CN102379152A - 通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统 - Google Patents

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Abstract

在执行基于物理载波检测的访问控制的同时执行适当的波束图案控制。在除非形成波束图案否则信号将不能到达的状态下，通信设备发送具有长前同步码的帧，由此实现基于物理载波检测的访问控制，而在信号能足够到达而没有波束图案形成的状态下发送具有较短前同步码的帧，由此抑制发送开销。此外，根据按照CSMA/CA过程的访问控制的发送/接收历史来决定波束图案和前同步码类型。

Description

通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统
技术领域
本发明涉及一种通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，用于使用阵列天线执行波束图案控制；更具体地，涉及一种通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，协同使用基于物理载波检测的接入控制和波束图案控制。
背景技术
无线通信快速地进入日常使用，其作为一种可以解决传统电缆通信的布线工作的负担的技术，并且进一步地，可以实现移动通信。有关无线LAN(局域网)的典型标准的例子包括IEEE(电气与电子工程师协会)802.11和802.15。
许多无线LAN系统使用基于诸如CSMA/CA(使用冲突避免的载波检测多址：载波检测多址)的载波检测的接入控制过程，使得当执行随机信道接入时单独的通信站可以避免载波冲突。
图22示出了三个通信站STA-0、STA-1和STA-2每个都操作在其自身的可通信范围的形式。此外，图23示出了基于在三个通信站STA-0、STA-1和STA-2运行的通信环境下的CSMA/MA的通信序列的例子。出现发送请求的通信站监视针对预定帧间隔DIFS(分布式帧间空间)的媒体状态，并且如果没有出现在该时间期间的发送信号执行随机回退，并且如果甚至在该时间期间没有出现发送信号，则获得发送权并且可以发送一个帧。
此外，如果发送诸如ACK的具有异常高的紧急度的帧，则允许通信站在较短的帧间隔SIFS(短帧间空间)之后发送一个帧(分组)。相应地，可以在其发送按照正常CSMA过程被执行的帧之前发送具有高的紧急度的帧。
现在，在无线通信中，有已知的被称为隐藏节点问题的问题的发生，其中存在通信站不能直接地彼此通信的区域。隐藏节点不能彼此执行协商，因此存在发送操作将冲突的可能性。解决该隐藏节点问题的方法是“虚拟载波检测”。具体地，如果在不指向其自身的接收帧内描述了用于保留媒体的持续时间(经过时间)信息，则做出将在对应于该持续时间信息的时段内使用该媒体的假定(即，虚拟载波检测)，并且设置发送停止时段(NAV：网络分配向量)。
进一步，使用虚拟载波检测的信号发送/接收序列的典型例子是RTS/CTS握手。作为数据发起方的通信站发送了发送请求帧(RTS：请求发送)，并且响应于从在数据目的地的通信站接收到确认通知帧(CTS：清除发送)，开始数据发送。在隐藏节点接收到不指向其自身的RTS或CTS中的至少一个帧时，基于在接收到的帧中描述的持续时间信息来设置发送停止时段，以避免冲突。从发送站看到的隐藏节点接收CTS并且设置发送停止时段以避免与数据帧的冲突，并且从接收站看到的隐藏节点接收RTS并且停止发送时段以避免与ACK的冲突。
在一些实例中，使用RTS/CTS握手和CSMA/CA控制过程可以减少过载状态中的冲突开销。
现在，阵列天线技术是用于确保特定通信方的良好通信信道的方法的例子。通过改变每个天线的发送权重或接收权重可以控制波束图案，并且通过将发送波束和接收波束中的至少一个定向到其中该通信方所处的方向来改进通信信道的质量。
例如，已经提出一种方案，通过借助为每个移动站形成唯一的波束图案的基站来执行发送/接收来改进天线增益，以提供良好的通信路径(例如，参见专利文件1)。
此外，已经提出一种有关通信方法的建议，其中，当发送数据信号时基站控制天线的方向性，但是当发送同步信号时基站不控制天线的方向性，并在复用的数据信号存在于与同步信号相同的时间段中则执行合适的处理，诸如减小同步信号的长度，由此在建立同步之前有效地进行有关终端设备的干扰减轻(例如，参见专利文件2)。
图24示出了使用阵列天线技术的通信环境的例子。在图22示出的通信环境中，通信站STA-0、STA-1和STA-2不产生指向特定通信站的波束图案，并且每个通信站使用波束图案波束-1、波束-1和波束-2来执行非定向(全向)发送/接收。另一方面，在图24示出的例子中，STA-0作为基站，向特定的通信站STA-1和STA-2产生具有较高增益的波束图案以执行通信，诸如分别向通信方STA-1和STA-2产生波束-01和波束-02(换句话说，集中在STA-1和STA-2)。STA-1和STA-2作为终端站，每个具有非定向波束图案波束-1和波束-2，但是STA-0发送指向每个站的波束图案波束-01和波束-02。相应地，改进了STA-1和STA-2处的接收SINR(信号干扰加噪声功率比)。
此外，使用天线的方向性的通信方法还适用于IEEE 802.15.3c，其是使用毫米波带的针对无线PAN(mmWPAN：毫米波无线个域网)的标准。相比于无线LAN技术中广泛使用的微波，毫米波具有短波长和强线性，并且可以发送非常大量的信息，但是由于反射导致的衰减明显，并且传播损失很大，因此无线信号不能到达很远。毫米波带的范围问题可以由发送/接收波束图案控制来补充。
一般基于通信方的发送信道信息来计算波束图案。相应地，在控制波束图案时，来自通信方的接收信号是必需的。在STA-0作为基站运行的通信环境中，从属的终端站STA-1和STA-2每个都周期性地发送信号用于更新(刷新)到STA-0的波束图案是前提条件。此外，如果使用特定波束图案执行发送/接收信号，则不执行使用前同步码的信号检测。如图23所示，仅在随机信道接入的情况中执行前同步码检测，并且使用不同的波束图案执行用于随机信道接入的发送/接收，作为数据帧的发送/接收。例如，在图24示出的通信系统中，基站STA-0当执行和STA-1和STA-2的数据帧的发送/接收时使用指向通信方的波束图案波束-01和波束-02，但是当执行随机信道接入时使用诸如图22示出的非定向波束图案波束-0。
在执行基于物理载波检测的接入控制时通信站需要执行前同步码检测，以接收来自未识别的附近站的信号。另一方面，如果除非形成波束图案否则进行与特定通信站的通信是困难的，则执行基于物理载波检测的接入控制变得困难，这是因为如果形成了波束图案，则无法接收来自未识别的站的信号。
根据诸如前述专利文件1和2的系统，分别形成用于基站下的特定通信站的波束图案和用于未识别的通信站的波束图案，使用这些波束图案执行通信，不存在针对基于物理载波检测执行信道共享而不执行接入控制的特定问题。另一方面，如果诸如空中波段带宽是未授权波段，则由基于物理载波检测的接入控制进行的信道共享是所希望的。例如，在诸如使用毫米波段的无线LAN的私有网络中，需要协同使用基于物理载波检测的接入控制和波束图案控制。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2004-72539
专利文献2：日本未审查专利申请公开No.2007-324773
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，其能够使用阵列天线合适地执行波束图案控制，以改进例如使用毫米波带的通信方法的通信质量。
本发明的另一个目的是提供一种通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，例如，在空中波段是未授权波段的通信环境中，其能够进行适当的波束控制同时执行基于物理载波检测的接入控制。
技术方案
根据上述问题提出了本发明，并且根据权利要求1的本发明是通信设备，包括：
能够控制波束图案的天线；
用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元；以及
用于控制帧发送/接收过程，并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；
其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
在根据本申请的权利要求2的发明中，根据权利要求1所述的通信设备被配置为：在帧发送时，所述控制单元指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制。
在根据本申请的权利要求3的发明中，根据权利要求2所述的通信设备被配置为：在所述控制单元未指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制的情况下，选择具有较长前同步码长度的前同步码类型并执行帧发送，并且在所述控制单元指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制以形成聚焦于所述帧发送目的地的波束图案的情况下，选择具有较短前同步码长度的前同步码类型并执行帧发送。
