CN102415027B - 通信装置、通信方法和通信系统 - Google Patents

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Abstract

即使要被发送到多个用户中的各个用户的数据项的长度不同，同时多路复用的帧也最终以相同的帧长度发送。即使用于多个用户的各个用户的帧的长度不同，当从更高层接收发送请求时，通信装置也聚集两个或更多个短帧以重新构建较长帧，并且，通信装置最终以相同的帧长度发送同时多路复用的帧。在发送侧，由于多路复用的帧的总数减少，因此，可用于多个目的地通信站中的每一个的发送功率增大，而在接收侧，可以消除AGC操作的不稳定性。

Description

通信装置、通信方法和通信系统
技术领域
本发明涉及使用其中多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址接入(SDMA)的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统，特别地，涉及对具有可变长度帧格式且被预定用于多个用户的帧进行多路复用并且发送帧的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
背景技术
无线通信已经被开发和用作用于消除在现有的有线通信中所需的布线操作并进一步实现移动通信的通信技术。例如，用于无线LAN(局域网络)的标准的例子是IEEE(美国电气和电子工程师协会)802.11。IEEE 802.11a/g已被普及。
IEEE 802.11a/g标准支持通过在2.4GHz频带或5GHz频带中使用正交频分复用(OFDM)实现54Mbps的最大通信速度(物理层数据率)的调制方法。另外，在作为IEEE 802.11a/g标准的扩展的IEEE802.11n标准中，通过使用MIMO(多输入多输出)通信方案实现更高的比特率。MIMO通信方案是通过使用均包含多个天线的发送器和接收器实现空间多路复用流的通信方案(现有的通信方案)。IEEE802.11n可提供比100Mbps高的高吞吐量。但是，随着发送内容的信息量的增加，需要更高的比特率。
例如，通过增加MIMO通信装置的天线的数量并增加空间多路复用流的数量，可以在保持向下兼容性的同时增大对等通信的吞吐量。但是，将来，除了在通信中增大每个用户的吞吐量以外，还需要增大多个用户之间的通信的吞吐量。
IEEE 802.11ac的工作组尝试建立使用低于或等于6GHz的频带并且实现比1Gbps高的数据传输速度的无线LAN标准。为了实现这 种无线LAN标准，诸如多用户MIMO(MU-MIMO)或SDMA(空分多址接入)的其中多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址接入方案是很有前途的方案。
当前，作为诸如PHS(个人手持电话系统)或LTE(长期演进)的基于时分多址接入(TDMA)的下一代蜂窝式电话系统的基础技术之一，开发空分多址接入。另外，在无线LAN技术领域中，如上所述，一对多通信备受关注。但是，在该领域中，很少的应用是可用的。其原因之一是，在包通信中难以有效地对多个用户进行多路复用。
注意，通过使用具有与IEEE 802.11具有向下兼容性的包格式的RTS包、CTS包和ACK包并且组合以下两种技术来开发了通信系统：现有的IEEE 802.11标准的载波侦听和使用自适应阵列天线的空分多址接入(例如，参见专利文献1)。
当空分多址接入方案被应用于无线LAN时，可以在同一时间轴上对可变长度帧进行多路复用。此时，如果发送到所有的多个用户的数据项的长度相同，那么不出现问题。但是，如果要多路复用的所有的帧的长度由于发送的数据的长度之间的差异而不同，那么发送间隔期间的帧多路复用的水平减小或增加，因此，总发送功率突然改变。如果直接多路复用并发送具有不同的长度的帧，那么接收到的功率由于帧多路复用的水平的增加或减小在接收器侧突然改变。因此，在自动增益控制(AGC)方面出现不稳定的操作。以这种方式，会出现各种问题(例如，根据在IEEE 802.11中定义的RCPI(接收信道功率指示器)的帧中的功率分布改变)。因此，即使当发送到用户的数据项的长度不相同时，也需要在保持相同的帧长度的同时最终发送在同一时间轴上多路复用的帧。
例如，在具有固定帧格式的系统(诸如现有的蜂窝式系统)中，例如，可通过插入分集数据(例如，参见专利文献2)、调度分配的时间(例如，参见专利文献3)、使用可变数据率(例如，参见专利文献4或5)或使用可变信道配置(例如，参见专利文献6)来对帧进行填充(pad)。但是，由于这种系统的配置与诸如无线LAN系统的使用可变长度帧格式的系统的配置根本不同，因此，难以将这种现有的技术应用于使用可变长度帧格式的系统。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2004-328570
专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2001-148646
专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2009-506679
专利文献4：日本未审查专利申请公开No.2008-236065
专利文献5：日本专利No.2855172
专利文献6：日本未审查专利申请公开No.2007-89113
发明内容
技术问题
本发明的目的是，提供能够通过使用其中多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址接入来适当地执行通信操作的优异的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
