CN102334378A - 通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统 - Google Patents

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Abstract

当利用毫米波实现有指向性的通信时，可同时通信的无线台站的数量增大，从而使得整个系统的吞吐量增大。不仅对于数据帧执行发送波束的波束形成，而且还对CTS帧执行发送波束的波束形成。在隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束处于与数据发送方(STA_A)相对数据接收方(STA_B)的方向不同的方向中的情况中，隐藏终端(STA_C)并不接收CTS，因此可以在不设定发送停止时段的情况下继续与通信对方终端(STA_D)的通信操作。

Description

通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统
技术领域
本发明涉及例如通过利用毫米波来执行无线通信的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统，并且更具体地，涉及扩展了毫米波的通信距离并且使有指向性的天线的波束指向通信对方的位置的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
背景技术
被称为“毫米波”通信的无线通信通过利用高频电磁波而能实现较高的通信速度。毫米波通信的主要应用的示例包括针对短距离的无线接入通信、图像传送系统、简化无线通信以及车辆防撞雷达。此外，目前，已经进行了对于毫米波通信的技术开发，其涉及用途促进(诸如实现大容量长距离传送、无线装置的尺寸减小、成本的降低等等)。这里，毫米波的波长对应于10mm至1mm，并且频率对应于30GHz至300GHz。例如，在利用60GHz频带的无线通信中，因为可以GHz为单位来进行信道分配，所以可执行非常高速的数据通信。
与已在无线LAN(局域网)技术等中广泛普及的微米波相比，毫米波具有更短的波长以及更强的直线传播的特性，并且能传送非常大量的信息。另一方面，因为毫米波因反射的衰减强烈，所以对于执行通信的无线路径，主要使用直接波和接近于最多反射了一次的波。此外，因为毫米波的传播损耗较大，所以毫米波具有无线电信号不能到达远地方的特性。
为了弥补毫米波的这样的传送距离的问题，考虑这样一种方法，其中，发送机/接收机的天线被设计为具有指向性(directivity)，其发送波束和接收波束被指向通信对方所在处的方向，从而通信距离被扩展。波束的指向性例如可通过向每个发送机/接收机提供多个天线并且改变各天线的发送权重或接收权重而被控制。在毫米波中，因为反射波几乎不被使用，而是直接波很重要，所以波束形状的指向性是合适的，并且尖锐的波束被用于此指向性。然后，在学习到天线的最优指向性之后，就可执行毫米波无线通信。
例如，已经提出了这样一种无线传送系统，其中，利用电力线通信、光通信和声波通信中的任一种通信的第二通信装置发送用于确定发送天线的指向方向的信号，从而确定发送天线的方向，并且之后，第一通信装置利用10GHz或更高频率的无线电波来执行发送机/接收机之间的无线传送(例如，参见专利文献1)。
此外，在IEEE 802.15.3c中已经使用了通过利用天线的指向性来扩展通信距离的方法，IEEE 802.15.3c是利用毫米波频带的无线PAN(mmWPAN：毫米波无线个人局域网)的标准规范。
顺便提及，在无线通信中，隐藏终端问题是已知的，从而导致存在通信台站不能在其中直接彼此通信的区域。因为在隐藏终端之间不能进行协商，所以很可能传送操作将彼此冲突。作为用于解决隐藏终端问题的一种方法，普遍知道基于RTS/CTS握手过程的CSMA/CA(载波侦测多址接入/冲突避免)，并且IEEE 802.11等也已经被广泛用在无线LAN系统中。
在RTS/CTS方案中，数据发送源的通信台站发送发送开始请求帧RTS(请求发送(Request To Send))，并且响应于来自数据传送目的地的通信台站的确认帧CTS(可以发送(Clear To Send))的接收来开始数据帧的发送。
这里，RTS和CTS中的每个控制帧都具有确认用于发送机/接收机之间的数据传送的准备状况以及使得周围的隐藏终端不妨碍数据传送的意义。数据发送方的隐藏终端(RTS发送台站)接收到要去往另一台站的CTS，并因此设定发送停止时段(NAV：网络分配向量)。从而，数据接收方(CTS发送台站)能够避免与相关联的隐藏终端的发送帧的冲突，并且从而能够可靠地接收到数据帧。此外，数据接收方的隐藏终端(CTS发送台站)接收到要去往另一台站的RTS，并因此设定发送停止时段。