在根据本申请的权利要求4的发明中，根据权利要求2所述的通信设备进一步包括：用于保持与所述帧发送目的地的发送/接收历史的存储单元；其中，在帧发送时，所述控制单元基于与所述帧发送目的地的发送/接收历史选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个，并且指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制，并执行帧发送。
在根据本申请的权利要求5的发明中，根据权利要求4所述的通信设备被配置为：所述控制单元在所述存储单元中保持与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间信息作为所述发送/接收历史；并且其中，在帧发送时，参考所述存储单元中保持的所述发送/接收历史，基于从与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的经过时间，来选择具有不同的前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并且指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制，并执行帧发送。
在根据本申请的权利要求6的发明中，根据权利要求2所述的通信设备被配置为：在应用RTS/CTS发送/接收过程的情况下，在操作为数据接收侧时，所述控制单元指示所述波束图案控制单元在从所述帧发送目的地接收到RTS帧的情况下，基于接收信号形成指向所述帧发送目的地的波束图案。此外，在RTS/CTS发送/接收中操作为数据发送侧时，配置为控制单元指示所述波束图案控制单元在从所述帧发送目的地接收到CTS帧的情况下，基于接收信号形成用在向所述帧发送目的地发送数据帧的情况下的波束图案。
在根据本申请的权利要求7的发明中，根据权利要求6所述的通信设备被配置为：在使用基于从所述帧发送目的地接收的CTS帧形成的波束图案向所述帧发送目的地发送数据帧时，所述控制单元选择具有较短前同步码长度的前同步码类型。
在根据本申请的权利要求8的发明中，根据权利要求6所述的通信设备被配置为：在判断在上一次的数据帧发送时使用的所述波束图案有效的情况下，所述控制单元使用相同的波束图案连续地发送数据帧，而不执行RTS帧发送。
在根据本申请的权利要求9的发明中，根据权利要求6所述的通信设备被配置为：在判断在上一次的数据帧发送时使用的所述波束图案有效的情况下，所述控制单元减小插入到有效负载部分的导频符号率来发送数据帧。
在根据本申请的权利要求10的发明中，根据权利要求5所述的通信设备被配置为：所述控制单元在所述存储单元中保持对于所述帧发送目的地的经过时间的阈值作为所述发送/接收历史。在帧发送时，所述控制单元参考所述存储单元中保持的所述发送/接收历史，在从与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的所述经过时间在所述阈值以内时，选择用于上一次的帧发送的前同步码类型或波束图案，并且另一方面，在从具有所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的所述经过时间超过所述阈值时，选择具有长于用于上一次的帧发送时的前同步码长度的前同步码长度的前同步码类型，或者使得用于上一次的帧发送时的所述波束图案无效。
在根据本申请的权利要求11的发明中，根据权利要求10所述的通信设备被配置为：所述控制单元根据与所述帧发送目的地的成功的帧发送/接收处理来增加所述阈值，并且根据与所述帧发送目的地的失败的帧发送/接收处理来降低所述阈值。
此外，在根据本申请的权利要求12的发明中，一种无线通信方法，其使用能够控制波束图案的天线，并控制帧发送/接收过程，并且还按照所述帧发送/接收过程控制所述天线的波束图案，所述方法包括如下步骤：
选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
此外，在根据本申请的权利要求13的发明中，一种以计算机可读介质格式的计算机程序，以执行使用能够控制波束图案的天线的对通信操作的控制，所述程序使得所述计算机作为以下功能元件工作：
用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元；以及
用于控制帧发送/接收过程，并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；
其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
根据本申请的权利要求13的发明限定了一种以计算机可读格式描述的计算机程序，以执行在计算机上的预定处理。换句话说，在计算机上安装根据本申请的权利要求13的计算机程序显示了该计算机上的合作操作，由此可以获得与根据本申请的权利要求1的通信设备相同的优点。
此外，根据本申请的权利要求14的发明是一种通信系统，包括：
包括以下组件的通信设备：能够控制波束图案的天线，用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元，以及用于控制帧发送/接收过程并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送；以及
作为帧发送目的地的通信设备。
应当注意，这里所用的“系统”指多个设备的逻辑组(或者实现特定功能的功能块)，并且与该设备或功能块是否位于单个封装内无关。
有益效果
根据本发明，可以提供一种优秀的通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，其在例如使用毫米波段的通信方法中可以使用阵列天线执行波束图案控制，以解决范围问题并且改善通信质量等。
此外，根据本发明，可以提供一种优秀的通信设备和通信方法、计算机程序和通信系统，例如，在空中波段是未授权波段的通信环境中，其能够进行合适的波束图案控制同时执行基于物理载波检测的接入控制。
在使用毫米波段的通信系统等中，使用一种波束图案聚焦在特定通信方的方法，以确保与该通信方的良好的通信信道。但是，在与通信方或者与第一次通信方的上一次发送/接收后经过一段显著的时间量，不能获得有效的波束图案的信息。考虑到此，根据本申请的权利要求1、12和14，通过选择具有较长前同步码长度的前同步码类型来发送帧，通信方可以甚至以低接收SINR来执行信号检测，同时牺牲发送开销。相反地，在由于执行波束图案控制而使接收SINR是充分的高的状态中，通过选择具有较短前同步码长度的前同步码类型，可以抑制发送开销。
在根据本申请的权利要求2的发明中，通信设备可以选择性地确定与选择波束图案相同的时间所使用的前同步码长度。
在根据本申请的权利要求3的发明中，通过发送具有长前同步码长度的帧，甚至在具有低接收SINR而不执行波束图案控制的状态中也可以基于信号检测执行接入控制。此外，在根据本申请的权利要求3的发明中，如果通过波束图案控制可以改进通信方处的接收SINR，则可通过选择具有较短前同步码长度的前同步码类型抑制发送开销。
在根据本申请的权利要求4的发明中，通信设备可以在存储单元中保持用于上一次的发送/接收的诸如波束图案和前同步码类型的发送/接收历史。此外，在根据本申请的权利要求4的发明中，如果判断基于与通信方的发送/接收未保持有效波束图案，则通过选择具有较长前同步码长度的前同步码类型来发送帧，该通信方可以甚至使用低接收SINR来执行信号检测，同时牺牲发送开销。此外，在根据本申请的权利要求4的发明中，如果判断基于与通信方的发送/接收保持了有效波束图案，则通过波束图案控制可以改进通信方处的接收SINR，因此可以通过选择具有较短前同步码长度的前同步码类型来抑制发送开销。
只要与通信方的信道不改变，诸如用于上一次的帧发送/接收的波束图案和前同步码类型的发送/接收历史等是有效的。一般来说，信道会随着时间改变。考虑到此，在根据本申请的权利要求5的发明中，基于与相同通信方的上一次的发送/接收的经过时间，可以判断保持为发送/接收历史的波束图案和前同步码类型(前同步码长度)的有效性。
如果按照诸如使用RTS/CTS握手的预定发送/接收过程，以短帧间隔执行帧交换，期望在刚刚之前的帧交换的时间处确保的波束图案是有效的。相应地，在根据本申请的权利要求6的发明中，通信设备使用在刚刚之前的帧交换的时间处确保的波束图案，由此可以改进接收SINR。此外，在根据本申请的权利要求7的发明中，通过选择具有较短前同步码长度的前同步码类型，在RTS/CTS握手的时间可以抑制发送开销，期望将改进帧发送目的地处的接收SINR。
在根据本申请的权利要求8的发明中，如果判断上一次的数据帧发送时使用的波束图案有效，则通过连续地发送数据帧并忽略RTS/CTS握手，可以抑制发送开销。
在根据本申请的权利要求9的发明中，如果判断上一次的数据帧发送时使用的波束图案有效，则减小插入到有效负载部分的导频符号率地连续发送数据帧，可以抑制发送开销。
在根据本申请的权利要求10的发明中，用于每个帧发送目的地的经过时间阈值被管理为发送/接收历史，通过比较在从与所述帧发送目的地的发送/接收时间点开始的经过时间与相关阈值，可以判断用于上一次的帧发送/接收的前同步码类型和波束类型的有效性。
在根据本申请的权利要求11的发明中，可以判断帧要被适当地递送到其的通信方的信道状态几乎没变，使得通过增加经过的时间阈值可以在长时段中保持波束图案有效，并且因此，可以抑制发送开销，并且信息发送可以更有效。另一方面，可以判断帧未能适当地递送到其的通信方的信道状态极大改变，使得可以通过减小经过的时间阈值在短时间内更新波束图案来抑制发送错误。
