기적으로 폴링하는 방식을 일컫는다. 또한, HCF 는 EDCA(Enhanced Distributed Channel Access)와 HCCA(HCF Controlled Channel Access)를 가진다. EDCA 는 제공자가 다수의 사용자에게 데이터 프레임을 제공하기 위한 액세스 방식을 경쟁 기반으로 하는 것이고, HCCA는 폴링(polling) 메커니즘을 이용한 비경쟁 기반의 채널 액세스 방식을 사용하는 것이다. 또한, HCF 는 WLAN 의 QoS(Quality of Service)를 향상시키기 위한 매체 액세스 메커니즘을 포함하며, 경쟁 주기(Contention Period; CP)와 비경쟁 주기(Contention Free Period; CFP) 모두에서 QoS 데이터를 전송할 수 있다.

도 6 은 백오프 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 을 참조하여 임의 백오프 주기에 기반한 동작에 대해서 설명한다. 점유(occupy 또는 busy) 상태이던 매체가 유휴(idle) 상태로 변경되면, 여러 STA 들은 데이터(또는 프레임) 전송을 시도할 수 있다. 이 때, 충돌을 최소화하기 위한 방안으로서, STA 들은 각각 임의 백오프 카운트를 선택하고 그에 해당하는 슬롯 시간만큼 대기한 후에, 전송을 시도할 수 있다. 임의 백오프 카운트는 의사-임의 정수(pseudo-random integer) 값을 가지며, O 내지 CW 범위의 값 중에서 하나로 결정될 수 있다. 여기서, CW 는 경쟁 윈도우(Contention Window) 파라미터 값이다. CW 파라미터는 초기값으로 CW_min 이 주어지지만, 전송 실패의 경우(예를 들어, 전송된 프레임에 대한 ACK 을 수신하지 못한 경우)에 2 배의 값을 취할 수 있다. CW 파라미터 값이 CW_max 가 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 2n-1(n=0, 1, 2, ...)로 설정되는 것이 바람직하다.

임의 백오프 과정이 시작되면 STA 은 결정된 백오프 카운트 값에 따라서 백오프 슬롯을 카운트 다운하는 동안에 계속하여 매체를 모니터링한다. 매체가 점유상태로 모니터링되면 카운트 다운을 멈추고 대기하고, 매체가 유휴 상태가 되면 나머지 카운트 다운을 재개한다.

도 6 의 예시에서 STA3 의 MAC 에 전송할 패킷이 도달한 경우에, STA3 는 DIFS 만큼 매체가 유휴 상태인 것을 확인하고 바로 프레임을 전송할 수 있다. 한편, 나머지 STA 들은 매체가 점유(busy) 상태인 것을 모니터링하고 대기한다. 그 동안 STA1, STA2 및 STA5 의 각각에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있고, 각각의 STA 은 매체가 유휴상태로 모니터링되면 DIFS 만큼 대기한 후에, 각자가 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따라 백오프 슬롯의 카운트 다운을 수행할 수 있다.

도 6 의 예시에서는 STA2 가 가장 작은 백오프 카운트 값을 선택하고, STA1 이 가장 큰 백오프 카운트 값을 선택한 경우를 나타낸다. 즉, STA2 가 백오프 카운트를 마치고 프레임 전송을 시작하는 시점에서 STA5 의 잔여 백오프 시간은 STA1 의 잔여 백오프 시간보다 짧은 경우를 예시한다. STA1 및 STA5 는 STA2 가 매체를 점유하는 동안에 잠시 카운트 다운을 멈추고 대기한다. STA2 의 점유가 종료되어 매체가 다시 유휴 상태가 되면, STA1 및 STA5 는 DIFS 만큼 대기한 후에, 멈추었던 백오프 카운트를 재개한다. 즉, 잔여 백오프 시간만큼의 나머지 백오프 슬롯을 카운트 다운한 후에 프레임 전송을 시작할 수 있다. STA5 의 잔여 백오프 시간이 STA1 보다 짧았으므로 STA5 이 프레임 전송을 시작하게 된다.

한편, STA2 가 매체를 점유하는 동안에 STA4 에서도 전송할 데이터가 발생할 수 있다. 이 때, STA4 의 입장에서는 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후, 자신이 선택한 임의 백오프 카운트 값에 따른 카운트 다운을 수행하고 프레임 전송을 시작할 수 있다. 도 6 의 예시에서는 STA5 의 잔여 백오프 시간이 STA4 의 임의 백오프 카운트 값과 우연히 일치하는 경우를 나타내며, 이 경우, STA4 와 STA5 간에 충돌이 발생할 수 있다. 충돌이 발생하는 경우에는 STA4 와 STA5 모두 ACK 을 받지 못하여, 데이터 전송을 실패하게 된다. 이 경우, STA4 와 STA5 는 CW 값을 2 배로 늘린 후에 임의 백오프 카운트 값을 선택하고 카운트 다운을 수행할 수 있다. 한편, STA1 은 STA4 와 STA5 의 전송으로 인해 매체가 점유 상태인 동안에 대기하고 있다가, 매체가 유휴 상태가 되면 DIFS 만큼 대기한 후, 잔여 백오프 시간이 지나면 프레임 전송을 시작할 수 있다.

2.3 STA 의 센싱 동작

전술한 바와 같이 CSMA/CA 메커니즘은 AP 및/또는 STA 이 매체를 직접 센싱하는 물리적 캐리어 센싱(physical carrier sensing) 외에 가상 캐리어 센싱(virtual carrier sensing)도 포함한다. 가상 캐리어 센싱은 숨겨진 노드 문제(hidden node problem) 등과 같이 매체 액세스에서 발생할 수 있는 문제를 보완하기 위한 것이다. 가상 캐리어 센싱을 위하여, 무선랜 시스템의 MAC 은 네트워크 할당 벡터(Network Allocation Vector; NAV)를 이용할 수 있다. NAV 는 현재 매체를 사용하고 있거나 또는 사용할 권한이 있는 AP 및/또는 STA 이, 매체가 이용 가능한 상태로 되기까지 남아 있는 시간을 다른 AP 및/또는 STA 에게 지시(indicate)하는 값이다. 따라서 NAV 로 설정된 값은 해당 프레임을 전송하는 AP 및/또는 STA 에 의하여 매체의 사용이 예정되어 있는 기간에 해당하고, NAV 값을 수신하는 STA 은 해당 기간 동안 매체 액세스가 금지된다. NAV 는, 예를 들어, 프레임의 MAC 헤더(header)의 "duration" 필드의 값에 따라 설정될 수 있다.

또한, 충돌 가능성을 감소시키기 위해서 강인한 충돌 검출(robust collision detect) 메커니즘이 도입되었다. 이에 대해서 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명한다. 실제 캐리어 센싱 범위와 전송 범위는 동일하지 않을 수도 있지만, 설명의 편의를 위해서 동일한 것으로 가정한다.

도 7 은 숨겨진 노드 및 노출된 노드에 대한 설명을 위한 도면이다.

도 7(a)는 숨겨진 노드에 대한 예시이며, STA A 와 STA B 는 통신 중에 있고 STA C 가 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 구체적으로 STA A 가 STA B 에 정보를 전송하고 있는 상황이지만, STA C 가 STA B 로 데이터를 보내기 전에 캐리어 센싱을 수행할 때에 매체가 유휴 상태인 것으로 판단할 수 있다. 이는 STA A 의 전송(즉, 매체 점유)을 STA C 의 위치에서는 센싱하지 못할 수도 있기 때문이다. 이러한 경우에, STA B 는 STA A 와 STA C 의 정보를 동시에 받기 때문에 충돌이 발생하게 된다. 이 때 STA A 는 STA C 의 숨겨진 노드라고 할 수 있다.

도 7(b)는 노출된 노드(exposed node)에 대한 예시이며, STA B 는 STA A 에 데이터를 전송하고 있는 상황에서, STA C 가 STA D 에서 전송할 정보를 가지고 있는 경우이다. 이 경우에 STA C 가 캐리어 센싱을 수행하면, STA B 의 전송으로 인하여 매체가 점유된 상태라고 판단할 수 있다. 이에 따라, STA C 가 STA D 에 전송할 정보가 있더라도 매체 점유 상태라고 센싱되기 때문에 매체가 유휴 상태가 될 때까지 기다려야 한다. 그러나, 실제로는 STA A 는 STA C 의 전송 범위 밖에 있으므로, STA C 로부터의 전송과 STA B 로부터의 전송은 STA A 의 입장에서는 충돌하지 않을 수도 있으므로, STA C 는 STA B 가 전송을 멈출 때까지 불필요하게 대기하는 것이 된다. 이 때 STA C 를 STA B 의 노출된 노드라고 할 수 있다.

도 8 은 RTS 와 CTS 를 설명하기 위한 도면이다.

도 7 과 같은 예시적인 상황에서 충돌 회피(collision avoidance) 메커니즘을 효율적으로 이용하기 위해서, RTS(request to send)와 CTS(clear to send)등의 짧은 시그널링 패킷(short signaling packet)을 이용할 수 있다. 두 STA 간의 RTS/CTS 는 주위의 STA(들)이 오버히어링(overhearing)할 수 있도록 하여, 상기 주위의 STA(들)이 상기 두 STA 간의 정보 전송 여부를 고려하도록 할 수 있다. 예를 들어, 데이터를 전송하려는 STA 이 데이터를 받는 STA 에 RTS 프레임을 전송하면, 데이터를 받는 STA 은 CTS 프레임을 주위의 단말들에게 전송함으로써 자신이 데이터를 받을 것임을 알릴 수 있다.

도 8(a)는 숨겨진 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A 와 STA C 가 모두 STA B 에 데이터를 전송하려고 하는 경우를 가정한다. STA A 가 RTS 를 STA B 에 보내면 STA B 는 CTS 를 자신의 주위에 있는 STA A 와 STA C 에 모두 전송을 한다. 그 결과 STA C 는 STA A 와 STA B 의 데이터 전송이 끝날 때까지 기다리게 되어 충돌을 피할 수 있게 된다.