此外，在(上述)利用毫米波频带的无线PAN标准IEEE 802.15.3c中，已经采用了利用RTS/CTS握手的冲突避免过程。在此情况中，对数据帧使用了发送/接收波束的波束形成(beamforming)，而诸如RTS、CTS和ACK(确认)等的控制帧被作为全向帧传送(参见图11)。
然而，实际上，由于数据帧和控制帧到达的范围不同，所以不必要对不干扰数据帧的周边台站设定发送停止时段。结果，可在系统中同时通信的通信台站的数量减少，从而整个系统的吞吐量被降低。
如图11中所示，当数据接收方(STA_B)从数据发送方(STA_A)接收到要去往其自己台站的RTS时，数据接收方(STA_B)发送全向的CTS并且使得RTS没到达但是CTS可到达的隐藏终端(STA_C)设定发送停止时段，从而确保数据帧被接收的时段。假定隐藏终端(STA_C)类似地执行发送/接收波束的波束形成，并且此发送/接收波束被指向与上述数据帧的发送/接收波束不同的方向。实际上尽管隐藏终端(STA_C)不妨碍上述数据帧，但是作为全向的CTS的接收的结果，隐藏终端(STA_C)不必要地设定了发送停止时段，结果使得吞吐量被降低。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.3544891
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供能够将有指向性的天线的波束指向通信对方所在处的方向中并且能够扩展毫米波的通信距离的更高级的通信装置、更高级的通信方法、更高级的计算机程序和更高级的通信系统。
本发明的另一目的是提供能利用毫米波通过利用发送/接收波束的波束形成来实现高速数据通信并同时增大可同时通信的通信台站的数量并且能够增大整个系统的吞吐量的更高级的通信装置、更高级的通信方法、更高级的计算机程序和更高级的通信系统。
本发明的另一目的是提供能利用毫米波通过利用指向性来实现高速数据通信并且能够通过利用RTS/CTS握手增大可同时通信的通信台站的数量从而增大整个系统的吞吐量并同时避免冲突的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
技术方案
本申请是考虑到上述问题而做出的。如权利要求1中所记载的发明是一种通信装置，该通信装置包括：无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信；以及确定单元，所述确定单元从多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式，其中，响应于从通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，通过利用由确定单元确定的有指向性的波束型式向通信对方发回确认帧。
此外，根据权利要求2所记载的发明，根据权利要求1所提出的通信装置还包括功率计算单元，所述功率计算单元计算在当通过多个波束型式中的各个波束型式接收到来自通信对方的帧时的接收电功率，其中，确定单元基于在从通信对方接收到发送开始请求帧的接收电功率变为最大时的波束型式，来确定向通信对方发送帧时的有指向性的波束型式。
此外，根据权利要求3所记载的发明，根据权利要求1所记载的通信装置被配置为：在确认帧被发回之后，通过利用与当在确认帧被发回时所使用的有指向性的波束型式处于相同方向中的接收波束型式来接收来自通信对方的数据帧。
此外，如权利要求4中所记载的发明是一种通信装置中的通信方法，所述通信装置包括无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该通信方法包括：确定步骤，从多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式；发回步骤，响应于从通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，利用在确定步骤中确定的有指向性的波束型式向通信对方发回确认帧；以及接收步骤，从通信对方接收数据帧。
此外，如权利要求5中所记载的发明是一种以计算机可读格式写入的计算机程序，用于使得在计算机中执行通信装置中的通信处理，所述通信装置包括无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该计算机程序使得计算机用作：确定单元，所述确定单元从多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式；确认帧发回单元，所述确认帧回送单元响应于从通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，利用由确定单元确定的有指向性的波束型式来向通信对方发回确认帧；以及数据帧接收单元，所述数据帧接收单元从通信对方接收数据帧。
