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JP2013509784A - 無線通信システムにおけるパワーセービング方法 - Google Patents

無線通信システムにおけるパワーセービング方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、高速無線通信システムのリソース活用率を高め、且つ電力消費を減らすための方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施例に係る方法は、互いに異なる二つ以上の送信モードを有する無線通信システムにおいて、チャネル状態情報及びデータフレームモード情報を要求フレーム或いは応答フレームに含んで送信することによって周波数バンドを効率的に活用する過程を含む。本発明の一実施例に係る方法は、互いに異なる二つ以上の送信モードを有する無線通信システムにおけるパワーセービング方法であり、制御フレームの受信時、三つのモードのうち最も低いサンプリング速度を有するモードに制御フレームを受信するように設定して前記制御フレームを受信する過程；及び、前記制御フレーム受信後、データパケットを送/受信のために最も高い送信率を有するモードに前記データパケットを送/受信するように設定して前記データパケットを送/受信する過程；を含む。

Description

本発明は、高速無線通信システムのリソース活用率を高め、且つ電力消費を減らすための方法及び制御装置に関する。
無線通信システムが発展し、移動中に利用可能な高容量マルチメディアコンテンツに対する需要が増加するに応じて、無線通信システムは、送信速度を向上させる努力を傾けてきた。高速移動中にインターネットを用いるためのワイブロ(Ｗｉｂｒｏ)及び低速移動中に高画質映像の実時間鑑賞が可能な無線ＬＡＮ(Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ)が代表的な例である。例えば、無線ＬＡＮは、ＩＥＥＥ８０２.１１ａ/ｇ標準では単一アンテナで２.４ＧＨｚ或いは５ＧＨｚ帯域で２０ＭＨｚ帯域幅を用いて５４Ｍｂｐｓ物理階層送信速度が可能になった。また、ＩＥＥＥ８０２.１１ｎ標準では最大４個のアンテナと４０ＭＨｚ帯域幅までサポート可能であり、６００Ｍｂｐｓ物理階層(Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ)送信速度(Ｄａｔａ Ｒａｔｅ)をサポートしている。
現在、より高い送信速度を保障するための次世代無線ＬＡＮ(Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ)として８０２.１１ｎ標準の次のバージョンに対する標準化が論議されている。通常、ＩＥＥＥ８０２.１１ｎ標準をＨＴ(Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ)モードと呼び、ＩＥＥＥ８０２.１１ａ/ｂ/ｇ標準をレガシ(Ｌｅｇａｃｙ)モードと呼ぶ。反面、ＩＥＥＥ８０２.１１ａｃ/ａｄで新たに議論中である標準は、ＶＨＴ(Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ)モードと呼ばれる。
高速のデータを信頼性が高いように処理するために、最新無線通信システムは、過去の技術に比べて複雑になっている。送信速度向上技術として複数個のチャネルを束ねて送信するチャネルボンディング技術が適用され、より高い高次元変調方式とチャネルコーディング方式が導入され、多重アンテナを使用して送信速度を高める技術からひいては多重ユーザに同時に送信する技術が研究開発されている。このような複雑な送受信技術のため無線通信システムのサイズが大きくなって回路が複雑になっている。それだけでなく、高速のデータ送信のために、従来より広い帯域幅を使用してデータを送信することによって、デジタル−アナログ変換器(Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)とアナログ−デジタル変換器(Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)、モデムプロセッサの要求動作周波数(Ｒｅｑｕｉｒｅｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)が増加された。このような技術的な背景に制限された周波数リソースを効率的に使用し、ノイズを減らすための受信機最適化技術として動的チャネル帯域幅活用技術及び高速データ送信が可能な無線通信システム設計のための低電力設計(Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ)が重要な関心事になった。
また、無線ＬＡＮは、制限された周波数帯域で動作するようになり、１６０ＭＨｚ帯域幅(２０ＭＨｚ帯域８個ボンディング)は相対的に相当広い帯域であり、このため干渉及び多様な標準をサポートする端末間の共存(Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ)問題が発生する。このような多重送信モードフレームを信頼性が高いように検出するために、データフレーム前の先行情報を制御フレームを介して端末に知らせることによって受信端を最適化させる技術が要求される。
従って、本発明では物理階層とＭＡＣ階層で同時に低電力設計する技術と低電力技術の効率性を向上させるための送信方法及びその制御装置を提供する。
また、次世代無線ＬＡＮで使用するチャネル帯域幅によってアナログ−デジタル変換装置又はデジタル−アナログ変換装置とモデムプロセッサのサンプリング速度及びモデムプロセッサのサンプリング速度を制御して電力消費効率を向上させるための方法及びその制御装置を提供する。
また、本発明ではノイズを節減して受信端の構成を受信するフレームの種類によって最適化させるための先行情報を制御フレームに含んで送信する方法及び装置を提供する。
本発明の一実施例に係る方法は、互いに異なる二つ以上の帯域幅送信モードを有する無線通信システムにおけるフレーム送信方法であって、要求フレーム送信時、チャネル状態情報又は送信するデータフレームモード情報を含んで送信する過程；及び、受信ノードから、チャネル状態情報又は前記受信可能なデータフレームモード情報を含む前記要求フレームに対する応答フレーム受信時、前記応答フレーム受信時に含まれたチャネル状態情報或いは受信可能なデータフレームモード情報に基づいて前記データフレームを生成して送信する過程；を含む。
本発明の他の実施例に係る方法は、互いに異なる二つ以上の帯域幅送信モードを有する無線通信システムにおけるパワーセービング方法であって、制御フレーム受信時、前記帯域幅モードのうち最も低いサンプリング速度を有するモードに制御フレームを受信するように設定して前記制御フレームを受信する過程；及び、前記制御フレーム受信後、データパケットを送/受信のために最も高いサンプリング速度を有するモードに前記データパケットを送/受信するように設定して前記データパケットを送/受信する過程；を含む。
本発明の他の実施例に係る方法は、キャリアセンシングを介してデータの送/受信を実行する無線通信システムにおけるパワーセービング方法であって、前記キャリアセンシングが必要ないドーズモード(Ｄｏｚｅ Ｍｏｄｅ)で前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程；前記キャリアセンシングが必要な場合、前記キャリアセンシングに必要な物理(ＰＨＹ)階層とＭＡＣ階層にのみ電源を投入する過程；及び、前記キャリアセンシング後、データ送/受信が必要な場合、データ送/受信に必要な経路にのみ電源を投入する過程；を含む。
本発明の他の実施例に係る方法は、互いに異なる二つ以上の送信モードを有し、キャリアセンシングを介してデータの送/受信を実行する無線通信システムにおけるパワーセービング方法であって、前記キャリアセンシングが必要ないドーズモード(Ｄｏｚｅ Ｍｏｄｅ)で前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程；前記キャリアセンシング必要時、前記互いに異なるモードのうち最も低いサンプリング速度を有するモードにキャリアセンシングするように設定して前記キャリアセンシングを実行する過程；及び、前記キャリアセンシング後、データパケットの送/受信のために最も高い送信率を有するモードに前記データパケットを送/受信するように設定して前記データパケットを送/受信する過程；を含む。
