本发明涉及应用了多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址(空分多址，sdma)的通信设备和通信方法、以及通信系统，具体地，涉及对寻址到多个用户的可变长帧格式的帧进行多路复用并发送的通信设备和通信方法、以及通信系统。
背景技术：
无线通信减轻了传统的有线通信中的有线操作的负担，并且还提供作为用于实现移动通信的技术的用途。例如，作为关于无线lan(局域网)的正规标准，可以以ieee(电气和电子工程师协会)802.11为例子。ieee802.11a/g已得到普及。
根据ieee802.11a/g的标准，在2.4ghz带频率或5ghz带频率中，通过利用正交频分多路复用(正交频分多路复用：ofdm)来支持用于实现最大值为54mbps的通信速度(物理层数据速率)的调制方法。此外，在作为ieee802.11a/g的标准的扩展标准的ieee802.11n中，通过采用mimo(多输入多输出)通信系统来实现更加高的位速率。本文中，mimo是指在发送机侧和接收机侧均设置有多个天线元件以实现空间多路复用流的通信系统(众所周知)。尽管ieee802.11n可以实现100mbps以上的高吞吐量(高吞吐量：ht)，但是随着发送内容的信息量的增加，要求实现更加高的速度。
例如，由于mimo通信装置中的天线的数量增加并且要空间多路复用的流的数量增加，因此，可以提高一对一通信中的吞吐量，同时保持向后兼容性。然而，将来，在通信中除了每个用户的吞吐量外，要求多个用户的吞吐量总体上提高。
ieee802.11ac的工作组旨在建立使用小于或等于6ghz的频带并且数据发送速度超过1gbps的无线lan标准，并且为了实现，像多用户mimo(mu-mimo)或sdma(空分多址)一样，多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址系统较有效。
目前，作为用于基于时分多址(时分多址：tdma)的下一代移动电话系列系统(诸如，phs(个人手持电话系统)或lte(长期演进技术))的基本技术之一，空分多址正在审查中。此外，在无线lan领域中，一对多通信如上所述一样正在引起关注，但极少满足应用示例。这可能是因为难以在分组通信中有效地对多个用户进行多路复用。
顺便提及，提出了如下通信系统：通过使用由保持与传统的ieee802.11的向后兼容性的分组格式构成的rts、cts和ack分组来将传统的ieee802.11中的载波侦听与利用自适应阵列天线的空分多址这两种技术彼此结合(例如，参见ptl1)。
本文中，在将空分多址应用于无线lan的情况下，可想到在同一时间轴上对可变长帧进行多路复用的情况。如果针对多个用户中的每一个的发送数据长度全部是同一大小，则不会出现问题，但如果要多路复用的帧长由于发送数据长度的不同而彼此不同，则在发送时期期间随着多路复用帧的数量的增加或减少，总发送功率急剧变化。如果多路复用并发送具有不同长度的帧进行而不进行改变，则随着接收侧的多路复用帧的数量的增加或减少，接收功率急剧变化，这就自动增益控制(自动增益控制：agc)而言引发了不稳定操作，并且此外，根据各种观点(诸如，关于ieee802.11规定的rcpi(接收信道功率指示符)在帧内的功率分布的不稳定性)存在出现问题的可能性。为此，即使每个用户的发送数据长度不同，也需要在最终具有相同的帧长时发送在同一时间上多路复用的帧。
例如，在诸如传统蜂窝式系统的固定帧格式的系统中，可以通过插入多样化的数据(例如，参见ptl2)、分配时间调度(例如，参见ptl3)、可变数据速率(例如，参见ptl4和ptl5)、以及可变信道配置(例如，参见ptl6)，执行对帧的补偿等。与之相反，由于结构基本上与采用可变帧格式的诸如无线lan的系统不同，因此，难以应用这些传统技术。
引用列表
专利文献
ptl1：日本未审查专利申请公布第2004-328570号
ptl2：日本未审查专利申请公布第2001-148646号
ptl3：日本未审查专利申请公布(pct申请的译文)第2009-506679号
ptl4：日本未审查专利申请公布第2008-236065号
ptl5：日本专利第2855172号
ptl6：日本未审查专利申请公布第2007-89113号
技术实现要素：
技术问题
本发明的目的在于提供如下的优良的通信设备与通信方法、以及通信系统：其中，优选地，可以通过应用多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址，执行通信操作。
本发明的另一目的在于提供如下的优良的通信设备与通信方法、以及通信系统：其中，可以对寻址到多个用户的可变长帧格式的帧进行多路复用并且优选地进行发送。
本发明的另一目的在于提供如下的优良的通信设备与通信方法、以及通信系统：其中，即使在针对多个用户中的每一个的发送数据长度不一定统一的情况下，也可以在避免发送侧的总发送功率的急剧变化的同时对可变长帧格式的帧进行多路复用并且优选地进行发送。
技术方案
通过考虑上述问题而做出了本申请，并且权利要求1所述的本发明是一种通信设备，其包括：
帧生成单元，生成将在同一时间发送的多个帧；
帧长控制单元，对帧生成单元生成的多个帧的至少一部分施加填充，并且调整帧长；以及
通信单元，在同一时间对帧长经调整后的多个帧进行多路复用以将其发送，
其中，在最终具有相同帧长时发送在同一时间所多路复用的多个帧。
根据本申请的权利要求2所述的本发明，权利要求1所述的通信设备在同一时间所多路复用并发送的多个帧的目的地是全部或部分不同的通信设备。
本申请的权利要求3所述的本发明是一种通信设备，其包括：
