CN114208042A - 通信设备及通信方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种包括多个天线元件并且在抑制电路规模的同时在高频带中执行无线通信的通信设备。该通信设备包括:通信单元,其使用多个天线元件发送/接收无线信号;以及控制单元,其基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。通信单元包括多个无线接口和补偿无线接口的延迟的延迟补偿单元。控制单元基于与通信伙伴交换的能力信息来确定是否执行补偿。
Description
技术领域
本说明书中公开的技术涉及设有多个天线元件并且在高频带中执行无线通信的通信设备,以及通信方法。
背景技术
近年来,无线终端的日益复杂和通信应用种类的增加已经导致需要扩大与终端的通信容量。可以确保宽带宽的高频带通信作为实现通信容量扩大的方式正在引起人们的注意。高频带中的空间衰减大,这使得难以提供更大的通信距离。照此,采用其中通过使用包括许多天线元件的阵列天线来补偿空间衰减以获得高增益的方法。
通常使用在每个天线元件中设有移相器的相控阵天线,以便抑制由在构成阵列天线的所有天线元件中安装延迟线造成的电路规模的增加。通过使用移相器的波束赋形可以获得高增益。将数字信号处理与相控阵天线相结合的混合波束赋形正在得到广泛研究,特别是在毫米波频带中,诸如60GHz。
在相控阵天线中,由接收天线或发射天线之间的路径长度差造成的信号的复相位差通过移相器进行补偿,然后被合成以获得增益(下文中简称“复合增益”)。此时,假设从发射点到每个接收天线元件以及从每个发射天线元件到接收点的路径长度差相对于信号的码元长度(周期长度)可以忽略不计。但是,在宽带通信中,信号的码元长度变得更短,并且天线孔径长度相对于码元长度变得不可忽略。因此存在的问题是,在天线元件之间可能无法接收相同的码元,或者即使可以接收相同的码元,振幅也可能不同,从而导致复合增益的恶化。如上所述增加天线元件的数量以补偿空间衰减不可避免地增加了天线孔径长度。
例如,假设诸如卫星通信之类的应用,为了补偿在天线间隔极宽的情况下由传播延迟造成的恶化,已经提出了对全部天线中的延迟进行补偿的延迟补偿方法(参见PTL 1)。但是,这种延迟补偿方法要求为每个天线元件配备ADC和DAC。如上所述,在高频带中,单个相控阵天线配备有大量天线元件,因此当提供与天线元件相同数量的DAC和ADC时,电路规模增加。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]
JP 2017-41792A
发明内容
[技术问题]
本说明书中公开的技术的目的是提供一种包括多个天线元件并且在抑制电路规模的同时在高频带中执行无线通信的通信设备,以及通信方法。
[问题的解决方案]
本说明书中公开的技术是鉴于上述问题而实现的,并且其第一方面是一种通信设备,包括:通信单元,其使用多个天线元件发送和接收无线信号;以及控制单元,其基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
控制单元基于与通信伙伴交换的能力信息确定是否执行补偿。
控制信息包括与在与通信伙伴的数据发送期间使用的天线元件有关的信息和与数据帧的接收站能够接收的到达方向有关的信息中的至少一个。此外,通信单元包括多个无线接口和补偿无线接口的延迟的延迟补偿单元。此外,控制单元基于从通信伙伴接收的控制信息确定补偿参数,包括在与通信伙伴的无线通信中使用的天线元件、频率带宽、无线接口的相位调整量和延迟补偿量中的至少一个。
此外,控制单元基于来自通信伙伴的信号的到达方向确定补偿参数的候选,并且基于控制信息从候选当中确定补偿参数。
此外,本说明书中公开的技术的第二方面是由使用多个天线元件发送和接收无线信号的通信设备执行的通信方法,该方法包括:从外部接收控制信息;以及基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
[发明的有益效果]
根据本说明书中公开的技术,有可能提供为了通知补偿复合增益恶化所需的频率带宽以及到达方向和延迟补偿量估计而交换帧的通信设备和通信方法。
此外,根据本说明书中公开的技术,有可能提供一种具有能够通过计算所选择的天线之间的延迟来动态地选择用于合成并补偿合成增益恶化的天线的天线配置的通信设备,以及通信方法。
注意的是,本说明书中描述的效果仅仅是示例,并且本说明书中公开的技术提供的效果不限于此。此外,本说明书中公开的技术还可以提供除上面提到的效果之外的附加效果。
本说明书中公开的技术的其它目的、特征和优点将从基于以下描述的实施例和附图的详细描述中变得清楚。
附图说明
图1是图示通信系统的配置的示例的图。
图2是图示通信设备200的配置的示例的图。
图3是图示相控阵天线中相应天线的接收信号之间的差异的图。
图4是图示相控阵天线中接收信号的眼模式的图(当天线之间的路径长度可以忽略时)。
图5是图示相控阵天线中接收信号的眼模式的图(当天线之间的路径长度不可忽略时)。
图6是图示在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例的图(第一示例)。
图7是图示能力信息帧700的配置的示例(第一示例)的图。
图8是图示在SWE配置阶段执行的通信序列的示例的图。
图9是图示SWE公告帧900的配置的示例的图。
图10是图示TRN帧1000的配置的示例的图。
图11是图示帧1100的配置的示例的图,其将SWE公告帧和TRN帧组合成单个帧。
图12是图示SWE Ack帧1200的配置的示例的图。
图13是图示帧1300的配置的示例的图,其将SWE Ack帧和TRN帧组合成单个帧。
图14是图示配置报告帧1400的配置的示例的图。
图15是图示发送站在SWE配置阶段中执行的操作(第一示例)的流程图。
图16是图示在SWE配置阶段由接收站执行的操作(第一示例)的流程图。
图17是图示发送站和接收站的放置的示例(第二示例)的图。
图18是图示在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例(第二示例)的图。
图19是图示能力信息帧1900的配置的示例(第二示例)的图。
图20是图示波束-TRN帧2000的配置的示例的图。
图21是图示波束-反馈帧2100的配置的示例的图。
图22是图示发送站和接收站的放置的示例(第三示例)的图。
图23是图示在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例(第三示例)的图。
图24是图示能力信息帧2400的配置的示例(第三示例)的图。
图25是图示朝向帧2500的配置的示例的图。
图26是图示SWE Ack-S帧2600的配置的示例的图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本说明书中描述的技术的实施例。
A.系统配置
图1示意性地图示了其中应用本说明书中公开的技术的通信系统的示例。这里图示的通信系统由单个基站(AP)和连接到基站的终端(STA)构成。虽然在图1中以简化形式示出,但是基站和终端都包括多个天线元件。然后,在通信系统内,使用诸如毫米波频带之类的高频带中的宽带宽在基站和终端之间执行无线通信。此外,在基站和终端之间执行帧交换,目的是通知补偿复合增益恶化所需的频率带宽,以及到达方向和延迟补偿量估计,其细节将在后面描述。假设两个或更多个终端连接到一个基站,但为了简化描述,这里仅示出一个。
图2是图示通信设备200的配置的示例的图。这个通信设备200可以作为图1中所示的通信系统中的基站或终端进行操作。
通信设备200包括作为整体对设备的操作进行综合控制的控制单元201、向每个单元供应驱动电力的电源单元202、执行无线通信操作的通信单元203,以及在传播信道上发送和接收无线信号的天线单元204。通信单元203由数据处理单元211、无线控制单元212、调制/解调单元213、发送信号处理单元214、接收信号处理单元215、信道估计单元216、无线接口(IF)单元217、放大器单元218、相移单元219、开关(SW)单元220和延迟补偿单元221。
无线接口单元217包括发送侧的n个无线接口217-1、……、217-n和接收侧的n个无线接口217-1’、……、217-n’。放大器单元218还包括发送侧的n个放大器218-1、……、218-n和接收侧的n个放大器218-1’、……、218-n’,与无线接口单元217对应。同时,假设天线单元204包括多个天线元件。无线接口单元217中的每个无线接口经由放大器单元218中对应的放大器和相移单元219中对应的移相器连接到多个天线。在此,放大器单元218可以将其功能结合到无线接口单元217中。通信单元210可以通过LSI(大规模集成)实现。
