1 IEEE e 개요 2 IEEE e 표준화현황 3 IEEE e Use Cases 4 IEEE e MAC 기술 IEEE e PHY 기술 References 1

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3 e: HRCP (High Rate Close Proximity System) IEEE e HRCP v 10cm 이내의초근접거리에서두단말간에대용량파일의초고속교환을제공하는통신기술 ü 주요 application Digital kiosks, Ticket gates 등에서의빠른 data 교환 두 P2P Device 간의 instant file sharing 무선 SSD 등의 wireless storage 등 v 주요특징 ü quick link setup, quick release, P2P connection ü Touch and Get" 방식으로즉석에서대용량 data 전송가능 Touch and Get P2P file sharing 2

4 e: HRCP (High Rate Close Proximity System) IEEE e 의 Scope v 60 GHz 비면허대역을사용하는초고속근접통신을위한 PHY/MAC 규격개발 ü High data rate close proximity wireless connectivity 제공 typically over 200 Mbps up to 100 Gbps ü fixed, portable 및 moving devices 지원 ü Low complexity, low cost, low power consumption ü High rate close proximity point to point application 지원 Close proximity 에있는두 device 간의 rapid large multimedia data downloads/file exchange 제공 mobile devices, stationary devices (kiosks, ticket gates, etc.), wireless data storage devices 등포함 v b, c 에대한 amendment 형태로개발 ü 과의 compatibility 를위해기존 15.3 규격의 64 bit MAC addressing 을 48bit MAC addressing 으로변경 3

5 HRCP 의장점 v P2P connectivity 는쉽게구현가능 v Touch-based connectivity 지원 ü quick, simple, intuitive operation 제공가능 Connection establishment 를위한 setup 절차생략가능 v Short connection time ü quick link setup, quick link release: 2 msec 이하의빠른 link setup time v Simple MAC 을사용한 low latency ü 기존 의 MAC 에서 P2P connectivity 에필요하지않은부분제거및 P2P connectivity 를위해 MAC 기능최적화 v 향상된 data rate ü 기존 c 의최대 PHY rate 은 5 Gbps (OOK PHY 는 1.64 Gbps) ü e 는 100 Gbps 까지제공 (OOK PHY 는 6.57 Gbps) v Interference 및 co-existence issue 가없음 4

6 WPAN Task Group 3e 표준진행 History ü 2014 년 5 월생성된 d Task Group 에서근접통신기술표준에대한초기논의시작 ü 2014 년 11 월 d 로부터 10cm 거리의통신을위해최적화된표준부분을별도의 Task Group 으로분리하기로함 à e ü IEEE Study Group 3e 가 2014 년 12 월에시작됨 ü 2015 년 3 월부터 e Task Group 으로전환 ü 2015 년 5 월회의에서 Technical Guidance Document (TGD), Channel Model Document (CMD), CFP (Call for Proposal) 승인 ü 2015 년 7 월 Preliminary Full Proposal 발표 TransferJet 진영 vs ETRI 2 개의 Full Proposal 논의 ü 2015 년 9 월 harmonized proposal 발표 ETRI 의 OOK PHY 및 TransferJet 진영의 SC PHY 2 가지 PHY mode 사용 (Dual PHY) 공통의 Single MAC 사용 5

7 WPAN Task Group 3e 표준진행 History ü 2016 년 1 월 ETRI 가제안한보안규격까지포함한 Draft 1.0 승인 Working Group Letter Ballot 시작 ü 2017 년 7 월부터 Sponsor Ballot 시작 ü 2017 년 2 월최종규격승인 : 2017 년 6 월규격 publish 완료 6

8 WPAN Task Group 3e 주요참여사 v 일본 TransferJet 컨소시엄가입사 ü TransferJet Sony, Toshiba, Olympus, NTT, JRC, Epson 등참여 2020 년도쿄하계올림픽때 10 Gbps 급전송속도의 60 GHz 근접통신기술제공목표 ü 주요사용분야 : Ticket Gates, Kiosk Downloading 등 v ETRI ü 주요사용분야 : Wireless Storage 7