本发明的另一目的是，提供能够对具有可变长度帧格式并被预定用于多个用户的帧进行多路复用并且最佳地发送帧的优异的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
本发明的又一目的是，提供这样的优异的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统：即使当被预定用于多个用户的发送数据项的长度不同时，也能够在避免发送器侧的总发送功率的突然变化的同时，以多路复用的方式适当地发送具有可变长度帧格式的帧。
解决问题的方案
为了解决上述的问题，提供本发明。根据本发明的发明，通信装置包括：被配置为产生要同时发送的多个帧的帧产生单元；被配置为将通过帧产生单元产生的帧中的至少两个合成为单个帧的帧合成处理 单元；和被配置为以多路复用的方式同时发送帧的通信单元。
根据本发明，通信装置还包括：帧长度控制单元，被配置为调整同时多路复用的多个帧的长度，从而使得所述长度最终相同。
根据本发明，通信装置的帧长度控制单元将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的单个帧。
根据本发明，通信装置的通信单元包含能够通过对天线元件分配权重来充当自适应阵列天线的多个天线元件，并且，可以以多路复用的方式同时发送多个帧。另外，如果帧的长度不相同，那么帧长度控制单元从被定义为帧的目的地的通信装置中提取适合于组合天线权重的通信装置的组合，并且通过用帧合成处理单元合成被预定用于组合中的通信装置的帧来调整帧的长度。
根据本发明，如果通信装置的帧长度控制单元最终不能通过帧合成使得帧长度相同，那么帧长度控制单元对具有短的长度的帧适当地执行填充，使得帧最终具有相同的长度。
根据本发明，通信方法包括：产生要同时发送的多个帧的帧产生步骤；将在帧产生步骤产生的帧中的至少两个合成为单个帧的帧合成处理步骤；和以多路复用的方式同时发送多个帧的通信步骤。
根据本发明，提供一种以计算机可读格式写入的计算机程序，使得由计算机执行使通信装置发送帧的处理。该程序包含使得计算机充当下述单元的代码：被配置为产生要同时发送的多个帧的帧产生单元；被配置为将通过帧产生单元产生的帧中的至少两个合成为单个帧的帧合成处理单元；和被配置为以多路复用的方式同时发送多个帧的通信单元。
根据本发明的计算机程序限定被写入为计算机可读格式的计算机程序，使得由计算机执行预定的处理。即，通过在计算机中安装根据本发明的计算机程序，在计算机中执行协作处理。因此，可以获得与根据本发明的通信装置相同的操作和优点。
另外，如本文中所使用的术语“系统”指的是多个设备(或均实现特定的功能的功能模块)的逻辑组合；多个设备或功能模块未必一定包含于一个主体中。
根据本发明，通信系统包括：第一通信装置，被配置为将要同时发送的多个帧中的至少两个帧合成为单个帧并且以多路复用的方式同时发送帧；和多个第二通信装置，被配置为接收同时多路复用的帧。
本发明的有益效果
根据本发明，可以提供能够通过使用其中多个用户共享空间轴上的无线资源的空分多址接入适当地执行通信操作的优异的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
此外，根据本发明，可以提供这样的优异的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统：即使当被预定用于多个用户的发送数据项的长度不同时，也能够在避免发送器侧的总发送功率的突然变化的同时，以多路复用的方式适当地发送具有可变长度帧格式的帧。
根据本发明，当通信装置同时多路复用多个帧并且发送帧时，可以根据需要执行用于将多个帧中的至少两个帧合成为单个帧的处理，即，聚集。通过在空分多址接入方案中使用帧合成处理，可以减少多路复用的帧的总数。因此，每个被定义为目的地的通信站的发送功率在发送侧增大，并且可以预见通信质量的提高。
根据本发明，即使当在从更高的层传输发送请求时被预定用于用户的帧的长度不同时，可最终使得同时多路复用的帧相同并且可发送它们。因此，在避免发送侧的总发送功率的突然变化的同时，具有可变长度帧格式的帧可被多路复用并被适当地发送。作为结果，在接收多路复用的帧的接收侧，可以防止由于接收功率的突然变化而导致的不稳定的AGC操作。
根据本发明，通过将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的帧，同时多路复用的帧可最终具有相同的长度并且可被发送。 因此，在避免发送侧的总发送功率的突然变化的同时，具有可变长度帧格式的帧可被适当地多路复用并且被发送。作为结果，在接收多路复用的帧的接收侧，可以防止由于接收功率的突然变化而导致的不稳定的AGC操作。
根据本发明，在使用自适当阵列天线执行空分多址接入的通信装置中，通过从被定义为以多路复用的方式发送的多个帧的目的地的通信装置中提取适合于组合天线权重的通信装置的组合，帧合成处理单元可将被预定用于组合中的通信装置的帧合成并且调整帧长度。即，通过组合帧的聚集与空分多址接入方案，可以减少开销(overhead)，并且同时可以增大一对多通信的吞吐量。
根据本发明，即使当不能通过帧的合成最终使得帧的长度相同时，也可通过根据需要对具有短的长度的帧执行的填充处理最终使得帧长度相同。因此，可通过利用帧的聚集减少多路复用的帧的总数来增大每个帧的发送功率。另外，通过使得帧长度相同，可以防止接收器侧的不稳定的AGC操作。
附图说明
根据以下的参照附图的对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它的特征和优点将变得显而易见。
