CN102334356A - 通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统 - Google Patents

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Abstract

可以实现使用毫米波的指向性通信，同时可以增加被允许同时执行通信的通信台站的数目，从而提高整个系统的吞吐量。通信装置在接收到去往另外台站的RTS或CTS时，在将接收功率表现出最大值时的波束方向存储为停止确立方向之后确立发送停止区间。在发送停止区间期间，仅当帧发送目的地的方向与停止确立方向分开时，通信装置才通过使发送波束指向帧发送目的地来执行帧发送。任何隐藏终端不会不必要地停止其帧发送操作并且不会违背请求确立发送停止区间的意图。

Description

通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统
技术领域
本发明涉及利用例如毫米波执行无线通信的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统，更具体而言涉及延伸毫米波的通信距离并且使指向性天线(directional antenna)的波束指向通信对方的位置的通信装置、通信方法、计算机程序和通信系统。
背景技术
被称为“毫米波”通信的无线通信可利用高频电磁波来实现更高的通信速度。毫米波通信的主要应用的示例包括短距离的无线接入通信、图像传送系统、简易无线通信以及汽车防冲撞雷达。另外，目前，已执行了致力于诸如大容量和长距离传送的实现、无线装置的尺寸减小和成本的降低之类的使用促进的针对毫米波通信的技术开发。这里，毫米波的波长对应于10mm到1mm，并且频率对应于30GHz到300GHz。例如，在使用60GHz频带的无线通信中，由于可以以GHz为单位进行信道分配，所以可以执行很高速的数据通信。
与在无线LAN(局域网)技术等等中已经广泛流行的微波相比，毫米波具有较短的波长和较强的直线传播属性，并且可以传送很大量的信息。另一方面，由于毫米波由反射造成的衰减是强烈的，所以对于执行通信的无线路径，主要使用直接波和反射大约一次的波。另外，由于毫米波的传播损耗较大，所以毫米波具有无线电信号到达不了较远的地方的属性。
为了补偿毫米波的这种行进距离问题，考虑了一种方法，其中使发送器/接收器的天线具有指向性(directivity)，使其发送波束和接收波束指向通信对方所位于的方向来延伸通信距离。波束的指向性例如可以通过向发送器/接收器的每一个提供多个天线并且改变每个天线的发送权重或接收权重来控制。在毫米波中，由于不怎么使用反射波而直接波是重要的，所以波束形状的指向性是适当的，并且为了实现指向性使用尖锐的波束。然后，在学习了天线的最优指向性之后，可以执行毫米波无线通信。
例如，已提出了一种无线传送系统，其中，使用电力线通信、光通信和声波通信中的任何一种的通信的第二通信手段发送用于确定发送天线的指向性方向的信号，并且发送天线的方向被确定，然后，第一通信手段使用10GHz以上的无线电波在发送器/接收器之间执行无线传送(例如参见专利文献1)。
另外，利用天线的指向性来延伸通信距离的方法已被用在作为使用毫米波频带的无线PAN(mmWPAN：毫米波无线个人区域网络)的标准规范的IEEE 802.15.3c。
顺便说一下，在无线通信中，已知发生隐藏终端问题，使得存在其中通信台站不能相互直接通信的区域。由于在隐藏终端之间不能进行协商，所以有可能发送操作会相互冲突。作为解决隐藏终端问题的一种方法，可以给出“虚拟载波监听”。根据虚拟载波监听，隐藏终端预测介质被使用的时段，并且在该时段期间停止发送操作而不执行物理载波监听。具体而言，在用于请求发送停止的MAC(媒体访问控制)帧的头部中记载了预约介质的持续时间信息。接收到以另一台站为目的地的帧的周边台站预期介质在与该持续时间信息相对应的时段中被使用，并且设定网络分配向量(NAV)。
使用虚拟载波监听的信号发送/接收序列的代表性示例是RTS/CTS握手，并且被广泛用在诸如IEEE 802.11之类的无线LAN系统中。数据发送源的通信台站发送一发送开始请求帧RTS(请求发送)，并且响应于接收到来自数据发送目的地的通信台站的确认帧CTS(可以发送)而开始发送数据帧。
这里，RTS和CTS的每个控制帧具有在发送器/接收器之间确认数据传送的准备情形并且使得周围的隐藏终端不会妨碍数据传送的意义。当针对数据发送方(RTS发送台站)的隐藏终端接收到以另一台站为目的地的CTS时，隐藏终端基于其MAC头部中记载的持续时间信息来设定发送停止时段。结果，数据接收方(CTS发送台站)可以避免与该隐藏终端的发送帧的冲突，并且可以可靠地接收到数据帧。另外，针对数据接收方(CTS发送台站)的隐藏终端接收到以另一台站为目的地的RTS并且设定发送停止时段。
在使用毫米波频带的无线PAN标准IEEE 802.15.3c(以上所述)中，也采用了利用RTS/CTS握手的冲突避免过程。例如，仅对于数据帧使用发送/接收波束的波束形成，而诸如RTS、CTS和ACK之类的控制帧则作为全向帧被传送。然后，在通信装置的周围，执行使用RTS/CTS握手的信号发送/接收过程，并且当通信装置接收到不以其自身台站为目的地的RTS或CTS时，通信装置需要设定发送停止时段。
然而，在以上述方式使用发送波束的波束形成的毫米波通信装置的情况下，尽管通信装置存在于RTS或CTS能够到达的范围中，即使通信装置在发送停止时段内发送经波束形成的帧(经波束形成的分组)，取决于发送波束指向的方向(或者通信对方的位置的方向)，有时也不会妨碍RTS发送台站中或CTS发送台站中的信号发送/接收过程。