基于本发明的稍后描述的实施方式和附图，从详细描述中，本发明的进一步的目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的无线通信系统的配置例子的图。
图2是示出通信设备100的配置例子的图。
图3是示出数字单元180的内部配置例子的图。
图4是示出相关处理电路通过自相关检测前同步码的配置例子的图。
图5是示出相关处理电路通过互相关检测前同步码的配置例子的图。
图6是电功率计算单元183的内部配置例子的图。
图7是示出发送波束图案的例子的图，该发送波束图案是通信设备100可以通过发送波束处理单元187的发送波束的方向性控制形成的。
图8是示出具有不同前同步码长度的帧格式例子的图。
图9是示出形成波束图案的执行发送/接收的通信环境的图，其中，对于通信方彼此共同地增加了增益。
图10是示出按照CSMA/CA过程在两个通信站STA-0和STA-1之间执行接入控制的通信序列例子的图。
图11是示出发送/接收历史格式的例子的图。
图12是用于描述通信设备100的处理过程的通信序列图，其基于过去的发送/接收历史来设置合适的波束图案和前同步码类型。
图13是用于描述通信设备100的处理过程的通信序列图，其基于过去的发送/接收历史来设置合适的波束图案和前同步码类型。
图14是示出在图10、图12和图13示出的通信序列中运行为通信站STA-0的通信设备100的状态转换图。
图15是示出用于更新发送/接收历史的处理过程的流程图，其作为起始事件是连续执行的，通信设备100过渡到准备发送RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK的状态。
图16是示出用于更新发送/接收历史的处理过程的流程图，其作为起始事件是连续执行的，通信设备100完成对RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK的接收。
图17是示出用于更新增加经过时间的阈值(阈值)的处理过程的流程图，其由图16中示出的流程图的步骤S1601执行。
图18是示出用于使用更短前同步码长度的前同步码类型的处理过程的流程图，其由图16中示出的流程图的步骤S1603执行。
图19是示出用于更新发送/接收历史的处理过程的流程图，该过程作为起始事件是连续执行的，其在通信设备100在RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK的发送之后时间到期。
图20是示出用于更新减少经过时间的阈值(阈值)的处理过程的流程图，其由图19中示出的流程图的步骤S1901执行。
图21是示出用于使用更长前同步码长度的前同步码类型的处理过程的流程图，其由图19中示出的流程图的步骤S1902执行。
图22是示出其中每个通信站使用非定向波束图案执行发送/接收操作的通信环境的图。
图23是示出按照CSMA/CA过程的三个通信站STA-0、STA-1和STA-2之间基于CSMA/MA的通信序列的例子的图。
图24是示出了其中仅有一个基站形成波束图案来执行发送/接收的通信环境的图，其中，该基站对终端站的增益增加，并且另一方面所述终端站使用非定向波束图案。
图25是示出了其中终端站STA-1和STA-2每个都向STA-0周期性地发送信号以更新波束图案的方式的图。
图26是示出了信息设备的配置例子的图，其中，已经实现了模块通信设备100。
具体实施方式
现在，参考附图详细描述本发明的实施方式。注意，虽然使用60GHz波带毫米波带的VHT(非常高吞吐量)标准可以被简化为用于执行波束图案控制的通信格式，本发明的实质不限于特定的频率带。此外，为了获得天线方向性的期望属性，需要控制天线的幅度和相位分布。通过阵列化多个半波双极天线和狭缝天线来配置天线阵列，并且控制每个天线元件的激励幅度和相位允许以更精细的方式来控制方向性，并且可以暂时地改变波束的方向。虽然执行天线的波束图案控制对于实现本发明是必要的，但是本发明的实质不限于特定阵列天线结构。
图1示意性地示出根据本发明的实施方式的无线通信系统的配置例子。在该图中，由通信设备100和通信设备200组成无线通信系统。该系统使用毫米波。由于毫米波带通信方法的线性很强并且反射时的衰减很大，毫米波带通信方法存在范围问题，无线信号由指向通信方的发送波束和接收波束进行发送/接收。此外，已经说过用于该系统的空中波带是未授权的波带，并且由基于物理载波检测的接入控制来执行信道共享。
如图1中示出的例子，通信设备100具有多个天线160a-160n，用于按照毫米波带通信方法执行无线信号的发送/接收。发送波束Bt的方向性通过调整经由天线160a-160n发送的信号的权重而被控制。在附图示出的例子中，发送波束Bt指向是其通信方的通信设备200的位置的方向。
此外，通信设备200具有多个天线260a-260n，用于按照毫米波带通信方法执行无线信号的发送/接收。发送波束Br的方向性通过调整经由天线260a-260n接收的信号的权重而被控制。在附图示出的例子中，接收波束Br指向是其通信方的通信设备100的位置的方向。
图2示出了通信设备100的配置例子。通信设备100可以运行为宽带路由器或无线接入点。注意，虽然附图中未示出，通信设备200的配置可以是相同的。
通信设备100具有存储单元150、多个天线160a-160n和无线通信单元170。无线通信单元170具有模拟单元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-160n用于按照毫米波带通信方法的无线通信中。天线160a-160n组成阵列天线，其中，通过控制阵列天线的激励幅度和相位，可以暂时地改变波束方向。具体地，使用预定权重系数加权的无线信号被使用毫米波从多个天线160a-160n中的每个进行发送，并且在多个天线160a-160n中的每个处接收的毫米波带无线信号被使用预定权重系数进行接收。
模拟单元172典型地等同于RF电路，用于按照毫米波带通信方法执行无线信号的发送/接收。也就是说，模拟单元172对从多个天线160a-160n中的每个接收的多个接收信号进行低噪声放大，并且对其执行下转换，并且向AD转换单元174输出。此外，模拟单元172对多个发送信号的RF波带执行上转换，由DA转换单元176将每个信号转换为模拟信号，并且还执行功率放大，并且向天线160a-160n输出。
AD转换单元174将输入自模拟单元172的多个模拟接收信号中的每个转换成数字信号，并且向下游数字单元180输出。此外，DA转换单元176将输入自数字单元180的多个数字发送信号中的每个转换成模拟信号，并且向模拟单元172输出。
数字单元180典型地由按照毫米波带通信方法对接收信号进行解调和解码的电路，以及按照毫米波带通信方法对发送信号进行编码和调制的电路构成。
图3示出了数字单元180的内部配置例子。如图所示，数字单元180包括同步单元181、接收波束处理单元182、电功率计算单元183、判定单元184、解调/解码单元185、编码调制单元186和发送波束处理单元187。
关于由多个天线160a-160n接收到的多个接收信号，例如，同步单元181根据帧的起始处的前同步码来同步接收处理的起始定时，并且向接收波束处理单元182输出。同步单元181可以例如基于诸如接收到的前同步码的自相关或互相关的相关信息来获得同步定时。
图4示出了相关处理电路通过自相关检测前同步码的配置例子。
延迟单元401在等同于包括在前同步码中的已知训练序列重复周期的时间间隔中保持接收信号，并且输出为延迟信号。此外，复共轭单元402获得延迟信号的复共轭。然后，乘法器403在接收信号和等同于已知训练序列重复周期间隔的延迟信号之间执行复共轭乘法。平均单元404在预定移动平均段上对乘法器403计算的乘积的移动平均进行计算，并且获得自相关值。判定单元405在该自相关值超过预定阈值的时刻发现帧或信号的到达。
此外，图5示出了相关处理电路通过自相关检测前同步码的配置例子。
延迟单元502被配置有多个延迟元件，每个延迟元件具有等同于样本周期的延迟时间，这些延迟元件串联地连接，以提供全部时间估计段的延迟时间。另一方面，前同步码保持单元501保持已知训练序列的图案。在延迟单元502的延迟元件处接收信号样本由此被延迟一个样本，每个延迟信号与由前同步码保持单元501保持的图案相乘，并且这些在合计单元503进行合计并且获得内积，由此可以获得互相关值。峰值检测单元504取互相关值的峰值位置作为估计定时。
在根据本实施方式的通信系统中，可以选择性地使用具有不同长度的多种类型前同步码，这将在随后详述。同步单元181具有对应于具有不同长度的前同步码类型的多个相关处理电路模块，这些模块并行运行，由此能够获得前同步码类型未知(即，任意前同步码长度)的帧。
接收波束处理单元182按照例如均匀分布或泰勒分布对输入自同步单元181的多个接收信号执行加权处理，由此控制接收波束的方向。然后，接收波束处理单元182向电功率计算单元183和解调/解码单元185输出加权的接收信号。
在学习或更新最优发送/接收波束方向的情况中，电功率计算单元183计算受到每个发送/接收波束方向中的发送/接收的接收信号的接收功率，并且将其顺序地输出到判定单元184。
图6示出了电功率计算单元183的内部配置例子。频率校正单元601校正接收信号的频率偏移。平方设备602计算接收信号X的平方值，由此可以获得信号功率。