图1是根据本发明的实施例的通信系统的配置的示意图。
图2示出能够通过空分多址接入对多个用户进行多路复用的通信装置的配置的例子。
图3示出符合诸如IEEE 802.11a的现有标准并且不使用空分多址接入的通信装置的配置的例子。
[图4]图4示出图1所示的通信系统的处理序列的例子，其中，操作为接入点的通信站STA0用作数据源，操作为客户机设备的通信站STA1～STA3用作数据目的地，并且STA0在空间轴上多路复用要被发送到通信站STA1～STA3的帧并且同时发送帧。
图5示出具有不同的长度并且在同一时间轴上被多路复用的帧A和B。
图6示出这样的情况：当同时多路复用具有不同的长度的多个帧时，使帧经受填充处理。
图7示出这样的情况：具有短的长度的至少两个帧通过聚集被合成为单个帧，使得相对于具有长的长度的帧的长度调整所述帧的长度。
图8是在以下时候由图2所示的通信装置执行的处理序列的流程图：在图7所示的通信序列中，通信装置充当接入点(STA0)并且以多路复用的方式同时发送被预定用于多个通信站的帧。
图9是在以下时候由图2所示的通信装置执行的处理序列的流程图：在图7所示的通信序列中，通信装置充当客户机设备(STA1～STA3)中的任一个并且接收以多路复用的方式同时从接入点发送的帧。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的实施例的通信系统的配置的示意图。该图所示的通信系统包含操作为接入点(AP)的通信站STA0以及均操作为客户机设备(MT)的多个通信站STA1、STA2和STA3。
通信站STA1、STA2和STA3中的每一个的通信区域包含通信站STA0，并且，通信站STA1、STA2和STA3中的每一个可直接与通信站STA0通信(即，通信站STA1、STA2和STA3被用作接入点的通信站STA0控制，并且形成BSS(基本服务集))。但是，用作客户机设备的通信站STA1、STA2和STA3中的每一个不必位于其它的通信站的通信区域内。以下，不讨论客户机设备之间的直接通信。
这里，用作接入点的通信站STA0由包含多个天线并使用自适用 阵列天线执行空分多址接入的通信装置形成。通信站STA0向多个用户分配空间轴上的无线资源并且对帧通信进行多路复用。即，通信站STA0是符合诸如IEEE 802.11ac的新标准的通信装置。通信站STA0在同一时间轴上多路复用被预定用于不同的通信站的两个或更多个帧，并且，将被预定用于通信站STA0并对于两个或更多个通信站多路复用的帧分离成用于源通信站的帧。以这种方式，通信站STA0执行一对多帧通信。通信站STA0可通过增加其天线的数量来增加能够执行空分多址接入的客户机设备的数量。当然，除了使用空分多址接入执行与通信站STA1、STA2和STA3的一对多帧通信以外，通信站STA0还可与通信站STA1、STA2和STA3中的每一个执行对等通信。
与此不同的是，用作客户机设备的通信站STA1、STA2和STA3中的每一个由包含多个天线并使用自适用阵列天线执行空分多址接入的通信装置形成。但是，仅当执行接收操作时执行用户分离。当执行发送操作时，不执行用户分离，即，发送帧的多路复用。因此，天线的数量可比接入点的数量少。注意，处于用作接入点的通信站STA0的控制下的客户机设备中的至少一些可以是符合诸如IEEE 802.11a的现有标准的通信装置。即，图1所示的通信系统是符合新标准的通信装置与符合现有标准的通信装置共存的环境。
图2示出能够通过空分多址接入对多个用户进行多路复用的通信装置的配置的例子。在图1所示的通信系统中的通信站中，用作接入点的通信站STA0和用作客户机设备并使用空分多址接入方案的通信站STA1～STA3中的任一个具有图2所示的配置，并且根据新标准执行通信操作。
该图所示的通信装置包括：分别具有天线元件21-1、21-2、......和21-N的N个发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N；以及与发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N连接的数据处理单元25(这里，N是大于等于2的整数)。数据处理单元25处理要被发送和接收到的数据。当向多个天线元件21-1、21-2、......和21-N分配用于自适应阵列天线的合适的权重时，天线元件21-1、21-2、......和21-N可充 当自适应阵列天线。用作接入点的通信站STA0使用自适应阵列天线执行空分多址接入。通过增加这里包含的天线元件的数量，通信站STA0可增加包含于多路接入(multiple access)中的客户机设备的数量。
在发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N中，天线元件21-1、21-2、......和21-N分别经由双工器22-1、22-2、......和22-N与发送处理单元23-1、23-2、......和23-N以及接收处理单元24-1、24-2、......24-N连接。
数据处理单元25响应于从更高层的应用接收到的发送请求产生要被发送的数据，并然后将数据分类到发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N中。另外，在用作接入点的通信站STA0中，数据处理单元25响应于从更高层的应用接收到的发送请求产生要被发送到多个用户的多个数据项，即，要被发送到通信站STA1、STA2和STA3的数据项，然后，数据处理单元25针对发送和接收分支中的每一个将数据项乘以自适应阵列天线的发送权重。以这种方式，数据项在空间上被分离并被分类到发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N中。注意，如本文中所使用的发送中的术语“空间分离”指的仅是同时发送的帧对于用户在空间上被分离的用户分离。