例如，在图11所示的指向性通信系统中，假定在RTS/CTS握手在STA_A与STA_B之间执行之后，STA_A正在通过使发送波束指向STA_B的方向来发送数据帧。另一方面，假定STA_B周围的STA_C想要向STA_D发送帧。此时，如果STA_C通过使发送波束指向STA_D的方向来发送帧，则STA_C不会妨碍STA_B的帧接收。然而，当STA_C接收到来自STA_B的CTS时，STA_C设定发送停止时段，从而抑制向STA_D发送帧的操作。
换言之，即使毫米波通信装置接收到不以其自身台站为目的地的RTS或CTS，只要应用了波束形成，毫米波通信装置就不需要停止帧发送操作。如果不顾这一点而不必要地停止帧发送操作，则会无用地减少系统中能够同时通信的通信台站的数目，从而引起整个系统的吞吐量减小。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.3544891
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种能够使指向性天线的波束指向通信对方所位于的方向并且能够延伸毫米波的通信距离的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
本发明的另一个目的是提供一种在通过使用发送/接收波束的波束形成利用毫米波实现高速数据通信的同时能够增加可以同时通信的通信台站的数目并且能够增大整个系统的吞吐量的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
本发明的另一个目的是提供一种在利用RTS/CTS握手避免冲突的同时利用毫米波实现具有指向性的高速数据通信并且能够增加可以同时通信的通信台站的数目以增大整个系统的吞吐量的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
本发明的另一个目的是提供一种能够利用毫米波执行具有指向性的通信并且即使接收到不以其自身台站为目的地的RTS或CTS也不会不必要地停止帧发送操作的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
技术方案
本申请是通过考虑上述问题而作出的。权利要求1中记载的本发明是一种通信装置，包括：
能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，
其中，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，存储发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向，并且设定发送停止时段，并且
其中，在发送停止时段内，根据停止设定者的方向来控制帧的发送。
本申请的发明中所说的“请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧”的具体示例包括其中包含有持续时间信息的RTS、CTS和数据帧。
另外，根据本申请的权利要求2中记载的发明，权利要求1中记载的通信装置被配置成使得：当帧发送目的地的方向与停止设定者的方向分开时，在发送停止时段内，通过使无线通信单元的发送波束指向帧发送目的地的方向来执行帧的发送。
另外，根据本申请的权利要求3中记载的发明，权利要求1中记载的通信装置被配置为还包括：功率计算单元，该功率计算单元计算当在多个波束方向的每一个上接收到帧时的接收电功率；以及确定单元，该确定单元确定该多个波束方向之中的接收电功率变成最大值时的波束方向，其中，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，发送停止请求帧的接收电功率变成最大值时的波束方向被存储为停止设定者的方向，并且设定发送停止时段。
另外，根据本申请的权利要求4中记载的发明，权利要求1中记载的通信装置被配置成使得：在发送停止时段内，通过使无线通信单元的发送波束指向与停止设定者的方向分开的分开方向来发送一发送开始请求帧(RTS：请求发送)，并且响应于接收到确认帧(CTS：可以发送)，通过使无线通信单元的发送波束指向该分开方向来发送数据帧。
另外，根据本申请的权利要求5中记载的发明，权利要求4中记载的通信装置被配置为还包括：功率计算单元，该功率计算单元计算当在多个波束方向的每一个上接收到帧时的接收电功率；以及确定单元，该确定单元确定多个波束方向之中的接收电功率变成最大值时的波束方向，其中，通过使无线通信单元的发送波束指向确认帧的接收电功率变成最大值时的波束方向来发送数据帧。
另外，权利要求6中记载的发明是一种通信装置中的通信方法，该通信装置包括能够根据具有不同方向上的多个波束型式并且使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，该通信方法包括：
当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，存储发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向的步骤；
响应于接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧，设定发送停止时段的步骤；以及
当在发送停止时段内生成帧发送请求时，根据停止设定者的方向来控制该发送请求帧的发送的步骤。
另外，权利要求7中记载的发明是一种以计算机可读格式编写的计算机程序，用于使得通信装置中的通信处理在计算机中被执行，该通信装置包括能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，该计算机程序使得计算机充当：