根据权利要求5所记载的计算机程序是这样的程序，该以计算机可读格式写入的计算机程序被定义为在计算机系统中实现预定的处理。换句话说，通过将本申请的根据权利要求5所记载的计算机程序安装到计算机系统中，在该计算机系统中展现出协同的操作，并且可获得与本申请的根据权利要求1所记载的通信装置的操作效果相同的操作效果。
此外，如权利要求6中所记载的发明是一种通信系统，包括：包括无线通信单元的通信装置，该无线通信单元能够根据使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该通信装置向数据接收方发送发送开始请求帧，并且响应于接收到从数据接收方发回的确认帧来执行波束形成，以使得发送波束指向数据接收方以便发送数据帧，该通信装置作为数据发送方进行操作；以及包括无线通信单元的通信装置，该无线通信单元能够根据使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该通信装置响应于接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧来执行波束形成，以使得发送波束指向数据发送方以便发回确认帧，并且该通信装置接收来自数据发送方的数据帧，该通信装置作为数据接收方进行操作。
注意在此所称的“系统”是指多个设备(或实现特定功能的功能模块)的逻辑组合，并且每个设备和功能模块是否在单个外壳中并不特别重要。
有利效果
根据本发明，可提供能够将有指向性的天线的波束指向通信对方所在处的方向中并且能够扩展毫米波的通信距离的更高级的通信装置、更高级的通信方法、更高级的计算机程序和更高级的通信系统。
此外，根据本发明，可提供能利用毫米波通过利用发送/接收波束的波束形成来实现高速数据通信并同时增大可同时通信的通信台站的数量并且能够增大整个系统的吞吐量的更高级的通信装置、更高级的通信方法、更高级的计算机程序和更高级的通信系统。
此外，根据本发明，可提供能利用毫米波通过利用指向性来实现高速数据通信并且能够通过利用RTS/CTS握手增大可同时通信的通信台站的数量从而增大整个系统的吞吐量并同时避免冲突的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
此外，根据本申请的权利要求1、4、5、6所记载的发明，在作为数据发送方发送发送开始请求帧(RTS)并且数据接收方发回确认帧(CTS)的结果而开始数据传送的系统中，因为数据接收方通过利用有指向性的波束型式来发送确认帧，因此不位于该有指向性的波束型式的取向中的隐藏终端并没有不必要地设定发送停止时段。因此，可增大可同时通信的通信台站的数量，并可增大整个系统的吞吐量。
此外，根据本申请的权利要求2所记载的发明，因为用作数据接收方的通信装置将当来自通信对方的发送开始请求帧被接收时的接收电功率为最大的波束型式确定作为当确认帧被发回时所使用的有指向性的波束型式，所以此有指向性的波束型式是针对通信对方的最优波束型式。此外，因为不必要使得没有妨碍来自通信对方的已执行了波束形成的数据帧的接收的隐藏终端设定不必要的发送停止时段，所以可增大可同时通信的通信台站的数量，并且可增大整个通信系统的吞吐量。
此外，根据本申请的权利要求3所记载的发明，用作数据接收方的通信装置可通过利用与当确认帧被发回时所使用的有指向性的波束型式的方向处于相同方向中的最优接收波束型式来接收来自通信对方的数据帧。也就是说，因为发送波束和接收波束彼此相对，所以形成了更满意的毫米波通信路径，从而可实现高速数据通信。
本发明的另外的目的、特征和优点将从下面对本发明的实施例(稍后描述)及所附附图的描述变得很明显。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的一实施例的毫米波无线通信系统的配置的示例。
图2图示出通信装置100的配置的示例。
图3图示出数字单元180的内部配置的示例。
图4图示出通信装置100通过发送波束处理单元187进行的发送波束的波束形成可形成的发送波束型式(beam pattern)的示例。
图5图示出用于学习最优波束方向的波束学习用信号(beam learningsignal)的信号格式的示例。
图6图示出隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束所处的方向与数据发送方(STA_A)相对数据接收方(STA_B)的方向相同的状态。
图7图示出隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束所处的方向与数据发送方(STA_A)相对数据接收方(STA_B)的方向不同的状态。
图8图示出隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束所处的方向与数据发送方(STA_A)相对数据接收方(STA_B)的方向不同的状态。
