通信设备和通信方法、以及通信系统的制作方法_3

文档序号:9381460阅读:来源:国知局
路20-1、20-2、…、20-N。然而,应该注意,本文中所提及的在发送时的“空间分割”是指仅针对同时发送帧的各用户的空间分割的用户分割。
[0107]各个发送处理单元23-1、23-2、…、23-N对从数据处理单元25供给的数字基带发送信号施加诸如编码和调制的预定信号处理,此后执行D/A转换,进一步上变频为RF (射频)信号,并且执行功率放大。然后,将上述发送RF信号经由双工器22-1、22-2、…、22-N供给至天线元件21-1、21-2、…、21-N并且发射到空中。
[0108]同时,在各个接收处理单元24-1、24-2、…24-N中,当经由双工器22_1、22_2、…、22-N供给来自天线元件21-1、21-2、”.、21-Ν的RF接收信号时,使RF接收信号经受低噪放大,接着下变频为模拟基带信号,并且此后执行D/A转换,并且进一步施加诸如解码和解调的预定信号处理。
[0109]数据处理单元25将分别从各个接收处理单元24-1、24-2、…24-Ν输入的数字接收信号乘以自适应阵列天线的接收权重,以执行空间分割,并且当再现来自每个用户(即,通信站STA1、STA2和STA3中的每个)的发送数据时,将发送数据传递至上层应用。然而,应该注意,本文中所提及的在接收时的“空间分割”包括针对同时发送帧的各用户的空间分割的用户分割以及用于将空间多路复用的Mnro信道分割成多个原始流的信道分割这两种含义。
[0110]本文中,为了使多个天线元件21-1、21-2、…、21-Ν起到自适应阵列天线的作用,数据处理单元25控制各个发送处理单元23-1、23-2、…、23-Ν以及各个接收处理单元24_1、24-2、…24-Ν,以使得对分拣到各个收发支路20-1、20-2、…、20-Ν的发送信号施加自适应阵列天线的发送权重,并且还对来自各个收发支路20-1、20-2、-,20-Ν的接收信号施加自适应阵列天线的接收权重。此外,在与各个通信站STA1、STA2和STA3进行空分多址之前,数据处理单元25学习自适应阵列天线的权重。例如,通过针对由从各个通信对方STAl至STA3接收到的已知序列构成的训练信号(以下将描述)使用诸如RLS(递归最小二乘法)的预定适应算法,可以对自适应阵列天线的权重进行学习。
[0111]数据处理单元25在安装在例如图1所示的通信系统中的介质访问控制(介质访问控制:MAC)系统中对通信协议的各个层执行处理。此外,各个收发支路20-1、20-2、…、20-N例如执行相当于PHY层的处理。如以下将描述的,具有不同长度的多个帧被从上层发送,但最终从PHY层发送的帧的长度被设置为统一的。然而,应该注意,是数据处理单元25还是各个收发支路20-1、20-2、…、20-N对帧长执行上述控制没有具体限制。
[0112]应该注意,作为终端站的通信站STAUSTA2和STA3通过设置有多个天线的自适应阵列天线执行空分多址,但仅在接收时执行用户分割,而在发送时不执行用户分割,即,不对发送帧执行多路复用,以使得不需要配备与接入点一样多的天线。
[0113]此外,图3示出没有应用空分多址的、遵照诸如IEEE 802.1la的传统标准的通信设备的配置示例。在图1所示的通信系统中,在作为终端站工作的通信站STAl至STA3当中,也存在设置有图3所示的配置并执行仅符合传统标准的通信操作的通信站。
[0114]图中所示的通信设备由设置有天线元件31的收发支路30以及数据处理单元35构成,其中,该数据处理单元35连接至该收发支路30并对收发数据执行处理。此外,在收发支路30中,天线元件31经由双工器32连接至发送处理单元33和接收处理单元34。
[0115]数据处理单元35根据来自上层应用的发送请求生成发送数据,以输出到收发支路30。发送处理单元33对数字基带发送信号施加诸如编码和调制的预定信号处理,并且此后执行D/A转换、进一步上变频为RF信号并执行功率放大。然后,上述发送RF信号经由双工器32供给至天线元件31并发射到空中。