存储单元，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，存储单元存储发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向；
发送停止时段设定单元，响应于接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧，发送停止时段设定单元设定发送停止时段；以及
控制单元，当在发送停止时段内生成帧发送请求时，控制单元根据停止设定者方向来控制该发送请求帧的发送。
本申请的权利要求7中记载的计算机程序是这样的：以计算机可读格式编写的计算机程序被限定为在计算机中实现预定的处理。换言之，通过将本申请的权利要求7中记载的计算机程序安装到计算机中，在计算机中展示出协调的操作，并且可以获得与本申请的权利要求1中记载的通信装置相同的操作效果。
另外，本申请的权利要求8中记载的发明是一种通信系统，包括：
周边通信装置，该周边通信装置发送请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧；
数据发送方通信装置，该数据发送方通信装置包括能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，响应于从周边通信装置接收到发送停止请求帧而设定发送停止时段，并且在发送停止时段内根据周边通信装置所位于的停止设定者的方向来控制帧的发送；以及
作为来自数据发送方通信装置的帧的发送目的地的数据接收方通信装置。
注意，这里所说的“系统”指的是多个设备(或实现特定功能的功能模块)的逻辑集合，而每个设备和功能模块是否在单个壳体内并不特别要紧。
有利效果
根据本发明，可以提供一种能够使指向性天线的波束指向通信对方所位于的方向并且能够延伸毫米波的通信距离的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
另外，根据本发明，可以提供一种通过使用发送/接收波束的波束形成利用毫米波实现高速数据通信并且能够增加可以同时通信的通信台站的数目以增大整个系统的吞吐量的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
另外，根据本发明，可以提供一种在利用RTS/CTS握手避免冲突的同时利用毫米波实现具有指向性的高速数据通信并且能够增加可以同时通信的通信台站的数目以增大整个系统的吞吐量的优良通信装置、优良通信方法、优良计算机程序和优良通信系统。
根据本申请的权利要求1、6、7和8中记载的发明，当通信装置接收到发送停止请求帧时，通信装置存储接收电功率变成最大值时的波束方向作为停止设定者的方向并且设定发送停止时段，并且当在发送停止时段内生成帧发送请求时，通信装置可控制该发送请求帧的发送。因此，即使在发送停止时段内，通信装置也可利用毫米波执行指向性通信，而不会不必要地停止帧发送操作。结果，从系统的整体来看，可以同时通信的通信台站的数目增加了，并且吞吐量增大了。
另外，根据本申请的权利要求2中记载的发明，通信装置在发送停止时段内仅在帧发送目的地的方向与停止设定者方向分开时才通过使发送波束指向帧发送目的地来执行帧的发送。因此，尽管没有不必要地停止帧发送操作，通信装置也不会违背请求设定发送停止时段的意图，因为没有妨碍执行RTS/CTS握手的周边台站的信号发送/接收。
另外，根据本申请的权利要求3中记载的发明，通信装置使用发送停止请求帧的接收电功率变成最大值时的波束方向作为停止设定者方向，从而即使在发送停止时段内也可以通过使发送波束指向在与停止设定者方向分开的方向上的通信对方来发送帧。
另外，根据本申请的权利要求4和5中记载的发明，通信装置被配置为即使当作为帧的发送目的地的通信对方的位置的方向未知时也通过使发送波束指向与停止设定者方向分开的分开方向来发送RTS。因此，当能够成功接收到CTS时，可以确认帧的发送目的地存在于该分开方向上。另外，可以通过使发送波束指向该分开方向来发送数据帧。
从对本发明的实施例(下文中将描述)的以下详细描述和附图中将清楚本发明的其他目的、特征和优点。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明实施例的毫米波无线通信系统的配置示例。
图2图示了通信装置100的配置示例。
图3图示了数字单元180的内部配置示例。
图4图示了通信装置100通过发送波束处理单元185对发送波束的波束形成可以形成的发送波束型式(beam pattern)的示例。
图5图示了用于学习最优波束方向的波束学习信号的信号格式的示例。
图6图示了指向性通信系统的配置示例，其中隐藏终端使发送波束指向的方向与停止设定者方向不同。
图7图示了指向性通信系统的配置示例，其中隐藏终端使发送波束指向的方向与停止设定者方向相同。
图8是图示出当通信装置100接收帧时执行的处理过程的流程图。
图9是图示出当通信装置100发送帧时执行的处理过程的流程图。
图10A图示出在如下情况中的信号发送/接收序列的示例：当STA_A和STA_B执行RTS/CTS握手时，针对STA_A的隐藏终端STA_C根据图8和图9操作。
图10B图示出在如下情况中的信号发送/接收序列的另一示例：当STA_A和STA_B执行RTS/CTS握手时，针对STA_A的隐藏终端STA_C根据图8和图9操作。
图11图示了指向性通信系统的配置示例，其中隐藏终端使发送波束指向的方向与停止设定者的方向不同。
图12图示了其中安装有模块化的通信装置100的信息设备的配置示例。
具体实施方式
以下将参考附图详细描述本发明的实施例。同时，毫米波的通信方案的示例包括在VHT(Very High Throughput，超高吞吐量)标准中使用的60GHz频带。然而，本发明的要旨并不限于具体的频率带。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的毫米波无线通信系统的配置示例。图中所示的无线通信系统由通信装置100和通信装置200构成。
