KR20150118897A - 무선랜 디바이스의 빔포밍 피드백 방법 - Google Patents

무선랜 디바이스의 빔포밍 피드백 방법 Download PDF

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Abstract

무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서, 빔포밍 데이터의 전송 예정인 송신 디바이스로부터 제1 프레임을 수신하는 단계, 상기 제1 프레임을 기초로 정방향 채널을 추정하는 단계, 상기 정방향 채널로부터 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계, 그리고 상기 송신 디바이스로 상기 빔포밍 피드백 행렬을 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.

Description

무선랜 디바이스의 빔포밍 피드백 방법{METHOD FOR BEAMFORMING FEEDBACK BY WIRELESS LOCAL AREA NETWORK DEVICE}
본 발명은 빔포밍 피드백 방법에 관한 것으로, 특히 무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)(앞으로 "무선랜"이라 함)에서의 빔포밍 피드백 방법에 관한 것이다.
무선랜은 IEEE 파트 11에서 "Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications"의 이름으로 표준화가 진행되고 있다. 1999년에 2.4 GHz 밴드를 지원하는 IEEE 802.11a 표준(IEEE Std 802.11a-1999)이 공개되고, 2003년에 5 GHz 밴드를 지원하는 IEEE 802.11g 표준(IEEE Std 802.11g-2003)이 공개되었으며, 이들 표준을 레거시(legacy)라 한다. 이어서, 높은 수율(higher throughput, HT) 향상을 위한 IEEE 802.11n 표준(IEEE Std 802.11n-2009)이 2009년에 공개되었고, 매우 높은 수율(very high throughput, VHT) 향상을 위한 IEEE 802.11ac 표준(IEEE 802.11ac-2013)이 2013년에 공개되었다. 현재 IEEE 802.11ax 태스크 그룹에서는 고밀도 환경에서의 시스템 수율을 향상시킬 수 있는 고효율 무선랜(high efficiency WLAN, HEW)을 개발하고 있다.
단일사용자-다중입출력(Single User-Multiple Input and Multiple Output, SU-MIM0)와 다중사용자-다중입출력(Multiple User-Multiple Input and Multiple Output, MU-MIMO)은 IEEE 802.11ac 표준에서 도입되었다. SU-MIMO는 송신단에 채널 피드백 기반의 전송 빔포밍(Transmit beamforming)을 활용하여 동일한 채널 환경에서도 좀더 높은 전송률을 얻는 방식이다. MU-MIMO는 한 AP(access point)가 복수의 단말에게 다수의 프레임들을 동일 채널에서 동시 전송하는 기술로써, 피드백 기반의 전송 빔포밍을 이용하여 복수의 단말에 동시 전송할 수 있다. 전송 빔포밍과 하향링크 MU-MIMO는 단말로 전송하는 신호에 적용되는 빔포밍 정보, 즉 조향 행렬(steering matrix)을 계산하기 위해 채널 상태 정보(channel state information)가 필요하다. AP는 사운딩 프로토콜(sounding protocol)의 명시적(explicit) 피드백 메커니즘을 통해 단말로부터 채널 상태 정보를 수신할 수 있다. AP가 단말에게 트레이닝 심볼을 포함하는 사운딩 프레임을 전송하면, 단말은 트레이닝 심볼을 기초로 추정한 채널 정보를 양자화(quantizing)하여 피드백한다. 단말이 압축 빔포밍(Compressed Beamforming, CB) 프레임을 전송하면, AP는 단말로부터 수신한 피드백 정보를 기초로 빔포밍한다.
이와 같이, 피드백 프레임은 데이터 전송 신호를 최적화하기 위해 데이터 전송 전에 교환된다. 그런데, 피드백 정보가 양자화를 거치면서 데이터량이 상당히 늘어나고, 경우에 따라서 피드백 정보의 크기가 MAC 데이터(MAC Protocol Data Unit, MPDU) 크기를 초과할 수 있다. 결국, 피드백 프레임의 오버헤드로 인해 데이터 프레임 전에 상당한 시간이 소요된다. 따라서 채널 변화가 크거나 전송 데이터가 많지 않은 경우, 빔포밍 효율이 낮아지는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선랜 디바이스의 빔포밍 피드백 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서, 빔포밍 데이터의 전송 예정인 송신 디바이스로부터 제1 프레임을 수신하는 단계, 상기 제1 프레임을 기초로 정방향 채널을 추정하는 단계, 상기 정방향 채널로부터 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계, 그리고 상기 송신 디바이스로 상기 빔포밍 피드백 행렬을 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계를 포함한다.
상기 제2 프레임을 전송하는 단계는 상기 빔포밍 피드백 행렬을 상기 제2 프레임의 피드백 필드에 삽입하고, 상기 피드백 필드는 상기 제2 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2 프레임을 전송하는 단계는 상기 트레이닝 필드와 상기 피드백 필드의 정보를 각 안테나의 부반송파에 실어 전송할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 부반송파의 신호대 잡음비 정보를 상기 제2 프레임의 시그널 필드 또는 데이터 필드에 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 상기 제1 프레임 수신 전에, 상기 송신 디바이스로부터 상기 제1 프레임 전송을 알리는 알림 프레임을 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 알림 프레임은 빔포밍 피드백 행렬 전송을 요청하는 지시자를 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 행렬은 유니터리 행렬(unitary matrix)이고, 상기 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계는 상기 정방향 채널을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 상기 유니터리 행렬을 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서, 빔포밍 데이터의 수신 예정인 수신 디바이스로 제1 프레임을 전송하는 단계, 상기 수신 디바이스로부터 아날로그 피드백 정보를 포함하는 제2 프레임을 수신하는 단계, 상기 제2 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계, 그리고 상기 역방향 채널을 등화하여 상기 제2 프레임에서 상기 아날로그 피드백 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
상기 아날로그 피드백 정보는 상기 제2 프레임의 피드백 필드에 포함되고, 상기 피드백 필드는 상기 제2 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치할 수 있다.
상기 아날로그 피드백 정보를 추출하는 단계는 수신 신호 중 상기 피드백 필드에 관계된 신호에서 상기 역방향 채널을 등화하여 상기 아날로그 피드백 정보를 계산할 수 있다.