在发送期间,当数据从数据处理单元211自身的通信协议的上层输入时,数据处理单元211从数据中生成用于无线发送的分组,执行诸如添加用于介质访问控制(MAC)的报头和添加检错码之类的处理,并将经处理的数据提供给调制/解调单元213。在接收期间,数据处理单元211对来自调制/解调单元213的输入数据执行MAC报头分析、分组错误检测和重新排序处理,并将经处理的数据提供给数据处理单元211自身的通信协议的上层。
无线控制单元212在通信单元203中的各个单元之间传递信息。无线控制单元212还在调制/解调单元213、发送信号处理单元214和接收信号处理单元215中设置参数;在数据处理单元211中调度分组;在延迟补偿单元221、相移单元219和开关单元220中设置参数;并且在无线接口单元217和放大器单元218中设置参数并控制其发送功率。
基于与通信伙伴的帧交换的结果和使用由通信伙伴发送的参考编号对到达方向的估计,无线控制单元212确定天线单元204中要用于与通信伙伴的无线通信的天线元件,在相移单元219中确定转向向量(Steering Vector),在延迟补偿单元221中确定延迟补偿量,并且确定要用于发送和接收无线信号的频率带宽。在本实施例中,基于与通信伙伴交换的能力信息、与通信伙伴的帧交换序列、来自通信伙伴的参考信号等来确定用于与通信伙伴无线通信的天线元件、转向向量、延迟补偿量、频率带宽等,其细节将在后面给出。
在发送期间,调制/解调单元213基于由无线控制单元212设置的编码方法和调制方法对来自数据处理单元211的输入数据执行诸如编码、交织和调制之类的处理,生成数据码元流,并将该流提供给发送信号处理单元214。在接收期间,调制/解调单元213对来自接收信号处理单元215的输入执行与在发送期间执行的处理相反的处理,即,解调和解交织,并将数据提供给数据处理单元211或控制单元201。
在发送期间,发送信号处理单元214根据需要对来自调制/解调单元213的输入执行为空间分离提供的信号处理,并通过延迟补偿单元221内的补偿单元221-1、……、221-n将已经获得的一个或多个发送码元流提供给无线接口单元217内的无线接口217-1、……、217-n。
在接收期间,接收信号处理单元215经由延迟补偿单元221对从无线接口单元217内的相应无线接口217-1’、……、217-n’输入的接收码元流执行信号处理,根据需要对流执行空间分离,并将结果提供给调制/解调单元213。
信道估计单元216使用来自无线接口单元217中的相应无线接口217-1’、……、217-n’的输入信号的前导码部分和训练信号部分来计算传播信道的复信道信息。计算出的复信道信息经由无线控制单元212用于调制/解调单元213中的解调处理以及发送信号处理单元214和接收信号处理单元215中的空间分离处理。
无线接口单元217包括发送侧的n个无线接口217-1、……、217-n和接收侧的n个无线接口217-1’、……、217-n’。在发送期间,无线接口单元217将来自发送信号处理单元214的输入转换成模拟信号,执行滤波、上变频到载波频率和相位控制,并将信号发送到天线单元204或放大器单元218。在接收期间,无线接口单元217对来自天线单元204或放大器单元218的输入执行与发送期间执行的处理相反的处理,即,相位控制和下变频到基带频率,并将数据提供给接收信号处理单元215和信道估计单元216。
放大器单元218包括发送侧的n个放大器218-1、……、218-n和接收侧的n个放大器218-1’、……、218-n’。在发送期间,放大器单元218将从无线接口单元217中的无线接口217-1、...、217-n输入的模拟信号放大到预定功率,并将经放大的信号发送到相移单元219。在接收期间,放大器单元218执行将从相移单元219输入的n个接收信号低噪声放大到预定功率,并将信号输出到无线接口单元217中的无线接口217-1’、...、217-n’。
放大器单元218可以具有结合到无线接口单元217中的发送侧或接收侧中的至少一个上的功能中的至少一些。此外,在发送侧或接收侧中的至少一个上的放大器单元218的功能中的至少一些可以是在通信单元203外部提供的构成元件。
相移单元219在发送侧和接收侧中的每一个上包括与包括在天线单元204中的天线元件的数量(在此示出的示例中是k)对应的多个移相器,并根据无线控制单元212做出的确定对连接到对应天线元件的每个移相器应用相位调整(下文中也称为“转向向量”)。
在发送期间,相移单元219对发送的信号执行S/P(串行到并行)转换,因此可以将信号并行发送到信号要被发送到的天线。此后,每个移相器根据每个天线元件控制复相位,并将信号发送到开关单元220。通过在相移单元219内部提供开关元件,可以限制信号要被发送到的天线元件,而不是如图2中所示连接的所有天线元件。
在接收期间,相移单元219根据每个天线使用对应的移相器来控制从每个天线单元输入的信号的复相位,并进一步将多个接收信号在相位控制之后进行合成,然后将合成的信号发送到放大器单元218。如图2中所示,还有可能仅合成来自有限数量的天线元件的接收信号,而不是合成来自所有天线元件的输入信号。
开关单元220根据天线单元204中的天线元件的发送和接收来切换天线单元204要连接到的电路。但是,开关单元不是本实施例的必要部分,并且可以独立地提供发射天线和接收天线。
延迟补偿单元221包括与无线接口单元217的发送侧的n个无线接口217-1、……、217-n中的相应接口对应的n个延迟补偿单元221-1、……、221-n,并且还包括与接收侧的m个无线接口217-1’、……、217-m’中的相应无线接口对应m个延迟补偿单元221-1’,……,221-m’,并应用由无线控制单元212为连接的无线接口单元217中的无线接口217-1、……、217-n和无线接口217-1’、……、217-m’中的每一个确定的延迟补偿量。无线接口单元217中的每个无线接口经由放大器单元218中对应的放大器和相移单元219中对应的移相器连接到多个天线。因而,应当注意的是,延迟补偿单元221可以将相同的延迟补偿量集中应用于多个天线,而不是一次仅应用于单个天线。
控制单元201控制无线控制单元212和电源单元202。控制单元201可以控制无线控制单元212而不是无线控制单元212的操作中的至少一些。
电源单元202由电池电源或固定电源构成,并且为通信设备200的各个单元供电。
B.相控阵天线对无线信号的接收
图3图示了相控阵天线中相应天线的接收信号之间的差异。此外,图4和图5图示了相控阵天线中接收信号的眼模式(其中水平轴表示时间[码元],而垂直轴表示信号电平)。
一般而言,相控阵天线在发射天线和接收天线之间以不同的到达时间接收信号,这取决于天线之间的距离、发送信号的辐射方向和接收信号的到达方向。图3图示了一个示例,其中使用相控阵天线作为接收天线,从而导致在最短路径(pn)处的天线接收与在最长路径(p1)处的天线接收之间的路径长度Δd。
在此,假设接收信号的码元长度是T[sec]并且传播速度是v[m/s],并且如果Δd/v是相对于T可以忽略的量值,那么在X处观察到的复合接收信号将具有带有极低方差的点的眼模式,如图4中在时间ts处的接收信号所指示的。这是因为由天线元件之间的路径长度差造成的相位旋转被相移单元219补偿,并且具有相同波形的接收信号被合成。
另一方面,如果Δd/v具有相对于T不可忽略的量值,那么在X处观察到的复合接收信号即使在方差最低时(ts')也将具有方差ρ,如图5中所示。此时的信号可以是由无线接口单元217接收的模拟信号被转换成数字信号的点的候选。
图5中所示的方差是因为虽然接收天线之间接收信号的复相位差被移相器补偿,但在复相位差的补偿之后,具有相同波形但具有不同到达时间和不同峰时间的接收信号被合成。一般而言,在观察到延迟的波时,移除在接收信号开始处预先插入的CP(循环前缀,Cyclic Prefix)使得有可能确保传播矩阵的遍历性并且通过频率均衡消除子载波之间的干扰。但是,在复合增益恶化的每个子载波中提高SNR(信噪比)是极其困难的。因此,重要的是补偿相移单元219中出现的复合增益恶化。复合增益恶化的量取决于用于通信的带宽、取决于每个终端的接收信号的到达方向和天线孔径而不同。因此有必要动态地控制延迟补偿量以便补偿恶化。
下文中将依次描述与本说明书中公开的技术有关的三个示例。注意的是,无线通信中使用的天线、转向向量、延迟补偿量和频率带宽将被统称为“SWE(空间宽带效应)参数”。
第一示例:由发送站和接收站独立估计到达方向,并确定SWE参数。
第二示例:通过波束赋形器方法估计到达方向,并确定SWE参数。
第三示例:使用来自传感器等的外部信息估计到达方向,并确定SWE参数。
[第一示例]
图6图示了在第一示例中在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例。在此提到的“发送站”和“接收站”被假设为图1中所示的通信系统中的基站和终端之一或另一个。
图6中所示的通信序列主要由能力信息的交换(能力交换)、关联、发送权获取、SWE配置、SWE参数确定和数据发送六个阶段构成。但是,实现这些阶段的次序不限于图6中所示的示例。例如,可以在关联之后执行能力交换。主要特点是在能力交换和SWE配置的每个阶段中被发送的信号以及发送站和接收站的操作,并且这将在后面详细描述。
