CN102415184A - 通信设备和方法、计算机程序和通信系统 - Google Patents

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Abstract

通过应用在多个用户之中共享空间轴上的无线资源的空间分割多路访问优化执行通信操作。通过向执行空间分割多路访问的通信系统应用RD协议，使得TXOP内的空间复用帧更加有效。通过采用反向许可信息指定反向帧的帧长度并且在尊重指定的同时使得反向帧的各个发送器的帧长度相同，AGC操作稳定。另外，能够通过反向许可信息指定反向帧的发送开始时间，并且反向帧的各个发送器能够在尊重指定的同时同时发送帧。

Description

通信设备和方法、计算机程序和通信系统
技术领域
本发明涉及能够通过应用在多个用户之中共享空间轴上的无线资源的空间分割多路访问(SDMA)为全部多个用户提高吞吐量的通信设备和方法、计算机程序和通信系统。更具体地讲，本发明涉及采用RD(反向)协议并且使得专门信道使用周期(TXOP)内空间复用的帧更加有效的通信设备和方法、计算机程序和通信系统。
背景技术
无线通信消除过去有线通信的布线作业的负担并且还满足用作实现移动通信的技术。例如，可以引用IEEE(电工电子工程师协会)802.11作为关于无线LAN(局域网)的建立标准。IEEE 802.11a/g已经得到普通应用。
基于例如IEEE 802.11的许多无线LAN系统，实现基于例如CSMA/CA(带有冲突避免的载波检测多路访问)的载波检测的访问控制协议，其中，每个站被构造为在随机信道访问期间避免载波冲突。换言之，已经生成发送请求的站首先在给定帧间隔DIFS(分布帧间空间)内监视介质状态，并且如果在这个空间内没有发送的信号存在，则该站执行随机退避(backoff)。另外，在这个空间内存在发送信号的情况下，该站获得专门信道使用发送机会(TXOP)并且能够发送帧。另外，可以引用“虚拟载波检测”作为用于解决无线通信中的隐藏终端问题的方法。更具体地讲，在没有发送给(addressed to)接收站的接收帧内陈述用于保留介质的持续时间信息的情况下，该站预测介质将用于与持续时间对应的周期或者换言之，虚拟检测载波，并且设置发送暂停周期(NAV：网络分配矢量)。这样做，保证了TXOP内的信道专用性。
其间，基于IEEE 802.11a/g标准，正交频分复用(OFDM)用于2.4GHz频带或5GHz频带内以支持实现54Mbps的最大通信率(物理层数据率)的调制方法。另外，基于标准的修订IEEE 802.11n，采用MIMO(多输入多输出)通信方法以实现更高比特率。这里，MIMO是通过在发送器端和接收器端二者提供多个天线部件实现空间复用流的通信方法(这是公知的)。尽管基于IEEE 802.11n能够实现超过100Mbps的高吞吐量(HT)，但是随着发送的内容的信息大小增加需要更高速度。
例如，通过增加MIMO通信装置上的天线的数目以增加空间复用流的数目，能够在保持向下兼容的同时提高1对1通信的吞吐量。然而，未来需要提高单用户通信吞吐量和多用户整体的吞吐量。
IEEE 802.11ac工作组尝试通过使用低于6GHz的频带阐明数据传输率超过1Gbps的无线LAN标准。为了实现它，由多个用户共享空间轴上的无线资源的空间分割多路访问方法(例如，多用户MIMO(MU-MIMO)或者SDMA(空间分割多路访问))是有效的。
例如，提出了通过自适应阵列天线使用保持与继承(legacy)802.11标准向下兼容的帧格式的RTS、CTS和ACK帧组合继承IEEE802.11标准中的载波检测与空间分割多路访问的两种技术的通信系统(例如，见PTL 1)。
另外，基于IEEE 802.11n，采用RD(反向)协议从而使得专用信道使用周期(TXOP)内的数据发送更加有效。基于普通TXOP，仅仅执行单向数据传输，其中，获得专门信道使用权的站发送数据帧。相比较，基于RD协议，定义了称作RD发起者和RD回应者的两种角色。作为在由RD发起者发送(下行)的MAC(介质访问控制)帧中的特定字段内指示RDG(RD授权)或者换言之许可或授权反向数据传输的结果，RD回应者接下来能够在同样的TXOP内在反向(上行)发送发送给RD发起者的数据帧(例如，见PTL 2)。
此刻，执行空间分割多路访问的通信系统能够提高多用户整体的吞吐量(上述)，而认为通过应用在IEEE 802.11n中定义的RD协议在TXOP内的空间复用帧能够是更加有效的。
然而，考虑一种实际结构，其中，例如，接入点发挥RD发起者的角色，多个终端发挥RD回应者的角色。在这种情况下，当通过上行从多个终端发送数据帧至接入点时，接入点将不能够分离用户除非各个站同时复用它们的帧。
另外，在对无线LAN应用空间分割多路访问的情况下，可以构思到在相同时间轴上复用可变长度帧的情况。然而，如果从各个站发送的帧的长度不同，则随着帧复用的量增加或减小在接入点处接收的信号功率将显著变化。这关于自动增益控制(AGC)导致了不稳定操作，并且从各种观点还可能出现例如关于在IEEE 802.11中标准化的RCPI(接收信道功率指示器)帧内的功率分布变得不再恒定的问题。
简而言之，多个RD回应者要求帧同时发送到接入点，并且还要求被构造为即使从上层发送具有不同长度的多个帧，仍能够使得最终从PHY层发送的帧的长度均匀。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未审专利申请公布No.2004-328570
PTL 2：日本未审专利申请公布No.2006-352711，第0006段到第0007段
发明内容
技术问题
本发明的一个目的在于提供能够通过应用在多个用户之中共享空间轴上的无线资源的空间分割多路访问优化通信的高级通信设备和方法、计算机程序和通信系统。
本发明的另一个目的在于提供能够通过采取RD协议使得TXOP内的空间复用帧更加有效的高级通信设备和方法、计算机程序和通信系统。
本发明的另一个目的在于提供能够实现空间分割多路访问的高级通信设备和方法、计算机程序和通信系统，其中，多个RD回应者使得它们的帧长度彼此相等并且同时将它们发送给RD发起者。
问题的解决方案
鉴于上述问题进行修订，这个申请的权利要求1中描述的本发明是一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，
