专利名称：通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及被应用空分多址(SDMA)的通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统，在SDMA中多个用户共享空间轴上的无线资源。具体地，本发明涉及用于复用具有可变长度帧格式的帧并且将其传送到多个用户的通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统。
背景技术：
无线通信已提高了旧有的有线通信中的配线的负担，此外，对其用作用于实现移动物体中的通信的技术有贡献。作为与无线LAN(局域网)相关的标准，可以例示例如 IEEE (电气电子工程师协会)802. 11。IEEE802. lla/g已广泛分布。根据IEEE 802. lla/g的标准，使用正交频分复用(OFDM)，在2. 4GHz或5GHz频带中支持其中应用最大54Mbps的通信速率(物理层数据速率)的调制方案。此外，在作为前述标准的扩展标准的IEEE 802. Iln中，通过采用MIMO(多输入多输出)通信方案实现了更高的位速率。这里，MIMO是其中在传送器侧和接收器侧均设置多个天线元件以实现空间复用流的通信方案(如公知的那样)。尽管通过IEEE 802. Iln已实现了超过IOOMbps的高吞吐量(HT)，但是随着传送内容信息量的增加，要求更高的速度增加。例如，在MIMO通信装置中的天线数目增加的情况下，通过增加空间复用的流的数目，可以在一对一通信中提高吞吐量，保持低水平的兼容性。然而，在将来，除了每个用户的吞吐量之外，在通信中将要求作为整体的多个用户的吞吐量的提高。在IEEE 802. Ilac的工作组会议中，计划使用等于或低于6GHz的频带，并且设定数据传送速率超过l(ibps的无线LAN标准，但是对于实现而言，如多用户MIMO(MU-MIMO)或 SDMA的其中多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址(SDMA)方案是有效的。当前，空分多址作为基于诸如PHS(个人手持电话系统)和LTE(长期演进)的时分多址(TDMA)的下一代移动电话系统的底层技术之一而接受检验。此外，已关注于无线LAN 领域中的如上文所述的一对多通信，但是几乎没有其可应用的示例。所考虑的原因还在于， 在分组通信中以令人满意的效率复用多个用户是困难的。作为对照，已提出了如下通信系统，该通信系统使用具有分组格式并且保持与旧有的802. 11标准的低水平兼容性的RTS、CTS、ACK分组，在旧有的IEEE 802. 11标准中利用自适应阵列天线来组合载波侦听和SDMA这两种技术而实现(例如，参见专利文献1)。这里，当SDMA被应用于无线LAN时，可以考虑其中可变长度帧在同一时间轴上复用的情况。如果多个用户中的每个用户的传送数据的长度总体上相同，则没有问题，但是如果根据传送数据的长度差异而复用的帧长度不同，则总传送功率随着传送时段期间复用的帧的数目增加而剧烈改变。如果具有不同长度的帧在不变的情况下复用并且被传送，则有可能带来各方面的问题，即IEEE 802. 11中标准化的RCPI (接收信道功率指示符)的帧中的功率分布是不规则的，这触发了接收侧的自动增益控制(AGC)中的不稳定的操作。出于该原因，有必要在最终级处以相同的帧长度传送在同一时间轴上复用的帧，即使每个用户的传送数据长度不同。例如，在诸如旧有的蜂窝系统的具有固定帧格式的系统中，可以通过插入关于分集的数据(例如，参见专利文献幻、调度分配时间(例如，参见专利文献幻、可变数据速率 (例如，参见专利文献4和幻以及可变信道配置(例如，参见专利文献6)来执行帧补偿等。 对此，由于诸如无线LAN的使用可变长度格式的系统具有根本不同的配置，因此难于应用这些相关技术。引用列表专利文献专利文献1 日本未审专利申请公布第2004-3^570号专利文献2 日本未审专利申请公布第2001-148646号专利文献3 =PCT日文公开专利第2009-506679号专利文献4 日本未审专利申请公布第2008-236065号专利文献5 日本专利第观55172号专利文献6 日本未审专利申请公布第2007-89113号
发明内容
技术问题本发明的目的在于提供可以通过适当地应用其中多个用户共享空间轴上的无线资源的SDMA来执行通信操作的优良的通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统。本发明的另一目的在于提供可以复用具有可变长度帧格式的帧并且将其传送到多个用户的优良的通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统。本发明的又一目的在于提供可以复用具有可变长度帧格式的帧并且将其传送到多个用户的优良的通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统，即使当传送到多个用户中的每个用户的数据长度不均勻时仍避免针对接收侧的总传送功率的剧烈改变。对问题的解决方案本申请考虑以上问题，并且权利要求1中描述的本发明是一种通信装置，其包括 通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；调制和解调单元，在通信单元中对多个用户中的每个用户的帧进行调制和解调；频率带宽设定单元，在通信装置中设定多个用户中的每个用户的帧中使用的频率带宽；以及数据处理单元，处理多个用户中的每个用户的帧并且确定在调制和解调单元中应用的调制方案和在频率带宽设定单元中设定的频率带宽中的每个，并且数据处理单元针对多个用户确定不同的频率带宽，并且通信单元复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。根据本申请的权利要求2中描述的本发明，权利要求1中描述的通信装置的数据处理单元被配置为确定每个用户的频率带宽，从而同时传送到多个用户中的每个用户的帧的长度彼此相等。