能力信息交换阶段(F610)是发送站和接收站交换它们自身可以执行的功能(下文中也称为“能力信息”)的阶段。本示例的特征在于向发送站和接收站通知复合增益恶化的一般带宽。稍后将详细描述能力信息和用于交换能力信息的帧。
关联(F620)是完成发送站和接收站之间的连接处理的阶段。关联例如基于IEEE802.11标准,该标准是用于无线LAN(局域网)的代表性标准之一,并且由发送站和接收站之一执行,从而对来自另一方的关联请求做出关联响应。
发送权获取(F630)是发送站和接收站达成发送协定的阶段。例如,发送站可以根据CSMA/CA(具有冲突避免的载波侦听多路访问,Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance)获取发送权。
在SWE配置阶段(F640),在数据发送的实现之前,发送站和接收站各自执行一系列操作,以获得确定SWE参数(即,SWE配置)所必需的信息。
在发送权获取阶段(F630)中获取发送权后,发送站通过发送SWE公告帧(F641)通知接收站SWE配置阶段(F640)的开始。例如,基于能力信息交换阶段中交换的信息,当在发送站或接收站中的至少一个中可以发生复合增益恶化的频率带宽用在稍后的数据发送阶段中时,发送站发送SWE公告帧以发起SWE配置。SWE公告帧包含指示可以在后面的数据发送阶段中使用的频率带宽和MCS(调制和编码方案)的信息,但其细节将在后面描述。此外,发送站可以在SWE公告帧之后发送训练信号(TRN)。在此,TRN是包含用于确定SWE参数的信息的参考信号,并且例如可以包括由发送站和接收站预先确定的已知序列。
在接收到SW公告帧后,当接收站确定通信质量受到复合增益恶化的影响时,接收站使用跟在SWE公告帧之后的TRN来估计到达方向(F642)。此外,接收站选择那个接收站自身中的接收天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等)(F643)。
之后,接收站向发送站返回SWE Ack作为对SWE公告帧和TRN的接收响应(F644)。SWE Ack帧可以包含与由接收站确定的SWE参数(诸如延迟补偿量、转向向量等)中的一些或全部有关的信息。接收站还可以在SWE Ack帧之后发送TRN。
在从接收站接收到SWE Ack帧后,如果当使用可以在后面的数据发送阶段中使用的频率贷款时发送站确定通信质量受到复合增益恶化的影响,那么发送站使用在SWE Ack帧之后接收到的TRN来估计到达方向(F645)。此外,发送站选择那个发送站自身中的发射天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等)(F646)。
发送站向接收站发送配置报告帧(配置报告1),包括用于确定SWE参数的信息(F647)。例如,指示要由发送站和接收站使用的天线,以及要在后面的数据发送阶段中使用的频率带宽的信息可以包括在配置报告1中。
在从发送站接收到配置报告1后,接收站向发送站发送配置报告帧(配置报告2)作为响应(F648)。例如,如果接收站可以独立地确定发送站的天线和SWE参数,那么基于接收到的配置报告1,接收站在配置报告2中将与由发送站或接收站中的至少一个在数据发送阶段中使用的SWE参数有关的信息发送到发送站。注意的是,配置报告2不一定需要从接收站发送。
接下来,发送站基于在SWE配置阶段确定的发送站自身的SWE参数候选和来自接收站的配置报告2来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数(F651)。同样,接收站基于在SWE配置阶段确定的接收站自身的SWE参数候选和来自发送站的配置报告1来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数(F652)。
然后,在数据发送阶段(F660),发送站和接收站各自使用基于在SWE配置阶段(F640)中获得的信息确定的SWE参数执行无线通信。但是,发送站和接收站不必使用通过SWE配置阶段确定的天线、转向向量、延迟补偿量和频率带宽,而是可以例如在某个时间段使用与SWE参数的值不同的值执行无线通信。在数据发送阶段,例如,根据例如IEEE 802.11标准,从发送站发送数据帧,并且作为响应从接收站返回Ack帧,以便确认数据帧的接收。
注意的是,不必在数据发送阶段之前执行SWE配置。换句话说,当确定即使使用基于先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略SWE配置。
同样,对于发送站和接收站之一,当确定即使使用基于之前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略一次到达方向估计。在这种情况下,SWE公告或SWE Ack可以包含指示使用基于在先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数的信息。
图7图示了在能力信息交换阶段(F610)在发送站和接收站之间交换的能力信息帧700的配置的示例。
由附图标记701指示的“时间戳”字段保持用于已经接收到能力信息帧700的无线通信终端的信息以将其时间与已经发送能力信息帧700的无线通信终端同步。
由附图标记702指示的“BSSID”字段保持指示发送了能力信息的无线通信终端与其它无线通信终端的连接状态的信息(具体而言,发送终端正在操作或连接到的BSS(基本服务集)的标识信息)。
由附图标记703指示的“失真频带”字段保持指示频率带宽的信息,在该频率带宽中,在发送了能力信息帧700的无线通信终端中会发生复合增益恶化。注意的是,指示可以确定其中复合增益恶化可以发生的频率带宽的参数(诸如MCS、发送方向和接收方向)的信息可以保持在这个字段中。
图8图示了在SWE配置阶段在发送站和接收站之间执行的详细通信序列的示例。在这个图中,水平轴是时间轴,并且由发送站和接收站每次发送的帧或信号用方框指示。
首先,发送站通过发送SWE公告帧来通知接收站SWE配置阶段的开始。在SWE公告帧之后,发送站发送训练信号(TRN),该TRN包含用于确定SWE参数的信息。但是,发送站可以将SWE广告和后续TRN作为单个帧来发送(稍后描述)。
另一方面,接收站向发送站返回SWE Ack作为对SWE公告帧和TRN的接收响应。接收站还在SWE Ack帧之后发送TRN。但是,接收站可以将SWE Ack和后续的TRN作为单个帧发送。
当发送站使用在SWE Ack帧之后接收的TRN估计到达方向并确定SWE参数候选时,发送站向接收站发送包含用于确定SWE参数的信息的配置报告帧(配置报告1)。
此外,在从发送站接收到配置报告1后,接收站向发送站发送配置报告帧(配置报告2)作为响应。
但是,发送站和接收站并不一定要实现配置报告的发送。
图9图示了用于通知接收站SWE配置阶段的开始的SWE公告帧900的结构的示例。
由附图标记901指示的“STF(短训练字段)”字段保持在已经接收到这个SWE公告帧900的无线通信终端中用作时间同步和频率同步的参考信号的信息(例如,已知的短信号系列)。
由附图标记902指示的“LTF(长训练字段)”字段保持用于估计在已经接收到这个SWE公告帧900的无线通信终端中的接收信号质量的信息(例如,已知的长信号系列)。LTF字段902还可以保持用作时间同步和频率同步的参考信号的信息。
由附图标记903指示的“SWE带宽”字段保持指示可以在后续数据发送阶段中使用的频率带宽的信息以及指示帧900是SWE公告帧的信息。
由附图标记904指示的“SWE MCS”字段保持指示可以在后续数据发送阶段中使用的MCS的信息。
由附图标记906指示的“TRN标志”字段保持与在SWE公告帧900之后发送的TRN帧有关的信息。例如,可以在这个“TRN标志”字段906中保持TRN帧的长度和TRN字段的重复周期。如果在SWE公告帧900之后没有发送TRN帧,那么在“TRN标志”字段906中保持指示之后没有发送TRN帧的信息。
由附图标记905指示的“TRN Req”字段保持用于在已经接收到SWE公告帧900的无线通信终端发送SWE Ack帧时确定是否应当发送后续TRN帧的信息。例如,如果发送站的能力信息帧(参见图7)内的“失真频带”字段中保持的频率带宽大于上述“SWE带宽”字段903中保持的频率带宽,那么可以包括指示TRN不会在发送SWE Ack帧之后被发送的信息。
图10图示了在SWE配置阶段使用的TRN帧1000的配置的示例。
分别用附图标记1001和1002指示的“STF”和“LTF”字段与SWE公告帧(参见图9)中的同名字段相同,因此在此不再赘述。