数据处理器将指示许可反向帧发送的反向许可信息附加到要同时进行发送的多个帧中的各个帧，以及
通信单元同时复用并发送多个帧，并且还从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧。
根据这个申请的权利要求2中描述的本发明，被构造为根据权利要求1的通信设备的通信单元设置有能够通过应用权重发挥自适应阵列天线的作用的多个天线部件，其中，通信单元同时复用并发送多个帧，并且还从其它通信设备接收同时发送的多个帧。
根据在这个申请的权利要求3中描述的本发明，被构造为根据权利要求1的通信设备的数据处理器通过反向许可信息指定在反向上发送的帧的帧长度。
根据在这个申请的权利要求4中描述的本发明，被构造为根据权利要求1的通信设备的数据处理器通过反向许可信息指定在反向上发送的帧的发送开始时间。
在这个申请的权利要求5中描述的发明是一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，响应于接收到附加了反向附加信息的帧，数据处理器产生具有由反向附加信息指定的帧长度的反向帧，并且通信单元以给定定时发送反向帧。
另外，在这个申请的权利要求6中描述的发明是一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送并接收帧；
其中，响应于接收到附加了反向附加信息的帧，数据处理器产生反向帧，并且通信单元在由反向附加信息指定的发送开始时间发送反向帧。
另外，在这个申请的权利要求7中描述的发明是一种通信方法，包括：
产生附加了指示许可反向帧发送的反向许可信息的多个帧的步骤；
同时发送多个帧的步骤；以及
从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧的步骤。
另外，在这个申请的权利要求8中描述的发明是一种计算机上以计算机可读格式进行陈述从而使得通信设备执行发送帧的处理的计算机程序，所述程序使得计算机发挥如下部件的作用：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，数据处理器将指示许可反向帧发送的反向许可信息附加到要同时进行发送的多个帧中的各个帧，以及
通信单元同时复用并发送多个帧，并且还从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧。
根据这个申请的权利要求8的计算机程序被定义成以计算机可读格式进行陈述从而在计算机上执行给定处理的计算机程序。换言之，通过将根据这个申请的权利要求8的计算机程序安装在计算机上，在计算机上展示合作动作，并且能够获得与根据这个申请的权利要求1的通信设备的操作优点类似的操作优点。
另外，在这个申请的权利要求9中描述的本发明是一种通信系统，包括：
第一通信设备，同时发送多个帧，所述多个帧附加有指示许可反向帧发送的反向许可信息；以及
多个第二通信设备，每个第二通信设备从多个帧之中接收发送给自身的帧，并且发送服从反向许可信息的指定的反向帧，所述反向帧被发送给第一通信站。
然而，这里讨论的“系统”是指多个设备的逻辑组件(或者实现特定功能的功能模块)，并且没有特别指定各个设备或功能模块是否存在于单个壳体内。
根据本发明，可以提供能够通过应用在多个用户之中共享空间轴上的无线资源的空间分割多路访问优化通信的高级通信设备和方法、计算机程序和通信系统。
根据在这个申请的权利要求1、2以及7到9中描述的发明，在IEEE 802.11n中定义的RD协议应用到执行空间分割多路访问的通信系统。这样做，在接入点已经在获取的TXOP内发送发送给多个终端的空间复用帧以后，接下来能够从各个终端在反向上执行帧发送，并且由此能够使得TXOP内的空间复用帧更加有效。
在要进行发送的服从反向许可信息的反向帧不是相同长度的情况下，存在如下问题：随着接收的帧内的复用量增加或减少，在接收多个反向帧的一端会发生关于AGC的不稳定操作。相比较，根据在这个申请的权利要求3和5中描述的发明，由于通过反向许可信息指定在反向上发送的帧的帧长度，所以在尊重指定的同时反向帧的各个发送器使得它们的帧长度均匀。这样做，能够避免AGC操作的不稳定。
另外，在对于附加了反向许可信息的多个帧来说帧长度不同的情况下，在各个帧接收站完成接收帧以后开始反向帧的发送的定时变得不同，并且多个反向帧停止同时进行复用。相比较，根据在这个申请的权利要求4和6中描述的发明，由于通过反向许可信息为反向帧指定发送开始时间，所以反向帧的各个发送器在尊重指定的同时同时发送帧。这样做，能够优化地复用多个反向帧。
通过在下文中基于本发明的实施例和附图进行详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的实施例的通信系统的结构。
图2示出了能够应用空间分割多路访问以为多个用户执行复用的通信设备的示例性结构。
图3示出了遵照例如IEEE 802.11a的继承标准而没有应用空间分割多路访问的通信设备的示例性结构。
图4示出了在给定图1所示的通信系统的作为接入点进行操作的站STA0是数据源并且作为终端进行操作的各个站STA1到STA3是数据接受者的情况下的示例性通信序列，其中，STA0同时发送发送帧，所述发送帧被发送给在空间轴上复用的各个站STA1到STA3。
图5示出了将RD协议应用到图4所示的示例性通信序列的变型。
图6示出了作为接入点进行操作的站STA0是数据源并且作为终端进行操作的各个站STA1到STA3是数据接受者的情况的示例性通信序列，其中，应用RD协议并且使得在反向上由各个站STA1到STA3进行发送的帧的帧长度相同。
图7示出了作为接入点进行操作的站STA0是数据源并且作为终端进行操作的各个站STA1到STA3是数据接受者的情况的示例性通信序列，其中，应用RD协议并且各个站STA1到STA3同时发送反向数据帧。
图8是示出处理序列的流程图，其中，给定图5到图7所示的通信序列，图2所示的通信设备作为接入点(STA0)进行操作并且同时发送复用帧，所述复用帧被发送给多个站。
图9是示出处理序列的流程图，其中，给定图5到图7所示的通信序列，图2所示的通信设备作为终端(STA1到STA3)之一进行操作并且同时发送复用帧，所述复用帧被发送给多个站。
具体实施方式