根据本申请的权利要求3中描述的本发明，权利要求1中描述的通信装置的数据处理单元被配置为确定每个用户的频率带宽和调制方案，从而同时传送到多个用户中的每个用户的帧的长度彼此相等。根据本申请的权利要求4中描述的本发明，权利要求3中描述的通信装置的数据处理单元被配置为当确定不能仅通过确定每个用户的频率带宽来调整帧长度时，数据处理单元进一步确定每个用户的调制方案。本申请的权利要求5中描述的本发明是一种通信装置，包括空分多址单元，将空间轴上的无线资源分配给多个用户以便复用帧；频率带宽设定单元，设定多个用户中的每个用户的帧中使用的频率带宽；以及数据处理单元，处理多个用户中的每个用户的帧并且确定在频率带宽设定单元中设定的频率带宽，频率带宽设定单元可以在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且可以在两个或更多个位置处设定通过复制最小频带而获得的频带，并且当针对多个用户中的每个用户传送传送请求(RTQ帧，随后从多个用户中的每个用户接收校验通知(CTS)帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时，数据处理单元通过在多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送传送请求帧。根据本申请的权利要求6中描述的本发明，权利要求5中描述的通信装置的通信单元被配置为在向多个用户中的每个用户传送数据帧的频率带宽中接收来自多个用户中的每个用户的校验通知帧。。根据本申请的权利要求7中描述的本发明，权利要求5中描述的通信装置的数据处理单元被配置为生成包括遵循旧有标准的RTS 802. 11字段以及不需要遵循旧有标准的 RTS add字段的RTS帧，并且在RTS add字段中描述多个用户中的每个用户的传送帧中使用的频率带宽和频率位置。此外，本申请的权利要求8中描述的本发明是一种通信方法，其中空间轴上的无线资源被分配给多个用户并且帧被复用，包括确定多个用户的不同的频率带宽，以及复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。此外，本申请的权利要求9中描述的本发明是一种通信方法，其中空间轴上的无线资源被分配给多个用户并且帧被复用，可以在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且可以在两个或更多个位置处设定通过复制最小频带而获得的频带，当针对多个用户中的每个用户传送传送请求(RTS)帧，随后从多个用户中的每个用户接收校验通知 (CTS)帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时，通过在多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送传送请求帧。此外，本申请的权利要求10中描述的本发明是一种以计算机可读形式描述以便在计算机上执行用于控制通信装置中的通信操作的处理的计算机程序，该通信装置包括 通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；调制和解调单元，在通信单元中对多个用户中的每个用户的帧进行调制和解调；以及频率带宽设定单元，在通信单元中设定多个用户的帧中使用的频率带宽，该程序使计算机用作数据处理单元，该数据处理单元处理多个用户中的每个用户的帧并且确定在调制和解调单元中应用的调制方案和在频率带宽设定单元中设定的频率带宽中的每个，并且该数据处理单元针对多个用户确定不同的频率带宽并且复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。此外，本申请的权利要求11中描述的本发明是一种以计算机可读形式描述以便在计算机上执行用于控制通信装置中的通信操作的处理的计算机程序，该通信装置包括 通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；以及频率带宽设定单元，在通信单元中设定多个用户的帧中使用的频率带宽，该频率带宽设定单元可以在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且可以在两个或更多个位置处设定通过复制最小频带而获得的频带，该程序使计算机用作数据处理单元， 该数据处理单元处理多个用户中的每个用户的帧并且确定在频率带宽设定单元中设定的频率带宽，并且当针对多个用户中的每个用户传送传送请求(RTS)帧，随后从多个用户中的每个用户接收校验通知(CTS)帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时， 该数据处理单元通过在多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送传送请求帧。与本申请的权利要求10和11相关的计算机程序中的每个限定了以计算机可读形式描述以便在计算机上实现预定处理的计算机程序。换言之，通过将与本申请的权利要求 10和11相关的计算机程序中的每个安装在计算机中，在计算机上发挥协作作用并且可以获得与根据本申请的权利要求ι和5的通信装置的效果相同的效果。此外，本申请的权利要求12中描述的本发明是一种通信系统，包括第一通信装置，其中确定关于多个用户的帧传送中使用的频率带宽，并且将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用并同时传送具有不同频率带宽的帧；以及多个第二通信装置，与多个用户中的每个用户对应并且接收以装置自身为目标的帧。然而，这里提到的“系统”指的是从多个装置(或者实现特定功能的功能模块)的逻辑集合得到的物体，与每个装置或功能模块是否包括在单个壳体中无关。