帧生成单元，生成将与一个或多个其他通信设备在同一时间发送的多个帧；
帧长控制单元，对帧生成单元生成的帧施加填充，并且调整帧长；以及
通信单元，在同一时间对帧长经调整后的多个帧进行多路复用以将其发送，
其中，在相互具有相同帧长时与其他通信设备在同一时间发送帧。
根据本申请的权利要求4所述的本发明，在权利要求3所述的通信设备中，与一个或多个其他通信设备在同一时间发送的帧的目的地是同一通信设备。
根据本申请的权利要求5所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的通信单元被配置为通过空分多路复用、码分多路复用、频分多路复用和正交频分多路复用当中的一种多路复用系统或者两种以上的组合的多路复用系统，在同一时间对多个帧进行多路复用，以将其发送。
根据本申请的权利要求6所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为通过利用作为帧的目的地的通信设备之间已知的位或符号，执行填充。
根据本申请的权利要求7所述的本发明，权利要求1所述的通信设备的通信单元被配置为包括多个天线元件，并且通过针对各个天线支路分配自适应阵列天线的权重将空间轴上的无线资源分配给多个通信设备，并在同一时间对多个帧进行多路复用。
根据本申请的权利要求8所述的本发明，与一个或多个其他通信设备一起、由权利要求4所述的通信设备设置为帧的目的地的同一通信设备被配置为包括多个天线元件，并且通过针对各个天线支路分配自适应阵列天线的权重来对与一个或多个其他通信设备在同一时间所发送的多个帧进行空间分割。
根据本申请的权利要求9所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为在以符号为单位施加填充的情况下，在单载波调制的情况下以一个或多个预定符号的组合执行填充，在正交频分多路复用的情况下以一个或多个预定子载波的组合执行填充，或者以符号与正交频分多路复用符号的组合执行填充。
根据本申请的权利要求10所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为在以正交频分多路复用符号的组合对帧执行填充的情况下，根据填充符号位置改变执行填充的子载波的组合。
根据本申请的权利要求11所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为在帧的数据段前方或后方集中地执行填充。
根据本申请的权利要求12所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为将填充位置分散并布置在帧的整个数据段中。
根据本申请的权利要求13所述的本发明，权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元被配置为从有限数量的预先定义的填充位置图案中进行选择并且执行填充位置。
根据本申请的权利要求14所述的本发明，在权利要求1或3所述的通信设备的帧长控制单元针对每个帧改变填充位置图案的情况下，通信单元被配置为向帧接收侧通知与填充位置有关的信息。例如，如权利要求15所述，通信单元可通过在给予最终发送的帧的前导段或报头段中描述与填充位置有关的信息，通知与填充位置有关的信息。
此外，如权利要求16所述，在帧的数据段前方或后方集中地执行填充的情况下，如果使对填充前的帧的长度和填充后的帧的长度的通知作为与填充位置有关的信息，则在接收侧可以识别施加了填充的区域。
此外，本申请的权利要求17所述的本发明是一种通信方法，其包括：
帧生成步骤，用于生成将在同一时间发送的多个帧；
帧长控制步骤，用于对帧生成步骤生成的多个帧的至少一部分施加填充，并且调整帧长；以及
通信步骤，用于在同一时间对帧长经调整后的多个帧进行多路复用以将其发送，
其中，在最终具有相同帧长时发送在同一时间所多路复用的多个帧。
此外，本申请的权利要求18所述的本发明是一种通信方法，其包括；
帧生成步骤，用于生成将与一个或多个其他通信设备在同一时间发送的多个帧；
帧长控制步骤，用于对帧生成步骤生成的帧施加填充，并且调整帧长；以及
通信步骤，用于在同一时间对帧长经调整后的多个帧进行多路复用以将其发送，
其中，在相互具有相同帧长时与其他通信设备在同一时间发送帧。
此外，本申请的权利要求19所述的本发明是一种通信系统，包括：
第一通信设备，对将在同一时间发送的多个帧的至少一部分施加填充，调整帧长，并且在同一时间对多个帧进行多路复用以在最终具有相同帧长时将其发送；以及
一个或多个第二通信设备，作为多个帧的目的地，接收在同一时间所多路复用的各个帧。
然而，应该注意，本文中所提及的“系统”是指多个设备(或实现特定功能的功能模块)被逻辑上聚集的对象，并且各个设备和功能模块是否在单个壳体内不那么要紧(下文中，同样适用)。
此外，本申请的权利要求20所述的本发明是一种通信系统，其包括：
多个第一通信设备，对将在同一时间相互发送的帧施加填充，调整帧长，并且在相互具有相同帧长时在同一时间分别进行发送；以及
第二通信设备，接收在同一时间所多路复用的帧。
技术效果
根据本发明，可以提供如下的优良的通信设备和通信方法、以及通信系统：其中，可以优选地通过应用多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址，执行通信操作。
此外，根据本发明，可以提供如下的优良的通信设备和通信方法、以及通信系统：其中，即使在针对多个用户中的每一个的发送数据长度不一定统一的情况下，也可以对可变长帧格式的帧进行多路复用并优选地进行发送、同时避免发送侧的总发送功率的急剧变化。