将在下文中参照附图详细描述本发明的实施例。
图1示意性示出了根据本发明的一个实施例的通信系统的结构。所示的通信系统由站STA0和多个站STA1、STA2和STA3组成，其中，站STA0作为接入点(AP)进行操作，站STA1、STA2和STA3用作终端(MT)进行操作。
站STA1、STA2和STA3中的每个在它们各自通信范围内包含站STA0，并且每个能够直接与STA0进行通信(换言之，各个站STA1、STA2和STA3定位为从属于用作接入点的STA0以建立BSS(基本服务集))。然而，不要求用作终端的各个站STA1、STA2和STA3彼此位于彼此的通信范围内，并且在下文中将不讨论终端之间的直接通信。
这里，用作接入点的STA0由设置多个天线并且通过自适应阵列天线执行空间分割多路访问的通信设备组成。STA0在空间轴上向多个用户分配无线资源，并且复用帧通信。换言之，STA0是遵照例如IEEE 802.11ac的新标准的通信设备，通过在相同时间轴上对发送给不同接收站的两个或更多帧进行复用，并且通过源对发送给STA0自身的、两个或更多站在相同时间轴上复用并且进行发送的帧进行分离，来执行一对多帧通信。通过对STA0装备更多天线，可以增加能够在空间上进行复用的终端的数目。显而易见，STA0还可以与各个站STA1、STA2和STA3独立地执行一对一帧通信，而非仅仅应用空间分割多路访问与各个站STA1、STA2和STA3执行一对多帧通信。
其间，用作终端的站STA1、STA2和STA3由设置了多个天线并且通过自适应阵列天线执行空间分割多路访问的通信设备组成。然而，由于STA1、STA2和STA3仅仅当接收时执行用户分离并且当发送时不执行用户分离，或者换言之发送帧复用，它们不需要装备与接入点一样多的天线。另外，至少一些终端可以是遵照例如IEEE 802.11a的继承标准的通信设备。换言之，图1所示的通信系统是混合了新标准的通信装置与继承标准的通信装置的通信设备。
图2示出了能够应用空间分割多路访问以为多个用户执行复用的通信设备的示例性结构。在图1所示的通信系统中，采用作为接入点进行操作的站STA0或者用作终端的站STA1、STA2和STA3中的与空间分割多路访问兼容的站的子集设置图2所示的结构并且根据新标准进行通信。
所示的通信设备由设置了天线部件21-1、21-2、...、21-N的N个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N以及数据处理器25组成，数据处理器25连接到发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N的每一个并且处理发送/接收数据(其中，N是等于或大于2的整数)。该多个天线部件21-1、21-2、...21-N通过对每个天线部件应用合适的自适应阵列天线权重能够发挥自适应阵列天线的作用。用作接入点的站STA0通过自适应阵列天线执行空间分割多路访问，并且通过具有许多天线部件，可以增加能够由多路访问适应的终端的数目。
在各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N中，各个天线部件21-1、21-2、...、21-N经由双工器22-1、22-2、...、22-N连接到发送信号处理器23-1、23-2、...、23-N和接收信号处理器24-1、24-2、...、24-N。
当响应于来自上层应用的发送请求产生发送数据时，数据处理器25将发送数据在各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N之中进行分割。另外，在通信设备是作为接入点进行操作的STA0的情况下，当响应于来自上层应用的发送请求产生发送给多个用户(或者，换言之，各个站STA1、STA2和STA3)的发送数据时，数据处理器25通过将该数据乘以每个发送/接收信号分支的发送自适应阵列天线权重在空间上对数据进行分离，然后在各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N之中对该数据进行分割。然而，这里所涉及的发送的“空间分离”仅仅是指在空间上分离同时发送帧的每个用户的用户分离。
发送信号处理器23-1、23-2、...、23-N中的每一个对从数据处理器25提供的发送数字基带信号执行给定的信号处理(例如，编码和调制)。然后，执行D/A转换，并且结果还上变换成RF(射频)信号并且进行功率放大。然后，这些发送RF信号经由双工器22-1、22-2、...、22-N提供给天线部件21-1、21-2、...、21-N，并且进行空中广播。
其间，在各个接收信号处理器24-1、24-2、...、24-N中，当经由双工器22-1、22-2、...、22-N从天线部件21-1、21-2、...、21-N提供接收的RF信号时，这些信号进行低噪放大并且下变换成模拟基带信号。然后，执行D/A转换，并且还执行给定的信号处理(例如，解码和解调)。
数据处理器25通过将每个信号乘以接收自适应阵列天线权重将从各个接收信号处理器24-1、24-2、...、24-N输入的接收的数字信号进行空间分离。一旦来自每个用户(或者，换言之，各个站STA1、STA2和STA3)的发送数据进行重构以后，数据处理器25将该数据传送给上层应用。然而，使这里所涉及的接收“空间分离”包括在空间上对同时发送帧的每个用户进行分离的用户分离和将空间复用的MIMO信道分离成原始多个流的信道分离的意义。
这里，为了多个天线部件21-1、21-2、...、21-N发挥自适应阵列天线的作用，数据处理器25控制各个发送信号处理器23-1、23-2、...、23-N和各个接收信号处理器24-1、24-2、...、24-N，从而使得发送自适应阵列天线权重应用到已经在各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N之中进行分割的发送数据，以及还使得接收自适应阵列天线权重应用到来自各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N的接收数据。另外，在与各个站STA1、STA2和STA3进行空间分割多路访问之前，数据处理器25学习自适应阵列天线权重。例如，通过对由从各个对等STA1到STA3接收的建立序列组成的训练信号(以后讨论)使用给定的自适应算法(例如，RLS(递归最小平方))能够学习自适应阵列天线权重。
