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WO2011105764A2 - 무선랜 시스템에서 센싱 결과 수신 방법 및 장치 - Google Patents

무선랜 시스템에서 센싱 결과 수신 방법 및 장치 Download PDF

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Publication number
WO2011105764A2
WO2011105764A2 PCT/KR2011/001203 KR2011001203W WO2011105764A2 WO 2011105764 A2 WO2011105764 A2 WO 2011105764A2 KR 2011001203 W KR2011001203 W KR 2011001203W WO 2011105764 A2 WO2011105764 A2 WO 2011105764A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensing
stations
frame
station
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2011/001203
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011105764A3 (ko
Inventor
전화숙
김은선
석용호
김병훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Electronics Inc
Original Assignee
LG Electronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Electronics Inc filed Critical LG Electronics Inc
Priority to US13/580,023 priority Critical patent/US8868090B2/en
Publication of WO2011105764A2 publication Critical patent/WO2011105764A2/ko
Publication of WO2011105764A3 publication Critical patent/WO2011105764A3/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks
    • H04W84/12—WLAN [Wireless Local Area Networks]

Definitions

  • the present invention relates to a wireless LAN system, and more particularly, to a method and apparatus for receiving a sensing result in a wireless LAN system.
  • IEEE 802.11a and b are described in 2.4. Using unlicensed band at GHz or 5 GHz, IEEE 802.11b provides a transmission rate of 11 Mbps and IEEE 802.11a provides a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11g applies orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) at 2.4 GHz to provide a transmission rate of 54 Mbps.
  • IEEE 802.11n applies multiple input multiple output OFDM (MIMO-OFDM) to provide a transmission rate of 300 Mbps for four spatial streams. IEEE 802.11n supports channel bandwidths up to 40 MHz, in this case providing a transmission rate of 600 Mbps.
  • Cognitive radio (CR) technology has been introduced to improve frequency usage efficiency by finding and using frequency bands allocated to specific telecommunications / broadcasting services (or operators) but not in use at specific times and in specific regions.
  • a network using such a CR technology is called a CR network, and the CR network should not affect the communication of primary users (PUs) allocated the corresponding bands. Therefore, the CR network must periodically perform in-band sensing to determine whether a PU exists in an in-band channel. In addition, if the PU signal is detected by the channel being used through in-band sensing, it must move to another empty channel as soon as possible so as not to disturb the communication of the corresponding PU.
  • TVWS TV whitespace
  • TVWS is a frequency assigned to broadcast TV, which includes the Ultra High Frequency (UHF) band and the very high frequency (VHF) band, and does not interfere with the communication of licensed devices operating in that frequency band.
  • UHF Ultra High Frequency
  • VHF very high frequency
  • the licensed device may be a device of a system that is being used in a licensed manner in that band, such as a TV, a wireless microphone, or the like.
  • the licensed device may be referred to as an incumbent user or primary user.
  • Unlicensed equipment operates under conditions that protect the licensed equipment.
  • An IEEE 802.11 TVWS terminal refers to an unlicensed device operating using an IEEE 802.11 media access control (MAC) and a physical layer (PHY) in the TVWS spectrum.
  • MAC media access control
  • PHY physical layer
  • Unlicensed devices that want to use TVWS should provide protection for licensed devices. Therefore, the unlicensed device must check whether the licensed device occupies the band before starting to transmit the signal in the TVWS.
  • the unlicensed device may perform spectrum sensing to determine whether the band is being used by the licensed device.
  • Spectrum sensing mechanisms include energy detection, feature detection, and the like.
  • the unlicensed device may determine that the licensed device is using the specific channel when the strength of the signal received on the specific channel is greater than or equal to a predetermined value or when the DTV preamble is detected. If it is determined that the licensed device is in use in a channel immediately adjacent to the channel currently being used, the unlicensed device should lower the transmission power.
  • the CR system should be designed so that in-band sensing can be performed efficiently.
  • the STA operating as an unlicensed device in the TVWS band should operate using only available channels to protect the licensed device, so that the sensing result must be efficiently reported to the AP.
  • An object of the present invention is to propose a channel structure that enables in-band sensing to be efficiently performed in TVWS.
  • An object of the present invention is to provide a sensing report method and apparatus for enabling an AP to efficiently receive a sensing result from an STA operating as an unlicensed device in a TVWS.
  • an unlicensed license is allowed to operate in an available channel not used by a licensed device in a TV White Space (TVWS) band.
  • the plurality of second stations may include a frame including a second element including a station selected to perform sensing and a reporting sequence bitmap (RSM) indicating a sensing result report order of the selected stations.
  • RSM reporting sequence bitmap
  • a measurement result including a sensing result performed at the time when the sensing is performed from each of the selected stations.
  • Frame determines whether the received (measurement report frame) to the sensing result according to the sequence reported sequence, and that the frame using the reported measurement by a licensed device using a channel wherein the first station is in use.
  • the first station may request a measurement request frame to request additional sensing. It may transmit to the plurality of second stations.
  • the measurement request frame may include a measurement type field indicating a type of a measurement request through the measurement request frame, and a measurement type field of the measurement request frame may be used for requesting further sensing by the measurement request frame. It can be set to a value indicating that.
  • the first station allocates a reporting sequence bitmap index (RSM index) to each of the plurality of second stations, and each of the plurality of second stations has its own among the reporting sequence bitmaps.
  • RSS index reporting sequence bitmap index
  • the first station may transmit a frame to the plurality of second stations, indicating that the data section starts.
  • the first station may transmit a frame indicating to move to a channel other than the channel being used to the plurality of second stations. have.
  • the measurement report frame may include information about the type of the detected signal.
  • the first element may further include information regarding a sensing period which is a time interval in which sensing is performed.
  • the sensing period may be determined by the first station according to the situation of the network.
  • the first station receives information on whether to perform sensing regardless of its listening interval from terminals operating in a power save mode among the plurality of second stations, and receives the received information.
  • stations of the plurality of second stations to perform sensing may be selected.
  • an unlicensed license is allowed to operate in an available channel that is not used by a licensed device in a TV White Space (TVWS) band.
  • a first station (STA) which acts as an unlicensed device, includes a station selected to perform sensing among a plurality of second stations and a first element including information on when a sensing is performed and the selected station.
  • a transmission module for transmitting a frame including a second element including a reporting sequence bitmap (RSM) indicating a sensing result reporting order of the sensing results to the plurality of second stations, the sensing from each of the selected stations
  • the sensing result is a measurement report frame including a sensing result performed at the time of performing the sensing result.
  • a processor for determining whether a licensed device is using a channel being used by the first station by using a receiving module sequentially receiving the report and the measurement report frame.
  • in-band sensing and in-band sensing result reporting can be efficiently performed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a channel structure of a CR system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a SPIM element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a quiet element according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a format of a measurement report frame.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the format of a Measurement Report field when the Measurement Type field indicates a basic report.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a format of a data interval start element.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a format of a measurement request frame.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating Measurement Request Elements.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a device applicable to an STA or an AP and capable of performing the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a WLAN system.
  • the WLAN system includes one or more basic service sets (BSSs).
  • BSS is a set of stations (STAs) that can successfully synchronize and communicate with each other.
  • STA is a logical entity that includes a medium access control (MAC) and a physical layer interface to a wireless medium, and includes an access point (AP) and a non-AP non-AP station (STA). do.
  • the portable terminal operated by the user among the STAs is a non-AP STA, and when referred to simply as an STA, it may also refer to a non-AP STA.
  • a non-AP STA is a terminal, a wireless transmit / receive unit (WTRU), a user equipment (UE), a mobile station (MS), a mobile terminal, or a mobile subscriber. It may also be called another name such as a mobile subscriber unit.
  • the AP is an entity that provides an associated station (STA) coupled to the AP to access a distribution system (DS) through a wireless medium.
