TWI491280B - Communication apparatus and communication method, computer program, and communication system - Google Patents

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TWI491280B
TWI491280B TW099108533A TW99108533A TWI491280B TW I491280 B TWI491280 B TW I491280B TW 099108533 A TW099108533 A TW 099108533A TW 99108533 A TW99108533 A TW 99108533A TW I491280 B TWI491280 B TW I491280B
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Kazuyuki Sakoda
Yuichi Morioka
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Description

通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統
本發明係關於一種應用由複數使用者共有空間軸上之無線資源的空間分割多重存取(Space Division Multuple Access：SDMA)之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，特別係關於在以CSMA(Carrier Sense Multiple Access，載波感測多重存取)基礎而動作之通信環境下應用空間分割多重存取之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統。
無線通信係作為消除先前有線通信之配線作業之負擔，進而實現移動體通信之技術而供利用。例如，作為關於無線LAN(Local Area Network，局部區域網路)之標準規格，可舉出的有IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣電子工程師協會)802.11。IEEE 802.11a/g已廣泛普及。
以IEEE 802.11為首之許多無線LAN系統，係採用基於CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance：載波感測多重存取/碰撞避免)等之載波感測之存取控制順序，避免各通信站在隨機．通道．存取時載波之碰撞。即，產生通信要求之通信站首先僅以特定之訊框間隔DIFS(Distributed Inter Frame Space，分散式訊框間隔空間)監視媒介狀態，若其間不存在發送信號，則進行隨機．延後，進而，在其間仍不存在發送信號時，可獲得排他性 之通道之利用傳輸權(Transmission Opportunity：TXOP)，發送訊框。又，作為解決無線通信之隱藏終端問題之方法論，可舉出「假想載波感測」。具體而言，通信站在非發送至本站之接收訊框中記載有預約媒介之Duration(持續時間)資訊的情形下，對應於Duration資訊之期間係預想即假想載波感測為正在使用媒介者，而設定發送停止期間(NAV：Network Allocation Vector，網路配置向量)。藉此，保證TXOP之通道之排他性利用。
IEEE 802.11a/g規格係於2.4GHz帶或5GHz帶頻率下，利用正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：OFDM)，支持以最大(物理層資料率)達成54Mbps之通信速度之調制方式。且，作為其擴張規格之IEEE 802.11n係採用MIMO(Multi-Input Multi-Output，多重輸入多重輸出)通信方式，而實現更高位元率。此處，所謂MIMO，係發送機側與接收機側雙方具備複數之天線元件，實現空間多流之通信方式(眾所周知)。根據IEEE 802.11n雖可達成100Mbps之超高流量(High Throughput：HT)，但隨著傳送內容之資訊量增大，有進一步高速化之要求。
例如，增加MIMO通信機之天線條數使空間多流數增加，藉此可保持下位互換性，且提高1對1通信之流量。但，將來通信中除了每個使用者的流量以外，亦被要求能提高複數使用者整體之流量。
IEEE 802.11ac作業部會以使用6GHz以下之頻率帶，制定資料傳送速度超過1Gbps之無線LAN規格為目標，其實 現方面，如多使用者MIMO(MU-MIMO)或SDMA(Space Division Multuple Access)般，由複數使用者共有空間軸上之無線資源之空間分割多重存取較為有效。
目前，空間分割多重存取係以PHS(Personal Handy phone System，個人行動電話系統)或LTE(Long Term Evolution，長期演進技術)等之時間分割多重存取(Time Division Multiple Access：TDMA)為基礎之第二代行動電話系系統之基礎技術之一種而被研討。
另提案有一種通信系統，其係使用與先前之IEEE 802.11規格保有下位互換性之以封包格式所構成之RTS、CTS、ACK封包，組合先前之IEEE 802.11規格之載波感測與利用適應式陣列天線(Adaptive Array Antenna)之空間分割多重存取此二種技術(例如參照專利文獻1)。