도 8(b)는 노출된 노드 문제를 해결하는 방법에 대한 예시이며, STA A 와 STA B 간의 RTS/CTS 전송을 STA C 가 오버히어링 함으로써, STA C 는 자신이 다른 STA(예를 들어, STA D)에게 데이터를 전송하더라도 충돌이 발생하지 않을 것으로 판단할 수 있다. 즉, STA B 는 주위의 모든 단말기에 RTS 를 전송하고, 실제로 보낼 데이터가 있는 STA A 만 CTS 를 전송하게 된다. STA C 는 RTS 만을 받고 STA A 의 CTS 를 받지 못했기 때문에 STA A 는 STC C 의 캐리어 센싱 밖에 있다는 것을 알 수 있다.

2.4 전력 관리

전술한 바와 같이 무선랜 시스템에서는 STA 이 송수신을 수행하기 전에 채널 센싱을 수행해야 하는데, 채널을 항상 센싱하는 것은 STA 의 지속적인 전력 소모를 야기한다. 수신 상태에서의 전력 소모는 송신 상태에서의 전력 소모에 비하여 크게 차이가 나지 않으며, 수신 상태를 계속 유지하는 것도 전력이 제한된(즉, 배터리에 의해 동작하는) STA 에게 큰 부담이 된다. 따라서, STA 이 지속적으로 채널을 센싱하기 위해서 수신 대기 상태를 유지하면, 무선랜 처리율 측면에서 특별한 이점 없이 전력을 비효율적으로 소모하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 무선랜 시스템에서는 STA 의 전력 관리(power management; PM) 모드를 지원한다.

STA 의 전력 관리 모드는 액티브(active) 모드 및 전력 절약(power save; PS) 모드로 나뉘어 진다. STA 은 기본적으로 액티브 모드로 동작한다. 액티브 모드로 동작하는 STA 은 어웨이크 상태(awake state)를 유지한다. 어웨이크 상태는, 프레임 송수신이나 채널 스캐닝 등 정상적인 동작이 가능한 상태이다. 한편, PS 모드로 동작하는 STA 은 슬립 상태(sleep state)와 어웨이크 상태(awake state)를 전환(switch)해가며 동작한다. 슬립 상태로 동작하는 STA 은 최소한의 전력으로 동작하며, 프레임 송수신은 물론 채널 스캐닝도 수행하지 않는다.

STA 이 슬립 상태로 가능한 오래 동작할수록 전력 소모가 줄어들기 때문에, STA 은 동작 기간이 증가한다. 하지만 슬립 상태에서는 프레임 송수신이 불가능하기 때문에 무조건적으로 오래 동작할 수는 없다. 슬립 상태로 동작하는 STA 이 AP 에게 전송할 프레임이 존재하는 경우 어웨이크 상태로 전환하여 프레임을 송신할 수 있다. 한편, AP 가 STA 에게 전송할 프레임이 있는 경우, 슬립 상태의 STA 은 이를 수신할 수 없으며 수신할 프레임이 존재하는 것도 알 수 없다. 따라서, STA 은 자신에게 전송될 프레임의 존재 여부를 알기 위해(또한 존재한다면 이를 수신하기 위해) 특정 주기에 따라 어웨이크 상태로 전환하는 동작이 필요할 수 있다.

도 9 는 전력 관리 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 9 를 참조하면, AP(210)는 일정한 주기로 비콘 프레임(beacon frame)을 BSS 내의 STA 들에게 전송한다(S211, S212, S213, S214, S215, S216). 비콘 프레임에는 TIM(Traffic Indication Map) 정보 요소(Information Element)가 포함된다. TIM 정보 요소는 AP(210)가 자신과 연관된 STA 들에 대한 버퍼된 트래픽이 존재하며, 프레임을 전송할 것임을 알려주는 정보를 포함한다. TIM 요소에는 유니캐스트(unicast) 프레임을 알려주는데 사용되는 TIM 과 멀티캐스트(multicast) 또는 브로드캐스트(broadcast) 프레임을 알려주는데 사용되는 DTIM(delivery traffic indication map)이 있다.

AP(210)는 3 번의 비콘 프레임을 전송할 때 마다 1 회씩 DTIM 을 전송할 수 있다. STA1(220) 및 STA2(222)는 PS 모드로 동작하는 STA 이다. STA1(220) 및 STA2(222)는 소정의 주기의 웨이크업 인터벌(wakeup interval) 마다 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP(210)에 의하여 전송된 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 각각의 STA 은 자신의 로컬 클럭(local clock)에 기초하여 어웨이크 상태로 전환할 시점을 계산할 수 있으며, 도 9 의 예시에서는 STA 의 클럭은 AP 의 클럭과 일치하는 것으로 가정한다.

예를 들어, 상기 소정의 웨이크업 인터벌은, STA1(220)이 비콘 인터벌마다 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 첫 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S211) 어웨이크 상태로 전환될 수 있다(S221). STA1(220)은 비콘 프레임을 수신하고 TIM 요소를 획득할 수 있다. 획득된 TIM 요소가 STA1(220)에게 전송될 프레임이 있음을 지시하는 경우, STA1(220)은 AP(210)에게 프레임 전송을 요청하는 PS-Poll(Power Save-Poll) 프레임을 AP(210)에게 전송할 수 있다(S221a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 프레임을 STA1(220)에게 전송할 수 있다(S231). 프레임 수신을 완료한 STA1(220)은 다시 슬립 상태로 전환하여 동작한다.

AP(210)가 두 번째로 비콘 프레임을 전송함에 있어서, 다른 장치가 매체에 액세스하고 있는 등 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로, AP(210)는 정확한 비콘 인터벌에 맞추어 비콘 프레임을 전송하지 못하고 지연된 시점에 전송할 수 있다(S212). 이 경우 STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 동작 모드를 어웨이크 상태로 전환하지만, 지연 전송되는 비콘 프레임을 수신하지 못하여 다시 슬립 상태로 전환한다(S222).

AP(210)가 세 번째로 비콘 프레임을 전송할 때, 해당 비콘 프레임에는 DTIM 으로 설정된 TIM 요소가 포함될 수 있다. 다만, 매체가 점유된(busy medium) 상태이므로 AP(210)는 비콘 프레임을 지연 전송한다(S213). STA1(220)은 비콘 인터벌에 맞추어 어웨이크 상태로 전환하여 동작하며, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임을 통하여 DTIM 을 획득할 수 있다. STA1(220)이 획득한 DTIM 은 STA1(220)에 전송될 프레임은 없으며 다른 STA 을 위한 프레임이 존재함을 지시하는 경우를 가정한다. 이 경우, STA1(220)은 자신이 수신할 프레임이 없음을 확인하고, 다시 슬립 상태로 전환하여 동작할 수 있다. AP(210)는 비콘 프레임 전송 후 프레임을 해당 STA 에게 전송한다(S232).

AP(210)는 네 번째로 비콘 프레임을 전송한다(S214). 다만, STA1(220)은 이 전 2 회에 걸친 TIM 요소 수신을 통해 자신에 대한 버퍼된 트래픽이 존재한다는 정보를 획득할 수 없었으므로, TIM 요소 수신을 위한 웨이크업 인터벌을 조정할 수 있다. 또는, AP(210)에 의해 전송되는 비콘 프레임에 STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값을 조정을 위한 시그널링 정보가 포함된 경우, STA1(220)의 웨이크업 인터벌 값이 조정될 수 있다. 본 예시에서, STA1(220)은 비콘 인터벌마다 TIM 요소 수신을 위해 운영 상태를 전환하던 것을 3 회의 비콘 인터벌마다 한 번 깨어나는 것으로 운영 상태를 전환하도록 설정될 수 있다. 따라서, STA1(220)은 AP(210)가 네 번째 비콘 프레임을 전송하고(S214), 다섯 번째 비콘 프레임을 전송하는 시점에(S215) 슬립 상태를 유지하므로 해당 TIM 요소를 획득할 수 없다.

AP(210)가 여섯 번째로 비콘 프레임을 전송할 때(S216), STA1(220)은 어웨이크 상태로 전환하여 동작하고 비콘 프레임에 포함된 TIM 요소를 획득할 수 있다(S224). TIM 요소는 브로드캐스트 프레임이 존재함을 지시하는 DTIM 이므로, STA1(220)은 PS-Poll 프레임을 AP(210)에게 전송하지 않고, AP(210)에 의해 전송되는 브로드캐스트 프레임을 수신할 수 있다(S234). 한편 STA2(230)에 설정된 웨이크업 인터벌은 STA1(220)보다 긴 주기로 설정될 수 있다. 따라서, STA2(230)는 AP(210)가 다섯 번째로 비콘 프레임을 전송하는 시점(S215)에 어웨이크 상태로 전환하여 TIM 요소를 수신할 수 있다(S241). STA2(230)는 TIM 요소를 통하여 자신에게 전송될 프레임이 존재함을 알고, 프레임 전송을 요청하기 위해 AP(210)에게 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다(S241a). AP(210)는 PS-Poll 프레임에 대응하여 STA2(230)에게 프레임을 전송할 수 있다(S233).

도 9 와 같은 전력 절약 모드 운영을 위해 TIM 요소에는 STA 이 자신에게 전송될 프레임이 존재하는지를 지시하는 TIM 또는 브로드캐스트/멀티캐스트 프레임이 존재하는지를 지시하는 DTIM 이 포함된다. DTIM 은 TIM 요소의 필드 설정을 통하여 구현될 수 있다.

도 10 내지 12 는 TIM 을 수신한 STA 의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 10 을 참조하면, STA 은 AP 로부터 TIM 을 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하고, 수신한 TIM 요소를 해석하여 자신에게 전송될 버퍼된 트래픽이 있음을 알 수 있다. STA 은 PS-Poll 프레임 전송을 위한 매체 액세스를 위해 다른 STA 들과 경쟁(contending)을 수행한 후에, AP 에게 데이터 프레임 전송을 요청하기 위하여 PS-Poll 프레임을 전송할 수 있다. STA 에 의해 전송된 PS-Poll 프레임을 수신한 AP 는 STA 에게 프레임을 전송할 수 있다. STA 은 데이터 프레임을 수신하고 이에 대한 확인응답(ACK) 프레임을 AP 에게 전송할 수 있다. 이후 STA 은 다시 슬립 상태로 전환될 수 있다.