判定单元184基于输入自电功率计算单元183的接收功率值判定最优发送波束方向和最优接收波束方向。用于识别判定的波束方向的参数值被经由控制单元190存储在存储单元150中。这里使用的最优波束方向典型地等同于其中有关一个波束学习信号的输入自电功率计算单元183的一串接收功率值变为最大值的波束方向。
解调/解码单元185按照用于毫米波带通信方法的编码格式以及可选调制格式对由接收波束处理单元182加权的接收信号进行解调和解码，以获得数字信号。然后，解调/解码单元185向控制单元190输出所获得的数据信号。
编码调制单元186按照用于毫米波带通信方法的编码格式以及可选调制格式执行对输入自控制单元190的数据执行编码和调制，以生成发送信号。编码调制单元186然后向发送波束处理单元187输出生成的发送信号。
发送波束处理单元187从输入自编码调制单元186的发送信号中生成按照例如均匀分布或泰勒分布加权的多个发送信号，由此控制发送波束的方向性。发送波束处理单元187使用的加权值例如由输入自控制单元190的方向性控制信号来指定。由发送波束处理单元187加权的多个发送信号每个都输出到DA转换单元176。
回到图2，继续对无线通信设备100的配置的描述。控制单元190使用诸如微处理器的计算设备配置，并且总体上控制无线通信单元170内的操作，包括MAC(媒体接入控制)层的处理。例如，包括了按照CSMA/CA过程的媒体接入控制。一获得用于识别来自存储单元150的最优发送波束方向和接收波束方向的参数值，控制单元190就将方向性控制信号(指示天线160a-160n被给予加权系数，以形成基于参数值识别的波束方向)输出到数字单元180中的发送波束处理单元187。因此，形成最优波束图案，其中按照无线通信设备100的毫米波带通信方法，用于无线传输的发送波束或接收波束指向通信方的位置。
此外，控制单元190执行的MAC层的处理包括例如按照CSMA/CA过程的媒体接入控制。控制单元190在已经按照MAC层协议等执行帧的发送/接收时在存储单元150中存储发送/接收历史，并且还基于存储的发送/接收历史来确定下一次的帧发送/接收待使用的波束图案，这将在稍后描述。
图7示出了发送波束图案的例子，该发送波束图案是通信设备100可以通过发送波束处理单元187的发送波束的方向性控制形成的。通信设备100可以形成十个发送波束图案元件Bt0-Bt9。发送波束图案元件Bt0-Bt9每个具有在通信设备100位于的平面上各相差36度的方向中的方向性。
发送波束处理单元187根据来自控制单元190的方向性控制信号提供对天线160a-160n的权重系数，并且因此可以形成十个发送波束图案元件Bt0-Bt9中的一个(或两个或更多个的组合)的发送波束图案，并且发送定向无线信号。
通信设备100形成的接收波束图案还可以是与图7所示的发送波束Bt0-Bt9相同的波束图案。也就是说，接收波束处理单元182根据来自控制单元190的方向性控制信号提供对天线160a-160n的权重系数，并且因此可以形成与十个波束图案元件Bt0-Bt9中的一个(或两个或更多个的组合)的接收波束图案匹配的接收波束图案，并且按照在天线160a-160n处的毫米波带通信格式来接收无线信号。
通信设备100的存储单元150事先存储用于识别多个天线160a-160n中的每个的权重系数的参数值，以形成发送/接收发送波束图案元件Bt0-Bt9和Br0-Br9的中的每个。
注意，通信设备100可以形成的发送波束图案和接收波束图案不限于图7所示的例子。例如，可以配置多个天线160a-160n，使得发送波束图案和接收波束图案可以形成为具有三维空间中各种方向上的方向性。
在根据本实施方式的通信系统中，规定了具有不同长度的多种类型的前同步码(如上所述)，并且可以选择性地使用其中之一。图8示出了具有不同前同步码类型(前同步码长度)的帧格式例子。在附图中示出的例子中，示出了三种帧格式，具有最短长度的前同步码-0，具有最长长度的前同步码-2以及具有中间长度的前同步码-1。在报头部分之后的每个帧的配置是相同的。报头部分具有对有效负载的接收(PSDU)所必需的控制信息。PSDU(PLCP服务数据单元)是PLCP(物理层汇聚过程)负责递送的服务数据单元，并且等同于包括MAC报头的MAC帧。
前同步码长度越长，信号检测能力越大(公知的)。原因是通过使用长前同步码，接收侧可以使用用于信号检测的更多符号，并且即使接收SINR为低时也可以检测到信号。因此，在基于CSMA/CA执行信号检测处理的情况中，在除非形成朝向通信方的波束图案否则在信号将不到达的通信环境中不形成波束的状态下，可以想到使用具有较长前同步码长度的帧。另一方面，从长前同步码导致发送开销的角度来说，前同步码长度越短越好。
概括来说，作为短前同步码的前同步码-0对于减小开销是优选的，但是需要更高的SINR用于信号发现。另一方面，作为长前同步码的前同步码-2具有开销增加的问题，但是即使具有低的SINR也可以进行信号发现。
在本实施方式中，通信设备100被安排为选择性地确定与在选择波束图案相同的时间待使用的前同步码长度，这将在稍后描述。更具体地，通过发送具有是长前同步码的前同步码-2来发送帧，甚至在没有执行波束图案控制和接收SINR是低的状态中，可以基于信号检测执行接入控制。另一方面，通过执行波束图案控制，在通过执行波束图案控制使得接收SINR已经充分高的环境下，可以通过发送具有较短前同步码的帧来抑制发送开销。
图22示例了其中每个通信站STA-0、STA-1和STA-2使用非定向(全向)波束图案波束-1、波束-1、波束-2执行发送/接收的通信环境。有关没有形成这种波束图案的信号可以被期望在发送目的地处以低SINR值被接收，因此帧发送发起方使用具有是长前同步码的前同步码-2的前同步码类型是合适的。
此外，图24示例了其中作为基站的STA-0形成朝向作为通信方STA-1和STA-2的具有高增益的波束-01和波束-02中的每个，同时作为终端站的STA-1和STA-2使用非定向波束图案波束-1和波束-2执行与STA-0的发送/接收。通过由基站STA-0这样发送聚焦在通信方的波束图案波束-1和波束-2，相比于图22示出的例子，改进了接收SINR。相应地，在帧发送发起方使用聚焦在通信伙伴的波束图案时，可以通过使用具有是较短前同步码的前同步码-1的前同步码类型来抑制发送开销。
此外，图9示例了其中作为基站的STA-0向作为通信方的STA-1和STA-2形成具有高增益的波束-01和波束-02的每个波束并且执行发送/接收，并且STA-1和STA-2向STA-0形成具有高增益的波束-10和波束-20的每个波束并且执行发送/接收的环境。在该情况中，进一步改进了终端站STA-1和STA-2处的接收SINR。相应地，在也使用聚焦在通信方的波束图案执行发送的情况中，在帧发送发起方能够识别发送目的地以波束图案聚焦于其而待机的状态下，可通过使用具有作为最短类型的前同步码-0的前同步码类型来进一步抑制发送开销。
在按照CSMA/CA过程执行接入控制的情况中，或者进一步在协同使用RTS/CTS握手的情况中，通信设备100基于刚刚之前的发送/接收历史(向帧发送目的地的上一次通信时间点，以及这里使用的波束图案和前同步码时间)估计当前的通信状态，由此可以判断这次将用于帧发送的波束图案和前同步码类型。
图10示出了按照CSMA/CA过程在两个通信站STA-0和STA-1之间执行接入控制的通信序列例子。在附图的例子中，协同使用RTS/CTS握手。以下将参考附图描述执行适当的波束图案控制同时基于信号检测执行接入控制的通信站的操作。注意，通信站STA-0和STA-1被配置为与图2示出的通信设备100相同。
STA-0首先监视用于预定帧间隔DIFS的媒体状态以获得发送机会，并且在该时段期间发送信号不存在的情况中，进一步执行随机回退。因此，STA-0确认没有来自另一通信站的发送，并且随后向相邻的STA-1发送RTS帧(1000)。
在这点上，STA-0不具有有关STA-1的发送/接收历史(或从上一次通信时间点经过显著的时间量并且保持的发送/接收历史是无效的)，即，不具有何种波束图案将适合于向STA-1执行发送的先前信息。相应地，在RTS帧(1000)的发送时，使用诸如图22的波束-0的非定向波束图案执行发送。此外，可以期望在是发送目的地的STA-1处以低SINR值接收到未以此方式关于其形成波束图案的信号。相应地，STA-0使用具有作为长前同步码的前同步码-2的前同步码类型发送TRS帧(1000)，使得在STA-1侧处可以执行信号检测。
在RTS帧(1000)到达的点，STA-1处于不知道从哪个相邻站发送信号的状态。相应地，STA-1使用类似图22中的波束-1的非定向波束图案执行信号检测。另一方面，如上所述，RTS帧(1000)使用具有作为长前同步码的前同步码-2的前同步码类型，所以即使以低SINR也可以进行信号检测。STA-1已经接收到来自STA-0的RTS帧(1000)，并且相应地基于该接收到的信号的信息生成从STA-1到STA-0寻址的特定波束图案。该波束图案是诸如图9中的波束-10的聚焦在STA-0的图案。
在解码接收到的RTS帧(1001)和解析其中描述的内容时，STA-1返回指向STA-0的CTS帧(1003)。此时，STA-1使用在较早的RTS帧(1000)的接收(1001)时生成的波束图案波束-10执行发送。关于其生成并发送了波束图案的CTS帧(1003)可以被假定在STA-0处在接收时已经改进了SINR。相应地，基于该假定，STA-1可以使用具有作为相对较短前同步码的前同步码-1来发送CTS帧(1003)。作为替换，STA-1可以使用用于接收到的RTS帧(1000)的相同的前同步码类型发送CTS帧(1003)。在任何情况中，在已经返回CTS帧(1003)后，STA-1使用诸如图9中的波束-10的聚焦在STA-0的波束图案执行信号检测处理，期望数据帧将被从STA-0进行发送。