此外，本申请的权利要求13中描述的本发明是一种通信系统，其中可以在整个可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且可以在两个或更多个位置处设定通过复制最小频带而获得的频带，包括第一通信装置，其通过在多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送关于多个用户中的每个用户的传送请求(RTS)帧并且在从多个用户中的每个用户接收校验通知(CTQ帧之后开始传送数据帧；以及多个第二通信装置，其接收以站自身为目标的传送请求(RTQ帧并且返回校验通知(CTQ帧。本发明的有利效果根据本发明，可以提供如下通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统它们是优良的并且可以令人满意地执行应用空分多址的通信操作，在空分多址中空间轴上的无线资源由多个用户共享。此外，根据本发明，可以提供如下通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统它们是优良的并且可以复用并令人满意地传送具有可变长度帧格式的帧，同时避免接收侧的总传送功率的剧烈改变，即使当多个用户中的每个用户的传送数据长度不一定均勻时。此外，根据本发明，可以提供如下通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统它们是优良的并且可以复用并令人满意地传送具有可变长度帧格式的帧，同时通过传送最终具有相同帧长度的在同一时间轴上复用的每个帧，来避免传送侧的总传送功率的剧烈改变，即便每个用户的传送数据长度变化。此外，根据本发明，可以提供如下通信装置和通信方法、计算机程序以及通信系统它们是优良的，可以使用空分多址和频率带宽扩展这两种方法提高多个全体用户的吞吐量，并且可以通过自适应地设定以每个用户为目标的传送帧中使用的调制方案和频率带宽来复用并令人满意地传送具有可变长度帧格式的帧。根据本申请的权利要求1、8、10和12中描述的本发明，可以确定每个用户的不同的频率带宽，并且复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。根据本申请的权利要求2中描述的本发明，可以通过较之原始频率带宽进一步缩窄以用户为目标的传送帧来延长其中继续传送的时间。此外，相反地，可以通过较之原始频率带宽进一步扩展帧来缩短其中继续传送的时间。当同时传送并且以每个用户为目标的帧的长度不同时，存在不便，即由于总传送功率的剧烈变化而发生通信频带的浪费，这导致接收侧的不稳定的操作。对于这一点，根据本申请的权利要求2中描述的本发明，可以使同时传送的多个帧的长度彼此一致，并且解决上述不便。此外，由于在不执行填补的情况下帧长度彼此一致，因此不浪费带宽。根据本申请的权利要求3中描述的本发明，可以通过组合频率带宽和调制方案来进行执行空分多址的通信装置进行空间复用的每个帧的帧长度的控制。例如，通过设定为原始频率带宽的一半使帧长度倍增，但是当通信质量充分高时，可以通过切换到具有数目更多的状态的调制方案并且缩短帧长度来执行帧长度的精密控制。可替选地，当通信质量不令人满意时，可以通过切换到具有数目更少的状态的调制方案来延长帧长度，并且通过较之原始频带进一步缩窄帧来进一步延长帧长度。此外，根据本申请的权利要求4中描述的本发明，当仅可以在确定每个用户的频率带宽时调整帧长度时，可以通过进一步确定每个用户的调制方案来更精密地控制帧长度。本申请的权利要求5、9、11和13中描述的本发明可以应用于无线LAN环境，其中可以在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽，诸如20MHz、40MHz和80MHz。在这种无线LAN环境下，有必要确保将使用的全体频带上的频带。根据本申请的权利要求5、9、 11和13中描述的本发明，仅能够在最小频率带宽中操作并且遵循旧有标准的隐藏终端也可以接收RTS帧。因此，可以使用旧有的RTS/CTS握手，在保持低水平的兼容性的同时实现冲突避免。根据本申请的权利要求6中描述的本发明，用作RTS帧的传送目标的每个通信站返回遵循旧有标准的CTS帧(其可以仅通过最小频率带宽来操作)，并且从RTS帧的传送源接收数据帧。此外，本申请的权利要求6中描述的通信装置可以通过使来自多个用户中的每个用户的校验通知帧包括用于学习关于空分多址的天线权重的已知序列，基于从多个用户中的每个用户接收到的校验通知帧来学习关于空分多址的天线权重。根据本申请的权利要求7中描述的本发明，RTS帧的传送源可以指定用作复用帧的传送目标的每个终端站的使用带宽。通过基于后面描述的本发明的实施例以及附图的详细描述，本发明的另外的目的、特性和优点将被详细阐明。
图1是示意性地示出了根据本发明的实施例的通信系统的配置的示图。图2是示出应用空分多址的作为接入点操作的通信装置的配置示例的示图。图3是示出应用空分多址的作为终端站操作的通信装置的配置示例的示图。图4是示出在学习自适应阵列天线的权重时可以使用的RTS帧格式的示例的示图。
图5是示出在学习自适应阵列天线的权重时可以使用的CTS帧格式的示例的示图。图6是示出在学习自适应阵列天线的权重时可以使用的ACK帧格式的示例的示图。图7是示出其中在图1中所示的通信系统中应用空分多址，作为接入点的STAO向通信站STAl至STA3传送复用帧的通信序列的示例的示图。图8示出了其中在同一时间轴上复用的帧A和帧B的长度彼此不同的状态。图9是用于通过组合频率带宽和调制方案由执行空分多址的通信装置执行帧长度控制的过程的流程图。图10是例示其中具有不同的频率带宽的帧在空间轴上复用的状态的示图。图11是示出其中使用80MHz频带在四个复制模式(传送RTS 802. IURTS add和 CTS 802. 11中使用的频带)中传送20MHz的状态的示图。图12是示出传送CTS add字段(以及数据帧和ACK帧)中使用的频带的示图。图13A是示出使用图11和12中所示的频率配置，用作RTS/CTS握手中的RTS传送源的接入点(AP)的信号传送和接收序列的示例的示图。图1 是示出使用图11和12中所示的频率配置，用作RTS/CTS握手中的RTS接收侧的终端站(STA)的信号传送和接收序列的示例的示图。图14是示出RTS帧格式的修改的示图。