도 10 과 같이 AP 는 STA 으로부터 PS-Poll 프레임을 수신한 다음 소정의 시간(예를 들어, SIFS(Short Inter-Frame Space)) 후에 데이터 프레임을 전송하는 즉시 응답(immediate response) 방식에 따라 동작할 수 있다. 한편, AP 가 PS-Poll 프레임을 수신한 후에 STA 에게 전송할 데이터 프레임을 SIFS 시간 동안에 준비하지 못한 경우에는 지연된 응답(deferred response) 방식에 따라 동작할 수 있으며, 이에 대해서 도 11 을 참조하여 설명한다.

도 11 의 예시에서 STA 이 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환하여 AP 로부터 TIM 을 수신하고 경쟁을 거쳐 PS-Poll 프레임을 AP 로 전송하는 동작은 도 10 의 예시와 동일하다. AP 가 PS-Poll 프레임을 수신하고도 SIFS 동안 데이터 프레임을 준비하지 못한 경우, 데이터 프레임을 전송하는 대신 ACK 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다. AP 는 ACK 프레임 전송 후 데이터 프레임이 준비되면, 컨텐딩을 수행한 후 데이터 프레임을 STA 에게 전송할 수 있다. STA 은 데이터 프레임을 성공적으로 수신하였음을 나타내는 ACK 프레임을 AP 에게 전송하고, 슬립 상태로 전환될 수 있다.

도 12 는 AP 가 DTIM 을 전송하는 예시에 대한 것이다. STA 들은 AP 로부터 DTIM 요소를 포함하는 비콘 프레임을 수신하기 위해 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환할 수 있다. STA 들은 수신한 DTIM 을 통해 멀티 캐스트/브로드캐스트 프레임이 전송될 것임을 알 수 있다. AP 는 DTIM 을 포함하는 비콘 프레임 전송 후 PS-Poll 프레임의 송수신 동작 없이 바로 데이터(즉, 멀티캐스트/브로드캐스트 프레임)를 전송할 수 있다. STA 들은 DTIM 을 포함하는 비콘 프레임을 받은 후에 계속하여 어웨이크 상태를 유지하는 중에 데이터를 수신하고, 데이터 수신이 완료된 후에 다시 슬립 상태로 전환할 수 있다.

2.5 TIM 구조

상기 도 9 내지 12 를 참조하여 설명한 TIM(또는 DTIM) 프로토콜을 기반으로 한 전력 절약 모드 운영 방법에 있어서, STA 들은 TIM 요소에 포함된 STA 식별 정보를 통하여 자신을 위해 전송될 데이터 프레임이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다. STA 식별 정보는 STA 이 AP 와 연관(association)시에 할당 받는 식별자인 AID(Association Identifier)와 관련된 정보일 수 있다.

AID 는 하나의 BSS 내에서는 각각의 STA 에 대한 고유한(unique) 식별자로써 사용된다. 일례로, 현재 무선랜 시스템에서 AID 는 1 에서 2007 까지의 값 중 하나의 값으로 할당될 수 있다. 현재 정의되어 있는 무선랜 시스템에서는, AP 및/또는 STA 이 전송하는 프레임에는 AID 를 위하여 14 비트가 할당될 수 있으며, AID 값은 16383 까지 할당될 수 있으나 2008 에서 16383 은 예비(reserved) 값으로 설정되어 있다.

기존의 정의에 따른 TIM 요소는, 하나의 AP 에 많은 개수의 (예를 들어, 2007 개 초과의) STA 들이 연관될 수 있는 M2M 애플리케이션의 적용에 적절하지 않다. 기존의 TIM 구조를 그대로 확장하는 경우에는 TIM 비트맵 크기가 너무 커져서 기존의 프레임 포맷으로는 지원할 수 없고, 낮은 전송 레이트의 애플리케이션을 고려하는 M2M 통신에 적합하지 않다. 또한, M2M 통신에서는 하나의 비콘 주기 동안에 수신 데이터 프레임이 존재하는 STA 의 개수가 매우 적을 것으로 예상된다. 따라서, 위와 같은 M2M 통신의 적용예를 고려하면, TIM 비트맵의 크기는 커지지만 대부분의 비트가 0 값을 가지는 경우가 많이 발생할 것으로 예상되므로, 비트맵을 효율적으로 압축하는 기술이 요구된다.

기존의 비트맵 압축 기술로서, 비트맵의 앞부분에 연속되는 0 을 생략하고 오프셋(offset) (또는 시작점) 값으로 정의하는 방안이 마련되어 있다. 그러나, 버퍼된 프레임이 존재하는 STA 들의 개수는 적지만 각각의 STA 의 AID 값이 차이가 큰 경우에는 압축 효율이 높지 못하다. 예를 들어 AID 가 10 와 2000 의 값을 가지는 단 두 개의 STA 에게 전송할 프레임만이 버퍼되어 있는 경우에, 압축된 비트맵의 길이는 1990 이지만 양 끝을 제외하고는 모두 0 의 값을 가지게 된다. 하나의 AP 에 연관될 수 있는 STA 의 개수가 적은 경우에는 비트맵 압축의 비효율성이 크게 문제되지 않지만, STA 의 개수가 증가하는 경우에는 이러한 비효율성이 전체 시스템 성능을 저해하는 요소가 될 수도 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로서, AID 를 여러 그룹으로 나누어 보다 효과적인 데이터의 전송을 수행하도록 할 수 있다. 각 그룹에는 지정된 그룹 ID(GID)가 할당된다. 이러한 그룹 기반으로 할당되는 AID 에 대해서 도 13 을 참조하여 설명한다.

도 13(a)는 그룹 기반으로 할당된 AID 의 일례를 나타내는 도면이다. 도 13(a)의 예시에서는 AID 비트맵의 앞의 몇 비트들을 GID 를 나타내기 위해 사용할 수 있다. 예를 들어, AID 비트맵의 처음 2 비트를 사용하여 4 개의 GID 를 나타낼 수 있다. AID 비트맵의 전체 길이가 N 비트인 경우에, 처음 2 비트(B1 및 B2)이 값은 해당 AID 의 GID 를 나타낸다.

도 13(a)는 그룹 기반으로 할당된 AID 의 다른 일례를 나타내는 도면이다. 도 13(b)의 예시에서는 AID 의 위치에 따라서 GID 가 할당될 수 있다. 이 때, 동일한 GID 를 사용하는 AID 들은 오프셋(offset) 및 길이(length) 값으로 표현될 수 있다. 예를 들어, GID 1 이 오프셋 A 및 길이 B 로 표현되면, 비트맵 상에서 A 내지 A+B-1 의 AID 들이 GID 1 을 가진다는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 13(b)의 예시에서, 전체 1 내지 N4 의 AID 가 4 개의 그룹으로 분할된다고 가정한다. 이 경우, GID 1 에 속하는 AID 들은 1 내지 N1 이며, 이 그룹에 속하는 AID 들은 오프셋 1 및 길이 N1 로 표현될 수 있다. 다음으로, GID 2 에 속하는 AID 들은 오프셋 N1+1 및 길이 N2-N1+1 으로 표현될 수 있고, GID 3 에 속하는 AID 들은 오프셋 N2+1 및 길이 N3-N2+1 으로 표현될 수 있으며, GID 4 에 속하는 AID 들은 오프셋 N3+1 및 길이 N4-N3+1 으로 표현될 수 있다.

이와 같은 그룹 기반으로 할당되는 AID 가 도입되면, GID 에 따라 다른 시간 구간에 채널 액세스를 허용할 수 있도록 함으로써, 많은 수의 STA 에 대한 TIM 요소 부족 문제를 해결함과 동시에 효율적인 데이터의 송수신이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 특정 시간 구간 동안에는 특정 그룹에 해당하는 STA(들)에게만 채널 액세스가 허용되고, 나머지 다른 STA(들)에게는 채널 액세스가 제한(restrict)될 수 있다. 이와 같이 특정 STA(들)에게만 액세스가 허용되는 소정의 시간 구간을, 제한된 액세스 윈도우(Restricted Access Window; RAW)라고 칭할 수도 있다.

GID 에 따른 채널 액세스에 대해서 도 13(c)를 참조하여 설명한다. 도 13(c)에서는 AID 가 3 개의 그룹으로 나누어져 있는 경우, 비콘 인터벌에 따른 채널 액세스 메커니즘을 예시적으로 나타낸다. 첫 번째 비콘 인터벌(또는 첫 번째 RAW)은 GID 1 에 속하는 AID 에 해당하는 STA 의 채널 액세스가 허용되는 구간이고, 다른 GID 에 속하는 STA 들의 채널 액세스는 허용되지 않는다. 이를 구현하기 위해서, 첫 번째 비콘에는 GID 1 에 해당하는 AID 들만을 위한 TIM 요소가 포함된다. 두 번째 비콘 프레임에는 GID 2 를 가지는 AID 들만을 위한 TIM 요소가 포함되며, 이에 따라 두 번째 비콘 인터벌(또는 두 번째 RAW) 동안에는 GID 2 에 속하는 AID 에 해당하는 STA 의 채널 액세스 만이 허용된다. 세 번째 비콘 프레임에는 GID 3 을 가지는 AID 들만을 위한 TIM 요소가 포함되며, 이에 따라 세 번째 비콘 인터벌(또는 세 번째 RAW) 동안에는 GID 3 에 속하는 AID 에 해당하는 STA 의 채널 액세스 만이 허용된다. 네 번째 비콘 프레임에는 다시 GID 1 을 가지는 AID 들만을 위한 TIM 요소가 포함되며, 이에 따라 네 번째 비콘 인터벌(또는 네 번째 RAW) 동안에는 GID 1 에 속하는 AID 에 해당하는 STA 의 채널 액세스 만이 허용된다. 그 다음으로, 다섯 번째 이후의 비콘 인터벌들(또는 다섯 번째 이후의 RAW 들)의 각각에서도, 해당 비콘 프레임에 포함된 TIM 에서 지시되는 특정 그룹에 속한 STA 의 채널 액세스만이 허용될 수 있다.