例如，数据处理器25执行由图1所示的通信系统实现的介质访问控制(MAC)(media access control)方法的通信协议的各层中的过程。另外，例如，各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N执行与PHY层对应的处理。如后所述，当最终从PHY层进行发送时，从上层发送的帧被调整为具有给定长度。然而，这种帧长度控制并不特别限制为由数据处理器25或者各个发送/接收信号分支20-1、20-2、...、20-N之一执行。
这里，用作终端的站STA1、STA2和STA3设置有多个天线并且通过自适应阵列天线执行空间分割多路访问。然而，由于仅仅当接收时STA1、STA2和STA3执行用户分离而当发送时(或者，换言之，发送帧复用)不执行用户分离，所以它们不需要装备与接入点一样多的天线。
另外，图3示出了遵照继承标准(例如，IEEE 802.11a)而没有应用空间分割多路访问的通信设备的示例性结构。在图1中的通信系统中，在作为终端进行操作的站STA1到STA3之中存在设置有图3所示的结构并且根据继承标准进行通信的站。
所示的通信设备由发送/接收信号分支30和数据处理器35组成，其中，发送/接收信号分支30设置有天线部件31，数据处理器35连接到这个发送/接收信号分支30，用于处理发送/接收数据。另外，在发送/接收信号分支30中，天线部件31经由双工器32连接到发送信号处理器33和接收信号处理器34。
数据处理器35响应于来自上层应用的发送请求产生发送数据，并且将它输出到发送/接收信号分支30。发送信号处理器33对发送数字基带信号执行给定的信号处理(例如编码)。然后，执行D/A转换，并且结果还被上变换成RF信号并且进行功率放大。然后，这个发送RF信号经由双工器32提供给天线部件31并且进行空中广播。
其间，在接收信号处理器34中，当经由双工器32从天线部件31提供接收的RF信号时，该信号进行低噪放大然后下变换成模拟基带信号。然后，执行D/A转换，并且还执行给定的信号处理(例如，解码和解调)。一旦由从接收信号处理器34输入的接收的数字信号重构原始发送的数据以后，数据处理器35将该数据传送至上层应用。
在图1所示的通信系统中，用作接入点的STA0能够通过向多个天线部件21-1、21-2、...、21-N应用自适应阵列天线权重发挥自适应阵列天线的作用，并且由此能够相对于各个站STA1到STA3建立方向性。结果，可以为每个用户在空间轴上分离无线资源并且同时发送多个复用帧，多个复用帧被发送给各个站STA1到STA3。另外，通过发挥自适应阵列天线的作用，STA0能够在空间上对同时从各个站STA1到STA3发送的各个帧进行分离和接收。
这里，为了多个天线部件21-1、21-2、...、21-N发挥自适应阵列天线的作用，必须预先学习自适应阵列天线权重。例如，STA0可以通过从由分别从站STA1到STA3接收的建立的序列组成的训练信号获取转移功能来学习自适应阵列天线权重。或者，STA0可以通过对分别从多个对等方接收的训练信号使用给定的自适应算法(例如，RLS)直接学习自适应阵列天线权重。
不管学习方法如何，STA0需要各个站STA1到STA3发送训练信号以学习自适应阵列天线权重。另外，在还存在仅仅遵照继承标准的通信设备的通信环境中，与如何在避免载波冲突的同时必须执行普通帧交换序列类似，必须在避免由于仅仅遵照继承标准的通信设备导致的干扰的同时发送训练信号。换言之，STA0需要在保持向下与继承标准兼容的同时学习自适应阵列天线权重。
图4示出了基于训练信号学习自适应阵列天线权重的示例性通信序列。在所示的例子中，被构造为执行学习的站发送请求发送训练信号的训练请求(TRQ)帧，并且接收TRQ帧的各个附近站分别利用包含用于学习的建立序列的训练帧进行回应。这里，尽管图4中的站STA4没有包括在图1中，但是它是遵照继承标准并且用作位于站STA0到STA3的至少一个的通信范围内的隐藏终端的站。
用作接入点的STA0预先执行物理载波检测以确定介质空闲，并且在附加执行退避以后，能够获取STA0能够专有地使用信道的周期TXOP。接入点使用这个TXOP发送TRQ帧。由于此刻还没有学习自适应阵列天线权重(换言之，多个天线部件21-1、21-2、...、21-N没有用作自适应阵列天线)，所以TRQ帧无方向性进行发送。
TRQ帧包括根据继承标准IEEE 802.11的字段，并且用于表述持续时间信息，该持续时间信息请求没有被发送TRQ的站(隐藏终端)设置与直到信号发送序列结束(在所示的例子中，直到ACK发送完成)的周期对应的NAV计数器值。
在遵照继承标准的STA4接收没有包括STA4自身作为接受者的以上TRQ帧的情况下，STA4基于在该帧中陈述的持续时间信息设置NAV计数器值，并且禁止发送操作。
在图1所示的站布置中，从STA0发送的TRQ帧将到达各个站STA1到STA3。在响应过程中，在自从接收到表述STA1到STA3它们自身的地址作为接受者地址的TRQ帧开始已经过去给定帧间隔SIFS(短帧间空间)以后，各个站STA1到STA3分别利用包含能够用于自适应阵列天线学习的建立序列的训练帧(训练1、训练2、训练3)进行回应。
在本实施例中，为了学习自适应阵列天线权重并且同时保留与继承标准向下兼容，训练帧包括服从继承标准IEEE 802.11的前字段(leading field)和不向下与继承标准兼容而包括用于训练的建立序列的后字段(trailing field)。在服从继承标准的前字段中，执行欺骗以使得遵照继承标准的附近站错误地认为训练帧将一直持续到接下来ACK发送完成的时间。执行这个欺骗以使得这些附近站在持续到信号发送序列结束的整个周期内禁止发送操作。其间，对于关于欺骗技术的细节，例如参考先前授予申请人的日本未审专利申请公布No.2008-252867。
另外，在图4所示的例子中，各个站STA1到STA3被构造为同时发送训练帧。
此刻，还可以构思出通过时间分割发送各个训练帧的方法。然而，如果通过时间分割发送训练帧，则随着用训练帧进行回应的站的数目(换言之，必须学习的站的数目)增加，一直持续到发送了所有训练帧的周期(换言之，附近站的发送待机周期)将变得更长，由此导致整个系统吞吐量下降并且费用增加。另外，仅仅能够接收在时间轴的后端上发送的训练帧的附近站(隐藏终端)可以在训练帧到达之前使它的NAV计数器值届满。因此，可能的是，附近站可以启动发送操作并且载波冲突会变得不可避免。基于这些原因，在本实施例中，各个站STA1到STA3同时发送训练帧。