상기 아날로그 피드백 정보는 빔포밍 피드백 행렬일 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 추출한 빔포밍 피드백 행렬을 이용하여 데이터 프레임을 빔포밍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 아날로그 피드백 정보는 상기 수신 디바이스가 추정한 정방향 채널 행렬일 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 추출한 정방향 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계, 그리고 상기 빔포밍 피드백 행렬을 이용하여 데이터 프레임을 빔포밍하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 상기 제1 프레임 전송 전에, 상기 수신 디바이스로 상기 제1 프레임 전송을 알리는 알림 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하고, 상기 알림 프레임은 피드백 모드 지시자를 포함하며, 상기 제2 프레임은 상기 피드백 모드 지시자에 해당하는 아날로그 피드백 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서, 수신 디바이스로 피드백 모드를 알려주는 NDPA(Null Data Packet Announcement) 프레임을 전송하는 단계, 상기 수신 디바이스로 NDS(Null Data Packet) 프레임을 전송하는 단계, 그리고 상기 피드백 모드에 따라 생성된 피드백 정보를 포함하는 피드백 프레임을 수신하는 단계를 포함한다.
상기 피드백 모드는 채널을 각도 정보로 양자화하여 피드백하는 제1 모드, 빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 제2 모드 그리고 추정한 채널 행렬을 피드백하는 제3 모드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 NDPA 프레임이 상기 제2 모드를 지시하는 경우, 상기 피드백 프레임은 피드백 필드에 빔포밍 피드백 행렬을 포함하고, 상기 피드백 필드는 상기 피드백 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 상기 피드백 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계, 그리고 상기 역방향 채널을 등화하여 상기 피드백 프레임에서 상기 빔포밍 피드백 행렬을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 NDPA 프레임이 상기 제3 모드를 지시하는 경우, 상기 피드백 프레임은 피드백 필드에 상기 수신 디바이스에서 추정된 정방향 채널 행렬을 포함하고, 상기 피드백 필드는 상기 피드백 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치할 수 있다.
상기 빔포밍 피드백 방법은 상기 피드백 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계, 상기 역방향 채널을 등화하여 상기 피드백 프레임에서 상기 정방향 채널 행렬을 추출하는 단계, 그리고 추출한 정방향 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 빔포밍 피드백 행렬을 아날로그 데이터로 전송하여 양자화에 의한 오버헤드를 줄일 수 있고, 빔포밍 효율을 높일 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면 종래 피드백 프레임의 오버헤드 부담으로 빔포밍을 사용하지 못한 상황에서도 적용될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면 채널 상태나 전송 데이터 크기 등에 따라 다양한 피드백 방식 중에서 최적의 피드백 방식을 선택할 수 있다.
도 1은 무선랜 디바이스의 구조를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 무선랜에서의 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 무선랜에서의 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 4는 프레임간 간격(interframe space, IFS) 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 단일사용자-빔포밍(Single User-BeamForming, SU-BF)의 프레임 교환의 예시이다.
도 6은 다중사용자-빔포밍(Multiple User-BeamForming, MU-BF)의 프레임 교환의 예시이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 피드백 방법을 설명하는 예시 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 피드백 방법을 설명하는 예시 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 추정 채널 행렬을 피드백하는 방법의 흐름도이다.
도 11은 무선랜에서의 NDPA MAC 프레임을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
무선 근거리 통신망(wireless local area network, WLAN)(앞으로 "무선랜"이라 함)에서 기본 서비스 세트(basic service set, BSS)는 복수의 무선랜 디바이스를 포함한다. 무선랜 디바이스는 IEEE(institute of electrical and electronics engineers) 802.11 표준에 따른 매체 접근 제어(medium access control, MAC) 계층과 물리(physical, PHY) 계층 등을 포함할 수 있다. 복수의 무선랜 디바이스 중 적어도 하나의 무선랜 디바이스는 액세스 포인트(access point, AP)이고, 나머지 무선랜 디바이스는 non-AP 스테이션(non-AP station, non-AP STA)일 수 있다. 혹은 에드 혹(Ad-hoc) 네트워킹에서, 복수의 무선랜 디바이스는 모두 non-AP 스테이션일 수 있다. 통상, 스테이션(STA)은 액세스 포인트(AP) 및 non-AP 스테이션을 통칭하는 경우로도 사용되나, 편의상 non-AP 스테이션을 스테이션(station, STA) 이라고 약칭하기도 한다.
도 1은 무선랜 디바이스의 구조를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 1을 참고하면 무선랜 디바이스(1)는 베이스밴드 프로세서(10), 라디오 주파수(radio frequency, RF) 트랜시버(20), 안테나부(30), 메모리(40), 입력 인터페이스 유닛(50), 출력 인터페이스 유닛(60) 및 버스(70)를 포함한다.
베이스밴드 프로세서(10)는 본 명세서에서 기재된 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하며, MAC 프로세서(11), PHY 프로세서(15)를 포함한다.
일 실시예에서, MAC 프로세서(11)는 MAC 소프트웨어 처리부(12)와 MAC 하드웨어 처리부(13)를 포함할 수 있다. 이때, 메모리(40)는 MAC 계층의 일부 기능을 포함하는 소프트웨어(앞으로 "MAC 소프트웨어"라 한다)를 포함하고, MAC 소프트웨어 처리부(12)는 이 MAC 소프트웨어를 구동하여 MAC의 일부 기능을 구현하고, MAC 하드웨어 처리부(13)는 MAC 계층의 나머지 기능을 하드웨어(앞으로 "MAC 하드웨어"라 한다)로서 구현할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
PHY 프로세서(15)는 송신 신호 처리부(100)와 수신 신호 처리부(200)를 포함한다.
베이스밴드 프로세서(10), 메모리(40), 입력 인터페이스 유닛(50) 및 출력 인터페이스 유닛(60)은 버스(70)를 통해서 서로 통신할 수 있다.
RF 트랜시버(20)는 RF 송신기(21)와 RF 수신기(22)를 포함한다.
메모리(40)는 MAC 소프트웨어 이외에도 운영 체제(operating system), 애플리케이션(application) 등을 저장할 수 있으며, 입력 인터페이스 유닛(50)은 사용자로부터 정보를 획득하고, 출력 인터페이스 유닛(60)은 사용자에게 정보를 출력한다.
안테나부(30)는 하나 이상의 안테나를 포함한다. 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple-output, MIMO) 또는 다중 사용자 MIMO(multi-user MIMO, MU-MIMO)를 사용하는 경우, 안테나부(30)는 복수의 안테나를 포함할 수 있다.
도 2는 무선랜에서의 송신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2를 참고하면, 송신 신호 처리부(100)는 인코더(110), 인터리버(120), 매퍼(130), 역 푸리에 변환기(140), 보호 구간(guard interval, GI) 삽입기(150)를 포함한다.