도 13(c)에서는 비콘 인터벌에 따라 허용되는 GID 의 순서가 순환적 또는 주기적인 예시를 나타내지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, TIM 요소에 특정 GID(들)에 속하는 AID(들)만을 포함시킴으로써, 특정 시간 구간(예를 들어, 특정 RAW) 동안에 상기 특정 AID(들)에 해당하는 STA(들)만의 채널 액세스를 허용하고 나머지 STA(들)의 채널 액세스는 허용하지 않는 방식으로 동작할 수 있다.

전술한 바와 같은 그룹 기반 AID 할당 방식은, TIM 의 계층적(hierarchical) 구조라고도 칭할 수 있다. 즉, 전체 AID 공간을 복수개의 블록들로 분할하고, 0 이 아닌 값을 가지는 특정 블록에 해당하는 STA(들) (즉, 특정 그룹의 STA)의 채널 액세스만이 허용되도록 할 수 있다. 이에 따라, 큰 크기의 TIM 을 작은 블록/그룹으로 분할하여 STA 이 TIM 정보를 유지하기 쉽게 하고, STA 의 클래스, 서비스 품질(QoS), 또는 용도에 따라 블록/그룹을 관리하기가 용이하게 된다. 상기 도 13 의 예시에서는 2-레벨의 계층을 나타내지만, 2 이상의 레벨의 형태로 계층적 구조의 TIM 이 구성될 수도 있다. 예를 들어, 전체 AID 공간을 복수개의 페이지(page) 그룹으로 분할하고, 각각의 페이지 그룹을 복수개의 블록으로 구분하고, 각각의 블록을 복수개의 서브-블록으로 분할할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 도 13(a)의 예시의 확장으로서, AID 비트맵에서 처음 N1 개의 비트는 페이지 ID(즉, PID)를 나타내고, 그 다음 N2 개의 비트는 블록 ID 를 나타내고, 그 다음 N3 개의 비트는 서브-블록 ID 를 나타내고, 나머지 비트들이 서브-블록 내의 STA 비트 위치를 나타내는 방식으로 구성될 수도 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 예시들에 있어서, STA 들(또는 각각의 STA 에 할당된 AID 들)을 소정의 계층적인 그룹 단위로 분할하고 관리하는 다양한 방식들이 적용될 수 있으며, 그룹 기반 AID 할당 방식이 상기 예시들로 제한되는 것은 아니다.

2.6 개선된 채널 액세스 방안

그룹 기반으로 AID 가 할당/관리되는 경우, 특정 그룹에 속한 STA 들은 해당 그룹에게 할당된 "그룹 채널 액세스 인터벌" (또는 RAW)에서만 채널을 사용할 수 있다. 만약 STA 이 M2M 애플리케이션을 지원하는 경우에, 해당 STA 에 대한 트래픽은 긴 주기(예를 들어, 몇 십분 또는 몇 시간)에 따라 발생하는 특성을 가질 수 있다. 이러한 STA 은 어웨이크 상태를 자주 유지할 필요가 없기 때문에, 긴 시간 동안 슬립 모드로 동작하고 가끔씩 어웨이크 상태로 전환되는 것(즉, 해당 STA 의 웨이크업 인터벌이 길게 설정되는 것)이 바람직하다. 이와 같이 긴 주기의 웨이크업 인터벌을 가지는 STA 을 "long-sleeper" 또는 "긴-슬립" 모드로 동작하는 STA 이라고 칭할 수도 있다. 다만, 웨이크업 주기가 길게 설정되는 원인은 반드시 M2M 통신을 위한 것으로 제한되지는 않고, 일반적인 무선랜 동작에 있어서도 STA 의 상태나 주변 상황 등에 따라서 웨이크업 인터벌이 길게 설정될 수도 있다.

웨이크업 인터벌이 설정되면, STA 은 자신의 로컬 클럭에 기초하여 상기 웨이크업 인터벌이 도과되는지 여부를 결정할 수 있다. 그러나, STA 의 로컬 클럭은 저가의 오실레이터를 사용하는 경우가 일반적이므로 오차가 발생할 확률이 높고, 더군다나 STA 이 긴-슬립 모드로 동작한다면 그 오차가 시간이 지남에 따라 더욱 커질 수 있다. 따라서, 가끔씩 깨어나는 STA 의 시간 동기는 AP 의 시간 동기와 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, STA 은 자신이 비콘을 수신할 수 있는 타이밍인 것으로 계산하여 어웨이크 상태로 전환하지만, 해당 타이밍에서는 실제로 AP 가 전송하는 비콘을 수신하지 못할 수도 있다. 즉, 클럭 드리프트(clock drift)로 인하여 STA 은 비콘 프레임을 놓칠(miss) 수도 있으며, 긴-슬립 모드로 동작하는 경우에는 이러한 문제가 많이 발생할 수 있다.

도 14 내지 도 16 은 그룹 채널 액세스 인터벌이 설정되는 경우의 STA 의 동작의 예시들을 나타내는 도면이다.

도 14 의 예시에서 STA3 은 그룹 3(즉, GID=3)에 속한 STA 인데, 그룹 1(즉, GID=1)에 할당된 채널 액세스 인터벌에서 깨어나서, AP 에게 프레임 전송을 요청하는 PS-Poll 을 수행할 수 있다. STA 으로부터 PS-Poll 을 수신한 AP 는 STA3 에게 ACK 프레임을 전송하는데, AP 가 STA3 에게 전송할 버퍼된 데이터가 있다면 상기 ACK 프레임을 통해서 이를 지시하는 정보(즉, 전송될 데이터가 존재한다는 정보)를 제공할 수 있다. 예를 들어, ACK 프레임에 포함되는 1 비트 크기의 "More Data" 필드(또는 MD 필드)의 값을 1 로 설정(즉, MD=1)함으로써 상기 정보를 지시할 수 있다.

여기서, STA3 가 PS-Poll 을 전송한 시점은 그룹 1 에 대한 채널 액세스 인터벌에 속하므로, AP 는 STA3 에게 전송할 데이터가 있더라도 상기 ACK 프레임 전송 후에 바로 데이터를 전송하는 것이 아니라, STA3 가 속한 그룹 3 에게 할당된 채널 액세스 인터벌(도 14 의 GID 3 channel access)에서 STA3 으로의 데이터를 전송한다.

STA3 의 입장에서는 AP 로부터 MD=1 로 설정된 ACK 프레임을 수신하였기 때문에, AP 로부터 데이터가 전송되기를 계속하여 대기하게 된다. 즉, 도 14 의 예시에서는 STA3 은 깨어난 직후에 비콘을 수신하지 못하였기 때문에, 자신의 로컬 클럭에 기반한 계산에 따라서 자신이 깨어난 시점이 자신이 속한 그룹에게 할당된 채널 액세스 인터벌일 수도 있고 자신에게 전송될 데이터가 있을 수도 있다는 가정하에, AP 에게 PS-Poll 을 보낸다. 또는, 자신이 긴-슬립 모드로 동작하기 때문에 시간 동기화가 맞지 않을 수도 있다고 가정하고, 혹시 자신에게 전송될 데이터가 있다면 수신하기 위해서 STA3 은 AP 에게 PS-Poll 을 보낼 수도 있다. STA3 가 AP 로부터 수신한 ACK 프레임이 STA3 에게 전송될 데이터가 있음을 지시(indicate)하므로, STA3 는 자신의 채널 액세스가 허용된 인터벌이라는 가정 하에서 계속하여 데이터 수신을 대기하게 되는 것이다. STA3 는 다음 비콘에 포함된 정보로부터 시간 동기화를 올바르게 수행하기 전까지는, 데이터 수신이 허용되지 않는데도 불필요하게 전력을 소모하게 된다.

특히, STA3 가 긴-슬립 모드로 동작하는 경우에는 비콘을 자주 수신하지 못하기 때문에, 자신이 속한 채널 액세스 인터벌이 아닌 경우에도 CCA 수행하는 등 불필요한 전력 소모가 발생할 수 있다.

다음으로, 도 15 의 예시에서는 GID 1 을 가지는 (즉, 그룹 1 에 속한) STA 이 깨어난 타이밍에서 비콘 프레임을 놓치는 경우를 나타낸다. 즉, 자신에게 할당된 GID(또는 PID)가 포함된 비콘을 수신하지 못한 STA 은, 자신의 GID(또는 PID)가 포함된 비콘을 수신할 때까지 계속하여 어웨이크 상태에서 대기하게 된다. 즉, 비록 STA 이 깨어난 시점이 자신에게 할당된 채널 액세스 인터벌이라고 하더라도, STA 은 비콘을 통해 전송되는 TIM 에 자신의 GID(또는 PID)가 포함되어 있는지를 확인하지 못하였으므로, 해당 타이밍이 자신의 그룹에 할당된 채널 액세스 인터벌인지를 알 수 없다.

이와 같이, 도 15 의 예시에서 슬립 상태에서 어웨이크 상태로 전환된 STA 은 첫 번째 비콘을 놓친 후에 자신의 GID(즉, GID 1)를 포함하는 네 번째 비콘을 수신할 때까지 계속하여 어웨이크 상태에 있으므로 불필요한 전력을 소모하게 된다. 결국 불필요한 전력을 소모한 후에야, STA 은 GID 1 을 포함하는 비콘을 수신할 수 있고 이에 따라 RTS 전송, CTS 수신, 데이터 프레임 전송, ACK 수신을 수행할 수 있다.

도 16 에서는 STA 이 다른 그룹에 대한 채널 액세스 인터벌에 깨어난 경우를 나타낸다. 예를 들어, GID 3 을 가지는 STA 이 GID 1 에 대한 채널 액세스 인터벌에 깨어날 수 있다. 즉, GID 3 을 가지는 STA 은 깨어난 후에 자신의 GID 에 해당하는 비콘을 수신하기까지 불필요하게 전력을 소모하게 된다. 세 번째 비콘에서 GID 3 을 지시하는 TIM 을 수신하게 되면, 자신의 그룹에 대한 채널 액세스 인터벌임을 인지하고 RTS, CTS 등을 통한 CCA 후에 데이터 전송 및 ACK 수신 등의 동작을 수행할 수 있다.