发送处理单元23-1、23-2、......和23-N中的每一个对从数据处理单元25供给的数字基带发送信号执行诸如编码和调制的预定的信号处理并然后对数字基带发送信号执行D/A转换。随后，发送处理单元23-1、23-2、......和23-N中的每一个将数字基带发送信号向上转换成RF(射频)信号。因此，信号的功率被放大。随后，这种发送RF信号经由双工器22-1、22-2、......和22-N被供给到天线元件21-1、21-2、......和21-N。因此，发送RF信号被发射到空气中。
与此不同的是，在经由双工器22-1、22-2、......和22-N从天线元件21-1、21-2、......和21-N接收RF接收信号时，接收处理单元24-1、24-2、......和24-N低噪声放大RF接收信号。然后，接收处理单元24-1、24-2、......和24-N将RF接收信号向下转换成模拟基带信号并且对模 拟基带信号进行D/A转换。此外，接收处理单元24-1、24-2、......和24-N对模拟基带信号执行诸如解码和解调的预定的信号处理。
数据处理单元25将从接收处理单元24-1、24-2、......和24-N中的每一个输入的数字接收信号乘以自适应阵列天线的接收权重，并且执行空间分离。以这种方式，从用户即通信站STA1、STA2和STA3发送的发送数据项被重新构建。然后，数据处理单元25将重新构建的发送数据项传送到更高层的应用。注意，如本文中所使用的接收中的术语“空间分离”指的是对于用户在空间上分离同时发送的帧的用户分离和空间上多路复用的MIMO信道被分离到原始的多个流中的信道分离。
此时，为了使得天线元件21-1、21-2、......和21-N充当自适应阵列天线，数据处理单元25控制发送处理单元23-1、23-2、......和23-N以及接收处理单元24-1、24-2、......和24-N，使得将分类到发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N中的发送数据项乘以自适应阵列天线的发送权重，并且将从发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N接收到的接收数据项乘以自适应阵列天线的接收权重。另外，在与通信站STA1、STA2和STA3执行空分多址接入之前，数据处理单元25学习自适应阵列天线的权重。例如，数据处理单元25可使用以已知的序列从通信方STA1、STA2和STA3接收到的训练信号(在以下更详细地描述)和诸如RLS(递归最小二乘方)算法的预定的自适应算法来学习自适应阵列天线的权重。
例如，数据处理单元25执行在图1所示的通信系统中实现的媒体访问控制(MAC)的通信协议的每一层中的处理。另外，例如，发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N执行与PHY层对应的处理。如下所述，从更高的层发送具有不同的长度的帧。此时，使得最终从PHY层发送的帧的长度相同。注意，可通过数据处理单元25或发送和接收分支20-1、20-2、......和20-N执行帧的长度的这种控制。
注意，用作客户机设备的通信站STA1、STA2和STA3中的每一个具有多个天线，并且使用自适应阵列天线执行空分多址接入。此时， 通信站STA1、STA2和STA3中的每一个仅在接收中执行用户分离，在发送中不执行用户分离，即，发送帧多路复用。因此，通信站STA1、STA2和STA3中的每一个不需要具有如接入点一样多的天线。
另外，图3示出符合诸如IEEE 802.11a的现有标准并且不使用空分多址接入方案的通信装置的配置的例子。在处于用作图1所示的通信系统中的接入点的通信站STA0的控制下的客户机设备中，存在具有图3所示的配置并且仅根据现有的标准执行通信的客户机设备。
该图所示的通信装置包括具有天线元件31的发送和接收分支30、以及与发送和接收分支30连接并处理要被发送和接收到的数据的数据处理单元35。另外，在发送和接收分支30中，天线元件31经由双工器32与发送处理单元33和接收处理单元34连接。
数据处理单元35响应于从更高层的应用接收到的发送请求产生被发送的数据，并然后将数据输出到发送和接收分支30。发送处理单元33对数字基带发送信号执行诸如编码和调制的预定的信号处理，并然后对数字基带发送信号执行D/A转换。随后，数据处理单元35将数字基带发送信号向上转换成RF信号。因此，信号的功率被放大。随后，这种发送RF信号经由双工器32被供给到天线元件31。然后，发送RF信号被发射到空气中。
与此不同的是，在经由双工器32从天线元件31接收RF接收信号时，接收处理单元34低噪声放大RF接收信号。然后，接收处理单元34将RF接收信号向下转换成模拟基带信号，并且对模拟基带信号进行D/A转换。此外，接收处理单元34对模拟基带信号执行诸如预定的解码和解调的预定信号处理。数据处理单元35由从接收处理单元34输入的数字接收信号重新构建原始的发送数据，并且将原始的发送数据传送到更高层的应用。
在图1所示的通信系统中，用作接入点的通信站STA0将多个天线元件21-1、21-2、......和21-N乘以自适应阵列天线的权重。因此，通信站STA0使得天线元件21-1、21-2、......和21-N充当自适应阵列天线。以这种方式，可以形成通信站STA1～STA3的方向性。作为结 果，空间轴上的无线资源可针对用户被分离，并且，被预定用于通信站STA1～STA3的多个帧可同时被多路复用和发送。另外，通过充当自适应阵列天线，通信站STA0可针对用户同时分离从通信站STA1～STA3发送的帧并且执行接收处理。