每个“TRN”字段包括总共k个TRN(TRN1、TRN2、……、TRNk),以附图标记1003指示的TRN1开始,保持指示帧1000是TRN帧的信息,以及用于在接收TRN帧1000的无线通信终端处执行到达方向估计的信息。例如,可以在每个“TRN”字段中保持在发送站和接收站之间预先确定的已知序列以及用于在接收TRN帧1000时调整增益的信息。此外,TRN1、TRN2、……、TRNk当中的一些TRN字段可以保持完全相同的信息,以提高到达方向估计的准确性。
图11图示了将SWE公告帧和TRN帧组合成单个帧的帧1100的配置的示例。帧1100中的每个字段与SWE公告帧和TRN帧中的同名字段相同,因此在此不再赘述。但是,除上述之外,“TRN标志”字段还可以保持指示帧1100是其中SWE公告帧和TRN帧被组合成单个帧的帧的信息。
图12图示了SWE Ack帧1200的配置的示例,其在SWE配置阶段被用作对SWE公告帧900或1100的确认响应。
分别用附图标记1201和1202指示的“STF”和“LTF”字段与SWE公告帧(参见图9)中的同名字段相同,因此在此不再赘述。
由附图标记1203指示的“SWE Ack”字段包括指示帧1200是SWE Ack帧的信息。例如,这个“SWE Ack”字段可以保持指示已正确接收SWE公告帧的信息。
由附图标记1204指示的“SWE MCS Rp.”字段包括用于确定在后续数据发送阶段中使用的MCS的信息。例如,可以包括指示根据接收站估计的到达方向接收无线信号时的复合增益恶化量、SNR等的信息。
由附图标记1205指示的“SWE Ant.”字段包括与发送SWE Ack帧的无线通信终端(接收站)在数据发送阶段中使用的天线有关的信息。例如,指示接收站在数据发送阶段使用的天线的数量以及转向向量的候选、延迟补偿量和频率带宽的信息可以保持在“SWEAnt.”字段1205中。“SWE Ant.”字段1205中保持的信息可以是基于紧接在前由接收站接收的将SWE公告和TRN组合成单个帧的帧的SWE公告帧、TRN帧中的至少一个的接收结果确定的信息。
由附图标记1206指示的“TRN标志”字段保持与在SWE Ack帧1200之后发送的TRN帧有关的信息。例如,TRN帧的长度和“TRN”字段的重复周期可以保持在这个“TRN标志”字段1206中。如果在SWE Ack帧之后没有发送TRN帧,那么指示在SWE Ack帧之后没有发送TRN帧的信息保持在“TRN标志”字段1206中。
图13图示了将SWE Ack帧和TRN帧组合成单个帧的帧1300的配置示例。帧1300中的每个字段与SWE Ack帧和TRN帧中的同名字段相同,因此在此不再赘述。但是,除上述之外,“TRN标志”字段还可以保持指示帧1300是其中SWE Ack帧和TRN帧被组合成单个帧的帧的信息。
图14图示了在SWE配置阶段使用的配置报告帧1400的配置的示例。配置报告帧1400被用于配置报告1和配置报告2。
分别由附图标记1401和1402指示的“STF”和“LTF”字段与上述帧中的同名字段相同,因此在此不再赘述。
由附图标记1403指示的“SWE Conf”字段保持指示帧1400是配置报告帧的信息。如果紧接在发送配置报告帧1400之前已经从目的地无线通信终端接收到配置报告帧,那么指示通信伙伴已经接收到配置报告帧的信息可以保持在“SWE配置”字段1403中。
由附图标记1404指示的“SWE参数”字段包括确定在后续数据发送阶段中使用的SWE参数所需的信息。例如,指示由发送站和接收站在数据发送阶段使用的天线(或天线元件的数量)以及接收站可以在其进行接收的到达方向的信息可以保持在“SWE参数”字段1404中.
图15以流程图的形式图示了由发送站在SWE配置阶段执行的操作。假设在此所示的操作由作为发送站操作的通信设备200在控制单元201的控制下执行。
发送站将其中发送站和接收站中可以发生复合增益恶化的频率带宽(失真频带)与数据发送阶段中可以使用的频率带宽进行比较,并确定是否执行SWE配置阶段(步骤S1501)。
如果在数据发送阶段中可以使用的频率带宽小于其中发送站和接收站中可以发生复合增益恶化的频率带宽(步骤S1501中的“否”),那么发送站不需要确定SWE参数,因此确定不执行SWE配置阶段。然后,当不执行SWE配置阶段时(步骤S1501中的“否”),发送站跳过所有后续处理步骤,并结束这个处理。
但是,如果在数据发送阶段中可以使用的频率带宽大于或等于其中发送站和接收站中可以发生复合增益恶化的频率带宽,那么发送站确定执行SWE配置阶段以便确定SWE参数。在这种情况下(步骤S1501中的“是”),发送站向接收站发送SWE公告帧(步骤S1502)。
接下来,发送站将在数据发送阶段中可以使用的频率带宽(SWE带宽)与其中接收站中可以发生复合增益恶化的频率带宽(失真带)进行比较(步骤S1503)。
如果在数据发送阶段中可以使用的频率带宽超过其中接收站中可以发生复合增益恶化的频率带宽(步骤S1503中的“是”),那么发送站在SWE公告帧之后发送TRN帧(步骤S1504)。可替代地,发送站可以将SWE公告和TRN作为单个帧一起发送(见图11)。
然后,在通过从接收站接收到的SWE Ack帧成功确认对SWE公告帧的接收响应后(步骤S1505中的“是”),发送站检查那个SWE Ack帧的“TRN标志”字段是否指示后面跟着TRN帧(步骤S1506)。
如果后面跟着TRN帧(步骤S1506中的“是”),那么发送站接收后面的TRN帧并估计到达方向(步骤S1507)。然后,基于到达方向估计结果,发送站根据其中发送站在数据发送阶段可以发送的候选方向、频率带宽和天线数来估计复合增益恶化量,并且检查是否可以获得期望的信号质量,即,通信质量是否受到复合增益恶化的影响(步骤S1508)。
如果确定通信质量将受到复合增益恶化的影响(步骤S1508中的“是”),那么发送站进一步检查是否对延迟补偿单元221执行延迟补偿(步骤S1509)。
如果确定要执行延迟补偿(步骤S1509中的“是”),那么发送站执行延迟补偿,然后选择要用在通信中的天线和频率带宽的候选(步骤S1510),并确定用于所选择的天线的延迟补偿量和要应用于相移单元219的转向向量(步骤S1511)。虽然在图15中确定是否执行延迟补偿之后确定天线和频率带宽候选以及转向向量,但是这些项可以以不同的次序确定。此外,对于发送站可以发送的方向可以有多个候选。
另一方面,如果在SWE Ack帧之后没有TRN帧(步骤S1506中的“否”)、如果通信质量不会受到复合增益恶化的影响(步骤S1508中的“否”),或者如果通信质量会受到复合增益恶化的影响但确定不执行延迟补偿(步骤S1509中的“否”),那么发送站选择用在通信中的天线和频率带宽的候选,而不执行延迟补偿(步骤S1515),并且确定用于所选择的天线的延迟补偿量和要应用于相移单元219的转向向量(步骤S1516)。
然后,发送站确定是否向接收站发送配置报告帧(配置报告1)(步骤S1512)。如果确定要发送配置报告帧(步骤S1512中的“是”),那么发送站向接收站发送配置报告帧(配置报告1)(步骤S1513)。发送站还从接收站接收配置报告帧(配置报告2)(步骤S1514)。
注意的是,当向接收站发送配置报告1时,发送站可以基于被确定为要在数据发送阶段中使用的转向向量和延迟补偿量来应用用于相移单元219的转向向量和用于延迟补偿单元221的延迟补偿。
图16以流程图的形式图示了由接收站在SWE配置阶段执行的操作。假设接收站响应于从发送站接收到的SWE公告帧而开始在此所示的操作。此外,在此所示的操作假设由作为接收站操作的通信设备200在控制单元201的控制下执行。
首先,接收站检查在数据发送阶段可以被使用并且由SWE公告帧传送的频率带宽(SWE带宽)是否大于或等于其中复合增益恶化可以在接收站自身中发生的频率带宽(失真频带)(步骤S1601)。
如果在数据发送阶段中可以被使用的频率带宽小于其中复合增益恶化可以在接收站自身中发生的频率带宽(步骤S1601中的“是”),那么接收站确定通信质量将受到复合增益恶化的影响。然后,接收站基于在SWE公告帧之后接收到的TRN帧估计到达方向(步骤S1602)。
接下来,基于到达方向估计结果,接收站根据在数据发送阶段中接收站可以进行接收的方向的候选、频率带宽和天线的数量来估计复合增益恶化,并且检查是否可以获得期望的信号质量,即,通信质量是否受到复合增益恶化的影响(步骤S1603)。
如果确定通信质量将受到复合增益恶化的影响(步骤S1603中的“是”),那么接收站进一步检查是否对延迟补偿单元221执行延迟补偿(步骤S1604)。
如果确定要执行延迟补偿(步骤S1604中的“是”),那么接收站执行延迟补偿,然后选择用在通信中的天线和频率带宽的候选(步骤S1605),并确定用于所选择的天线的延迟补偿量和要应用于相移单元219的转向向量(步骤S1606)。虽然在图16中确定是否执行延迟补偿之后确定天线和频率带宽候选以及转向向量,但是这些项可以以不同的次序确定。此外,对于接收站可以接收的方向可以有多个候选。
另一方面,如果通信质量不会受到复合增益恶化的影响(步骤S1603中的“否”),或者如果通信质量会受到复合增益恶化的影响但确定不执行延迟补偿(步骤S1604中的“否”),那么接收站选择要用在通信中的天线和频率带宽的候选,而不执行延迟补偿(步骤S1615),并确定用于所选择的天线的延迟补偿量和要应用于相移单元219的转向向量(步骤S1616)。