3. 제안하는 파일럿 시퀀스 송신 및 수신 방법

차세대 WiFi 에 대한 다양한 관심과 802.11ac 이후의 수율 및 QoE(quality of experience) 성능 향상에 대한 요구가 높아지는 환경에서, 차세대 WLAN 시스템을 위한 새로운 프레임 포맷(frame format)을 정의할 필요가 있다. 특히, 새로운 프레임 포맷에서 가장 중요한 역할을 하는 부분은 프리엠블 부분(preamble part)인데, 동기화, 채널 트래킹, 채널 추정, AGC(Adaptive Gain Control) 등의 역할을 하는 프리엠블의 설계는 전체 시스템 성능에 직접적이고 큰 영향을 미칠 수 있어 더욱 중요하다.

많은 수의 AP 와 STA 가 동시 접속하여 데이터 송수신을 시도하는 차세대 WiFi 시스템에서, 종래의 프리엠블 설계 방식으로는 시스템 성능에 한계가 있을 수 있다. 즉, 각각의 프리엠블 블록(예를 들어, AGC, CFO 추정/보상, 타이밍 조절 등의 역할을 담당하는 STF(Short Training Field) 또는 채널 추정/보상, 레지듀얼(residual) CFO 보상 등의 역할을 담당하는 LTE(Long Training Field))이 종래의 프리엠블 구조에 정의된 각각의 역할만을 수행한다면, 프레임 길이가 늘어나 오버헤드에 대한 부담이 생길 수 있다. 따라서, 특정 프리엠블 블록이 정해진 역할 이외에도 다양한 기능(functionality)들을 지원할 수 있다면, 효율적인 프레임 구조를 설계할 수 있게 된다.

또한, 차세대 WiFi 시스템은 실내뿐 아니라 실외 환경에서도 데이터 전송을 고려하고 있어, 환경에 따라 프리엠블의 구조가 다르게 설계될 필요가 있을 수도 있다. 물론, 환경 변화에 독립적인 단일화된(unified) 프리엠블 포맷을 설계하는 것이 시스템 구현 및 운영측면에서 도움을 줄 수도 있지만, 시스템 환경에 맞추어 적응적으로 설계되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 상술한 바와 같이 다양한 기능들을 효율적으로 지원하기 위한 프리엠블 설계에 대해 제안한다. 편의상 새로운 WLAN 시스템을 HE(High Efficiency) 시스템이라 명명하며, HE 시스템의 프레임 및 PPDU(PLCP(Physical Layer Convergence Procedure) Protocol Data Unit)를 각각 HE 프레임 및 HE PPDU 라 명명한다. 그러나, 제안하는 프리엠블이 HE 시스템뿐 아니라 다른 WLAN 시스템 및 셀룰라 시스템에도 적용될 수 있음은 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명하다.

아래의 표 1 은, 이하에서 제안하는 파일럿 시퀀스 전송 방법의 전제가 되는 OFDM 뉴머롤로지(numerology)를 나타낸다. 표 1 은 HE 시스템에서 제안하는 새로운 OFDM 뉴머롤로지의 한 예시로, 기재된 수치와 항목은 단순한 예시에 불과하여 다른 값이 적용될 수도 있다. 표 1 은 주어진 BW 에 종래보다 4 배 큰 FFT 를 적용하는 예를 기준으로 설명하며, 각 BW 별로 3 개의 DC 를 사용함을 가정한다.

[표 1]

도 17 은 본 발명의 실시 예와 관련된 프레임 구조를 도시하는 도면이다. 도 17(a), 도 17(b), 도 17(c)에 도시된 예시들과 같이 프레임 구조는 여러 가지의 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 제안하는 파일럿 시퀀스 전송 방법은 프레임 구조 중의 프리엠블 중에서도 HE-STF (High Efficiency Short Training Field)부분과 중점적으로 관련된다.

도 18 은 본 발명의 실시 예와 관련된 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다. 도 17 에서 설명한 HE-STF 는 프리엠블의 일부로서, 채널 추정, CFO(Carrier Frequency Offset) 추정, 심볼 타이밍 추정 등을 위한 파일럿 신호들이 전송된다. 순차적으로 전송되는 복수의 파일럿 신호들을 파일럿 시퀀스라 하며, 도 18 은 일반적인 HE-STF 의 파일럿 시퀀스 설계를 도시한다. 도 18 에서 위쪽의 그래프는 주파수축 상의 파일럿 시퀀스를, 아래쪽 그래프는 시간축 상의 파일럿 시퀀스를 각각 도시한다.

먼저, 주파수축 상의 파일럿 시퀀스는 가드 인터벌(guard interval), 파일럿 거리(pilot distance), 파일럿 신호의 크기에 의해 정의된다. 도 18 에 도시된 예에서, 주파수축 상의 파일럿 시퀀스 중 작은 화살표는 크기 0 의 파일럿 시퀀스를 나타내며, 모든 인접 파일럿 신호들의 간격은 2(즉, 파일럿 거리=2)가 된다. 이때, 가드 인터벌이 파일럿 거리의 배수(2 의 배수)가 되는 경우, 주파수축 상의 파일럿 신호들을 시간 도메인으로 변환하면 시간축 상의 파일럿 신호들은 도 18 의 아래쪽에 도시된 바와 같이 반복되는 패턴을 갖는다. 첫번째 주기의 신호들을 1 차 신호, 두번째 주기의 신호들을 2 차 신호라 하는 경우, 1 차 신호와 2 차 신호는 동일한 패턴을 갖는다.

만약 주파수축 상의 파일럿 신호들의 파일럿 거리가 4 이고 가드 인터벌이 4 의 배수가 되는 경우, 시간축 상의 파일럿 신호들은 4 개의 반복되는 패턴으로 정의되며, 1/2/3/4 차 신호들은 모두 동일한 패턴을 갖게 된다. 이와 같이, 시간축에서 반복되는 패턴의 신호가 정의되는 것은 채널 정보 없이도 정밀한 심볼 타이밍과 CFO 의 추정을 가능하게 한다는 관점에서 의미가 있다.

이하의 도 19 내지 도 27 에서는, 도 17 에서 설명한 프레임 구조를 전제로 파일럿 시퀀스의 위치를 변경(시프팅)시켜 수신기에 전송하는 방법과 수신기가 수신한 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법에 대해 설명한다.

3.1 시프팅 파일럿 시퀀스 생성방법 1

도 19 내지 도 25 는 제안하는 실시 예에 따른 시프팅 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다. 먼저, 실시예 1 에서는 주파수축에서 파일럿 시퀀스를 시프팅하는 방법을 설명한다.

주파수축 상의 파일럿 시퀀스들의 간격이 일정한 경우, 파일럿 시퀀스에 포함된 전체 파일럿 신호들을 해당 간격의 범위 안에서 원형 시프트(circular shift) 시켜가며 시퀀스 셋(set)을 생성한다. 특정 파일럿 시퀀스가 원형 시프트되며 생성된 복수의 파일럿 시퀀스들을 시퀀스 셋이라 하며, 송신기는 시퀀스 셋 중에서 임의의 파일럿 시퀀스를 선택하여 전송할 수 있다.

도 19 에 도시된 내용을 예로 들어 설명하면, 도 19 의 위쪽에는 파일럿 시퀀스는 시프트가 이루어지지 않은 기준 파일럿 시퀀스가 도시된다. 기준 파일럿 시퀀스는 가드 인터벌=2, 파일럿 거리=2 를 갖는다. 일정한 간격을 갖는 기준 파일럿 시퀀스를 주파수축 상에서 1 만큼 원형 시프트 시키면, 도 19 의 아래쪽에 도시된 파일럿 시퀀스가 생성된다. 시프팅 값이 0 인(시프팅=0) 파일럿 시퀀스와 시프팅 값이 1 인(시프팅=1) 파일럿 시퀀스가 하나의 시퀀스 셋을 구성하며, 송신기는 시퀀스 셋 중에서 하나의 파일럿 시퀀스를 생성하여 수신기로 전송할 수 있다.

한편, 수신기는 수신된 파일럿 시퀀스를 식별함으로써 두 개의 서로 다른 파일럿 시퀀스(시프팅=0, 시프팅=1)를 구분해낼 수 있다. 이와 같이 수신기가 두 파일럿 시퀀스를 구분할 수 있게 됨에 따라, 송신기는 수신기에게 1bit 에 해당하는 추가 정보의 전송이 가능하게 된다. 즉, 송신기와 수신기 사이에서 시프팅=0인 파일럿 시퀀스를 전송하는 경우와 시프팅=1 인 파일럿 시퀀스를 전송하는 경우가 서로 다른 정보를 나타내도록 약속되는 경우, 수신기는 시퀀스 셋 중에서 수신되는 파일럿 시퀀스가 어떠한 것인지에 따라 1bit 의 추가 정보를 획득할 수 있다. 이러한 추가적인 정보를 '시그니쳐(signature)'라 명명한다.

도 20 을 예로 들어 설명하면, 도 19 와는 달리 파일럿 거리=4 인 파일럿 신호들이 도 20 에 도시된다. 이러한 경우에는 원형 시프트가 3 까지 이루어질 수 있으며, 도 20 에 도시된 바와 같이 시프팅=0, 1, 2, 3 인 경우의 총 4 개 파일럿 시퀀스들이 시퀀스 셋을 형성한다. 총 4 개의 서로 다른 파일럿 시퀀스들이 수신기에 전송될 수 있으며, 수신기는 4 개의 파일럿 시퀀스들을 구분해낼 수 있다. 시퀀스 셋 중에서 어떠한 파일럿 시퀀스가 전송되었는지가 곧 4 가지의 서로 다른 정보에 각각 대응되며, 이에 따라 수신기는 2bit 에 해당하는 추가 정보(즉, 시그니쳐)를 획득할 수 있다. 즉, 시프팅=0 인 파일럿 시퀀스가 수신된 경우 수신기는 2 비트의 '00'에 해당하는 정보가 수신된 것으로 인지할 수 있고, 시프팅=1 인 경우에는 '01', 시프팅=2 인 경우에는 '10', 시프팅=3 인 경우에는 '11'에 해당하는 정보가 각각 수신된 것으로 인지할 수 있다.