  • STA station
  • DS distribution system
  • the AP may be called a centralized controller, a base station (BS), a Node-B, a base transceiver system (BTS), or a site controller.
  • BS base station
  • BTS base transceiver system
  • BSS can be divided into infrastructure BSS and Independent BSS (IBSS).
  • IBSS Independent BSS
  • the BBS shown in FIG. 1 is an IBSS.
  • the IBSS means a BSS that does not include an AP. Since the IBSS does not include an AP, access to the DS is not allowed, thereby forming a self-contained network.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a configuration of a WLAN system.
  • the BSS shown in FIG. 2 is an infrastructure BSS.
  • Infrastructure BSS includes one or more STAs and APs.
  • communication between non-AP STAs is performed via an AP.
  • AP access point
  • a plurality of infrastructure BSSs may be interconnected through a DS.
  • a plurality of BSSs connected through a DS is called an extended service set (ESS).
  • STAs included in the ESS may communicate with each other, and a non-AP STA may move from one BSS to another BSS while seamlessly communicating within the same ESS.
  • the DS is a mechanism for connecting a plurality of APs.
  • the DS is not necessarily a network, and there is no limitation on the form if it can provide a predetermined distribution service.
  • the DS may be a wireless network such as a mesh network or a physical structure that connects APs to each other.
  • in-band sensing is described as an example, but the present invention is not limited thereto, and may be applied to sensing other than in-band sensing.
  • In-band sensing in cognitive radio (CR) systems is an operation that must be performed periodically. Therefore, the CR system needs to be designed so that the channel structure includes time for in-band sensing.
  • CR systems In order to more accurately detect a primary user (PU), CR systems generally stop signal transmission and reception of all stations (STAs) in the CR system while in-band sensing is performed. A period during which signal transmission and reception is stopped and only in-band sensing is performed is called a quiet period (QP).
  • QP quiet period
  • An embodiment of the present invention proposes a channel structure shown in FIG. 3 for a BSS mode in which an access point (AP) exists.
  • 3 is a diagram illustrating a channel structure of a CR system according to an embodiment of the present invention.
  • a beacon frame includes a sensing period indication message element (SPIM element).
  • SPIM element sensing period indication message element
  • the AP broadcasts a SPIM element including information on when in-band sensing is performed at the beginning of the beacon interval through a beacon frame to inform STAs in which beacon interval in-band sensing is performed.
  • the SPIM element includes an Element ID field, a Length field, a SPIM Count field, and a SPIM Frequency field.
  • the Element ID field is an ID indicating that the element is a SPIM element
  • the Length field indicates the length of the element.
  • the SPIM Count field indicates the number of beacons remaining until the beacon interval in which in-band sensing is performed. If the SPIM Count field is 0, in-band sensing is performed in the current beacon interval.
  • the SPIM Frequency field indicates the period of in-band sensing in units of beacon intervals. If the SPIM Frequency field is 1, in-band sensing is performed at all beacon intervals.
  • the AP may change the period of in-band sensing according to the type of the PU or the network situation during network operation.
  • the STAs Upon receiving the SPIM element, the STAs check whether the SPIM Count field is 0, and when the SPIM Count field is 0, perform in-band sensing according to a quiet element included in the beacon frame.
  • the beacon frame further includes a quiet element for in-band sensing.
  • the Quiet Element includes sensing related information such as the start time and length of the QP and the type of sensing to be performed during the QP.
  • the quiet element includes a reporting sequence bitmap (RSM) for notifying the sensing result reporting order of the selected STAs and the selected STAs to perform the sensing and report the result.
  • RSSM reporting sequence bitmap
  • FIG. 5 shows a quiet element according to an embodiment of the invention.
  • the Quiet element includes an Element ID field, a Length field, a Quiet Start Offset field, a Quiet Duration field, and a Sensing Type field. And a Length of RSM field and a Reporting Sequence Bitmap field.
  • the Element ID field is an ID indicating that the element is a Quiet element
  • the Length field indicates the length of the element.
  • the Quiet Start Offset field indicates the time interval from the target beacon transmission time (TBTT) of the current beacon interval to the start time of the QP in time unit (TU).
  • the TU may be the same as the TU defined in the IEEE 802.11 standard.
  • the Quiet Duration field indicates the length of the QP in TUs.
  • the Sensing Type field indicates the type of sensing to be performed during QP.
  • Table 1 shows an example of a sensing type.
  • the AP sets the Sensing Type field to 0 to instruct STAs to perform energy detection, and to instruct the STAs to perform feature detection. Set the Sensing Type field to 1.
  • the Length of RSM field field indicates the length of the Reporting Sequence Bitmap field
  • the Reporting Sequence Bitmap field indicates the sensing result reporting order of the selected STAs and the selected STAs to perform sensing and report the result.
  • the AP when the STA is associated with the AP, the AP allocates a reporting sequence bitmap index (RSM index) to the STA.
  • RSM index reporting sequence bitmap index
  • an STA is assigned an association ID (AID) through an association response frame when coupled to an AP.
  • the RSM index may also be allocated. Then, the STA can know its bit position in the Reporting Sequence Bitmap field using the allocated RSM index.
  • Table 2 shows the format of the combined response frame.
  • the AP allocates the RSM index to the STA from the lowest number in the order in which the STA requests joining.
  • the AP deassigns the RSM index that has been assigned to the specific STA.
  • the AP then reassigns the RSM index, which has been de-allocated, to the STA requesting the subsequent association, thereby preventing the length of the Reporting Sequence Bitmap field from being excessively larger than the number of STAs associated with the AP.
  • the STAs receiving the quiet element check whether the bit corresponding to their RSM index is 1 in the Reporting Sequence Bitmap field.
  • STAs with bit 1 corresponding to their RSM index measure the channel during the QP indicated by the Quiet Start Offset field and the Quiet Duration field, and store the result in a measurement report frame, in order of decreasing RSM index. Send to the AP without contention.
  • a first measurement report frame is received after sensing window inter frame spacing (SWIFS) from the QP.
  • SWIFS window inter frame spacing
  • RIFS reporting IFS
  • DIFS distributed IFS
  • the measurement report frame includes a Category field, a Spectrum Management Action field, a Dialog Token field, and a Measurement Report Elements field.
  • the Spectrum Management Action field indicates whether the corresponding frame is a measurement request frame or a measurement report frame. For example, if the Spectrum Management Action field is set to 0, this may indicate that the frame is a measurement request frame. If the Spectrum Management Action field is set to 1, this may indicate that the frame is a measurement report frame.
  • the Dialog Token field is a value representing a corresponding measurement request frame and is set to a value of a Dialog Token field of a corresponding measurement request frame.
  • the measurement request elements include an element ID field, a length field, a measurement token field, a measurement report mode field, and a measurement type. Field and a Measurement Report field.
  • the Measurement Type field indicates the type of measurement report.
  • the Measurement Report field may have another form according to the value of the Measurement Type field.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the format of the Measurement Report field when the Measurement Type field indicates a basic report.
  • the Measurement Report field includes a channel number field, a measurement start time field, a measurement duration field, and a map field.
  • the Channel Number indicates the number of the channel to which the corresponding Measurement Report is applied.
  • the Measurement Start Time field indicates the time at which the measurement was started, and the Measurement Duration field indicates the time when the measurement was performed.
  • the Map field is shown in Figure 8 (b).
  • 802.11 CR systems can detect signals from other CR systems as well as PUs on the channel being used during sensing. Therefore, even if the STA senses a signal on the channel during QP, since there is no guarantee that this is a PU signal, the CR system must be able to identify the source of the signal as well as the presence or absence of the signal on the channel. In addition, the identified signal source should be reported to the AP. That is, the type of the detected signal should be reported to the AP by classifying the type of the detected signal. Therefore, each bit of the Map field is set to 1 when the corresponding signal is detected and set to 0 when the corresponding signal is not detected.