根据本申请的权利要求1、17和19所述的本发明，即使针对每个用户的帧长在从上层传递(passover)的时间点处彼此不同，但是由于在通过对短帧施加填充而使在同一时间所多路复用的各个帧在最终具有相同帧长时被发送，因此，也可以对可变长帧格式的帧进行多路复用并优选地进行发送、同时避免了发送侧的总发送功率的急剧变化。因此，在接收所多路复用的帧的侧，接收功率不再急剧变化，并且可以消除agc的操作不稳定性。
根据本申请的权利要求2所述的本发明，在同一时间所多路复用并发送的多个帧的目的地是全部或部分不同的通信设备。因此，可以提高替代一对一通信的一对多通信(即，作为整体的多个用户)的吞吐量。
根据本申请的权利要求3、18和20所述的本发明，即使在与其他通信设备一起在同一时间执行寻址到同一通信设备的发送的情况下，由于在最终相互具有相同帧长时执行发送，因此，在接收所多路复用的帧的侧，接收功率不再急剧变化，并且消除了agc的操作不稳定性。即，可以在多个通信设备之间对可变长帧格式的帧进行多路复用并优选地进行发送。
根据本申请的权利要求4所述的本发明，在权利要求3所述的通信设备中，与一个或多个其他通信设备在同一时间发送的帧的目的地是同一通信设备。因此，可以提高替代一对一通信的多对一通信(即，作为整体的多个用户)的吞吐量。
根据本申请的权利要求5所述的本发明，从phy层最终输出的多个帧长对于每个帧发送时间而言是统一的，并且可以通过码分多路复用、频分多路复用和正交频分多路复用当中的一种多路复用系统或者两种以上的组合的多路复用系统在同一时间对这多个帧长进行多路复用。
根据本申请的权利要求6所述的本发明，在接收通过利用已知符号施加了填充的帧的通信设备侧，当执行针对相关帧的接收处理时，将相关的已知符号用作导频符号，并且可以再次利用该已知符号作为对接收操作的辅助(诸如，定时误差估计和信道估计)。此外，如本申请的权利要求2所述，当帧经受空分多路复用时，多个接收通信设备中的每一个均可以利用所填充的已知符号以获得空间分集增益。
根据本申请的权利要求7所述的本发明，可以将空间轴上的无线资源分配给多个通信设备，并且在同一时间对多个帧进行多路复用。
根据本申请的权利要求8所述的本发明，被设置为帧的目的地的同一通信设备可以对在同一时间所发送的多个帧进行空间分割。
根据本申请的权利要求9所述的本发明，在以符号为单位施加填充的情况下，可以在单载波调制的情况下以一个或多个预定符号的组合执行填充，在正交频分多路复用的情况下以一个或多个预定子载波的组合执行填充，或者以符号与正交频分多路复用符号的组合执行填充。
根据本申请的权利要求10所述的本发明，在根据执行填充的符号位置改变所填充的子载波的组合时，由于通过使用分散在整个符号中的子载波执行频率误差估计、定时误差估计和信道估计，因此，可以提供估计精确性。
根据本申请的权利要求11所述的本发明，通过在帧的数据段前方集中地执行填充，并且通过在帧的接收侧将符号用作导频符号，增强了诸如频率误差估计、定时误差估计和信道估计的接收辅助的效果。
根据本申请的权利要求12所述的本发明，通过将填充位置布置成均匀地分散在数据段内，可以在帧中执行对频率误差估计、定时误差估计和信道估计的追踪。替选地，通过将填充位置密集地布置在帧前方，还获得了在数据段前方执行填充的情况下的效果。
根据本申请的权利要求13所述的本发明，由于通过在预先定义的有限数量的填充位置图案当中进行选择来实现填充位置，因此，针对施加了填充的帧的接收侧的填充信息的通知方法变得简化。
根据本申请的权利要求14和15所述的本发明，在针对每个帧改变填充位置图案的情况下，通过向帧接收侧通知与填充位置有关的信息，在施加了填充的帧的接收侧，辨别在帧内施加了填充的位置，并且在去除了填充区域之后可以对原始数据部分进行解码。
根据基于以下将描述的本发明的实施例的更详细描述以及附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的通信系统的配置。
图2示出可以通过应用空分多址执行多个用户的多路复用的通信设备的配置示例。
图3示出没有应用空分多址的、遵照诸如ieee802.11a的传统标准的通信设备的配置示例。
图4示出在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sta0为数据发送源，作为终端站工作的各个通信站sta1至sta3为数据发送目的地，并且sta0在空间轴上对寻址到各个通信站sta1至sta3的发送帧进行多路复用以同时将其发送。
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sta1至sta3分别为数据发送源，作为接入点工作的通信站sta0为数据发送目的地，并且各个通信站sta1至sta3在空间轴上对寻址到通信站sta0的发送帧进行多路复用以同时将其发送。
图6a示出将在同一时间多路复用的多个帧的长度不同的状况图像。
图6b示出在同一时间对具有不同长度的多个帧进行多路复用的情况下施加了填充的图像。
图7a例示如下状况：根据施加填充的正交频分多路复用符号的位置a至b，改变执行填充的子载波的组合。
图7b例示如下状况：根据施加填充的正交频分多路复用符号的位置a至b，改变执行填充的子载波的组合。
图8示出在帧内施加填充的布置示例，更具体地，填充区域集中地布置在数据段后方的状况。
图9示出在帧内施加填充的布置示例，更具体地，填充区域集中地布置在数据段前方的状况。
图10示出在帧内施加填充的布置示例，更具体地，填充区域被细微地分割并且均匀地分散且布置在整个数据段中的状况。