图9图示出根据本发明的一实施例的通信系统中利用RTS/CTS握手的信号发送和接收序列。
图10是图示出数据接收方(STA_B)执行图9中所示的信号发送和接收序列中的通信操作的处理过程的流程图。
图11图示出在按照全向的方式发送RTS、CTS和ACK的控制帧的情况下对于仅仅数据帧所使用的信号发送/接收序列的示例。
图12图示出安装有模块化通信装置100的信息装置的配置的示例。
具体实施方式
下面将参考附图来详细地描述本发明的实施例。同时，用于毫米波的通信方案的示例包括在VHT(极高吞吐量)标准中使用的60GHz频带。然而，本发明的要旨不限于特定频带。
图1示意性地示出根据本发明的一实施例的毫米波无线通信系统的配置的示例。本图中所示的无线通信系统由通信装置100和通信装置200构成。
通信装置100和通信装置200可根据毫米波通信方案来彼此地执行无线通信。在毫米波通信方案中，因为直线传播性较强，从而反射时的衰减较大，所以，无线电信号更适合于通过使发送波束和接收波束指向通信对方来被接收。
在图1所示的示例中，通信装置100包括用于根据毫米波通信方案发送和接收无线电信号的多个天线160a到160n。然后，通过调整经由天线160a到160n中各天线发送的信号的权重，发送波束的指向性Bt被控制。在本图所示的示例中，发送波束Bt指向作为通信对方的通信装置200的位置的方向中。
此外，通信装置200包括用于根据毫米波通信方案接收无线电信号的多个天线260a到260n。然后，通过调整经由天线260a到260n中各天线接收的信号的权重，接收波束的指向性Br被控制。在本图所示的示例中，接收波束Br指向作为通信对方的通信装置100的位置的方向中。
图2图示出通信装置100的配置的示例。本图中所示的通信装置100可作为宽带路由器或无线接入点进行操作。同时，虽然在本图中未示出，但是通信装置200也可按照相同的方式来配置。
通信装置100包括存储单元150、多个天线160a到160n和无线通信单元170。无线通信单元170包括模拟单元172、AD转换单元174、DA转换单元176、数字单元180和控制单元190。
多个天线160a到160n用于根据毫米波通信方案的无线通信。具体地，天线160a到160n中的各天线通过利用毫米波来发送经历了利用预定的权重系数被加权了的无线电信号。此外，天线160a到160n接收毫米波无线电信号并将接收的毫米波无线电信号输出到模拟单元172。
模拟单元172一般对应于用于根据毫米波通信方案发送和接收无线电信号的RF电路。也就是说，模拟单元172对由天线160a到160n接收到的多个接收信号中的各接收信号执行低噪声放大并对接收信号进行下变频，并且将它们输出到后级处的AD转换单元174。此外，模拟单元172将已由DA转换单元176转换成模拟信号的发送信号上变频到RF频带，对信号进行功率放大，并且将它们输出到相应天线160a到160n。
AD转换单元174将从模拟单元172输入的模拟接收信号转换成相应的数字信号，并且将这些数字信号输出到后级处的数字单元180。此外，DA转换单元176将从数字单元180输入的多个数字发送信号转换成模拟信号，并且将这些模拟信号输出到模拟单元172。
数字单元180一般包括用于根据毫米波通信方案来解调和解码接收信号的电路以及根据毫米波通信方案来编码和调制发送信号的电路。
图3图示出数字单元180的内部配置的示例。如本图中所示，数字单元180包括同步单元181、接收波束处理单元182、功率计算单元183、确定单元184、解调和解码单元185、编码和调制单元186以及发送波束处理单元187。
同步单元181例如基于帧的开始前导来同步对由多个天线160a到160n接收的多个接收信号的接收处理的开始时间，并且将接收信号输出到接收波束处理单元182。
接收波束处理单元182例如根据泰勒(Taylor)分布或均匀分布对从同步单元181输入的多个接收信号执行加权处理，从而控制接收波束的指向性。然后，接收波束处理单元182将经加权的接收信号输出到功率计算单元183和解调和解码单元185。
当最优发送/接收波束方向要被学习时，功率计算单元183计算在各个发送/接收波束方向中发送和接收的接收信号的接收电功率，并且继而将其输出到确定单元184(将在稍后描述)。然后，确定单元184基于从功率计算单元183输入的接收功率值来确定最优发送波束方向和最优接收波束方向。然后，用于指定所确定的波束方向的参数值通过控制单元190被存储在存储单元150中。在此所称的最优波束方向一般对应于如下波束方向，即，相对于一个波束学习用信号而言，从功率计算单元183输入的一系列接收功率值中为最大值的那个波束方向。
