专利名称：无线通信设备和无线通信方法
技术领域：
本发明涉及基于载波检测来执行媒体接入控制的无线通信，尤其涉及一种用于在多个用户共享多个信道的无线通信系统中，基于信道搜索结果选择将被使用的通信信道的无线通信设备和无线通信方法。
相关技术媒体接入控制(MAC)是这样一种控制，其用于使多个共享相同媒体来执行通信的通信装置，判断如何将所述媒体用于传送通信数据。归因于媒体接入控制，即使是在两个或更多通信装置同时使用相同媒体传送通信数据的情况下，也很少发生接收侧的通信装置无法分开通信数据的情况(所谓碰撞)。媒体接入控制还减少了无论是否存在具有传输请求的通信装置，任何一个所述通信装置都无法使用媒体的情况的发生机会。
在无线通信中，因为通信装置难以在传送数据时监控传输数据，需要不以碰撞检测为前提的媒体接入控制。作为无线LAN(局域网)的典型技术规范的IEEE 802.11使用CSMA/CA(带防碰撞的载波检测多址)。
根据IEEE 802.11内的CSMA/CA，在MAC帧的首标内，设置了直至一个序列结束的周期(称为持续时间)，所述序列包括所述MAC帧之后的一个或多个帧交换。在所述持续时间内，与所述序列无关且无传输权的通信装置等待一旦确定媒体的虚拟占用状态即进行传输。这阻止了碰撞的发生。另一方面，在所述序列中拥有传输权的通信装置识别出，除了媒体被实际占用的周期外，所述媒体并未被使用。
IEEE 802.11定义了媒体的状态是基于前一种情况内MAC层上的虚拟载波检测，与后一种情况内物理层上的物理载波检测的组合来确定的，并基于所述确定来执行媒体接入控制。
日本专利申请KOKAI公开No.2003-87856公开了一种方法，所述方法用于实现这样一种无线基站，其可以在存在多个具有不同物理层的无线LAN方案的无线通信系统内，公共地用于多个无线LAN方案。具体而言，使无线基站交替地在第一物理层上生成第一通知信号，在第二物理层上生成第二通知信号，并将它们传送给无线终端，且所述第一和第二物理层被与所述第一和第二通知信号同步转换。对应于第一物理层的无线终端仅被允许在所述第一通知信号传输时间之后的预定时期内接入，而对应于所述第二物理层的无线终端仅被允许在所述第二通知信号传输时间之后的预定时期内接入。
使用CSMA/CA的IEEE 802.11尝试主要通过改变物理层上的协议来提高通信速度。至于2.4GHz频带，已从IEEE 802.11(1997年建立，通信速度＝2Mbps)改变为IEEE 802.11b(1999年建立，通信速度＝11Mbps)，进一步改变成IEEE 802.11g(2003年建立，通信速度＝54Mbps)。至于5GHz频带，仅存在IEEE 802.11a(1999年建立，通信速度＝54Mbps)作为标准技术规范。
作为一种提高通信速度的方法，可使用扩展信道的频带宽度的方法。在这种方法中，具有特定带宽的信道与具有比上述信道更宽带宽的另一信道存在于特定频带内。
在高吞吐量通信中，为了保护具有宽频带的空闲信道，必须根据通信带宽来执行信道搜索。但是，因为常规信道搜索方案被设计成借助特定通信带宽来执行所述信道搜索。因此，借助常规信道搜索方案无法搜索具有不同通信带宽的信道。
例如，根据所述常规信道搜索方案，在多个用户共享多个信道的无线通信系统内，始终使用特定通信带宽来搜索空闲信道。在这种信道搜索方案中，具有传输数据的终端通过始终使用特定通信带宽来顺序检查每个信道是否为空闲的。因此，如果检测到任何空闲信道，所述终端在结束所有信道搜索后在所检测空闲信道上传送数据。具体而言，在无线LAN标准IEEE 802.11h内，为了动态选择信道，在通信之前借助特定带宽来执行信道搜索，并确定将用于通信的信道。
在上述常规信道搜索方案中，整个系统始终使用特定带宽，不会对用于搜索信道的带宽做任何改变。因此，在用于使用多个通信带宽执行通信的无线通信系统内，在一些情况下，实际用于数据传输的通信带宽并不匹配于将被用于信道搜索的带宽。在这种情况下，在常规信道搜索方案中，无法与所述多个通信带宽一致地有效执行所述信道搜索。同样，即使在执行信道搜索时，也无法保证所需的通信带宽。