本発明の構成によると、高速無線通信システムの動作モードとフレームフォーマットによって端末のサンプリング速度と電源供給ブロックを選択的に変換することによって電力消費効率を向上させることができる。また、本発明を使用することによって従来のＭＡＣ階層を制御することによって低電力モードの短所を補完することができ、より広い帯域幅を使用すると同時に複雑になる次世代無線ＬＡＮの電力消費効率を向上させることができるようになる。
３個の受信経路を有する無線通信端末のブロックダイアグラムである。 ３個の受信経路を有する無線通信端末のブロックダイアグラムである。 本発明による低電力モード変換遷移によるフローチャートである。 本発明による四つの受信モードの動作原理の理解のためのタイミング図である。 クロス階層低電力モード２の状態遷移図である。 本発明による電力を調整ステップの理解のためのタイミングダイアグラムである。 本発明の実施例に係る多重チャネル低電力モード時の遷移過程によるフローチャートである。 本発明の他の実施例によってノイズ節減及び多重モードフレームの共存のためのタイミング図を示す。 本発明の他の実施例によってノイズ節減及び多重モードフレームの共存のためのタイミング図を示す。 共存基本サービスセット(ＯＢＳＳ；Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ)状況で本発明の動作を説明するための図面である。
以下、本発明の好ましい実施例の詳細な説明は、添付図面を参照して説明する。下記説明で具体的な特定事項が開示されており、これは本発明をより全般的に理解するために提供されたものである。また、本発明の説明において、関連した公知機能或いは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
本発明は、高速無線通信システムのための電力消費効率向上方法及び制御技術に関する。本発明は、大きく三つの構成要素に分けられ、各々の構成要素は、独立的に動作可能であり、或いは連動されて動作可能である。第１は、三つのクロス階層低電力モードであり、第２は、低電力モードの効率性向上のための送信方法、第３は、多重チャネル低電力モード(Ｍｕｌｔｉ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ Ｍｏｄｅ；ＭＣ ＰＳ Ｍｏｄｅ)と空間多重化低電力モード(Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ Ｍｏｄｅ；ＳＭ ＰＳ Ｍｏｄｅ)を用いた低電力技術である。
まず、一般的なＣＭＯＳ回路の消費電力(Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；Ｐ)に対して説明する。ＣＭＯＳ回路の消費電力(Ｐ)は、下記数式１のようにモデリングされる。
Figure 2013509784
数式１で、Ｐｄｙｎａｍｉｃは動的消費電力量(Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ)を意味し、Ｐｓｔａｔｉｃは静的消費電力量(Ｓｔａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ)を意味し、Ｃはスイッチングされる総電気容量(Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ)を意味し、ＶＳｉｇは電圧スイング幅(Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｎｇ)を意味し、ＶＤＤは供給電力(Ｓｕｐｐｌｙ Ｐｏｗｅｒ)を意味し、ｆｏは動作周波数(Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)を意味し、ｎｔはクロック当たり一つのフリップフロップ(Ｆｌｉｐ−Ｆｌｏｐ)が遷移される回数を意味する。
前記数式１によると、Ｐｄｙｎａｍｉｃは、スイッチングされる総電気容量、電圧スイング幅、供給電力、動作周波数、クロック当たり一つのフリップフロップが遷移される回数に比例する。また、Ｐｓｔａｔｉｃは、接地或いは供給電力の残余電流(Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ)と熱雑音(Ｔｈｅｒｍａｌ Ｎｏｉｓｅ)及び工程による電流により決定される。即ち、消費電力の決定においてＰｓｔａｔｉｃも重要な要素であるが、Ｐｓｔａｔｉｃは半導体工程及び産業ベースの技術により決定される値である反面、Ｐｄｙｎａｍｉｃはシステム設計によって変わる値である。システム設計者の立場では動的消費電力量を減らすのが低電力システム設計の目標である。
現在、議論中であるＶＨＴモードは８個アンテナ或いは１６個のアンテナまで利用可能であり、８０ＭＨｚ帯域幅をサポートするようになる可能性が高い。例えば、中継アクセスポイントは１６個のアンテナを使用し、端末は４個のアンテナを使用し、多重ユーザ多重アンテナ(Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ)技術を適用することができ、最大１６０ＭＨｚ帯域幅を用いて多重チャネル送信(Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ)技術を適用することができるようになる予定である。
従って、ＶＨＴ標準端末は、従来標準端末の２倍〜８倍のアンテナ個数と帯域幅を有するようになる。アンテナ増加による送信経路の増加は、回路及びチップサイズの増加を意味し、これは消費電力の増加を招く。また、使用する帯域幅の増加は、要求動作周波数の増加を意味し、同様に消費電力が増加するようになる。
従来の８０２.１１ａ/ｂ/ｇ/ｎ無線ＬＡＮ標準で使われた低電力技術は、８０２.１１レガシＰＳＭ、８０２.１１ｅ ＡＰＳＤ(Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ)、８０２.１１ｎ ＰＳＭＰ(Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｌｌ)、ＳＭ(Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)低電力モードなどを使用してきた。従来の技術は次のような問題点がある。
第１に、アウェイクモード(Ａｗａｋｅ Ｍｏｄｅ)端末は、常に受信待機状態でなければならない。第２に、ＰＳＭ、ＡＰＳＤ、ＰＳＭＰ方式は、別途の制御信号と大きいバッファサイズを要求する。第３に、ＭＡＣレベル低電力技術は、応答遅延時間が所要される。第４に、ＩＥＥＥ８０２.１１ｎ ＳＭ低電力モード方式は、多重アンテナシステムの場合には効果的であるが、単一経路回路の消費電力効率が悪い。第５に、ＶＨＴモードは、８０ＭＨｚ帯域幅を使用する可能性が大きく、この場合、アナログ−デジタル変換器とデジタル−アナログ変換器のサンプリング速度は１６０ＭＨｚ以上が必要であり、これは従来の１１ａ/ｇと比較した時４倍である。第６に、消費電力は、動作周波数と回路サイズに比例するため、動作周波数とトグリング回数及び動作される回路数を最小化しなければならず、従来技術には限界がある。
このような従来の低電力技術は、ＭＡＣ階層で実行されたが、前述したように、より複雑になったシステムの電力消費効率を向上させて移動可能な端末のバッテリ充電周期を延長するためには、物理階層技術を使用してＭＡＣ階層の低電力技術が有する問題点を補完するクロス階層低電力(Ｃｒｏｓｓ Ｌａｙｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ)技術が要求される。
従って、本発明では、まず、本発明の１番目の構成要素である低電力技術に対して説明する。物理階層とＭＡＣ階層の低電力モード技術を同時に使用して電力消費効率を向上させるために、本発明の構成では‘クロス階層低電力モード(Ｃｒｏｓｓ Ｌａｙｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓａｖｅ Ｍｏｄｅ；ＣＬ ＰＳ Ｍｏｄｅ)’を低電力モードと表現して説明する。
１．クロス階層低電力モード１