9 Use Cases in TGD Kiosk Downloading v 공공장소에설치된 Kiosk 에서의초고속파일다운로드서비스 ü Total 전송시간 : 3 초이내 ü 전송범위 : 50 mm 이하 ü 사용예 : user 가 portable 단말을 Kiosk 에 touch 하여 touch 직전선택한 data 를 upload/download Source: IEEE /0109r6 8

10 Use Cases in TGD Close Proximity P2P v 스마트폰, 디지털카메라, 캠코더, TV, 게임기, 프린터등을포함한두단말간의 high speed P2P file 전송 ü Non-contact P2P wireless transmission 지원 ü 사용예 touch action 을통해사용자의한단말에서다른단말로 data 를전송 여행자가스마트폰을 PC 에접근시켜스마트폰의 digital video 을 PC 에저장 Source: IEEE /0109r6 9

11 Use Cases in TGD Ticket Gates v 사용자가 kiosk 앞에서완전히멈추지않고 gate 를통과하면서특정영역을 touch 하여 data 전송 ü Link setup 소요시간 : 2 msec 이내 ü 인접한 lane 을통과하는다른 terminal 과의잘못된연결을막아야함 transmission range limit: 50 mm Source: IEEE /0109r6 10

Use Cases in TGD Wireless data storage v Wireless flash memory device, wireless SSD device, game card, smart poster 등 ü 사용예 : 사용자가 storage device 를 TV 혹은 PC

12 Use Cases in TGD Wireless data storage v Wireless flash memory device, wireless SSD device, game card, smart poster 등 ü 사용예 : 사용자가 storage device 를 TV 혹은 PC 등의지정된영역에놓으면 connection 이이루어짐 사용자가 device 를치우지않으면 link 가계속유지되도록할수있음 Smart poster 로부터사용자의스마트폰으로 touch action 을통해 data 전송 Wireless Storage Source: IEEE /0109r6 11

13 IEEE e MAC 기술주요특징 v 기존의 은 piconet 구조이나, e 는 P2P 구조 (Pairnet) ü 두개의단말로구성 v 기존 c piconet 의불필요한기능들제거 ü No coordinator handover, No child/neighbor/parent piconet ü Association 이후주기적인 management frame 교환필요없음 Connection 설정이후 beacon 전송중단 v 항상 Full bandwidth 사용가능 v No CSMA ü P2P 방식이며항상 range 안에두개의단말만존재 ü 항상전체 bandwidth 에대해 full access 가능 v No dynamic channel selection ü Short connection setup 을위해 default channel 을사용 v No Block ACK v Touch action 지원 /Device 가 range 밖으로나가면즉시연결해제 12

14 e Pairnet Pairnet 구조 v 최대두개의 DEV 로구성 v 다른 DEV 에연결하기위해서는현재의 Pairnet 이먼저연결해제되어야함 ü 일반적인통신거리는 10 cm 이하 ü 다른 DEV 가연결되도록하기위해 DEV 는 default channel 로비콘전송 PRC (Pairnet Coordinator): 비콘을전송하는 DEV Source: IEEE Std e

15 Superframe 구조 e Superframe Source: IEEE Std e

16 e Superframe Associated Phase 에서의 PAP (Pairnet Associated Period) 의억세스방법은 Unassociated Phase (PSP, Pairnet Setup Period) 에서의억세스방법과다름 v Unassociated Phase ü PRC 가 P2P connection 을시작하기위해주기적으로비콘을전송 ü 비콘은 target DEV 가 Association Request 를보내는데사용할수있는 access slot 의개수와 duration 정보포함 ü Target DEV 는 Association Request 를전송하기위해 access slot 을하나선택하여선택된 access slot 의시작시점에 Association Request command 를전송 ü Unassociated Phase 에서는 mandatory MCS 만사용 v Associated Phase ü 모든 frame 은 SIFS 혹은 RIFS 간격을사용한 access 방법을사용하여전송 15