此时，为了使得天线元件21-1、21-2、...和21-N用作自适应阵列天线，需要事先学习自适应阵列天线的权重。例如，通信站STA0可通过从以已知的序列从通信站STA1～STA3接收到的训练信号获取传递函数来学习自适应阵列天线的权重。作为替代方案，通信站STA0可以使用以已知的序列从多个通信方接收到的训练信号和诸如RLS(递归最小二乘方)算法的预定的自适应算法来直接学习自适应阵列天线的权重。
在上述技术中的任一个中，学习自适应阵列天线的权重的通信站STA0需要从通信站STA1～STA3接收训练信号。另外，在存在仅符合现有标准的通信装置的通信环境中，需要在避免载波冲突的情况下执行正常帧交换序列。类似地，需要在避免干涉仅符合现有标准的通信装置的同时发送训练信号。即，通信站STA0需要在与现有的标准保持向下兼容性的同时学习自适应阵列天线的权重。
图4示出使用训练信号学习自适应阵列天线的权重的通信序列的例子。在该图所示的例子中，执行学习的通信站发送用于请求训练信号的发送的训练请求(TRQ)帧。在接收TRQ帧时，相邻的站中的每一个返回包含用于学习处理的已知序列的训练帧。注意，虽然在图1中没有示出图4中的通信站STA4，但是，通信站STA4是仅符合现有标准并且作为位于通信站STA0～STA3的通信区域中的至少一个中的隐藏的终端的通信站。
用作接入点的通信站STA0事先侦听物理载波并且确认介质是空的。并且，通信站STA0执行退避并且发送TRQ帧。此时，通信站STA0还没有学习自适应阵列天线的权重(即，天线元件21-1、21-2、...和21-N还没有用作自适应阵列天线)。因此，通信站STA0无方向性地发送TRQ帧。
TRQ帧包含符合作为现有标准的IEEE 802.11的场。该场包含请求不是TRQ帧的目的地的通信装置(隐藏的终端)在NAV中设定与在完成信号发送和接收序列之前的持续时间对应的计数器值的持续时间信息。
在接收不包含表示通信站STA4的目的地的TRQ帧时，符合现有标准的通信站STA4使用包含于帧中的持续时间信息设定NAV计数器值。因此，通信站STA4不执行发送操作。
另外，根据图1所示的通信站的布局，从通信站STA0发送的TRQ帧到达通信站STA1～STA3中的每一个。响应于接收到的TRQ帧，在自接收包含表示通信站的目的地的TRQ帧经过预定的帧间隔SIFS(短帧间间隔)之后，通信站STA1～STA3中的每一个返回包含可用于自适应阵列天线的训练的已知的序列的训练帧。
根据本实施例，在保持与现有标准的向下兼容性的同时执行自适应阵列天线的权重的学习。因此，训练帧具有前场和后场。前场符合作为现有标准的IEEE 802.11。后场包含用于训练的已知的序列并且与现有的标准不具有向下兼容性。为了在符合现有标准的相邻的站完成一系列的信号发送和接收操作之前停止发送操作，对符合现有标准的前场执行该图所描述的哄骗(spoofing)，使得出现训练帧继续直到完成随后执行的ACK的发送的误解。注意，在例如专利权已受让给本发明的申请人的日本未申请专利申请公开No.2008-252867中更详细地描述哄骗技术。
另外，在图4所示的例子中，通信站STA1～STA3同时发送训练帧。
此时，可以以时间多路复用的方式发送训练帧。但是，如果以时间多路复用的方式发送训练帧，那么，随着发送回训练帧的通信站的数量(即，要学习的通信站的数量)的增加，发送所有的训练帧所需要的时间段(即，相邻的站中的每一个所需要的发送等待时间)增加。因此，整个系统的吞吐量减少，并且，整个系统的开销增加。另外，由于NAV计数器值消失，因此，只能接收在时间轴上的稍后的时间 发送的训练帧的相邻的站(隐藏的终端)可在训练帧到达之前开始发送操作，因为NAV计数器值消失了。因此，不能防止载波的冲突。出于这些原因，根据本实施例，同时发送训练帧。
与此不同的是，在完成TRQ帧的发送之后，通信站STA0进入准备模式，直到接收从作为TRQ帧的目的地的通信站STA1～STA3发送的训练帧为止。当接收到训练帧时，通信站STA0对于自适应阵列天线还没有学习。因此，通信站STA0需要使用天线元件中的任一个同时接收多个训练帧。此时，如果满足以下的三个条件，那么通信站STA0可在防止冲突的同时接收同时发送的训练场的前场部分(与现有标准具有向后兼容性的前场部分)。
(1)使用OFDM调制技术。
(2)操作通信站STA1、STA2和STA3的振荡器，使得补偿相对于在通信站STA0中使用的振荡器的频率误差。
(3)使得从通信站STA1、STA2和STA3发送的训练帧的场中的信息项相同。
已知在条件(1)中提出的OFDM调制技术具有包含其对于多径衰减的鲁棒性的优点。另外，如果通信站STA1、STA2和STA3在从通信站STA0接收TRQ帧时执行频率校正，那么可以满足条件(2)。通过执行频率校正，确保同时从通信站STA1、STA2和STA3发送的训练帧到达通信站STA0的延迟时间在保护间隔(guard interval)内。此外，如条件(3)所意指的，如果通信站STA1、STA2和STA3的场中的信息项相同，那么这些场可被处理为正常的延迟波。因此，可通过使用单个天线元件同时接收这些训练帧。
另外，通信站STA0通过使用天线元件21-1、21-2、......和21-N接收包含用于训练的已知序列并且与现有标准不具有向后兼容性的训练帧的后场。通过事先向通信站STA1、STA2和STA3中的每一个分配特定的代码序列作为用于训练的已知序列，通信站STA0可在空间上分离所述序列。但是，如果通过空间分割执行空分多址接入的通信站的数量增加，那么，由于需要相互区分通信站，因此已知序列的长 度不可避免地增加。