图11示出在帧内施加填充的布置示例，更具体地，填充区域被细微地分割并且不均匀地分散且布置在整个数据段中的状况。
图12是用于示出如下处理过程的流程图：图2所示的通信设备在图4所示的通信序列中作为接入点sta0工作并且在同一时间对寻址到多个终端站sta1至sta3的各个帧进行多路复用以将其发送。
图13是用于示出如下处理过程的流程图：图2所示的通信设备在图4所示的通信序列中作为终端站sta1至sta3之一工作并且接收在同一时间所多路复用且由接入点sta0发送的帧。
图14是用于示出如下处理过程的流程图：图2所示的通信设备在图5中所示的通信序列中作为终端站sta1至sta3之一工作并且在同一时间发送寻址到接入点sta0的各个帧。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
图1示意性示出根据本发明的一个实施例的通信系统的配置。附图中所示的通信系统包括作为接入点(ap)工作的通信站sta0以及作为终端站(客户端装置)(mt)工作的多个通信站sta1、sta2和sta3。
各个通信站sta1、sta2和sta3在各自的通信范围内包括通信站sta0，并且可以分别与sta0进行直接通信(也就是说，各个通信站sta1、sta2和sta3处于作为接入点的sta0的控制下，并且构成bbs(基本服务集))。然而，应该注意，作为终端站的各个通信站sta1、sta2和sta3不一定必须存在于相互的通信范围内，并且以下将不涉及终端站之间的直接通信。
本文中，作为接入点的sta0由如下通信设备构成：其通过设置有多个天线的自适应阵列天线执行空分多址，并且将空间轴上的无线资源分配给多个用户以对帧通信进行多路复用。即，sta0是遵照诸如ieee802.11ac的新标准的通信设备，其通过在同一时间轴上对目的地通信站彼此不同的两个以上的帧进行多路复用，并且针对每个发送源对两个以上的通信站在同一时间轴上多路复用并发送的、目的地是本地站的帧进行分割，执行一对多帧通信。由于sta0配备有多个天线，因此可以增加能够进行空间多路复用的终端站的数量。当然，sta0不仅可通过应用空分多址来与各个通信站sta1、sta2和sta3进行一对多帧通信，而且可与各个通信站sta1、sta2和sta3单独地进行一对一帧通信。
另一方面，作为终端站的通信站sta1、sta2和sta3由如下通信设备构成：其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，对发送帧进行多路复用)，以使得不需要配备与接入点一样多的天线。应该注意，终端站当中的至少一部分终端站可以是遵照诸如ieee802.11a的传统标准的通信设备。也就是说，图1所示的通信系统是相关新标准的通信站以与传统标准的通信站混合的方式存在的通信环境。
图2示出可以通过应用空分多址执行多个用户的多路复用的通信设备的配置示例。在图1所示的通信系统中，作为接入点工作的通信站sta0以及在作为终端站工作的通信站sta1至sta3当中与空分多址对应的一些通信站具有图2所示的配置，并且被设置为执行符合新标准的通信操作。
图中所示的通信设备由分别设置有天线元件21-1、21-2、…、21-n的n条收发支路20-1、20-2、…、20-n以及数据处理单元25构成，其中，该数据处理单元25连接到各个收发支路20-1、20-2、…、20-n，并且对收发数据执行处理(然而，应该注意，n是大于或等于2的整数)。这多个天线元件21-1、21-2、…、21-n可以通过应用自适应阵列天线的适当权重而起到自适应阵列天线的作用。作为接入点的通信站sta0通过自适应阵列天线执行空分多址，但可以因具有多个天线元件而提高可以通过多址包含的终端站的数量。
在各个收发支路20-1、20-2、…、20-n中，各个天线元件21-1、21-2、…、21-n经由双工器22-1、22-2、…、22-n连接到发送处理单元23-1、23-2、…、23-n以及接收处理单元24-1、24-2、…24-n。
当根据来自上层应用的发送请求生成发送数据时，数据处理单元25将发送数据分拣(sortout)到各个收发支路20-1、20-2、…、20-n。此外，在通信设备是作为接入点工作的sta0的情况下，当根据来自上层应用的发送请求生成寻址到多个用户(即，各个通信站sta1、sta2和sta3)的发送数据时，数据处理单元25将每个收发支路的自适应阵列天线的发送权重相乘，并且对发送数据执行空间分割，此后将其分拣到各个收发支路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。
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。
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-n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。
数据处理单元25将分别从各个接收处理单元24-1、24-2、…24-n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mimo信道分割成多个原始流的信道分割这两种含义。
本文中，为了使多个天线元件21-1、21-2、…、21-n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-n以及各个接收处理单元24-1、24-2、…24-n，以使得对分拣到各个收发支路20-1、20-2、…、20-n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-n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sta1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。