端末は、アウェイク区間の受信待機状態で、アナログ−デジタル変換器或いはデジタル−アナログ変換器及びモデムプロセッサの動作周波数を最小化して動的消費電力の消費効率を向上させる。レガシモードは２０ＭＨｚ帯域幅を使用し、ＨＴモードは４０ＭＨｚ帯域幅まで可能であり、ＶＨＴモードは８０ＭＨｚ帯域幅までサポート可能である。通常、ＲＴＳ(Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ)とＣＴＳ(Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ)フレームは、レガシ端末も受信可能になるようにレガシモードに送信するため、ＲＴＳ/ＣＴＳ送受信時にはアナログ−デジタル変換器及びデジタル−アナログ変換器を４０ＭＨｚサンプリング速度に動作周波数を使用し、データフレームがＶＨＴモードの場合、８０ＭＨｚ帯域幅までサポートするために１６０ＭＨｚサンプリング速度を使用し、ＨＴモードの場合、４０ＭＨｚ帯域幅までサポートするために８０ＭＨｚサンプリング速度を用い、レガシモードの場合、そのまま４０ＭＨｚサンプリング速度の動作周波数を送信するデータフォーマットによって転換することによって電力消費効率を向上させることができる。
この時、同時にアナログ−デジタル変換器とデジタル−アナログ変換器の動作周波数が変わっても、ベースバンド信号(Ｂａｓｅｂａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ)がデジタルモデムで正常に処理されるために、ＲＦ帯域制限フィルタ幅(Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ)を制御し、補間器(Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ)とデシメータ(Ｄｅｃｉｍａｔｏｒ)の動作周波数を制御する過程を含む。本発明による方法は、要求フレーム(Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｆｒａｍｅ)と応答フレーム(Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｒａｍｅ)、例えば、ＲＴＳとＣＴＳ或いはＡＣＫフレームなどの制御パケットによりモードが制御される方法及び制御装置を含む。即ち、本発明による第１のクロス階層低電力モードを使用することによって要求/応答パケット送受信前の受信待機状態でアナログ−デジタル変換器とデジタル−アナログ変換器の動作周波数、モデムプロセッサの動作周波数を最適化することによって動的消費電力効率を向上させることができる。
以下、これに対する方法を具体的に説明する。
レガシ/ＨＴ/ＶＨＴ混合モード基本サービスセットでは要求/応答フレームなどの制御信号を送受信する場合、互換性のために通常レガシモードフォーマットで送信する。従って、このような場合、アウェイクモードで受信待機状態にある端末は、アナログ−デジタル変換器のサンプリング速度を４０ＭＨｚに設定して消費効率を向上させる。
この時、ＲＦの中心周波数とアナログ帯域制限フィルタが再構成されることができる。また、デジタルフィルタの帯域制限フィルタが再構成されることができる。また、同時に受信部のデシメータの動作周波数が再構成される。
送信部の場合、ＲＴＳ/ＣＴＳを送信する時、デジタル−アナログ変換器のサンプリング速度を４０ＭＨｚ帯域幅に低めて送信する。また、受信部と同様に、送信部でＲＦ中心周波数とアナログ帯域制限フィルタ、デジタル帯域制限フィルタが再構成されることができる。また、同時に送信部の補間器の動作周波数が再構成される。
以後、要求/応答フレームを送受信した端末は、データパケットを送受信するためにサポート可能な最大の動作周波数に転換される。この時、ＡＣＫを成功的に受信した端末は、送信機会区間が終わると、再び低電力モードに転換される。また、ＡＣＫを送信して再送信が無いことを確認した端末は、再び低電力モードに転換される。以上で説明した本発明のクロス階層低電力モード１は、従来の技術と共に使われることができる。
２．クロス階層低電力モード２
端末のアウェイク区間(Ａｗａｋｅ Ｐｅｒｉｏｄ)の受信待機状態で、キャリアセンシング(Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ)前にはキャリアセンシング関連ブロックにのみ電力が投入され、残りの全てのブロックは電力を遮断する技術である。従来のＳＭパワーセーブ技術は、多重アンテナ技術を使用する無線通信システムの低電力モード動作のために、ＲＴＳとＣＴＳパケットを送受信前には少数の受信経路のみオンし、残りの経路はオフする方法を使用した。この方法は、使用する少数の受信経路を全部オンしておき、受信待機状態でなければならない。反面、本発明によるクロス階層低電力モード２を使用する場合、キャリアセンシング以前にはモデム部初端のキャリアセンシング関連ブロックのみ電力を投入し、残りは電力は遮断後にキャリアセンシング以後に残り部分に電力を投入する方法である。これによって、電力消費効率をより向上させることができる。また、従来のＳＭパワーセーブ技術は、ＲＴＳとＣＴＳを必ず使用することによって適用可能であったが、本発明によるクロス階層低電力モード２は、ＲＴＳとＣＴＳを使用しなくても適用可能であるという長所がある。
以下、本発明によるクロス階層低電力モード２に対してさらに詳細に説明する。
クロス階層低電力モード２は、韓国出願１０−２００８−０１２７３７６号(ＵＳ出願番号１２/５６１０７６)の利用発明である。言及された特許のクロス階層低電力モード２では物理階層低電力技術に焦点を合わせたが、本発明ではクロス階層低電力モード技術に改善した。また、クロス階層低電力モード１と連動してその性能改善の効果が優秀であることをクロス階層低電力モード３で説明する。
基本的に無線通信システムの受信端は、いつ信号が入力されるか予測不可であるため、アウェイク状態では常に受信待機状態にあるようになり、このため受信端回路の動的消費効率が低下される。本発明は、キャリアセンシング以前にはキャリアセンシングブロックのみ電力を投入し、キャリアセンシング以後には残りのブロックに電力を投入する先行技術を用いると同時にＭＡＣレベル低電力モードであるドーズモード(Ｄｏｚｅ Ｍｏｄｅ)の場合にはキャリアセンシングブロックも電力を遮断する(オフされている)方法を使用することで、電力消費効率をより向上させる方法を含む。
図１ａ及び図１ｂは、３個の受信経路を有する無線通信端末のブロックダイアグラムである。
図１ａ及び図１ｂは、多重アンテナシステムを例示した図面であり、各々のアンテナから受信される信号を処理する同じ部分に対しては参照符号を省略した。また、参照符号が付与されない部分は同じである他の部分の動作と同じ動作を実行するため、同じ説明は省略する。また、図１ａ及び図１ｂは、一つの図面で互いに連結される関係を有する。即ち、図１ａで出力された信号は図１ｂに入力され、このような入/出力関係を共に示した。
アンテナから受信された無線信号を処理するＲＦブロック１００では低雑音増幅器(ＬＮＡ)１０１と電圧制御利得増幅器(ＶＧＡ)１０２のみを図示した。アンテナから受信された信号は、低雑音増幅器１０１でノイズを抑制して増幅し、以後電圧制御利得増幅器１０２で増幅動作が行われる。ＲＦブロック１００では、ＲＦ周波数帯域の信号を所望の帯域信号に変換した後、アナログ−デジタル変換器(ＡＤＣ)１１１を介してアナログ信号をデジタル信号に変換する。このように変換されたデジタル信号は、直流制御器(ＤＣ ｃａｎｃｅｌ)１１２とエネルギ検出器(Ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｔｅｃｔ)１２１と自動利得制御器(ＡＧＣ)１３１及びキャリアセンシングベースの飽和検出器(Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅｎｓｅ)１３２に入力される。まず、直流制御器１１２は、デジタル信号に含まれた直流成分を除去して出力する。このように、直流成分が除去された信号は、Ｉ/Ｑチャネル信号比較器(Ｉ/Ｑ ｃｏｍｐ.)１１３に入力される。Ｉ/Ｑチャネル信号比較器１１３で出力された信号は、バッファ(ｂｕｆｆｅｒ)１１５とチャネルミキサ(ｃｈａｎｎｅｌ ｍｉｘｅｒ)１４１に入力される。バッファ１１５に入力された信号は、特定周期単位に読み取られ、キャリア周波数オフセット(ＣＦＯ：Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｏｆｆｓｅｔ)調節器１１６に入力される。ＣＦＯ調節器１１６はキャリア周波数オフセットを検出し、これを調節する。