接下来,接收站检查在返回SWE Ack帧时是否将在步骤S1606或S1615中确定的延迟补偿量和转向向量用作在数据发送阶段中使用的那些(步骤S1607)。例如,当对于来自发送站等的到达信号存在多条路径时,全向就足够了,因此不必使用延迟补偿量和转向向量。
然后,当在返回SWE Ack帧时也将使用在数据发送阶段中使用的延迟补偿量和转向向量时(步骤S1607中的“是”),接收站将那个延迟补偿量和转向向量应用于延迟补偿单元221和相移单元219(步骤S1608)。
接下来,接收站将SWE Ack帧返回给已应用或尚未应用在数据发送阶段要使用的延迟补偿量和转向向量的发送站(步骤S1609)。此外,即使已经确定通信质量不会受到复合增益恶化的影响(步骤S1601中的“否”),接收站也将SWE Ack帧返回到尚未应用在数据发送阶段要使用的延迟补偿量和转向向量的发送站(步骤S1609)。
接下来,接收站参考接收到的SWE公告帧中的“TRN Req”字段,并检查是否有必要在SWE Ack帧之后发送TRN帧(步骤S1610)。如果有必要发送TRN(步骤S1610中的“是”),那么接收站在SWE Ack帧之后发送TRN帧(步骤S1611)。但是,接收站可以将SWE Ack帧和TRN帧作为单个帧一起发送。
接下来,接收站检查是否已经从发送站接收到配置报告帧(配置报告1)(步骤S1612)。如果尚未从发送站接收到配置报告1(步骤S1612中的“否”),那么接收站返回到步骤S1609并重复SWE Ack帧的发送。虽然图16中未示出,但是当重复次数超过一定次数时,可以强制中断这个处理。
接下来,在从发送站接收到配置报告1后(步骤S1612中的“是”),接收站检查是否向发送站发送配置报告帧(配置报告2)(步骤S1613)。
然后,如果确定要发送配置报告2(步骤S1613中的“是”),那么接收站向发送站发送配置报告2(步骤S1614),然后结束这个处理。可替代地,如果确定不发送配置报告2(步骤S1613中的“否”),那么接收站结束这个处理而不向发送站发送配置报告2。
根据第一示例,通过SWE配置阶段,发送站和接收站适当地确定在延迟补偿单元221中设置的延迟补偿量和在相移单元219中设置的转向向量,用于由路径长度差造成的阵列天线中的复合增益恶化。因而,可以在不补偿所有天线中的延迟量的情况下实现复合增益恶化补偿。
[第二示例]
图17图示了根据第二示例的发送站和接收站的放置的示例。注意的是,发送站和接收站都具有图2中所示的通信设备200的配置。
在第一示例中,在数据发送阶段,发送站和接收站分别基于估计接收信号的到达方向的结果独立地估计发送方向和接收方向,然后确定SWE参数。
相比之下,第二示例假设发送站和接收站可以保持多个预先确定的转向向量(下文中也称为“固定模式”)用于估计到达方向,使得形成在特定方向上具有窄方向性的波束(下文中称为“定向波束”)。
在图17中所示的示例中,当发送站应用固定模式#a时,从发送站看,在方向α[rad]上形成定向波束。同样,当接收站应用固定模式#b时,从接收站看,在方向β[rad]上形成定向波束。假设此时形成的定向波束的方向对于发送站和接收站相对于那些站保持的固定模式是已知的。
例如,当对由发送站和接收站保持的固定模式的每个组合估计接收增益,并且选择发送站侧的固定模式#a和接收站侧的固定模式#b作为具有最高接收增益的组合时,可以估计发送站的发送方向和接收站的接收方向。在本说明书中,使用由无线通信终端保持的固定模式来估计通信伙伴的方向的这种方法将被称为“波束赋形器方法”。
图18图示了在第二示例中在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例。在此提到的“发送站”和“接收站”假设为图1中所示的通信系统中的基站和终端之一或另一个。
图18中所示的通信序列主要由能力信息交换(能力交换)、关联、发送权获取、SWE配置、SWE参数确定、数据发送六个阶段构成。但是,实现这些阶段的次序不限于图18中所示的示例。例如,可以在关联之后执行能力交换。主要特点是在能力交换和SWE配置的每个阶段中被发送的信号以及发送站和接收站的操作,并且这将在后面详细描述。
能力信息交换阶段(F1810)是发送站和接收站交换与它们自身可以执行的功能有关的能力信息的阶段。在第二示例中交换的能力信息与在第一示例中交换的能力信息不同,但是这将在后面详细描述。
关联(F1820)是完成发送站和接收站之间的连接处理的阶段,并且由发送站和接收站之一执行,从而根据例如IEEE 802.11对来自另一方的关联请求做出关联响应。
发送权获取(F1830)是发送站和接收站达成发送协议的阶段。例如,发送站可以根据CSMA/CA获取发送权。
在SWE配置阶段(F1840),在数据发送的实现之前,发送站和接收站各自执行一系列操作,以获得确定SWE参数(即,SWE配置)所必需的信息。
在发送权获取阶段(F1830)中获取发送权后,发送站向接收站发送组合了公告和TRN的波束-TRN帧,其指示SWE配置的开始(F1841)。例如,基于能力信息交换阶段中交换的信息,当在发送站或接收站中的至少一个中可以发生复合增益恶化的频率带宽用在稍后的数据发送阶段中时,发送站发送这个波束-TRN帧以发起SWE配置。波束-TRN帧包含指示在后面的数据发送阶段中可以使用的频率带宽和MCS的信息,但是其细节将在后面描述。
在接收到波束-TRN帧后,当接收站确定通信质量受到复合增益恶化的影响时,接收站使用波束-TRN帧的TRN来估计到达方向(F1842)。此外,接收站选择那个接收站自身的接收天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等——(F1843)。
然后,接收站向发送站返回作为对波束-TRN帧的接收响应的波束-反馈帧(F1844)。波束-反馈保持可以指定固定模式的信息,该固定模式与接收站发送到发送站的信号的到达方向对应(稍后描述)。因而,发送站自身不需要估计到达方向,因此接收站不发送TRN。此外,波束-反馈可以包含与一些或所有SWE参数有关的信息,诸如由接收站确定的延迟补偿量、转向向量等。
在从接收站接收到波束-反馈帧后,发送站基于那个帧中保持的可以指定到达方向的信息来指定与从接收站发送到发送站的信号的到达方向对应的固定模式。然后,基于指定的到达方向和波束-反馈帧中保持的信息,发送站选择那个发送站自身的发射天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等)(F1845)。
发送站向接收站发送配置报告帧(配置报告1),包括用于确定SWE参数的信息(F1846)。例如,指示要由发送站和接收站使用的天线,以及要在后面的数据发送阶段中使用的频率带宽的信息可以包括在配置报告1中。
在从发送站接收到配置报告1后,接收站向发送站发送配置报告帧(配置报告2)作为响应(F1847)。例如,如果接收站可以独立地确定发送站的天线和SWE参数,那么基于接收到的配置报告1,接收站在配置报告2中将与由发送站或接收站中的至少一个在数据发送阶段使用的SWE参数有关的信息发送到发送站。注意的是,配置报告2不一定需要从接收站发送。
接下来,发送站基于在SWE配置阶段确定的发送站自身的SWE参数候选和来自接收站的配置报告2来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数(F1851)。同样,接收站基于在SWE配置阶段确定的接收站自身的SWE参数候选和来自接收站的配置报告1(F1852)来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数。
然后,在数据发送阶段(F1860),发送站和接收站各自使用基于在SWE配置阶段(F1840)中获得的信息确定的SWE参数执行无线通信。但是,发送站和接收站不必使用通过SWE配置阶段确定的天线、转向向量、延迟补偿量和频率带宽,而是可以例如在某个时间段使用与SWE参数的值不同的值执行无线通信。在数据发送阶段,例如,根据例如IEEE 802.11标准,从发送站发送数据帧,并且作为响应从接收站返回Ack帧,以便确认数据帧的接收。
注意的是,不必在数据发送阶段之前执行SWE配置。换句话说,当确定即使使用基于先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略SWE配置。
同样,对于发送站和接收站之一,当确定即使使用基于之前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略一次到达方向估计。在这种情况下,波束-TRN或波束-反馈可以包含指示使用基于在先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数的信息。
图19图示了在能力信息交换阶段(F1810)中在发送站和接收站之间交换的能力信息帧1900的配置的示例。