解调和解码单元185根据毫米波通信方案中使用的任意调制方式和任意编码方式来对经由接收波束处理单元182加权了的接收信号进行解调和解码，并且获得数据信号。然后，解调和解码单元185将所获得的数据信号输出到控制单元190。
编码和调制单元186根据毫米波通信方案中使用的任意调制方式和任意编码方式来对从控制单元190输入的数据信号进行编码和调制，并且生成发送信号。然后，编码和调制单元186将所生成的发送信号输出到发送波束处理单元187。
发送波束处理单元187从自编码和调制单元186输入的发送信号生成经过根据例如均匀分布或泰勒分布加权了的多个发送信号，并且控制发送波束的指向性。发送波束处理单元187所使用的权重值例如由从控制单元190输入的波束形成信号来指定。经由发送波束处理单元187加权了的多个发送信号各自被输出到DA转换单元176。
返回参考图2，将继续描述通信装置100的配置。控制单元190例如利用诸如微处理器之类的计算设备来配置，并且控制无线通信单元170的总体操作。此外，控制单元190从存储单元150获得用于标识最优发送波束方向或接收波束方向的参数值，并且向数字单元180中的发送波束处理单元187输出用于指示向天线160a到160n中的各天线提供权重系数的波束形成信号，从而基于此参数值标识的波束方向被形成。结果，形成了使得通信装置100根据毫米波通信方案进行无线通信时的发送波束或接收波束被指向通信对方所在处的方向中的最优波束型式。
存储单元150例如利用诸如半导体存储器之类的可读记录介质构成，并且被用作工作存储器，其中加载有用于供通信装置100执行通信处理的程序或者其中存储各种参数值。此外，存储单元150存储用于指定无线通信单元170根据毫米波通信方案进行无线通信时的最优发送/接收波束方向的参数值。
图4图示出通信装置100通过受发送波束处理单元187控制的发送波束可形成的发送波束型式的示例。在本图所示的示例中，通信装置100可形成10个发送波束型式Bt0到Bt9。发送波束型式Bt0到Bt9在通信装置100所在的平面中具有处于相差36度的方向中的指向性。
通过响应于来自控制单元190的波束形成信号向天线160a到160n中的每一个天线提供权重系数，发送波束处理单元187形成这10个发送波束型式Bt0到Bt9中的任一个发送波束型式，从而使得能够发送有指向性的无线电信号。此外，通信装置100可形成的接收波束型式也可以类似于图4中所示的发射波束型式Bt0到Bt9。也就是说，接收波束处理单元182通过响应于来自控制单元190的波束形成信号向天线160a到160n中的每一个天线提供权重系数，形成与这样的10个发送波束型式Br0到Br9中的任一个(或者两个或更多个的组合)匹配的接收波束型式，从而使得无线电信号能够根据毫米波通信方案被天线160a到160n接收。通信装置100的存储单元150预先存储用于形成这些发送/接收波束型式Bt0到Bt9以及Br0到Br9的分别标识天线160a到160n中各个天线的权重系数的参数值。
同时，通信装置100可形成的发送波束型式和接收波束型式不限于图4中所示的示例。例如，多个天线160a到160n可被配置以使得可形成在三维空间的各个方向中具有指向性的发送波束型式或接收波束型式。
图5图示出用于学习最优波束方向的波束学习用信号的信号格式的示例。然而，在本图中，略去了对头部部分的描述。本图中所示的波束学习用信号BTF(波束训练字段)是从通信对方所拥有的多个天线160a到160n根据毫米波通信方案而发送来的。在该波束学习用信号BTF中所携带的学习用信号序列例如可以是BPSK(二进制相移键控)的随机样式。
本图中所示的波束学习用信号是这样的信号，即用于每个发送波束型式Bt0到Bt9的学习用信号序列基于时分的方式被复用。此学习用信号BTF包括10个时隙T0到T9，时隙T0到T9分别对应于图4中所示的发送波束型式Bt0到Bt9。然后，在时隙T0到T9的每个时隙中，10种学习用信号序列(其中，每个天线160a到160n已经通过用于针对预定的已知信号序列形成各个发送波束型式Bt0到Bt9的权重系数被加权)被顺次发送。因此，波束学习用信号的发送波束的指向性随着图5中所示的针对每个时隙T0到T9的发送波束型式Bt0到Bt9而顺次改变。
在接收到该波束学习用信号BTF的接收方，顺次观测针对该波束学习用信号BTF的每个时隙T0到T9(也就是，对于每个学习用信号序列)的接收信号的电功率水平。结果，接收信号的电功率水平在该波束学习用信号BTF的其中一个时隙中成为突出的值。接收信号的电功率水平为峰值的时隙响应于相对于发送此波束学习用信号BTF的发送方的位置而改变。然后，与接收电功率水平为峰值的时隙相对应的发送波束型式可被确定为发送方的最优发送波束型式。