图15是示出其中多个CTS传送站在同一时刻传送包括RANDPAT的CTS add字段的状态的示图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。图1示意性地示出了根据本发明的实施例的通信系统的配置。根据该实施例的通信系统基于例如IEEE 802. 11，并且还使用CSMA/CA控制过程中的RTS/CTS握手。附图中所示的通信系统被配置为具有作为接入点(AP)操作的通信站STA0，以及多个作为终端站(MT)操作的通信站STA1、STA2和STA3。每个通信站STA1、STA2和STA3在每个通信范围内容纳通信站STA0，并且可以与STAO直接通信(换言之，每个通信站STA1、 STA2和STA3在作为接入点的STAO的控制下，组成BSS(基本服务集))。然而，作为终端站的每个通信站STA1、STA2和STA3不必存在于彼此的通信范围内，并且下文将描述终端站之间的直接通信。这里，作为接入点的STAO包括通过包括多个天线的自适应阵列天线执行空分多址的通信装置，并且通过将空间轴上的无线资源分配给多个用户来复用帧通信。换言之， STAO是基于诸如IEEE 802. Ilac的新型标准的通信装置，并且通过在同一时间轴上复用两个或更多个具有不同预定通信站的帧，或者通过针对每个传送源分离由两个或更多个通信站在同一时间轴上复用用于传送并且以这些站自身为目标的帧，来执行一对多帧通信。 STAO可以通过配备有更多的天线来增加能够执行空间复用的终端站的数目。当然，STAO不仅可以通过应用空分多址来执行与每个通信站STA1、STA2和STA3的一对多帧通信，而且可以单独地执行与每个通信站STA1、STA2和STA3的一对一帧通信。
另一方面，作为终端站的通信站STA1、STA2和STA3包括通过包括多个天线的自适应阵列天线执行SDMA的通信装置，但是由于这些站仅在接收期间执行用户分离并且在传送期间不执行用户分离，即传送帧复用，因此不一定配备有数目与接入点数目相同的天线。此外，在作为接入点的STAO控制下的终端站的至少一部分可以是基于旧有的IEEE 802. Ila标准等的通信装置。换言之，图1中所示的通信系统是其中具有新型标准的通信装置与具有旧有标准的通信装置共存的通信环境。图2示出了应用SDMA的通信装置的配置示例。在图1中所示的通信系统中，作为接入点操作的通信终端STAO具有图2中所示的配置，并且被假设为执行符合新标准的通信操作。图中所示通信装置包括实现自适应阵列天线功能的多个(在图中示例中是四个) 天线元件21-1、21-2，RF处理单元22、包括功能块23至28的接收处理单元，数据处理单元 29，以及包括功能块30至35的传送支路。作为接入点的通信站STAO通过自适应阵列天线执行SDMA，但是由于该站具有大量的天线元件，因此可以通过多重接入增加容纳的终端站的数目。数据处理单元四根据来自上层应用(图中未示出)的传送请求生成传送数据。映射器35依次地执行数据处理单元四指示的信号空间中的传送数据序列的映射。在本实施例中，映射器35遵循来自数据处理单元四的指示，切换关于空间复用并且以每个用户为目标的帧的调制方案。数据处理单元四针对每个用户的信道的通信质量自适应地确定调制方案，并且出于控制帧长度的目的切换调制方案，但是这一点将在后面详细描述。频率轴分配单元34依次地将经历映射的传送数据序列分配给频率轴上的每个子载波。在该实施例中，频率轴分配单元34遵循来自数据处理单元四的指示，设定用于空间复用并且以每个用户为目标的帧的各个频率带宽。数据处理单元四出于控制帧长度的目的切换频率带宽，但是这一点将在后面详细描述。传送权重乘法单元33遵循来自数据处理单元四的指示，使传送数据序列与传送权重相乘，执行空间分离，并且将结果分配给每个天线元件21-1、21-2、...的传送支路。然而，这里提到的传送期间的“空间分离”被假设为仅意味着其中针对同时传送帧的每个用户执行空间分离的用户分离。IFFT(快速傅立叶逆变换)单元32将频域中布置的每个传送支路的子载波变换为时间轴信号，并且在GI (保护间隔)插入单元31中添加保护间隔。此外，该单元通过包括FIR(有限脉冲响应)滤波器等的传送数字滤波器30来限制频带，并且随后将结果变换到模拟传送基带信号。RF单元22通过模拟LRF(低通滤波器)移除期望频带以外的信号分量，并且执行将期望的RF(射频)频带上转换到中心频率的上转换，并且通过功率放大来放大信号幅度。 此外，每个传送支路的RF传送信号从每个天线元件21-1、21-2、...放出到空间。此外，RF单元22执行来自每个天线元件21_1、21_2、...的接收信号的低噪声放大，执行将结果下转换到模拟基带信号的下转换，并且将结果变换为数字接收基带信号。接收数字滤波器23包括HR滤波器等，并且对数字接收信号的频带强加限制。在接收和传送侧的通常的通信装置中，使用具有相同特性的数字滤波器。同步和GI (保护间隔)移除单元M从经历频带限制的数字接收信号获取帧同步，执行频率偏移校正和噪声估计，并且移除添加到数据传送部分的头部的保护间隔。此外，FFT(快速傅立叶变换)单元 25将每个接收支路的时间轴信号变换为频率轴信号。接收权重乘法单元沈遵循来自数据处理单元四的指示，使每个接收支路的接收数据信号与接收权重相乘，并且执行空间分离。然而，这里提到的接收期间的“空间分离”被假设为包括其中针对同时传送帧的每个用户执行空间分离的用户分离以及其中将空间复用的ΜΙΜ0(多输入多输出)信道分离为多个原始流的信道分离这两者的含义。频率分离单元27遵循来自数据处理单元四的指示，使接收数据序列从频率轴上的每个子载波分离。解映射器观遵循来自数据处理单元四的指示，执行信号空间中的信号点与分离的接收数据序列的解映射并且再现原始传送数据序列。数据处理单元四将再现的传送数据传输到上层应用(图中未示出)。图3示出了应用SDMA的通信装置的另一配置示例。在图1中所示的通信系统中， 作为终端站操作的通信站STAl至STA3中的与SDMA对应的站具有图3中所示的配置，并且被假设为执行符合新标准的通信操作。