通信装置100和200可以根据毫米波通信方案相互执行无线通信。在毫米波通信方案中，由于直线传播特性较强，并且反射时的衰减较大，所以更优选通过使发送波束和接收波束指向通信对方来接收无线电信号。
在图1所示的示例中，通信装置100包括多个天线160a至160n，用于根据毫米波通信方案来发送和接收无线电信号。然后，通过调整经由天线160a至160n的每一个发送的信号的权重，控制发送波束的指向性Bt。在图中所示的示例中，发送波束Bt指向充当通信对方的通信装置200的位置的方向。
另外，通信装置200包括多个天线260a至260n，用于根据毫米波通信方案来接收无线电信号。然后，通过调整经由天线260a至260n的每一个接收的信号的权重，控制接收波束的指向性Br。在图中所示的示例中，发送波束Br指向充当通信对方的通信装置100的位置的方向。
图2图示了通信装置100的配置示例。图中所示的通信装置100可作为宽带路由器或无线接入点工作。同时，虽然在图中没有示出，但也可以以类似的方式配置通信装置200。
通信装置100包括存储单元150、多个天线160a至160n以及无线通信单元170。无线通信单元170由模拟单元172、AD转换单元174、DA转换单元176、数字单元180和控制单元190构成。
多个天线160a至160n用于根据毫米波通信方案的无线通信。具体而言，天线160a至160n中的每一个利用毫米波发送已经历使用预定权重系数的加权的无线电信号。另外，天线160a至160n接收毫米波无线电信号并将其输出到模拟单元172。
模拟单元172通常相当于用于根据毫米波通信方案来发送和接收无线电信号的RF电路。即，模拟单元172对由天线160a至160n接收的多个相应接收信号执行低噪声放大并对接收信号进行降频转换，并且将其输出到后级的AD转换单元174。另外，模拟单元172对被DA转换单元176转换成相应模拟信号的多个发送信号进行升频转换以转换到RF频带，对信号进行功率放大，并将其输出到各个天线160a至160n。
AD转换单元174把从模拟单元172输入的多个模拟接收信号转换成相应的数字信号并将这些数字信号输出到后级的数字单元180。另外，DA转换单元176把从数字单元180输入的多个数字发送信号转换成相应的模拟信号，并将这些模拟信号输出到模拟单元172。
数字单元180通常由用于根据毫米波通信方案对接收信号进行解调和解码的电路和用于根据毫米波通信方案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的内部配置的示例。如图中所示，数字单元180由同步单元181、接收波束处理单元182、功率计算单元183、确定单元184、解调和解码单元185、编码和调制单元186以及发送波束处理单元187构成。
同步单元181基于帧的开头前导对由多个天线160a至160n接收的多个接收信号的接收处理的开始时间进行同步，并且将接收信号输出到接收波束处理单元182。
接收波束处理单元182根据例如均匀分布或泰勒(Taylor)分布对从同步单元181输入的多个接收信号执行加权处理，从而控制接收波束的指向性。然后，接收波束处理单元182把经加权的接收信号输出到功率计算单元183和解调和解码单元185。
当要学习最优发送/接收波束方向时，功率计算单元183计算在每个发送/接收波束方向上发送和接收的接收信号的接收电功率并将其顺序输出到确定单元184。然后，确定单元184基于从功率计算单元183输入的接收功率值来确定最优发送波束方向或最优接收波束方向。然后，用于指定所确定的波束方向的参数值通过控制单元190被存储在存储单元150中。这里所说的最优波束方向通常相当于如下波束方向：在该波束方向上，针对一个波束学习信号从功率计算单元183输入的一系列接收功率值变成最大值。
解调和解码单元185根据在毫米波通信方案中使用的任意调制方案和任意编码方案对经接收波束处理单元182加权的接收信号进行解调和解码，并且获得数据信号。然后，解调和解码单元185把所获得的数据信号输出到控制单元190。
编码和调制单元186根据在毫米波通信方案中使用的任意编码方案和任意调制方案对从控制单元190输入的数据信号进行编码和调制，并且生成发送信号。然后，编码和调制单元186把所生成的发送信号输出到发送波束处理单元187。
发送波束处理单元187根据从编码和调制单元186输入的发送信号生成根据例如均匀分布或泰勒分布加权的多个发送信号，并且控制发送波束的指向性。发送波束处理单元187使用的权重的值是由例如从控制单元190输入的波束形成信号来指定的。经发送波束处理单元187加权的多个发送信号被各自输出到DA转换单元176。
返回参考图2，将继续描述无线通信装置100的配置。控制单元190例如是利用诸如微处理器之类的计算设备构成的，并且控制无线通信单元170的整体操作。另外，控制单元190从存储单元150获得用于识别最优发送波束方向或接收波束方向的参数值，并且向数字单元180中的发送波束处理单元185输出波束形成信号，该波束形成信号用于指示向天线160a至160n中的每一个提供权重系数以形成基于参数值识别的波束方向。结果，形成了使得在无线通信装置100根据毫米波通信方案进行无线发送时发送波束或接收波束指向通信对方所位于的方向的最优波束型式。
图4示出了通信装置100根据发送波束处理单元185对发送波束的波束形成可形成的发送波束型式的示例。在该图中所示的示例中，通信装置100可形成十个发送波束型式Bt0至Bt9。发送波束型式Bt0至Bt9具有在通信装置100所位于的平面中相差36度的方向上的指向性。