此外，假定该波束学习用信号BTF的接收方可形成与图4中所示的发送波束型式Bt0到Bt9相等同的接收波束型式Br0到Br9。然后，该波束学习用信号BTF的每个时隙T0到T9以10为单位被进一步分割成小区间ST0到ST9，并且在每个小区间ST0到ST9中，接收信号通过10种不同的接收波束型式Br0到Br9被加权处理。在图5所示的示例中，时隙T0的第一小区间ST0与接收波束型式Br0相关联，时隙T0的第二小区间ST1与接收波束型式Br1相关联，…，时隙T9的第一小区间ST0与接收波束型式Br0相关联，…。利用这样的接收波束波束形成处理，在一个波束学习用信号BTF中，可获得通过10种发送波束型式×10种接收波束型式＝总共100种发送/接收波束型式发送和接收的接收信号。
图3中所示的功率计算单元183计算通过总共100种发送/接收波束型式发送和接收的接收信号的各个接收电功率，并且顺次将其输出到确定单元184。然后，基于输入的接收功率值，确定单元184确定用于标识最优发送波束型式和最优接收波束型式的参数值。最优波束型式一般是针对一个波束学习用信号从功率计算单元183输入的一系列接收功率值中为最大值的那个波束型式。用于标识最优发送波束型式的参数值例如可以是一个波束学习用信号BTF的时隙编号(T0到T9)。此外，用于标识最优接收波束型式的参数值例如可以是图5中所示的小区间编号(ST0到ST9)。确定单元184将按照这种方式确定的参数值输出到控制单元190。此外，用于标识最优发送波束型式的参数值(T0到T9)可被反馈给波束学习用信号BTF的发送方。然而，此反馈过程不直接涉及本发明的要旨，因此在本说明书中省略对此的描述。
利用毫米波的无线通信系统可通过利用多个发送和接收天线并通过形成尖锐的天线指向性(即，波束形状的天线指向性)来扩展通信范围。然而，如已经在背景技术部分中所描述的，如果当RTS/CTS握手被用于避免因隐藏终端问题导致的冲突时，数据帧以外的RTS、CTS和ACK的控制帧按照全向的方式被发送，则存在以下可能性：实际上不干扰数据帧的周边台站也被不必要地设定了发送停止时段。结果，存在以下问题：可同时在系统中通信的通信台站的数量被不经济地减少，从而整个系统的吞吐量被降低。
在图11所示的信号发送和接收序列的示例中，当数据接收方(STA_B)从数据发送方(STA_A)接收到要去往其自己台站的RTS时，数据接收方(STA_B)发送全向的CTS，并且使得处于RTS没到达但是CTS到达的范围中的隐藏终端(STA_C)设定发送停止时段，从而确保数据帧接收的时段。
这里，如图6中所示，隐藏终端(STA_C)以类似的方式执行发送/接收波束的波束形成。当此发送/接收波束与在数据发送方(STA_A)上相对于数据接收方(STA_B)的方向相同的方向中(给，由数据接收方(STA_B)指向数据发送方(STA_B))的接收波束交叠时，除非使得隐藏终端(STA_C)设定发送停止时段，否则数据接收方(STA_B)不能接收到来自数据发送方(STA_A)的数据帧。
相比而言，如在图7和图8中所示，当隐藏终端(STA_C)相对于数据发送方(STA_A)以类似的方式执行发送/接收波束的波束形成，并且此发送/接收波束并不与在数据发送方(STA_A)上相对于数据接收方(STA_B)的方向相同的方向中(给，由数据接收方(STA_B)指向数据发送方(STA_B))的接收波束交叠时，即使隐藏终端(STA_C)不设定发送停止时段并继续与通信对方终端(STA_D)的通信操作，隐藏终端(STA_C)也不会干扰数据接收方(STA_B)从数据发送方(STA_A)接收数据帧的操作；相反，如果隐藏终端(STA_C)设定了发送停止时段，则因为其成为不必要的发送停止时段，所以整个系统的吞吐量被降低。
因此，在本发明的实施例中，在利用RTS/CTS握手的数据传送中，不仅对数据帧执行发送波束的波束形成，还对CTS帧执行发送波束的波束形成。在这样的情况中，在隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束的方向不同于数据发送方(STA_A)相对数据接收方(STA_B)的方向的情况中，即，在该发送/接收波束不与由数据接收方(STA_B)指向数据发送方(STA_A)的接收波束交叠时，则隐藏终端(STA_C)停止接收CTS。因此，隐藏终端(STA_C)可在不设定发送停止时段的情况下继续与通信对方终端(STA_D)的通信操作。结果，在本系统中，隐藏终端(STA_C)并不设定不必要的发送停止时段，从而使得能够增大可同时通信的通信台站的数量并增大整个系统的吞吐量。
图9图示出根据本发明的一实施例的通信系统中利用RTS/CTS握手的信号发送和接收序列。但是，假定通信台站STA_A到STA_D中的每个台站由图2到图4中所示的通信装置100构成。
首先，数据发送方(STA_A)通过CSMA过程确认介质仅仅在某固定时段中是畅通的，并且之后按照全向方式向数据接收方(CTS发送方：STA_B)发送RTS。