其间，在完成TRQ帧的发送以后，STA0等待接收分别从接受者STA1到STA3发送的训练帧，TRQ分别发送给接受者STA1到STA3。当接收训练帧时，STA0还没有执行自适应阵列天线学习，由此需要STA0使用天线部件之一同时接收多个训练帧。此刻，在下面三个条件得到满足的情况下，对于STA0变得可以避免冲突并且接收同时发送的训练帧的前字段、向下兼容字段部分。
(1)使用OFDM调制方案。
(2)各个站STA1、STA2和STA3的振荡器进行操作以通过STA0使用的振荡器校正频率误差。
(3)由各个站STA1、STA2和STA3发送的训练帧中的有关字段的陈述内容全部相同。
已知条件(1)中的OFDM调制方案对于多径衰减是有弹性的。另外，通过当从STA0接收到TRQ帧时使得各个站STA1、STA2和STA3执行频率校正能够满足条件(2)。通过执行频率校正，保证从各个站STA1、STA2和STA3同时发送的训练帧到达STA0的延迟时间落入保护间隔内。此外，如条件(3)所述，如果各个站STA1、STA2和STA3中的相关字段陈述相同内容，则它们能够与普通多径类似进行处理，并且变得可以使用一个天线部件同时接收一个或多个训练帧。
其间，STA0使用多个天线部件21-1、21-2、...、21-N接收没有向下与继承标准兼容并且包含用于训练的建立序列的训练帧的后字段。通过预先向各个站STA1、STA2和STA3分别分配唯一代码序列作为用于训练的建立序列，STA0能够在空间上对各个序列进行分离。然而，随着通过空间分割执行多路访问的站的数目增加，由于需要独立对建立序列进行区分，建立序列自然变得更长。
然后，STA0使用给定的自适应算法(例如，RLS算法)基于各个建立序列学习自适应阵列天线权重。然后，在STA0内提供的多个天线部件21-1、21-2、...、21-N用作自适应阵列天线，并且STA0变得可以执行空间分割多路访问。
其间，在仅仅服从继承标准的STA4接收没有包括STA4自身作为接受者的以上训练帧之一的情况下，由于欺骗(先前讨论)STA4错误地认为训练帧将一直持续到随后的ACK帧的发送结束的时间，并且禁止发送操作。
在自从从各个站STA1、STA2和STA3分别完成接收训练帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0分别发送独立地发送给各个站STA1、STA2和STA3的数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)。通过使用以上学习的自适应阵列天线权重，STA0能够对多个数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。
在响应过程中，在自从完成接收分别发送给STA1到STA3自身的数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)过去给定帧间隔SIFS以后，各个站STA1、STA2和STA3同时利用ACK帧(ACK 1-0、ACK 2-0、ACK 3-0)进行回应。
STA0处的多个天线部件21-1、21-2、...、21-N已经发挥自适应阵列天线的作用，并且能够为每个用户在空间上对多个同时接收的ACK帧(ACK 1-0、ACK 2-0、ACK 3-0)进行分离。例如，通过分别陈述站STA1、STA2和STA3的地址作为各个ACK帧中的各个发送器地址，STA0能够识别每个接收的ACK帧的来源。另外，如果用于训练的建立序列也包括在ACK帧中，则STA0能够基于包括在接收的ACK帧中的建立序列使得学习的自适应阵列天线权重适应性遵从环境变化。
在服从继承标准的STA4接收没有发送给STA4自身的以上数据帧之一的情况下，STA4基于在帧的持续时间中陈述的信息设置NAV计数器值并且禁止发送操作。另外，在服从继承标准的STA4接收没有发送给STA4自身的以上ACK帧之一的情况下，STA4基于在帧的持续时间内陈述的信息设置NAV计数器值并且禁止发送操作。
如图4中举例所示的通信序列所展示，执行空间分割多路访问的STA0能够最优学习自适应阵列天线权重，并且进一步讲，在学习权重以后，通过在多个用户之中在空间轴上共享无线资源以及复用并发送多个数据帧，该多个数据帧发送给多个用户，STA0能够提高一对多吞吐量(或者，换言之，多个用户的整体吞吐量)。
如上所述，基于IEEE 802.11n，采用RD协议以使得TXOP内的数据发送更加有效。图5示出了向图4所示的示例性通信序列应用RD协议的变型。在这种情况下，由于数据帧从各个站STA1到STA3同时发送到接入点，所以在一个TXOP内执行上行和下行数据传送。然而，在图5中，用作接入点的STA0是RD发起者，而各个终端STA1到STA3是RD回应者。
当执行预先载波检测和退避以获取TXOP时，用作接入点的STA0首先发送TRQ帧。
在响应过程中，在自从接收到表述STA1到STA3它们自身的地址作为接受者地址的TRQ帧过去给定帧间隔SIFS以后，各个站STA1到STA3分别同时利用包含能够用于自适应阵列天线学习的建立序列的训练帧(训练1、训练2、训练3)进行回应。
STA0基于包括在各个训练帧内的建立序列使用例如RLS算法的给定自适应算法学习自适应阵列天线权重。然后，在STA0中设置的多个天线部件21-1、21-2、...、21-N发挥自适应阵列天线的作用，并且STA0变得可以执行空间分割多路访问。
此外，在自从完成从各个站STA1、STA2和STA3接收训练帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0分别发送独立发送给各个站STA1、STA2和STA3的下行帧，或者换言之，数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)。通过使用以上学习的自适应阵列天线权重，STA0能够对这多个数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。