  • the AP collects the measurement result report received from the STSs to determine whether the PU is using the channel being used by the AP.
  • the AP When the AP determines that the PU is not using the channel being used, the AP transmits an action frame including a data period start element to the STAs to indicate the start of the data period. .
  • the data interval start element includes an element ID field and a length field.
  • the Element ID field indicates that the element is a start element of the data section.
  • an action frame including a channel switching announcement element is transmitted to the STAs to instruct them to move to another channel.
  • the AP transmits a measurement request frame including a quiet element to the STAs. Instructs to perform additional sensing. However, such sensing repetition is allowed within a range not exceeding one beacon interval. 3 shows an example of performing two in-band sensing during one beacon interval.
  • the IEEE 802.22 system uses two-stage channel sensing in which sensing is performed in two stages: fast sensing and fine sensing.
  • Fast sensing is a sensing method for detecting the presence or absence of a signal with a short sensing time of several hundreds -s to a few ms, and fine sensing has a sensing time of several tens of ms and is longer than that of fast sensing. This is a sensing method for knowing precise information.
  • fast sensing is first performed using a short QP.
  • fine sensing is performed using a long QP to determine whether the signal is a PU signal. Fine sensing may be performed after two consecutive fast sensing. Assuming that 802.11 TVWS systems also follow two-stage channel sensing, the length of one beacon interval (typically 100 ms) is sufficient time to accurately distinguish the PU.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a format of a measurement request frame.
  • the measurement request frame includes a category field, a spectrum management action field, a dialog token field, and a measurement request elements field.
  • the Spectrum Management Action field indicates whether the corresponding frame is a measurement request frame or a measurement report frame. For example, if the Spectrum Management Action field is set to 0, this may indicate that the frame is a measurement request frame. If the Spectrum Management Action field is set to 1, this may indicate that the frame is a measurement report frame.
  • the Dialog Token field is a non-zero value selected by the STA that transmits the measurement request frame, and is a value for identifying a measurement request and a reporting transaction.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating Measurement Request Elements.
  • the Measurement Request Elements includes an Element ID field, a Length field, a Measurement Token field, a Measurement Request Mode field, and a Measurement Type. Field and a Measurement Request field.
  • the Measurement Type field indicates the type of measurement request.
  • Table 3 shows an example of the value of the Measurement Type field.
  • the Measurement Type field of Request Elements is set to 3.
  • a data period starts immediately.
  • the STA may know the time at which the data interval ends (ie, target beacon transmission time (TBTT)) through a timestamp field and a beacon interval field in the received beacon frame.
  • the data interval may correspond to a beacon interval in a conventional IEEE 802.11 power save mode.
  • the channel structure proposed in the embodiment of the present invention does not affect the operation related to the traffic indication map (TIM) and delivery traffic indication message (DTIM) of the existing IEEE 802.11 system.
  • a STA (PS STA) operating in a power save mode must also participate in in-band sensing regardless of a listening interval.
  • PS STA PS STA
  • the PS STA that decides to wake up unconditionally during the in-band sensing period may inform the AP in the following two ways. One is to set the PS and Sensing bits in the capability information field in the association request frame to 1 when combining with the AP, and the other is to recombine during normal operation.
  • the PS and the sensing bits in the capability information field in the reassociation request frame are set to 1 and transmitted to the AP.
  • the AP may know whether each STA can participate in in-band sensing of a specific beacon interval through the listening interval and the PS and Sensing bits of the STAs. Accordingly, the AP selects STAs to participate in in-band sensing based on this and transmits information on the selected STAs in a quiet element.
  • PS STA1 not only wakes up according to its listening interval but also wakes up and participates in sensing in the in-band sensing period even if the listening interval has not elapsed.
  • PS STA2 wakes up only according to its listening interval because the PS and Sensing bits are zero. Therefore, as shown in FIG. 12, the PS STA2 is not awake during the first in-band sensing period. When the listening interval elapses and wakes up, in-band sensing is performed when it overlaps with the in-band sensing period.
  • the device 100 includes a processor 101, a memory 102, a radio frequency (RF) unit 103, a display unit 104, and a user interface unit 105.
  • RF radio frequency
  • the layer of physical interface protocol is performed in the processor 101.
  • the processor 101 provides a control plane and a user plane. The functions of each layer may be performed by the processor 101.
  • the memory 102 is electrically connected to the processor 101 and stores an operating system, an application, and a general file.
  • the display unit 104 may display a variety of information, and may be implemented by using a known liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode (OLED), or the like.
  • the user interface unit 105 can be configured in combination with known user interfaces such as keypads, touch screens, and the like.
  • the RF unit 103 is electrically connected to the processor 101 and transmits or receives a radio signal.
  • the RF unit 103 may include a transmitting module and a receiving module.
  • the transmission module may perform a predetermined encoding and modulation on a signal and / or data that is scheduled from the processor 101 to be transmitted to the outside, and then may transmit the signal to the antenna.
  • the receiving module may decode and demodulate a radio signal received through an antenna from the outside, restore the demodulated data to a form of original data, and transmit the decoded data to the processor 101.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 무선랜 시스템에서 센싱 결과 수신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따른 무선랜 시스템에서 TV 화이트 스페이스(TV White Space, TVWS) 대역에서 면허 기기(licensed device)에 의해 이용되지 않는 가용 채널 내에서 동작이 허용된 비면허 기기(unlicensed device)로서 동작하는 제1 스테이션(station, STA)이 센싱 결과를 수신하는 방법에 있어서, 상기 제1 스테이션은 센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 요소 및 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행하도록 선택된 스테이션들과 상기 선택된 스테이션들의 센싱 결과 보고 순서를 나타내는 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함하는 제2 요소를 포함하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하고, 상기 선택된 스테이션들 각각으로부터 상기 센싱이 수행되는 시점에 수행된 센싱 결과를 포함하는 측정 보고 프레임(measurement report frame)을 상기 센싱 결과 보고 순서에 따라 순차적으로 수신하고, 상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단한다.

Description

무선랜 시스템에서 센싱 결과 수신 방법 및 장치
본 발명은 무선랜 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선랜 시스템에서 센싱 결과 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선랜(wireless local area network, WLAN) 기술에 대한 표준은 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준으로서 개발되고 있다. IEEE 802.11a 및 b는 2.4. GHz 또는 5 GHz에서 비면허 대역(unlicensed band)을 이용하고, IEEE 802.11b는 11 Mbps의 전송 속도를 제공하고, IEEE 802.11a는 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11g는 2.4 GHz에서 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)를 적용하여, 54 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n은 다중입출력 OFDM(multiple input multiple output-OFDM, MIMO-OFDM)을 적용하여, 4 개의 공간적인 스트림(spatial stream)에 대해서 300 Mbps의 전송 속도를 제공한다. IEEE 802.11n에서는 채널 대역폭(channel bandwidth)을 40 MHz까지 지원하며, 이 경우에는 600 Mbps의 전송 속도를 제공한다.
인지 무선(cognitive radio, CR) 기술은 특정 통신/방송 서비스(또는 사업자)에게 할당되어 있으나 특정 시간, 특정 지역에서 사용되고 있지 않는 주파수 대역을 찾아 사용함으로써 주파수 사용 효율을 높이기 위해 도입되었다. 이러한 CR 기술을 사용하는 네트워크를 CR 네트워크라 하고, CR 네트워크는 해당 대역을 할당 받은 주 사용자(primary user, PU)의 통신에 영향을 주지 않아야 한다. 따라서, CR 네트워크는 자신이 사용 중인 채널(in-band)에 PU가 존재하는지 판단하기 위해 주기적으로 인밴드 센싱(in-band sensing)을 수행해야 한다. 또한, 인밴드 센싱을 통해 사용 중인 채널에서 PU 신호를 감지하면 해당 PU의 통신을 방해하지 않기 위해 가급적 빨리 다른 빈 채널로 이동해야 한다.