图中所示的通信装置包括实现自适应阵列天线功能的多个(在图中示例中是两个)天线元件41-1和41-2，RF处理单元42、包括功能块43至48的接收处理单元，数据处理单元49，以及包括功能块50至55的传送支路。数据处理单元49根据来自上层应用(图中未示出)的传送请求生成传送数据。映射器阳依次地执行数据处理单元49指示的信号空间中的传送数据序列的映射。频率轴分配单元M遵循来自数据处理单元49的指示，依次地将经历映射的传送数据序列分配给频率轴上的每个子载波。训练信号添加单元53遵循来自数据处理单元49的指示，将传送数据序列分配给每个天线元件41-1和41-2的传送支路并且将学习自适应阵列天线的权重中使用的训练信号添加到传送目标。训练信号包括例如对于每个终端站STAl至STA3唯一的已知序列。IFFT单元52将频域中布置的每个传送支路的子载波变换为时间轴信号，并且在保护插入单元51中添加保护间隔。此外，该单元在传送数字滤波器50上限制频带，并且随后将结果变换到模拟传送基带信号。RF单元42通过模拟LRF移除期望频带以外的信号分量，并且执行将期望的RF频带上转换到中心频率的上转换，并且通过功率放大来放大信号幅度。此外，每个传送支路的 RF传送信号从每个天线元件41-1和41-2放出到空间。此外，RF单元42执行来自每个天线元件41_1和41_2的接收信号的低噪声放大， 执行将结果下转换到模拟基带信号的下转换，并且将结果变换为数字接收基带信号。接收数字滤波器43对数字接收信号的频带强加限制。在接收和传送侧的通常的通信装置中，使用具有相同特性的数字滤波器。同步和保护移除单元44从经历频带限制的数字接收信号获取帧同步，执行频率偏移校正和噪声估计，并且移除添加到数据传送部分的头部的保护间隔。此外，FFT单元45将每个接收支路的时间轴信号变换为频率轴信号。接收权重乘法单元46遵循来自数据处理单元四的指示，使每个接收支路的接收数据信号与接收权重相乘，并且执行空间分离。然而，这里提到的接收期间的“空间分离”被假设为包括其中针对同时传送帧的每个用户执行空间分离的用户分离以及其中将空间复用的MIMO信道分离为多个原始流的信道分离这两者的含义。
频率分离单元47遵循来自数据处理单元49的指示，使接收数据序列从频率轴上的每个子载波分离。解映射器48遵循来自数据处理单元49的指示，执行信号空间中的信号点与分离的接收数据序列的解映射并且再现原始传送数据序列。数据处理单元49将再现的传送数据传输到上层应用(图中未示出)。在图1中所示的通信系统中，作为接入点的STAO通过获取STAO具有的自适应阵列天线中包括的每个天线元件和通信站STAl至STA3具有的每个天线元件之间的传递函数来学习自适应阵列天线的权重。可替选地，对于包括从通信站STAl至STA3接收到的已知序列的训练信号，STAO可以使用诸如RLS(递归最小二乘)的预定的自适应算法来学习自适应阵列天线的权重。此外，STAO基于通过任一方法学习的自适应阵列天线的权重形成针对每个通信站STAl至STA3的方向性。因此，STAO可以执行以每个通信站STAl至STA3为目标并且在同一时间轴上复用的传送帧的空间分离，或者从每个通信站STAl至STA3接收的并且在同一时间轴上复用的接收帧的空间分离，换言之，可以实现其中多个用户共享空间轴上的无线资源的SDMA。作为接入点的STAO可以使用例如在通信站STAl至STA3之间同时地并且并行地执行的RTS/CTS握手来执行自适应阵列天线的权重的学习。图4至6分别示出了可以在学习自适应阵列天线的权重时使用的RTS、CTS和ACK 帧中的每个的格式示例。图4中所示的RTS帧格式包括作为遵循旧有的IEEE 802. 11标准的字段RTS 802. 11和作为遵循应用SDMA的新标准的附加字段的RTS add(就是说，没有与旧有标准的低水平的兼容性)。RTS帧中的遵循前者的旧有标准的字段(RTS 802. 11)包括由两个八位位组组成的帧控制(Frame Control)、由两个八位位组组成的时长(Duration)、均由六个八位位组组成的接收器地址(RA)和传送器地址(TA)、以及由四个八位位组组成的帧校验序列(FCS)。帧控制具有进一步细分的格式，并且其中描述了各种信息，其包括例如，帧类型、 协议版本、重传存在和数据路由信息。时长被提供以便于指定时间。接收RTS帧的每个通信站可以掌握时间，当在接收器地址(RA)中未描述其自身地址时，通信站基于时长中描述的时间保持通信操作。具体地，在时长中设定称为NAV(网络分配向量)的计数值。在接收器地址(RA)字段中描述了将接收相应的帧的通信站的地址。此外，在传送器地址(TA)字段中描述了传送相应的帧的通信站的地址。帧校验序列(FCQ是32位CRC(循环冗余校验)。已接收到相应的帧的通信站重新计算帧校验序列以校验此两者是否彼此一致。此外，当帧不与传送的帧校验序列一致时， 假设帧被破坏而放弃该帧，并且因此，仅识别正确的MAC(媒体接入控制)帧以执行处理。此外，RTS帧中的遵循后者的新标准的字段(RTS add)包括MANUM、多个接收器地址(RA2、RA3、...)、和第二帧校验序列(FCS2)。在MANUM中，描述了使用自适应阵列天线执行SDMA的终端的数目。在图1中所示的通信系统的示例中，MANUM中描述的数目是三。提供数目与(MANUM中描述的数目-1)相同的接收器地址(RA2、RA3、...)。换言之，当应用SDMA时，提供数目与在RTA帧中整体上执行SDMA的终端站的数目相同的接收器地址，这是因为有必要指定多个目标以便于要求CTS