17 Aggregation e data 전송시에는반드시 aggregation frame format 을사용 Source: IEEE Std e

18 Aggregation v Association 절차에서협상된 Preferred Payload Size 보다큰 MSDU 는 fragmentation 처리됨 v 각 subframe 에 subheader 가추가됨 ü ACK Policy 는 Stk-ACK 으로설정 v 마지막 Subframe 을제외한각 Subframe 에 padding octet 추가 ü 32bit 단위 padding 은디폴트로지원 ü 두 DEV 의 capability 에따라 64 bit, 128 bit 단위 padding 도가능 (Association 절차에서협상가능 ) v 256 개까지의 subframe 을하나의 frame 으로 aggregate 가능 17

19 Channel Access PRC 는 SIFS 와 RIFS 만사용 v PAP 의 synchronous phase 동안에는모든 DEV 가 SIFS 사용하며전송권한을교대로가짐 v PAP 의 asynchronous phase 동안에는모든 DEV 가 RIFS 를사용 v PRC 의 RIFS 값은항상 associate 된 DEV 의 RIFS 값보다짧음 Association 이후의 PAP v PAP 에서는 Stk-ACK (stack acknowledgment) 사용 ü Stk-ACK 은 MAC header 에표시 ü Data payload 에 piggyback 되어전송가능 v PAP 는두가지 phase (synchronous phase 와 asynchronous phase) 를가짐 ü DEV 간의 Ping-Pong 전송이지속될때, 즉 frame 교환이 SIFS 간격을사용하여지속될때의 phase 는 synchronous phase ü 나머지경우의 phase 는 asynchronous phase 18

20 Ping-Pong 전송 & Stk-ACK (Synchronous phase) Ping-Pong Transmission with SIFS No CSMA/CA Source: IEEE Std e

21 Ping-Pong 전송 & Stk-ACK (Synchronous phase) v Synchronous phase 동안두 DEV 는 frame 사이에 SIFS 간격을사용하는 ping-pong 전송수행 ü DEV 가어떠한 data 오류도없이 N+1 에서 N+4 까지의 subframe 을수신받으면, 해당 DEV 는다음전송시 Stk-ACK 에 N+4 를설정 ü Stk-ACK 은다음 data frame 전송에 piggyback 되어전송가능 ü DEV 가자신의전송단계에서전송할 data 가없는경우 : synchronous phase 를유지하기위해 data 는없고가장마지막에수신한 sequence number 를포함한 Stk-ACK 을전송 v DEV 가 subheader 나 subframe 에오류가있는것을감지한경우 : ü 오류가있는 subframe 및그다음의모든 subframe 들을 discard ü 다음에전송하는 frame 의 MAC header 의 ACK information field 에가장마지막으로오류없이수신한 subframe 의 sequence number 설정 20

22 Recovery Process (Asynchronous phase) RIFS(PRDEV) >> RIFS(PRC)>>SIFS,ACK ( 충돌회피목적 ) Synchronization 이깨지는경우 DEV 는 recovery process 수행 No CSMA/CA Source: IEEE Std e

23 Recovery Process (Asynchronous phase) v Recovery Process 진입 ü Target DEV 에서 MAC header 오류를감지하거나 ACK frame 을놓친다면, Pairnet 의 DEV 들은 asynchronous phase 에진입 ü Target DEV 에서 PHY 가오류를보고하면, 해당 DEV 는 asynchronous phase 에진입 v Recovery Process 수행 ü Pairnet 에속한각 DEV 는 RIFS 를사용해 medium 을 access 하고 data payload 가없는 frame 을전송 ü 전송 frame 의 MAC header 에항상 Stk-ACK 정보설정 ü PRC 와 DEV 는서로다른 RIFS 값을사용 ü DEV 가 RIFS 안에 frame 을수신하였고해당 frame 의 MAC header 에오류가없다면, DEV 는 synchronous phase 에진입했다고판단 22