도 21 의 실시 예에서는 도 19 및 도 20 과는 달리, 파일럿 시퀀스 내에서 파일럿 신호들 간의 간격이 일정하지 않다. 예를 들어, 도 21 의 위쪽 그래프에서 1 번째 파일럿 신호와 2 번째 파일럿 신호 간의 간격은 4 이지만, 3 번째 파일럿 신호와 4 번째 파일럿 신호 간의 간격은 2 이다.

그러나, 점선으로 표시된 부분의 파일럿 신호가 제로-파워 파일럿(zero-power pilot)이라고 가정한다면, 도 21 의 실시 예는 도 19 와 같이 파일럿 거리가 2 가 된다. 이와 같이 파일럿 신호 간의 간격이 불규칙한 경우에도 시프팅을 통해 서로 다른 파일럿 시퀀스 2 개로 구성되는 시퀀스 셋을 정의할 수 있게 된다. 만약 파일럿 거리가 4 인 경우라면, 4 개의 서로 다른 파일럿 시퀀스로 구성되는 시퀀스 셋이 정의된다.

3.1.1 시프팅 파일럿 시퀀스 식별방법

이상에서는 송신기가 주파수축 상에서 파일럿 신호를 시프팅시켜 생성한 시퀀스 셋을 정의하고, 이를 이용한 정보 전송 방법을 설명하였다. 반면에, 도 22 와 도 23 에서는 수신기가 수신한 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법에 대해 설명한다.

이상에서 설명한 방법에 따라 생성된 시프팅 파일럿 시퀀스에 대하여, 수신기는 주파수축 기반의 식별방법 및 시간축 기반의 식별방법 중 어느 하나를 통해 시퀀스를 식별해낼 수 있다.

먼저, 주파수축 기반의 식별방법에 대해 설명한다. 도 22 에서, R _i 는 수신기가 i 번째 서브캐리어에서 관찰한 신호를 나타내며, C ₁ = {3,5,7,9} , C ₂ = {4,6,8,10} 로 정의된다. 수신기는 C ₁ 와 C ₂ 을 기반으로 각각의 서브캐리어에서 수신된 신호들을 분리하여 y ₁ 과 y ₂ 를 각각 산출한다. 이어서, 수신기는 y ₁ 과 y ₂ 를 비교하여 송신기가 송신한 파일럿 시퀀스

를 아래의 수학식 1 에 따라 추정한다.

[수학식 1]

수신기는 y ₁ 과 y ₂ 를 비교함으로써 어떠한 서브캐리어에서 파일럿 신호가 수신되었는지 알 수 있고, 이에 따라 송신기가 시퀀스 셋 중에서 어떠한 파일럿 신호를 전송하였는지 파악할 수 있게 된다.

한편, 도 20 의 경우를 예로 들어 설명하면, C ₁ = {3,7} , C ₂ = {4,8} , C ₃ = {5,9} , C ₄ = {6,10} 로 정의되고, {y ₁,y ₂,y ₃,y ₄} 가 각각 산출된다. 이어서, 수신기는 {y ₁,y ₂,y ₃,y ₄} 를 수학식 2 에 따라 비교함으로써 어떠한 서브캐리어에서 파일럿 시퀀스가 전송되었는지 알 수 있으며, 송신기가 시퀀스 셋 중 어떠한 파일럿 시퀀스를 선택한 것인지 알 수 있게 된다.

[수학식 2]

수신기가 어떠한 파일럿 시퀀스를 선택한 것인지 알게 된다는 것은, 앞서 설명한 바와 같이 수신기가 해당 파일럿 시퀀스에 대응되는 추가 정보를 확인할 수 있다는 것을 의미한다.

이하에서는, 도 23 을 참고하여 시간축 기반의 식별방법에 대해 설명한다. 도 19 에서 시프팅=0 인 경우, 도 18 에서 설명한 바와 같이 시간축에서의 1 차 신호와 2 차 신호는 동일한 패턴으로 나타난다. 이와는 달리, 시프팅=1 인 경우 시간축에서의 1 차 신호와 2 차 신호는 도 23 의 위쪽에 도시된 바와 같이 위상차가 발생하게 된다. 이러한 위상차는 아래의 수학식 3 으로 정의된다.

[수학식 3]

수학식 3 에서 s 는 시프팅 값, d 는 비교하는 신호 간의 인덱스 차이를 의미하고, G 는 파일럿 거리를 의미한다. 예를 들어, 1 차 신호와 2 차 신호를 비교하는 경우 d = 2-1 = 1 이 된다. 따라서, 도 19 에서 시프팅=1 인 경우, 1 차 신호와 2 차 신호의 위상차는 e ^jπ 가 되고, 1 차 신호에 e ^jπ 를 곱하면 2 차 신호를 얻을 수 있다.

이러한 과정을 이용하여 수신기는 수학식 4 에 따라 시간축 상에서 원형 시프팅 값을 추정할 수 있다.

[수학식 4]

수학식 4 에서, r₁ , r₂ 은 각각 1 차 신호와 2 차 신호를 나타내는 벡터이다. angle(x) 는 변수 x 의 각을 추출하는 함수이며, f _Q 는 추정한 값

을 가능한 원형 시프팅 값으로 매칭키는 함수이다. 예를 들어,

로 계산된 경우, f _Q 함수는 결과 값을 1 로 매칭시켜 준다.

수학식 4 를 일반화하여 파일럿 거리가 G 인 경우, 원형 시프팅 값을 추정하기 위한 알고리즘은 수학식 5 로 표현된다.

[수학식 5]

수학식 5 에서 r_i 는 i 차(i 번째) 수신 신호의 벡터를 의미한다. 이하에서는 수학식 5 를 이용한 예를 설명한다. 도 23 의 아래쪽에 도시된 도면은 N _o = 8, G = 4 인 경우 시간축 상에서의 수신 신호를 나타낸다. N _o 는 OFDM 심볼의 길이를 의미하며, 도 23 의 위쪽에 도시된 도면에서는 N _o = 10, G = 2 이다. 한편, 도 23 의 아래쪽에 도시된 실시 예에서 수학식 5 의 알고리즘은 수학식 6 과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 6]

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 송신기와 수신기 간에 시퀀스 셋을 정의함에 있어서, 파일럿 시퀀스들 간의 시프팅 차이가 최대가 되도록 시퀀스 셋이 정의될 수 있다.

도 20 을 예로 들어 설명하면, G = 4 이고 송신기가 추가적인 1bit 에 대한 정보를 전송하기 위해 2 개의 파일럿 시퀀스를 전송고자 하는 경우, 아래의 수학식 8 과 같이 총 6 가지의 시퀀스 셋이 정의될 수 있다.

[수학식 8]

수학식 8 에서 (a, b)는 시프팅=a 의 파일럿 신호와 시프팅=b 의 파일럿 신호 쌍으로 이루어진 시퀀스 셋을 의미한다. 한편, (0, 3)은 나머지 시퀀스 셋들 {(0,1), (0,2), (1,2), (1,3), (2,3)}에 비해 수신기의 식별 알고리즘의 성능을 향상시켜주게 된다. 이는, (0,3) 시퀀스 셋이 CFO 에 의한 영향을 다른 시퀀스 셋들보다 가장 많이 줄일 수 있기 때문이다. 예를 들어 CFO 가 1/-1 인 경우, 전체 파일럿 신호들은 주파수축에서 각각 오른쪽/왼쪽으로 1 만큼 원형 시프팅이 발생한다. 이러한 경우, {(0,2), (1,3)} 시퀀스 셋은 CFO 가 1 이상의 크기를 갖는 경우 모호함(ambiguity) 문제가 발생함을 알 수 있다. 마찬가지로, CFO 가 0.5 이상의 크기를 갖는 경우에는 {(0,1), (1,2), (2,3)} 시퀀스 셋은 모호함의 문제가 발생할 수 있다.

한편, 송신기가 (0,3) 시퀀스 셋을 사용하는 경우, 수신기는 시프팅=1 인 신호가 수신되더라도 시프팅=0 신호가 수신된 것으로 간주할 수 있고, 시프팅=2 인 신호가 수신되더라도 시프팅=3 신호가 수신된 것으로 간주할 수 있다. 즉, CFO 가 1/-1 이 되더라도 모호함 문제가 발생하지 않게 된다. 따라서, 시퀀스 셋을 구성하는 파일럿 시퀀스들의 원형 시프팅 값을 최대화하는 경우, CFO 에 의한 성능열화를 최소화할 수 있다. 대신, 추가적으로 전송할 수 있는 정보의 개수(즉, 비트 수)가 감소하게 된다.

또 다른 실시 예에 의하면, 이상에서 설명한 시프팅 파일럿 시퀀스들의 파일럿 신호 각각은 추-시퀀스(Chu-sequence)를 이용하여 생성될 수 있다. 추-시퀀스를 이용하여 파일럿 신호를 생성하면 시간축 상의 파일럿 신호들의 PAPR(Peak Power to Average Ratio) 가 낮아지게 된다.

추-시퀀스는 아래의 수학식 9 와 같이 정의된다.

[수학식 9]

수학식 9 에서 k 는 주파수축 상의 서브캐리어 인덱스, X _k 는 k 서브캐리어에서의 값 또는 추-시퀀스에서 k 번째 요소, N _s 는 추-시퀀스의 길이를 각각 의미한다. 수학식 9 에서 알 수 있듯이, 추-시퀀스의 모든 요소는 크기가 1 로 고정되어 있으며, 위상만 변경된다.

도 24 의 위쪽에 도시된 도면은 N _s = 10 인 추-시퀀스를 수학식 9 에 따라 도시한다. 추-시퀀스의 가장 큰 특징 중 하나는 IFFT 를 통해 주파수축 신호를 시간축으로 변환하더라도 모든 요소의 크기가 1 로 고정된다는 점이다. 즉, 도 24 의 아래쪽에 도시된 시간축 상의 신호의 크기 또한 1 이며 위상만이 변경된다.