현재, TV 화이트스페이스(TV whitespace, TVWS) 대역에서 비면허 기기(unlicensed device)의 동작을 규정하기 위한 IEEE 802.11af 표준이 개발되고 있다.
TVWS는 브로드캐스트(broadcast) TV에 할당된 주파수로서 UHF(Ultra High Frequency) 대역 및 VHF(very high frequency) 대역을 포함하고, 해당 주파수 대역에서 동작하는 면허 기기(licensed device)의 통신을 저해하지 않는다는 조건 하에서 비면허 기기의 사용이 허가된 주파수 대역을 의미한다. 면허 기기에 의해 사용되지 않는 스펙트럼을 화이트스페이스(whitespe)라고 하고, 비면허 기기에 의해 사용될 수 있다. 면허 기기에는 TV, 무선 마이크 등과 같이이 있을 수 해당 대역에서 면허 방식으로 사용되고 있는 시스템의 기기가 있을 수 있다. 면허 기기는 재임중인 사용자(incumbent user) 또는 주 사용자(primary user)로 불릴 수도 있다. 비면허 장비는 면허 장비를 보호하는 조건 하에서 동작한다.
512~608 MHz, 614~698 MHz에서는 특수한 몇 가지 경우를 제외하고 모든 비면허 기기들의 동작이 허용되나, 54~60 MHz, 76~88 MHz, 174~216 MHz, 470~512 MHz 대역에서는 고정된 기기(fixed device) 간의 통신만이 허용된다. 고정된 기기란 정해진 위치에서만 신호의 전송을 수행하는 기기를 말한다. IEEE 802.11 TVWS 단말은 TVWS 스펙트럼(spectrum)에서 IEEE 802.11 맥(media access control, MAC) 및 물리계층(physical layer, PHY)을 사용해 동작하는 비면허 기기를 의미한다.
TVWS를 사용하기 원하는 비면허 기기는 면허 기기에 대한 보호 기능을 제공해야 한다. 따라서, 비면허 기기는 TVWS에서 신호의 전송을 시작하기 전에 반드시 면허 기기가 해당 대역을 점유하고 있는지 여부를 확인해야 한다.
이를 위하여, 비면허 기기는 스펙트럼 센싱(spectrum sensing)을 수행하여 해당 대역이 면허 기기에 의해 사용되고 있는지 여부를 확인할 수도 있다. 스펙트럼 센싱 메커니즘(mechanism)에는 에너지 검출(Energy Detection) 방식, 피쳐 검출(Feature Detection) 방식 등이 있다. 비면허 기기는 특정 채널에서 수신된 신호의 강도가 일정 값 이상이거나, DTV 프리앰블(Preamble)이 검출되면 면허 기기가 특정 채널을 사용 중인 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 현재 사용 중인 채널과 바로 인접해 있는 채널에서 면허 기기가 사용 중인 것으로 판단되면, 비면허 기기는 전송 전력을 낮추어야 한다.
따라서, CR 시스템은 인밴드 센싱이 효율적으로 수행될 수 있도록 설계되어야 한다.
상술한 바와 같이, TVWS 대역 내에서 비면허 기기로서 동작하는 STA는 면허 기기를 보호하기 위해 사용 가능한 채널만을 이용하여 동작해야 하므로, 효율적으로 센싱을 수행하여 AP에 센싱 결과를 보고해야 한다.
본 발명의 목적은 TVWS에서 인밴드 센싱이 효율적으로 수행될 수 있도록 하는 채널 구조를 제안하는 것이다.
본 발명의 목적은 AP가 TVWS에서 비면허 기기로서 동작하는 STA로부터 효율적으로 센싱 결과를 수신할 수 있도록 하는 센싱 보고 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따른 무선랜 시스템에서 TV 화이트 스페이스(TV White Space, TVWS) 대역에서 면허 기기(licensed device)에 의해 이용되지 않는 가용 채널 내에서 동작이 허용된 비면허 기기(unlicensed device)로서 동작하는 제1 스테이션(station, STA)이 센싱 결과를 수신하는 방법에 있어서, 상기 제1 스테이션은 센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 요소 및 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행하도록 선택된 스테이션들과 상기 선택된 스테이션들의 센싱 결과 보고 순서를 나타내는 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함하는 제2 요소를 포함하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하고, 상기 선택된 스테이션들 각각으로부터 상기 센싱이 수행되는 시점에 수행된 센싱 결과를 포함하는 측정 보고 프레임(measurement report frame)을 상기 센싱 결과 보고 순서에 따라 순차적으로 수신하고, 상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단한다.
이때, 상기 제1 스테이션은 상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하기 어려운 경우에는 추가적인 센싱을 요청하기 위해 측정 요청 프레임(measurement request frame)을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 측정 요청 프레임은 상기 측정 요청 프레임을 통한 측정 요청의 타입을 나타내는 측정 타입(Measurement Type) 필드를 포함하고, 상기 측정 요청 프레임의 측정 타입 필드는 상기 측정 요청 프레임이 추가적인 센싱을 요청하기 위한 것임을 나타내는 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 스테이션은 상기 복수의 제2 스테이션들 각각에게 보고 시퀀스 비트맵 인덱스(Reporting Sequence Bitmap index, RSM index)를 할당하고, 상기 복수의 제2 스테이션들 각각은 상기 보고 시퀀스 비트맵 중 자신의 보고 시퀀스 비트맵 인덱스에 대응하는 비트가 1로 설정된 경우 센싱을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제1 스테이션은 상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하지 않는다고 판단된 경우에는 데이터 구간이 시작됨을 알리는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 제1 스테이션은 상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하고 있다고 판단된 경우에는 상기 사용중인 채널 이외의 채널로 이동할 것을 지시하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송할 수 있다.
또한, 상기 측정 보고 프레임은 검출된 신호의 종류에 관한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 요소는 센싱이 수행되는 시간 간격인 센싱 주기에 관한 정보를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 센싱 주기는 상기 제1 스테이션이 네트워크의 상황에 따라 결정할 수 있다.
또한, 상기 제1 스테이션은 상기 복수의 제2 스테이션들 중 전력 절약(power save) 모드로 동작 중인 단말들로부터 자신의 청취 간격에 관계없이 센싱을 수행할지 여부에 관한 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보를 고려하여 상기 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행할 스테이션들을 선택할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 양상에 따른 무선랜 시스템에서 TV 화이트 스페이스(TV White Space, TVWS) 대역에서 면허 기기(licensed device)에 의해 이용되지 않는 가용 채널 내에서 동작이 허용된 비면허 기기(unlicensed device)로서 동작하는 제1 스테이션(station, STA)은 센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 요소 및 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행하도록 선택된 스테이션들과 상기 선택된 스테이션들의 센싱 결과 보고 순서를 나타내는 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함하는 제2 요소를 포함하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 전송 모듈, 상기 선택된 스테이션들 각각으로부터 상기 센싱이 수행되는 시점에 수행된 센싱 결과를 포함하는 측정 보고 프레임(measurement report frame)을 상기 센싱 결과 보고 순서에 따라 순차적으로 수신하는 수신 모듈 및 상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하는 프로세서를 포함한다.
[발명의 효과]
본 발명의 실시예들에 따르면, 인밴드 센싱 및 인밴드 센싱 결과 보고가 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CR 시스템의 채널 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SPIM 요소를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콰이어트 요소를 나타낸 도면이다.
도 6은 측정 보고 프레임(measurement report frame)의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 7은 Measurement Request Elements를 나타낸 도면이다.
도 8은 Measurement Type 필드가 기본 보고(Basic report)를 나타내는 경우에 Measurement Report 필드의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 9는 데이터 구간 시작 요소의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 10은 측정 요청 프레임의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 11은 Measurement Request Elements를 나타낸 도면이다.
도 12는 PS and Sensing 비트에 따른 PS STA의 동작의 예를 나타낸다.