发明内容
本发明指向于提供一种无线通信设备和无线通信方法，其用于通过对具有相同频域内不同频带的多个信道的信道搜索，执行无线通信。
根据本发明的一方面，一种用于使用具有第一频带的第一信道以及具有比所述第一频带更宽的第二频带的第二信道中的至少一个执行无线通信的无线通信设备包括被配置为执行对第一频带的带宽的第一信道搜索，以及对所述第二频带的带宽的第二信道搜索，并得到指示空闲信道的搜索结果的信道搜索设备，以及被配置成基于所述信道搜索设备得到的所述搜索结果，确定将被使用的信道的确定设备。
图1是示出了根据本发明第一实施例的终端布置的方框图；图2是示出了根据对IEEE 802.11无线LAN系统的应用的终端布置的方框图；图3解释了根据第一实施例的信道搜索顺序；图4解释了根据第一实施例的另一信道搜索顺序；图5解释了根据本发明第二实施例的信道搜索顺序；图6是示出了根据本发明第四实施例的终端布置的方框图；图7是示出了根据第四实施例的另一终端的布置的方框图；图8解释了根据第四实施例的网络布置；
图9是根据第四实施例的网络布置内的信道的示意图；图10解释了根据第四实施例的信道搜索顺序。
具体实施例方式
以下将参照附图来描述本发明的实施例。
作为在通信之前执行频率信道搜索的无线通信系统，可使用基于IEEE Std.802.11-1999(修正2003包括ISO/IEC 8802-111999(E)ANSI/IEEE Std 802.11，1999版本，IEEE Std 802.11a-1999，IEEE Std802.11b-1999，IEEE Std 802.11b-1999/Cor 1-2001，以及IEEE Std802.11d-1999)的无线LAN系统。以下将以本发明应用于IEEE 802.11无线LAN系统为例。IEEE 802.11标准是属于物理(PHY)层和媒体接入控制(MAC)层的标准。将关注所述MAC层上的处理来描述以下实施例。应当注意的是，IEEE 802.11标准包括作为IEEE 802.11标准的修正或推荐实施方式的标准。
(第一实施例)图1是示出了根据本发明第一实施例的无线通信设备的方框图。如图1所示，所述无线通信设备(以下将被称为“终端”)一般包括信道搜索指示设备和载波检测设备。在通信之前的信道搜索中，所述终端内的所述信道搜索指示设备确定用于执行所述信道搜索的通信带宽，以及用于确定信道搜索的次序的信道搜索顺序(1)。根据所述信道搜索顺序，所述信道搜索指示设备指示载波检测执行设备执行载波检测，从而使得信道载波检测操作顺序执行(2)。所述载波检测执行设备执行具有指定通信带宽的频道的物理载波检测，并将指示所述信道空闲还是繁忙的载波检测结果通知所述信道搜索指示设备(3)。基于所述载波检测结果，所述信道搜索指示设备选择将被用于通信的信道。
图2是示出了根据IEEE 802.11无线LAN系统的应用的终端布置的方框图。如图2所示，在所述IEEE 802.11无线LAN系统中，所述信道搜索指示设备被设置为站管理实体(SME)，执行PHY层上的信道的载波检测。在所述信道搜索中，所述SME指示MAC管理实体(MLME)执行信道搜索(1)。在这种情况下，所述MLME可同时得到用于信道搜索的通信带宽，以及用于确定信道搜索次序的信道搜索顺序的通知。为了指示执行所述信道搜索，可扩展并使用所述IEEE 802.11无线LAN系统内的扫描请求帧。根据所述SME指示的信道搜索顺序，所述MLME将被搜索信道的数量通知给PLME，并指示执行物理载波检测(2)。所述PHY层管理实体(PLME)执行具有所指示通信带宽的频道的物理载波检测，并将所述信道是空闲还是繁忙通知所述MLME(3)。所述MLME还将所述信道搜索结果通知所述SME(4)，所述SME选择将被用于通信的信道(5)。