인코더(110)는 입력 데이터를 부호화하며, 예를 들면 순방향 오류 수정(forward error correction, FEC) 인코더일 수 있다. FEC 인코더는 이진 컨볼루션 코드(binary convolutional code, BCC) 인코더를 포함할 수 있는데, 이 경우 천공(puncturing) 장치가 이에 포함될 수 있다. 또는 FEC 인코더는 저밀도 패리티 검사(low-density parity-check, LDPC) 인코더를 포함할 수 있다.
송신 신호 처리부(100)는 0 또는 1의 긴 동일 시퀀스가 발생되는 확률을 줄이기 위해서 입력 데이터를 부호화하기 앞서 스크램블하는 스크램블러(scrambler)를 더 포함할 수 있다. 인코더(110)로서 복수의 BCC 인코더가 사용되면, 송신 신호 처리부(100)는 스크램블된 비트를 복수의 BCC 인코더로 역다중화하기 위한 인코더 파서(encoder parser)를 더 포함할 수 있다. 인코더(110)로서 LDPC 인코더가 사용되는 경우, 송신 신호 처리부(100)는 인코더 파서를 사용하지 않을 수 있다.
인터리버(120)는 인코더(110)에서 출력되는 스트림의 비트들을 인터리빙하여 순서를 변경한다. 인터리빙은 인코더(110)로서 BCC 인코더가 사용될 때만 적용될 수도 있다. 매퍼(130)는 인터리버(120)에서 출력되는 비트열을 성상점(constellation points)에 매핑한다. 인코더(110)로서 LDPC 인코더가 사용되는 경우, 매퍼(130)는 성상점 매핑 외에 LDPC 톤 매핑(LDPC tone mapping)을 더 수행할 수 있다.
SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 송신 신호 처리부(100)는 공간 스트림(spatial stream)의 개수(NSS)에 해당하는 복수의 인터리버(120)와 복수의 매퍼(130)를 사용할 수 있다. 이때, 송신 신호 처리부(100)는 복수의 BCC 인코더 또는 LDPC 인코더의 출력을 서로 다른 인터리버(120) 또는 매퍼(130)로 제공될 복수의 블록으로 분할하는 스트림 파서를 더 포함할 수 있다. 또한 송신 신호 처리부(100)는 성상점을 NSS개의 공간 스트림으로부터 NSTS개의 시공간(space-time) 스트림으로 확산하는 시공간 블록 코드(space-time block code, STBC) 인코더와 시공간 스트림을 전송 체인(transmit chains)으로 매핑하는 공간 매퍼를 더 포함할 수 있다. 공간 매퍼는 직접 매핑(direct mapping), 공간 확산(spatial expansion), 빔포밍(beamforming) 등의 방법을 사용할 수 있다.
역 푸리에 변환기(140)는 역 이산 푸리에 변환(inverse discrete Fourier transform, IDFT) 또는 역 고속 푸리에 변환(inverse fast Fourier transform, IFFT)을 사용하여 매퍼(130) 또는 공간 매퍼에서 출력되는 성상점 블록을 시간 영역 블록, 즉 심볼로 변환한다. STBC 인코더와 공간 매퍼를 사용하는 경우, 역 푸리에 변환기(140)는 전송 체인별로 제공될 수 있다.
SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 송신 신호 처리부는 의도하지 않은 빔포밍을 방지하기 위해서 역 푸리에 변환 전 또는 후에 사이클릭 시프트 다이버시티(cyclic shift diversity, CSD)를 삽입할 수 있다. CSD는 전송 체인마다 특정되거나 시공간 스트림마다 특정될 수 있다. 또는 CSD는 공간 매퍼의 일부로서 적용될 수도 있다.
또한 MU-MIMO를 사용하는 경우, 공간 매퍼 전의 일부 블록은 사용자별로 제공될 수도 있다.
GI 삽입기(150)는 심볼의 앞에 GI를 삽입한다. 송신 신호 처리부(100)는 GI를 삽입한 후에 심볼의 에지를 부드럽게 윈도우잉(windowing)할 수 있다. RF 송신기(21)는 심볼을 RF 신호로 변환해서 안테나를 통해 송신한다. SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, GI 삽입기(150)와 RF 송신기(21)는 전송 체인별로 제공될 수 있다.
도 3은 무선랜에서의 수신 신호 처리부를 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 3을 참고하면, 수신 신호 처리부(200)는 GI 제거기(220), 푸리에 변환기(230), 디매퍼(240), 디인터리버(250) 및 디코더(260)를 포함한다.
RF 수신기(22)는 안테나를 통해 RF 신호를 수신하여서 심볼로 변환하고, GI 제거기(220)는 심볼에서 GI를 제거한다. SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, RF 수신기(22)와 GI 제거기(220)는 수신 체인별로 제공될 수 있다.
푸리에 변환기(230)는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform, DFT) 또는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 사용하여 심볼, 즉 시간 영역 블록을 주파수 영역의 성상점으로 변환한다. 푸리에 변환기(230)는 수신 체인별로 제공될 수 있다.
SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 푸리에 변환된 수신 체인을 시공간 스트림의 성상점으로 변환하는 공간 디매퍼(spatial demapper)와 성상점을 시공간 스트림으로부터 공간 스트림으로 역확산하는 STBC 디코더를 포함할 수 있다.
디매퍼(240)는 푸리에 변환기(230) 또는 STBC 디코더에서 출력되는 성상점 블록을 비트 스트림으로 디매핑한다. 수신 신호가 LDPC 인코딩된 경우, 디매퍼(240)는 성상점 디매핑 전에 LDPC 톤 디매핑(LDPC tone demapping)을 더 수행할 수 있다. 디인터리버(250)는 디매퍼(240)에서 출력되는 스트림의 비트들을 디인터리빙한다. 디인터리빙은 수신 신호가 BCC 인코딩된 경우에만 적용될 수 있다.
SU-MIMO 또는 MU-MIMO를 사용하는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 공간 스트림의 개수에 해당하는 복수의 디매퍼(240)와 복수의 디인터리버(250)를 사용할 수 있다. 이때, 수신 신호 처리부(200)는 복수의 디인터리버(250)에서 출력되는 스트림을 결합하는 스트림 디파서(stream deparser)를 더 포함할 수 있다.