도 13은 STA 또는 AP에 적용 가능하고 본 발명을 수행할 수 있는 기기의 구성을 나타내는 블록도이다.
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.
한편, 몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시된다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
먼저, 무선랜 시스템의 일반적인 구성에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 무선랜 시스템의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선랜 시스템은 하나 이상의 기본 서비스 세트(Basic Service Set, BSS)를 포함한다. BSS는 성공적으로 동기화를 이루어서 서로 통신할 수 있는 스테이션(Station, STA)의 집합이다.
STA는 매체 접속 제어(Medium Access Control, MAC)와 무선 매체에 대한 물리층(Physical Layer) 인터페이스를 포함하는 논리 개체로서, 액세스 포인트(access point, AP)와 비AP STA(Non-AP Station)을 포함한다. STA 중에서 사용자가 조작하는 휴대용 단말은 Non-AP STA로써, 단순히 STA이라고 할 때는 Non-AP STA을 가리키기도 한다. Non-AP STA은 단말(terminal), 무선 송수신 유닛(Wireless Transmit/Receive Unit, WTRU), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국(Mobile Station, MS), 휴대용 단말(Mobile Terminal), 또는 이동 가입자 유닛(Mobile Subscriber Unit) 등의 다른 명칭으로도 불릴 수 있다.
그리고, AP는 자신에게 결합된 STA(Associated Station)에게 무선 매체를 통해 분배 시스템(Distribution System, DS)으로의 접속을 제공하는 개체이다. AP는 집중 제어기, 기지국(Base Station, BS), Node-B, BTS(Base Transceiver System), 또는 사이트 제어기 등으로 불릴 수도 있다.
BSS는 인프라스트럭처(infrastructure) BSS와 독립적인(Independent) BSS(IBSS)로 구분할 수 있다.
도 1에 도시된 BBS는 IBSS이다. IBSS는 AP를 포함하지 않는 BSS를 의미하고, AP를 포함하지 않으므로, DS로의 접속이 허용되지 않아서 자기 완비적 네트워크(self-contained network)를 이룬다.
도 2는 무선랜 시스템의 구성의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 BSS는 인프라스트럭처 BSS이다. 인프라스트럭처 BSS는 하나 이상의 STA 및 AP를 포함한다. 인프라스트럭처 BSS에서 비AP STA들 사이의 통신은 AP를 경유하여 이루어지는 것이 원칙이나, 비AP STA 간에 직접 링크(link)가 설정된 경우에는 비AP STA들 사이에서 직접 통신도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 인프라스트럭처 BSS는 DS를 통해 상호 연결될 수 있다. DS를 통하여 연결된 복수의 BSS를 확장 서비스 세트(Extended Service Set, ESS)라 한다. ESS에 포함되는 STA들은 서로 통신할 수 있으며, 동일한 ESS 내에서 비AP STA은 끊김 없이 통신하면서 하나의 BSS에서 다른 BSS로 이동할 수 있다.
DS는 복수의 AP들을 연결하는 메커니즘(mechanism)으로서, 반드시 네트워크일 필요는 없으며, 소정의 분배 서비스를 제공할 수 있다면 그 형태에 대해서는 아무런 제한이 없다. 예컨대, DS는 메쉬(mesh) 네트워크와 같은 무선 네트워크일 수도 있고, AP들을 서로 연결시켜 주는 물리적인 구조물일 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 무선랜 시스템에서 센싱 보고 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 인밴드 센싱을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 인밴드 센싱 이외의 센싱에도 적용될 수 있다.
인지 무선(cognitive radio, CR) 시스템에서 인밴드 센싱(in-band sensing)은 주기적으로 반복 수행되어야 하는 동작이다. 따라서, CR 시스템은 채널 구조에 인밴드 센싱을 위한 시간이 포함되도록 채널 구조가 설계될 필요가 있다. 그리고, 좀더 정확하게 주 사용자(primary user, PU)를 검출하기 위해 CR 시스템들은 일반적으로 인밴드 센싱이 수행되는 동안 CR 시스템 내의 모든 스테이션(station, STA)들의 신호 송수신을 중단한다. 신호 송수신이 중단되고 인밴드 센싱만이 수행되는 기간을 콰이어트 기간(quiet period, QP)이라 한다. PU의 출현을 빠르고 정확하게 감지하기 위해 CR 시스템은 주기적으로 QP를 배치할 필요가 있다. 본 발명의 실시예에서는 억세스 포인트(access point, AP)가 존재하는 BSS 모드에 대해 도 3에 도시된 채널 구조를 제안한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CR 시스템의 채널 구조를 나타낸 도면이다.
FCC 규정에 따르면, 데이터베이스로부터 가용 채널(available channel)에 관한 정보를 획득하지 않는 CR 시스템은 60초 이내의 주기로 인밴드 센싱을 수행해야 한다. 이러한 요구 사항을 만족하기 위하여 802.11 TVWS 시스템은 수 내지 수십 비콘 간격(beacon interval)의 주기로 인밴드 센싱을 수행할 필요가 있다. 이를 위해, 비콘 프레임(beacon frame)은 센싱 기간 지시자 메시지 요소(sensing period indication message element, SPIM element)를 포함한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 SPIM 요소를 나타낸 도면이다. AP는 비콘 간격의 시작 때마다 인밴드 센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 SPIM 요소를 비콘 프레임을 통해 브로드캐스트(broadcast)하여 STA들에게 인밴드 센싱이 어느 비콘 간격에서 수행되는지 알린다.
도 4에 도시된 바와 같이, SPIM 요소는 요소 아이디(Element ID) 필드, 길이(Length) 필드, SPIM 카운트(SPIM Count) 필드 및 SPIM 주파수(SPIM Frequency) 필드를 포함한다. Element ID 필드는 해당 요소가 SPIM 요소임을 나타내는 아이디이고, Length 필드는 해당 요소의 길이를 나타낸다.
SPIM Count 필드는 인밴드 센싱이 수행되는 비콘 간격까지 남은 비콘의 수를 나타낸다. SPIM Count 필드가 0이면 현재의 비콘 간격에서 인밴드 센싱이 수행된다.
SPIM Frequency 필드는 인밴드 센싱의 주기를 비콘 간격을 단위로 나타낸다. SPIM Frequency 필드가 1이면 모든 비콘 간격에서 인밴드 센싱을 수행한다. AP는 네트워크 운용 중에 PU의 종류나 네트워크 상황에 따라 인밴드 센싱의 주기를 적절히 변경할 수 있다.
SPIM 요소를 수신한 STA들은 SPIM Count 필드가 0인지 여부를 체크하여, SPIM Count 필드가 0인 경우 비콘 프레임에 포함된 콰이어트 요소(quiet element)에 따라 인밴드 센싱을 수행한다.
현재 시작하는 비콘 간격에서 인밴드 센싱을 수행하는 경우(즉, SPIM count 필드가 0인 경우), 비콘 프레임은 인밴드 센싱을 위한 콰이어트 요소를 추가로 포함한다. 콰이어트 요소는 QP의 시작 시간과 길이, QP 동안 수행될 센싱의 종류와 같은 센싱 관련 정보를 포함한다. 또한, 콰이어트 요소는 센싱을 수행하여 그 결과를 보고하도록 선택된 STA들과 선택된 STA들의 센싱 결과 보고 순서를 알리기 위한 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 콰이어트 요소를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 콰이어트 요소는 요소 아이디(Element ID) 필드, 길이(Length) 필드, 콰이어트 시작 오프셋(Quiet Start Offset) 필드, 콰이어트 구간(Quiet Duration) 필드, 센싱 타입(Sensing Type) 필드, RSM 필드의 길이(Length of RSM field) 필드 및 보고 시퀀스 비트맵(Reporting Sequence Bitmap) 필드를 포함한다. Element ID 필드는 해당 요소가 콰이어트 요소임을 나타내는 아이디이고, Length 필드는 해당 요소의 길이를 나타낸다.