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。
应该注意，作为终端站的通信站sta1、sta2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。
此外，图3示出没有应用空分多址的、遵照诸如ieee802.11a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sta1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。
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。
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。
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。
在图1所示的通信系统中，作为接入点的sta0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sta1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sta1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，sta0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sta1至sta3的方向性。据此，sta0可以对寻址到通信站sta1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sta1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。
在作为传统无线lan标准的ieee802.11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。
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ieee802.11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。
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。
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sta0为数据发送源，作为终端站工作的各个通信站sta1至sta3为数据发送目的地，并且sta0在空间轴上对寻址到各个通信站sta1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sta0至sta3的至少一个通信范围内的隐藏终端。
sta0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sta0至sta3的多个rts帧(rts0-1、rts0-2和rts0-3)。
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。
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sta1、sta2和sta3同时发送寻址到作为rts发送源的sta0的cts帧(cts1-0、cts2-0和cts3-0)。
在完成了rts帧的发送后，sta0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(cts1-0、cts2-0和cts3-0)。
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。
在自从接收到来自各个通信站sta1、sta2和sta3的cts帧以后经过了预定帧间间隔sifs后，sta0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)。sta0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。
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(ack1-0、ack2-0和ack3-0)。
sta0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(ack1-0、ack2-0和ack3-0)进行空间分割。
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sta1至sta3分别为数据发送源，作为接入点工作的通信站sta0为数据发送目的地，并且各个通信站sta1至sta3在空间轴上对寻址到通信站sta0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sta0至sta3的至少一个通信范围内的隐藏终端。