另外，STA0在每个数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)的MAC帧内指示各个站STA1、STA2和STA3的RDG(RD授权)。
当识别使用RD协议的反向(或者，换言之，上行)数据传送已经被许可或授权以后，在自从完成接收数据帧过去给定帧间隔SIFS以后各个站STA1、STA2和STA3同时利用ACK帧(ACK 1-0、ACK2-0、ACK 3-0)进行回应。另外，各个站STA1、STA2和STA3随后分别发送反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)，该反向数据帧被发送给STA0。
多个天线部件21-1、21-2、...、21-N已经发挥自适应天线的作用，并且由此STA0能够针对每个用户在空间上对多个同时接收的反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)进行分离。然后，在自从完成接收各个数据帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0同时利用发送给各个站STA1、STA2和STA3的ACK帧进行回应。
在图5中所示的示例性通信序列中，总结为根据RD协议从各个站STA1、STA2和STA3同时发送的反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)具有相同帧长度。然而，在许多无线LAN系统中，实现可变长度帧格式，并且当从上层进行传送时期待每个用户的帧长度不同。另外，如果最终从各个站STA1、STA2和STA3的PHY层输出的各个数据帧的帧长度仍然不同，则随着在接收数据帧时帧复用的量的增加或减少在接收各个数据帧的STA0处出现关于AGC的不稳定操作。
因此，在本实施例中，根据RD协议通过上行同时向STA0发送数据帧的各个站STA1、STA2和STA3被构造为当最终从PHY层输出帧时输出具有均匀帧长度的各个反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)。例如，通过用短帧长度适宜性填充帧能够在PHY层输出级调整帧长度。
然而，这里涉及的帧“长度”包括为时间长度、符号数目、比特数目和数据大小的意义。另外，可以通过采用比特或符号作为最小单位执行帧填充。
图6示出了作为接入点进行操作的站STA0是数据源并且作为终端进行操作的各个站STA1到STA3是数据接受者的情况的示例性通信序列，其中，应用了RD协议并且对于在反向上由各个站STA1到STA3发送的数据帧的帧长度相同。
当执行预先载波检测和退避以获取TXOP时，用作接入点的STA0首先发送TRQ帧。
在响应过程中，在自从接收到表述STA1到STA3它们自身的地址作为接受者地址的TRQ帧过去给定帧间隔SIFS以后，各个站STA1到STA3分别同时利用包含能够用于自适应阵列天线学习的建立序列的训练帧(训练1、训练2、训练3)进行回应。
STA0使用给定自适应算法(例如，RLS算法)基于包括在各个训练帧(训练1、训练2、训练3)内的建立序列学习自适应阵列天线权重。然后，在STA0内设置的多个天线部件21-1、21-2、...、21-N发挥自适应阵列天线的作用，并且STA0变得可以执行空间分割多路访问。
此外，在自从完成从各个站STA1、STA2和STA3接收训练帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0分别发送下行帧，或者，换言之，分别发送给各个站STA1、STA2和STA3的数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)。通过使用以上学习的自适应阵列天线权重，STA0能够向多个数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。
另外，STA0在每个数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)的MAC帧内针对各个站STA1、STA2和STA3指示RDG(RD授权)。
当识别已经许可和授权使用RD协议的反向(或者，换言之，上行)数据传送时，在自从完成接收数据帧过去给定帧间隔SIFS以后，各个站STA1、STA2和STA3同时利用ACK帧(ACK 1-0、ACK 2-0、ACK 3-0)进行回应。另外，各个站STA1、STA2和STA3接下来分别发送反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)，该反向数据帧被发送给STA0。
此刻，各个站STA1、STA2和STA3执行帧长度调整过程从而使得最终从每个站的自身PHY层输出的数据帧的帧长度是固定长度。
这里，使得各个帧长度相同的处理方法的一个例子是对不满足给定长度的帧的数据部分进行填充。在所示的例子中，分别填充数据2-0和数据3-0，这二者短于数据1-0。在交换填充帧的通信设备之中优选建立用于填充的比特或符号。
另外，对于各个站STA1、STA2和STA3针对通过上行发送的数据帧为了使得最终帧长度相同，需要使得各个站STA1、STA2和STA3预先识别目标帧长度。接入点STA0与指示RDG结合报告公共帧长度的方法和通过通信协议定义上行帧长度的方法被引用作为例子。
其间，在图6所示的例子中，填充区域位于数据部分之后的框内，但是本发明的要旨不限于特定填充方法。尽管没有示出，但是可以引用将填充区域设置在数据部分之前的框内的方法、精确分割填充区域并且将填充部分分布到该数据部分中的方法、以及将填充位置均匀分布在数据部分内部的方法或者将填充位置不均匀地分布在数据部分内的方法。
多个天线部件21-1、21-2、...、21-N已经发挥自适应天线的作用，并且由此STA0能够为每个用户在空间上对多个同时接收的反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)进行分离。然后，STA0从分离的数据帧去除填充的符号，并且对该数据进行解码。另外，在自从完成接收各个数据帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0同时利用发送给各个站STA1、STA2和STA3的ACK帧进行回应。