[0116]同时,在接收处理单元34中,当经由双工器32供给来自天线元件31的RF接收信号时,使RF接收信号经受低噪放大、接着下变频为模拟基带信号、并且此后经受D/A转换,并且还施加诸如解码和解调的预定信号处理。数据处理单元35从自接收处理单元34输入的数字接收信号再现原始发送数据,以传递至上层应用。
[0117]在图1所示的通信系统中,作为接入点的STAO通过获得包括在自适应天线阵列中的、提供给本地站的各个天线元件与提供给通信站STAl至STA3的各个天线元件之间的传递函数,学习自适应阵列天线的权重。替选地,通过针对由从各个通信对方STAl至STA3接收到的已知序列组成的训练信号使用诸如RLS的预定适应算法,可以对自适应阵列天线的权重进行学习。然后,STAO基于通过任何一种方法学习的、自适应阵列天线的权重,形成关于各个通信站STAl至STA3的方向性。据此,STAO可以对寻址到通信站STAl至STA3中的每一个的、在同一时间所多路复用的发送帧或者来自各个通信站STAl至STA3的、在同一时间所多路复用的接收帧进行空间分割,即,可以实现多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址。
[0118]在作为传统无线LAN标准的IEEE 802.11中,在采用基于诸如CSMA/CA(带有冲突避免的载波侦听多路访问)的载波侦听的访问控制过程时,各个通信站被设置为在随机信道访问时避免载波冲突。
[0119]此外,在无线通信中,已知出现存在通信站不能相互直接通信的区域的隐藏终端问题。在IEEE 802.11中,作为用于解决此问题的方法,结合使用RTS/CTS握手。在数据发送源处的通信站发送发送请求帧(RTS:请求传送),并且响应于接收到来自数据发送目的地的确认通知帧(CTS:清除传送)而开始数据发送。然后,当隐藏终端接收到目的地不是本地站的帧RTS和CTS中的至少一个时,基于在接收帧中所描述的持续时间信息设置发送停止周期,以避免冲突。发送站的隐藏终端接收CTS,设置发送停止周期并避免与数据帧的冲突,并且接收站的隐藏终端接收RTS,停止发送周期,并且避免与ACK的冲突。通过与CSMA/CA控制过程结合地使用RTS/CTS握手,可在一些情况下减少过载状态下的冲突开销。
[0120]此外,在图1所示的通信系统中,可以与CSMA/CA控制过程结合地使用RTS/CTS握手。
[0121]图4示出如下情况下的序列示例:在图1所示的通信系统中,作为接入点工作的通信站STAO为数据发送源,作为终端站工作的各个通信站STAl至STA3为数据发送目的地,并且STAO在空间轴上对寻址到各个通信站STAl至STA3的发送帧进行多路复用以同时将其发送。应该注意,图4中的通信站STA4未在图1中示出,而是被设置为存在于通信站STAO至STA3的至少一个通信范围内的隐藏终端。
[0122]STAO先前执行物理载波侦听,确认介质空闲(clear),进一步执行退避(back-off),此后利用自适应阵列天线的权重,并且通过空分多路复用同时发送寻址到各个通信站 STAO 至 STA3 的多个 RTS 帧(RTS O-URTS 0-2 和 RTS 0-3)。
[0123]在接收到目的地中不包括本地站的RTS帧的情况下,遵循传统标准的STA4基于相关帧中所描述的持续时间信息设置NAV的计数器值(众所周知),并且制止发送操作。
[0124]当认识到所接收到的RTS帧寻址到本地站时,在自从相关帧的接收结束以后经过了预定的帧间间隔SIFS(短帧间间隔)后,各个通信站STAUSTA2和STA3同时发送寻址到作为 RTS 发送源的 STAO 的 CTS 帧(CTS 1-0、CTS 2-0 和 CTS 3-0)。