ＣＦＯ調節器１１６から出力された信号は、高速フーリエ変換器１１７で高速フーリエ変換される。即ち、時間領域の信号が周波数領域の信号に変換される。以後、位相比較器１１８で位相比較され、ＭＩＭＯ検出器１１９で各アンテナ別又は各バンド別又は各ストリーム別信号として検出される。このように、ＭＩＭＯ検出器１１９で検出された信号は、デマッパ(Ｓｏｆｔ Ｄｅｍａｐ)１２０で各アンテナ別又は各バンド別又は各ストリーム別信号をデマッピングする。
アナログ−デジタル変換器１１１で出力されたデジタル信号を受信したエネルギ検出器１２１は、デジタル信号のエネルギを検出し、これをＣＣＡ(Ｃｌｅａｒ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ)１２２に出力する。ＣＣＡ１２２は、チャネルに信号が存在するか否かを検出し、ＭＡＣ階層に知らせる。また、アナログ−デジタル変換器１１１で出力されたデジタル信号を受信するキャリアセンシングベースの飽和検出器１３２は、キャリア信号を検出することによって飽和可否を決定し、自動利得制御器１３１に提供するための信号レベル情報を提供する。また、自動利得制御器１３１は、受信されたデジタル信号をキャリアセンシングベースの飽和検出器１３２から受信された信号レベル情報に基づいて低雑音増幅器１０１と電圧制御利得増幅器１０２の利得値を制御する。
一方、Ｉ/Ｑチャネル信号比較器１１３で出力された信号を受信したチャネルミキサ１４１は、受信された信号を混合して出力する。また、低域フィルタ及び平均器(ＬＰＦ＋ｄｅｃｉ/２)１４２は、受信された信号を低域通過フィルタリングした後、１０進数の値を１/２に分けて平均を計算する。低域フィルタ及び平均器１４２の出力は、受信電界強度測定器(Ｗ−ＲＳＳＩ)１２３とキャリアセンシングベースの受信電界強度測定器(ＲＳＳＩ ｂａｓｅｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅｎｓｅ)１４３と自動相関器(Ａｕｔｏ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)１４４及び交差相関器(Ｃｒｏｓｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)１４５に入力される。受信電界強度測定器１２３は、受信された信号の受信電界強度を測定し、ＣＣＡ１２２に提供する。また、キャリアセンシングベースの受信電界強度測定器１４３は、キャリアが検出されると、検出されたキャリア信号の受信電界強度を測定して出力する。また、自動相関器１４４と交差相関器１４５は、各々、相関値を計算して出力する。ＣＦＯ推定器１４６は、ＣＦＯを推定し、その結果をフレーム同期部１４７に提供する。また、フレーム同期部は、キャリアセンシングベースの受信電界強度測定器１４３と交差相関器１４５とキャリアセンシングベースの飽和検出器１３２及びＣＦＯ推定器１４６からの信号を受信し、フレーム同期を検出する。また、ＣＦＯ推定部１４６は、推定された値を各アンテナ別に備えられるＣＦＯ調節器１１６に提供する。キャリアセンシングベースのＸＥＲ計算器１４８は、ＸＥＲを計算する。
また、高速フーリエ変換器１１７は、高速フーリエ変換された情報をＣＦＯ及び位相推定器(ＣＦＯ＆ｐｈａｓｅ ｅｓｔ. ｗｉｔｈ ｐｉｌｏｔ)１５１に提供し、パイロットと共にＣＦＯ及び位相を推定する。このように推定された位相情報は、位相比較器１１８に提供される。それだけでなく、高速フーリエ変換器１１７は、チャネル推定器(ＣＨ Ｅｓｔ.)１５２に情報を提供し、チャネル推定が行われるようにする。このように、チャネル推定器１５２で行われたチャネル推定情報を用い、ＭＩＭＯ検出器１１９は各ストリーム別信号を出力するようになる。
ソフトデマッパは、各ストリーム別にデマッピングを実行し、デインターリーバは、該当するデマッパの出力をデインターリービングする。このようにデインターリービングされた情報は、逆パーサ(Ｄｅｐａｒｓｅｒ)で必要な情報を挿入し、デコーダでデコーディングされる。以後、デスクランブラでデスクランブリングされ、ＭＡＣ階層に送信される。
以上で説明した図１ａ及び図１ｂの構成で電源部とこれらを制御するための構成は示されていない。これらの制御に関する部分は、後述される説明に基づいて動作する。また、図１ａの点線で表示された部分１５０は、キャリアセンシングと関連した部分であり、アウェイクモードでこの部分のみ電力が投入されており(オンされており)、キャリアセンシングされると、その以後ブロックにも電力が投入される。また、図１ａ及び図１ｂで最後のＭＡＣ階層を除いた残りの部分は物理階層部に該当する。
この時、先行技術との差異点は、次の通りである。
１)４ステップのクロス階層低電力モード無線通信システムは、大きく、ドーズモード、アウェイクモードのＲＴＳ/ＣＴＳ受信前状態、アウェイクモードのＲＴＳ/ＣＴＳ受信後データ受信前、データ受信中状態の四つの状態である。本発明は、このような四つの受信状態によって低電力モードを最適化する方法である。即ち、ドーズモードの場合は、ＭＡＣのタイマ(Ｔｉｍｅｒ)を除いた全てのブロックをオフし、アウェイクモードになると、少数経路(一つ或いは二つ以上)のキャリアセンシングブロックのみオンし、ＲＴＳ/ＣＴＳ受信後には該当少数経路の残りのブロックをオンし、データ受信時には全ての経路の全てのブロックをオンする方法である。
２)本発明は、物理階層の低電力技術とＭＡＣ階層の低電力技術を共に使用するクロス階層低電力技術であり、従来の単一階層低電力技術に比べて電力消費効率を向上させることができる。
図２は、本発明による低電力モード変換遷移によるフローチャートである。
無線ＬＡＮ機器は、最初２００ステップで、アウェイク状態(Ａｗａｋｅ Ｓｔａｔｅ)であるかを検査する。もし、アウェイク状態の場合には２０６ステップに進行し、そうでない場合には２０２ステップに進行する。２０２ステップに進行すると、無線ＬＡＮ機器はタイマが満了されたかを検査する。もし、タイマが満了された場合には２０６ステップに進行し、そうでない場合には２０４ステップで全てのブロックの電源をオフした後、２００ステップを実行するようになる。
もし、２００ステップ又は２０２ステップで２０６ステップに進行する場合は、一つ又は二つの受信パートキャリアセンシングブロックにのみ電源を投入する。タイマの満了によりウェイクしたり又はアウェイクモードである場合、全部キャリアセンシング以前であるため、前述した２番目の受信状態が、即ち、ＲＴＳ/ＣＴＳ受信前状態となる。
このように、キャリアセンシングブロックにのみ電源を投入した以後、無線ＬＡＮ機器は、２０８ステップに進行し、予め決定された時間内にキャリアセンシングが行われるかを検査する。もし、キャリアセンシングが行われると、無線ＬＡＮ機器は、２１０ステップに進行し、そうでない場合には２０６ステップに進行する。
次に、キャリアセンシングが行われた場合、無線ＬＡＮ機器は、２１０ステップに進行し、受信経路の残っているブロックに電源を投入する。また、無線ＬＡＮ機器は、２１２ステップに進行し、パケットカテゴリを使用することができるかを検査する。パケットの種類情報が利用可能な場合であるかを検査することである。もし、パケットのカテゴリ、即ち、ＲＴＳ/ＣＴＳなどのようなパケットのカテゴリを用いることができる場合には２１４ステップに進行し、そうでない場合には２１６ステップに進行する。
まず、無線ＬＡＮ機器は、２１４ステップに進行すると、受信されたパケットのカテゴリがＲＴＳ/ＣＴＳパケットであるかを検査する。ＲＴＳ/ＣＴＳカテゴリのパケットである場合、無線ＬＡＮ機器は、２１８ステップに進行し、ストリーム数によって受信経路の該当ブロックに電源を投入する。
反面、２１４ステップでＲＴＳ/ＣＴＳカテゴリのパケットでない場合、又は２１２ステップの検査結果パケットのカテゴリを用いることができない場合、２１６ステップに進行し、全ての受信経路のブロックに電源を投入しなければならない。
以上で説明した内容を再び整理すると、ドーズモードの場合、タイマが満了される時まで全てのブロックに電源を遮断し(オフし)、タイマが満了されると、キャリアセンシングに必要な経路と該当キャリアセンシングブロックのみ電源を投入する(オンする)。アウェイク状態でキャリアセンシングされると、キャリアセンシングのための該当経路の残りのブロックをオンし、パケット種類情報が利用可能な場合、受信パケットがＲＴＳ/ＣＴＳの時は、データパケットのキャリアセンシング結果を向上させるためにより多くの経路をオンすることができ、もし、パケット種類情報が利用可能でない場合、或いはデータパケットである場合には全ての経路をオンする。