以下将描述信道搜索顺序以及确定将被用于所述信道搜索指示设备的信道的方法。假定所述终端支持使用20MHz通信带宽的通信协议，以及使用40MHz通信带宽的通信协议，并保护两个信道，即一个40MHz信道和一个20MHz信道。在所述信道搜索中，使用所述20MHz通信带宽和40MHz通信带宽。在所述无线通信系统中，假定使用四个每个都具有20MHz通信带宽的信道。
图3示出了一个根据本发明第一实施例的信道搜索顺序的实例。使用20MHz通信带宽顺序搜索Ch1至Ch4(图3内搜索S1至S4)。所述载波检测结果指示Ch3被用于另一终端。因此，Ch1、Ch2和Ch4被记录为将被使用的20MHz信道的候选。在完成20MHz通信带宽的信道搜索之后，借助40MHz通信带宽顺序搜索所述信道(图3内的搜索S5至S7)。作为40MHz通信带宽的信道搜索的结果，因为仅可在搜索S5中，在40MHz信道内检测到空闲状态，将ch1+2记录为40MHz信道的候选。
如上所述，在图3中，所述信道搜索从较窄通信带宽开始。根据20MHz和40MHz通信带宽的两个信道搜索的结果，所述信道搜索指示设备确定将ch1+2用作40MHz信道，将ch4用作20MHz信道。
图4示出了根据本发明第一实施例的另一信道搜索顺序的实例。如图3所示，图4所示的信道搜索从具有较窄通信带宽的信道开始。换言之，在根据20MHz通信带宽执行信道搜索之后，执行40MHz通信带宽的信道搜索。应当注意的是，图4内信道搜索顺序与图3内的不同之处在于，当20MHz通信带宽的信道搜索结果是两个相邻信道为空闲的时，所述两个相邻信道被确定为将被用于40MHz通信的信道，并不执行40MHz通信带宽的信道搜索。
应当注意的是，当较大通信带宽为较小者的整数倍时，可执行图4所示的信道搜索。
同样，在图4所示的信道搜索顺序中，用于保护所述40MHz通信带宽的两个20MHz信道是相邻的，或是相互分离的。
如上所述，根据本发明的第一实施例，可实现用于具有相同频带内不同频带宽度的多个信道的信道搜索的布置。具体而言，因为可对具有不同通信带宽的信道执行所述信道搜索，可基于所述信道搜索结果来保护具有不同通信带宽的信道。同样，根据所述信道搜索结果，可适当选择所使用的信道和通信带宽。
此外，由于以下信道搜索是根据信道搜索结果控制的，可改善所述搜索的效率。
(第二实施例)图5示出了根据本发明第二实施例的信道搜索顺序的实例。图5所示的所述信道搜索顺序不同于第一实施例内的之处在于，在结束了根据40MHz通信带宽的信道搜索之后，执行根据20MHz通信带宽的信道搜索。
在图5所示的40MHz信道搜索S1中，所述载波检测结果指示信道并不用于另一终端，即所述信道是空闲的。因此，借助40MHz通信带宽的信道搜索在找到所述空闲信道时结束。信道搜索指示设备将在图5所示搜索S1内找到的信道记录为将被用于40MHz通信的信道。
然后，为除了记录为所述40MHz信道的信道(图5搜索S1内找到的信道)之外的频带(ch3和ch4，即图3内搜索S2和S3)执行借助20MHz通信带宽的信道搜索。借助所述20MHz通信带宽的信道搜索的结果指示仅在搜索S3中，在ch4内检测到空闲状态。因此，ch4被记录为20MHz信道的候选。
如上所述，在图5所示的信道搜索中，与所述第一实施例不同，所述信道搜索从较大通信宽度开始，限制性地仅为未被记录为具有大通信带宽的信道的剩余频带，执行借助20MHz通信带宽的信道搜索。
与所述第一实施例一样，根据借助40MHz通信带宽和20MHz通信带宽的信道搜索的结果，所述信道搜索指示设备确定ch1+2用作40MHz信道，而ch4用于20MHz信道。
如上所述，根据第二实施例，保证用于高吞吐量通信的具有较宽通信带宽的信道是优先的，可取得与第一实施例相同的效果。
(第三实施例)本发明第三实施例可与所述第一实施例组合起来实施。在本发明的第三实施例中，当在信道搜索中找到空闲信道时，在信道搜索周期期间内传送某一信号以预订所述空闲信道。
例如在图3中，在借助20MHz通信带宽的信道搜索期间内，当载波检测结果指示ch1是空闲信道时，在ch1上传送周期信号(信标信号等)。换言之，当在借助20MHz通信带宽信道搜索的ch2至ch4上执行载波检测时，或在借助40MHz通信带宽的信道搜索的期间内，在所找到空闲信道(ch1)上周期性传送所述信号。