发送波束处理单元185响应于来自控制单元190的波束形成信号，通过向天线160a至160n中的每一个提供权重系数，来形成这样的十个发送波束型式Bt0至Bt9之中的任何一个发送波束型式，从而可以发送指向性无线电信号。另外，通信装置100可形成的接收波束型式也可以是与图4中所示的发送波束Bt0至Bt9类似的波束型式。即，接收波束处理单元182响应于来自控制单元190的波束形成信号，通过向天线160a至160n中的每一个提供权重系数，来形成与这样的十个接收波束型式Br0至Br9中的任何一个(或者两个或更多个的组合)相匹配的接收波束型式，从而可以使得天线160a至160n接收根据毫米波通信方案的无线电信号。通信装置100的存储单元150预先存储有用于为天线160a至160n中的每一个识别权重系数以便分别形成这些发送/波束型式Bt0至Bt9和Br0至Br9的参数值。
同时，通信装置100可形成的发送波束型式和接收波束型式不限于图4中所示的示例。例如，多个天线160a至160n也可被配置成可以形成具有在三维空间中的各种方向上的指向性的发送波束型式或接收波束型式。
图5图示了用于学习最优波束方向的波束学习信号的信号格式的示例。然而，在该图中，省略了对头部部分的描述。图中所示的波束学习信号BTF(Beam Training Field，波束训练字段)是根据毫米波通信方案从通信对方所拥有的多个天线160a至160n发送的。波束学习信号BTF中携带的学习信号序列例如可以是BPSK(Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控)的随机型式。
图中所示的波束学习信号是以时间分割方式复用用于发送波束型式Bt0至Bt9中的每一个的学习信号序列。波束学习信号BTF由分别与图5中所示的发送波束型式Bt0至Bt9相对应的十个时隙T0至T9构成。然后，在时隙T0至T9的每一个中，顺序发送十种学习信号序列，其中对于预定的已知信号，按照用于形成发送波束型式Bt0至Bt9中的每一个的权重系数对天线160a至160n中的每一个加权。因此，对于时隙T0至T9中的每一个，波束学习信号的发送波束的指向性如图5中所示的发送波束型式Bt0至Bt9那样顺序地变化。
在接收到此波束学习信号BTF的接收方，顺序观测对于波束学习信号BTF的时隙T0至T9中的每一个(即对于每个学习信号序列)的接收信号的电功率水平。结果，接收信号的电功率水平在波束学习信号BTF的时隙之一中变成突出值。接收信号的电功率水平变成峰值的时隙根据相对于发送波束学习信号BTF的发送方的位置而变化。然后，与接收电功率水平变为峰值的时隙相对应的发送波束型式可被确定为对于发送方的最优发送波束型式。
另外，假定波束学习信号BTF的接收方能够形成与图4中所示的发送波束型式Bt0至Bt9相同的十个接收波束型式Br0至Br9。然后，波束学习信号BTF的时隙T0至T9中的每一个被以10为单位进一步划分成小区间ST0至ST9，并且在小区间ST0至ST9的每一个中以十种不同的接收波束型式Br0至Br9对接收信号进行加权处理。在图5所示的示例中，时隙T0的第一小区间ST0与接收波束型式Br0相关联，时隙T0的第二小区间ST1与接收波束型式Br1相关联，……，时隙T9的第一小区间ST0与接收波束型式Br0相关联，……。利用这样的接收波束形成处理，在一个波束学习信号BTF中，可以获得以十种发送波束型式×十种接收波束型式＝总共100种发送/接收波束型式发送和接收的接收信号。
图3中所示的功率计算单元183计算以上述的总共100种发送/接收波束型式发送和接收的接收信号的接收电功率的每一个，并将其顺序输出到确定单元184。然后，基于输入的接收功率值，确定单元184确定用于识别最优发送波束型式和接收波束型式的参数值。最优波束型式通常是这样的波束型式：在该波束型式中，针对一个波束学习信号从功率计算单元183输入的一系列接收功率值变成最大值。用于识别最优发送波束型式的参数值例如可以是波束学习信号BTF之一的时隙号码(T0至T9)。另外，用于识别最优接收波束型式的参数值例如可以是图5中所示的小区间号码(ST0至ST9)。确定单元184将以这种方式确定的参数值输出到控制单元190。另外，用于识别最优发送波束型式的参数值(T0至T9)可被反馈到波束学习信号BTF的发送方。然而，此反馈过程不与本发明的要旨直接有关，因此本说明书中省略对其的描述。
使用毫米波的无线通信系统可以通过使用多个发送和接收天线并且形成尖锐的天线指向性(即波束形状的天线指向性)来扩展通信范围。然而，如背景技术部分中已经描述的，当用虚拟载波监听来避免由隐藏终端问题导致的冲突时，接收以另一台站为目的地的帧的通信装置基于这个接收到的帧的MAC头部中记载的持续时间信息来设定发送停止时段。
这里，在设定了发送停止时段的通信装置利用发送波束的波束形成来执行毫米波通信的情况下，认为取决于发送波束所指向的方向，该通信装置可以在不妨碍RTS或CTS发送源执行的信号发送/接收过程的情况下向其通信对方发送指向性帧。
例如，在图11和图6所示的系统配置中，如果STA_C在接收到来自STA_B的以STA_A为目的地的CTS时通过使发送波束指向位于与STA_B不同的方向上的STA_D来发送帧，则STA_C不妨碍STA_B的帧接收。
对于像图11和图6中的STA_C那样的能够执行指向性通信而不会形成实际损害的通信装置，发送停止是不必要的发送停止。结果，系统中能够同时通信的通信台站的数目无用地减少了，从而担心整个系统的吞吐量减小。
另一方面，在图7所示的示例中，STA_C以类似的方式执行发送/接收波束的波束形成。由于该发送/接收波束与STA_A使发送波束指向作为通信对方的STA_B的方向(或者STA_B使接收波束指向作为通信对方的STA_A的方向)重叠，所以除非STA_B发送CTS以使得作为隐藏终端的STA_C设定发送停止时段，否则STA_B不能接收到来自STA_A的数据帧。