随后，通信站STA使用已知序列和诸如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。然后，通信站STA0的天线元件21-1、21-2、......和21-N可充当自适应阵列天线，并且，通信站STA0可执行空分多址接入。
与此不同的是，在接收不包含作为目的地的STA4的上述的训练帧时，由于哄骗(如上所述)而导致仅符合现有标准的通信站STA4误认为训练帧继续直到发送随后的ACK帧。因此，通信站STA4不执行发送操作。
在自通信站STA0接收从通信站STA1、STA2和STA3发送的训练帧起经过预定的帧间隔SIFS之后，通信站STA0分别向通信站STA1、STA2和STA3发送数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)。通过使用上述的自适应阵列天线的学习的权重，通信站STA0可同时通过空分多址接入发送多个数据帧。
与此不同的是，在接收被预定用于通信站STA1、STA2和STA3的数据帧(片段0-1、片段0-2和片段0-3)时，通信站STA1、STA2和STA3分别在经过预定的帧间隔SIFS之后同时发送回ACK帧(ACK1、ACK2和ACK3)。
通信站STA0的多个天线元件21-1、21-2、......和21-N已充当自适应天线。因此，通信站STA0可针对每一个用户在空间上分离同时接收到的多个ACK帧(ACK1、ACK2和ACK3)。例如，通过在ACK帧中存储通信站STA1、STA2和STA3的地址作为发送器地址，通信站STA0可识别接收到的ACK帧的源。另外，如果用于训练的已知的序列甚至被存储于ACK帧中，那么通信站STA0可根据存储于接收到的ACK帧中的用于训练的已知序列改变自适应阵列天线的学习的权重，使得权重可自适应地遵循环境的变化。
在接收不被预定用于通信站STA4的数据帧时，符合现有标准的通信站STA4基于包含于帧中的持续时间信息设定NAV计数器值。以这种方式，通信站STA4停止发送操作。另外，在接收不被预定用 于通信站STA4的ACK帧时，符合现有标准的通信站STA4基于包含于帧中的持续时间信息设定NAV计数器值。以这种方式，通信站STA4停止发送操作。
从图4所示的通信序列的例子可以看出，执行空分多址接入的通信站STA0可适当地学习自适应阵列天线的权重。此外，在通信站STA0学习了自适应阵列天线的权重之后，通信站STA0可与多个用户共享空间轴上的无线资源，并且多路复用被预定用于多个用户的多个数据帧。然后，通信站STA0可发送数据帧。以这种方式，可以在一对多通信即多个用户之间的通信的情况下增大吞吐量。
在这种情况下，一般地，无线LAN使用包通信方案。用户希望的业务量在用户之间不同。因此，包(帧)的长度相互不同。例如，在图4所示的通信序列的例子中，希望TRQ帧、训练帧和ACK帧的长度相同。但是，对于从通信站STA0发送的多个数据帧，由于发送的数据量在目的地之间不同，因此，从MAC层发送到PHY层的帧的长度可能不相同。
但是，当通过空分多址接入多路复用并且同时发送被预定用于多个用户的帧时，并且，如果总发送功率由于帧长度之间的差异而突然改变，那么可能由于接收到的功率的突然改变(如上所述)而导致在接收器侧不利地出现不稳定的AGC操作。
另外，如果终止要多路复用的帧中的一些并且要继续发送其它的帧，那么通信带宽没有被有效地使用。因此，空分多址接入的效果降低。图5示出具有不同的长度并且在同一时间轴上被多路复用的帧A和帧B。从该图所示的例子可以看出，帧B的长度比帧A的长度短，并且，在完成帧B的发送之后，通信带宽被浪费。
因此，即使当同时多路复用的帧的长度相互不同时，所有的发送的帧也需要最终具有相同的帧长度。
例如，在空间上多路复用的帧中，具有短的长度的帧可在PHY层中被填充，从而使得帧长度相同。图6示出这样一种情况，即，在图4所示的通信序列的例子中，当从更高的层(例如，MAC层)传 送要同时被发送到STA1～STA3的数据时，并且，如果被发送到STA2和STA3的数据项(DATA2和DATA3)中的每一个的量比被发送到STA1的数据项(DATA1)的量小，那么被发送到STA2和STA3的数据项(DATA2和DATA3)被填充，使得DATA2和DATA3的长度中的每一个与具有更长的长度的数据项(DATA1)的长度相同。因此，使得最终从PHY层发送的帧的长度相同。
但是，由于不包含实际的数据，因此，填充操作导致开销。因此，希望在不使用填充操作的情况下调整帧的长度。
因此，本发明的发明人开发了这样的技术：即，通过利用聚集将两个或更多个帧合成为单个帧来调整具有短的长度的两个或更多个帧的长度，使得这些长度与具有长的长度的帧的长度匹配。在用于高速通信的IEEE 802.11n中，术语“聚集”被称为通过从多个帧构成单个物理层部分来减少开销的帧格式。
图7示出这样一种情况，即，在图6所示的通信序列的例子中，当从更高的层(例如，MAC层)传送要同时被发送到STA1～STA3的数据时，并且，如果要被发送到STA2和STA3的数据项(DATA2和DATA3)中的每一个的量比要被发送到STA1的数据项(DATA1)的量小，那么要被发送到STA2和STA3的数据项(DATA2和DATA3)通过聚集被合成为单个帧，使得DATA2和DATA3的长度与具有更长的长度的数据项(DATA1)的长度相同。因此，使得最终从PHY层发送的帧的长度相同。
在接收聚集帧时，通信站中的每一个可参考包含于该帧的顶部中的目的地信息，并且提取被预定用于通信站的数据部分。例如，在接收包含被预定用于STA2和STA3的数据项的聚集帧时，通信站STA2和STA3中的每一个使用帧的顶部中的目的地信息来识别该帧包含被预定用于自身的数据项，并且使用附加于每一个数据项的标题信息来确定帧中的哪条数据项被预定用于自身。以这种方式，通信站STA2和STA3中的每一个检索希望的数据项。