各个通信站sta1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sta0的rts帧(rts1-0、rts2-0和rts3-0)。
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。
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，sta0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，sta0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sta1至sta3设置为各个目的地的多个cts帧(cts0-1、cts0-2和cts0-3)。
在完成了rts帧的发送后，各个通信站sta1、sta2和sta3准备好接收从作为rts帧的目的地站的sta0答复的cts帧。然后，响应于来自sta0的cts帧的接收，各个通信站sta1、sta2和sta3同时发送寻址到sta0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。
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。
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，sta0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，sta0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分别寻址到各个通信站sta1至sta3的多个ack帧(ack0-1、ack0-2和ack0-3)。
然后，通过分别从sta0接收ack帧(ack0-1、ack0-2和ack0-3)，各个通信站sta1、sta2和sta3成功结束至sta0的数据发送序列。
通常，无线lan采用分组通信系统，但各个用户期望通信的流量不同。为此，分组(帧)的长度存在不同。在通过空分多址对寻址到多个用户的帧同时进行多路复用并发送的情况下，当总发送功率由于帧长不同而急剧变化时，出现随着接收侧的接收功率急剧变化等引起agc的不稳定操作的问题(如上所述)。此外，如果要多路复用的一部分帧提前结束并且其他帧的发送继续，则不能高效地利用可以执行通信的频带，并且降低了空分多址的效果。
为此，即使每个用户的发送数据长度不同，也需要在最终具有相同帧长时发送在同一时间所多路复用的帧。
例如，在图4所示的通信序列示例中，期望rts、cts和ack的各个帧具有统一的帧长，但sta0发送的多个数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)由于发送数据量对于每个目的地而言不同而可能具有从mac层发送到phy层的不同帧长。
此外，在图5所示的通信序列示例中，期望rts、cts和ack的各个帧具有统一的帧长，但由各个通信站sta1、sta2和sta3分别寻址到sta0的数据帧(片段1-0、片段2-0和片段3-0)由于从每个上层应用请求的发送数据量的不同而可能具有从mac层发送至phy层的不同帧长。
鉴于此，根据本实施例，采用对要空间多路复用的多个帧当中较短的帧施加填充的方法，例如，在phy层中施加填充以与具有更长的帧长的帧对齐。
例如，在图4所示的通信序列示例中，当通信站sta0将寻址到各个通信站sta1至sta3的数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)从mac层发送至phy层时，确定是否需要由于phy层的帧长的不同而执行填充。然后，在确定需要填充的情况下，对帧(帧长短)施加填充，并且在将帧长设置为最终变得统一后，通过空分多路复用将这些帧发送至作为目的地的各个通信站sta1至sta3。据此，可以得到空分多址的期望效果。
此外，在图5所示的通信序列示例中，以预先在作为数据帧的发送源的各个通信站sta1至sta3之间相互辨识在每个帧发送时间内最终对齐的帧长为前提。例如，当交换rts帧或cts帧时，可从作为接入点的sta0接收帧长的规范。替选地，仅在上行链路将数据帧从终端站sta1至sta3发送至接入点sta0的情况下，可使用固定帧长格式。然后，在各个通信站sta1至sta3中，当将寻址到sta0的数据帧(片段1-0、片段2-0和片段3-0)从mac层发送至phy层时，在每个phy层中，确定是否需要由于帧长的不同而执行填充。然后，在确定需要填充的通信站中，对其自身的发送帧施加填充，以最终将帧长与来自其他通信站的发送帧对齐。据此，可以得到空分多址的期望效果。
应该注意，在图4和图5所示的通信序列示例中，在对数据帧的一部分施加填充以使帧长统一的情况下，对rts、cts和ack的各个帧的收发方法不施加限制。
图6a示出从上层(例如，mac层)发送的、将在同一时间多路复用的多个帧的长度不同的状况。图6b示出如下图像：其中，在同一时间对从上层(例如，mac层)发送的具有不同长度的多个帧进行多路复用的情况下施加填充，以使得从phy层最终发送的帧的长度变得统一。
然而，应该注意，从phy层最终发送的帧在每个帧发送时间内对齐就足够了，并且不需要在整个系统内(即，在发送时间不同的帧之间)规则地对齐为恒定长度。
图6的纵轴是表示用于对多个帧进行多路复用的无线资源的轴。本文中，示出了空分多路复用，但这也类似地应用于执行码分多路复用、频分多路复用或正交频分多路复用或者在这些多路复用系统当中组合两种以上的情况。