但，無線LAN領域中，如上述之1對多通信正日益備受關注，但應用例尚屬較少。相信此亦因封包通信中將複數使用者高效多路傳輸較為困難所致。
特別是有複數個終端局(MT)收納於1座無線基地台(AP)，作為BSS(Basic Service Set，基本服務指定)之成員加入網路之基礎架構模式下，當在同一時間上從各終端局向無線基地台進行上鏈(UL)存取時，會有終端局間之延遲時間差之問題。該延遲時間差主要起因於由於終端局相對無線基地台之相對位置關係所造成之傳播延遲及時鐘精度等之於終端局固有之誤差。例如IEEE 802.11規格中，作為收發之訊框間隔之精度，允許900毫微秒之誤差。若終端 局間之延遲時間差大於OFDM中使用之保護間隔長，則會引起於同一時間上從複數之終端局發送訊框至無線基地台時，使用者間之相互干擾。因此，無法預見利用空間分割多重存取之流量提高效果。
為解決終端局間之延遲時間差之問題，已提案有於無線基地台側應用干擾除去、等化技術之無線收發系統(例如參照專利文獻2)。但，將該等技術搭載於通信機時會導致電路成本之增大，從而會成為低價設計、製作無線基地台時之障礙。
另，作為解決終端局間之延遲時間差之問題的其他方法，可舉出的有控制終端局側之發送時刻。例如將TDD(Time Division Duplex)訊框明確區分為上鏈與下鏈之無線LAN系統、或確保預約型之以TDMA(Time Division Multiple Access，時間分割多重存取)基礎之時槽之基地站主導之通信系統，雖可矯正終端局間之延遲時間差(例如參照專利文獻2、3)，但無法適用於CSMA基礎之無線LAN系統。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-328570號公報
[專利文獻2]日本特表2006-504335號公報
[專利文獻3]日本特許第42023555號公報
本發明之目的在於提供一種優良之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，其可適用由複數使用者共有空間軸上之無線資源之空間分割多重存取而良好地進行通信動作。
本發明進一步之目的在於提供一種優良之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，其可在以CSMA基礎而動作之通信環境下適用空間分割多重存取而良好地進行通信動作。
本發明進一步之目的在於提供一種優良之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，其可作為收納於無線基地台而動作之終端局進行動作，消除與其他終端局之使用者間干擾，適宜地發送往無線基地台之上鏈訊框。
本發明係參酌上述問題而完成者，技術方案1記載之發明係一種通信裝置，其具備：處理收發訊框之資料處理部；及收發訊框之通信部；且，前述資料處理部，係基於將成為延遲時間推定之基準之基準訊框發送至通信對方後，直至從前述通信對方接收應答訊框為止之所需時間，推定前述通信對方之延遲時間。
根據本申請案之技術方案2記載之發明，技術方案1之通信裝置之資料處理部之構成係：通信對方在自結束接收前述基準訊框再經過已知之訊框間隔後，不延後地開始發送前述應答訊框時，係考慮前述所需時間與前述訊框間隔， 而推定前述通信對方之延遲時間。
根據本申請案之技術方案3記載之發明，技術方案1之通信裝置之資料處理部之構成係：通信對方在自結束接收前述基準訊框再經過任意等待時間後，開始發送含有前述等待時間之資訊之前述應答訊框時，係考慮前述所需時間與從前述應答訊框取得之前述等待時間，而推定前述通信對方之延遲時間。
根據本申請案之技術方案4記載之發明，技術方案1之通信裝置之通信部之構成係：其具備可加權作為適應式陣列天線發揮作用之複數個天線元件，且，於同一時間上多路發送前述複數之訊框，並於同一時間上接收從複數之通信對方發送而來之複數之訊框。
根據本申請案之技術方案5記載之發明，技術方案4之通信裝置之通信部係向前述複數之通信對方發送前述基準訊框，資料處理部係基於直至從前述複數之通信對方各者接收以在時間軸上至少有一部份重合之方式回訊之各前述應答訊框為止之所需時間，而推定前述複數之通信對方之各者之延遲時間。
根據本申請案之技術方案6記載之發明，技術方案1之通信裝置之資料處理部之構成係：記憶所推定之延遲時間之資訊，或更新所預先記憶之延遲時間之資訊。
根據本申請案之技術方案7記載之發明，技術方案1之通信裝置之資料處理部係決定關於前述所推定之延遲時間之資訊，且產生含有關於前述延遲時間之資訊之通知訊框， 通信部係向前述通信對方發送前述通知訊框。
根據本申請案之技術方案8記載之發明，技術方案7之通信裝置之資料處理部係基於比較前述所推定之延遲時間與特定臨限值之結果，決定關於前述延遲時間之資訊。
根據本申請案之技術方案9記載之發明，技術方案7之通信裝置之通信部係向前述複數之通信對方發送前述基準訊框，資料處理部係決定關於前述複數之通信對方各者之前述延遲時間之資訊，且產生通知訊框，通信部係於同一時間上對於前述複數之通信對方發送各通知訊框。
另，本申請案之技術方案10記載之發明係一種通信裝置，其具備：處理收發訊框之資料處理部；及收發訊框之通信部；且，前述資料處理部，係由從通信對方接收之通知訊框獲取關於本局之延遲時間的資訊；前述通信部，係基於關於前述延遲時間之資訊，而調整發送時序，且發送對於前述通信對方之訊框。