이와 같은 추-시퀀스를 OFDM 상의 파일럿 신호로 사용하는 실시 예가 도 25 에 도시된다. 도 25 에서 OFDM 심볼의 길이를 N _o 로 정의한다. 추-시퀀스의 요소들을 OFDM 주파수축 상의 파일럿 신호로 이용함으로써, 시간축 상의 신호는 아래와 같은 특징들을 갖게 된다.

먼저, 주파수축 상에서 인접한 파일럿 신호들의 간격이 G 인 경우, 시간축 상의 신호는 G 차 신호까지 정의된다. 즉, 시간축 상에서 반복되는 파일럿 신호들의 차수는 주파수축 상에서 인접한 파일럿 신호들 간의 간격이다.

다음으로, N _o = cN _s (c 는 양의 정수)를 만족하는 경우, 기존 추-시퀀스와 동일하게 시간축 상에서 모든 파일럿 신호들의 크기는 1 이 된다. 이러한 경우 시간축 상에서 파일럿 신호들의 PAPR 이 1 이 된다. 한편, PAPR 은 아래의 수학식 10 과 같이 정의되며, 최소값은 1 이다.

[수학식 10]

수학식 10 에서 분자값은 시간축 요소들이 갖는 파워 중 가장 큰 파워를 의미하며, 분모값은 시간축 신호들의 평균 파워를 의미한다. 한편, 기지국에서 OFDM 심볼을 증폭하여 전송할 때 증폭 가능한 최대치는 시간축 상의 요소들의 크기 중 최대값을 가지는 요소에 의해 결정된다. 이는, 시간축 상의 모든 요소가 증폭된 결과가 증폭기의 최대 출력을 초과하면 안되기 때문이다. 따라서, 시간축 상에서 모든 파일럿 신호의 크기가 1 이 된다는 것은 송신 신호가 증폭기의 최대 출력만큼 증폭될 수 있음을 의미한다.

반대로, 시간축 상에서 특정 파일럿 신호의 크기가 2 라면, 앞의 경우와 비교하여 송신신호가 최대 1/2 배로 증폭될 수 있다. 즉, 모든 신호의 크기가 1 인 경우에 비해 3dB 의 손해가 발생한다. N _o ≠ cN _s 인 경우, 기존의 추-시퀀스와는 달리 시간축 상의 모든 요소들의 크기가 서로 달라진다. 따라서, PAPR 역시 1 을 초과하는 값을 갖게 된다.

이상에서 설명한 추-시퀀스에 대한 특징이 도 26 에 도시된다. 도 26 은 제안하는 파일럿 시퀀스의 예시로써 CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation) 시퀀스를 설명하는 도면이다. 도 26(a)는 (N _o = 256, N _s = 128, GI = 0) 인 경우, 도 26(b)에는 (N _o = 256 N _s = 122, GI = 6) 인 경우 각각에 대하여 시간축 상의 파일럿 신호 중 1 차 신호들의 크기를 도시한다. 도 26(b)는 도 26(a)와는 달리 파일럿 신호들의 크기가 서로 다름을 알 수 있다. 도 26(a)와 같이 모든 신호의 크기가 1 인 경우를 얻기 위해서는 파일럿 신호의 가드 인터벌 구간이 0 이 되어야 하는데, 실제로는 구현이 불가능하다.

한편, 도 26(c)는 종래의 VHT(Very High Throuput) 시퀀스를 이용하여 생성한 시간축 상의 파일럿 신호의 크기이며, PAPR=8.26 으로 매우 큼을 알 수 있다. 결과적으로, 추-시퀀스를 파일럿 신호를 이용한다면 이론적인 PAPR 인 1 을 얻을 수는 없다 하더라도, 다른 시퀀스를 이용하는 경우에 비해 상대적으로 매우 낮은 PAPR 을 얻을 수 있게 된다.

3.2 시프팅 파일럿 시퀀스 생성방법 2

도 27 은 제안하는 실시 예에 따른 또 다른 시프팅 파일럿 시퀀스를 도시하는 도면이다. 이상에서는 주파수축 상에서 전체 파일럿 시퀀스를 원형 시프팅하여 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 실시 예를 설명하였다. 한편, 이하에서는 시간축 상에서 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 실시 예에 대해 설명한다. 송신기는 이하의 수학식 11 에 따라 시간축 상에서 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성할 수 있다.

[수학식 11]

수학식 11 에 의하면, 송신기는 시간축 파일럿 신호의 위상을 변경시켜, 주파수축 상에서 원형 시프트가 발생하는 효과를 낳는다. 수학식 11 에서 x(0) 은 시프팅=0 인 시간축 상의 파일럿 신호 벡터를 의미하며, x(s) 는 시프팅=s 인 시간축 상의 파일럿 신호 벡터를 의미한다. D(s) 는 대각행렬(diagonal matrix)을 나타내며, 대각행렬은 x(0) 의 위상을 요소 별로(element-by-element) 시프팅 시킨다. 수학식 11 에 따르면, 주파수축 상에서 전체 파일럿 신호를 s 만큼 원형 시프팅 시키는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 수학식 11 에 따라 시간축 상에서 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 경우, 앞서 설명한 주파수축 상에서의 시프팅 파일럿 시퀀스 생성과 아래와 같은 차이점이 발생한다. 주파수축 상에서 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 경우, s 가 정수로 제한된다. 이때, s 값은 양의 정수로 제한되지는 않는데, 이는 s 가 음(양)의 정수일 경우 원형 시프팅이 왼쪽(오른쪽) 방향으로 이루어질 수 있기 때문이다. 반면에, 시간축 상에서 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 경우, s 를 정수로 제한하지 않고 분수 값도 허용할 수 있다.

예를 들어, s 의 최소 단위를 1/2 로 가정하는 경우,

로 정의될 수 있다. 이러한 예에서, s 를 정수로 제한하는 경우 추가적으로 전송할 수 있는 비트 수는 log₂ G 비트가 되지만, s 를 정수로 제한하지 않는 경우 log₂ G + 1 비트에 대한 정보가 추가적으로 전송될 수 있다. 즉, s 를 정수로 제한하는 경우에 비해 1 비트에 대한 정보가 추가적으로 전송된다. 만약 s 의 최소 단위를 1/Q 로 제한하는 경우, 파일럿 시퀀스를 통해 전송할 수 있는 최대 정보의 양은 (log₂ G + log₂ Q) 비트로 늘어나게 된다.

결과적으로, 시간축 상에서의 시프팅 파일럿 시퀀스를 생성하는 경우 s 가 분수 값이 허용될 수 있어, 전송할 수 있는 최대 정보량이 증가하게 된다. s 를 분수 값을 허용하기 위하여 수학식 11 이 활용된다.

3.2.1 시프팅 파일럿 시퀀스 식별방법

이하에서는 상술한 시간축 상의 시프팅 파일럿 시퀀스 생성 방법이 적용된 경우, 수신기가 시프팅 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법에 대해 설명한다. 앞서 주파수축 상의 시프팅 파일럿 시퀀스에 대한 식별 방법과 유사하게, 시간축 상의 식별 방법과 주파수축 상의 식별 방법을 제안한다.

먼저, 시간축 상에서 식별하는 방법으로, 앞서 3.1.1 절에서 설명한 시간축 기반의 식별방법이 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 시간축 상의 i 차 신호와 i+1 차 신호 간의 위상 차를 수학식 5 에 따라 계산하면, s 가 분수인 경우라 하더라도 수신기가 정확하게 s 값을 추정해낼 수 있다. 이때, f _Q 는 추정된 결과를

중에서 가장 가까운 값으로 결정한다.

다음으로, 주파수축 상에서 식별하는 방법으로, 앞서 3.1.1 절에서 설명한 식별방법을 그대로 이용하는 경우 분수 형태의 s 값은 추정해낼 수가 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 수신기는 DFT(Discrete Fourier Transform) 기반의 인터폴레이션(interpolation)을 수행한다. DFT 기반의 인터폴레이션은 수학식 12 와 같이 정의된다.

[수학식 12]

수학식 12 에서 r 은 수신된 시간축 상의 파일럿 신호 벡터를 의미하며,

은 길이가 N ₀ 인 제로 벡터(zero vector)를 나타낸다.

의 크기는 ((Q-1)N ₀×1)로 정의된다. 따라서,

은 제로-패딩된 벡터(zero-padded vector)이다. F 는 DFT 행렬을 나타내며, F^(Q) 는 Q 배 확장된 DFT 행렬을 나타낸다.

예를 들어 수학식 12 를 설명하면, Q = 2 이고 F =256 인 DFT 행렬을 가정하면, F⁽²⁾ 는 512 DFT 행렬이 된다. DFT 인터폴레이션을 통해 산출된

벡터의 크기 역시 512×1 가 된다. 이때,

에 따른 시간축 상의 원형 시프팅은, 수신기에게 s ∈ {0,1,2,3,4,...,2G-1,2G-2} 로 보여진다. 즉, DFT 인터폴레이션은 송신기에 의한 주파수축 상에서 분모 형태의 원형 시프팅을 수신기 입장에서 정수 형태의 원형 시프팅으로 변경시키는 오버샘플링(oversampling) 효과를 낳는다. 정수 기반의 원형 시프팅에 대해서는 앞서 수학식 1, 수학식 2 에서 설명한 주파수축 기반의 식별 방법이 그대로 적용될 수 있으므로, 수신기가 송신 시퀀스를 식별할 수 있게 된다.

도 27 을 예로 들어 설명하면, N ₀ = 10, N _s = 5, Q = 2 인 시스템에서, 시프팅 값 s 가 각각 1/2, 3/2 인 경우를 가정한다. 그리고, 수신기는 사이즈 20 의 DFT 행렬을 사용한다. 이때, 파일럿 신호들의 앞쪽 가드 인터벌이 2 칸에서 4 칸으로 인터폴레이션 되었음을 고려하면, 실제로는 오른쪽으로 1 만큼 원형 시프팅 된 효과임을 알 수 있다. 유사하게, s 가 3/2 인 경우를 가정하면, 파일럿 신호들이 오른쪽으로 3 만큼 원형 시프팅된 효과가 나타남을 알 수 있다. 도 27 에서 중간 크기의 신호는 작은 크기의 신호(예를 들어, 제로-파워 파일럿)와는 달리 소정의 크기를 가지지만, 여전히 일반 파일럿 신호보다는 항상 그 크기가 작다.