根据所述信号传输，可得到所述空闲信道的预订状态。因此，一个20MHz空闲信道在被找到时被预订，而另一20MHz信道可在空闲状态下被搜索到，以保证所述40MHz通信带宽。
作为通过在信道搜索期间内使用某一信号，保证直至数据传输的空闲信道的方案，不仅可使用如上在所述空闲信道上周期性传送所述信号的方案，还可以使用连续输出诸如单音信号的信号的方案。在这种情况下，在所述空闲信道上连续输出的所述信号可能是具有用于所述系统的无线通信协议格式的低功率信号，或具有另一系统格式的信号。通过使用这种信号，连续传送以保护所述信道的所述信号与另一信号干扰的可能性较低。
根据本发明的第三实施例，在保护所发现信道时，可搜索另一信道。因此，可轻易保证40MHz的宽通信带宽。
(第四实施例)图6示出了根据本发明第四实施例的终端的布置。如图6所示，根据第四实施例的无线通信设备大致包括物理层10、MAC层20和链路层30。参照图6，所述物理层10对应于使用具有不同频带宽度的信道的两种类型物理层协议。具体而言，所述物理层10包括第一物理层协议处理设备11，其通过使用具有第一频带宽度的第一信道来执行对通信的物理层协议处理，以及第二物理层协议处理设备12，其通过使用具有第二频带宽度的第二信道执行对通信的物理层协议处理，所述第二频带宽度宽于所述第一频带宽度。所述第一物理层协议处理设备11和第二物理层协议处理设备12通常共享电路，且就实施方式而言无需相互独立。
由所述第一物理层协议处理设备11处理的协议例如至少包括IEEE 802.11a定义的物理层协议。假定所述第一物理层协议处理设备11使用的所述第一频带宽度为20MHz。所述第一物理层协议处理设备11使用所谓MIMO(多输入多输出)技术，所述MIMO技术在传送侧与接收侧都使用多个天线。使用所述MIMO技术可期望无需改变频带，即可几乎与天线数量成比例地增加传输容量。因此，该技术很可能为指向进一步提高IEEE 802.11的吞吐量的IEEE 802.11 TGn(任务组n)所采用。
假定所述第二物理层协议处理设备12使用SISO(单输入单输出)和MIMO技术中的一个或两者。假定所述第二物理层协议处理设备12使用的所述第二频带具有40MHz的带宽。所述第一频带宽度处于所述第二频带宽度之内。
所述MAC层20包括信道接入控制设备21。所述信道接入控制设备21包括载波检测设备21、信道状态管理设备23、信道占用/释放控制设备24。所述MAC层20还包括网络系统管理设备25。如下所述，所述网络系统管理设备25管理信标帧的生成、联系等，并被适当地扩展。
所述载波检测设备22通过基于从所述物理层10得到的真实载波检测信息与从MAC层20处协议得到的虚拟载波检测信息的组合，管理载波检测状态，从而管理信道的空闲/繁忙状态。换言之，所述载波检测设备22管理第一频带内一个或多个第一信道和第二频带内一个或多个第二信道的空闲/繁忙状态，而非管理单个信道的空闲/繁忙状态。
所述信道占用/释放控制设备24生成用于控制MAC层20的虚拟载波检测状态的帧，需要其在预定时间内占用信道或释放所占用信道。所述信道占用/释放控制设备24生成的帧被发送给物理层10，并被所述第一物理层协议处理设备11和所述第二物理层协议处理设备12传送。
所述信道状态管理设备23使所述载波检测设备22、信道占用/释放控制设备24、物理层10的第一和第二物理层协议处理设备11和12共同操作，以执行所需信道接入控制。
图6所示无线通信设备的实例包括40M/20M MIMO STA(AP)和40M/20M STA(AP)。40M/20M MIMO STA(AP)是一种终端(或接入点)，其可以执行通过20MHz信道的SISO传输/接收、通过20MHz信道的MIMO传输/接收、通过40MHz信道的SISO传输/接收、通过40MHz信道的MIMO传输/接收。40M/20M STA(AP)是一种可以执行通过20MHz信道的SISO传输/接收和通过40MHz信道的MIMO传输/接收的终端(或接入点)。假定所述链路层30具有IEEE 802所定义的一般链路层的功能。