在返回RTS帧(1000)之后，STA-0执行信号检测处理，期望STA-1将发送CTS帧。在CTS帧到达的点，STA-0处于不知道哪个波束图案应被用于STA-1的状态。相应地，STA-0使用类似图22中的波束-0的非定向波束图案执行信号检测。
一从STA-1接收CTS帧(1002)，STA-0就可以基于此接收信号信息生成从STA-0到STA-1寻址的特定波束图案。该波束图案将是如图9的波束-01的聚焦在STA-1的图案。
随后，响应于已经接收到CTS帧(1002)，STA-0发送数据帧(1004)。使用基于较早接收的CTS帧(1002)生成的波束图案波束-01发送该数据帧(1004)。此外，使用在发送发起方STA-0处形成的波束图案波束-01来发送该数据帧(1004)，使用如上所述形成的波束图案波束-10在发送目的地STA-1处接收该数据帧(1004)。也就是说，使用发送/接收天线两者执行发送/接收，发送/接收天线具有针对图9示出的特定通信站聚焦的波束，并且由于可以假定在STA-1处的接收SINR为高并且检测将容易，STA-0可以使用具有作为最短前同步码的前同步码-0的前同步码类型发送数据帧(1004)。
STA-1形成波束图案波束-10并且接收数据帧(1005)。随后，存在STA-0连续地发送数据帧(1006)的情况。这次使用的波束图案与刚刚之前发送数据帧(1004)时的波束图案相同。这是因为由于发送时间点靠得较近，因此信道状态几乎没有变化。
换句话说，如果在做出前次用于发送数据帧(1004)的波束图案和前同步码类型有效的判断的时段内，STA-0不需要在整个RTS/CTS握手中再次更新波束图案，因此可以使用与刚刚之前发送数据帧(1004)时相同的波束图案来发送数据帧(1006)，而不发送RTS帧。因此，可通过连续发送数据帧而忽略RTS/CTS握手，抑制发送开销。
此外，在帧的有效负载中以预定间隔插入导频符号，用于信道估计和波形均衡(公知的)。现在，在一个时段(在该时段中做出前次用于发送数据帧(1004)的波束图案和前同步码类型有效的判断)内STA-0连续地发送随后数据帧(1006)，可通过减小要插入到有效负载中的导频符号率，或者停止导频符号的插入并且连续地发送数据帧，来改进信息发送效率。注意，在已经转让给本受让人的日本未审查专利申请公开No.2001-77788和日本未审查专利申请公开No.2001-77789中公开了对要插入到有效负载中的导频符号率的控制方法。
随后，一检测到已经完成数据帧(1007)的接收，STA-0向STA-0返回ACK帧(1009)。使用在发送发起方STA-1处形成的波束图案波束-10发送该ACK帧(1009)，使用在发送目的地STA-0处形成的波束图案波束-01接收该ACK帧(1009)。也就是说，以与使用聚焦于特定通信站的的波束的状态相同的方式针对发送/接收天线两者执行发送/接收，并且由于可以假定在STA-0处的接收SINR为高并且信号检测将容易，STA-1可以使用具有作为最短前同步码的前同步码-0的前同步码类型发送ACK帧(1009)。
如同协同使用RTS/CTS握手按照CSMA/CA过程在STA-0和STA-1之间执行接入控制的情况，在向按照预定通信过程向互相通信方执行帧的帧发送/接收的情况中，可以基于所述通信过程确保待使用的波束图案，并且可以进一步考虑到接收SINR和发送开销来选择合适的前同步码类型(前同步码长度)。
运行为STA-0和STA-1的通信设备100在存储单元150中保持发送/接收历史，所述发送/接收历史是在按照MAC层协议等已经执行了帧发送/接收(包括CSMA/CA过程)时获得的。这里所用的发送/接收历史至少包括用于每个通信方的：用于识别在上一次帧发送/接收时使用的波束图案的信息、在上一次帧发送/接收时使用的前同步码类型(前同步码长度)、上一次执行帧发送/接收的时间点信息和经过时间的阈值。存储单元150针对每个通信方存储诸如图11示出的发送/接收历史记录。
通信设备100可以参考这些发送/接收历史来确定要用于下一次与相同通信方执行帧发送/接收的波束图案，并且选择发送帧的前同步码类型。
此外，只要与通信方的信道没有改变，用于上一次帧发送/接收时的波束图案和前同步码类型就是有效的。一般来说，信道不随时间改变，所以通信设备100可基于与相同通信方的从上一次发送/接收的经过时判断保持为发送/接收历史的波束图案和前同步码类型(前同步码长度)的有效性。关于其已经超过经过时间阈值的发送/接收历史是无效的，因此即使要与相同通信方执行帧发送/接收，也无法使用存储的波束图案和前同步码类型(无意义数据)。此外，经过时间的阈值不是均匀的，并且经过时间的阈值针对容易发生信道改变的通信方(诸如频繁移动的通信方)应该设置为较小。
现在，将参考图12和图13示出的通信序列例子来详细描述基于过去的发送/接收历史通信设备100设置适当的波束图案和前同步码类型的处理过程。注意，通信站STA-0和STA-1被配置为与图2示出的通信设备100相同。
在由图12中的参考数字1200表示的段中，协同使用RTS/CTS握手按照CSMA/CA过程在STA-0和STA-1之间执行业务。STA-0和STA-1确保在执行到通信方的帧发送的情况中和执行来自通信方的帧接收的情况中待使用的波束图案，并且还根据待使用的波束图案等选择发送帧的前同步码类型。STA-0和STA-1每个随后都在各自的存储单元150中与帧发送/接收时的时间点信息一起保持该信息作为发送/接收历史(参见图11)。注意，已经参考图10描述了STA-0和STA-1每个都生成比特图案并且选择业务1200内的前同步码类型的方法，相应地这里略去了这些描述。
在由参考数字1201表示的段中，STA-0继续向STA-1发送数据，并且重复地执行协同使用RTS/CTS握手按照CSMA/CA过程的业务。
此时，在RTS帧发送之前，STA-0参考其自身存储单元150内的发送/接收历史，检查上一次与STA-1执行帧发送/接收之后的经过时间(即，从业务1200的结束)，并且确定是否已经超过了经过时间阈值。在附图的例子中，在从业务1200的结束起的经过时间阈值内开始下一个业务1201，因此STA-1的发送/接收历史有效，并且相应地尝试按照之前使用的波束图案尝试RTS帧发送。此外，使用具有用于上一次数据帧的前同步码-0的前同步码类型或使用具有一定程度上比该前同步码-0更长前同步码长度的前同步码-1的前同步码类型，STA-0执行RTS帧的发送。
此外，STA-1参考其自身存储单元150内的发送/接收历史，并且由于从上一次与STA-1进行帧发送/接收的经过时间(即，从业务1200的结束)在阈值内，使用上一次所用的波束图案执行信号检测。来自STA-0的RST帧是具有前同步码-0或前同步码-1的短前同步码长度的前同步码类型，但是由于通过使波束图案指向彼此改进了接收SINR，STA-1可以成功地接收RTS帧。同时，STA-1可以被安排以基于接收信号新生成关于STA-0的波束图案，并且更新与STA-0的发送/接收历史。此外，使用具有用于上一次ACK帧的前同步码-0的前同步码类型或使用具有一定程度上比该前同步码-0更长前同步码长度的前同步码-1的前同步码类型，STA-0执行CTS帧的发送。
在返RTS帧之后，STA-0使用上一次所用的波束图案执行信号检测处理，期望将从STA-1发送CTS帧。响应于已经接收到CTS，使用上一次所用的波束图案，STA-0使用具有最短前同步码长度的前同步码-0的前同步码类型发送指向STA-1的数据帧。可以进行安排，其中STA-0基于CTS的接收信号新生成指向STA-1的波束图案，并且更新与STA-1的发送/接收历史。
STA-1借助聚焦在STA-0的波束图案接收来自STA-0的数据帧。可以进行安排，其中STA-1基于接收信号新生成指向STA-0的波束图案，并且更新与STA-0的发送/接收历史。
存在STA-0连续地发送两个或更多个数据帧的情况，并且那时使用的波束图案和前同步码类型可以是与刚刚之前发送的数据帧的波束图案和前同步码类型相同的。只要在时段内判断用于上一次数据帧发送时的波束图案有效，就忽略RTS/CTS握手，并且STA-0使用相同的波束图案(与上述相同)持续地发送数据帧。通过忽略RTS/CTS握手并且持续地发送数据帧，可以抑制发送开销。此外，在连续地发送数据帧的情况中，通过减小要插入到有效负载中的导频符号率，或者停止插入导频符号并且连续地发送数据帧，以及连续地发送数据帧(与上述相同)，STA-0可以改进信息发送效率。
以相同的方式，STA-1使用聚焦在STA-0的波束图案接收数据帧。可以进行安排，其中每次接收到数据帧时STA-1新生成指向STA-0的波束图案，并且不断地更新与STA-0的发送/接收历史。
随后，一旦判断已经完成数据帧接收，STA-1在聚焦于STA-0的波束图案中返回ACK帧。该ACK帧可以是使用具有作为最短前同步码的前同步码-0的前同步码类型的帧。
STA-0和STA-1随后更新发送/接收历史信息，诸如在整个业务1201中确保的波束图案和使用的前同步码类型等，并且保持在各自的存储单元150中。
在由参考数字1202表示的段中，STA-0忽略RTS/CTS握手，并且突然发送指向STA-1的数据帧。此时，STA-0参考其自身存储单元150内的发送/接收历史，并且检查与STA-1执行上一次帧发送/接收时间的经过时间。