12帧返回多个复用的终端站中的每个终端站。第二帧校验序列(FCS》是用于添加有前述元素的RTS add字段的CRC校验。此外，按照从RTS add字段中的MANUM减一得到的数目来提供接收器地址的原因在于，在RTS 802. 11字段中已包括一个接收器地址(RA)。可替选地，可以按照RTS add字段中的MANUM的数目提供接收器地址，允许RTS 802. 11字段和接收器地址的重叠。图4中所示的RTS帧包括上述遵循新标准的RTS add字段是因为，例如，当应用 SDMA时，接入点有必要向多个终端站传送RTS帧。此外，在前半部分中设定旧有格式并且将新的元素添加到后半部分的原因在于，考虑与仅遵循旧有标准的终端的共存，该旧有标准不能仅理解旧有的RTS帧。仅可以理解旧有格式的RTS帧的终端站(隐藏终端)可以通过基于时长设定NAV 的计数值，并且基于RTS帧中的遵循前者的旧有标准的RTS 802. 11字段中的FCS，在CRC校验完成之后保持传送操作适当的时段，来避免与遵循新标准的RTS/CTS握手的冲突。然而，本发明的要旨不限于如图4中所示的具体的RTS帧格式。图5中所示的CTS帧格式包括作为遵循旧有的IEEE 802. 11标准的字段的CTS 802. 11和作为遵循应用SDMA的新标准的附加字段的CT&idd (就是说，没有与旧有标准的低水平的兼容性)。此外，图6中所示的ACK帧格式包括作为遵循旧有的IEEE 802. 11标准的字段的ACK 802. 11和作为遵循应用SDMA的新标准的附加字段的ACK add (就是说，没有与旧有标准的低水平的兼容性)。遵循前者的旧有标准的CTS 802. 11字段和ACK 802. 11字段包括由两个八位位组组成的帧控制、由两个八位位组组成的时长、由六个八位位组组成的接收器地址、以及由四个八位位组组成的帧校验序列。以上每个元素的含义与RTS帧中的遵循旧有标准的字段中的含义相同。其中，接收器地址是接收以该站自身为目标的RTS帧的通信站在RTS帧中描述的传送器地址的值的复本。CTS帧的CTS 802. 11字段和ACK帧的ACK 802. 11字段与RTS 帧的RTS 802. 11字段之间的一个差别在于，未提供传送器地址。此外，CTS帧中遵循后者的新标准的CTS add字段包括传送器地址(TA)、第二帧检验序列(FCS2)和 RANDPAT。在传送器地址(TA)中，描述了 CTS帧的传送源的地址。第二帧校验序列(FCS2)是新添加的传送器地址(TA)的CRC校验。RANDPAT是学习自适应阵列天线的权重时使用的随机序列，并且包括对于CTS帧的每个传送站唯一的参考信息(唯一序列)并且对于执行学习的CTS帧的目标站(换言之，RTS帧的传送源的接入点)是已知的。此外，对于RANDPAT 不执行奇偶校验，这依赖于在物理层处使用RANDPAT，尽管事实是RANDPAT在MAC层处定义。此外，图6中所示的ACK帧中的遵循后者的新标准的ACK add字段按与CTS帧的CTS add字段相同的方式，基本上包括传送器地址(TA)、第二帧检验序列(FCS2)和 RANDPAT。然而，由于ACK帧的RANDPAT的主要目的是使临时学习的权重适应环境改变，因此ACK帧的RANDPAT的序列长度可以较之CTS帧中的RANDPAT进一步缩短。图5中所示的CTS add字段和图6中所示的ACK add字段分别包括传送器地址 (TA)。这是因为，当应用SDMA时，例如，接入点同时接收多个CTS和ACK帧，并且由此有必要识别每个帧的传送源(换言之，指明能够获得确认响应的终端站)。此外，向前半部分添加遵循旧有格式的CTS 802. 11字段和ACK 802. 11字段并且向后半部分添加CTS add和ACKadd的新元素是因为，考虑与仅遵循旧有标准的终端的共存，该旧有标准仅理解旧有的CTS 和ACK帧。然而，本发明的要旨不限于如图5和6中所示的CTS和ACK的特定帧格式。图7示出了其中在图1中所示的通信系统中应用SDMA，用作接入点的STAO向多个通信站STAl至STA3传送复用帧的通信序列的示例。在图中所示示例中，实现了也使用 RTS/CTS握手的CSMA/CA的过程，并且假设适当地使用图4至6中所示的帧格式。此外，图 1中不包括图7中的通信站STA4，但是STA4是基于旧有标准的通信站(换言之，不能理解图4至6中所示的帧中的遵循新标准的RTS add、CTS add add的每个字段的站)，并且被假设为至少一个通信站STAl至STA3的通信范围内存在的隐藏终端。首先，作为接入点操作的STAO预先执行物理载波侦听，确保介质是清楚的，并且在进一步执行回退之后传送RTS帧。由于STAO在传送RTS帧时未学习自适应阵列天线的权重(换言之，多个天线元件不用做自适应阵列天线)，因此STAO传送没有方向性的RTS帧。 在RTS帧中，作为执行SDMA的候选者的每个通信站STAl、STA2和STA3的地址被描述为接收器地址(RA、RA2和RA3)。遵循旧有标准的STA4基于RTS 802. 11的前半字段中的时长中描述的信息设定 NAV的计数值并且当STA4接收不包括以站自身为目标的RTS帧时保持传送操作。当每个通信站STAl、STA2和STA3识别接收到的RTS帧以其自身的站为目标时， 这些站在RTS add字段接收完成并且经过预定的帧间隔SIFS (短帧间距)之后传送以作为 RTS帧的传送源的STAO为目标的CTS帧。在完成RTS帧的传送之后，STAO等待接收从RTS帧的每个目标站STA1、STA2和 STA3返回的CTS帧。由于接收CTS帧时STAO未学习自适应阵列天线，因此STAO有必要使用任何一个天线元件同时接收多个CTS帧。这里，当满足以下三个条件时，STAO可以同时接收CTS 802. 11的多个字段部分，避免冲突。(1)使用OFDM调制方案。(2)进行操作使得每个通信站STA1、STA2和STA3的振荡器校正STAO中使用的振荡器之间的频率误差。(3)每个通信站STA1、STA2和STA3传送的CTS 802. 11字段中的所有描述应是相同的。已知条件(1)的OFDM调制方案对于多路径衰落是强的。此外，通过在每个通信站 STAUSTA2和STA3从STAO接收RTS帧时执行频率校正，可以满足条件( 。通过执行频率校正，保证了从每个通信站STA1、STA2和STA3同时传送的CTS帧到达STAO的延迟时间处于保护间隔内。此外，如条件⑶中所示，如果每个通信站STA1、STA2和STA3的CTS802. 11 字段具有相同的描述，则该字段可以被视为与通常的延迟波相同，并且可以使用一个天线元件同时接收。在包括相同描述的CTS 802. 11字段之后，每个通信站STAl、STA2和STA3分别传送CTS add字段。如图5中所示，CTS add字段通过传送器地址(TA)描述，并且STAO可以指明CTS add的接收字段的每个传送源。此外，如果同时传送的CTS add字段通过多个天线元件接收，则STAO基于每个字段中包括的已知序列RANDPAT使用诸如RLS算法的预定的自适应算法来学习自适应阵列天线的权重。随后，STAO具有的多个天线元件用作自适应阵列天线，并且STAO可以执行SDMA。