図３は、本発明による四つの受信モードの動作原理の理解のためのタイミング図である。
まず、ドーズモード３００である場合、受信機は、全てのブロックの電源がオフ３０１された状態である。また、アウェイクモード３１０の場合は三つに区分される。第１に、キャリアセンシングのために一つ又は二つの受信経路に該当するキャリアセンシングブロックのみ電源が投入された状態３１１がある。このような場合、受信されるパケットのカテゴリ又はパケットの受信可否を検出し、一つ又は二つの受信経路に該当するブロックに電源を投入する状態３１２である。即ち、ＲＴＳ３２１フレームが受信される場合、これらを受信するためのブロックにのみ電源を投入するようになる。また、データフレーム３２３が受信されると、受信経路に該当する全てのブロックに再び電源が投入される状態３１３となる。以後、データフレームの全てが受信された後、キャリアセンシングのためのブロックのみ電源が投入される状態３１４に遷移する。この時、応答(ＡＣＫ)フレーム３２４のようなフレームを受信することができる状態である。応答フレームを受信し、以後一定時間、即ち、予め設定されたタイマが満了される時まで信号の受信が検出されない場合、再びドーズモード３００に進入し、全てのブロックをオフするようになる。
即ち、図３で説明したように、ＲＴＳ、ＣＴＳ、データ、ＡＣＫフレームを順次送受信する状況で、該当端末は、ドーズモード或いはアウェイクモードに動作することができ、アウェイク中にキャリアセンシング可否とフレーム種類によって受信内部ブロックに電源或いはクロックの供給可否を決定することができる。
図４は、クロス階層低電力モード２の状態遷移図(Ｆｉｎｉｔｅ Ｓｔａｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅ)である。
図４で、アイドル(ＩＤＬＥ)状態４１０は、初期状態又は/及び待機状態又は/及び電源オフ状態などのうち一つ或いは全体を総称する状態である。アイドル状態４１０で電源が提供されると(ｐｏｗｅｒ ｏｎ)、実行される開始状態(ＳＴＡＲＴ)４１１を経るようになる。以後、キャリアをセンシングするＣＳ状態(Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ)４１２でキャリアが検出されると、可能な付加的なラジオを検出する状態(Ｅｎａｂｌｅ Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏｓ)４１３に進入する。以後、カウンタ値により受信信号の利得を制御する自動利得調節状態(ＡＧＣ)４１４に遷移する。ＡＧＣ状態４１４では受信信号の利得を調節する。このように、受信信号の利得が調節されると、短いプリアンブルを用いてＣＦＯを推定する状態(ＣＦＯ Ｅｓｔ. ｕｓｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｐｒｅａｍｂｌｅ)４１５に遷移する。ここで概略的なＣＦＯの推定が完了されると、システムで提供する信号、即ち、フレームの同期を合わせるための同期状態(Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ)４１６に遷移する。このように、同期が合わせられると、長いプリアンブルを用いてＣＦＯ推定状態(ＣＦＯ Ｅｓｔ. ｕｓｉｎｇ Ｌｏｎｇ Ｐｒｅａｍｂｌｅ)４１７に遷移する。即ち、ＣＦＯを推定する状態４１５及び同期状態４１６でキャリア周波数オフセットを補償し、時間的な同期を合わせるようになる。
長いプリアンブルを用いてＣＦＯの推定が良好に完了されると、シグナルフィールドの復号状態(Ｓｉｇｎａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｄｅｃｏｎｄｉｎｇ)４１８に遷移する。これを介してシグナルの復号を実行する。シグナルの復号が有効に完了されると、データを復号するデータ復号状態(Ｄａｔａ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ)４１９に遷移する。ここでデータの復号が完了されると、終了状態(ＥＮＤ)４２０に遷移し、再びアイドル状態４１０に遷移する。
キャリアをセンシングするＣＳ状態４１２でキャリアが検出されない場合、キャリアを検出する状態を維持し続けるようになる。また、自動利得制御を実行するＡＧＣ状態４１４で自動利得の調節に失敗すると、アイドル状態４１０に遷移する。アイドル状態に遷移する他の場合として次のような場合が存在する。第一に、短いプリアンブルを用いたＣＦＯの推定状態４１５で概略的なＣＦＯの推定が不可な場合である。第二に、同期状態４１６で同期を合わせることがない場合である。第三に、長いプリアンブルを用いてＣＦＯを推定する状態４１７で正確なＣＦＯの推定が不可な場合である。第四に、信号フィールドの復号状態４１８で信号フィールドの復号に失敗した場合である。
本発明は、図２の状態遷移図でＣＳ状態に留まる中には、その以後の全ての状態に該当するサブブロックに電源及びクロック供給を遮断する方式を使用することによって、電力消費を最小化するようにした。また、前記のような状態遷移を用いることによって本発明によるキャリアセンシング方法と非キャリアセンシング方法の両方ともを適用することができるようになる。
一方、アイドル状態４１０は、ドーズ(Ｄｏｚｅ)モード状態又はスリープモード(Ｓｌｅｅｐ ｍｏｄｅ)である場合にも維持される。このように、ドーズモードの場合には、キャリアセンシングブロックもオフされており、アイドル状態でＭＡＣ階層のタイマ値が満了されてアウェイクモードに変換される場合、前述した開始(ＳＴＡＲＴ)状態４１１を経てキャリアセンシング(Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ)状態４１２でキャリアセンシングされる時まで待つようになる。この時、端末の受信端のうちキャリアセンシングブロックのみオンされるようになるため、電力消費効率を向上させることができる。キャリアセンシングされた以後には該当経路の全てのブロックがオンされて信号を処理するようになる。
図５は、本発明による電力を調整ステップの理解のためのタイミングダイアグラムである。
図５に示したように、本発明による受信機は、アウェイクモード５００とドーズモード５１０が共存するようになる。アウェイクモード５００で、物理階層パワーセービングタイミング(ＰＨＹ ＰＳ ｔｉｍｉｎｇ)ではキャリアセンシング区間(ＣＰ)とキャリア非センシング区間(Ｎｏｎ−ＣＰ)に区分される。キャリアセンシング区間(ＣＰ)は、キャリアセンシングが行われる時点５０１で終了され、キャリアがセンシングされた以後、パケット１を受信する中、キャリア非センシング区間(Ｎｏｎ−ＣＰ)になる。また、ドーズモードである場合、全てのブロックに電源が遮断される状態であり、これをドーズ区間(ＤＰ)という。
このように、物理階層ではキャリアセンシング区間(ＣＰ)に電力消耗を減らすために電源が投入されない物理階層ブロックにクロックを提供しない。これは図５に示されている物理階層パワーセービングクロック(ＰＨＹ ＰＳ ｃｌｏｃｋ)と物理階層キャリアセンシング有効(ＰＨＹ ＣＳ ｖａｌｉｄ)情報により確認することができる。
一方、ＭＡＣ階層では、パワーセービングクロック(ＭＡＣ ＰＳ ｃｌｏｃｋ)をキャリアセンシングのために必要なキャリアセンシング区間(ＣＰ)でのみ投入するようにする。また、キャリアセンシングを検出するためにＭＡＣキャリアセンシング有効(ＭＡＣ ＣＳ ｖａｌｉｄ)情報から確認することができる。このような区間は、ドーズモードが開始される時点までである。
以上、前述したように、ＭＡＣ階層と物理階層の低電力モードが連動され、ＭＡＣ階層或いは物理階層単独モードに使われる場合より効率的な電力消費効率を保障することができるようになる。
３．クロス階層低電力モード３
本発明によるクロス階層低電力モード３は、クロス階層低電力モード１とクロス階層低電力モード２の混合モードである。クロス階層モード１で要求/応答フレーム及びＡＣＫフレームなどの制御パケットの助け無しにクロス階層モード２のキャリアセンシング結果によりクロス階層モード１を制御する。このため、クロス階層モード１に比べ、クロス階層モード２によりパケット間の間隔(Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ；ＩＦＳ)時間(１６ｕｓ)とキャリアセンシング時間(約２ｕｓ)中に動的消費電力を減らすことで電力消費効率を向上させることができる。クロス階層低電力モード３は、クロス階層低電力モード１でＲＴＳ/ＣＴＳを使用したことと異なって、ＲＴＳ/ＣＴＳ無しにキャリアセンシング結果により低電力モード転換が可能である。