接入点STA0可使用这样的方案，即，确定当发送聚集帧时使用 的MIMO天线权重，作为当接入点STA0单独地向所有的通信站发送帧时使用的MIMO天线权重的和。在图6所示的通信序列的例子中，由于对于通信站STA1、STA2和STA3分割用于通信站的发送功率，因此各发送功率是总功率的三分之一。与此不同的是，在图7所示的通信序列的例子中，被预定用于STA2和STA3的数据项经受聚集，不需要分离两个通信站所需要的功率。即，通过在空分多址接入方案中使用聚集，用于通信站中的每一个的发送功率被减少为总功率的一半。因此，可以提高通信的质量。
另外，如图7所示，在接收聚集帧的通信站STA1～STA3完成所有的聚集帧的接收之后，通信站STA1～STA3同时发送回被预定用于作为聚集帧的源的STA0的ACK帧(ACK1、ACK2和ACK3)。对于返回的ACK帧，通信站STA0的天线元件21-1、21-2、......和21-N已充当自适应天线。因此，天线元件21-1、21-2、......和21-N可针对每一个用户在空间上分离同时接收到的多个ACK帧(ACK1、ACK2和ACK3)(如上所述)。
图8以流程图的形式示出处理序列，其中，在图7所示的通信序列中，图2所示的通信装置充当接入点(STA0)，并且以多路复用的方式同时发送被预定用于多个通信站的帧。例如，响应于来自更高层的应用的数据发送请求或数据接收请求的出现，接入点开始图8所示的处理序列。
接入点通过事先执行物理载波侦听来检查介质是空的，并且进一步执行退避。以这种方式，如果接入点进入可通信模式，那么接入点以多路复用的方式向接入点希望发送数据的一个或更多个通信站(STA1～STA3)发送训练请求(TRQ)帧(步骤S1)。
然后，在自发送TRQ帧起经过预定的帧间隔SIFS(短帧间间隔)之后，接入点等待，直到它接收从训练请求的接收器(STA1～STA3)发送回的训练帧为止(步骤S2)。
此时，如果接入点从训练请求的接收器(STA1～STA3)中的任何一个还没有接收到训练帧(在步骤S3中为“否”)，那么处理前进 到TRQ帧的再发送处理。但是，这里不提供帧再发送处理的细节。
但是，如果接入点可从训练请求的接收器(STA1～STA3)中的至少一个接收到训练帧(在步骤S3中为“是”)，那么接入点使用包含于接收到的每一个训练帧中的用于训练的已知序列来学习自适应阵列天线的权重。
然后，接入点确定被预定用于接入点能够从中接收到训练帧的通信站的多路复用的帧的长度是否相同(步骤S4)。
这里，如果要被多路复用的帧的长度相同(在步骤S4中为“是”)，那么接入点直接多路复用被预定用于接入点能够从中接收到训练帧的通信站的数据帧，并且在自接收到训练帧起经过预定的帧间隔SIFS之后发送数据帧。然后，完成该处理程序。
此时，通过使用自适应阵列天线的学习的权重，接入点可通过空间分割多路复用同时发送被预定用于多个客户机设备的数据帧。但是，由于不针对接入点还没有从中接收到训练帧的客户机设备执行学习，并且不确定该客户机设备是否存在于通信区域内，因此，接入点不向该客户机设备发送数据帧。
但是，如果要被多路复用的帧的长度不相同(在步骤S4中为“否”)，那么接入点确定在作为多路复用的帧的目的地的多个通信站(STA1～STA3)中是否存在适合于组合天线权重的组合(例如，存在位于附近的通信站的组合)(步骤S5)。
此时，用于确定是否存在位于附近的通信站的组合的技术之一是，将通信站的天线权重的值相互比较。即，接入点可确定通信站中的一个的天线权重的值是否接近作为预定的基准的另一通信站的天线权重的值。如果通信站的天线权重的值相互接近，那么接入点可确定通信站的组合是合适的。例如，假定STA0具有三个天线。另外，通信站STA1的天线权重的组合表示，天线1的权重大，天线2的权重为中间的，并且天线3的权重小。通信站STA2的天线权重的组合表示，天线1的权重大，天线2的权重小，并且天线3的权重为中间的。通信站STA3的天线权重的组合表示，天线1的权重大，天线2的权重 小，并且天线3的权重为中间的。然后，由于STA2的权重的值接近STA3的权重的值，因此，可以确定STA2与STA3合适地组合。另外，用于确定通信站的组合是否是位于附近的通信站的组合的另一技术是，基于由安装在通信站中的GPS(全球定位系统)提供的信息确定通信站的位置是否处于附近，并且确定位于满足预定的基准的距离内的通信站的组合是合适的。
如果发现适合于组合天线权重的通信站的组合(在步骤S5中为“是”)，那么确定是否可通过执行聚集使得被预定用于组合中的通信站并且同时被多路复用的所有帧的长度相同(步骤S6)。
然后，如果可通过执行聚集使得同时多路复用的所有帧的长度相同(在步骤S6中为“是”)，那么对多个用户的帧执行聚集处理(步骤S7)。更具体而言，使用作为当接入点分别向作为聚集的帧的目的地的所有通信站发送帧时使用的MIMO天线权重的和的MIMO天线权重。
然后，如果聚集帧的长度与同时多路复用的另一帧的长度不完全相同，那么帧中的一个被适当地填充，从而使得所有帧的长度相同(步骤S8)。
但是，如果没有发现适合于组合天线权重的通信站的组合(在步骤S5中为“否”)，或者，如果即使当执行聚集时也不能使得所有帧的长度相同(在步骤S6中No)，那么停止用于多个用户的帧的聚集，并且，通过仅使用填充处理来使得所有帧的长度相同(步骤S8)。
随后，在自接收到训练帧起经过预定的帧间隔SIFS之后，以多路复用的方式发送经受帧长度的调整的帧。然后，完成该处理程序。
