[논문 리뷰] WiGig and IEEE 802.11ad - For multi-gigabyte-per-second WPAN and WLAN

Sai Shankar N., Debashis Dash외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 30.

Millimeter-Wave Propagation and Modeling참고 문헌 1인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 60 GHz 밀리미터파 대역에서 작동하는 멀티기가비트 무선 표준인 WiGig 및 IEEE 802.11ad를 제시한다. 이 표준은 10미터 이내의 짧은 거리에서 최대 6.75 Gbit/s의 데이터 전송 속도를 제공하며, 케이블이 없는 HD 비디오, USB 3.0, PCIe 3.0 대체를 위한 고속, 저지연 통신을 지원한다. 단일 캐리어 및 OFDM 변조 방식을 활용하고, TDMA 기반의 MAC 계층을 통해 고성능 무선 통신을 실현한다.

ABSTRACT

The Wireless Gigabit Alliance (WiGig) and IEEE 802.11ad are developing a multigigabit wireless personal and local area network (WPAN/WLAN) specification in the 60 GHz millimeter wave band. Chipset manufacturers, original equipment manufacturers (OEMs), and telecom companies are also assisting in this development. 60 GHz millimeter wave transmission will scale the speed of WLANs and WPANs to 6.75 Gbit/s over distances less than 10 meters. This technology is the first of its kind and will eliminate the need for cable around personal computers, docking stations, and other consumer electronic devices. High-definition multimedia interface (HDMI), display port, USB 3.0, and peripheral component interconnect express (PCIe) 3.0 cables will all be eliminated. Fast downloads and uploads, wireless sync, and multi-gigabit-per-second WLANs will be possible over shorter distances. 60 GHz millimeter wave supports fast session transfer (FST) protocol, which makes it backward compatible with 5 GHz or 2.4 GHz WLAN so that end users experience the same range as in today's WLANs. IEEE 802.11ad specifies the physical (PHY) sublayer and medium access control (MAC) sublayer of the protocol stack. The MAC protocol is based on time-division multiple access (TDMA), and the PHY layer uses single carrier (SC) and orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) to simultaneously enable low-power, high-performance applications.

연구 동기 및 목표

• 60 GHz 밀리미터파 대역을 활용해 개인 및 국지 영역 네트워크에서 기가비트/초 이상의 무선 통신을 가능하게 하기 위해.
• 소비자 전자기기에서 HDMI, USB 3.0, PCIe, DisplayPort 등의 물리적 케이블이 필요 없도록 고성능 무선 대안을 제공함으로써 케이블을 제거하기 위해.
• 빠른 세션 이동(Fast Session Transfer, FST) 프로토콜을 통해 기존 2.4 GHz 및 5 GHz WLAN과의 후행 호환성을 확보하기 위해.
• 단거리 무선 환경에서 저전력, 고성능 응용 프로그램을 지원할 수 있는 프로토콜 스택을 설계하기 위해.
• 고급 변조 및 다중 액세스 기법을 사용해 신뢰성 있고 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 물리 계층 및 중계 접근 제어(MAC) 하위계층을 표준화하기 위해.

제안 방법

• 10미터 이내 거리에서 최대 6.75 Gbit/s의 전송 속도를 달성하기 위해 60 GHz 밀리미터파 대역을 활용한다.
• 밀집된 환경에서 간섭을 줄이고 자원을 효율적으로 배분하기 위해 TDMA 기반의 MAC 프로토콜을 적용한다.
• 다양한 전송 요구 사항을 충족시키기 위해 물리 계층에서 단일 캐리어(SC) 및 직교 주파수 Division Multiplexing(OFDM)을 통합한다.
• 60 GHz 대역과 기존 2.4 GHz 또는 5 GHz 대역 간의 세션을 원활하게 이동시킬 수 있도록 빠른 세션 이동(FST) 프로토콜을 지원한다.
• USB 3.0, HDMI, PCIe 3.0 등의 기존 고속 인터페이스와의 호환성을 확보하기 위해 프로토콜 스택을 설계하여 완전한 케이블 대체를 실현한다.
• 반도체 칩셋 및 OEM 지원을 통해 소비자 전자기기 전반에 걸쳐 표준의 실생활 구현을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단거리 개인 및 국지 영역 네트워크에서 기가비트/초 이상의 무선 데이터 전송 속도를 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 60 GHz 대역에서 6.75 Gbit/s 전송을 지원하기 위해 필요한 물리 계층 및 중계 접근 제어(MAC) 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 이동 및 공존 중 기존 2.4 GHz 및 5 GHz WLAN과의 호환성을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ4 저지연, 고성능 단거리 무선 통신에 가장 효과적인 변조 및 다중 액세스 기법은 무엇인가?
• RQ5 HDMI, USB 3.0, PCIe 등의 유선 인터페이스를 단일 고속 무선 표준으로 대체할 경우 실질적인 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 60 GHz 대역은 10미터 이내 거리에서 최대 6.75 Gbit/s의 피크 전송 속도를 제공하여 고대역폭 응용 분야에 적합하다.
• 물리 계층에서 단일 캐리어(SC) 및 OFDM의 통합은 다양한 채널 조건에서도 탄력적이고 견고한 전송을 가능하게 한다.
• TDMA 기반의 MAC 프로토콜은 밀집된 고성능 환경에서 효율적인 중계 접근을 보장하고 충돌을 최소화한다.
• 빠른 세션 이동(Fast Session Transfer, FST) 프로토콜은 60 GHz 대역과 기존 2.4/5 GHz 대역 간의 원활한 이동을 가능하게 하여 사용자 세션의 연속성을 유지한다.
• 이 표준은 HDMI, USB 3.0, PCIe 3.0 등의 유선 인터페이스를 단일 무선 솔루션으로 완전히 대체할 수 있다.
• 반도체 제조사, OEM 및 통신 사업자들의 지원을 통해 실생활 구현이 가능하도록 설계되어 있어 확장성과 상호운용성이 보장된다.