在附图的例子中，这在经过时间阈值内，所以STA-0形成上一次所用的波束图案，并且使用具有前同步码-0的前同步码类型或者使用具有一定程度长于该前同步码-0的前同步码-1的前同步码类型来尝试数据帧发送。
以相同的方式，STA-1使用聚焦在STA-0的波束图案接收数据帧。可以进行安排，其中一接收到数据帧时STA-1就新生成指向STA-0的波束图案，并且更新与STA-0的发送/接收历史。
随后，一旦判断已经完成数据帧接收，STA-1使用具有作为最短前同步码的前同步码-0的前同步码类型，在聚焦于STA-0的波束图案中返回ACK帧。
STA-0和STA-1随后更新发送/接收历史信息，诸如在整个业务1201中确保的波束图案和使用的前同步码类型等，并且保持在各自的存储单元150中。
在由图13的参考数字1300表示的段中，在STA-0和STA-1之间执行帧发送/接收过程。此时，STA-0和STA-1确保在执行到通信方的帧发送的情况中和执行来自通信方的帧接收的情况中待使用的波束图案，并且还根据待使用的波束图案等选择发送帧的前同步码类型。STA-0和STA-1每个随后都在各自的存储单元150中和帧发送/接收时的时间点信息一起保存该信息作为发送/接收历史(参见图11)。注意，应用于业务1300的媒体接入控制方法是可选的，并且不限于CSMA/CA和RTS/CTS。
随后，在由参考数字1301表示的段中，STA-0继续向STA-1发送数据，并且重复地执行协同使用RTS/CTS握手按照CSMA/CA过程的业务。
此时，在RTS帧发送之前，STA-0参考其自身存储单元150内的发送/接收历史，检查上一次与STA-1执行帧发送/接收之后的经过时间，并且确定是否已经超过了经过时间阈值。在附图的例子中，从业务1300的结束起的经过时间阈值已经到期，因此STA-1的发送/接收历史无效。相应地，使用诸如图22中的波束-0的非定向波束图案从STA-0发送RTS帧。此外，关于其未这样形成波束图案的信号可以被假定在作为通信目的地的STA-1处以低SINR值接收到。相应地，STA-0使用具有作为长前同步码的前同步码-2的前同步码类型发送RTS帧，以允许在STA-1侧检测到信号。
此外，STA-1参考其自身存储单元150内的发送/接收历史，并且由于从上一次与STA-1进行帧发送/接收的经过时间超过阈值，STA-0的发送/接收历史无效。相应地，STA-1使用诸如图22中的波束-1的非定向波束图案执行信号检测。另一方面，由于RTS帧使用如上所述的作为长前同步码的前同步码-2的前同步码类型，因此即使使用低SINR也可以进行信号检测。
由此，STA-0和STA-1可以确保在执行到通信方的帧发送的情况中和执行来自通信方的帧接收的情况中待使用的波束图案，并且还选择用于发送帧的合适的前同步码类型。注意，只要在时段内判断用于上一次数据帧发送时的波束图案有效，就忽略RTS/CTS握手，并且STA-0使用相同的波束图案(与上述相同)持续地发送数据帧。通过忽略RTS/CTS握手并且持续地发送数据帧，可以抑制发送开销。STA-0和STA-1持续地更新发送/接收历史并且保存在各自的存储单元150中。此外，在连续地发送数据帧的情况中，通过减小要插入到有效负载中的导频符号率，或者停止插入导频符号并且连续地发送数据帧，以及连续地发送数据帧(与上述相同)，STA-0可以改进信息发送效率。
图14示出了在图10、图12和图13示出的通信序列中运行为通信站STA-0和STA-1的通信设备100的状态转换图。
我们会说，通信设备100在空闲状态下待机。此时，如果出现来自通信协议的更高级的数据发送请求，则判断是协同使用RTS/CTS握手，还是在执行随机回退之后开始数据帧发送而不协同使用RTS/CTS握手。然而要注意的是，是否协同使用RTS/CTS握手与本发明的实质并不直接相关，因此略去对其的描述。
在判断出协同使用RTS/CTS握手的情况下，通信设备100转换到RTS帧发送准备状态，在判断出不协同使用RTS/CTS握手的情况下，转换到数据帧发送准备状态。任一状态都是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图15)。
在RTS帧发送准备状态下，通信设备100通过稍后描述的发送/接收历史更新过程确定波束图案和前同步码类型(参见图15)。然后通信设备100监视媒体状态预定帧间隔DIFS以获得发送机会，并且，如果在此期间不存在发送信号，则进一步执行随机回退然后利用确定的波束图案和前同步码类型发送指向通信方的RTS帧。
在后RTS帧发送状态，通信设备100待机以在完成RTS帧发送之后的预定帧间隔SIFS(短IFS)接收从通信方返回的使用在RTS帧发送准备时确定的波束图案的CTS帧。
如果通信设备100在完成RTS帧发送后的帧间隔SIFS内接收到指向其自身的CTS帧，通信设备100则转换为数据帧发送准备状态。此时，完成对CTS帧的接收是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一处理例程，然后返回数据发送准备状态。
如果通信设备100在完成RTS帧发送后的帧间隔SIFS内没有接收到指向其自身的CTS帧，并且时间到期，则通信设备100中止后续数据帧的发送，并转换到空闲状态。注意，CTS帧接收时间到期是将激活发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图19)。
在数据帧发送准备状态下，通信设备100通过稍后将描述的发送/接收历史更新处理确定待使用的波束图案和前同步码类型(参见图15)。然后，在对指向通信设备100的CTS帧的接收已完成后再经过预定的帧间隔SIFS之后，通信设备100使用所确定的波束图案和前同步码类型向通信方发送数据帧。
在后数据帧发送状态下，通信设备100待机，以在数据帧发送完成后的预定的帧间隔SIFS内接收从通信方返回的使用在数据帧发送准备时确定的波束图案的ACK帧。
如果通信设备100在完成数据帧发送后的帧间隔SIFS内接收到来自通信方的指向通信设备100的ACK帧，通信设备100则返回空闲状态。注意，完成对ACK帧的接收是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一例程过程，然后返回空闲状态。
如果通信设备100在完成RTS帧发送后的帧间隔SIFS内没有接收到指向其自身的ACK帧，并且时间到期，通信设备100返回空闲状态。注意，CTS帧接收时间到期是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图19)，并且执行这一处理例程，然后返回空闲状态。
此外，通信设备100待机以在空闲状态接收。此时，通信设备100可使用非定向的波束图案、或者使用在上一次发送/接收操作时使用的(仍然有效的)波束图案。
在通信设备100在空闲状态下接收指向其自身的RTS帧时，这是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一处理例程，然后转回CTS帧发送准备状态。
CTS发送准备状态是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图15)，并且通信设备100通过该处理例程确定待使用的波束图案和前同步码类型。然后，在对指向通信设备100的CTS帧的接收已完成后再经过预定的帧间隔SIFS之后，通信设备100使用所确定的波束图案和前同步码类型向RTS帧发送发起方发送CTS帧。
可选地，即使在接收到指向通信设备100的RTS帧的情况下未允许数据帧发送，通信设备100也返回空闲状态，而不在预定的帧间隔SIFS内向RTS帧发送发起方应答CTS帧。因为不允许数据帧发送的原因与本发明的实质不直接相关，因此略去对其的描述。
在后CTS发送状态下，通信设备100待机，以在完成CTS帧的发送后的预定帧间隔SIFS内接收从通信方使用在CTS帧发送准备中确定的波束图案发送的数据帧。
如果通信设备100在完成CTS帧的发送后的帧间隔SIFS内接收到来自通信方的指向通信设备100的数据帧，通信设备100则转换到ACK帧发送准备状态。注意，完成数据帧的接收是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一处理例程，然后返回ACK帧发送准备状态。
如果通信设备100在完成CTS帧的发送后的帧间隔SIFS内没有接收到来自通信方的指向通信设备100的数据帧，并且时间到期，通信设备100中止后续数据帧的接收并转换到空闲状态。注意，数据帧接收时间到期是将激活发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图19)。
此外，如果通信设备100在空闲状态下接收指向其自身的数据帧(而没有经过RTS/CTS握手)，通信设备100则转换到ACK帧发送准备状态。注意，与使用RTS/CTS握手的情况一样，完成数据帧的接收是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一处理例程，然后返回ACK帧发送准备状态。
在ACK帧发送准备状态下，通过稍后描述的发送/接收历史更新处理确定波束图案和前同步码类型(参见图15)。然后，在指向通信设备100的数据帧的接收完成后再经过预定的帧间隔SIFS之后，通信设备100使用所确定的波束图案和前同步码类型向作为数据帧发送发起方的通信方发送ACK帧。
