스마트 안테나를 갖는 무선 통신 시스템에서 데이터를 송수신하는 방법 및 장치 document_id A220623107105

액세스 포인트(AP) 기반의 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN)에서, 다수의 스테이션(STA)들은 임의의 주어진 시간에 주어진 AP와 연관될 수 있다. 다중 액세스 방식이 802.11 WLAN에서와 같은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)인 경우, 임의의 STA는 임의의 주어진 시간에 자신의 연관된 AP에 데이터 패킷(“프레임”이라고도 불림)을 송신할 수 있다. 통상적으로, AP는 패킷의 매체 액세스 제어(MAC; medium access control) 헤더에 포함된 소스 어드레스에 기초하여, 패킷이 완전히 수신되어 디코딩된 후에 자신의 연관된 STA들 중 어느 STA가 패킷을 송신하였는지 결정한다. 이러한 결정을 하기 위하여, AP는 일반적으로 MAC 헤더 및 MAC 페이로드를 둘 다 커버하는 에러 검출 비트가 보통 패킷 전송의 끝에서 수신되기 때문에 전체 패킷을 수신해야 한다. AP는 또한 STA-대-AP 전송 뿐만 아니라 AP-대-STA 전송의 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratio)(그리고 그에 따라 처리율 및/또는 커버리지)를 향상시키기 위하여 스마트 안테나를 구비할 수 있다. 본 문헌에서 용어 “스마트 안테나”는 예를 들어 상이한 방향으로 향함으로써 상이한 방사 패턴을 갖는 N개의 안테나의 집합을 언급할 수 있고, 또는 스마트 안테나는 복수의 개별 방향으로 빔을 송신할 수 있는 전방향성(omni-directional) 안테나를 포함할 수 있다. 보통, 노드(AP 또는 STA)의 송신기 또는 수신기는 상대측과 통신하기 위해 가장 적합한 안테나 또는 빔을 선택한다. 가장 적합한 빔은 통상적으로 노드가 또 다른 특정 노드에 데이터 패킷을 송신하고 있는 전용 접속의 경우 수신 노드에서 가장 높은 신호 대 잡음 간섭 비(SINR; signal-to-noise-plus-interference ratio)를 야기하는 것이다. 또한, 메시 아키텍처에서 STA와 유사한 메시 포인트(MP; Mesh Point)도 수신 신호의 신호 대 잡음 비를 향상시키기 위하여 또는 간섭 감소와 같은 다른 목적을 위해 스마트 안테나를 구비할 수 있다. 하나보다 많은 STA가 AP와 연관되는 경우, 802.11에서의 다중-액세스 방식은 AP에서 패킷의 수신을 위한 가장 적합한 빔의 선택을 어렵게 할 수 있다. 이는 STA가 AP에 대하여 임의의 방향에 위치될 수 있기 때문이다. 그 결과, 가장 적합한 빔은 상이한 STA들에 대해 동일하지 않을 수 있다. 패킷의 수신을 완료하기 전에는 STA의 아이덴티티가 알려지지 않기 때문에, AP는 패킷의 수신을 위해 어느 안테나 또는 빔을 선택할지 결정하기 위해 이 정보를 사용할 수 없다. 메시 아키텍처에서 MP가 하나보다 많은 다른 MP에 링크될 수 있는 경우 MP에 대하여 동일한 문제점이 존재한다. 이러한 어려움에 대처하기 위하여, 여러 가지 대안들이 채용될 수 있다. 그러나, 각각의 대안에는 단점이 존재한다. 예를 들어, AP는 모든 패킷 수신을 위해 자신을 전방향성 빔의 사용으로 한정시킬 수 있지만, 스마트 안테나의 사용으로부터 잠재적인 이득을 손실할 것이다. 대안으로, AP는 동시에 다수의 빔으로부터의 신호를 사용하여, 그들을 결합하거나 그들 중에서 최적의 것을 선택할 수 있다. 그러나, 이 해결책에 대한 단점은 다수의 빔으로부터의 신호가 복조되어야 하기 때문에, 수신기의 복잡성을 증가시킨다는 것이다. 