디코더(260)는 디인터리버(250) 또는 스트림 디파서에서 출력되는 스트림을 복호화하며, 예를 들면 FEC 디코더일 수 있다. FEC 디코더는 BCC 디코더 또는 LDPC 디코더를 포함할 수 있다. 수신 신호 처리부(200)는 디코더(260)에서 복호된 데이터를 디스크램블하는 디스크램블러를 더 포함할 수 있다. 디코더(260)로서 복수의 BCC 디코더가 사용되는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 디코딩된 데이터를 다중화하기 위한 인코더 디파서(encoder deparser)를 더 포함할 수 있다. 디코더(260)로서 LDPC 디코더가 사용되는 경우, 수신 신호 처리부(200)는 인코더 디파서를 사용하지 않을 수 있다.
도 4는 프레임간 간격(interframe space, IFS) 관계를 보여주는 도면이다.
무선랜 디바이스들 사이에서 데이터 프레임(data frame), 제어 프레임(control frame), 관리 프레임(management frame)이 교환될 수 있다.
데이터 프레임은 상위 레이어에 포워드되는 데이터의 전송을 위해 사용되는 프레임이며, 매체가 idle이 된 때로부터 DIFS(distributed coordination function IFS) 경과 후 백오프 수행 후 전송된다. 관리 프레임은 상위 레이어에 포워드되지 않는 관리 정보의 교환을 위해 사용되는 프레임으로서, DIFS 또는 PIFS(point coordination function IFS)와 같은 IFS 경과 후 백오프 수행 후 전송된다. 관리 프레임의 서브타입 프레임으로 Beacon, Association request/response, probe request/response, authentication request/response 등이 있다. 제어 프레임은 매체에 액세스를 제어하기 위하여 사용되는 프레임이다. 제어 프레임의 서브 타입 프레임으로 RTS, CTS, ACK 등이 있다. 제어 프레임은 다른 프레임의 응답 프레임이 아닌 경우 DIFS 경과 후 백오프 수행 후 전송되고, 다른 프레임의 응답 프레임인 경우 SIFS(short IFS) 경과 후 백오프 없이 전송된다. 프레임의 타입과 서브 타입은 프레임 제어 필드 내의 type 필드와 subtype 필드에 의해 식별될 수 있다.
한편, QoS (Quality of Service) STA은 프레임이 속하는 access category (AC)를 위한 AIFS(arbitration IFS), 즉 AIFS[AC] 경과 후 백오프 수행 후 프레임을 전송할 수 있다. 이때, AIFS[AC]가 사용될 수 있는 프레임은 데이터 프레임, 관리 프레임 및 응답 프레임이 아닌 제어 프레임이 될 수 있다.
도 5는 단일사용자-빔포밍(Single User-BeamForming, SU-BF)의 프레임 교환의 예시이고, 도 6은 다중사용자-빔포밍(Multiple User-BeamForming, MU-BF)의 프레임 교환의 예시이다
도 5와 도 6을 참고하면, 하향링크 MIMO 전송을 위해, 송신 디바이스(앞으로, "AP"라고 가정한다)는 수신 디바이스들(앞으로, "STA"라고 가정한다)의 채널 상태 정보를 알아야 한다. AP는 적어도 하나의 STA으로부터 채널 상태 정보를 획득하기 위해 사운딩 프로토콜을 시작한다.
도 5를 참고하면, AP가 STA으로 데이터를 전송할 예정이다. AP는 NDP(Null Data Packet) 프레임을 전송하기 전에, NDP 알림(NDP Announcement, NDPA) 프레임을 전송하면서 사운딩 프로토콜을 시작한다. NDPA 프레임과 NDP 프레임은 사운딩 프레임이다. NDP 프레임은 채널 추정을 위한 트레이닝 심볼을 포함한다.
NDP 프레임을 수신한 STA은 트레이닝 심볼을 기초로 추정한 채널 정보를 피드백 프레임에 실어 전송한다.
AP는 피드백 프레임으로부터 획득한 빔포밍 피드백 행렬(beamforming feedback matrix,
Figure pat00001
)을 기초로 조향 행렬(steering matrix,
Figure pat00002
)을 계산한다. AP는 조향 행렬을 기초로 데이터 프레임을 전송하고, STA으로부터 ACK 프레임을 수신한다.
도 6을 참고하면, AP가 STA1과 STA2로 데이터를 전송할 예정이다. 데이터 전송 전에, AP는 NDPA 프레임과 NDP 프레임을 전송한다. AP는 NDPA 프레임을 이용해 NDP 프레임 전송 후 응답을 보내야 하는 응답자를 지정할 수 있다. 첫 번째 응답자로 지정된 STA1은 NDP 프레임을 수신한 후, 피드백 프레임을 전송한다. AP는 나머지 STA2에게 명시적으로 빔포밍 리포트 폴(Beamforming Report Poll) 프레임을 전송하고, STA2로부터 피드백 프레임을 수신한다.
AP는 피드백 프레임들의 정보를 기초로 조향 행렬을 계산하고, 다중 사용자를 위해 빔포밍한 데이터 프레임을 전송한다. 그리고 AP는 각 STA으로부터 ACK 프레임을 수신한다.
IEEE 802.11ac 표준에 따르면, 피드백 프레임은 압축 빔포밍(Compressed Beamforming, CB) 프레임이다. CB 프레임은 STA(u)이 부반송파(k)에 대해 전송하는 피드백 정보를 포함하는데, 피드백 정보는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00003
)을 각도[
Figure pat00004
]의 형태로 압축한(compressed) 정보다. 여기서, 각도[
Figure pat00005
]는 약속된 방법으로 양자화된다. AP는 양자화된 각도를 수신하고, 수신 각도로부터 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00006
)을 계산한다. AP는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00007
)을 이용하여 조향 행렬(
Figure pat00008
)를 계산한다.
이와 같이, CB 프레임은 각도 정보를 양자화하여 전송하는데, 양자화를 거치면서 데이터량이 상당히 늘어나고, 경우에 따라서 피드백 정보의 크기가 MAC 데이터(MPDU) 크기를 초과할 수 있다.