[0125]在完成了 RTS帧的发送后,STAO准备好接收分别从RTS帧的各个目的地答复的CTS帧。此时,由于通过利用自适应阵列天线的权重执行与各个通信站STA1、STA2和STA3的空分多址,因此,可以通过在空间轴上的分割接收同时接收到的多个CTS帧(CTS 1-0、CTS 2-0 和 CTS 3-0)ο
[0126]另一方面,在接收到不包括本地站作为目的地的任何CTS帧的情况下,遵循传统标准的STA4基于以相关帧中的持续时间所描述的信息来设置NAV的计数器值(众所周知),并且制止发送操作。
[0127]在自从接收到来自各个通信站STAl、STA2和STA3的CTS帧以后经过了预定帧间间隔SIFS后,STAO分别发送寻址到各个通信站STA1、STA2和STA3中的每一个的数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)。STAO通过利用上述所学习的自适应阵列天线的权重,通过空分多路复用同时发送多个数据帧。据此,可以总体上提高多个用户的吞吐量。应该注意,要发送的数据帧可不仅仅限于具有可以接收CTS帧的通信站作为目的地的数据帧。
[0128]与此不同,当各个通信站STA1、STA2和STA3完成对分别寻址到本地站的数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)的接收时,在经过了预定帧间间隔SIFS后,同时答复ACK帧(ACK 1-0、ACK 2-0 和 ACK 3-0)。
[0129]STAO的多个天线元件已起到自适应天线的作用,并且可以对同时接收到的多个ACK 帧(ACK 1-0、ACK 2-0 和 ACK 3-0)进行空间分割。
[0130]此外,图5示出如下情况下的序列示例:在图1所示的通信系统中,作为终端站工作的各个通信站STAl至STA3分别为数据发送源,作为接入点工作的通信站STAO为数据发送目的地,并且各个通信站STAl至STA3在空间轴上对寻址到通信站STAO的发送帧进行多路复用以同时将其发送。应该注意,图5中的通信站STA4未在图1中示出,但被设置为存在于通信站STAO至STA3的至少一个通信范围内的隐藏终端。
[0131]各个通信站STAl至STA3先前分别执行物理载波侦听,检查介质是空闲的,进一步执行退避,并且此后同时发送寻址到STAO的RTS帧(RTS1-0、RTS 2-0和RTS 3-0)。
[0132]在接收到在目的地中不包括本地站的任何RTS帧的情况下,遵循传统标准的STA4基于以相关帧中的持续时间描述的信息来设置NAV的计数器值(众所周知),并且制止发送操作。
[0133]由于通过利用自适应阵列天线的权重执行与各个通信站STA1、STA2和STA3的空分多址,因此,STAO可以接收通过空间轴上的分割而同时接收到的多个RTS帧。然后,当认识到所接收到的各RTS帧寻址到本地站时,在自从相关帧的接收结束以后经过了预定帧间间隔SIFS后,STAO通过利用自适应阵列天线的权重,通过空分多路复用同时发送将各个通信站STAl至STA3设置为各个目的地的多个CTS帧(CTS O-UCTS 0-2和CTS 0-3)。
[0134]在完成了 RTS帧的发送后,各个通信站STAUSTA2和STA3准备好接收从作为RTS帧的目的地站的STAO答复的CTS帧。然后,响应于来自STAO的CTS帧的接收,各个通信站STAl、STA2和STA3同时发送寻址到STAO的数据帧(片段1_0、片段2-0和片段3_0)。据此,可以总体上提高多个用户的吞吐量。
[0135]另一方面,在接收到不包括本地站作为目的地的任何CTS帧的情况下,遵循传统标准的STA4基于以相关帧中的持续时间描述的信息设置NAV的计数器值(众所周知),并且制止发送操作。
[0136]由于通过利用自适应阵列天线的权重来执行与各个通信站STA1、STA2和STA3的空分多址,因此,STAO可以接收通过空间轴上的分割而同时接收到的多个数据帧。然后,当认识到所接收到的各个数据帧寻址到本地站
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