在图6中所示的示例性通信序列中，总结为从接入点STA0分别发送给各个站STA1、STA2和STA3的数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)具有相同的帧长度。然而，在实现可变长度帧格式的情况下，同时进行复用的这些多个数据帧不限于具有相同帧长度。在发送给各个站STA1、STA2和STA3的复用的数据帧不具有相同帧长度的情况下，如果各个站STA1、STA2和STA3尝试基于它们分别在它们自己站接收数据帧的时间启动上行数据帧传送，则反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)将不会同时被复用。结果，接入点STA0将变得不能够执行用户分离。
因此，在本实施例中，根据RD协议通过上行同时向STA0发送数据帧的各个站STA1、STA2和STA3被构造为同时发送它们的各个反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)，而不管接收指示各个RDG的帧的时间如何。另外，各个反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)具有固定帧长度。
这里，各个站STA1、STA2和STA3必须识别通过上行发送数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)的各站彼此的时间。例如，可以引用当接入点STA0指示RDG时由各个站STA1、STA2和STA3另外报告关于帧发送时间的信息的方法作为例子。
图7示出了作为接入点进行操作的站STA0是数据源并且作为终端进行操作的各个站STA1、STA2和STA3是数据接受者的情况的示例性通信序列，其中，应用RD协议并且各个站STA1到STA3同时发送反向数据帧。
当执行预先载波检测和退避以获取TXOP时，用作接入点的STA0首先发送TRQ帧。
在响应过程中，在自从接收到表述STA1到STA3它们自身的地址作为接受者地址的TRQ帧过去给定帧间隔SIFS以后，各个站STA1到STA3分别同时利用包含能够用于自适应阵列天线学习的建立序列的训练帧(训练1、训练2、训练3)进行回应。
STA0基于包括在各个训练帧内的建立序列使用例如RLS算法的给定自适应算法学习自适应阵列天线权重。然后，在STA0内设置的多个天线部件21-1、21-2、...、21-N发挥自适应阵列天线的作用，并且STA0变得可以执行空间分割多路访问。
此外，在自从完成从各个站STA1、STA2和STA3接收训练帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0分别发送下行帧，或者换言之，分别发送给各个站STA1、STA2和STA3的数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)。通过使用以上学习的自适应阵列天线权重，STA0能够对这多个数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。
另外，STA0在每个数据帧(数据0-1、数据0-2、数据0-3)的MAC帧内针对各个站STA1、STA2和STA3指示RDG(RD授权)。然而，如所示STA0向各个站STA1、STA2、STA3发送的各个数据帧具有不同帧长度，其中，数据2-0和数据3-0比数据1-0短。
当识别已经许可或授权使用RD协议的反向(或者，换言之，上行)数据传送时，各个站STA1、STA2和STA3执行帧长度调整过程从而使得最终从各个站的PHY层输出的数据帧具有固定帧长度。如前所述，STA0向各个站STA1、STA2和STA3发送的各个数据帧具有不同的帧长度，并且各个接收结束时间不匹配。然而，各个站STA1、STA2、STA3被构造为与RDG报告结合同时利用ACK帧(ACK 1-0、ACK 2-0、ACK 3-0)进行回应。另外，各个站STA1、STA2和STA3接下来分别发送反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)，该反向数据帧被发送给STA0。
多个天线部件21-1、21-2、...、21-N已经发挥自适应天线的作用，并且由此STA0能够为每个用户在空间上对多个同时接收的反向数据帧(数据1-0、数据2-0、数据3-0)进行分离。然后，STA0从分离的数据帧去除填充的符号并且对该数据进行解码。另外，在自从完成接收各个数据帧过去给定帧间隔SIFS以后，STA0同时利用发送给各个站STA1、STA2和STA3的ACK帧进行回应。
图8示出了流程图形式的处理序列，其中，给定图5到图7所示的通信序列，图2所示的通信设备作为接入点(STA0)进行操作并且同时发送发送给多个站的复用帧。如上所述，在通信序列中，实现RD发起者的作用的接入点应用RD协议。
响应于在上层中生成的数据发送请求或者生成的上行数据接收请求，处理例程激活。接入点预先执行物理载波检测以确定介质空闲，并且还执行退避等等以获取TXOP。然后，接入点向接入点希望向其发送复用数据(或者，接入点希望通过上行从其接收数据)的一个或多个终端(STA1到STA3)发送训练请求(TRQ)帧(步骤S1)。
然后，一旦在完成发送TRQ帧以后过去给定帧间隔SIFS(短帧间空间)以后，接入点等待接收作为回应从各个训练请求接受者(STA1到STA3)发送的训练帧(步骤S2)。
此刻，当接入点不能够从训练请求接受者(STA1到STA3)中的任何一个接收训练帧时(步骤S3，否)，处理进入TRQ帧重发过程。然而，省去了帧重发处理序列的详细描述。
相比较，当接入点能够从训练请求接受者(STA1到STA3)中的一个或多个接收训练帧时(步骤S3，是)，接入点使用分别包括在接收的训练帧中的用于学习的建立序列学习自适应阵列天线权重。
接下来，接入点检查关于能够从其接收训练帧的终端是否存在上行数据接收请求，或者在TXOP内存在空间(步骤S4)。
此刻，当没有上行数据接收请求时或者当存在数据接收请求但在TXOP中没有空间时(步骤S4，否)，在自从完成接收训练帧过去给定帧间隔SIFS以后，接入点对帧进行复用和发送而不指示RDG。整个处理例程结束。