图9以流程图的形式示出处理序列，其中，在图7所示的通信序列中，图2所示的通信装置操作为客户机设备(STA1～STA3)中的任一个并且从接入点接收同时多路复用的帧。此时，在从接入点(STA0)接收TRQ帧时，客户机设备(STA1～STA3)中的每一个开始图9所示的处理序列。注意，此时，客户机设备中的每一个使用例如接收到的TRQ帧的标题部分的L-LTF来校正频率误差，并且， 确保客户机设备之间的时钟误差处于保护间隔内。
在自客户机设备从接入点接收到TRQ帧起经过了预定的帧间隔SIFS之后(在步骤S11中为“是”)，客户机设备向接入点送回训练帧(步骤S12)。
此时，客户机设备使用接收到的TRQ帧校正频率误差。因此，当存在发送回训练帧的多个客户机设备时，确保训练帧到达接入点的时间处于保护间隔内。因此，接入点可使用单个天线元件同时接收多个训练帧。
随后，在自客户机设备发送TRQ帧起经过预定的帧间隔SIFS之后(在步骤S13中为“是”)，客户机设备进入准备模式，直到接收从接入点发送的数据帧为止(步骤S14)。
此时，如果客户机设备不能接收数据帧，或者，如果客户机设备由于帧误差而不能将接收到的数据帧解码(在步骤S15中为“否”)，那么客户机设备确定数据帧的接收失败。因此，完成该处理程序。作为替代方案，客户机设备可向接入点发送NACK，以便请求接入点再发送数据帧。
但是，当客户机设备可从接入点接收数据帧时(在步骤S15中为“是”)，并且，如果自接收到数据帧起经过了预定的帧间隔SIFS(在步骤S16中为“是”)，那么客户机设备向接入点发送回ACK帧(步骤S17)。以这种方式，成功地完成该处理程序。
从图7和图8可以看出，在根据本实施例的通信系统中，即使当在通信装置从更高层的应用接收发送请求的时间点上用于用户的帧的长度不相同时，通信装置也可通过聚集将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的帧，并且在同时多路复用帧之后最终发送具有相同的帧长度的帧。
术语“聚集”指的是用于通过从关于高速通信的IEEE 802.11n中的多个帧构成单个物理层数据部分来减少开销的帧格式。根据本实施例，通过将帧聚集合成为空分多址接入方案，可以减少开销，并且可以在一对多通信中获得高的吞吐量。
另外，当通信装置同时多路复用具有可变长度格式的多个帧时，通信装置调整帧长度，使得帧长度相同。以这种方式，可以防止总发送功率的突然变化。在多路复用的帧的接收器侧，可以防止由于接收到的功率的突然变化而导致的不稳定的AGC操作。此外，由于在聚集帧方面可以减少要多路复用的帧的数量，因此，可以增大发送器侧的每个目的地通信装置使用的发送功率。因此，可以预见通信质量的提高。
工业适用性
虽然参考具体实施例详细地描述了本发明，但是，在不背离本发明的范围和原理的情况下，对于本领域技术人员来说，本发明的各种修改和替换将变得显而易见。
虽然参考使用针对超高吞吐量(1Gbps)的诸如IEEE 802.11ac的新无线LAN标准的实施例描述了本说明书，但是本发明的范围不限于此。例如，本发明类似地适用于其中空间轴上的无线资源被多个用户共享的另一无线LAN系统和除LAN以外的各种无线系统。
也就是说，这样理解，这里描述的实施例仅出于解释的目的，并且，以上的公开不应当是限制性的。本发明的范围应该由所附的权利要求限定。
附图标记列表
20-1、20-2，发送和接收分支
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 发送和接收分支
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

Claims (4)

1.一种通信装置，包括：
帧产生单元，被配置为产生要同时发送的多个帧；
帧合成处理单元，被配置为将通过帧产生单元产生的多个帧中的至少两个合成为单个帧；
通信单元，被配置为以多路复用的方式同时发送多个帧；以及
帧长度控制单元，被配置为调整同时多路复用的多个帧的长度，从而使得所述长度最终相同，
其中，帧长度控制单元将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的单个帧，并且如果最终不能通过帧合成使得帧长度相同，那么对具有短的长度的帧适当地执行填充，使得帧最终具有相同的长度。
2.根据权利要求1的通信装置，其中，通信单元包含能够通过对天线元件分配权重来充当自适应阵列天线的多个天线元件，并且，通信单元能够以多路复用的方式同时发送多个帧，并且，如果多个帧的长度不相同，那么帧长度控制单元从被定义为多个帧的目的地的通信装置中提取适合于组合天线权重的通信装置的组合，并且通过使用帧合成处理单元合成被预定用于组合中的通信装置的帧来调整帧的长度。
3.一种通信方法，包括：
帧产生步骤，产生要同时发送的多个帧；
帧合成处理步骤，将在帧产生步骤产生的多个帧中的至少两个合成为单个帧；
通信步骤，以多路复用的方式同时发送多个帧；以及
帧长度控制步骤，调整同时多路复用的多个帧的长度，从而使得所述长度最终相同，
其中，帧长度控制步骤包括：将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的单个帧，并且如果最终不能通过帧合成使得帧长度相同，那么对具有短的长度的帧适当地执行填充，使得帧最终具有相同的长度。
4.一种通信系统，包括：
第一通信装置，被配置为将要同时发送的多个帧中的至少两个帧合成为单个帧并且以多路复用的方式同时发送帧，以及调整同时多路复用的多个帧的长度，从而使得所述长度最终相同，其中，所述调整包括：将具有短的长度的至少两个帧合成为具有长的长度的单个帧，并且如果最终不能通过帧合成使得帧长度相同，那么对具有短的长度的帧适当地执行填充，使得帧最终具有相同的长度；和
多个第二通信装置，被配置为接收同时多路复用的帧。
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