另，本申請案之技術方案11記載之發明係一種通信方法，其具有：向通信對方發送成為延遲時間推定之基準之基準訊框之步驟；基於直至從前述通信對方接收應答訊框之所需時間，推定前述通信對方之延遲時間之步驟；決定關於前述所推定之延遲時間之資訊，且產生含有關 於前述延遲時間之資訊之通知訊框之步驟；及向前述通信對方發送前述通知訊框之步驟。
另，本申請案之技術方案12記載之發明係一種通信方法，其具有：接收從通信對方發送之通知訊框之步驟；從前述通知訊框獲取關於本局之延遲時間之資訊之步驟；基於關於前述延遲時間之資訊調整發送時序，且發送對於前述通信對方之訊框之步驟。
另，本申請案之技術方案13記載之發明係一種電腦程式，其係以於電腦上執行使通信裝置發送訊框之處理之方式，而以電腦可讀形式經記述者，且，使前述電腦作為處理收發訊框之資料處理部、及收發訊框之通信部而發揮功能，又，前述資料處理部，係基於將成為延遲時間推定之基準之基準訊框發送至通信對方後，直至從前述通信對方接收應答訊框為止之所需時間，推定前述通信對方之延遲時間。
另，本申請案之技術方案14記載之發明係一種電腦程式，其係以於電腦上執行使通信裝置發送訊框之處理之方式，而以電腦可讀形式經記述者，且，使前述電腦作為處理收發訊框之資料處理部、及收發訊框之通信部而發揮功能，又，前述資料處理部，係由從通信對方接收之通知訊框獲取關於本局之延遲時間的資訊； 前述通信部，係基於關於前述延遲時間之資訊，而調整發送時序，且發送對於前述通信對方之訊框。
本申請案之技術方案13、14之各電腦程式，係定義以於電腦上實現特定處理之方式而以電腦可讀形式記述之電腦程式者。換言之，藉由將本申請案之技術方案13、14之各電腦程式安裝於電腦上，於電腦上可發揮協動作用，可分別獲得與本申請案之技術方案1、10之各通信裝置相同之作用效果。
另，本申請案之技術方案13記載之發明係一種通信系統，其包含：第1通信裝置，其係基於將成為延遲時間推定之基準之基準訊框發送至通信對方後，直至從前述通信對方接收應答訊框為止之所需時間，推定前述通信對方之延遲時間，且將含有關於前述延遲時間之資訊之通知訊框發送至前述通信對方；及複數之第2通信裝置，其係對應於接收前述基準訊框而回訊應答訊框，且基於關於前述通知訊框所含之延遲時間之資訊，調整發送至前述第1通信裝置之訊框之發送時序。
其中，此處所謂「系統」，是指邏輯上集合複數之裝置(或實現特定功能之功能模組)之物，與各裝置或功能模組是否在單一模框內無關。
根據本發明，可提供一種優良之通信裝置及通信方法、 電腦程式、與通信系統，其可適用由複數使用者共有之空間軸上之無線資源之空間分割多重存取而良好地進行通信動作。
另，根據本發明，可提供一種優良之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，其可在以CSMA基礎而動作之通信環境下適用空間分割多重存取而良好地進行通信動作。
另，根據本發明，可提供一種優良之通信裝置及通信方法、電腦程式、與通信系統，其可作為收納於無線基地台而動作之終端局進行動作，消除與其他終端局之使用者間之干擾，可較佳地發送到達至無線基地台之上鏈訊框。
根據本申請案之技術方案1至6、11、13、15記載之發明，例如經由於無線基地台與終端局間進行訊框交換，可利用無線基地台進行終端局所持之延遲時間之推定。
根據本申請案之技術方案7至9、11、15記載之發明，例如無線基地台可將經由與終端局之訊框交換而推定之終端局之延遲時間的資訊通知予終端局。
根據本申請案之技術方案10、12、14、15記載之發明，由於各終端局係一面考慮互相之延遲時間差一面進行向無線基地台發送上鏈訊框，因此可減輕無線基地台之使用者間干擾，且有助於提高進行空間分割多重存取之系統之流量。另，根據本申請案之技術方案10、12、14記載之發明，通信裝置係作為收納於無線基地台而動作之終端局進行動作，可消除與其他終端局之使用者間干擾，可適當地 發送到達至無線基地台之上鏈訊框。
本發明之進一步之其他目的、特徵或優點可由基於後述之本發明之實施形態或附圖之更詳細說明而獲得瞭解。
以下，玆參照附圖詳細說明本發明之實施形態。
圖1係模式地顯示本發明之一實施形態之通信系統之構成。本實施形態之通信系統係例如基於IEEE 802.11，對CSMA/CA控制順序併用RTS/CTS交握(前述)者。
圖示之通信系統係以作為無線基地台(AP)而動作之通信站STA0、與作為終端局(客戶端裝置)(MT)而動作之複數之通信站STA1、STA2、STA3所構成。各通信站STA1、STA2、STA3係於各個通信範圍內收納通信站STA0，且其各者皆可與STA0進行直接通信(換言之，各通信站STA1、STA2、STA3係置於作為無線基地台之STA0之下，構成BSS(Basic Service Set))。其中，作為終端局之各通信站STA1、STA2、STA3無需存在於互相通信範圍內，以下未提到終端局間之直接通信。
此處，作為無線基地台之STA0包含具備複數天線且進行根據適應式陣列天線之空間分割多重存取之通信裝置，並將空間軸上之無線資源分配給複數使用者，將訊框通信多路化。即，STA0係基於IEEE 802.11ac等之新穎規格之通信裝置，且將接收地通信站不同之2個以上之訊框於同一時間軸上多路化，或是將於同一時間軸上由2個以上通信站多路化發送之發送至本局的訊框就各發送地分離，進 行1對多之訊框通信。STA0藉由裝備更多天線，可增多可空間多路傳輸之終端局的台數。當然，STA0不僅應用空間分割多重存取進行與各通信站STA1、STA2、STA3之1對多的訊框通信，亦與各通信站STA1、STA2、STA3個別進行1對1之訊框通信。