“时间戳”字段1901保持用于已经接收到能力信息帧1900的无线通信终端以使其时间与已经发送能力信息帧1900的无线通信终端同步的信息。“BSSID”字段1902保持诸如BSSID之类的信息,其指示发送了能力信息的无线通信终端与其它无线通信终端的连接状态。“失真频带”字段1903保持指示在发送了能力信息帧1900的无线通信终端中可以发生复合增益恶化的频率带宽的信息。
由附图标记1904指示的“BF能力”字段保持指示发送能力信息帧1900的无线通信终端是否支持“波束赋形方法”的信息,该“波束赋形方法”使用固定模式来估计通信伙伴的方向。例如,如果无线通信终端能够形成固定定向波束并且定向波束是已知的,那么“BF能力”字段1904是“1”,否则保持“0”。
图20图示了将SWE配置阶段开始的通知和TRN组合成单个帧的波束-TRN帧2000的配置的示例。
“STF”字段2001保持用于时间同步和频率同步的信息(例如,已知的短信号系列)。“LTF”字段2002保持用于估计接收信号质量的信息(例如,已知的长信号系列)。“SWE带宽”字段2003保持指示可以在后续数据发送阶段中使用的频率带宽的信息。“SWE MCS”字段2004保持指示可以在后续数据发送阶段中使用的MCS的信息。“TRN Req”字段2005保持用于在已经接收到波束-TRN帧2000的无线通信终端发送反馈帧时确定是否应当发送TRN的信息。“TRN标志”字段2006保持与后续TRN有关的信息。
由附图标记2007指示的“TRN块信息”字段保持与后续(k)个TRN块和每个TRN块中的TRN有关的信息。特别地,“TRN块信息”字段2007中的“k信息”字段2011保持指示后续TRN块的数量的信息,并且“n信息”字段2012保持指示包含在每个“TRN块”字段中的TRN的数量的信息。
每个“TRN块”字段由总共k个TRN块1、TRN块2、……、TRN块k构成,从附图标记2008指示的TRN块1开始,保持由总共n个TRN1、TRN2、……、TRNn组成的“TRN”字段。
当实现波束赋形器方法时,发送波束-TRN帧2000的无线通信终端可以在每个TRN块中使用相同的固定模式。当接收那个波束-TRN帧2000的无线通信终端实现波束赋形器方法时,k个TRN块中的每一个中的TRN1至TRNn可以使用彼此不同的固定模式。
具体而言,发送波束-TRN帧2000的无线通信终端分别使用k个固定模式#1、……、固定模式#k依次发送k个TRN块1、……、TRN块k。与在接收波束-TRN帧2000的无线通信终端中用于接收TRN的固定模式的数量对应的n个TRN被保持在每个TRN块中。在这种情况下,基于用于每个TRN块的接收结果,发送波束-TRN帧2000的无线通信终端可以确定哪个固定模式对于在发送中使用是最优的(在图17中所示的示例中,发送站可以确定固定模式#a)。此外,基于用于TRN块中每个TRN的接收结果,接收波束-TRN帧2000的无线通信终端可以确定哪个固定模式对于在接收中使用是最优的(在图17中所示的示例中,接收站可以确定固定模式#b)。
k个TRN块中的每一个可以保持指示由发送波束-TRN帧2000的无线通信终端应用的天线和固定模式的信息,并且每个TRN块中包含的TRN可以保持指示接收波束-TRN帧的无线通信终端应当将哪个固定模式用于接收的信息。在这种情况下,TRN块的数量k不必与发送端的固定模式总数相同,并且每个TRN块中包含的TRN的数量n不必是与接收侧的固定模式的总数相同。如果每个TRN块中的TRN的数量不同,那么指示那个事实的信息或与每个TRN块中的TRN的数量可以存储在TRN块中有关的信息可以保持在“TRN块信息”字段2007中或保持在单独的“TRN块”字段中。
图21图示了在SWE配置阶段用作波束-TRN帧2000的反馈的波束反馈帧2100的配置示例。
“STF”字段2101保持用于时间同步和频率同步的信息(例如,已知的短信号系列)。“LTF”字段2102保持用于估计接收信号质量的信息(例如,已知的长信号系列)。
“SWE Ant.”字段2104包括与由发送SWE Ack帧的无线通信终端(接收站)在数据发送阶段中使用的天线有关的信息。“SWE MCS Rp.”字段2105包括用于确定在后续数据发送阶段中使用的MCS的信息。
由附图标记2103指示的“TRN-B Ack”字段保持指示帧2100是波束-反馈帧2100的信息,其是对波束-TRN帧的接收响应,以及与来自之前立即发送的波束-TRN帧的到达方向估计结果有关的信息。例如,指示通过波束赋形器方法具有最高接收增益的固定模式的组合、使用的天线等的信息可以存储在那个字段2103中。注意的是,接收响应和估计结果的通知可以在不同的帧中划分和发送。
具体而言,当k个TRN块1、……、TRN块k在波束-TRN帧2000中依次分别使用k个固定模式#1、……、固定模式#k被发送时,“TRN-B Ack”字段2103可以保持所有TRN块的接收结果,或者可以只保持预定数量的具有良好接收结果的TRN块的接收结果。接收到波束-反馈帧2100的无线通信终端(发送站)知道TRN块和站自身的固定模式之间的对应关系,因此可以确定哪个固定模式对于在发送中使用是最优的(在图17所示的示例中,发送站可以确定固定模式#a)。
接收到波束-反馈帧2100的无线通信终端(发送站)可以基于保持在“TRN-B Ack”字段2103中的信息来确定SWE参数候选。例如,如果“TRN-B Ack”字段2103保持指示作为波束赋形器方法的结果在接收站处具有高增益的发送站的固定模式的信息,那么发送站可以使用那个固定模式作为SWE参数的转向向量。
根据第二示例,通过SWE配置阶段,发送站和接收站适当地确定在延迟补偿单元221中设置的延迟补偿量和在相移单元219中设置的转向向量,用于由路径长度差造成的阵列天线中的复合增益恶化。因而,可以在不补偿所有天线中的延迟量的情况下实现复合增益恶化补偿。
此外,根据第二示例,发送站和接收站可以基于波束赋形器方法高效地估计彼此的最优到达方向。
[示例3]
图22图示了根据第三示例的发送站和接收站的放置的示例。注意的是,发送站和接收站都具有图2中所示的通信设备200的配置。
在第二示例中,SWE参数是通过“波束赋形器方法”估计到达方向来确定的,使用发送站和接收站中保持的多个固定模式用于估计到达方向。相比之下,第三示例假设接收站相对于发送站的旋转量π-α[rad]可以使用外部信息(诸如来自传感器)获得,或者预先确定。
在图22中所示的示例中,当估计来自到达方向(α+β)[rad]的信号最优时,接收站使用传感器等获得旋转量π-α[rad],计算发送站的最优发送方向β,并将β反馈给发送站。这使得发送站和接收站都有可能确定SWE参数。
图23图示了在第三示例中在发送站和接收站之间执行的通信序列的示例。在此提到的“发送站”和“接收站”假设为图1中所示的通信系统中的基站和终端之一或另一个。
图23中所示的通信序列主要由能力信息的交换(能力交换)、关联、发送权获取、朝向交换、SWE配置、SWE参数确定和数据发送七个阶段构成。能力信息的交换、在SWE配置的每个阶段中发送的信号以及发送站和接收站的操作与第一示例中的不同,并且还包括朝向交换阶段。但是,稍后将给出这方面的细节。
能力信息交换阶段(F2310)是其中发送站和接收站交换与它们自身可以执行的功能有关的能力信息的阶段。此外,关联(F2320)是完成发送站和接收站之间的连接处理的阶段,并且由发送站和接收站之一执行,从而根据例如IEEE 802.11对来自另一方的关联请求做出关联响应。
朝向交换(F2330)是当发送站和接收站可以使用来自传感器等的外部信息获得它们自身的旋转量β和α时发送站和接收站交换与彼此的旋转量(朝向)有关的信息的阶段。朝向帧被用于交换朝向,并且后面会详细介绍。
发送权获取(F2340)是发送站与接收站形成进行发送的协定的阶段。例如,发送站可以根据CSMA/CA获取发送权。
在SWE配置阶段(F2350),在数据发送的实现之前,发送站和接收站各自执行一系列操作,以获得确定SWE参数(即,SWE配置)所必需的信息。
在发送权获取阶段(F2340)中获取发送权后,发送站通过发送SWE公告-S帧(F2351)通知接收站SWE配置阶段(F2350)的开始。例如,基于能力信息交换阶段中交换的信息,当在发送站或接收站中的至少一个中可以发生复合增益恶化的频率带宽用在稍后的数据发送阶段中时,发送站发送SWE公告-S帧以发起SWE配置。SWE公告-S帧包含指示在后面数据发送阶段可以使用的频率带宽和MCS的信息,但其细节将在后面描述。发送站在SWE公告-S帧之后发送TRN帧。
在接收到SWE通知-S帧后,当接收站确定通信质量受到复合增益恶化的影响时,接收站使用跟在SWE通知-S帧后面的TRN来估计到达方向(F2352)。此外,接收站选择那个接收站自身的接收天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等)(F2353)。