Quiet Start Offset 필드는 현재 비콘 간격의 TBTT(target beacon transmission time)로부터 QP의 시작시각까지의 시간 간격을 시간 단위(time unit, TU)로 나타내다. 이때, TU는 IEEE 802.11 표준에서 정의되어 있는 TU와 동일할 수 있다. Quiet Duration 필드는 QP의 길이를 TU로 나타낸다.
Sensing Type 필드는 QP 동안 수행할 센싱의 종류를 나타낸다. 표 1은 센싱 타입의 일례를 나타낸다.
표 1
Name Sensing type
Energy detection 0
Feature detection 1
Reserved 2-255
센싱 타입이 표 1과 같은 경우, AP는 STA들에게 에너지 검출(energy detection)을 수행할 것을 지시하려면 Sensing Type 필드를 0으로 설정하고, STA들에게 특성 검출(feature detection)을 수행할 것을 지시하려면 Sensing Type 필드를 1로 설정한다.
Length of RSM field 필드는 Reporting Sequence Bitmap 필드의 길이를 나타내고, Reporting Sequence Bitmap 필드는 센싱을 수행하여 그 결과를 보고하도록 선택된 STA들과 선택된 STA들의 센싱 결과 보고 순서를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, STA이 AP에 결합될(associated) 때, AP는 STA에게 보고 시퀀스 비트맵 인덱스(Reporting Sequence Bitmap index, RSM index)를 할당한다. IEEE 802.11 시스템에서 STA는 AP에 결합될 때 결합 응답 프레임(association response frame)을 통해 결합 아이디(association ID, AID)를 할당받는다.
AP가 STA에게 AID를 할당할 때 RSM index도 같이 할당할 수 있다. 그러면, STA는 할당받은 RSM index를 이용하여 Reporting Sequence Bitmap 필드 내에서 자신의 비트 위치(bit position)를 알 수 있다.
표 2는 결합 응답 프레임의 포맷을 나타낸다.
표 2
Order Information
1 Capability information
2 Status code
3 Association ID
4 Supported rates
5 RSM index
네트워크 초기화 과정에서 AP는 STA이 결합을 요청한 순서대로 제일 낮은 번호부터 RSM index를 STA에게 할당한다. 특정 STA가 분리(disassociation)를 요청하면, AP는 특정 STA에게 할당되었던 RSM index의 할당을 해제한다. 그리고, AP는 그 이후에 결합을 요청한 STA에게 할당이 해제된 RSM index를 다시 할당함으로써 Reporting Sequence Bitmap 필드의 길이가 AP와 결합을 맺은 STA들의 수보다 지나치게 커지는 것을 방지한다.
콰이어트 요소를 수신한 STA들은 Reporting Sequence Bitmap 필드에서 자신의 RSM index에 대응하는 비트가 1인지 확인한다. 자신의 RSM index에 대응하는 비트가 1인 STA들은 Quiet Start Offset 필드 및 Quiet Duration 필드가 지시하는 QP 동안 채널을 측정해 그 결과를 측정 보고 프레임(measurement report frame)에 담아 RSM index가 작은 순으로 차례로 경쟁 없이 AP에게 전송한다.
도 3에 도시된 바와 같이, QP로부터 센싱 윈도우 인터 프레임 스페이싱(sensing window inter frame spacing, SWIFS) 후에 첫 번째 측정 보고 프레임(measurement report frame)이 수신된다. 그리고, 연속하는 두 개의 측정 보고 프레임 사이의 간격은 리포팅 IFS(reporting IFS, RIFS)이다. QP 직후 자연스럽게 측정 보고가 이루어질 수 있도록, 즉 데이터 전송이 끼어들지 못하도록 SWIFS의 값은 분산된 IFS(distributed IFS, DIFS) 보다 작게 설정된다. 그리고, RIFS의 값은 기존 802.11의 SIFS와 같은 값을 가질 수 있다.
도 6은 측정 보고 프레임(measurement report frame)의 포맷을 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 측정 보고 프레임은 카테고리(Category) 필드, 스펙트럼 관리 액션(Spectrum Management Action) 필드, 다이얼로그 토큰(Dialog Token) 필드 및 측정 보고 요소(Measurement Report Elements) 필드를 포함한다
Spectrum Management Action 필드는 해당 프레임이 측정 요청 프레임인지 측정 보고 프레임(Measurement Report frame)인지를 나타낸다. 예를 들어, Spectrum Management Action 필드가 0으로 설정되면 해당 프레임이 측정 요청 프레임임을 나타내고, Spectrum Management Action 필드가 1로 설정되면 해당 프레임이 측정 보고 프레임임을 나타낼 수 있다.
Dialog Token 필드는 대응하는 측정 요청 프레임(measurement request frame)를 나타내는 값으로, 대응하는 측정 요청 프레임의 Dialog Token 필드의 값으로 설정된다.
도 7은 Measurement Request Elements를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, Measurement Request Elements는 요소 아이디(Element ID) 필드, 길이(Length) 필드, 측정 토큰(Measurement Token) 필드, 측정 보고 모드(Measurement Report Mode) 필드, 측정 타입(Measurement Type) 필드 및 측정 보고(Measurement Report) 필드를 포함한다.
Measurement Type 필드는 측정 보고의 타입을 나타낸다. Measurement Report 필드는 Measurement Type 필드의 값에 따른 다른 형태를 가질 수 있고, 도 8은 Measurement Type 필드가 기본 보고(Basic report)를 나타내는 경우에 Measurement Report 필드의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, Measurement Report 필드는 채널 번호(Channel Number) 필드, 측정 시작 시각(Measurement Start Time) 필드, 측정 구간(Measurement Duration) 필드 및 맵(Map)필드를 포함한다.
Channel Number는 해당 Measurement Report가 적용되는 채널의 번호를 나타낸다. Measurement Start Time 필드는 측정을 시작한 시각을 나타내고, Measurement Duration 필드는 측정을 수행한 시간을 나타낸다. Map 필드는 도 8(b)에 도시되어 있다.
TVWS를 사용하는 다양한 CR 시스템들이 현재 표준화 중이라는 점을 고려할 때, 802.11 CR 시스템은 센싱 과정에서 사용중인 채널 상에서 PU 뿐 아니라 다른 CR 시스템의 신호를 검출할 수 있다. 따라서, STA이 QP 동안 채널 상에서 신호를 감지했다 하더라도 이것이 반드시 PU 신호라는 보장이 없으므로 CR 시스템은 채널 상의 신호의 존재 유무뿐 아니라 신호의 소스를 식별할 수 있어야 한다. 그리고, 식별한 신호 소스를 AP에게 보고해야 한다. 즉, 검출된 신호의 종류를 구분하여 검출된 신호의 종류를 AP에게 보고해야 한다. 따라서, Map 필드의 각 비트는 해당 신호가 검출된 경우에는 1로 설정되고, 해당 신호가 검출되지 않은 경우에는 0으로 설정된다.
AP는 STS들로부터 수신된 측정 결과 보고를 취합하여 AP가 사용중인 채널을 PU가 사용 중인지 여부에 대해 판단한다.
AP가 사용중인 채널을 PU가 사용하지 않는다고 판단한 경우에는 데이터 구간 시작 요소(data period start element)를 포함하는 액션 프레임(action frame)을 STA들에게 전송하여 데이터 구간(data period)의 시작을 지시한다.
도 9는 데이터 구간 시작 요소의 포맷을 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 데이터 구간 시작 요소는 요소 아이디(Element ID) 필드 및 길이(Length) 필드를 포함한다. Element ID 필드는 해당 요소가 데이터 구간 시작 요소임을 나타낸다.
AP가 사용중인 채널을 PU가 사용 중이라고 판단되면 채널 스위칭 통지 요소(channel switching announcement element)를 포함하는 액션 프레임(action frame)을 STA들에게 전송하여 다른 채널로 이동하도록 지시한다.