另一方面，作為終端局之通信站STA1、STA2、STA3包含具備複數天線且進行根據適應式陣列天線之空間分割多重存取之通信裝置，但由於僅在接收時進行使用者分離，發送時不進行使用者分離，即不進行發送訊框之多路化，因此無需裝備如同無線基地台般之天線支數。再者，終端局中至少一部份終端局可為基於IEEE 8002.11a等先前規格之通信裝置。換言之，圖1所示之通信系統係該新穎規格之通信機與先前規格之通信機混合存在之通信環境。
圖2係顯示可適用空間分割多重存取而進行複數使用者之多路化之通信裝置之構成例。圖1所示之通信系統中，係將對應於作為無線基地台而動作之通信站STA0，或作為終端局而動作之通信站STA1~STA3中一部份之空間分割多重存取者，具備圖2所示之構成，且設為按照新穎規格進行通信動作者。
圖示通信裝置係以連接分別具備天線元件21-1、21-2、…21-N之N根收發分支20-1、20-2、…20-N、與各收發分支20-1、20-2、…20-N，進行收發資料之處理之資料處理部25所構成(其中，N係2以上之整數)。該等複數之天線元件21-1、21-2、…21-N藉由乘上適當的適應式陣列天線 之權重，可作為適應式陣列天線發揮功能。作為無線基地台之通信站STA0係進行根據適應式陣列天線之空間分割多重存取，但藉由持有較多天線元件，可利用多路連接而提高可收納之終端局台數。
各收發分支20-1、20-2、…、20-N內，各天線元件21-1、21-2、…、21-N係經由共用器22-1、22-2、…、22-N，而連接於發送處理部23-1、23-2、…、23-N以及接收處理部24-1、24-2、…、24-N。
當資料處理部25根據來自上位層應用之發送要求而產生發送資料時，將分配於各收發分支20-1、20-2、…、20-N。另，通信裝置作為無線基地台而動作之STA0之情形下，當資料處理部25根據來自上位層應用之發送要求，產生複數使用者即到達至各通信站STA1、STA2、STA3之發送資料時，係乘算各收發分支之適應式陣列天線之發送權重且進行空間分離後，分配於各收發分支20-1、20-2、…、20-N。其中，此處所言之發送時之「空間分離」，僅意味著就同時發送訊框之各使用者空間分離之使用者分離。
各發送處理部23-1、23-2、…、23-N對於從資料處理部25供給之數位基頻發送信號實施碼化、調制等特定之信號處理後進行D/A轉換，進而進行往RF(Radio Frequency)信號之升頻轉換、功率放大。然後，將該發送信號RF信號經由共用器22-1、22-2、…、22-N供給於天線元件21-1、21-2、…、21-N，向空中放出。
另一方面，各接收處理部24-1、24-2、…、24-N，當經 由共用器22-1、22-2、…、22-N被供給來自天線元件21-1、21-2、…、21-N之RF接收信號時，低噪音放大後向類比基頻信號降頻轉換，其後進行D/A轉換，進而施以特定解碼、解調等特定之信號處理。
資料處理部25對於從各接收處理部24-1、24-2、…、24-N輸入之數位接收信號，分別乘算適應式陣列天線之接收權重並將其空間分離，當再現各使用者即來自各通信站STA1、STA2、STA3之發送資料時，交付至上位層應用。其中，此處所言之接收時之「空間分離」，包含對同時發送訊框之每個使用者進行空間分離之使用者分離，與將空間多路化之MIMO通道分離成原來之複數分流之通道分離兩種意思。
此處，有關資料處理部25，係控制各發送處理部23-1、23-2、…、23-N及各接收處理部24-1、24-2、…、24-N，以便複數之天線元件21-1、21-2、…、21-N為使適應式陣列天線發揮功能，而對於分配於各收發分支20-1、20-2、…、20-N之發送資料乘上適應式陣列天線之發送權重，且對於來自各收發分支20-1、20-2、…、20-N之接收資料乘上適應式陣列天線之接收權重。另，資料處理部25係在與各通信站STA1、STA2、STA3之空間分割多重存取前，預先學習適應式陣列天線之權重。例如對於包含從各通信對方STA1~STA3接收之已知順序之訓練信號(後述)，使用RLS(Recursive Least Square，遞回最小平方)等特定之適應性算法，可進行適應式陣列天線之權重的學習。
資料處理部25係執行於例如圖1所示之通信系統中安裝之媒介存取控制(Media Access Control：MAC)方式之通信協定之各層的處理。另，各收發分支20-1、20-2、…、20-N例如係執行相當於PHY層之處理。
再者，作為終端局之通信站STA1、STA2、STA3，具備複數天線且進行根據適應式陣列天線之空間分割多重存取，但僅在接收時進行使用者分離，不進行發送時之使用者分離即不進行發送訊框之多路化，因此無需安裝如無線基地台般之天線支數。
另，圖3係顯示不適用空間分割多重存取、基於IEEE 802.11a等先前規格之通信裝置之構成例。於圖1所示之通信系統中，作為終端局而動作之通信站STA1~STA3中具備圖3所示之構成，亦存在僅按照先前規格進行通信動作之通信裝置。
圖示之通信裝置係由具備天線元件31之收發分支30、及與該收發分支30連接且進行收發資料之處理之資料處理部35所構成。另，收發分支30內，天線元件31係經由共用器32而與發送處理部33及接收處理部34連接。
資料處理部35係因應來自上位層應用之發送要求而產生發送資料，並向收發分支30輸出。發送處理部33對數位基頻發送信號實施碼化、調制等特定之信號處理後，進行D/A轉換，進而進行往RF信號升頻轉換、功率放大。然後，將該發送RF信號經由共用器32供給於天線元件31，並向空中放出。