图7所示另一无线通信终端与图6所示无线通信终端的区别在于，所述物理层10不包括图6所示的第二物理层协议处理设备12。所述装置与图6内无线通信设备的相同之处在于，第一物理层协议处理设备11的第一频带具有标称带宽20MHz，这使得所述MIMO技术是否被包括都没有区别。此外，这些装置就所述MAC层20和链路层30而言是相同的。
但应当注意的是，图7内无线通信设备基于所述第一物理层协议处理设备11仅执行媒体接入控制，因此在图7内MAC层10的操作细节上部分区别于图6所示无线通信协议。如果所述第一物理层协议处理设备11并不包括MIMO技术，图7所示无线通信设备可能是符合IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g中至少一个的现有装置。
图7所示无线通信设备的实例包括20M MIMO STA(AP)和20MSTA(AP)。20M MIMO STA(AP)是一种终端(或接入点)，其可以执行通过20MHz信道的SISO传输/接收、通过20MHz信道的MIMO传输/接收。20M STA(AP)是一种可以执行通过20MHz信道的SISO传输/接收的终端(或接入点)。
图8示出了一种包括图6和图7内无线通信设备的网络的实例。所述网络内的基站是对应于40M/20M MIMO AP的接入点101。每个终端102至106都已建立与所述基站101的连接。所述终端102至106的类型是40M/20M MIMO STA1、40M/20M MIMO STA2、40M/20MSTA、20M MIMO STA、20M STA_1。假定20M STA_2属于使用20M_ch_b的网络。
如图9B内示为通信链路，图8内的网络具有使用从X MHz到(X+20)MHz的频带的20MHz信道20M_ch_a，以及使用从X MHz到(X+40)MHz的频带的40MHz信道40M_ch(图9A)。因此，从X MHz到(X+20)MHz的频带被20MHz信道和40MHz信道冗余地使用。使用从(X+20)MHz到(X+40)MHz的频带的另一20MHz信道20M_ch_b并不用于图8内的网络，但可能用于另一网络。
如上所示，同时使用20M_ch_a和20M_ch_b。在所述网络中，使用所述40MHz信道40M_ch，以及在频率上与40M_ch重叠的20MHz信道20M_ch_a和20M_ch_b中的一个。换言之，属于所述网络的40M/20M MIMO STA和40M/20M STA并不同时使用20M_ch_a和20M_cn_b。
以下将描述上述20MHz/40MHz共存无线LAN系统内的40M/20M AP的信道搜索顺序。当40M/20M AP搜索将被用于本地BSS(基本业务组)的信道时，执行下述的信道搜索顺序。一般而言，所述40M/20M AP的信道搜索顺序与第一实施例中的一样。以下将参照图10描述所述信道搜索顺序。
40M/20M AP使用20MHz通信带宽，顺序执行从ch1开始的载波检测(图10内的搜索S1)。ch1、ch2、ch3的载波检测结果指示ch2和ch3连续的空闲。在这种情况下，40M/20M AP保证ch2和ch3作为用于本地BSS 100的通信信道。在所述本地BSS 100中，ch2或ch3用于20MHz通信，ch2和ch3均用于40MHz通信。
在第四实施例中，诸如ch2和ch3的相邻信道是空闲的。但由40M/20M AP保证用于所述本地BSS的两个信道可能是相邻的，或是相互分离的。
除了上述信道搜索顺序之外，40M/20M AP可以在如第四实施例描述的20MHz/40MHz共存系统内，执行与所述第一至第三实施例中的类似的信道搜索顺序。