当数据接收方(STA_B)从数据发送方(STA_A)接收到要去往其自己台站的RTS时，功率计算单元183计算利用多个波束型式中的各波束型式所接收的接收电功率，并且随后确定单元184确定在RTS接收时的接收电功率为最大值的波束型式作为最优指向性波束型式。
然后，在预定的帧间隔SIFT经过之后，数据接收方(STA_B)响应于RTS的接收通过利用由确定单元184确定的发送波束型式来执行波束形成以指向数据发送方(STA_A)的位置，并且发回CTS(波束形成的CTS)。
在数据发送方(STA_A)发送了RTS之后，数据发送方(STA_A)等待接收从数据接收方(STA_B)发回的CTS。然后，当数据发送方(STA_A)通过接收到CTS而确认该介质是畅通的时，在从接收到CTS起已经过SIFS之后，数据发送方(STA_A)执行波束形成，以使得发送波束指向数据接收方(STA_B)的位置，并且发送数据帧(波束形成的数据)。
在数据接收方(STA_B)发送了有指向性的CTS之后，数据接收方(STA_B)等待接收来自数据发送方(STA_A)的数据帧。此时，数据接收方(STA_B)可利用与在CTS发送时所使用的最优指向性波束型式处于相同方向中的接收波束型式。然后，当数据接收方(STA_B)安全地接收到数据帧时，数据接收方(STA_B)按照全向方式发回ACK。作为接收到ACK的结果，数据发送方(STA_A)辨认出一系列的RTS/CTS握手过程已安全地完成。
另一方面，隐藏终端(STA_C)的发送/接收波束经历波束形成，以指向作为通信对方的终端(STA_D)。这里，按照全向方式从数据发送方(STA_A)发送的RTS没有到达隐藏终端(STA_C)。此外，如果数据接收方(STA_B)按照全向方式发送CTS，则其到达隐藏终端(STA_C)。然而，在本实施例中，因为发送/接收波束经历了波束形成以指向数据发送方(STA_A)的位置，所以隐藏终端(STA_C)没有接收到有指向性的CTS。
因此，隐藏终端(STA_C)不设定不必要的发送停止时段，并且可与数据发送方(STA_A)和数据接收方(STA_B)之间的RTS/CTS握手并行地向作为通信对方的终端(STA_D)发送数据帧。结果，在本系统中，可增大可同时通信的通信台站的数量，并可增大整个系统的吞吐量。
图10以流程图的形式图示出通信装置100作为数据接收方(STA_B)执行图9中所示的信号发送和接收序列中的通信操作的处理过程。此处理过程例如通过由控制单元190执行预定的控制程序来实现。
此处理过程响应于数据接收方(STA_B)接收到要去往其自己台站的RTS而开始。
当数据接收方(STA_B)接收到要去往自己台站的RTS时，功率计算单元183在接收波束型式例如对于每个预定的角度被改变36度的同时测量接收信号的电功率。然后，当确定单元184检测到接收电功率为最大的接收波束型式的方向时，确定单元184将此方向作为用于数据发送方(STA_A)的最优指向性波束型式而存储在存储单元150中(步骤S1)。
接着，数据接收方(STA_B)调节发送天线以使得所述最优指向性波束型式被形成，并且向数据发送方(STA_A)发回有指向性的CTS(波束形成的CTS)(步骤S2)。
接着，数据接收方(STA_B)调节接收天线以使得所述最优指向性波束型式被形成(步骤S3)，并且等待来自数据发送方(STA_A)的数据帧。
同时，作为接入点(AP)或终端台站(STA)进行操作的通信装置100例如可以是诸如个人计算机(PC)、移动电话或PDA(个人数字助理)之类的便携信息终端，诸如便携音乐播放器或游戏机的信息设备或者被安装在电视接收机或其他家用信息电器中的无线通信模块。
图12图示出安装有模块化通信装置100的信息装置的配置的示例。
CPU(中央处理单元)1在操作系统(OS)提供的程序执行环境下执行存储在ROM(只读存储器)2或硬盘驱动器(HDD)11中的程序。例如，接收帧同步处理(稍后描述)及其部分处理可按照CPU 1执行预定程序的方式来实现。
ROM 2中永久地存储了POST(加电自检)、BIOS(基本输入输出系统)等的程序代码。RAM(随机存取存储器)3被用于在当CPU 1执行程序时向其中加载存储在ROM 2和HDD(硬盘驱动器)11中的程序，或者被用于临时保存程序被执行时的操作数据。这些部件通过本地总线4被互连，并且本地总线4被直接连接到CPU 1的本地引脚。
本地总线4通过桥接器5被连接到输入/输出总线6，输入/输出总线6例如是PCI(外围部件互连)总线。
键盘8和诸如鼠标的点选设备9是供用户操纵的输入设备。显示器10(由LCD(液晶显示器)或CRT(阴极射线管)构成)以文本和图像的形式显示各种信息。
HDD 11是其中结合了硬盘作为记录介质的驱动单元，并且驱动该硬盘。硬盘被用于安装诸如操作系统之类的程序以及CPU 1执行的各种应用，并且被用于存储数据文件等等。