24 Touch Action v e 단말이서로 1cm 이내로접근하는경우연결이설정되어야함 ü PRC 가 beacon 에 Expected RSSI 값을포함시켜전송 ü 터치액션을위한설정거리 ( 예 1cm) 에대한디바이스의수신기에서기대되는 RSSI 값을비콘에표시 ü 비콘을수신한단말에서송신된 RSSI 값과수신기에서측정한 RSSI 값을비교 ü 값이송신된값보다크면디바이스가터치액션범위에들어왔다고판단하여링크설정 Source: [5] 23

25 Next DEVID v PRC 는 Next DEVID 값을 beacon 에포함시켜전송 ü 다음 associate 할단말에대한 DEVID 에해당 ü Random 하게생성됨 ü Next DEVID 는이전의세션에서사용하던것과다른값을사용 <Blocking a new connection> Source: IEEE /0660r2 24

26 IEEE e PHY Dual PHY 지원 v IEEE e 단말은 OOK or SC PHY 중반드시하나를지원해야함 v OOK PHY: 저복잡도, 저가격, 저전력을위한 PHY ü Modulation 방식 : OOK 한가지만사용 ü FEC scheme: RS (Reed Solomon) coding 만사용 ü MIMO 는사용하지않음 ü 보다높은 throughput 을위해 channel bonding 사용 (Zing: 2 Channel bonding 지원 ) ü 4 channel bonding 사용시 6.57Gbps 까지지원 v SC PHY: 초고속전송을위한 PHY ü 싱글채널사용시 13Gbps 지원 ü MIMO 사용시최대 157 Gbps 까지지원가능 ü 256 QAM 까지지원 ü 원하며, FEC scheme 은 LDPC 계열을사용 25

27 Dual Beacon PRC 가 Dual PHY mode 지원시 Dual Beacon 사용 v OOK PHY beacon 과 SC PHY beacon 을번갈아가며전송하여 OOK PHY 혹은 SC PHY 를지원하는 DEV 와 connection 설정가능 IEEE Std e -2017, June

28 OOK PHY: Channel Bonding Channelization v OOK PHY 에서는 4 channel bonding 까지지원 ü 두단말간모든채널은항상사용가능하다고가정할수있음 v Ch 2 를 default channel 로사용 ü link setup time 향상, 채널시그널링오버헤드감소 27

29 PHY frame 구조 OOK PHY: Frame Structure 28

30 OOK PHY: Preamble v AGC setting, timing acquisition, frequency offset estimation, frame synchronization, channel estimation 등을위해추가 v 각필드에사용되는시퀀스들은 128 bit golay 시퀀스 & 로구성 v SYNC 필드는 frame detection 을위해사용 v SFD (Start Frame Delimiter) 는프레임의시작을알려주는 delimiter 역할및 CES 사용여부표시, OOK MCS 관련정보를나타냄 v CES (Channel Estimation Sequence) 는채널추정을위해사용 ü SFD1: delimiter 역할 + CES 필드의사용여부를알려주는역할 ü SFD2, SFD3 및 SFD4 의패턴을이용해채널본딩개수, Spreading Factor 표시가능 IEEE Std e -2017, June 2017 apre a128 apos - a p re - a apos b b pre 128 bpos - bp re - b bpos 29

31 OOK PHY: Preamble SFD 필드 v 4 개의 SFD code 사용 ü SFD 1: delimiter 로사용 -a128 : delimiter indication & CES 가사용되지않음을나타냄 -b128: delimiter indication & CES 가사용됨을나타냄 ü SFD 2, 3, 4: OOK MCS 관련 parameter 표시 (bonding 된 channel 갯수및 Spreading Factor 표시 ) SFD pattern (SFD2, SFD3, SFD4) Meaning +a 128 +a 128 +a 128 No channel bonding, SF=1 +a 128 +a 128 -a channel bonding, SF=2 +a 128 -a 128 +a channel bonding, SF=1 +a 128 -a 128 -a channel bonding, SF=2 -a 128 +a 128 +a channel bonding, SF=1 -a 128 +a 128 -a channel bonding, SF=2 -a 128 -a 128 +a channel bonding, SF=1 -a 128 -a 128 -a 128 Reserved ~ -b 128 -b 128 -b