另一方面，接收處理部34中，當經由共用器32被供給來自天線元件31之RF接收信號時，於低噪音放大後向類比基頻信號降頻轉換，其後進行D/A轉換，進而實施特定解碼、解調等特定之信號處理。資料處理部35由從接收處理部34輸入之數位接收信號再現原來的發送資料，交付至上位層應用。
圖1所示之通信系統中，作為無線基地台之STA0係對複數支天線元件21-1、21-2、…、21-N乘上適應式陣列天線之權重，而作為適應式陣列天線發揮功能，可形成對於各通信站STA1~STA3之指向性。其結果，可將空間軸上之無線資料分離至每個使用者，且可將到達至各通信站STA1~STA3之複數之訊框多路化而同時發送。另，STA0係作為適應式陣列天線而發揮功能，藉此可於空間軸上將從各通信站STA1~STA3同時發送之各訊框依每個使用者而加以分離，並進行接收處理。
然而，如圖1所示之通信系統，於同一時間上從各終端局向無線基地台進行上鏈(UL)存取時，由於終端局間之延遲時間差，會於同一時間上發送往無線基地台之訊框時有產生使用者間干擾之問題。因此，無法預期利用空間分割多重存取之流量提高效果。
此處，圖4係說明於無線基地台與終端局間進行無線通信時產生延遲時間之情況。延遲時間差係起因於因終端局對無線基地台之相對位置關係之傳播延遲及時鐘精度等之於終端局固有之誤差。
傳播延遲主要係由於2個通信裝置間之物理距離而產生者。除直線距離外，亦認為係由於電波反射或散射，而使傳播距離改變。
另，終端局固有之誤差主要係由於終端局所持之主時鐘之精度而產生者。例如，進行從接收某訊框隔開固定訊框間隔而發送訊框之動作時，計算固定訊框間隔之時鐘產生偏差，會導致所有終端局將不再持有同一訊框間隔。
IEEE 802.11規格中，作為收發之訊框間隔的精度，允許有±900毫微秒之誤差。
因此，本實施形態之通信系統，係進行無線基地台與終端局間之訊框交換、根據無線基地台之延遲時間之推定、從無線基地台向終端局之延遲時間之通知。因此，各終端局藉由一面考慮相互之延遲時間差一面進行向無線基地台發送上鏈訊框之時序調整，可減輕無線基地台之使用者間干擾。
圖5係顯示於無線基地台(AP)與終端局(MT)間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序調整之通信順序例。
首先，無線基地台對於成為推定對象之終端局發送成為延遲時間推定之基準之訊框。圖示之例中，基準訊框係使用空白訊框。空白訊框在IEEE 802.11中亦有定義，接收空白訊框之通信站係被規定要回訊ACK。但，本發明之要旨並非限定於使用空白訊框之情形。
終端局在接收該基準訊框後，經過固定之訊框間隔後， 將應答訊框發送至無線基地台。較好該訊框間隔在無線基地台與終端局間為已知。且訊框間隔以儘可能短較佳。例如可有效使用以IEEE 802.11之SIFS(Short Inter Frame Space，短訊框間隔)定義之訊框間隔。
若無線基地台從終端局接收到應答訊框，則將基於從本局發送基準訊框後直至接收應答訊框為止之所需時間，來推定終端局之延遲時間。此處，藉由利用上述已知之訊框間隔SIFS可更高精度地進行推定。圖示之例中，從訊框往復傳送時間減去空白訊框之訊框長與訊框間隔之值成為延遲時間。
接著，無線基地台將用以通知關於推定之延遲時間之資訊的訊框發送至終端局。該通知訊框亦可一併發送推定之延遲時間以外之資訊。其後，終端局接收通知訊框後會回訊應答訊框。
其後，終端局基於從無線基地台通知之延遲時間資訊，調整自身之發送時序，並對無線基地台發送資料、訊框。其後，無線基地台接收資料．訊框後會向終端局回訊應答訊框。
圖6係顯示於無線基地台(AP)與終端局(MT)間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序調整之通信順序之另一例。圖示之通信順序之例中，係以無線基地台發送之信標訊框(B)為基準而進行延遲時間之推定，再利用其後進行之RTS/CTS交握進行向終端局之延遲時間資訊之通知。
首先，無線基地台對於成為推定對象之終端局發送成為延遲時間推定之基準之訊框。圖示之例中，基準訊框係使用信標訊框(B)，但本發明之要旨並非限定於使用信標訊框之情形。
終端局接收信標訊框後，經過任意之等待時間後，將應答訊框發送至無線基地台。圖示之例中，應答訊框係終端局對無線基地台要求開始發送資料．訊框之要求開始發送(RTS：Request To Send)。較佳為，終端局係記載於該RTS訊框中接收信標訊框後之上述等待時間之資訊等，並向無線基地台通知上述等待時間。另，訊框間隔以儘可能短較佳。
當無線基地台從終端局接收RTS訊框後，將基於本局發送作為基準訊框之信標訊框後直至接收RTS訊框為止之所需時間，推定終端局之延遲時間。此處，利用經由RTS訊框通知之等待時間可實現更高精度之推定。圖示之例中，從訊框之往復傳送時間減去信標訊框之訊框長度與等待時間之值成為延遲時間。
接著，無線基地台從完成接收RTS訊框且經過特定之訊框間隔SIFS後，回訊通知確認資料．訊框之發送開始之發送確認(CTS：Clear To Send)訊框。此時，無線基地台藉由將關於所推定之延遲時間之資訊包含於CTS訊框中，而將CTS訊框作為通知訊框通知至終端局。
當終端局接收CTS訊框時，除了無線基地台發送確認以外且可識別延遲時間。其後，終端局基於從無線基地台通 知之延遲時間資訊而調整自身的發送時序，向無線基地台發送資料．訊框。所被期待的是，無線基地台在終端局結束接收CTS訊框且經過特定之訊框間隔SIFS後，開始發送資料．訊框。因此，終端局有必要考慮延遲時間，調整發送時序以使無線基地台在接收等待狀態下資料．訊框可送達。