주파수축 상에서 정수만큼 원형 시프팅된 결과에 따라, 수신기는 앞서 설명했던 주파수축 기반의 파일럿 신호 식별 방법을 적용하여 파일럿 시퀀스를 식별해낼 수 있게 된다.

이상에서 제안한 방법에 의하면, 일정한 간격으로 분포된 파일럿 신호들로 구성되는 파일럿 시퀀스를 생성함으로써 송신기가 추가적인 정보를 수신기에 전달하는 방법에 대해 설명하였으며, 그에 따라 수신기가 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법에 대해서도 설명하였다. 이와 같은 전송 방법 및 식별 방법은, 파일럿 신호들이 정수만큼 원형 시프팅되어 전송되더라도 수신기가 이를 식별할 수 있다는 점에 기반한다.

한편, 시간축 상에서의 위상 변화를 통해서 분수 형태의 원형 시프팅이 이루어질 수도 있으며, 이에 따라 기존보다 더 많은 정보의 전송이 가능함 또한 제안하였다.

4. 장치 구성

도 28 은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 수신기 및 송신기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 28 에서 수신기(100) 및 송신기(150)는 각각 무선 주파수(RF) 유닛(110, 160), 프로세서(120, 170) 및 메모리(130, 180)를 포함할 수 있다. 도 28 에서는 수신기(100)와 송신기(150) 간의 1:1 통신 환경만을 도시하였으나, 다수의 수신기와 다수의 송신기 간에도 통신 환경이 구축될 수 있다. 또한, 도 28 에 도시된 송신기(150)는 매크로 셀 송신기와 스몰 셀 송신기에 모두 적용될 수 있다.

각 RF 유닛(110, 160)은 각각 송신부(112, 162) 및 수신부(114, 164)를 포함할 수 있다. 수신기(100)의 송신부(112) 및 수신부(114)는 송신기(150) 및 다른 수신기들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(120)는 송신부(112) 및 수신부(114)와 기능적으로 연결되어 송신부(112) 및 수신부(114)가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(112)로 전송하며, 수신부(114)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행한다.

필요한 경우 프로세서(120)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(130)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지고 수신기(100)는 이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.

송신기(150)의 송신부(162) 및 수신부(164)는 다른 송신기 및 수신기들과 신호를 송신 및 수신하도록 구성되며, 프로세서(170)는 송신부(162) 및 수신부(164)와 기능적으로 연결되어 송신부(162) 및 수신부(164)가 다른 기기들과 신호를 송수신하는 과정을 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(170)는 전송할 신호에 대한 각종 처리를 수행한 후 송신부(162)로 전송하며 수신부(164)가 수신한 신호에 대한 처리를 수행할 수 있다. 필요한 경우 프로세서(170)는 교환된 메시지에 포함된 정보를 메모리(180)에 저장할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지고 송신기(150)는 앞서 설명한 다양한 실시 형태의 방법을 수행할 수 있다.

수신기(100) 및 송신기(150) 각각의 프로세서(120, 170)는 각각 수신기(100) 및 송신기(150)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(120, 170)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리(130, 180)들과 연결될 수 있다. 메모리(130, 180)는 프로세서(120, 170)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

본 발명의 프로세서(120, 170)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(120, 170)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시 예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(120, 170)에 구비될 수 있다.

한편, 상술한 방법은, 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 코드를 포함하는 저장 디바이스를 설명하기 위해 사용될 수 있는 프로그램 저장 디바이스들은, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함한다.

본원 발명의 실시 예 들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

1. 무선 통신 시스템에서 송신기가 수신기로 파일럿 시퀀스를 전송하는 방법에 있어서,
   일정한 간격으로 배치된 주파수축 상의 파일럿 신호들에 대하여, 상기 주파수축 상 파일럿 신호들의 시간축 상 위상을 순차적으로 변경하는 원형시프트(Circular Shift)를 수행하여 복수의 파일럿 시퀀스들을 생성하는 단계; 및
   상기 복수의 파일럿 시퀀스들 중 하나의 파일럿 시퀀스를 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하고,
   상기 복수의 파일럿 시퀀스들은 각각 상기 수신기에 전송될 서로 다른 추가적인 정보를 위한 것이며,
   상기 전송된 하나의 파일럿 시퀀스의 변경된 시간축 상 위상은, 상기 수신기가 상기 전송된 하나의 파일럿 시퀀스에 대해 주파수축 상의 오버샘플링을 통해 계산하는 원형시프트 값에 대응되는,
   파일럿 시퀀스 전송 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 원형시프트를 수행하여 복수의 파일럿 시퀀스들을 생성하는 단계는, 상기 주파수축 상 파일럿 신호들의 시간축 상 벡터에 대각 행렬을 곱함으로써 수행되며,
   상기 대각 행렬은 상기 주파수축 상 파일럿 신호들의 시간축 상 위상을 각각 변경시키는 것인, 파일럿 시퀀스 전송 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 원형시프트를 수행하여 복수의 파일럿 시퀀스들을 생성하는 단계는, 상기 주파수축 상 파일럿 신호들의 변경되는 시간축 상 위상에 기초하여 분수 단위로 원형시프트를 수행하여 파일럿 시퀀스들을 생성하는 것인, 파일럿 시퀀스 전송 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 파일럿 시퀀스들 중, 제1파일럿 시퀀스 및 제2파일럿 시퀀스를 포함하는 시퀀스 셋(Sequence Set)을 생성하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 제1파일럿 시퀀스의 원형시프트 값과 상기 제2파일럿 시퀀스의 원형시프트 값의 차이가 최대가 되도록 하는, 파일럿 시퀀스 전송 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 주파수축 상 파일럿 신호들은 추-시퀀스(Chu-sequence)를 포함하는 것인, 파일럿 시퀀스 전송 방법.
7. 무선 통신 시스템에서 수신기가 송신기로부터 수신된 파일럿 시퀀스를 식별하는 방법에 있어서,
   송신기로부터 복수의 파일럿 신호들로 구성되는 파일럿 시퀀스를 수신하는 단계;
   상기 송신기가 수행한 원형시프트(Circular Shift)에 의해 변경된 시간축 상 위상에 기초하여, 상기 수신된 파일럿 시퀀스에 대한 주파수축 상의 오버샘플링을 통해 원형시프트 값을 계산하는 단계; 및
   상기 원형시프트 값에 기초하여 상기 수신된 파일럿 시퀀스가 나타내는 추가적인 정보를 획득하는 단계를 포함하고,
   상기 수신된 파일럿 시퀀스는 상기 송신기가 수행한 원형시프트에 의해 생성된 복수의 파일럿 시퀀스들 중 어느 하나이며, 상기 복수의 파일럿 시퀀스들은 각각 상기 송신기가 전송하는 서로 다른 추가적인 정보를 위한 것인, 파일럿 시퀀스 식별 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 원형시프트 값을 계산하는 단계는,
    상기 수신된 파일럿 시퀀스를 제로 패딩(zero padding)하는 단계; 및
    상기 제로 패딩된 결과에 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬을 곱하는 단계를 포함하는 것인, 파일럿 시퀀스 식별 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 원형시프트 값을 계산하는 단계는,
    주파수축 상의 복수의 서브캐리어들을 둘 이상의 서브캐리어 그룹으로 분리하는 단계;
    상기 오버샘플링을 통해 확장된 상기 수신된 파일럿 시퀀스의 원형시프트 값에 대응하는 원형시프트 값과 관련된 서브캐리어 그룹을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 서브캐리어 그룹의 값을 상기 수신된 파일럿 시퀀스의 원형시프트 값으로 결정하는 단계를 포함하는 것인, 파일럿 시퀀스 식별 방법.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 원형시프트 값은 분수 값인 것인, 파일럿 시퀀스 식별 방법.
14. 무선 통신 시스템에서 수신기로 파일럿 시퀀스를 전송하는 송신기에 있어서,
    송신부;
    수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    일정한 간격으로 배치된 주파수축 상의 파일럿 신호들에 대하여, 상기 주파수축 상 파일럿 신호들의 시간축 상 위상을 순차적으로 변경하는 원형시프트(Circular shift)를 수행하여 복수의 파일럿 시퀀스들을 생성하고,
    상기 복수의 파일럿 시퀀스들 중 하나의 파일럿 시퀀스를 상기 수신기로 전송하도록 상기 송신부를 제어하며,
    상기 복수의 파일럿 시퀀스들은 각각 상기 수신기에 전송될 서로 다른 추가적인 정보를 위한 것이며,
    상기 전송된 하나의 파일럿 시퀀스의 변경된 시간축 상 위상은, 상기 수신기가 상기 전송된 하나의 파일럿 시퀀스에 대해 주파수축 상의 오버샘플링을 통해 계산하는 원형시프트 값에 대응되는,
    송신기.
15. 무선 통신 시스템에서 송신기로부터 수신된 파일럿 시퀀스를 식별하는 수신기에 있어서,
    송신부;
    수신부; 및
    상기 송신부 및 상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는,
    송신기로부터 복수의 파일럿 신호들로 구성되는 파일럿 시퀀스를 수신하도록 상기 수신부를 제어하고,
    상기 송신기가 수행한 원형시프트(Circular Shift)에 의해 변경된 시간축 상 위상에 기초하여, 상기 수신된 파일럿 시퀀스에 대한 주파수축 상의 오버샘플링을 통해 원형시프트 값을 계산하고,
    상기 원형시프트 값에 기초하여 상기 수신된 파일럿 시퀀스가 나타내는 추가적인 정보를 획득하며,
    상기 수신된 파일럿 시퀀스는 상기 송신기가 수행한 원형시프트에 의해 생성된 복수의 파일럿 시퀀스들 중 어느 하나이고, 상기 복수의 파일럿 시퀀스들은 각각 상기 송신기가 전송하는 서로 다른 추가적인 정보를 위한 것인, 수신기.

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