应该注意，本文中所提及的帧的“长度”包括时间长度、符号数、位数和数据大小的含义。此外，可以在将位或符号设置为最小单位时执行对帧的填充。
本文中，优选地，在交换所填充的帧的通信设备之间已知填充所利用的位或符号。
例如，在图4所示的序列示例中，在接入点sta0在同一时间对寻址到多个终端站sta1至sta3的数据帧进行多路复用以将其发送的同时，在接入点sta0对任何数据帧施加填充时，设置为通过利用作为相关数据帧的目的地的终端设备之间已知的位或符号执行填充。
此外，在图5所示的序列示例中，在终端站sta1至sta3同时发送寻址到接入点sta0的数据帧的同时，当终端站sta1至sta3中的任一个对帧施加填充时，设置为通过利用接入点sta0已知的位或符号来执行填充。
具体地，在利用已知符号进行填充的情况下，当执行对所填充的帧的接收处理时，将相关的已知符号用作导频符号，并且可以再次利用该已知符号作为对接收操作的辅助(诸如，频率误差估计、定时误差估计和信道估计)。此外，当如图4所示使数据帧经受空分多路复用时，在各个终端站sta1至sta3的接收侧，可以利用所填充的已知符号，以获得空间分集增益。
在以位为单位施加填充的情况下，可以利用发送处理的纠错编码的输入或输出来执行填充，或者可以通过交织的输入或输出来执行填充。如果在处理的后一阶段执行填充，则也可以在符号调制后利用其作为已知符号，并且优选地尽可能多地利用校正输出或交织输出执行填充。
同时，在以符号为单位施加填充的情况下，对于最小单位，可想到单载波调制的符号或者在正交频分多路复用的一个子载波上的符号。此外，填充的单位不限于此，并且可想到在单载波调制的情况下的一个或多个预定符号的组合，以及在正交频分多路复用的情况下的一个或多个预定子载波的符号与正交频分多路复用符号的组合。
本文中，还可以基于施加填充的正交频分多路复用符号的位置改变预定子载波的组合。据此，可以将已知符号布置在帧的更多个子载波中。
图7例示了根据执行填充的符号位置改变填充子载波的组合的状况。在同一附图中，假设应用了正交频分多路复用系统，并且在同一时间所多路复用并发送的、寻址到sta1的帧和寻址到sta2的帧(或者在同一时间从sta1和sta2中的每一个发送至同一目的地的帧)当中，对后一种帧施加填充以具有相同帧长。如图7a所示，在寻址到sta2的帧(或者来自sta2的帧)的数据段内的多个位置a、b、c、d…上以符号为单位施加填充。然后，如图7b所示，基于在正交频分多路复用符号的帧内施加填充的位置a至b，改变所填充的子载波的组合。在通过使用所填充的子载波执行频率误差估计、定时误差估计和信道估计的情况下，由于子载波的位置如图7所示那样分散在整个符号中，因此，可以提高估计精确性。
此外，在以位或者也以符号为单位施加填充的情况下，针对在帧内施加填充的位置还可想到一些方法。图8至图11示出在帧内施加填充的布置示例。然而，应该注意，最终发送的帧由前导段、报头段和数据段组成，并且对数据段施加填充。尽管未对前导段和报头段给出具体限制，但是优选地，这些字段的长度在多路复用的帧之间是相同的。此外，在各幅图中，为了简化描述，假设当多路复用两个帧时对具有较短帧长的帧施加填充的情况。
在图8所示的示例中，填充区域集中地布置在数据段的后方。与此不同，在图9所示的示例中，填充区域集中地布置在数据段的前方。如图9所示，在对帧的前方的已知符号执行填充的情况下，通过在帧的接收侧使用相关符号作为导频信号，与如图8所示的在帧的后方执行填充的情况相比，提高了利用填充区域的接收辅助(诸如频率误差估计、定时误差估计和信道估计)的效果。
此外，在图10和图11所示的示例中，细微地划分填充区域，并且将填充区域分散为布置在整个数据段中。
其中，在图10所示的示例中，填充区域均匀地分散在数据段内来布置。通过以分散的方式对已知符号执行填充，可以在帧中执行对利用填充区域的频率误差估计、定时误差估计和信道估计的追踪。
同时，在图11所示的示例中，填充区域不均匀地分散在数据段内来布置。同样在这种情况下，可以执行对频率误差估计、定时误差估计和信道估计的追踪。此外，通过在执行分散时将填充区域密集地布置在帧的前方，也获得了在数据段前方执行填充的情况下的效果。
此外，代替规则地保持不变，可针对每个多路复用帧，在每种情况下改变在数据段内执行填充的位置。在后一情况下，可通过在预先定义的有限数量的填充位置图案当中顺序地进行选择，执行填充。例如，可按顺序或随机地选择图8至图11所示的填充位置图案。在多路复用帧的发送侧从有限数量的填充位置图案中进行选择的情况下，存在如下优点：简化了向施加填充的帧的接收侧通知填充位置的方法。
在施加了填充的帧的接收侧，由于在去除了填充区域后对原始数据段部分进行解码，因此，需要辨识在帧内施加填充的位置。在针对每个帧改变填充位置图案而不是填充位置图案在整个系统中不变的情况下，向接收侧通知与来自帧的发送侧的填充位置有关的信息成为一个解决方案。
作为通知与填充位置有关的信息的方法，例如，例示了对与添加到最终发送的帧中的前导段或报头段中的填充位置有关的信息的描述。
如图8和图9所示，在数据段的前方或后方集中地执行填充的情况下，如果发送侧通知了填充前的帧长和填充后的帧长，则可以在接收侧识别施加了填充的区域。
此外，在通过在有限数量的填充位置图案当中进行选择来执行填充的情况下，如果发送侧通知了用于识别所使用的图案的信息，则可以在接收侧识别施加了填充的区域。
图12以流程图的格式示出如下处理过程：对图2所示的通信设备进行操作以使其在图4所示的通信序列中作为接入点sta0工作，并且在同一时间对寻址到多个终端站sta1至sta3的各个帧进行多路复用以将其发送。