無線基地台完成接收來自終端局之資料．訊框時，在經過特定之訊框間隔SIFS後，回訊ACK訊框。
圖7係顯示於無線基地台(AP)與終端局(MT)間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序之調整之通信順序之再另一例。圖示之通信順序例中，從終端局開始之RTS/CTS交握，以從無線基地台回訊之CTS訊框為基準進行延遲時間之推定，且利用該RTS/CTS交握進行向終端局之延遲時間資訊之通知。
終端局事先進行物理載波感測確認媒介清空，進而進行延後後，對無線基地台發送RTS訊框。
無線基地台結束從終端局接收RTS訊框後，經過特定之訊框間隔SIFS後，回訊成為延遲時間推定之基準之CTS訊框。圖示之例中，基準訊框係使用CTS訊框，但本發明之要旨並非限定於使用CTS訊框之情形。
終端局結束接收CTS訊框至經過特定訊框間隔SIFS後，發送到無線基地台之資料．訊框。
無線基地台自終端局接收資料．訊框後，基於本局發送作為基準訊框之CTS訊框後直至接收資料．訊框為止之所 需時間，推定終端局之延遲時間。此處，利用上述已知的訊框間隔SIFS可實現更高精度的推定。圖示之例中，從訊框之往復傳送時間減去CTS訊框之訊框長度與訊框間隔SIFS之值成為延遲時間。
接著，無線基地台結束接收資料．訊框且經過特定之訊框間隔SIFS後，回訊通知已接收資料．訊框之確認應答(ACK)訊框。此時，無線基地台藉由將關於所推定之延遲時間之資訊含於ACK訊框中，使ACK訊框作為通知訊框而通知至終端局。
由圖5至圖7所示之通信順序例，根據本發明可理解，使用任意訊框可有效進行延遲時間之推定、延遲時間之通知、發送時序之調整。
再者，無線基地台不論以任一訊框作為基準訊框使用，都需要正確認識成為對象之終端局針對基準訊框直至回訊應答訊框為止之訊框間隔或等待時間。
圖8係顯示以無線基地台(AP)與複數終端局(STA1、STA2)構成之通信系統中，進行延遲時間之推定、延遲時間之通知、發送時序之調整之通信順序例。
無線基地台可個別進行各終端局之延遲時間之推定處理，亦可同時進行該處理。圖8所示之例中，無線基地台係針對每個終端局進行如圖5所示之基準訊框之發送與應答訊框之接收之順序，針對各終端個別實施延遲時間之推定處理。
另，無線基地台可個別進行針對各終端局之延遲時間資 訊之通知，亦可同時進行。圖8所示之例中，無線基地台係對於在同一時間上多路化而向各終端局(STA1、STA2)發送之RTS訊框記載各延遲時間資訊，且同時進行通知。此時之RTS訊框兼發揮作為通知訊框之作用。
此處，較佳為，無線基地台在複數之終端局於上鏈共用同一時間時，係製作且通知各終端局之延遲時間資訊，以從各終端局發送之訊框同時到達無線基地台。此時，亦可以落於某一誤差範圍內之方式產生、通知延遲時間資訊。例如，利用OFDM時可鑑於保護間隔長度而產生延遲時間資訊。
其後，無線基地台利用RTS/CTS交握而於同一時間上進行向複數終端局(STA1、STA2)多路發送資料．訊框。
無線基地台事先進行物理載波感測確認媒介清空，進而進行延後後，向各終端局(STA1、STA2)分別發送RTS訊框。
無線基地台結束發送RTS訊框且經過特定之訊框間隔SIFS後，等待接收來自各終端局(STA1、STA2)之CTS訊框。與此相對，各終端局(STA1、STA2)考慮自身之延遲時間，調整發送時序，以使無線基地台在等待接收狀態下CTS訊框可到達。
藉由調整發送時序，將分別來自各終端局(STA1、STA2)之CTS訊框收納於保護間隔內。因此，無線基地台可一面抑制使用者干擾一面分離多路化之CTS訊框。
其後，無線基地台於同一時間上對可接收CTS訊框之各 終端局多路發送資料．訊框，且使各終端局(STA1、STA2)對其予以接收。
另，圖示之例中，無線基地台允許以送往各終端局(STA1、STA2)之資料．訊框，發送RDG(Reverse Direction Grant，反向許可)即向無線基地台之上鏈訊框。因此，各終端局(STA1、STA2)在結束接收下鏈之資料．訊框後繼續分別開始向無線基地台發送上鏈之資料．訊框。此時，各終端局(STA1、STA2)考慮自身之延遲時間，調整發送時序，以使無線基地台在等待接收狀態下資料．訊框可到達。
藉由調整發送時序，將分別來自各終端局(STA1、STA2)之CTS訊框收納於保護間隔內。因此無線基地台可一面抑制使用者干擾一面分離多路化之CTS訊框。其後，無線基地台結束接收來自各終端局(STA1、STA2)之資料．訊框後，經過特定之訊框間隔SIFS後，回訊ACK訊框。
圖9係以流程圖之形式顯示用以將圖2所示之通信裝置在例如圖5至圖8所示之通信順序例中作為無線基地台動作，且推定通信對方之延遲時間並通知的處理順序。
通信裝置在發送基準訊框後，接收來自通信對方之應答訊框(步驟S1)。通信對方結束接收基準訊框至開始發送應答訊框為止之訊框間隔或等待時間，對於通信裝置而言為已知，或透過該應答訊框等而由通信對方通知。
接著，通信裝置基於本局發送基準訊框至接收應答訊框為止之所需時間，推定通信對方所持之延遲時間(步驟 S2)。通信裝置將所推定之延遲時間與通信對方賦予對應性並記憶之，或將預先已記憶之延遲時間更新為步驟S2中推定者(步驟S3)。
接著，當通信裝置產生關於通信對方之延遲時間之資訊(步驟S4)後，將以後續到達至通信對方之訊框通知該資訊(步驟S5)。
根據圖9所示之處理順序，通信裝置從訊框收發間隔推定延遲時間後，可重新產生有關實際向通信對方通知之延遲時間之資訊。關於該延遲時間之資訊，例如可以延遲時間之絕對時間表示，亦可以距離目前狀態之相對時間表示。通信裝置在產生關於延遲時間之資訊時，可鑑於系統參數而產生。例如可鑑於系統之信號帶寬決定通知之資訊的時間分辨能力。