前述したクロス階層低電力モード１方式により無線(ＲＦ)部で２０ＭＨｚ帯域制限フィルタを通過した信号は、４０ＭＨｚのサンプリング速度にデジタル変換されてキャリアセンシングされる。
また、クロス階層低電力モード２方式によりキャリアセンシングされた後、キャリアセンシング以外のブロックが動作する。
前記のような方法によりパケットが受信されると、無線ＬＡＮシステムの受信機がサポートする最大サンプリング速度を使用して動作する。
この時、要求/応答パケットにより受信するデータパケットの種類を事前に知ることができる場合、最大サンプリング速度でなく、受信パケットのモードによってサンプリング速度を決定することができる。
また、前記過程では同時に補間器とデシメータの動作周波数変換とＲＦのアナログ帯域制限フィルタとデジタル帯域制限フィルタの再構成過程を含む。
このような本発明の第３の実施例に係る方法は、ベースバンド信号処理のためのモデム部のサンプリング速度が該当モードに最適化されて動作することができる。
ここまでは本発明のクロス階層低電力モードの構成と動作に対して説明した。以下、いままで説明したクロス階層低電力モードの効率性向上のための送信方法を２番目の発明の構成要素として説明する。
受信端で受信されるフレームの情報を要求フレーム或いは応答フレームに含ませて送信することによって、受信端は該当帯域幅に合う最適の状態に待機することができる。即ち、要求/応答フレーム、例えば、ＲＴＳ/ＣＴＳなどのフレームの次に送るようになるデータフレームの次の送信モード情報を共に知らせることによって、アナログ/デジタルフィルタ設定或いはＲＦ中心周波数設定或いは動作周波数サンプリング速度などの受信モードを前記受信するフレームの種類に合わせて最適化してスループットを向上させ、消費電力効率を向上させることができる。
１)このような場合、要求される性能指標値と送信ストリーム数は、次の通りである。
− 送信信号のストリーム数が受信アンテナ数より小さい場合、必ず全ての多重アンテナを使用する必要がないため、要求される性能指標値によって使用するアンテナ数を選択することができる。要求される性能指標には、コンテンツカテゴリ(Ｃｏｎｔｅｎｔｓ Ｃａｔｅｇｏｒｙ)或いはリンク性能値、例えば、信号対雑音比、チャネル変化などになることができる。
２)送信パケットモード及び使用するチャネル帯域幅とフレーム送信方法は、次の通りである。
− 受信機は、要求/応答パケット受信後、受信機でサポート可能な最大動作周波数に変換される必要なしに、該当パケットモードのための最適の動作周波数を使用することができる。
− また、受信信号のための最適のフィルタを適用することができるため、受信端検出信頼度を向上させることができる。
− また、送信機会区間中、データフレームのグリーンフィールドモード動作が可能である。
結果的に、スループットと電力消費効率を向上させることができる。
まず、送信のための情報を知らせるための方法を説明する。第１のノードと第２のノードとの間の通信が行われると仮定する。また、前記第１ノード或いは第２のノードは、要求フレーム或いは応答フレームの動的チャネル帯域幅割当サポート可能ビット、例えば、１ビット値に基づき、相手ノードが前記チャネル状態情報或いはデータフレームモード情報を含むか否かを判別するようにことができる。
前記要求/応答フレームの送信モード情報は、要求/応答フレームに次のような実施例に含まれて送信されることができる。然しながら、以下に記述された実施例に限定されず、要求/応答フレームに残っている予約ビットを活用し、従来の標準と互換性を維持し、前記発明を実現させることができることに留意しなければならない。
１)物理階層のサービスフィールド(Ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｉｅｌｄ)
２)ＭＡＣヘッダのデュレイションフィールド(Ｄｕｒａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ)
３)ＭＡＣヘッダのフレームコントロールフィールド(Ｆｒａｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｉｅｌｄ)
例えば、前記サービスフィールド或いはデュレイションフィールドに２ビットを使用し、四つの帯域幅サポートモードを設定することができる。これを例示すると、以下のように区分することができる。
００：２０ＭＨｚ
０１：４０ＭＨｚ
１０：８０ＭＨｚ
１１：１６０ＭＨｚ
前記要求/応答フレームに含まれた前記要求/応答フレームの次にくるフレームの情報は、低電力モード用途でないノイズ節減及び多重モードフレームの共存(２０/４０/８０/１６０ＭＨｚ帯域幅或いはレガシ/ＨＴ/ＶＨＴモード)のために使われることができる。
図７及び図８は、本発明の他の実施例によってノイズ節減及び多重モードフレームの共存のためのタイミング図を示す。
まず、図７を参照して説明する。図７は、ノード１からノード２に２０ＭＨｚ帯域幅データフレームを送信するために、データフレーム送信前に２０ＭＨｚ帯域幅ＲＴＳ４個をボンディングしたフレーム７１１を８０ＭＨｚ帯域全体に送信する。これを介してノード１は、自身のフレームでない周辺の２０/４０/８０ＭＨｚ帯域幅をサポートする多様なモードのノードのＮＡＶ(Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ)値を設定して待機状態にあるようにする。反面、自身のフレームと認識したノード２は、ＲＴＳ４個をボンディングしたフレーム７１１に設定された帯域幅値に基づいて受信端の中心周波数及びフィルタを変更し、ＣＴＳフレーム７１２を２０ＭＨｚ帯域に送信する。ＣＴＳフレーム７１２を受信したノード１は、２０ＭＨｚ帯域幅データフレーム７１３を送信する。また、データフレーム７１３の受信に適するように再構成されたノード２は、データフレーム７１３を受信した後、正しく復元された場合、ＡＣＫフレーム７１４を送信する。
図８は、前述した図７の一実施例をチャネル帯域幅別に分けて示す。即ち、ＲＴＳフレーム８１１、８１２、８１３、８１４は、８０ＭＨｚ帯域幅に送信される。ＲＴＳフレーム８１１、８１２、８１３、８１４に設定された帯域幅情報値を活用し、２０ＭＨｚ帯域幅モードであるＣＴＳフレーム８２１とデータフレーム８３１及びＡＣＫフレーム８４１を送信或いは受信する時、ノイズを節減することができ、パワー消費を減らすことができる。
図９は、共存基本サービスセット(ＯＢＳＳ；Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ)状況で本発明の動作を説明するための図面である。ＢＳＳ１で、中継アクセスポイント１(ＡＰ１)が端末(ＳＴＡ)にデータを送信するためにＲＴＳフレームを送信するにあたって、ＢＳＳ１は、８０ＭＨｚ帯域までサポート可能な端末が含まれていると知られていると仮定すると、２０ＭＨｚ帯域ＲＴＳ４個を同時に送信する。この時、ＢＳＳ２で４０ＭＨｚ帯域の信号を送信している場合、ＡＰ１は前記干渉信号の存在可否を知らない。
この時、端末(ＳＴＡ)は、前記干渉信号が影響を及ぼす帯域を除いた残りの４０ＭＨｚ帯域を介してＣＴＳを送ることによって、ＡＰ１は、ＣＴＳを受信した４０ＭＨｚ帯域を介してデータフレームを送信する。ここで、ＳＴＡの場合、干渉信号と受信すべき信号が区分できなければならず、ＡＰ毎に固有なＢＳＳＩＤ(ＢＳＳ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ)が異なるため、ＭＡＣヘッダに含まれたＢＳＳＩＤに基づいて受信したパケットが、ＳＴＡが含まれたＢＳＳにあるノードからのものであるか、或いは外部ＢＳＳのものであるかを判別することができる。前記判断に基づいて干渉信号を区分し、ＲＴＳで確認した帯域で干渉信号領域を除いた残りの帯域にＣＴＳを送る。ＡＰ１は、ＣＴＳを受けた帯域を介してデータを送信することができるようになる。併せて、前記過程を介して占有する帯域幅を最小化することができ、周波数リソースを効率的に活用すると同時に電力消費効率を向上させることができる。