STA들로부터 수신된 센싱 결과로 AP가 사용중인 채널을 PU가 사용 중인지 여부를 판단하기 어려운 경우에는 AP는 콰이어트 요소(quiet element)를 포함하는 측정 요청 프레임(measurement request frame)을 STA들에게 전송하여 추가적인 센싱을 수행하도록 지시한다. 단, 이러한 센싱의 반복은 하나의 비콘 간격을 넘지 않는 범위 내에서 허용된다. 도 3은 하나의 비콘 간격 동안 두 번의 인밴드 센싱을 수행하는 예를 보여준다.
CR 시스템의 서비스 품질을 높이기 위해서는 가급적 QP를 줄이는 것이 바람직하다. 이를 위해, IEEE 802.22 시스템은 센싱을 패스트 센싱(fast sensing)과 파인 센싱(fine sensing)의 두 단계로 나누어 수행하는 두 단계 채널 센싱(two-stage channel sensing)을 사용한다. 패스트 센싱은 센싱 시간이 수백 -s 내지 수 ms로 짧고 신호의 존재 유무만을 파악하기 위한 센싱 방법이고, 파인 센싱은 센싱 시간이 수십 ms로 패스트 센싱에 비해 길고 신호의 종류(즉, PU의 종류)와 같은 정밀한 정보를 알기 위한 센싱 방법이다. 두 단계 채널 센싱에서는 먼저 짧은 QP를 이용하여 패스트 센싱을 수행하며, 만약 패스트 센싱을 통해 신호가 존재한다고 판단되면 그 신호가 PU의 신호인지 파악하기 위해 긴 QP를 이용하여 파인 센싱을 수행한다. 연속된 두 번의 패스트 센싱 후 파인 센싱을 수행할 수도 있다. 802.11 TVWS 시스템에서도 두 단계 채널 센싱을 따른다고 가정한다면, 한 비콘 간격의 길이(일반적으로, 100 ms)는 PU를 정확히 구별하기에 충분한 시간이다.
도 10은 측정 요청 프레임의 포맷을 나타낸 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 측정 요청 프레임은 카테고리(Category) 필드, 스펙트럼 관리 액션(Spectrum Management Action) 필드, 다이얼로그 토큰(Dialog Token) 필드 및 측정 요청 요소(Measurement Request Elements) 필드를 포함한다. Spectrum Management Action 필드는 해당 프레임이 측정 요청 프레임인지 측정 보고 프레임(Measurement Report frame)인지를 나타낸다. 예를 들어, Spectrum Management Action 필드가 0으로 설정되면 해당 프레임이 측정 요청 프레임임을 나타내고, Spectrum Management Action 필드가 1로 설정되면 해당 프레임이 측정 보고 프레임임을 나타낼 수 있다.
Dialog Token 필드는 측정 요청 프레임을 전송하는 STA에 의해 선택된 0이 아닌 값으로서 측정 요청 및 보고 트랜잭션(transaction)을 식별하기 위한 값이다.
도 11은 Measurement Request Elements를 나타낸 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, Measurement Request Elements는 요소 아이디(Element ID) 필드, 길이(Length) 필드, 측정 토큰(Measurement Token) 필드, 측정 요청 모드(Measurement Request Mode) 필드, 측정 타입(Measurement Type) 필드 및 측정 요청(Measurement Request) 필드를 포함한다.
Measurement Type 필드는 측정 요청의 타입을 나타낸다. 표 3은 Measurement Type 필드의 값의 일례를 나타낸다. Measurement Type 필드의 값이 표 3과 같은 경우에는 AP가 STA들로부터 수신된 측정 결과 보고로부터 AP가 사용중인 채널을 PU가 사용 중인지 여부를 판단하기 어려워서 STA들에게 추가적인 센싱을 요청하기 위해 전송하는 Measurement Request Elements의 Measurement Type 필드는 3으로 설정된다.
표 3
Name Measurement type
Basic request 0
Clear channel assessment (CCA) request 1
Receive power indication (RPI) histogram request 2
Additional in-band sensing request 3
Reserved 4-255
다시 도 3을 참조하면, 현재 시작하는 비콘 간격에서 인밴드 센싱을 수행하지 않는 경우(즉, SPIM count가 0이 아닐 때)에는, 바로 데이터 구간(data period)이 시작된다. STA은 수신한 비콘 프레임 내의 타임스탬프(timestamp) 필드와 비콘 간격(beacon interval) 필드를 통해 데이터 구간이 끝나는 시각(즉, TBTT: target beacon transmission time)을 알 수 있다. 도 3에서 데이터 구간은 기존 IEEE 802.11 전력 절약(power save) 모드에서의 비콘 간격(beacon interval)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제안하는 채널 구조는 기존 IEEE 802.11 시스템의 트래픽 지시 맵(traffic indication map, TIM) 및 전달 트래픽 지시 메시지(delivery traffic indication message, DTIM)와 관련된 동작에 영향을 주지 않는다.
무선 마이크와 같은 소출력 PU의 경우 신호검출 반경이 작기 때문에, 무선 마이크가 해당 채널에서 동작한다 하더라도 802.11 TVWS 시스템 내의 일부 STA들만 그 신호를 감지할 가능성이 높다. 따라서, 이러한 소출력 PU까지 보호하기 위해서는 전력 절약(power save) 모드로 동작중인 STA (PS STA)도 청취 간격(listen interval)과 관계없이 인밴드 센싱에 참여해야 한다. 그러나, 잔여 배터리 양이 매우 적은 PS STA이 자신의 청취 간격에 관계없이 무조건 인밴드 센싱 기간에 깨어나는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 인밴드 센싱 기간에 무조건 깨어날지 아니면 인밴드 센싱 기간과 무관하게 자신의 청취 간격에 따라 깨어날지를 PS STA로 하여금 스스로 선택하게 하는 것이 필요하다.
인밴드 센싱 기간에 무조건 깨어나기로 결정한 PS STA는 다음의 두 가지 방식으로 이를 AP에게 알릴 수 있다. 하나는 AP와 결합 시 결합 요청 프레임(association request frame) 내의 능력 정보(capability information) 필드의 PS와 센싱(PS and Sensing) 비트를 1로 설정하는 것이고, 다른 하나는 정상 동작(normal operation) 도중에 재결합 요청 프레임(reassociation request frame) 내의 능력 정보(capability information) 필드의 PS와 센싱(PS and Sensing) 비트를 1로 설정하여 AP에게 전송하는 것이다. AP는 STA들의 청취 간격 및 PS and Sensing 비트를 통해 각 STA이 특정 비콘 간격의 인밴드 센싱에 참여할 수 있는지 여부를 알 수 있다. 따라서, AP는 이를 기반으로 인밴드 센싱에 참여할 STA들을 선택하여 선택된 STA에 관한 정보를 콰이어트 요소에 담아 전송한다.
도 12는 PS and Sensing 비트에 따른 PS STA의 동작의 예를 나타낸다. 도 12에서, PS STA1은 PS and Sensing 비트가 1이므로 자신의 청취 간격에 따라 깨어날 뿐 아니라 청취 간격이 경과하지 않았더라도 인밴드 센싱 기간에는 무조건 깨어나 센싱에 참여한다. PS STA2는 PS and Sensing 비트가 0이므로 자신의 청취 간격에 따라서만 깨어난다. 그러므로 도 12에 도시된 바와 같이, 첫 번째 in-band sensing 기간에는 PS STA2는 슬립(sleep) 중이므로 깨어나지 않는다. 청취 간격이 경과하여 깨어났을 때, 인밴드 센싱 기간과 겹치면 인밴드 센싱을 수행한다.