另，圖10係以流程圖之形式顯示用以將圖2所示之通信裝置在例如圖5至圖8所示之通信順序例中作為無線基地台動作，且推定通信對方之延遲時間並通知的處理順序的另一例。該處理順序中，通信裝置在產生有關延遲時間之資訊時，係使用條件控制應產生之資訊。
通信裝置在發送基準訊框後，接收來自通信對方之應答訊框(步驟S11)。通信對方結束接收基準訊框至開始發送應答訊框為止之訊框間隔或等待時間，對通信裝置而言為已知，或透過該應答訊框等由通信對方通知。
接著，通信裝置基於本局發送基準訊框至接收應答訊框為止之所需時間，推定通信對方所持之延遲時間(步驟 S2)。通信裝置將所推定之延遲時間與通信對方賦予對應性並記憶之，或將預先已記憶之延遲時間更新為步驟S12中推定者(步驟S13)。
接著，通信裝置檢查所推定之延遲時間是否超過特定臨限值(步驟S14)。
在步驟S12中所推定之延遲時間未超過特定臨限值之情形下(步驟S14之「否」)，可推定來自通信對方之訊框的延遲時間係在保護間隔內，不會成為使用者間干擾之原因。因此，通信裝置決定不向通信對方通知延遲時間之資訊(步驟S15)，結束本處理所有例行處理。
另一方面，在步驟S12中推定之延遲時間超過特定臨限值之情形下(步驟S14之「是」)，可推定來自通信對方之訊框的延遲時間超過保護間隔，會成為使用者間干擾之原因。該情形下，為進行發送時序之調整，必須向通信對方通知延遲時間。因此，通信裝置在產生關於通信對方之延遲時間的資訊(步驟S16)後，係以後續之往通信對方之訊框通知該資訊(步驟S17)。
圖10所示之處理順序中，在所推定之延遲時間在特定臨限值以下時，通信裝置係判斷不進行延遲時間之通知。關於臨限值，可替換成對應複數之位準產生之資訊。
無論實施何種處理順序，作為無線基地台及終端局動作之各通信裝置皆可事先記憶所推定之延遲時間資訊或所通知之延遲時間資訊。另，藉由重複延遲時間之推定與通知，可逐次更新所記憶之資訊。又，亦可鑑於記憶之資訊 產生延遲時間之資訊。
如此，根據本實施形態之通信系統，進行無線基地台與終端局之訊框交換、利用無線基地台之延遲時間之推定、從無線基地台向終端局之延遲時間之通知，各終端局一面考慮相互之延遲時間差一面進行向無線基地台發送上鏈訊框，因此可減輕無線基地台之使用者間干擾，且有助於提高進行空間分割多重存取之系統之流量。
[產業上之可利用性]
以上係參照特定之實施形態詳細說明本發明。但相關領域技術人員應了解在不脫離本發明主旨之範圍內可對該實施形態進行修正或代用。
本說明書係以實現1Gbps之超高流量為目標，適用於IEEE 802.11ac般之新穎的無線LAN規格之實施形態為中心進行說明，但本發明之內容不限於此。例如對複數使用者共有空間軸上之無線資源之其他無線LAN系統，或LAN以外之各種無線系統，皆可同樣適用本發明。
本發明之適用範圍不限於空間分割多重存取之系統，無線基地台控制終端局之發送時刻(或控制通信對方之發送時刻)所需要之無線LAN或其他通信系統亦同樣適用。
總之，以上係以例示之形態揭示本發明，不應限定解釋本說明書之記載內容。為判斷本發明之要旨，應參酌申請專利範圍。
20-1、20-2‧‧‧收發分支
21-1、21-2‧‧‧天線元件
22-1、22-2‧‧‧共用器
23-1、23-2‧‧‧發送處理部
24-1、24-2‧‧‧接收處理部
25‧‧‧資料處理部
30‧‧‧收發分支
31‧‧‧天線元件
32‧‧‧共用器
33‧‧‧發送處理部
34‧‧‧接收處理部
35‧‧‧資料處理部
圖1係模式地顯示本發明之一實施形態之通信系統之構 成之圖；圖2係顯示可適用空間分割多重存取，進行複數使用者之多路傳輸之通信裝置之構成例之圖；圖3係顯示不適用空間分割多重存取，而係依據IEEE 802.11a等先前規格之通信裝置之構成例之圖；圖4係用以說明無線通信時產生之延遲時間之圖；圖5係顯示於無線基地台與終端局間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序之調整之通信順序例之圖；圖6係顯示於無線基地台與終端局間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序之調整之通信順序之另一例之圖；圖7係顯示於無線基地台與終端局間進行延遲時間推定、延遲時間通知、及發送時序之調整之通信順序之又另一例之圖；圖8係顯示在以無線基地台(AP)與複數之終端局(STA1、STA2)構成之通信系統中，進行延遲時間推定、延遲時間之通知、及發送時序之調整之通信順序例之圖；圖9係顯示用以推定通信對方之延遲時間並通知之處理順序之流程圖；及圖10係顯示用以推定通信對方之延遲時間並通知之處理順序之另一例之流程圖。
ACK‧‧‧確認應答
AP‧‧‧無線基地台
CTS‧‧‧發送確認
RTS‧‧‧要求開始發送
SIFS‧‧‧短訊框間隔
STA1、STA2‧‧‧終端局

Claims (17)

  1. 一種通信裝置，其包含：通信部，其係可操作為發送基準訊框及接收應答訊框，該應答訊框係應答經發送之上述基準訊框者；及資料處理部，其係可操作為根據從對通信對方發送前述基準訊框至接收自前述通信對方提供之前述應答訊框之期間，推定前述通信對方之延遲時間；其中當在前述通信對方接收前述基準訊框後經過了特定訊框間隔時，前述通信對方開始前述應答訊框之發送；且前述資料處理部係根據前述期間及前述特定訊框間隔來推定前述通信對方之前述延遲時間。