最後に、本発明は、次世代無線ＬＡＮ技術として使われる多重チャネル送信方法の低電力モードを含む。次世代無線ＬＡＮ技術は、従来の２０ＭＨｚ或いは４０ＭＨｚ帯域幅より４倍或いは２倍広い８０ＭＨｚ帯域幅を使用して送信することによって、スループットを２倍〜４倍高めるようになった。然しながら、このため、アナログ−デジタル変換器とデジタル−アナログ変換器のサンプリング速度も増加して消費電力が増加するようになった。それだけでなく、モデムプロセッサ(Ｍｏｄｅｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ)も高い動作周波数を使用するようになって動的消費効率が低下される問題が発生するようになった。然しながら、常に、端末装置は、高いサンプリング周波数を使用する必要がなく、使われるモードとパケット種類によって適切なサンプリング速度を使用して消費電力効率を向上させることができる。
従来の空間多重化方式のための低電力モードは、ＲＴＳ/ＣＴＳを受信する前には少数の受信経路のみオンし、残りはオフすることによって、電力消費効率を向上させることができたが、本発明の多重チャネル方式のための低電力モードは、ＲＴＳ/ＣＴＳを受信する前にはレガシモードパケット受信が可能な程度のサンプリング速度を使用し、ＲＴＳ/ＣＴＳを受信した後には該当モードパケット或いは使われるモードによってサンプリング速度を制御する方式である。ＲＴＳ/ＣＴＳパケットの次に受信するデータパケットの種類或いは使われるモード情報が載せて送信されることができる場合には該当モードに転換することができ、もし、パケット種類或いは使われるモード情報を載せて伝達することができない場合、該当端末がサポートするモードのための最大サンプリング速度に変換されるようにする制御装置を含む。
本発明は、多重チャネル送信方式が連続的或いは不連続的である場合、両方ともをサポート可能である。即ち、多重チャネルが連続的な場合には、単純なサンプリング速度の増減により動作されるが、非連続的の場合には非連続的な経路の使用可否を決定することによって電力消費効率を向上させることができるようになる。
図６は、本発明の実施例に係る多重チャネル低電力モード時の遷移過程によるフローチャートである。
無線ＬＡＮ受信機は、最初６００ステップで、アウェイク状態(Ａｗａｋｅ Ｓｔａｔｅ)であるかを検査する。もし、アウェイク状態の場合には６０６ステップに進行し、そうでない場合には６０２ステップに進行する。６０２ステップに進行すると、無線ＬＡＮ機器はタイマが満了されたかを検査する。もし、タイマが満了された場合には６０６ステップに進行し、そうでない場合には６０４ステップで全てのブロックの電源をオフした後、６００ステップを実行するようになる。
もし、６００ステップ又は６０２ステップで６０６ステップに進行する場合は、一つ又は二つの受信パートキャリアセンシングブロックにのみ電源を投入する。この時、投入される無線ＬＡＮ受信機は、レガシモード(Ｌｅｇａｃｙ Ｍｏｄｅ)サンプリング率(ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ)で動作するようにする。タイマの満了によりウェイクしたり又はアウェイクモードである場合、両方ともキャリアセンシング以前であるため、前述した２番目の受信状態が、即ち、ＲＴＳ/ＣＴＳ受信前状態となる。
このように、キャリアセンシングブロックにのみ電源を投入した以後、無線ＬＡＮ機器は、６０８ステップに進行し、予め決定された時間内にキャリアセンシングが行われるかを検査する。もし、キャリアセンシングが行われると、無線ＬＡＮ機器は、６１０ステップに進行し、そうでない場合には６０６ステップに進行する。
次に、キャリアセンシングが行われた場合、無線ＬＡＮ機器は、６１０ステップに進行し、受信経路の残っているブロックに電源を投入する。この時、サンプリング率は、レガシモードのサンプリング率を用いることができる。これを介してサンプリング率を減らすことによって消耗電力を減らすことができるようになる。また、無線ＬＡＮ受信機は、６１２ステップに進行し、パケットカテゴリを使用することができるかを検査する。パケットの種類情報を利用可能な場合であるかを検査することである。もし、パケットのカテゴリ、即ち、ＲＴＳ/ＣＴＳなどのようなパケットのカテゴリを用いることができる場合には６１４ステップに進行し、そうでない場合には６１６ステップに進行する。
無線ＬＡＮ受信機は、６１４ステップに進行すると、受信されたパケットのカテゴリがＲＴＳ/ＣＴＳパケットであるかを検査する。ＲＴＳ/ＣＴＳカテゴリのパケットである場合、無線ＬＡＮ受信機は、６１８ステップに進行し、ストリーム数によって受信経路の該当ブロックに電源を投入する。
反面、６１４ステップでＲＴＳ/ＣＴＳカテゴリのパケットでない場合、又は６１２ステップの検査結果パケットのカテゴリを用いることができない場合、６１６ステップに進行し、全ての受信経路のブロックに電源を投入しなければならない。
以後、無線ＬＡＮ受信機は、６２０ステップに進行してモード情報を使用可能かを検査する。このようなモード情報は、前述したような方法に送信されるモード情報である。もし、モード情報の使用が可能でない場合、無線ＬＡＮ受信機は、６２２ステップに進行し、受信機で最大サポート可能なデータ率で動作するようになる。
反面、モード情報を使用することができる場合、無線ＬＡＮ受信機は、まず、６２４ステップに進行し、現在モードがレガシモードであるかを検査する。もし、６２４ステップの検査結果レガシモードである場合、無線ＬＡＮ受信機は、６２６ステップに進行し、レガシモードのサンプリング率で動作する。然しながら、６２４ステップの検査結果レガシモードでない場合、無線ＬＡＮ受信機は、６２８ステップに進行し、ＨＴモードであるかを検査する。もし、ＨＴモードである場合、無線ＬＡＮ受信機は、６３０ステップに進行し、ＨＴモードに該当するサンプリング率で動作する。
然しながら、６２４ステップ及び６２８ステップの検査結果、レガシモードでもなく、ＨＴモードでもない場合、ＶＨＴモードとなる。従って、無線ＬＡＮ受信機は、６３２ステップに進行し、データストリームが連続して(ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ)受信されるかを検査する。前記検査結果、連続してデータフレームが送信される場合、無線ＬＡＮ受信機は、６３４ステップに進行し、ＶＨＴモードのサンプリング率で動作する。然しながら、連続して受信されない場合には、無線ＬＡＮ受信機は、６３６ステップに進行し、多重チャネルパワーセービング動作を実行するようになる。
以上で説明した図６は、前述した四つの受信状態による本発明の低電力モード変換順序である。即ち、ドーズモードの場合にはタイマが満了される時まで全てのブロックをオフし、タイマが満了されると、キャリアセンシングに必要な経路と該当キャリアセンシングブロックのみオンする。この時、ＲＴＳ/ＣＴＳは、レガシモードに送信されるため、レガシモードのための動作周波数に設定される。また、アウェイク状態でキャリアセンシングされると、キャリアセンシングのための該当経路の残りのブロックをオンする。以後、パケット種類情報が利用可能な場合、受信パケットがＲＴＳ/ＣＴＳの時は、データパケットのキャリアセンシング結果を向上させるためにより多くの経路をオンすることができる。然しながら、もし、パケット種類情報が利用可能でない場合、或いはデータパケットである場合には全ての経路をオンする。この時、該当端末がサポート可能な最大動作周波数に変換し、どの種類のパケットが入力されても処理可能になるようにする。パケット種類情報が利用可能で、ＲＴＳ/ＣＴＳパケットであることを確認した場合、モード情報が利用可能であると、該当モードに合うサンプリング速度に転換される。この時、モード情報が利用不可であると、該当端末がサポート可能な最大サンプリング速度に変換され、どのようなモードのパケットが入力されても処理可能になるようにする。また、モードがＶＨＴモードのパケットの場合には、前述した多重チャネル送信のための低電力モードとして使用しない非連続的なチャネルのための経路には電源とクロックを供給しないこともある。
産業上利用可能性
無線ＬＡＮシステムなどで利用可能である。

Claims (20)

  1. 互いに異なる二つ以上の帯域幅送信モードを有する無線通信システムにおけるフレーム送信方法において、
    要求フレーム送信時、チャネル状態情報又は送信するデータフレームモード情報を含んで送信する過程；及び、