다음에서 종래의 CB 프레임의 오버헤드를 줄이는 아날로그 피드백 방법에 대해 설명한다. 여기서, 아날로그 피드백은 피드백 정보를 변조 및 코딩 기술(modulation and coding scheme, MCS)로 변조하여 전송하는 대신, 이진 데이터로 변환하지 않은 피드백 정보 값을 전송하는 것이다. 예를 들어, 피드백 정보가 복소수(a+jb)인 경우, CB 프레임과 같은 종래의 피드백 방법은 복소수를 이진 데이터로 변환하고, 이진 데이터를 성상점으로 매핑한 후, OFDM 심볼로 변조한다. 반면, 아날로그 피드백 방법은 복소수(a, b)를 OFDM 심볼로 변조한다. 따라서, 아날로그 피드백은 CB 피드백보다 에러 보정 성능이 낮아질 수 있으나, 오버헤드를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 피드백 방법을 설명하는 예시 도면이다.
도 7을 참고하면, 송신 디바이스(AP)가 정방향 채널(
Figure pat00009
)에서 NDP 프레임(300)을 전송한다. NDP 프레임(300)은 고효율 무선랜(High Efficient WLAN, HEW)의 프레임일 수 있다. NDP 프레임(300)은 레가시(Legacy) 규격과의 호환을 위한 레가시 파트(L-part)(310), HEW 쇼트 트레이닝 필드(HEW-STF)(320) 그리고 롱 트레이닝 필드(LTF)(330)를 포함한다.
레가시 파트(310)는 레가시 쇼트 트레이닝 필드(L-STF), 레가시 롱 트레이닝 필드(L-LTF), 레가시 시그널 필드(L-SIG), HEW 시그널 필드(HEW-SIG)를 포함할 수 있다.
HEW-STF(320)는 레가시 파트(310) 뒤에 위치하며, 자동 이득 제어(automatic gain control, AGC)에 사용된다.
LTF(330)는 채널 추정을 위한 트레이닝 심볼을 포함한다. LTF가 반복될 수 있다. 반복되는 LTF의 수는 전체 시공간 스트림 수에 관계되는데, 안테나 수에 따라 결정된다. 예를 들어, 송신 디바이스(AP)의 안테나 수가 2(m=2)라고 가정하면, NDP 프레임(300)은 LTF1과 LTF2를 포함한다.
어느 부반송파의 LTF 수열이 "1"이라면, 송신 디바이스(AP)의 제1안테나에서 전송되는 LTF1과 LTF2의 해당 부반송파 신호는 1, -1이고, 제2안테나에서 전송되는 LTF1과 LTF2의 해당 부반송파 신호는 1, 1이다. 이를 행렬로 나타내면 수학식 1과 같다. 수학식 1의 제1행(1, -1)은 제1안테나가 송신하는 LTF1과 LTF2를 나타내고, 수학식 1의 제2행(1, 1)은 제2 안테나가 송신하는 LTF1과 LTF2를 나타낸다.
Figure pat00010
수신 디바이스(STA)는 송신 신호(
Figure pat00011
)가 정방향 채널(
Figure pat00012
)을 통해 전송된 신호(
Figure pat00013
)를 수신한다. 정방향 채널(
Figure pat00014
)은 n x m 행렬로 표현되고, 2 x 2 MIMO 채널은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 수신 신호(
Figure pat00015
)는 수학식 3과 같다.
Figure pat00016
Figure pat00017
수신 디바이스(STA)는 수신 신호(
Figure pat00018
)로부터 부반송파별로 정방향 채널(
Figure pat00019
)을 추정한다. 수신 디바이스(STA)는 추정 채널(
Figure pat00020
)로부터 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00021
)을 계산한다. 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00022
)을 계산하는 방법은 다양할 수 있다. 여기서는 수학식 4와 같이 추정 채널(
Figure pat00023
)을 특이치 분해(singular value decomposition, SVD)하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00024
)을 계산하는 것으로 예시한다. 수학식 4에서,
Figure pat00025
와
Figure pat00026
는 유니터리 행렬(unitary matrix)이고,
Figure pat00027
는 대각 행렬(diagonal matrix)이다. 수신 디바이스(STA)는 추정 채널(
Figure pat00028
)의 특이치의 제곱을 계산하여 채널 이득을 구할 수 있다.
Figure pat00029
수신 디바이스(STA)는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00030
)을 피드백 프레임(400)에 실어 송신 디바이스(AP)로 전송한다. 이때, 수신 디바이스(STA)는 부반송파별로 획득한 모든 빔포밍 피드백 행렬을 전송한다.
피드백 프레임(400)은 레가시 파트(410), HEW 쇼트 트레이닝 필드(HEW-STF)(420), 롱 트레이닝 필드(LTF)(430), 피드백 필드(FB)(440) 그리고 데이터 필드(DATA)(450)를 포함한다.
레가시 파트(410)는 쇼트 트레이닝 필드(L-STF), 롱 트레이닝 필드(L-LTF), 시그널 필드(L-SIG), HEW 시그널 필드(HEW-SIG)를 포함할 수 있다.
LTF(430)는 채널 추정을 위한 트레이닝 심볼들을 포함하고, 안테나 수에 따라 LTF의 수가 결정된다. 예를 들어, 수신 디바이스(STA)의 안테나 수가 2(n=2)인 경우, 피드백 프레임(400)은 LTF1과 LTF2를 포함한다.
피드백 필드(440)는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00031
)을 포함한다. 피드백 필드(440)의 수는 수신 디바이스(STA)의 안테나 수에 따라 결정된다. 예를 들어, 피드백 프레임(400)은 FB1과 FB2를 포함할 수 있다. 어느 부반송파(k)에 대한 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00032
)을 피드백하는 경우, 수신 디바이스(STA)의 제1안테나에서 전송되는 FB1과 FB2의 해당 부반송파 신호는 v11, v12이고, 제2안테나에서 전송되는 FB1과 FB2의 해당 부반송파 신호는 v21, v22이다. 즉, 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00033
)은 이진 데이터 변환 및 데이터 변조를 거치지 않고, 아날로그 정보 그대로 OFDM 변조된다. 이때, 수신 디바이스(STA)는 도 2를 참고로 설명한 바와 같이, 모든 부반송파에 대한 IFFT를 거쳐 OFMD 심볼을 생성한다. 수신 디바이스(STA)는 OFDM 심볼 앞에 GI를 추가할 수 있다. GI는 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix, CP)로 형성될 수 있다.
수신 디바이스(STA)의 두 안테나가 어느 부반송파에서 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2는 수학식 5와 같다. 수학식 5의 제1행(1, -1, v11, v12)은 제1안테나가 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2를 나타내고, 수학식 5의 제2행(1, 1, v21, v22)은 제2안테나가 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2를 나타낸다.