另一方面，当遵循旧有标准的STA4接收到不以该站自身作为目标的CTS帧时， STA4基于CTS 802. 11的前半字段中的时长中描述的信息来设定NAV的计数值并且保持传送操作。在来自每个通信站STA1、STA2和STA3的CTS帧接收完成并且经过预定的帧间隔 SIFS之后，STAO传送以每个通信站STA1、STA2和STA3为目标的每个数据帧(码段1_0、码段2-0和码段3-0)。STAO可以使用上述的学习的自适应阵列天线的权重来执行多个数据帧的空分复用和同时传送。当以每个通信站STA1、STA2和STA3为目标的数据帧(码段1_0、码段2_0和码段3-0)的接收完成时，在经过预定的帧间隔SIFS之后，这些站同时返回ACK帧(ACK1-0、 ACK2-0 和 ACK3-0)。STAO的多个天线元件已用作自适应天线，并且可以执行同时接收的多个ACK帧 (ACKl-0、ACK2-0和ACK3-0)的空间分离。这些ACK帧具有图6中所示的帧格式，并且由于在每个传送器地址中分别描述了通信站STAl、STA2和STA3的地址，因此STAO可以指明接收的ACK帧的传送源。此外，STAO可以基于每个接收到的ACK帧中包括的RANDPAT使用诸如RLS算法的预定的自适应算法，使学习的自适应阵列天线的权重适应环境改变。遵循旧有标准的STA4基于时长中描述的信息设定NAV的计数值并且当接收到不以该站自身为目标的数据帧时保持传送操作。此外，遵循旧有标准的STA4基于时长中描述的信息设定NAV的计数值并且当接收到不以站自身为目标的上述A的帧时保持传送操作。如根据图7中例示的通信序列理解的，根据SDMA方法，可以通过在多个用户之间共享空间轴上的无线资源来提高全体多个用户的吞吐量。此外，为了进一步提高吞吐量，可以考虑扩展频率带宽的方法。例如，在IEEE 802. Iln中使用20MHz和40MHz的带宽，但是在下一代无线LAN标准中也可能使用80MHz带宽。无线LAN通常采用分组通信方法，但是用户希望通信的业务量变化。此外，存在许多如下情况执行其中自适应地切换调制方案的链路调节，以便于根据通信环境的改变保证均勻的通信质量。由于这些原因，出现了分组(帧)的长度的差异。当以多个用户为目标的帧通过SDMA复用并且被同时传送时，如果由于帧长度的差异而发生总传送功率的剧烈改变，则存在在接收侧引入不稳定操作的问题(如上文所述)。此外，如果复用帧的部分提早结束，并且继续传送其他帧，则不能有效地使用通信可能频带，并且因此SDMA的效果减小。在图8中所示的示例中，示出了其中在同一时间轴上复用的帧A和帧B的长度彼此不同的状态。在图中所示示例中，可以理解，帧B的长度短，并且浪费了帧B的传送结束之后的通信可能频带。出于该原因，有必要最终传送具有相同帧长度的在同一时间轴上复用的帧，即便每个用户的传送数据长度变化。考虑如下方法，其中对于空间复用的多个帧中的长度短的帧执行填补以与长度长的帧匹配，但是在有效载荷中嵌入无意义的数据等导致了频带的浪费。此外，在相同数目的信息位的情况下，通过切换到诸如64_QAM(正交幅度调制)和 256-QAM的具有大量状态的调制方案来缩短帧长度，并且通过切换到诸如BPSK (二进制相移键控)和QPSK(正交PSK)的具有少量状态的调制方案来延长帧长度。如果根据业务量切换调制方案，则容易地理解，可以使以每个用户为目标的多个帧的长度均勻化。然而，如果每个帧的调制方案被确定为以便使复用的帧的长度均勻化，而调制方案应被确定为以便使链路调节，即通信质量均勻化，通信质量变得不均勻。例如，当具有少量状态的调制方案被选择以便延长帧长度时，使用了具有过度的安全性而非具有良好通信业务质量的调制方案，从而增加了浪费。另一方面，当存在具有不同频率带宽的帧时，如果通过20MHz、40MHz和80MHz的每个带宽对帧进行分类并且具有相同频率带宽的帧将被复用，则减少了复用并传送具有少量的帧的带宽的帧的机会，并且因此很可能引起吞吐量的下降。因此，本发明人考虑了调制方案和频率带宽这两个问题，并且提出了一种如下的使在同一时间轴上复用的帧的长度均勻化的方法。当使用20MHz的频率带宽时，较之其中使用40MHz的频率带宽的情况，仅可以传送一半的数据量。以相同的方式，当使用40MHz的频率带宽时，较之其中使用80MHz的频率带宽的情况，仅可以传送一半的数据量。下表1示出了通过每个调制方案和频率带宽能够传送的数据的数据量的比率。此外，表2示出了通过每个调制方案和频率带宽传送的帧的帧长度的比率。如果以相同的调制方案扩大带宽，则帧长度的比率增加，并且因此，应充分地考虑切换带宽时的通信质量的劣化。[表1]
权利要求
1.一种通信装置，其包括通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；调制和解调单元，在所述通信单元中对所述多个用户中的每个用户的帧进行调制和解调；频率带宽设定单元，在所述通信装置中设定所述多个用户中的每个用户的帧中使用的频率带宽；以及数据处理单元，处理所述多个用户中的每个用户的帧并且确定在所述调制和解调单元中应用的调制方案和在所述频率带宽设定单元中设定的频率带宽中的每个，其中所述数据处理单元针对所述多个用户确定不同的频率带宽，并且所述通信单元复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述数据处理单元确定每个用户的频率带宽，从而使同时传送到所述多个用户中的每个用户的帧的长度彼此相等。
3.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述数据处理单元确定每个用户的频率带宽和调制方案，从而使同时传送到所述多个用户中的每个用户的帧的长度彼此相等。