如上所述，当发现在40M/20M AP中，两个信道在借助20MHz通信带宽的信道搜索期间内是空闲的时，所述两个信道可得到保护，分配给所述20MHz/40MHz共存系统(用于所述本地BSS)，并被使用。因此，所述两个信道被用于存在40M/20M终端的系统内的20MHz/通信和40MHz通信。
如上所述，根据本发明的实施例，可实现对具有相同频域内不同频带宽度的多个信道的信道搜索的布置。具体而言，因为可为具有不同通信带宽的信道执行信道搜索，可基于所述信道搜索结果来保护具有不同通信带宽的信道。同样，根据所述信道搜索结果，可适当选择将被使用的信道和通信带宽。
此外，由于根据所述信道搜索结果来控制后续信道搜索，可改善所述搜索的效率。
对本领域技术人员而言，更多的优点和修改是显而易见的。本发明因此在更宽的视界中并不仅限于本文示出并描述的具体细节和代表性实施例。所以，可在并不背离所附权利要求书及其等价物定义的一般发明原理的精神和范围的情况下，做出各种修改。
权利要求
1.一种无线通信设备，利用具有第一频带的第一信道以及具有第二频带的第二信道中的至少一个执行无线通信，其中所述第二频带宽于所述第一频带，所述无线通信设备包括信道搜索设备，所述信道搜索设备被配置为执行对于所述第一频带的带宽的第一信道搜索，以及对于所述第二频带的带宽的第二信道搜索，并且得到指示空闲信道的搜索结果；以及确定设备，所述确定设备被配置为基于所述信道搜索设备得到的搜索结果，确定将被使用的信道。
2.根据权利要求1的设备，其中所述信道搜索设备基于所述第二信道搜索得到的搜索结果，限制所述第一信道搜索的带宽的搜索范围。
3.根据权利要求1的设备，其中所述第二频带的带宽是所述第一频带的带宽的整数倍。
4.根据权利要求1的设备，还包括周期信号传送设备，所述周期信号传送设备被配置为在所述空闲信道上传送周期信号，以保持所述信道搜索设备所找到的空闲信道。
5.根据权利要求1的设备，还包括这样一种设备，即所述设备被配置为在所述空闲信道上传送连续信号，以保持所述信道搜索设备所找到的所述空闲信道。
6.根据权利要求1的设备，其中所述确定设备确定所述第一信道搜索所找到的至少两个空闲信道被用作至少一个所述第二信道。
7.根据权利要求6的设备，其中所述至少两个空闲信道具有相邻的频带。
8.一种无线通信方法，利用具有第一频带的第一信道以及具有第二频带的第二信道中的至少一个执行无线通信，所述第二频带宽于所述第一频带，所述无线通信方法包括执行对于所述第一频带的带宽的第一信道搜索，以及对于所述第二频带的带宽的第二信道搜索，并且得到指示空闲信道的搜索结果；以及基于所述所得到的搜索结果，确定将被使用的信道。
9.根据权利要求8的方法，还包括基于所述第二信道搜索所得到的搜索结果，限制所述第一信道搜索的带宽的搜索范围。
10.根据权利要求8的方法，其中所述第二频带的带宽是所述第一频带的带宽的整数倍。
11.根据权利要求8的方法，还包括在所述空闲信道上传送周期信号，以保持所述空闲信道。
12.根据权利要求8的方法，还包括在所述空闲信道上传送连续信号，以保持所述空闲信道。
13.根据权利要求8的方法，其中所述确定步骤包括将由所述第一信道搜索找到的至少两个空闲信道用作至少一个所述第二信道。
14.根据权利要求13的方法，其中所述至少两个空闲信道具有相邻的频带。
全文摘要
一种无线通信设备，其使用具有第一频带的第一信道和具有第二频带的第二信道中的至少一个执行无线通信，所述第二频带宽于所述第一频带，所述无线通信设备包括信道搜索设备和确定设备，所述信道搜索设备执行对所述第一频带的带宽的第一信道搜索，以及对所述第二频带的带宽的第二信道搜索，并得到指示空闲信道的搜索结果，所述确定设备基于所述信道搜索设备得到的所述搜索结果，确定将被使用的信道。
文档编号H04L12/28GK1717085SQ200510078088
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月14日 优先权日2004年6月14日
发明者宇都宮依子, 足立朋子, 高木雅裕, 中岛徹, 旦代智哉, 西林泰如 申请人:株式会社东芝