因此，在本发明的实施例中，在通信装置100接收到以另一台站为目的地的发送停止请求帧并且作为隐藏终端工作的情况下，通信装置100存储其接收电功率变成最大值时的波束方向作为停止设定者的方向，而且设定发送停止时段。当在发送停止时段中生成帧发送请求时，通信装置100根据停止设定者的方向来控制发送请求帧的发送。然而，这里所说的“发送停止请求帧”是其中记载了诸如持续时间信息之类的请求设定发送停止时段的企图的RTS、CTS、数据帧等等。
具体而言，在接收到发送停止请求帧之后设定的发送停止时段中，通信装置100仅在帧发送目的地的方向与停止设定者的方向分开时才通过使发送波束指向此帧发送目的地来执行帧的发送。因此，尽管作为隐藏终端的通信装置100不会不必要地停止帧发送操作，通信装置100也不会妨碍执行RTS/CTS握手的周边台站的信号发送和接收。从而，通信装置100不会违背请求设定发送停止时段的意图。
作为上述的结果，通信装置100本身可以高效地执行毫米波通信操作，而当从系统的总体来看时，可以同时通信的通信台站的数目增加了。从而，预期吞吐量会增大。
图8以流程图的形式图示了当通信装置100接收帧时的处理过程。然而，然而，假定帧是其中记载了请求设定诸如持续时间信息之类的发送停止时段的企图的发送停止请求帧。此处理过程例如是通过控制单元190执行预定的控制程序来实现的。
响应于通信装置100接收到帧而启动此处理过程(步骤S1)。首先，通信装置100确认接收帧是否是以其自身台站为目的地的(步骤S2)。
这里，当接收帧以其自身台站为目的地时(步骤S2中的“是”)，通信装置100不设定发送停止时段，并且继续对该帧执行通常的接收处理(步骤S3)。
另一方面，当接收帧不以其自身台站为目的地时(步骤S2中的“否”)，在通信装置100接收该帧的同时，电功率计算单元183在将接收波束型式例如以每预定角度为单位改变360度的同时测量接收信号的电功率，并且确定单元184检测接收电功率变成最大值时的接收波束的方向(步骤S4)。
然后，通信装置100在存储单元150中存储接收电功率变成最大值时的接收波束方向作为发送停止请求帧的发送源所位于的“停止设定者的方向”，并且仅对于与持续时间信息相对应的时段设定发送停止时段(步骤S5)。
另外，图9以流程图的形式图示了在帧发送时通信装置100执行的处理过程。此处理过程例如是通过控制单元190执行预定的控制程序来实现的。
响应于在例如通信协议的上位层中生成帧发送请求而启动此处理过程(步骤S11)。首先，确认通信装置100是否在发送停止时段内(步骤S12)。
这里，当通信装置100不在发送停止时段中时(步骤S12中的“否”)，通信装置100执行通常的帧发送操作(步骤S19)。
另一方面，当通信装置100在发送停止时段内时(步骤S12中的“是”)，接下来，通信装置100确认是否已经知道帧发送目的地的方向，即是否已经学习了最优发送波束的方向(步骤S13)。
然后，如果已经知道帧发送目的地的方向(步骤S13中的“是”)，则进一步确认帧发送目的地的方向是否与在设定发送停止时段时已存储的停止设定者的方向分开(步骤S14)。
当帧发送目的地的方向与停止设定者的方向分开时(步骤S14中的“是”)，只要通信装置100通过使发送波束指向帧发送目的地的方向执行波束形成并发送帧，通信装置100就不会妨碍请求设定发送停止时段的周边台站的信号发送和接收处理。因此，通信装置100通过使发送波束指向与停止设定者的方向分开的帧发送目的地的方向来发送指向性帧(步骤S15)。
另外，当已知帧发送目的地的方向(步骤S13中的“是”)，但该方向与停止设定者的方向没有充分分开时(步骤S14中的“否”)，如果还是这样发送帧，则将会妨碍请求了设定发送停止时段的周边台站的信号发送和接收处理。从而，通信装置100等待进行帧发送操作，直到发送停止时段结束为止(步骤S18)。
另外，当不知道帧发送目的地的方向时(步骤S13中的“否”)，通信装置100在确认帧发送目的地的方向之后控制帧的发送。
具体而言，通信装置100通过使发送波束指向与停止设定者的方向充分分开的分开方向(separation direction)来发送RTS(经波束形成的RTS)(步骤S16)。对于充分分开方向的基准值，例如可以使用预先用实验确定的值。另外，分开方向并不限于单个方向，而可以使用满足该基准值的多个方向。在后者的情况下，在步骤S16中，可以多次向每个分开方向发送RTS。
如果帧的发送目的地的位置在这个分开方向上，则帧的发送方接收到RTS(经波束形成的RTS)并且发回CTS。然而，如果帧的发送方的位置不在此分开方向上，那么由于未能接收到RTS(经波束形成的RTS)，所以不发回CTS。因此，当通信装置100能够接收到来自RTS(经波束形成的RTS)的发送目的地的CTS时(步骤S17中的“是”)，可以判定帧发送目的地的方向与停止设定者的方向充分分开，通信装置100通过使发送波束指向作为该分开方向的帧发送目的地的方向来发送指向性帧(步骤S15)。
当未能接收到CTS时(步骤S17中的“否”)，由于判定帧发送目的地的方向不与停止设定者的方向充分分开，通信装置100等待进行帧发送操作，直到发送停止时段结束为止(步骤S18)。
图10A图示出在如下情况中的信号发送/接收序列的示例：当STA_A和STA_B执行RTS/CTS握手时，针对STA_A的隐藏终端STA_C根据图8和图9操作。然而，假定通信台站STA_A至STA_D中的每一个由图2至图4所示的通信装置100构成。
首先，STA_A根据CSMA的过程确认介质仅在一固定时段中畅通，然后向作为数据接收方的STA_B发送RTS。