도 13은 STA 또는 AP에 적용 가능하고 본 발명을 수행할 수 있는 기기의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 기기(100)는 프로세서(101), 메모리(102), RF(Radio Frequency) 유닛(103), 디스플레이 유닛(104) 및 사용자 인터페이스 유닛(105)을 포함한다.
물리 인터페이스 프로토콜의 계층은 상기 프로세서(101)에서 수행된다. 상기 프로세서(101)는 제어 플레인(plane)과 사용자 플레인(plane)을 제공한다. 각 계층의 기능은 프로세서(101)에서 수행될 수 있다.
메모리(102)는 프로세서(101)와 전기적으로 연결되어 있고, 오퍼레이팅 시스템(operating system), 응용 프로그램(application) 및 일반 파일을 저장하고 있다.
상기 디바이스(600)가 사용자 기기라면, 디스플레이 유닛(104)은 다양한 정보를 표시할 수 있으며, 공지의 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode)등을 이용하여 구현될 수 있다. 사용자 인터페이스 유닛(105)은 키패드, 터치 스크린 등과 같은 공지의 사용자 인터페이스와 결합하여 구성될 수 있다.
RF 유닛(103)은 프로세서(101)과 전기적으로 연결되어 있고, 무선 신호를 송신하거나 수신한다. RF 유닛(103)은 전송 모듈과 수신 모듈을 포함할 수 있다.
전송 모듈은 프로세서로(101)부터 스케쥴링되어 외부로 전송될 신호 및/또는 데이터에 대하여 소정의 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한 후 안테나에 전달할 수 있다.
수신 모듈은 외부에서 안테나를 통하여 수신된 무선 신호에 대한 복호(decoding) 및 복조(demodulation)을 수행하여 원본 데이터의 형태로 복원하여 프로세서(101)로 전달할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시형태들은 IEEE 802.11 시스템을 중심으로 설명하였으나, 비면허 기기가 가용 채널 정보를 획득하여 동작할 수 있는 다양한 이동통신 시스템에 동일한 방식으로 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 무선랜 시스템에서 TV 화이트 스페이스(TV White Space, TVWS) 대역에서 면허 기기(licensed device)에 의해 이용되지 않는 가용 채널 내에서 동작이 허용된 비면허 기기(unlicensed device)로서 동작하는 제1 스테이션(station, STA)이 센싱 결과를 수신하는 방법에 있어서,
    센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 요소 및 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행하도록 선택된 스테이션들과 상기 선택된 스테이션들의 센싱 결과 보고 순서를 나타내는 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함하는 제2 요소를 포함하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 단계;
    상기 선택된 스테이션들 각각으로부터 상기 센싱이 수행되는 시점에 수행된 센싱 결과를 포함하는 측정 보고 프레임(measurement report frame)을 상기 센싱 결과 보고 순서에 따라 순차적으로 수신하는 단계; 및
    상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 센싱 결과 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하기 어려운 경우에는 추가적인 센싱을 요청하기 위해 측정 요청 프레임(measurement request frame)을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 단계를 더 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정 요청 프레임은 상기 측정 요청 프레임을 통한 측정 요청의 타입을 나타내는 측정 타입(Measurement Type) 필드를 포함하고, 상기 측정 요청 프레임의 측정 타입 필드는 상기 측정 요청 프레임이 추가적인 센싱을 요청하기 위한 것임을 나타내는 값으로 설정되어 있는 센싱 결과 수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스테이션들 각각에게 보고 시퀀스 비트맵 인덱스(Reporting Sequence Bitmap index, RSM index)를 할당하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 제2 스테이션들 각각은 상기 보고 시퀀스 비트맵 중 자신의 보고 시퀀스 비트맵 인덱스에 대응하는 비트가 1로 설정된 경우 센싱을 수행하는 센싱 결과 수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서 상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하지 않는다고 판단된 경우에는 데이터 구간이 시작됨을 알리는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 단계를 더 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판단하는 단계에서 상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하고 있다고 판단된 경우에는 상기 사용중인 채널 이외의 채널로 이동할 것을 지시하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 단계를 더 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 측정 보고 프레임은 검출된 신호의 종류에 관한 정보를 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 요소는 센싱이 수행되는 시간 간격인 센싱 주기에 관한 정보를 더 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 주기는 상기 제1 스테이션이 네트워크의 상황에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 센싱 결과 수신 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 스테이션들 중 전력 절약(power save) 모드로 동작 중인 단말들로부터 자신의 청취 간격에 관계없이 센싱을 수행할지 여부에 관한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 정보를 고려하여 상기 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행할 스테이션들을 선택하는 단계를 더 포함하는 센싱 결과 수신 방법.
  11. 무선랜 시스템에서 TV 화이트 스페이스(TV White Space, TVWS) 대역에서 면허 기기(licensed device)에 의해 이용되지 않는 가용 채널 내에서 동작이 허용된 비면허 기기(unlicensed device)로서 동작하는 제1 스테이션(station, STA)에 있어서,
    센싱이 수행되는 시점에 관한 정보를 포함하는 제1 요소 및 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행하도록 선택된 스테이션들과 상기 선택된 스테이션들의 센싱 결과 보고 순서를 나타내는 보고 시퀀스 비트맵(reporting sequence bitmap, RSM)을 포함하는 제2 요소를 포함하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 전송 모듈;
    상기 선택된 스테이션들 각각으로부터 상기 센싱이 수행되는 시점에 수행된 센싱 결과를 포함하는 측정 보고 프레임(measurement report frame)을 상기 센싱 결과 보고 순서에 따라 순차적으로 수신하는 수신 모듈; 및
    상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하는 프로세서를 포함하는 제1 스테이션.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스테이션은 상기 측정 보고 프레임을 이용하여 상기 제1 스테이션이 사용 중인 채널을 면허 기기가 사용 중인지 여부를 판단하기 어려운 경우에는 추가적인 센싱을 요청하기 위해 측정 요청 프레임(measurement request frame)을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 것을 특징으로 하는 제1 스테이션.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측정 요청 프레임은 상기 측정 요청 프레임을 통한 측정 요청의 타입을 나타내는 측정 타입(Measurement Type) 필드를 포함하고, 상기 측정 요청 프레임의 측정 타입 필드는 상기 측정 요청 프레임이 추가적인 센싱을 요청하기 위한 것임을 나타내는 값으로 설정되어 있는 제1 스테이션.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스테이션은 상기 복수의 제2 스테이션들 각각에게 보고 시퀀스 비트맵 인덱스(Reporting Sequence Bitmap index, RSM index)를 할당하고,
    상기 복수의 제2 스테이션들 각각은 상기 보고 시퀀스 비트맵 중 자신의 보고 시퀀스 비트맵 인덱스에 대응하는 비트가 1로 설정된 경우 센싱을 수행하는 제1 스테이션.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하지 않는다고 판단된 경우에는 상기 전송 모듈은 데이터 구간이 시작됨을 알리는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 제1 스테이션.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스테이션이 사용중인 채널을 면허 기기가 사용하고 있다고 판단된 경우에는 상기 전송 모듈은 상기 사용중인 채널 이외의 채널로 이동할 것을 지시하는 프레임을 상기 복수의 제2 스테이션들에게 전송하는 제1 스테이션.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 측정 보고 프레임은 검출된 신호의 종류에 관한 정보를 포함하는 제1 스테이션.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 요소는 센싱이 수행되는 시간 간격인 센싱 주기에 관한 정보를 더 포함하는 제1 스테이션.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 센싱 주기는 상기 제1 스테이션이 네트워크의 상황에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 제1 스테이션.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 수신 모듈은 상기 복수의 제2 스테이션들 중 전력 절약(power save) 모드로 동작 중인 단말들로부터 자신의 청취 간격에 관계없이 센싱을 수행할지 여부에 관한 정보를 수신하고, 상기 프로세서는 상기 수신된 정보를 고려하여 상기 복수의 제2 스테이션들 중 센싱을 수행할 스테이션들을 선택하는 제1 스테이션.
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