Figure pat00034
수신 디바이스(STA)는 피드백 프레임(400)에 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보를 포함하여 전송한다. SU-BF의 경우, 수신 디바이스(STA)는 각 부반송파의 평균 SNR 정보를 전송할 수 있다. MU-BF의 경우, 수신 디바이스(STA)는 평균 SNR과 각 부반송파의 SNR과 평균치의 차이를 전송할 수 있다. SNR 정보는 피드백 프레임(400)의 시그널 필드 또는 데이터 필드에 삽입될 수 있다.
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)이 역방향 채널(
Figure pat00035
)을 통해 전송된 신호(
Figure pat00036
)를 수신한다. 2 x 2 MIMO의 역방향 채널(
Figure pat00037
)은 수학식 6과 같고, 송신 디바이스(AP)가 수신한 신호(
Figure pat00038
)는 수학식 7과 같다.
Figure pat00039
Figure pat00040
송신 디바이스(AP)는 수신 신호(
Figure pat00041
)의 제1열과 제2열로부터 역방향 채널(
Figure pat00042
)을 구한다. 즉, 송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)의 LTF1과 LTF2로부터 채널 추정한다. 송신 디바이스(AP)는 역방향 채널(
Figure pat00043
)의 역행렬과 수신 신호(
Figure pat00044
)의 제3열과 제4열을 이용하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00045
)을 구한다. 즉, 송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)의 FB1과 FB2에서 역방향 채널(
Figure pat00046
)의 영향을 제거하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00047
)을 구한다.
이와 같이, 수신 디바이스(STA)가 송신 디바이스(AP)에서 빔포밍을 위해 사용하는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00048
)을 피드백하는 방법을 유니터리 피드백 방법 또는 V 피드백 방법이라고 부를 수 있다. 이때, 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00049
)은 양자화를 거치지 않은 값이므로 종래의 CB 프레임에 비해 오버헤드가 적다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔포밍 피드백 방법을 설명하는 예시도면이다.
도 8을 참고하면, 송신 디바이스(AP)가 도 7과 같이, 정방향 채널(
Figure pat00050
)에서 NDP 프레임(300)을 전송한다. 송신 디바이스(AP)의 두 안테나가 송신하는 LTF1과 LTF2는 수학식 1과 같다고 가정한다.
수신 디바이스(STA)는 송신 신호(
Figure pat00051
)가 정방향 채널(
Figure pat00052
)을 통해 전송된 신호(
Figure pat00053
)를 수신한다.
수신 디바이스(STA)는 수신 신호(
Figure pat00054
)로부터 부반송파별 정방향 채널(
Figure pat00055
)을 추정한다. 추정 채널(
Figure pat00056
)은 수신측의 잡음(n)을 포함한다. 예를 들면, 정방향 채널(
Figure pat00057
)은 수학식 2와 같고, 수신 신호(
Figure pat00058
)는 수학식 3과 같다.
수신 디바이스(STA)는 추정 채널(
Figure pat00059
)을 피드백 프레임(400)에 실어 송신 디바이스(AP)로 전송한다. 수신 디바이스(STA)는 추정 채널(
Figure pat00060
)을 정규화(normalized)하여 전송할 수 있다.
피드백 프레임(400)의 피드백 필드(440)는 추정 채널(
Figure pat00061
)을 포함한다. 예를 들어, 수신 디바이스(STA)의 안테나 수가 2(n=2)인 경우, 피드백 프레임(400)은 FB1과 FB2를 포함한다. 어느 부반송파(k)에 대한 채널 행렬(
Figure pat00062
)을 피드백하는 경우, 수신 디바이스(STA)의 제1안테나에서 전송되는 FB1과 FB2의 해당 부반송파 신호는 h11, h12이고, 제2안테나에서 전송되는 FB1과 FB2의 해당 부반송파 신호는 h21, h22이다. 즉, 추정 채널(
Figure pat00063
)은 이진 데이터 변환 및 데이터 변조를 거치지 않고, 아날로그 정보 그대로 OFDM 변조된다.
수신 디바이스(STA)의 두 안테나가 어느 부반송파에서 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2는 수학식 8과 같다. 수학식 8의 제1행(1, -1, h11, h12)은 제1안테나가 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2를 나타내고, 수학식 5의 제2행(1, 1, h11, h12)은 제2안테나가 송신하는 LTF1, LTF2, FB1, FB2를 나타낸다.
Figure pat00064
수신 디바이스(STA)는 피드백 프레임(400)에 신호대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 정보를 포함하여 전송한다. SU-BF의 경우, 수신 디바이스(STA)는 각 부반송파의 평균 SNR 정보를 전송할 수 있다. MU-BF의 경우, 수신 디바이스(STA)는 평균 SNR과 각 부반송파의 SNR과 평균치의 차이를 전송할 수 있다. SNR 정보는 피드백 프레임(400)의 시그널 필드 또는 데이터 필드에 삽입될 수 있다.
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)이 역방향 채널(
Figure pat00065
)을 통해 전송된 신호(
Figure pat00066
)를 수신한다. 2 x 2 MIMO의 역방향 채널(
Figure pat00067
)은 수학식 6과 같고, 송신 디바이스(AP)가 수신한 신호(
Figure pat00068
)는 수학식 9과 같다.
Figure pat00069
송신 디바이스(AP)는 수신 신호(
Figure pat00070
)의 제1열과 제2열로부터 역방향 채널(
Figure pat00071
)을 구한다. 즉, 송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)의 LTF1과 LTF2로부터 역방향 채널을 추정한다. 송신 디바이스(AP)는 역방향 채널(
Figure pat00072
)의 역행렬과 수신 신호(
Figure pat00073
)의 제3열과 제4열을 이용하여 정방향 채널(
Figure pat00074
)을 추출한다. 즉, 송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임(400)의 FB1과 FB2로부터 역방향 채널(
Figure pat00075
)의 영향을 제거하여 정방향 채널(
Figure pat00076
)을 구한다. 송신 디바이스(AP)는 정방향 채널(
Figure pat00077
)을 특이치 분해하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00078
)을 계산한다.
이와 같이, 수신 디바이스(STA)가 추정 채널을 피드백하는 방법을 채널 피드백 방법 또는 H 피드백 방법이라고 부를 수 있다. 이때, 추정 채널은 양자화를 거치지 않은 값이므로 종래의 CB 프레임에 비해 오버헤드가 적다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 방법의 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 추정 채널 행렬을 피드백하는 방법의 흐름도이다.