可选地，如果通信设备100在ACK帧发送准备状态下进一步接收到指向其自身的数据帧，完成接收则是将激活稍后描述的发送/接收历史更新处理例程的事件(参见图16)，并且执行这一处理例程，然后返回ACK帧发送准备状态。
如上文所述，通信设备100例如通过图10、图12和图13示出的通信序列确保了每个通信方的发送/接收历史，并可在每个通信方的存储单元150中对其进行管理。该发送/接收历史的数据结构例如如图11所示。每次对相同的通信方执行帧发送/接收，通信设备100都更新存储单元150内的发送/接收历史记录的内容。下面是对通信设备按照图14示出的状态转换图执行帧发送/接收处理时更新与通信方的发送/接收历史的处理过程的描述。
图15以流程图的形式示出了更新发送/接收历史的处理过程，该过程在通信设备100转换到RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK帧的发送准备状态的情况下作为起始事件连续执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
通信设备100参考保持在存储单元150中的帧发送目的地的发送/接收历史(步骤S1501)，计算从对于这一帧发送目的地的上一次发送/接收时间点开始所经过的时间并将其代入变量N1(步骤S1502)。然后，检查经过的时间N1是否超过发送/接收历史中记录的经过时间的阈值(阈值)(步骤S1503)。
此时，如果从上一次发送/接收时间点开始的经过时间超出了阈值(步骤S1503为“是”)，则估计保持在存储单元150中的帧发送目的地的发送/接收历史太旧，并因此为无效信息。相应地，通信设备100则使用波束图案波束-b和前同步码类型前同步码-b(步骤S1504、S1505)。具体而言，波束图案波束-b是非定向的或者是随着时间流逝而渐变的波束图案。此外，前同步码类型前同步码-b改变为前同步码长度比上一次长的或者是最长的前同步码类型。也就是说，步骤S1504和S1505等同于更新将用于本次帧发送的波束图案和前同步码类型。
另一方面，如果从上次发送/接收时间点开始的经过时间没有超过阈值(步骤S1503为“否”)，则可估计保持在存储单元150中的帧发送目的地的发送/接收历史仍然有效。相应地，通信设备100则使用作为发送/接收历史的波束图案波束-a和前同步码类型前同步码-a，而不做出改变(步骤S1506、S1507)。
此外，如果可判断出帧发送目的地的发送/接收历史仍然有效，这等同于信道未改变，因此通信设备100减小插入到帧的有效负载部分用于信道估计的导频符号率(步骤S1508)。通过减小待插入到有效负载部分的导频符号率、或者停止插入导频符号并连续发送数据帧，可以提高信息发送效率(与上文相同)。
然后，通信设备100将与此帧发送目的地相关的发送/接收历史更新为用于本次帧发送的波束图案和前同步码类型以及发送/接收的时间点(步骤S1509)。
图16以流程图的方式示出了更新发送/接收历史的处理过程，该过程在通信设备100转换到RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK帧的发送准备状态作为起始事件的情况下连续执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
首先，通信设备100执行处理以更新经过时间阈值(阈值)增加，该经过时间阈值增加是在别处定义的(步骤S1601)。
接着，通信设备100通过帧接收处理更新指向帧发送发起方的波束图案，并将该新的波束图案替换到波束-a(步骤S1602)。
此外，在通过帧接收成功而改变为发往帧发送发起方的更优化的波束图案之后，能够期望从下一次与该帧发送发起方通信开始的接收SINR。如果该接收SINR高，那么即使对于较短的前同步码长度也能进行信号检测。相应地，通过执行改变到在别处定义的具有较短前同步码长度的前同步码类型的改变处理，通信设备100抑制了发送开销(步骤S1603)。
然后，通信设备100将与该帧发送目的地相关的发送/接收历史更新为用于本次帧发送的波束图案和前同步码类型以及发送/接收的时间点(步骤S1604)。
图17以流程图的形式示出了用于更新经过时间阈值(阈值)增加的处理过程，该过程在图16示出的流程图中的步骤S1601执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
每次进入该处理例程时，通信设备100将计数器CNT1加上1(步骤S1701)。
如果计数器CNT1的值超过预定值L1(步骤S1702为“是”)，则意味着在更新发送/接收历史中的经过时间之后，成功完成与该通信方的接收处理的次数已超过L1。在这种情况下，可判断出与该通信方之间的信道状态良好，并且相同的发送/接收历史在长时间内有效，即，经过时间阈值(阈值)可以更长。
相应地，通信设备100使经过时间阈值(阈值)更长(步骤S1703)。此外，在经过时间阈值(阈值)更新之后，将计数器CNT1的值返回0(步骤S1704)。
可以判断出，能够将帧正确发往的通信方在信道状态上几乎没有改变。相应地，通信设备100可通过按照图17示出的处理过程增加经过时间阈值来允许波束图案在长时间内有效。
图18以流程图的形式示出了用于更新到具有较短前同步码长度的前同步码类型的处理过程，该过程在图16示出的流程图中的步骤S1603执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
每次进入该处理例程时，通信设备100将计数器CNT3加上1(步骤S1801)。
如果计数器CNT3的值超过预定值L3(步骤S1802为“是”)，则意味着在更新发送/接收历史中的经过时间之后，成功完成与该通信方的接收处理的次数已超过L3。在这种情况下，可判断出与该通信方之间的信道状态良好，并且相同的发送/接收历史在长时间内有效，即，可判断出通过该信道的接收SINR较高，并且可通过改变到具有较短前同步码长度的前同步码类型来抑制发送开销。
相应地，通信设备100改变到具有较短前同步码长度的前同步码并将其替换到前同步码-a中(步骤S1803)，进一步将前同步码-a替换到前同步码-b中(步骤S1804)，然后将计数器CNT3的值返回到0(步骤S1805)。
图19以流程图的形式示出了更新发送/接收历史的处理过程，该过程以在RTS帧、CTS帧、数据帧和ACK帧的发送之后通信设备100时间到期作为起始事件而连续执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
首先，通信设备100执行处理以更新经过时间阈值(阈值)增加，该经过时间阈值增加是在别处定义的(步骤S1901)。
可估计出已发生发送时间到期的事实意味着与通信方之间的信道状态不佳，并且接收SINR低。在这种情况下，需要切换到具有更长前同步码长度的前同步码类型同时牺牲发送开销，从而即使在低接收SINR的情况下也可执行信号检测。相应地，通信设备100通过执行更新到在别处定义的具有更长前同步码长度的前同步码类型的处理来抑制发送开销(步骤S1902)。
然后，通信设备100将与此帧发送发起方相关的发送/接收历史更新为用于本次帧发送的波束图案和前同步码类型以及发送时间点(步骤S1903)。
图20以流程图的形式示出了用于更新经过时间阈值(阈值)减小的处理过程，该过程在图19示出的流程图中的步骤S1901执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
每次进入该处理例程时，通信设备100将计数器CNT2加上1(步骤S2001)。
如果计数器CNT2的值超过预定值L2(步骤S2002为“是”)，则意味着在更新发送/接收历史中的经过时间之后，时间到期的次数已超过L2。在这种情况下，可以判断出与该通信方之间的信道状态不好或者信道状态显著改变，并且相同的发送/接收历史在短时间内无效，即，需要使经过时间阈值(阈值)变短。
相应地，通信设备100使经过时间阈值(阈值)变短(步骤S2003)。此外，在经过时间阈值(阈值)更新之后，将计数器CNT2的值返回0(步骤S2004)。
可以判断出，不能将帧正确发往的通信方在信道状态上具有很大改变。相应地，通过按照图20示出的处理过程减小经过时间阈值，通信设备100可通过在短时间内更新波束图案来抑制发送误差。
图21以流程图的形式示出了用于更新到具有更长前同步码长度的前同步码类型的处理过程，该过程在图19示出的流程图中的步骤S1902执行。该处理过程能够以执行预定程序代码的无线通信单元170内的控制单元190的形式实现。
每次进入该处理例程时，通信设备100将计数器CNT4加上1(步骤S2101)。
如果计数器CNT4的值超过预定值L4(步骤S2102为“是”)，则意味着在更新发送/接收历史中的经过时间之后，与该通信方的发送时间到期的次数已超过L4。在这种情况下，可以判断出与该通信方之间的信道状态不好或者信道状态显著改变，并且相同的发送/接收历史在短时间内无效。在这种情况下，需要切换到具有更长前同步码长度的前同步码类型同时牺牲发送开销，从而即使在低接收SINR的情况下也可执行信号检测。
相应地，通信设备100将前同步码-b替换到前同步码-a(步骤S2103)，然后改变到具有更长前同步码长度的前同步码类型并将其替换到前同步码-b(步骤S2104)，并将计数器CNT4的值返回到0(步骤S2105)。
然而要注意，图17、18、20和21中示出的流程图中使用的CNT1到CNT4是受控为在多次中仅执行一次的计数器。此外，L1到L4是定义“多次”所指的次数的常量。