32 OOK PHY: Preamble 채널본딩시의 Preamble 구조 v Robustness 를위해 Preamble 기본구조를본딩된채널갯수만큼반복 ü Preamble 반복을사용함으로써, Preamble, SYNC, SFD, CES 의 duration 이 channel bonding 이사용되더라도항상동일해짐 예 : 2 채널본딩시의 Preamble IEEE Std e -2017, June

33 OOK PHY: PHY header format PHY header 구조 v 32 bit 길이 ü MCS 는 SFD 에서 signal 되므로생략 v Scrambler Seed ID: scrambler seed identifier value v Aggregation: aggregation 사용시 1 로설정 v The Frame Length: preamble 및 frame header 를제외한 MAC frame body 의길이를 octets 로지정. 여기에는 frame payload, aggregated MAC frame 의서브헤더및 padding octet, FCS 가포함됨 v Pilot Symbol: 만약해당 frame 에서 pilot symbol 이사용되었으면 1 로설정되고, 사용되지않았으면 0 으로설정 bits:b0-b3 b4 b5-26 b27 b28-b31 Scrambler Seed ID Aggregation Frame Length Pilot Symbol Reserved 32

34 OOK PHY: Block 구성및 Pilot Symbol Pilot Symbol & Block v Pilot symbol: Timing tracking, clock drift 에대한보상, frequency offset error 에대한보상, frequency domain equalization 등에사용 ü Frequency domain equalization 시 data 는 block 단위로처리됨 v 전송 symbol 들을길이 N = 508 SF (Spreading Factor) 인 block 으로나누고 pilot symbol 을추가 (option) ü Pilot symbol 을사용하지않는경우 N = 512 SF v Pilot symbol 은길이 Np = 4 SF 인 sequence 로구성됨 Spreading Factor Pilot symbols IEEE Std e -2017, June

35 OOK PHY: MCS OOK PHY MCS Mode Mode 1 (No channel bonding) Mode 2 (2 channel bonding) Mode 3 (3 channel bonding) Mode 4 (4 channel bonding) MCS ide ntifier Data rate (Mb/s) with pilot symbol Data rate (Mb/s) without pilot symbol 1643 (Mandatory) Modulatio n Spreading fact or, L SF OOK FEC type RS (240,2 24) v SF=1 : block length =512 chips, pilot symbol length = 0 or 4 bits v SF=2: block length =1024 chips, pilot symbol length LP = 0 or 8 bits 34

36 Q & A 35

37 [1] IEEE Std e -2017, June 2017 [2] IEEE /0109r6, TG3e Technical Guidance Document, May 2015 [3] IEEE /0657r1, Proposal for IEEE e General Introduction, Sept [4] IEEE /0723r0, Proposal for IEEE e Connection establishment using expected RSSI, Sept [5] HRCP통신시스템에서의심플페어링을위한기대 RSSI기반의터치액션, 2016년통신학회동계학술대회 [6] IEEE /0660r2, Proposal for IEEE e MAC: Superframe and Association, Sept 2015 [7] IEEE /0659r0, Proposal for IEEE e OOK PHY, Sept [8] IEEE /0932r0, Supporting material for OOK PHY, Nov

2016 한국전자통신연구원 21

2016 한국전자통신연구원 21 Ⅰ. 머리말현재이동 / 무선통신환경은사람과사람간의통신서비스형태뿐만아니라 Internet of Things(IoT) 통신서비스로점차확대되어가고있으며, Wi-Fi, Bluetooth 중심의근거리무선통신뿐만아니라더욱통신영역이좁아진근접통신의필요성이대두되고있다. 또한두기기간가까이접근하기만하면연결이설정되는접근방식의사용자인터페이스가확산되고있으며,