    受信ノードから、チャネル状態情報又は前記受信可能なデータフレームモード情報を含む前記要求フレームに対する応答フレーム受信時、前記応答フレーム受信時に含まれたチャネル状態情報或いは受信可能なデータフレームモード情報に基づいて前記データフレームを生成して送信する過程；
    を含む無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  2. 前記チャネル状態情報は、利用可能なチャネル帯域幅情報を含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  3. 前記データフレームモード情報は、次に送信しようとするフレームの帯域幅情報を含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  4. 前記データフレームモード情報は、前記データフレームの要求される性能指標又は送信ストリーム数のうち一つを含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  5. 前記受信ノードは、受信したフレームに含まれたＭＡＣヘッダのＢＳＳＩＤに基づき、前記受信したフレームが前記受信ノードの属する基本サービスセット(ＢＳＳ)で受信した要求フレームであるか又は隣接する共存基本サービスセット(ＯＢＳＳ)で受信した干渉フレームであるかを判別する過程；及び、前記判別結果に基づいて前記要求フレームに含まれた帯域幅で干渉信号が占める帯域幅を除いた残りの帯域の大きさ情報を前記チャネル状態情報として使用して前記応答フレームを送信する過程；を含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  6. 前記要求フレーム又は前記応答フレームは、アイドル(ｉｄｌｅ)チャネルを用いて送信し、前記各フレームは、アイドルチャネル帯域幅情報を含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  7. 前記受信した応答フレームに含まれた前記チャネル状態情報或いはデータフレーム情報に基づき、前記送信するデータフレーム送信のためのフィルタ及びＲＦ中心周波数を再構成する過程をさらに含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  8. 前記受信ノードは、送信した応答フレーム又は受信した要求フレームに含まれた前記チャネル状態情報又は前記データフレーム情報に基づき、前記データフレーム受信のためのフィルタ及びＲＦ中心周波数を再構成する請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  9. 前記受信ノードは、前記応答フレーム又は前記要求フレームに含まれた前記チャネル情報又はデータフレーム情報に基づき、要求される帯域幅を満たす最小のサンプリング動作周波数で前記データフレームを受信する請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  10. 前記要求フレーム又は前記応答フレームの動的チャネル帯域幅割当サポート可能情報に基づき、相手ノードが前記チャネル状態情報或いはデータフレームモード情報を含むか否かを判別する過程をさらに含む請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  11. 前記予め提供されるチャネル状態情報或いはデータフレーム情報は、物理階層のサービスフィールド、ＭＡＣヘッダのデュレイションフィールド、及びＭＡＣヘッダのフレームコントロールフィールドのうち使われない少なくとも一つのフィールド値を用いて提供する請求項１に記載の無線通信システムにおけるフレーム送信方法。
  12. 互いに異なる二つ以上の帯域幅送信モードを有する無線通信システムにおけるパワーセービング方法において、
    制御フレーム受信時、前記帯域幅モードのうち最も低いサンプリング速度を有するモードに制御フレームを受信するように設定して前記制御フレームを受信する過程；及び、
    前記制御フレーム受信後、データパケットを送/受信のために最も高いサンプリング速度を有するモードに前記データパケットを送/受信するように設定して前記データパケットを送/受信する過程；
    を含む無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  13. 前記データパケットに対して予め帯域幅モードのうち該当モード情報が提供される場合、前記データパケットを送/受信するために予め提供された情報に該当するモードに前記データパケットを送/受信するように設定する過程をさらに含む請求項１２に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  14. 前記データパケット送/受信後、再送信が必要ない場合、前記最も低いサンプリング速度を有するモードに転換する過程をさらに含む請求項１２に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  15. 前記制御フレームは、送信要求(ＲＴＳ；Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ)、要求応答(ＣＴＳ；Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ)、及び応答(ＡＣＫ)フレームのうち少なくとも一つである請求項１２に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  16. キャリアセンシングを介してデータの送/受信を実行する無線通信システムにおけるパワーセービング方法において、
    前記キャリアセンシングが必要ないドーズモード(Ｄｏｚｅ Ｍｏｄｅ)で前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程；
    前記キャリアセンシングが必要な場合、前記キャリアセンシングに必要な物理(ＰＨＹ)階層とＭＡＣ階層にのみ電源を投入する過程；及び、
    前記キャリアセンシング後、データ送/受信が必要な場合、データ送/受信に必要な経路にのみ電源を投入する過程；
    を含む無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  17. 前記データパケット送/受信後、再送信が必要なく、前記ドーズモードに復帰時、前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程をさらに含む請求項１６に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  18. 互いに異なる二つ以上の送信モードを有し、キャリアセンシングを介してデータの送/受信を実行する無線通信システムにおけるパワーセービング方法において、
    前記キャリアセンシングが必要ないドーズモード(Ｄｏｚｅ Ｍｏｄｅ)で前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程；
    前記キャリアセンシング必要時、前記互いに異なるモードのうち最も低いサンプリング速度を有するモードにキャリアセンシングするように設定して前記キャリアセンシングを実行する過程；及び、
    前記キャリアセンシング後、データパケットの送/受信のために最も高い送信率を有するモードに前記データパケットを送/受信するように設定して前記データパケットを送/受信する過程；
    を含む無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  19. 前記データパケットに対して前記帯域幅モードのうち該当モード情報が予め提供される場合、前記データパケットを送/受信するために予め提供された情報に該当するモードに前記データパケットを送/受信するように設定する過程をさらに含む請求項１８に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
  20. 前記データパケット送/受信後、再送信が必要なく、前記ドーズモードに復帰時、前記ドーズモード解除のためのタイマにのみ電源を投入し、物理階層とＭＡＣ階層全体に電源を遮断する過程をさらに含む請求項１８に記載の無線通信システムにおけるパワーセービング方法。
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