도 9를 참고하면, 송신 디바이스(AP)는 NDPA 프레임을 전송한다(S110). NDPA 프레임은 피드백 모드를 알려주는 지시자(indication)를 포함할 수 있고, 예를 들면, V 피드백을 지시할 수 있다.
송신 디바이스(AP)는 채널 추정을 위한 트레이닝 심볼을 포함하는 NDP 프레임을 전송한다(S120).
수신 디바이스(STA)는 NDP 프레임의 트레이닝 심볼을 이용하여 정방향 채널을 추정한다(S130).
수신 디바이스(STA)는 추정 채널(
Figure pat00079
)로부터 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00080
)을 계산한다(S140). 수신 디바이스(STA)는 특이치 분해(SVD) 방법을 이용하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00081
)을 계산할 수 있다.
수신 디바이스(STA)는 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00082
)을 포함하는 피드백 프레임을 전송한다(S150). 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00083
)은 피드백 프레임(400)의 피드백 필드(440)에 설정된다. 피드백 필드의 수는 안테나의 수에 따라 결정된다. 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00084
)은 트레이닝 심볼들과 함께 복수의 안테나에서 전송된다. 이때, 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00085
)에 수신측 잡음(n)이 더해진 값(
Figure pat00086
)이 피드백 프레임에 삽입된다.
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임의 트레이닝 심볼을 이용하여 역방향 채널을 추정한다(S160).
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임의 피드백 필드에 관계된 신호에서 역방향 채널을 제거하여 빔포밍 피드백 행렬을 추출한다(S170). 피드백 프레임의 피드백 필드에서 수신된 신호[
Figure pat00087
]를 채널 등화하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00088
)을 추출한다. 추출된 빔포밍 피드백 행렬은 수신 디바이스(STA)측 잡음(n)과 송신 디바이스(AP)측 잡음(w)을 포함한다.
송신 디바이스(AP)는 추출한 빔포밍 피드백 행렬로 빔포밍한 데이터 프레임을 전송한다(S180).
도 10을 참고하면, 송신 디바이스(AP)는 NDPA 프레임을 전송한다(S210). NDPA 프레임은 피드백 모드를 알려주는 지시자를 포함할 수 있고, 예를 들면, H 피드백을 지시할 수 있다.
송신 디바이스(AP)는 채널 추정을 위한 트레이닝 심볼을 포함하는 NDP 프레임을 전송한다(S220).
수신 디바이스(STA)는 NDP 프레임의 트레이닝 심볼을 이용하여 정방향 채널을 추정한다(S230). 추정 채널(
Figure pat00089
)은 실제 채널(
Figure pat00090
)에 수신측 잡음(n)이 더해진다.
수신 디바이스(STA)는 추정한 정방향 채널(
Figure pat00091
)을 포함하는 피드백 프레임을 전송한다(S240). 추정 채널(
Figure pat00092
)은 피드백 프레임(400)의 피드백 필드(440)에 설정된다. 피드백 필드의 수는 안테나의 수에 따라 결정된다. 추정 채널(
Figure pat00093
)은 트레이닝 심볼들과 함께 복수의 안테나에서 전송된다.
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임의 트레이닝 심볼을 이용하여 역방향 채널을 추정한다(S250).
송신 디바이스(AP)는 피드백 프레임의 피드백 필드에 관계된 신호에서 역방향 채널을 제거하여 정방향 채널 행렬을 추출한다(S260). 피드백 프레임의 피드백 필드에서 수신된 신호[
Figure pat00094
]를 채널 등화하여 정방향 채널(
Figure pat00095
)을 추출한다. 추출된 정방향 채널은 수신 디바이스(STA)측 잡음(n)과 송신 디바이스(AP)측 잡음(w)을 포함한다.
송신 디바이스(AP)는 추출한 정방향 채널 행렬을 특이치 분해하여 빔포밍 피드백 행렬(
Figure pat00096
)을 계산한다(S270).
송신 디바이스(AP)는 빔포밍 피드백 행렬로 빔포밍한 데이터 프레임을 전송한다(S280).
도 11은 무선랜에서의 NDPA MAC 프레임을 나타내는 도면이다.
도 11을 참고하면, NDPA 프레임(500)은 프레임 제어(frame control) 필드, 기간(duration) 필드, 수신 주소(receiver address, RA) 필드, 송신 주소(transmitter address, TA) 필드, 사운딩 대화 토큰(sounding dialog token) 필드, 무선랜 디바이스들의 정보(STA info) 필드 그리고 FCS(frame check sequence) 필드를 포함한다.
피드백 모드를 알려주는 피드백 모드 지시자는 NDPA 프레임(500)의 지정된 적어도 하나의 비트에 설정될 수 있다. 무선랜 디바이스가, 예를 들어 3개의 피드백 모드를 지원하는 경우, 피드백 모드 지시자는 표 1과 같이 설정될 수 있다.
피드백 모드 값 의미
0 채널을 각도 정보로 양자화하여 피드백
1 빔포밍 피드백 행렬을 피드백(V 피드백)
2 추정 채널 행렬을 피드백(H 피드백)
수신 디바이스는 NDPA 프레임에서 지시한 피드백 모드에 따라 채널 정보를 피드백한다.
빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 방법(V 피드백)과 추정 채널 행렬을 피드백하는 방법(H 피드백)은 아날로그 피드백이다. 아날로그 피드백은 오버헤드를 줄여 빠른 시간에 피드백 정보를 전송할 수 있다. 따라서, 채널 변화가 빠른 경우나 빔포밍 전송할 데이터량이 적은 경우, 송신 디바이스는 피드백 정보 수신 시간을 줄이기 위해 아날로그 피드백 모드를 선택할 수 있다. 한편, 피드백 정보를 정확히 수신하는 것이 더 중요한 경우, 송신 디바이스는 채널 정보를 변조하여 전송하는 피드백 모드를 선택할 수 있다.
또한, 빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 방법(V 피드백)과 추정 채널 행렬을 피드백하는 방법(H 피드백)을 비교하면, V 피드백은 수신 디바이스(STA)측의 잡음이 더해진 신호를 특이치 분해(SVD)하고, H 피드백은 수신 디바이스(STA)측과 송신 디바이스(AP)측의 잡음이 더해진 신호를 특이치 분해(SVD)한다. 따라서, 낮은 SNR 환경에서 H 피드백이 적은 오류를 나타내고, 높은 SNR에서는 V 피드백이 적은 오류를 나타낼 수 있다. 이와 같이, 송신 디바이스는 채널 환경을 기초로 V 피드백이나 H 피드백을 선택할 수 있다.