注意，对于按照本发明实施方式的通信系统，作为接入点(AP)或终端站(STA)的通信设备100例如可以是个人电脑(PC)、诸如蜂窝电话或PDA(个人数字助理)的便携式信息终端、诸如便携式音乐播放器或游戏设备的信息设备、或在电视接收机或其它家庭电子设备中实现的无线通信模块。
图26示出了其中实现了配置为模块的通信设备100的信息设备的配制实施例。
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，下文将描述的对接收帧处理的同步、或其处理的一部分可实现为执行预定程序的CPU 1的形式。
ROM 2永久地存储例如POST(通电自检)和BIOS(基本输入输出系统)的程序代码。RAM(随机存储存储器)3用于在CPU 1执行程序时加载存储在ROM 2和HDD(硬盘驱动器)11中的程序，或者暂时保持执行的程序的工作数据。这些部件通过直接连接于CPU1的本地插头的本地总线4互连。
本地总线4通过电桥5连接于例如PCI(周边元件扩展接口)总线等输入/输出总线6。
键盘8和例如鼠标等指示设备9是用户操作的输入设备。显示器由LCD(液晶显示器)或CRT(阴极射线管)等构成，并将各种类型的信息显示为文本和图像。
HDD 11是装有作为记录媒介的硬盘的驱动单元，并驱动硬盘。硬盘用于安装CPU 1执行的程序，例如操作系统和各类应用等，并用于保存数据文件等。
通信单元12是以通信设备100作为模块配置的无线通信接口，其操作为基础架构模式中的接入点或终端站或在自主(ad-hoc)模式中操作，并执行与信号携带范围内存在的其它通信终端的通信。通信设备100的操作如上文所述。
工业应用性
上文已参照特定实施方式详细描述了本发明。然而，显而易见的是，本领域技术人员能够对实施方式进行修改和替代而不偏离本发明的实质。
尽管本发明可适合用于使用包括使用60GHz波段的IEEE802.15.3c在内的毫米波段通信方法的通信系统，但本发明的实质并不限于具体的频段。此外，本发明不仅可用于毫米波段通信，还可用于其它的定向通信。
此外，尽管说明书中的描述针对的实施方式使用经过时间作为参考来判断保持为发送/接收历史的波束图案和前同步码类型的有效性，并进一步适应性地增加或减小经过时间的阈值，但本发明的实质也不限于此。例如，可利用与例如SINR等通信质量相关的信息来判断过去使用的波束图案和前同步码类型(前同步码长度)的有效性，换句话说，可利用与通信质量相关的信息作为阈值来进行类似的判断。
总之，本发明是以示例性的形式公开，说明书中描述的内容不应被限制性地解释。应当参照权利要求来确定本发明的实质。
参考符号列表
1  CPU
2  ROM
3  RAM
4  本地总线
5  电桥
6  输入/输出总线
7  输入/输出接口
8  键盘
9  指示设备(鼠标)
10  显示器
11  HDD
12  通信单元
100 通信设备
150 存储单元
160a到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 电功率计算单元
184 判定单元
185  解调/解码单元
186  编码调制单元
187  发送波束处理单元
190  控制单元
401  延迟单元
402  复共轭单元
403  乘法器
404  平均单元
405  确定单元
501  前同步码保持单元
502  延迟单元
503  合计单元
504  峰检测单元
601  频率校正单元
602  平方设备

Claims (14)

1.一种通信设备，包括：
能够控制波束图案的天线；
用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元；以及
用于控制帧发送/接收过程，并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；
其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其中，在帧发送时，所述控制单元指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制。
3.根据权利要求2所述的通信设备，其中，在所述控制单元未指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制的情况下，选择具有较长前同步码长度的前同步码类型并执行帧发送，并且在所述控制单元指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制以形成聚焦于所述帧发送目的地的波束图案的情况下，选择具有较短前同步码长度的前同步码类型并执行帧发送。
4.根据权利要求2所述的通信设备，进一步包括：
用于保持与所述帧发送目的地的发送/接收历史的存储单元；
其中，在帧发送时，所述控制单元基于与所述帧发送目的地的发送/接收历史选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个，并且指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制，并执行帧发送。
5.根据权利要求4所述的通信设备，其中，所述控制单元在所述存储单元中保持与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间信息作为所述发送/接收历史；
并且其中，在帧发送时，参考所述存储单元中保持的所述发送/接收历史，基于从与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的经过时间，来选择具有不同的前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并且指示由所述波束图案控制单元对所述波束图案的控制，并执行帧发送。
6.根据权利要求2所述的通信设备，其中，在应用其中发送请求帧(RTS：请求发送)被发送到通信对方、并且从所述通信对方接收确认通知帧(CTS：清除发送)而开始数据帧发送的发送/接收过程的情况下；
所述控制单元指示所述波束图案控制单元：
在从所述帧发送目的地接收到RTS帧的情况下，基于接收信号形成指向所述帧发送目的地的波束图案，以及
在从所述帧发送目的地接收到CTS帧的情况下，基于接收信号形成用在向所述帧发送目的地发送数据帧的情况下的波束图案。
7.根据权利要求6所述的通信设备，其中，在使用基于从所述帧发送目的地接收的CTS帧形成的波束图案向所述帧发送目的地发送数据帧时，所述控制单元选择具有较短前同步码长度的前同步码类型。
8.根据权利要求6所述的通信设备，其中，在判断在上一次的数据帧发送时使用的所述波束图案有效的情况下，所述控制单元使用相同的波束图案连续地发送数据帧，而不执行RTS帧发送。
9.根据权利要求6所述的通信设备，其中，在判断在上一次的数据帧发送时使用的所述波束图案有效的情况下，所述控制单元减小插入到有效负载部分的导频符号率来发送数据帧。
10.根据权利要求5所述的通信设备，其中，所述控制单元在所述存储单元中保持对于所述帧发送目的地的经过时间阈值作为所述发送/接收历史；
并且其中，在帧发送时，参考所述存储单元中保持的所述发送/接收历史，在从与所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的所述经过时间在所述阈值以内时，选择用于上一次的帧发送的前同步码类型或波束图案，在从具有所述帧发送目的地的上一次的发送/接收时间点开始的所述经过时间超过所述阈值时，选择具有长于用于上一次的帧发送时的前同步码长度的前同步码长度的前同步码类型，或者使得用于上一次的帧发送时的所述波束图案无效。
11.根据权利要求10所述的通信设备，其中，所述控制单元根据与所述帧发送目的地的成功的帧发送/接收处理来增加所述阈值，并且根据与所述帧发送目的地的失败的帧发送/接收处理来降低所述阈值。
12.一种无线通信方法，其使用能够控制波束图案的天线，并控制帧发送/接收过程，并且还按照所述帧发送/接收过程控制所述天线的波束图案，所述方法包括如下步骤：
选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
13.一种以计算机可读介质格式的计算机程序，以使用能够控制波束图案的天线对通信操作执行控制，所述程序使得所述计算机作为如下组件工作：
用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元；以及
用于控制帧发送/接收过程，并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；
其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送。
14.一种通信系统，包括：
包括以下组件的通信设备：能够控制波束图案的天线，用于控制所述天线的波束图案的波束图案控制单元，以及用于控制帧发送/接收过程并且按照所述帧发送/接收过程指示由所述波束图案控制单元对所述天线的波束图案的控制的控制单元；其中，在帧发送时，所述控制单元选择具有不同前同步码长度的多个前同步码类型中的一个前同步码类型，并执行帧发送；以及
作为帧发送目的地的通信设备。
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