之后,接收站向发送站返回SWE Ack-S作为对SWE公告-S帧和TRN的接收响应(F2354)。SWE Ack-S帧保持与从接收站发送到发送站的信号的到达方向有关的信息(或者可以用其计算到达方向的信息)(后述)。因而,发送站自身不需要估计到达方向,因此接收站不发送TRN。SWE Ack-S帧可以包含与由接收站确定的SWE参数(诸如延迟补偿量、转向向量等)中的一些或全部有关的信息。
在从接收站接收到SWE Ack-S帧后,发送站基于那个帧中存储的与到达方向有关的信息(或可以用其计算到达方向的信息)来制定从接收站发送到发送站的信号的到达方向。然后,基于指定的到达方向和SWE Ack-S帧中保持的信息,发送站选择那个发送站自身的发射天线,并确定延迟补偿量以及SWE参数候选(诸如转向向量、频率带宽等)(F2355)。
发送站向接收站发送配置报告帧(配置报告1),包括用于确定SWE参数的信息(F2356)。此外,在从发送站接收到配置报告1后,接收站向发送站发送配置报告帧(配置报告2)作为响应(F2357)。注意的是,配置报告2不一定需要从接收站发送。
接下来,发送站基于在SWE配置阶段确定的发送站自身的SWE参数候选和来自接收站的配置报告2来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数(F2361)。同样,接收站基于在SWE配置阶段确定的接收站自身的SWE参数候选和来自接收站的配置报告1(F2362)来确定要在数据发送阶段中使用的SWE参数。
然后,在数据发送阶段(F2370),发送站和接收站各自使用基于在SWE配置阶段(F2350)中获得的信息确定的SWE参数执行无线通信。但是,发送站和接收站不必使用通过SWE配置阶段确定的天线、转向向量、延迟补偿量和频率带宽,而是可以例如在某个时间段使用与SWE参数的值不同的值执行无线通信。在数据发送阶段,例如,根据例如IEEE 802.11标准,从发送站发送数据帧,并且作为响应从接收站返回Ack帧,以便确认数据帧的接收。
注意的是,不必在数据发送阶段之前执行SWE配置。换句话说,当确定即使使用基于先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略SWE配置。
同样,对于发送站和接收站之一,当确定即使使用基于之前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数也不会影响通信质量时,可以省略一次到达方向估计。在这种情况下,SWE公告-S或SWE Ack-S可以包含指示使用基于在先前SWE配置中确定的SWE参数的SWE参数的信息。
图24图示了在能力信息交换阶段(F2310)中在发送站和接收站之间交换的能力信息帧2400的配置的示例。
“时间戳”字段2401保持用于已经接收到能力信息帧2400的无线通信终端以将其时间与已经发送能力信息帧2400的无线通信终端同步的信息。“BSSID”字段2402保持诸如BSSID之类的信息,其指示发送了能力信息的无线通信终端与其它无线通信终端的连接状态。“失真频带”字段2403保持指示在发送了能力信息帧2400的无线通信终端中可以发生复合增益恶化的频率带宽的信息。
由附图标记2404指示的“OE能力”字段保持指示发送能力信息帧2400的无线通信终端能够实现SWE配置-S的信息。
图25图示了在朝向交换阶段在发送站和接收站之间交换的朝向帧2500的配置的示例。
分别由附图标记2501和2502指示的“STF”和“LTF”字段与上述帧中的同名字段相同,因此在此不再赘述。
由附图标记2503指示的“OE帧”字段保持指示帧2500是朝向帧的信息。
由附图标记2504指示的“定向”字段保持指示其中安装有发送朝向帧2500的无线通信终端的方位(bearing)的信息。例如,如果发送站和接收站以固定方式安装,那么可以在“定向”字段2504中保持指示发送“朝向交换”的无线通信终端的前向方向的方位的信息。当使用来自传感器终端等的外部信息确定前向方向的方位时,可以将信息保持在“定向”字段2504中以确定方位。
在图22所示的示例中,发送站的前向方向相对于预定方向的方位是0,并且接收站的前向方向相对于预定方向的方位是π-α。在朝向交换阶段2330,发送站和接收站可以通过交换朝向帧2300来识别彼此的方位0和π-α。
第一示例的SWE公告帧900和TRN帧1000可以被用于SWE公告-S帧和TRN。此外,SWE公告帧和TRN帧可以一起用作单个帧1100。此处不再对该帧进行详细描述。
图26图示了在SWE配置-S阶段用作对SWE公告-S帧的确认响应的SWE Ack-S帧2600的配置的示例。
分别由附图标记2601和2602指示的“STF”和“LTF”字段与上述帧中的同名字段相同,因此在此不再赘述。
由附图标记2603指示的“SWE Ack-S”字段包括指示帧2600是SWE Ack-S帧的信息。例如,这个“SWE Ack-S”字段可以保持指示已正确接收到SWE公告-S帧的信息。
由附图标记2604指示的“SWE MCS Rp.”字段包括用于确定在后续数据发送阶段中使用的MCS的信息。例如,可以包括指示当根据由接收站估计的到达方向接收无线信号时的复合增益恶化量、SNR等的信息。
由附图标记2605指示的“SWE Ant.”字段包括与由发送SWE Ack帧的无线通信终端(接收站)在数据发送阶段中使用的天线有关的信息。例如,指示由接收站在数据发送阶段中使用的天线的数量以及用于转向向量的候选、延迟补偿量和频率带宽的信息可以保持在“SWE Ant.”字段2605中。“SWE Ant.”字段2605可以是基于由紧接在前的接收站接收的将SWE公告和TRN组合成单个帧的帧的SWE公告帧、TRN帧中的至少一个的接收结果确定的信息。
由附图标记2606指示的“Est.”字段保持与接收站使用SWE公告-S帧或TRN帧估计到达方向的结果有关的信息。
第三示例与第一示例的不同之处在于,在发送站侧不基于SWE Ack-S来估计到达方向。代替地,基于在从接收站返回的SWE Ack-S帧中的“Est.”字段中写入的与到达方向有关的信息,确定发送站中用于SWE参数的候选。
在图22中所示的示例中,发送站的前向方向相对于预定方向的方位是0,并且接收站的前向方向相对于预定方向的方位是π-α。在朝向交换阶段2330,发送站和接收站可以通过交换朝向帧2300来识别彼此的方位0和π-α。
此外,接收站在SWE配置-S阶段中基于来自发送站的TRN估计到达方向。在图22中所示的示例中,在估计来自相对于当前前向方向(α+β)[rad]的到达方向的信号是最优的时,接收站根据从传感器等获得的接收站自身的旋转量π-α[rad]计算发送站的最优发送方向β,将发送方向存储在SWE-Ack-S帧的“Est.”字段中,并将该帧反馈给发送站。在这种情况下,发送站自身并不估计到达方向,而是可以从来自接收站的SWE Ack-S帧的“Est.”字段中获得到达方向β。可替代地,接收站可以在SWE-Ack-S帧的“Est.”字段中保持关于最优到达方向(α+β)[rad]的信息,并将这个信息反馈给发送站。在这种情况下,发送站可以基于朝向交换阶段中获得的接收站的旋转量π-α[rad]和从接收站反馈的到达方向的信息(α+β)[rad]来计算其自身的最优发送方向β。在任一种情况下,发送站都不需要从TRN估计到达方向,因此接收站不发送TRN。因此,发送站和接收站可以基于各自获得的到达方向来确定SWE参数。
根据第三示例,通过SWE配置阶段,发送站和接收站适当地确定在延迟补偿单元221中设置的延迟补偿量和在相移单元219中设置的转向向量,用于由路径长度差造成的阵列天线中的复合增益恶化。因而,可以在不补偿所有天线中的延迟量的情况下实现复合增益恶化补偿。
此外,根据第三示例,发送站和接收站可以各自获得其自身的旋转量,并且可以通过预先交换彼此的旋转量来高效地估计彼此的最优到达方向。
[工业适用性]
已经参考具体实施例详细描述了本说明书中公开的技术。但是,对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本说明书中公开的技术的本质精神的情况下,可以在实施例中进行修改、替换等。
本说明书中公开的技术可以有利地应用于例如使用高频带(诸如毫米波频带)的发送站和接收站之间的数据发送。当然,本说明书中公开的技术可以类似地应用于使用高频带以外的频带的通信系统。此外,本说明书中公开的技术还可以应用于例如使用IEEE802.11标准的通信系统,但是当然可以类似地应用于其它各种类型的通信系统。
总之,本说明书中公开的技术已经以示例的形式进行了描述,并且本说明书的内容不应被解释为限制性的。本说明书中公开的技术的基本精神应当考虑权利要求来确定。
本说明书中公开的技术还可以采用以下描述的配置。
(1)一种通信设备,包括:通信单元,其使用多个天线元件发送和接收无线信号;以及控制单元,其基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