도 1부터 도 11을 참고로 설명한 본 발명의 빔포밍 피드백 방법은 프로세서, 메모리 그리고 송수신기를 포함하는 무선랜 디바이스에서 수행된다. 무선랜 디바이스는 본 발명의 빔포밍 피드백 방법을 수행하기 위한 명령어(instructions)를 저장하고 있거나, 저장 장치로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하는 메모리, 그리고 메모리에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행하여 본 발명의 빔포밍 피드백 방법을 처리하는 프로세서, 그리고 프로세서에서 생성된 프레임을 송신하거나 무선 통신 네트워크를 통해 전송된 프레임을 수신하는 송수신기를 포함한다. 여기서, 프로세서는 도 1의 베이스밴드 프로세서(10)를 포함할 수 있고, 메모리는 도 1의 메모리(40)를 포함할 수 있으며, 송수신기는 도 1의 RF 트랜시버(20)와 안테나부(30)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하였지만, 이들 다양한 실시예는 반드시 단독으로 구현될 필요는 없고, 둘 이상의 실시예가 결합될 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서,
    빔포밍 데이터의 전송 예정인 송신 디바이스로부터 제1 프레임을 수신하는 단계,
    상기 제1 프레임을 기초로 정방향 채널을 추정하는 단계,
    상기 정방향 채널로부터 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계, 그리고
    상기 송신 디바이스로 상기 빔포밍 피드백 행렬을 포함하는 제2 프레임을 전송하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 프레임을 전송하는 단계는
    상기 빔포밍 피드백 행렬을 상기 제2 프레임의 피드백 필드에 삽입하고,
    상기 피드백 필드는 상기 제2 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치하는 빔포밍 피드백 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 프레임을 전송하는 단계는
    상기 트레이닝 필드와 상기 피드백 필드의 정보를 각 안테나의 부반송파에 실어 전송하는 빔포밍 피드백 방법.
  4. 제1항에서,
    부반송파의 신호대 잡음비 정보를 상기 제2 프레임의 시그널 필드 또는 데이터 필드에 삽입하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 프레임 수신 전에, 상기 송신 디바이스로부터 상기 제1 프레임 전송을 알리는 알림 프레임을 수신하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 알림 프레임은 빔포밍 피드백 행렬 전송을 요청하는 지시자를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 빔포밍 피드백 행렬은 유니터리 행렬(unitary matrix)이고,
    상기 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계는
    상기 정방향 채널을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 상기 유니터리 행렬을 계산하는 빔포밍 피드백 방법.
  7. 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서,
    빔포밍 데이터의 수신 예정인 수신 디바이스로 제1 프레임을 전송하는 단계,
    상기 수신 디바이스로부터 아날로그 피드백 정보를 포함하는 제2 프레임을 수신하는 단계,
    상기 제2 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계, 그리고
    상기 역방향 채널을 등화하여 상기 제2 프레임에서 상기 아날로그 피드백 정보를 추출하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 아날로그 피드백 정보는 상기 제2 프레임의 피드백 필드에 포함되고,
    상기 피드백 필드는 상기 제2 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치하는 빔포밍 피드백 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 아날로그 피드백 정보를 추출하는 단계는
    수신 신호 중 상기 피드백 필드에 관계된 신호에서 상기 역방향 채널을 등화하여 상기 아날로그 피드백 정보를 계산하는 빔포밍 피드백 방법.
  10. 제7항에서,
    상기 아날로그 피드백 정보는 빔포밍 피드백 행렬인 빔포밍 피드백 방법.
  11. 제10항에서,
    추출한 빔포밍 피드백 행렬을 이용하여 데이터 프레임을 빔포밍하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  12. 제7항에서,
    상기 아날로그 피드백 정보는 상기 수신 디바이스가 추정한 정방향 채널 행렬인 빔포밍 피드백 방법.
  13. 제12항에서,
    추출한 정방향 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계, 그리고
    상기 빔포밍 피드백 행렬을 이용하여 데이터 프레임을 빔포밍하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  14. 제7항에서,
    상기 제1 프레임 전송 전에, 상기 수신 디바이스로 상기 제1 프레임 전송을 알리는 알림 프레임을 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 알림 프레임은 피드백 모드 지시자를 포함하며,
    상기 제2 프레임은 상기 피드백 모드 지시자에 해당하는 아날로그 피드백 정보를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  15. 무선랜(wireless local area network)에서 디바이스의 빔포밍 피드백 방법으로서,
    수신 디바이스로 피드백 모드를 알려주는 NDPA(Null Data Packet Announcement) 프레임을 전송하는 단계,
    상기 수신 디바이스로 NDS(Null Data Packet) 프레임을 전송하는 단계, 그리고
    상기 피드백 모드에 따라 생성된 피드백 정보를 포함하는 피드백 프레임을 수신하는 단계
    를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 피드백 모드는
    채널을 각도 정보로 양자화하여 피드백하는 제1 모드, 빔포밍 피드백 행렬을 피드백하는 제2 모드 그리고 추정한 채널 행렬을 피드백하는 제3 모드 중 어느 하나를 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 NDPA 프레임이 상기 제2 모드를 지시하는 경우, 상기 피드백 프레임은 피드백 필드에 빔포밍 피드백 행렬을 포함하고,
    상기 피드백 필드는 상기 피드백 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치하는 빔포밍 피드백 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 피드백 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계, 그리고
    상기 역방향 채널을 등화하여 상기 피드백 프레임에서 상기 빔포밍 피드백 행렬을 추출하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
  19. 제16항에서,
    상기 NDPA 프레임이 상기 제3 모드를 지시하는 경우, 상기 피드백 프레임은 피드백 필드에 상기 수신 디바이스에서 추정된 정방향 채널 행렬을 포함하고,
    상기 피드백 필드는 상기 피드백 프레임의 트레이닝 필드와 데이터 필드 사이에 위치하는 빔포밍 피드백 방법.
  20. 제19항에서,
    상기 피드백 프레임을 기초로 역방향 채널을 추정하는 단계,
    상기 역방향 채널을 등화하여 상기 피드백 프레임에서 상기 정방향 채널 행렬을 추출하는 단계, 그리고
    추출한 정방향 채널 행렬을 특이치 분해(singular value decomposition)하여 빔포밍 피드백 행렬을 계산하는 단계
    를 더 포함하는 빔포밍 피드백 방법.
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