또 다른 대안으로, AP는 패킷 수신의 시작 직후에 연속적인 방식으로 자신의 모든 이용가능한 빔 사이에서 전환하고, 최적의 신호 품질이 되는 빔을 골라 패킷 수신의 나머지 기간 동안에는 이 빔으로 전환할 수 있다. 이러한 접근은 AP가 일부 비트를 잘못 수신할 위험성을 안고 있으며, 특정 패킷에 대해서는 가장 적당하지 않은 빔을 통하여 순환함으로써 패킷의 손실을 초래한다는 단점을 갖는다. 다른 대안으로는 AP가 전방향성 안테나를 사용하여 (패킷의 MAC 헤더에 포함된) 송신자의 MAC 어드레스의 디코딩을 시도한 다음, 나머지 패킷에 대해서는 이 방식으로 식별된 특정 STA에 대해 가장 적합한 빔을 사용할 수 있는 것이다. 이러한 접근에 의한 문제점은 MAC 헤더가 패킷의 나머지 부분과 같은 전송률로 송신된다는 것이다. 전방향성 안테나가 MAC 페이로드에 대하여 충분한 신호 품질을 위한 충분한 이득을 제공하지 못하면, MAC 헤더는 바르게 디코딩되지 않을 것이다. 반대의 경우에는 애초에 스마트 안테나를 사용할 필요가 없을 것이다. 또 다른 대안으로, STA는 송신 요구/송신 가능(RTS/CTS; Request-to-Send/Clear-to-Send) 절차를 사용하여 매 패킷을 송신하도록 될 수 있다. 이로 인해 AP는 데이터 패킷의 도달 이전에 송신 STA를 식별할 수 있을 것이다. 그러나, 이는 RTS 및 CTS 패킷의 오버헤드로 인해 상당한 처리율 불이익을 감수해야 하며, 스마트 안테나를 사용하는 목적을 잠재적으로 무효로 하는 효과를 갖게 된다. AP는 연속적으로 상이한 빔을 사용하여 STA를 폴링(poll)할 수 있다. 그러나 무선 LAN에서와 같이 버스티(bursty) 트래픽을 갖는 시스템에서 각각의 빔에 소비할 시간을 예측하려고 하는 것이 마땅하지가 않고, 또한 STA가 그들에게 차선이지만 인식가능한 빔을 사용하여 송신되는 폴링에 응답하는 것을 막기 어렵다. 이는 섀도잉(shadowing)과 같이 안테나 패턴과 무선 환경의 불규칙성 사이에 불가피한 중복으로 인한 것이다. 또 다른 대안은 AP가 MAC 프레임의 수신에 사용해야 할 빔을 결정할 수 있도록 물리 계층 컨버전스 프로토콜(PLCP; Physical Layer Convergence Protocol) 헤더에 식별자를 추가하는 것일 수 있다. 이 식별자는 빔 식별자 또는 스테이션 식별자에 대응할 수 있다. 이 해결책은 최소한의 오버헤드를 가질 수 있지만, WLAN 프로토콜의 하위 계층의 변화를 수반하며, 이는 어떤 시나리오에서는 수용가능하지 않을 수 있다. 상기의 해결책 중 일부와 연관된 또 다른 문제점은, AP가 프레임이 발신되는 STA를 식별할 수 있으면 AP가 이 STA로부터 패킷을 수신할 때 사용해야 할 빔을 자동적으로 알 것이라는 가정에 의존한다는 것이다. 이는 AP가 프레임의 송신 및 수신 이전에 빔 스캐닝 절차를 수행한 경우에만 해당될 수 있다. 사실상 AP가 이미 이러한 빔 스캐닝 절차를 수행한 경우라 해도, AP는 각각의 STA가 이동할 수 있고 RF 환경이 변할 수 있기 때문에 어느 빔이 원하는 STA로부터 패킷의 수신을 최대화할 것인지 결정할 수 없을 수 있다. 메시 네트워크에서 MP가 스마트 안테나를 구비하는 경우 상기의 모든 문제점이 존재함을 주목하여야 한다. AP와 마찬가지로, MP는 이웃하는 MP들과 같은 다수의 WLAN 노드로부터 패킷을 수신할 수 있다. 따라서 통상적인 802.11 시스템에서 사용되는 경합(contention) 기반 모드와 유사한 액세스 메커니즘을 사용한 메시 시스템에서, 스마트 안테나를 구비한 MP는 패킷이 송신되기 이전에 어느 MP가 다음의 패킷을 송신할 것인지 알기 위한 수단을 갖지 않는다. 따라서 이는 패킷의 수신시 MP의 스마트 안테나 특성의 사용에 걸림돌이 된다. 따라서 종래 기술의 무선 시스템의 단점을 극복하는 방법 및 장치가 존재한다면 바람직할 것이다.