当STA_B接收到来自STA_A的以其自身台站为目的地的RTS时，在经过预定的帧间隔SIFS之后，STA_B发回CTS。
STA_A通过接收到CTS可以确认介质畅通。另外，当STA_C接收到来自STA_B的不以其自身台站为目的地的CTS时，电功率计算单元183计算以多个波束型式中的每一个接收的接收电功率，然后确定单元184确定CTS接收时的接收电功率变成最大值的波束方向。然后，STA_B所位于的该方向作为停止设定者的方向被存储在存储单元150中。之后，STA_C根据CTS中记载的持续时间信息来设定发送停止时段。
在接收到CTS后经过了SIFS之后，STA_A执行波束形成以使得发送波束指向STA_B的位置，并发回数据帧(经波束形成的数据)。
另一方面，当在发送停止时段内生成帧发送请求时，STA_C确认是否知道作为帧发送目的地的STA_D的方向，即是否已经学习了发送波束应当指向的方向。
在图10A所示的示例中，由于STA_C已经学习了针对STA_D的最优发送波束的方向，所以STA_C确认最优发送波束的方向是否与在设定发送停止时段时存储的停止设定者的方向分开。
针对STA_D的最优发送波束的方向与STA_B所位于的停止设定者方向分开。因此，STA_C不管发送停止时段，仍通过使发送波束指向最优发送波束的方向来发送指向性帧。由于发送波束的方向与STA_B的方向分开，所以STA_C的发送帧不会与从STA_A发送到STA_B的数据帧冲突。
另外，图10B图示出在如下情况中的信号发送/接收序列的另一示例：当STA_A和STA_B执行RTS/CTS握手时，针对STA_A的隐藏终端STA_C根据图8和图9操作。然而，假定通信台站STA_A至STA_D中的每一个由图2至图4所示的通信装置100构成。
首先，STA_A根据CSMA的过程确认介质仅在一固定时段中畅通，然后向作为数据接收方的STA_B发送RTS。
当STA_B接收到来自STA_A的以其自身台站为目的地的RTS时，在经过预定的帧间隔SIFS之后，STA_B向STA_A发回CTS。
STA_A通过接收到CTS可以确认介质畅通。另外，当STA_C接收到来自STA_B的不以其自身台站为目的地的CTS时，电功率计算单元183计算以多个波束型式中的每一个接收的接收电功率，然后确定单元184确定CTS接收时的接收电功率变成最大值的波束方向。然后，STA_B的位置的该方向作为停止设定者的方向被存储在存储单元150中。之后，STA_C根据CTS中记载的持续时间信息来设定发送停止时段。
在接收到CTS后经过了SIFS之后，STA_A执行波束形成以使得发送波束指向STA_B的位置，并发送数据帧(经波束形成的数据)。
另一方面，当在发送停止时段内生成帧发送请求时，STA_C确认是否知道作为帧发送目的地的STA_D的方向，即是否已经学习了发送波束应当指向的方向。
在图10B所示的示例中，STA_C尚未学习针对STA_D的最优发送波束的方向。因此，STA_C通过使发送波束指向与停止设定者的方向充分分开的分开方向来发送以STA_D为目的地的RTS(经波束形成的RTS)。另外，STA_C可通过使接收波束指向该分开方向来等待接收来自STA_D的CTS。
在图中所示的示例中，由于STA_C能够接收到来自STA_D的CTS，所以可以判定STA_D的位置的方向在与停止设定者的方向充分分开的该分开方向上。因此，STA_C通过使发送波束指向为该分开方向的帧发送目的地的方向来发送指向性数据帧(经波束形成的数据)。
当向STA_D发送帧时指向的分开方向与STA_B所位于的停止设定者的方向分开。因此，STA_C不管发送停止时段，仍通过使发送波束指向该最优发送波束的方向来发送指向性帧。由于发送波束的方向与STA_B的方向分开，所以STA_C发送的指向性数据帧(经波束形成的数据)不会与从STA_A发送到STA_B的数据帧冲突。然后，当数据帧的发送结束时，STA_C等待接收从STA_D发回的ACK。此时，STA_C可通过使接收波束指向该分开方向来等待接收来自STA_D的CTS，并且可以如图所示在不受来自STA_B的ACK的干扰的情况下接收来自STA_D的ACK。
从图10A和图10B可以了解到，STA_C可以有效地使用发送停止时段来执行毫米波通信操作，并且当从系统整体上看时，可以同时通信的通信台站的数目增加了，并且吞吐量增大了。
同时，作为接入点(AP)或终端台站(STA)工作的通信装置100例如可以是诸如个人计算机(PC)、移动电话或PDA(个人数字助理)之类的便携式信息终端、诸如便携式音乐播放器或游戏机之类的信息设备、或者安装在电视接收机或其他信息家电中的无线通信模块。
图12图示出安装有模块化的通信装置100的信息设备的配置示例。
CPU(中央处理单元)1在由操作系统(OS)提供的程序执行环境下执行存储在ROM(只读存储器)2或硬盘驱动器(HDD)11中的程序。例如，接收帧同步处理(下文中将描述)或者其部分处理可以通过CPU 1执行预定程序的形式来实现。
ROM 2中永久地存储着POST(加电自测试)、BIOS(基本输入输出系统)等等的程序代码。RAM(随机访问存储器)3用于在CPU 1执行程序时在其中加载ROM 2和HDD(硬盘驱动器)11中存储的程序，或者用于临时保存正被执行的程序的操作数据。它们由直接连接到CPU 1的本地引脚的本地总线4相互连接。
本地总线4通过桥接器5连接到诸如PCI(外围组件互连)总线之类的输入/输出总线6。
键盘8和诸如鼠标之类的指点设备9是被用户操作的输入设备。由LCD(液晶显示器)或CRT(阴极射线管)构成的显示器10以文本和图像的形式显示各种信息。
HDD 11是其中包含有硬盘作为记录介质的驱动单元并且驱动该硬盘。硬盘用于安装诸如操作系统或CPU 1执行的各种应用之类的程序或者用于存储数据文件等等。