(2)根据前述(1)所述的通信设备,其中通信单元包括多个无线接口和补偿无线接口的延迟的延迟补偿单元。
(3)根据前述(1)或(2)所述的通信设备,其中控制单元基于与通信伙伴交换的能力信息确定是否执行补偿。
(4)根据前述(1)至(3)中的任一项所述的通信设备,其中控制信息包括与在与通信伙伴的数据发送期间使用的天线元件有关的信息和与数据帧的接收站能够接收的到达方向有关的信息中的至少一个。
(5)根据前述(2)至(4)中的任一项所述的通信设备,其中控制单元基于从通信伙伴接收的控制信息确定补偿参数,包括在与通信伙伴的无线通信中使用的天线元件、频率带宽、无线接口的相位调整量和延迟补偿量中的至少一个。
(6)根据前述(5)所述的通信设备,其中控制单元基于来自通信伙伴的信号的到达方向确定补偿参数的候选,并且基于控制信息从候选当中确定补偿参数。
(7)根据前述(6)所述的通信设备,其中控制单元基于从通信伙伴接收的参考信号来估计到达方向。
(8)根据前述(6)所述的通信设备,其中通信单元能够通过选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,并且控制单元基于从通信伙伴针对每个定向波束发送的参考信号来估计到达方向,并将与接收针对每个定向波束的每个参考信号的结果有关的信息通知给通信伙伴。
(9)根据前述(6)所述的通信设备,其中通信单元能够通过使用和选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,并且控制单元基于与从通信伙伴接收针对每个定向波束发送的每个参考信号的结果有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
(10)根据前述(6)所述的通信设备,其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换能力信息,该能力信息包括与彼此的方位有关的信息,并且控制单元基于从通信伙伴接收的参考信号来估计到达方向,并基于通信伙伴的方位向通信伙伴通知与到达方向有关的信息。
(11)根据前述(6)所述的通信设备,其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换能力信息,该能力信息包括与彼此的方位有关的信息,并且控制单元基于与来自通信伙伴的响应于所发送的参考信号的到达方向有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
(12)一种由使用多个天线元件发送和接收无线信号的通信设备执行的通信方法,该方法包括:从外部接收控制信息;以及基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
(13)根据前述(12)所述的通信方法,其中通信设备包括多个无线接口和补偿无线接口的延迟的延迟补偿单元。
(14)根据前述(12)或(13)所述的通信方法,其中在控制中,基于与通信伙伴交换的能力信息确定是否执行补偿。
(15)根据前述(12)至(14)中的任一项所述的通信方法,其中控制信息包括与在与通信伙伴的数据发送期间使用的天线元件有关的信息和与数据帧的接收站能够接收的到达方向有关的信息中的至少一个。
(16)根据前述(13)至(15)中的任一项所述的通信方法,其中,在控制中,基于从通信伙伴接收的控制信息来确定包括在与通信伙伴的无线通信中使用的天线元件、频率带宽、无线接口的相位调整量和延迟补偿量中的至少一个的补偿参数。
(17)根据前述(16)所述的通信方法,其中在控制中,基于来自通信伙伴的信号的到达方向确定补偿参数的候选,并且基于控制信息从候选当中确定补偿参数。
(18)根据前述(17)所述的通信方法,还包括从通信伙伴接收参考信号,其中在控制中,基于接收到的参考信号来估计到达方向。
(19)根据前述(17)所述的通信方法,其中通信设备能够通过选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,该方法还包括接收从通信伙伴针对每个定向波束发送的参考信号,并且在控制中,基于为每个定向波束发送的参考信号来估计到达方向,并且将与针对每个定向波束接收每个参考信号的结果有关的信息通知给通信伙伴。
(20)根据前述(17)所述的通信方法,其中通信设备能够通过使用和选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,该方法还包括针对每个定向波束发送参考信号,并且在控制中,基于与从通信伙伴接收针对每个定向波束发送的每个参考信号的结果有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
(21)根据前述(17)所述的通信方法,其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换能力信息,该能力信息包括与彼此的方位有关的信息,该方法还包括从通信伙伴接收参考信号,并且在控制中,基于接收到的参考信号来估计到达方向,并基于通信伙伴的方位向通信方伙伴通知与到达方向有关的信息。
(22)根据前述(17)所述的通信方法,其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换能力信息,该能力信息包括与彼此的方位有关的信息,该方法还包括发送参考信号,并且在控制中,基于与来自通信伙伴的响应于所发送的参考信号的到达方向有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
[附图标记列表]
200 通信设备
201 控制单元
202 电源单元
203 通信单元
204 天线单元
211 数据处理单元
212 无线控制单元
213 调制/解调单元
214 发送信号处理单元
215 接收信号处理单元
216 信道估计单元
217 无线接口单元
218 放大器单元
219 相移单元
220 开关单元
221 延迟补偿单元
Claims (12)
1.一种通信设备,包括:
通信单元,其使用多个天线元件发送和接收无线信号;以及
控制单元,其基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
2.根据权利要求1所述的通信设备,
其中通信单元包括多个无线接口和补偿无线接口的延迟的延迟补偿单元。
3.根据权利要求1所述的通信设备,
其中控制单元基于与通信伙伴交换的能力信息确定是否执行补偿。
4.根据权利要求1所述的通信设备,
其中控制信息包括与在与通信伙伴的数据发送期间使用的天线元件有关的信息和与数据帧的接收站能够接收的到达方向有关的信息中的至少一个。
5.根据权利要求2所述的通信设备,
其中控制单元基于从通信伙伴接收的控制信息确定补偿参数,该补偿参数包括在与通信伙伴的无线通信中使用的天线元件、频率带宽、无线接口的相位调整量和延迟补偿量中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的通信设备,
其中控制单元基于来自通信伙伴的信号的到达方向确定补偿参数的候选,并且基于控制信息从候选当中确定补偿参数。
7.根据权利要求6所述的通信设备,
其中控制单元基于从通信伙伴接收的参考信号来估计到达方向。
8.根据权利要求6所述的通信设备,
其中通信单元能够通过选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,以及
控制单元基于从通信伙伴针对每个定向波束发送的参考信号来估计到达方向,并将与接收针对每个定向波束的每个参考信号的结果有关的信息通知给通信伙伴。
9.根据权利要求6所述的通信设备,
其中通信单元能够通过使用和选择预先确定的多个定向波束来发送和接收无线信号,以及
控制单元基于与从通信伙伴接收针对每个定向波束发送的每个参考信号的结果有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
10.根据权利要求6所述的通信设备,
其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换方位信息,该方位信息包括与彼此的方位有关的信息,以及
控制单元基于从通信伙伴接收的参考信号来估计到达方向,并基于通信伙伴的方位向通信伙伴通知与到达方向有关的信息。
11.根据权利要求6所述的通信设备,
其中通信设备能够获得其自身的方位,并且与通信伙伴交换方位信息,该方位信息包括与彼此的方位有关的信息,以及
控制单元基于与来自通信伙伴的响应于所发送的参考信号的到达方向有关的通知来估计来自通信伙伴的信号的到达方向。
12.一种由使用多个天线元件发送和接收无线信号的通信设备执行的通信方法,该方法包括:
从外部接收控制信息;以及
基于从外部接收的控制信息控制对通信单元中通信质量的恶化的补偿。
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