当从上层接收到发送帧(步骤s1)时，检查所接收到的帧的数量是否是多个(也就是说，是否在同一时间进行多路复用)(步骤s2)，随后，检查要多路复用的帧的长度是否不同(步骤s3)。
本文中，在所接收到的帧的数量仅为一个并且不需要进行多路复用(在步骤s2中为否)的情况下，或者在要多路复用的帧的长度是相同的并且不需要调整帧长(在步骤s3中为否)的情况下，不执行用于将要多路复用的帧之间的长度对齐的填充(步骤s5)。然而，应该注意，步骤s5并不旨在限制为了其他目的(诸如，正交频分多路复用符号中的子载波的数量的对齐)而实施填充。
另一方面，在从上层接收到的帧的数量是多个并且这些帧长也不相同(步骤s2和步骤s3两者中都为是)的情况下，为了调整帧长以得到多路复用帧的相同长度，对长度不足的帧施加填充，以使得各个帧具有预定帧长(步骤s4)。基本上，对帧内的数据段执行填充。此外，作为填充的方法，例如，可以使用图8至图11中所示的方法之一，但也可使用其他方法。
随后，将前导段和报头段给予在施加了帧长的调整后的各个帧的引导部分(步骤s6)。基本上将各个帧的前导段和报头段的数据长度设置为相同。此外，在针对每个帧改变填充位置图案的情况下，可针对帧接收侧在报头段中描述与填充位置有关的信息。
然后，执行帧发送处理(步骤s7)，并且结束当前处理例程。在发送帧的数量是多个的情况下，在同一时间对最终相互具有相同长度的各个帧进行多路复用以将其发送。
图13示出如下处理过程：使图2所示的通信设备在图4所示的通信序列中作为终端站sta1至sta3之一工作，并且接收要由接入点sta0发送的在同一时间所多路复用的帧。
当接收到帧(步骤s11)时，首先，通信设备对报头段进行解码并且分析其内容(步骤s12)。然后，获得与多路复用帧的数量相关的信息(步骤s13)。此外，在针对每个帧改变填充位置图案的情况下，还从报头段获得与填充位置有关的信息(步骤s14)。
随后，开始对有效载荷段的解码(步骤s15)。
当符号不是填充符号(在步骤s16中为否)时，对数据符号执行解码处理(步骤s19)。
此外，对于填充符号(步骤s16中为是)，将填充符号用作导频符号，并且执行对频率误差估计、定时误差估计和信道估计的追踪(步骤s17)，另外，执行取消(步骤s18)。
然后，当在有效载荷段的全部符号中结束上述处理的重复执行(步骤s20)时，当前处理例程结束。
图14以流程图的格式示出如下处理过程：使图2所示的通信设备在图5所示的通信序列中作为终端站sta1至sta3之一工作，并且在同一时间发送寻址到接入点sta0的各个帧。
当从上层接收到将与其他通信设备在同一时间发送的帧时(步骤s31)，检查所接收到的帧的长度是否短于预定帧长(步骤s32)。
本文中，所接收到的帧的长度为预定帧长(在步骤s32中为否)，并且不执行用于对齐为预定帧长的填充(步骤s34)。然而，应该注意，步骤s5不旨在限制为了其他目的(诸如，正交频分多路复用符号中的子载波的数量的对齐)而实施填充。
另一方面，当所接收到的帧的长度短于预定帧长(在步骤s32中为是)时，执行填充以对齐为预定帧长(步骤s33)。基本上，对帧内的数据段执行填充。此外，作为填充方法，例如，可以使用图8至图11中所示的方法之一，但也可使用其他方法。
随后，将前导段和报头段给予在施加了帧长的调整后的帧的引导部分(步骤s35)。将帧的前导段和报头段的数据长度基本上设置为与其他通信设备一样。此外，在针对每个帧改变填充位置图案的情况下，可针对帧接收侧在报头段中描述与填充信息有关的信息。
然后，与其他通信设备在同一时间执行帧发送处理(步骤s36)，并且结束当前处理例程。
应该注意，接入点sta0所执行的、在图5所示的通信序列中从多个终端站sta1至sta3接收在同一时间所发送的各个帧的处理采用与图13类似的过程，并且在本文中将省略描述。
以此方式，在根据本实施例的通信系统中，通过空分多址在同一时间对具有不同长度的数据帧进行多路复用，但将所多路复用的帧设置为最终具有相同长度并接着发送，以使得当在各个通信站sta1至sta3中从图4中的接入点sta0接收到多路复用的数据帧时或者当在图5中的接入点sta0中接收到从各个通信站sta1至sta3同时发送的数据时，可以消除伴随接收功率的急剧变化的agc的操作不稳定性。
工业应用性
以上，已参照具体实施例详细描述了本发明。然而，明显的是，在不背离本发明的主旨的情况下，本领域的技术人员可实现相关实施例的修改和变更。
根据本说明书，已主要描述了应用于新的无线lan标准(诸如，旨在实现1gbps的超高吞吐量的ieee802.11ac)的实施例，但本发明的主旨不限于此。例如，本发明可以类似应用于多个用户共享空间轴上的无线资源的其他无线lan系统以及除lan以外的各种无线系统。
此外，不仅在使多个帧经受空分多路复用的情况下，而且在执行码分多路复用、频分多路复用或正交频分多路复用的情况或组合这些多路复用系统当中的两个以上系统的情况下，可以类似地应用在遵循本发明的同时针对每个帧发送时间将从phy层最终输出的帧长对齐的方法。
此外，本发明的应用范围不限于基于可变长帧的系统，并且可以应用于需要对帧长的调整的各种无线通信系统。
详细地说，已参照示例性实施例描述了本发明，并且不应该以限制的方式解释本说明书的描述内容。为了确定本发明的主旨，应该考虑权利要求书的范围。
附图标记列表
20-1、20-2收发支路
21-1、21-2天线元件
22-1、22-2双工器
23-1、23-2发送处理单元
24-1、24-2接收处理单元
25数据处理单元
30收发支路
31天线元件
32双工器
33发送处理单元
34接收处理单元
35数据处理单元