此刻，通过使用学习的自适应阵列天线权重，接入点能够对发送给多个终端的数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。然而，由于对于不能够从其接收训练帧的终端没有执行学习，以及由于不清楚这些终端是否位于可通信范围内，所以被构造为接入点禁止对其发送数据帧。另外，接入点可以调整要进行复用和发送的各个帧从而使得它们的帧长度变得均匀。
相比较，当存在上行数据接收请求并且在TXOP内还有空间时(步骤S4，是)，接入点包括指定发送机会授权开始时间、发送机会授权结束时间和发送给各个终端的数据帧中的帧长度的RDG字段(步骤S5)，并且同时发送它们(步骤S6)。
此刻，通过使用学习的自适应阵列天线权重，接入点能够对发送给多个终端的数据帧应用空间分割复用并且同时发送它们。另外，接入点可以调整要进行复用和发送的各个帧从而使得它们的帧长度变得均匀。
然后，接入点等待接收同时从各个终端发送的ACK帧和数据帧(步骤S7)。然后，一旦接收到数据帧，则在过去给定帧间隔SIFS以后接入点利用ACK帧进行回应。整个处理例程结束。
图9示出了流程图格式的处理序列，其中，给定图5到图7中所示的通信序列，图2所示的通信设备作为终端(STA1到STA3)之一进行操作并且同时发送发送给多个站的复用帧。如先所述，在通信序列中，通过满足RD回应器的角色的终端应用RD协议。
在自从完成从接入点接收TRQ帧过去给定帧间隔SIFS以后(步骤S11，是)，终端通过训练帧回应接入点(步骤S12)。
然后，一旦在训练帧完成发送以后过去给定帧间隔SIFS以后(步骤S13，是)，终端等待接收从接入点发送的数据帧(步骤S14)。
当从接入点接收到下行数据帧时，终端检查是否已经附加了指示发送机会授权的RDG字段(步骤S15)。
在RDG字段还没有加到接收的数据帧的情况下(步骤S15，否)，在自从完成接收数据帧过去给定帧间隔SIFS以后终端通过ACK帧回应接入点。处理例程结束。
在RDG字段已经加到接收的数据帧的情况下，终端另外检查是否存在发送给接入点(即数据帧的来源)的发送上行数据(步骤S16)。
当发送给接入点的发送上行数据不存在时(步骤S16，否)，在自从完成接收数据帧过去给定帧间隔SIFS以后终端通过ACK帧回应接入点。处理例程结束。
相比较，在发送给接入点的发送上行数据存在的情况下(步骤S16，是)，在自从完成接收数据帧过去给定帧间隔SIFS以后，终端连续向接入点发送ACK帧和上行数据帧。此刻，终端在考虑在RDG字段内指定的帧长度和发送开始时间的同时发送数据帧(步骤S17)。处理例程结束。
工业应用性
已经在上文中参照特定实施例详细描述了本发明。然而，显而易见地，在不脱离本发明的原理的范围的情况下，本领域技术人员能够对这些实施例进行调整或替换。
在这个说明书中，尽管主要描述了应用到新无线LAN标准(例如，IEEE 802.11ac)以尝试实现1Gbps的非常高吞吐量的实施例，但是本发明的要旨不限于此。例如，本发明可以相似地应用到其它的无线LAN系统，其中，空间轴上的无线资源在多个用户之中或者LAN之外的各个无线系统之中进行共享。
简而言之，已经以举例的形式公开了本发明，并且这个说明书陈述的内容不以受限方式进行解释。应该结合权利要求确定本发明的要旨。
附图标记列表
20-1、20-2、...发送/接收信号分支
21-1、21-2、...天线部件
22-1、22-2、...双工器
23-1、23-2、...发送信号处理器
24-1、24-2、...接收信号处理器
25 数据处理器
30 发送/接收信号分支
31 天线部件
32 双工器
33 发送信号处理器
34 接收信号处理器
35 数据处理器

Claims (9)

1.一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，
数据处理器将指示许可反向帧发送的反向许可信息附加到要同时进行发送的多个帧中的各个帧，以及
通信单元同时复用并发送多个帧，并且还从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧。
2.根据权利要求1的通信设备，其中
通信单元设置有能够通过应用权重发挥自适应阵列天线的作用的多个天线部件，同时复用并发送多个帧，并且还从其它通信设备接收同时发送的多个帧。
3.根据权利要求1的通信设备，其中
数据处理器通过反向许可信息指定在反向上发送的帧的帧长度。
4.根据权利要求1的通信设备，其中
数据处理器通过反向许可信息指定在反向上发送的帧的发送开始时间。
5.一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，响应于接收到附加了反向附加信息的帧，数据处理器产生具有由反向附加信息指定的帧长度的反向帧，并且通信单元以给定定时发送反向帧。
6.一种通信设备，包括：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送并接收帧；
其中，响应于接收到附加了反向附加信息的帧，数据处理器产生反向帧，并且通信单元在由反向附加信息指定的发送开始时间发送反向帧。
7.一种通信方法，包括：
产生附加了指示许可反向帧发送的反向许可信息的多个帧的步骤；
同时发送多个帧的步骤；以及
从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧的步骤。
8.一种计算机上以计算机可读格式进行陈述从而使得通信设备执行发送帧的处理的计算机程序，所述程序使得计算机发挥如下部件的作用：
数据处理器，处理发送/接收帧；以及
通信单元，发送和接收帧；
其中，
数据处理器将指示许可反向帧发送的反向许可信息附加到要同时进行发送的多个帧中的各个帧，以及
通信单元同时复用并发送多个帧，并且还从接收多个帧的各个通信设备接收服从反向许可信息的各个帧。
9.一种通信系统，包括：
第一通信设备，同时发送多个帧，所述多个帧附加有指示许可反向帧发送的反向许可信息；以及
多个第二通信设备，每个第二通信设备从多个帧之中接收发送给自身的帧，并且发送服从反向许可信息的指定的反向帧，所述反向帧被发送给第一通信站。
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