  2. 如請求項1之通信裝置，其中當前述基準訊框之接收完成後經過了任意之等待時間時，前述通信對方開始發送含有等待時間之資訊的前述應答訊框；且前述資料處理部係根據前述期間與從前述應答訊框取得之前述等待時間，而推定前述通信對方之延遲時間。
  3. 如請求項1之通信裝置，其中前述通信部係包含可加權作為適應式陣列天線發揮功能之複數個天線元件，且於同一時間上多路(multiplex)發送複數之訊框，並於同一時間上接收從複數之通信對方發送而來之複數之訊框。
  4. 如請求項3之通信裝置，其中前述通信部係向前述複數之通信對方發送前述基準訊框；且 前述資料處理部係基於直至從前述複數之通信對方之各個接收以在時間軸上至少一部份重合之方式而回應之各個前述應答訊框為止的期間，而推定前述複數之通信對方各者之延遲時間。
  5. 如請求項1之通信裝置，其中前述資料處理部係記憶所推定之上述延遲時間之資訊，或更新已記憶之延遲時間之資訊。
  6. 如請求項1之通信裝置，其中前述資料處理部，係決定關於前述所推定之延遲時間之資訊，且產生含有關於前述延遲時間之資訊之通知訊框；前述通信部係向前述通信對方發送前述通知訊框。
  7. 如請求項6之通信裝置，其中前述資料處理部係基於比較前述所推定之延遲時間與特定臨限值之結果，決定關於前述延遲時間之資訊。
  8. 如請求項6之通信裝置，其中前述通信部係向前述複數之通信對方發送前述基準訊框；前述資料處理部係針對前述複數之通信對方之各者，決定關於前述延遲時間之資訊，且產生通知訊框；前述通信部係於同一時間上，發送針對前述複數之通信對方的各通知訊框。
  9. 如請求項1之通信裝置，其中前述延遲時間係藉由自前述基準訊框於前述通信裝置 與通信對方之間的往復傳送時間減去前述基準訊框之訊框長度及前述特定訊框間隔而計算者，前述通信對方係於前述特定訊框間隔後發送前述應答訊框。
  10. 如請求項1之通信裝置，其中前述資料處理部於空間軸上將自複數之通信對方接收到之複數之多路化之訊框加以分離(Divide)。
  11. 如請求項1之通信裝置，其中前述通信對方係於下鏈資料訊框(downlink data frame)之接收完成後，且該通信裝置允許對該通信裝置之上鏈訊框(uplink frame)之傳送時，開始對該通信裝置之前述上鏈訊框之傳送。
  12. 一種通信裝置，其包含：通信部，其係可操作為接收從通信對方發送之通知訊框；及資料處理部，其係可操作為從前述通知訊框獲取該資料處理部之延遲時間的資訊；且前述通信部係基於前述延遲時間之前述資訊而控制發送時序，其中前述資料處理部之前述延遲時間係根據基準訊框於前述通信對方與該通信裝置之間的往復傳送時間及前述基準訊框之訊框長度來推定，且前述往復傳送時間包含在前述通訊裝置接收前述基準訊框後所經過的特定訊框間隔。
  13. 一種通信方法，其包含：向通信對方發送基準訊框之步驟；基於至接收發送自前述通信對方之應答前述發送之基 準訊框的應答訊框為止之期間，來推定前述通信對方之延遲時間之步驟，其中當在前述通信對方接收前述基準訊框後經過了特定訊框間隔時，前述通信對方開始前述應答訊框之發送，且其中根據前述期間及前述特定訊框間隔來推定前述通信對方之前述延遲時間；決定關於前述所推定之延遲時間之資訊，且產生含有關於所推定之前述延遲時間之前述資訊的通知訊框之步驟；及向前述通信對方發送前述通知訊框之步驟。
  14. 一種通信方法，其包含於通信裝置中進行：接收從通信對方發送之通知訊框之步驟；從前述通知訊框獲取關於前述通信裝置之延遲時間之資訊之步驟；及基於關於前述延遲時間之前述資訊，控制發送時序之步驟，其中基於基準訊框於前述通信對方與前述通信裝置之間的往復傳送時間及前述基準訊框之訊框長度來推定前述延遲時間，且前述往復傳送時間包含在前述通訊裝置接收前述基準訊框後所經過的特定訊框間隔。
  15. 一種電腦程式，其包含至少一程式碼區段，該程式碼區段可由電腦執行以使前述電腦執行以下步驟：發送基準訊框及接收應答訊框，該應答訊框係應答經發送之上述基準訊框者；根據從對通信對方發送前述基準訊框至接收自前述通信對方提供之前述應答訊框之期間，推定前述通信對方 之延遲時間，其中當在前述通信對方接收前述基準訊框後經過了特定訊框間隔時，前述通信對方開始前述應答訊框之發送，且前述通信對方之前述延遲時間係根據前述期間及前述特定訊框間隔來推定。
  16. 一種電腦程式，其包含至少一程式碼區段，該程式碼區段可由電腦執行以使前述電腦執行步驟，該等步驟包含於通信裝置中進行：接收從通信對方發送之通知訊框；從前述通知訊框獲取與前述通信裝置之資料處理部之延遲時間相關之資訊；及基於關於前述延遲時間之前述資訊，控制發送時序，其中基於基準訊框於前述通信對方與前述通信裝置之間的往復傳送時間及前述基準訊框之訊框長度來推定前述資料處理部之前述延遲時間，且前述往復傳送時間包含在前述通訊裝置接收前述基準訊框後所經過的特定訊框間隔。
  17. 一種通信系統，其包含：第1通信裝置，其可操作為：根據從對通信對方發送基準訊框至接收自前述通信對方提供之應答訊框的期間，來推定前述通信對方之延遲時間，其中當在前述通信對方接收前述基準訊框後經過了特定訊框間隔時，前述通信對方開始前述應答訊框之發送，且前述第1通信裝置係根據前述期間及前述特定 訊框間隔來推定前述通信對方之前述延遲時間；及傳送包含關於前述延遲時間之資訊的通知訊框至前述通信對方；及複數之第2通信裝置，其各個可操作為：回傳應答訊框以應答前述基準訊框之接收；且基於前述通知訊框所含之關於前述延遲時間之前述資訊，控制發送至前述第1通信裝置之訊框之發送時序。
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