通信单元12是通过模块化通信装置100而形成的无线通信接口，在基础设施模式中作为接入点或终端台站操作，或者在自组织模式中进行操作，并且与存在于通信范围中的通信终端执行通信。通信装置100的操作已被描述。
工业可应用性
前述中，参考具体实施例详细地描述了本发明。但是，很明显，本领域技术人员可在本发明的范围和精神内对实施例作出修改和替换。
在本说明书中，主要对在IEEE 802.15.3c中所使用的利用60GHz频带的毫米波通信方案进行了描述。然而，本发明的要旨不一定局限于特定频带。此外，本发明不限于毫米波通信，可使用其他有指向性的通信。
总之，已经以示例的形式公开了本发明，并且本说明中所描述的内容不应当被解释为是限制性的。为了确定本发明的要旨，应当参考权利要求书。
标号
1…CPU
2…ROM
3…RAM
4…本地总线
5…桥接器
6…输入/输出总线
7…输入/输出接口
8…键盘
9…点选设备(鼠标)
10…显示器
11…HDD
12…通信单元
100…通信装置
150…存储单元
160a to 160n…多个天线
170…无线通信单元
172…模拟单元
174…AD转换单元
176…DA转换单元
180…数字单元
181…同步单元
182…接收波束处理单元
183…功率计算单元
184…确定单元
185…解调和解码单元
186…编码和调制单元
187…发送波束处理单元
190…控制单元

Claims (6)

1.一种通信装置，包括：
无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信；以及
确定单元，所述确定单元从所述多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式，
其中，响应于从所述通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，利用由所述确定单元确定的有指向性的波束型式向所述通信对方发回确认帧。
2.根据权利要求1所述的通信装置，还包括功率计算单元，所述功率计算单元计算在当通过所述多个波束型式中的各个波束型式接收到来自所述通信对方的帧时的接收电功率，
其中，所述确定单元基于在从所述通信对方接收到所述发送开始请求帧的接收电功率变为最大时的波束型式，来确定向所述通信对方发送帧时的有指向性的波束型式。
3.根据权利要求1所述的通信装置，其中，在所述确认帧被发回之后，通过利用与当在所述确认帧被发回时所使用的有指向性的波束型式处于相同方向中的接收波束型式来接收来自所述通信对方的数据帧。
4.一种通信装置中的通信方法，所述通信装置包括无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，所述通信方法包括：
确定步骤，从所述多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式；
发回步骤，响应于从所述通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，利用在所述确定步骤中确定的有指向性的波束型式向所述通信对方发回确认帧；以及
接收步骤，从所述通信对方接收数据帧。
5.一种以计算机可读格式写入的计算机程序，用于使得在计算机中执行通信装置中的通信处理，所述通信装置包括无线通信单元，所述无线通信单元能够根据具有不同方向的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，所述计算机程序使得所述计算机用作：
确定单元，所述确定单元从所述多个波束型式中确定要在向通信对方发送帧时使用的有指向性的波束型式；
确认帧发回单元，所述确认帧回送单元响应于从所述通信对方接收到要去往该通信装置的自己台站的发送开始请求帧，利用由所述确定单元确定的有指向性的波束型式来向所述通信对方发回确认帧；以及
数据帧接收单元，所述数据帧接收单元从所述通信对方接收数据帧。
6.一种通信系统，包括：
包括无线通信单元的通信装置，该无线通信单元能够根据使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该通信装置向数据接收方发送发送开始请求帧，并且响应于接收到从所述数据接收方发回的确认帧来执行波束形成，以使得发送波束指向所述数据接收方以便发送数据帧，该通信装置作为数据发送方进行操作；以及
包括无线通信单元的通信装置，该无线通信单元能够根据使用预定的高频频带的通信方案来执行有指向性的无线通信，该通信装置响应于接收到要去往该通信装置的自己台站的所述发送开始请求帧来执行波束形成，以使得发送波束指向所述数据发送方以便发回所述确认帧，并且该通信装置接收来自所述数据发送方的数据帧，该通信装置作为数据接收方进行操作。
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