4.根据权利要求3所述的通信装置，其中当确定不能仅通过确定每个用户的频率带宽来调整帧长度时，所述数据处理单元进一步确定每个用户的调制方案。
5.一种通信装置，包括空分多址单元，将空间轴上的无线资源分配给多个用户以便复用帧；频率带宽设定单元，设定所述多个用户中的每个用户的帧中使用的频率带宽；以及数据处理单元，处理所述多个用户中的每个用户的帧并且确定在所述频率带宽设定单元中设定的频率带宽，其中所述频率带宽设定单元能够在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且能够在两个或更多个位置处设定通过复制所述最小频带而获得的频带，以及其中当针对所述多个用户中的每个用户传送传送请求RTS帧，随后从所述多个用户中的每个用户接收校验通知CTS帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时，所述数据处理单元通过在所述多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送所述传送请求帧。
6.根据权利要求5所述的通信装置，其中所述通信单元在向所述多个用户中的每个用户传送数据帧的频率带宽中接收来自所述多个用户中的每个用户的所述校验通知帧。
7.根据权利要求5所述的通信装置，其中所述数据处理单元生成包括遵循旧有标准的 RTS 802. 11字段以及不需要遵循旧有标准的RTS add字段的RTS帧，并且在所述RTS add 字段中描述所述多个用户中的每个用户的传送帧中使用的频率带宽和频率位置。
8.一种通信方法，其中空间轴上的无线资源被分配给多个用户并且帧被复用，所述通信方法包括确定所述多个用户的不同的频率带宽，以及复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。
9.一种通信方法，其中空间轴上的无线资源被分配给多个用户并且帧被复用，其中能够在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽，并且能够在两个或更多个位置处设定通过复制所述最小频带而获得的频带，以及其中当针对所述多个用户中的每个用户传送传送请求RTS帧，随后从所述多个用户中的每个用户接收校验通知CTS帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时，通过在所述多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送所述传送请求帧。
10.一种以计算机可读形式编写以便在计算机上执行用于控制通信装置中的通信操作的处理的计算机程序，所述通信装置包括通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；调制和解调单元，在所述通信单元中对所述多个用户中的每个用户的帧进行调制和解调；以及频率带宽设定单元，在所述通信单元中设定所述多个用户的帧中使用的频率带宽，所述程序使计算机用作数据处理单元，处理所述多个用户中的每个用户的帧并且确定在所述调制和解调单元中应用的调制方案和在所述频率带宽设定单元中设定的频率带宽中的每个，其中所述数据处理单元针对所述多个用户确定不同的频率带宽，并且复用并同时传送具有不同频率带宽的帧。
11.一种以计算机可读形式编写以便在计算机上执行用于控制通信装置中的通信操作的处理的计算机程序，所述通信装置包括通信单元，与空分多址对应，在空分多址中将空间轴上的无线资源分配给多个用户并且复用帧；以及频率带宽设定单元，在所述通信单元中设定所述多个用户的帧中使用的频率带宽，所述频率带宽设定单元能够在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且能够在两个或更多个位置处设定通过复制所述最小频带而获得的频带，所述程序使计算机用作数据处理单元，处理所述多个用户中的每个用户的帧并且确定在所述频率带宽设定单元中设定的频率带宽，其中当针对所述多个用户中的每个用户传送传送请求RTS帧，随后从所述多个用户中的每个用户接收校验通知CTS帧，并且随后执行用于开始数据帧的传送的通信序列时，所述数据处理单元通过在所述多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来传送所述传送请求帧。
12.一种通信系统，包括第一通信装置，其中分别确定关于多个用户的帧传送中使用的频率带宽，并且将空间轴上的无线资源分配给多个用户，并且复用并同时传送具有不同频率带宽的帧；以及多个第二通信装置，与所述多个用户中的每个用户对应并且接收以所述装置自身为目标的帧。
13.一种通信系统，其中能够在全体可用频带上的多个位置处设定最小频率带宽并且能够在两个或更多个位置处设定通过复制所述最小频带而获得的频带，包括第一通信装置，通过在所述多个位置中的所有位置处复制最小频率带宽来针对所述多个用户中的每个用户传送传送请求RTS帧，并且在从所述多个用户中的每个用户接收到校验通知CTS帧之后开始传送数据帧；以及多个第二通信装置，接收以站自身为目标的所述传送请求RTS帧并且返回所述校验通知CTS帧。
全文摘要
一种通信操作适于通过应用空分多址执行，在空分多址中空间轴上的无线资源由多个用户共享。如果当通信质量高时将频宽缩窄到20MHz，则可传送数据量可能约为一半，并且帧长度可能翻倍。如果帧长度过长，则执行针对具有数目更多的状态的调制方案的切换以缩短帧长度。另一方面，当通信质量低时，执行针对具有数目更少的状态的调制方案的切换以延长帧长度。当帧长度仍不足时，执行针对窄频宽的切换以延长帧长度。
文档编号H04W16/28GK102422674SQ201080019408
公开日2012年4月18日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年5月8日
发明者迫田和之, 高野裕昭 申请人:索尼公司