通信单元12是通过使无线通信装置100模块化而形成的无线通信接口，在基础设施模式中作为接入点或终端台站工作或者在自组织模式中工作，并且与存在于通信范围中的其他通信终端执行通信。已经描述了无线通信装置100的操作。
工业应用性
以上，已经参考特定实施例详细描述了本发明。然而，很明显，本领域的技术人员可以在本发明的范围和精神内对实施例进行修改和替换。
在本说明书中，主要描述了毫米波通信方案使用在IEEE 802.15.3c中使用的60GHz频带的实施例。然而，本发明的要旨并不一定限于特定的频率带。另外，不限于毫米波通信，也可使用其他指向性通信。总之，已经以示例形式公开了本发明，而本说明书的记载内容不应被解释为限制性的。为了确定本发明的要旨，应当参考权利要求。
标号说明
1…CPU
2…ROM
3…RAM
4…本地总线
5…桥接器
6…输入/输出总线
7…输入/输出接口
8…键盘
9…指点设备(鼠标)
10…显示器
11…HDD
12…通信单元
100…通信装置
150…存储单元
160a至160n…多个天线
170…无线通信单元
172…模拟单元
174…AD转换单元
176…DA转换单元
180…数字单元
181…同步单元
182…接收波束处理单元
183…功率计算单元
184…确定单元
185…解调和解码单元
186…编码和调制单元
187…发送波束处理单元
190…控制单元

Claims (8)

1.一种通信装置，包括：
能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，
其中，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，存储所述发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向，并且设定所述发送停止时段，并且
其中，在所述发送停止时段内，根据所述停止设定者的方向来控制帧的发送。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中，当帧发送目的地的方向与所述停止设定者的方向分开时，在所述发送停止时段内，通过使所述无线通信单元的发送波束指向所述帧发送目的地的方向来执行帧的发送。
3.根据权利要求1所述的通信装置，还包括：
功率计算单元，该功率计算单元计算当在多个波束方向的每一个上接收到帧时的接收电功率；以及
确定单元，该确定单元确定所述多个波束方向之中的所述接收电功率变成最大值时的波束方向，
其中，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，所述发送停止请求帧的接收电功率变成最大值时的波束方向被存储为所述停止设定者的方向，并且设定所述发送停止时段。
4.根据权利要求1所述的通信装置，
其中，在所述发送停止时段内，通过使所述无线通信单元的发送波束指向与所述停止设定者的方向分开的分开方向来发送一发送开始请求帧(RTS：请求发送)，并且
其中，响应于接收到确认帧(CTS：可以发送)，通过使所述无线通信单元的发送波束指向所述分开方向来发送数据帧。
5.根据权利要求4所述的通信装置，还包括：
功率计算单元，该功率计算单元计算当在多个波束方向的每一个上接收到帧时的接收电功率；以及
确定单元，该确定单元确定所述多个波束方向之中的所述接收电功率变成最大值时的波束方向，
其中，通过使所述无线通信单元的发送波束指向所述确认帧的接收电功率变成最大值时的波束方向来发送数据帧。
6.一种通信装置中的通信方法，该通信装置包括能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，所述通信方法包括：
当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，存储所述发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向的步骤；
响应于接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧，设定所述发送停止时段的步骤；以及
当在所述发送停止时段内生成帧发送请求时，根据所述停止设定者的方向来控制该发送请求帧的发送的步骤。
7.一种以计算机可读格式编写的计算机程序，用于使得通信装置中的通信处理在计算机中被执行，所述通信装置包括能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，所述计算机程序使得所述计算机充当：
存储单元，当接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧时，所述存储单元存储所述发送停止请求帧的发送源所位于的停止设定者的方向；
发送停止时段设定单元，响应于接收到请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧，所述发送停止时段设定单元设定所述发送停止时段；以及
控制单元，当在所述发送停止时段内生成帧发送请求时，所述控制单元根据所述停止设定者方向来控制该发送请求帧的发送。
8.一种通信系统，包括：
周边通信装置，该周边通信装置发送请求设定预定的发送停止时段的发送停止请求帧；
数据发送方通信装置，该数据发送方通信装置包括能够根据使用预定的高频频带的通信方案执行指向性无线通信的无线通信单元，响应于从所述周边通信装置接收到所述发送停止请求帧而设定所述发送停止时段，并且在所述发送停止时段内根据所述周边通信装置所位于的停止设定者的方向来控制帧的发送；以及
作为来自所述数据发送方通信装置的帧的发送目的地的数据接收方通信装置。
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