CN1846374A - 载波侦听多路访问方法、无线基站装置以及无线终端装置 - Google Patents
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Abstract
一种载波侦听多路访问的方法，可以提高无线网络的吞吐量。该方法通过无线网络，比如无线LAN(100)来执行，该无线网络具有AP(110)以及与AP(110)通信的STA(120、130、140)，其中AP(110)装备形成指向性波束的多波束天线(111)且兼容SDMA。利用该方法，首先AP(110)对应STA(120～140)的位置，将STA(120～140)配属给由指向性波束的到达范围而定的波束群集。然后将每个波束群集所特有的用来判断群集的特征标信号分配给已被配属好了的STA(120～140)。
Description
技术领域
本发明涉及用于无线LAN(Local Area Network，区域网)等的无线网络的载波侦听多路访问(CSMA)方法、无线基站装置以及无线终端装置。
背景技术
IEEE802.11是将比如计算机等的终端装置用网络进行无线连接的具有高成本效益的解决方案。另外，随着信号处理技术或调制技术的发展，将物理层用更加快速的数据速率来支持的规格也扩充起来。另一方面，如研究结果所示(比如，可以参照非专利文献1)，MAC(媒体存取控制)层随着数据速率的增加会发生吞吐量的饱和，可以说现有的IEEE802.11***里的主要制约就在于MAC(媒体存取控制)层。IEEE802.11的工作组基于对现有的无线LAN的MAC层以及物理层双方的变更，认为高吞吐量的无线LAN是有必要的。
利用现有的无线LAN来支持的数据速率对现在以及将来设想的应用是充分的。无线LAN与以前相比，因为采用了时分多路访问方法，问题是无线网络可以同时支持的高速数据速率应用的用户数。该问题可以概括成需要更高吞吐量的问题。为了实现更高的吞吐量，有必要提高在国际标准化组织(ISO)的开放***互连(OSI)参照模型里的利用第2层以上的层或者MAC层测定的数据速率。为了满足增加在包含单一无线基站装置(比如，接入点(AP)以及多个无线终端装置(STA))的基本无线LAN***里所有的无线装置的总吞吐量的要求，吞吐量在AP测定。
在现有的无线LAN***里的通信基于CSMA方式，换句话说STA是否可以进行数据分组的发送由检测访问的媒体是被占用(正在使用)还是空闲(未使用)来判断。在这样的无线LAN***里，作为一个增加吞吐量的尝试，比如可以利用空分多址(SDMA)方式的优点。利用该方式，需要对AP不同的天线配备不同的STA而进行发送和接收等，进行最佳的调度。
[非专利文献1]”Throughput Analysis for IEEE802.11a HigherData Rates(提高IEEE802.11数据速率的吞吐量分析)”，IEEE802.11/02-138r0，2002年3月
发明内容
但是，在现有的无线LAN***里，基于像CSMA方式这样基于竞争的(换句话说，由多个的STA向媒体争夺访问的权利)访问方式来进行媒体访问的STA，当检测出媒体被占用时待机而不发送数据分组。所以，在各个访问定时，包含在无线LAN***里的多个STA只有一个能进行数据分组的发送。因此，提高无线LAN***的吞吐量并不容易。
本发明旨在提供一种能提高无线网络的吞吐量的载波侦听多路访问方法、无线基站装置以及无线终端装置。
本发明的载波侦听多路访问方法是通过无线网络来执行的，该无线网络包括：具备形成指向性波束的天线单元和与所述天线单元相连接并可以进行并列工作的多个发送接收单元且对应空分多址的无线基站装置，以及与所述无线基站装置通信的无线终端装置。所述载波侦听多路访问方法具有以下步骤：对应所述无线终端装置的位置，将所述无线终端装置配属给由所述指向性波束的到达范围所决定的群集的配属步骤；将所述每个群集所特有的特征标信号分配给在所述配属步骤所配属好了的所述无线终端装置的分配步骤；检测在访问的媒体里是否存在由所述分配步骤所分配的所述特征标信号的检测步骤；当所述检测步骤里的检测结果为在所述媒体里不存在所述特征标信号时，将所述特征标信号和发送到所述无线基站装置的数据分组同时发送的发送步骤。
本发明的无线基站装置是具备形成指向性波束的天线单元和与所述天线单元相连接并可以进行并列工作的多个发送接收单元且对应空分多址的无线基站装置。采用以下的结构：对应通信对方的无线终端装置的位置，将所述无线终端装置配属给由所述指向性波束的到达范围所决定的群集的配属单元；给被配属的所述无线终端装置，按所述每个群集来分配特有的特征标信号的分配单元；将分配的特征标信号通知给所述无线终端装置的通知单元。
本发明的无线终端装置采用以下的结构：接收由所述无线基站装置通知的特征标信号的接收单元，该特征标信号为每个群集特有，该群集是由通信对方的无线基站装置的天线单元所形成的指向性波束的到达范围而决定的；检测在访问的媒体里是否存在所述特征标信号的检测单元；当所述检测单元的检测结果为在所述媒体里不存在所述特征标信号时，将补偿值递减的递减单元；当所述补偿值通过所述递减单元递减为零时，将所述特征标信号和发送到所述无线基站装置的数据分组同时发送的发送单元。
根据本发明可以提高无线网络的吞吐量。
附图说明
图1是表示实行根据本发明的一种实施方式的CSMA方法的无线LAN的图；
图2是表示根据本发明的一种实施方式的无线LAN结构的方框图；
图3是表示为了说明根据本发明的一种实施方式的访问定时结构的图；
图4是详细表示根据本发明的一种实施方式的上行链路访问期间的发送模式的图；
图5是表示为了说明根据本发明的一种实施方式的扩展CSMA算法的流程图；
图6是用来说明在本发明的一种实施方式里的特征标信号的发送方法的第1个例子的图；
图7是用来说明在本发明的一种实施方式里的特征标信号的发送方法的第2个例子的图；
图8是用来说明在本发明的一种实施方式里的特征标信号的发送方法的第3个例子的图；
图9是为了说明根据本发明的一种实施方式的扩展CSMA算法的工作模式的图；以及
图10是为了说明根据本发明的一种实施方式的扩展CSMA算法的时序图。
具体实施方式
以下关于本发明的实施方式，参照附图详细说明。
在本实施方式，对以下进行说明：对应无线终端装置(以下简称“STA”)的位置，将STA配属给由无线基站装置(在本实施方式为AP)的天线单元形成的指向性波束的到达范围所决定的群集，并通过分配给每个群集特有的特征标信号使各个STA拥有特征标信号。
在此，多个STA在无线LAN可以同时进行媒体竞争以及发送数据分组，因此无线LAN的总吞吐量会有效地提高，所以以下说明关于实行根据本发明的一种实施方式的CSMA算法(以下简称“扩展CSMA算法”)的AP以及STA。为了理解本发明，使用以下的定义。
“无线LAN”是指，基于在特定的区域里实行的无线访问技术的网络，通过无线访问技术提供LAN服务给STA。包括任意数目的设备或节点。
“无线终端装置(STA)”是指，可以访问通过无线LAN所提供的服务的设备。
“接入点(AP)”是指在无线LAN中用来控制对无线LAN的访问，并负责维持访问定时的无线基站装置。AP的其它的主要作用还有，比如在无线LAN里的STA在为了访问其它网络里的设备时作为桥接起作用。
“空分多址(SDMA)”是指，通过发送接收单元的功能使多个STA同时利用相同频域通信的访问机制。该发送接收单元利用STA的空间上的物理性分离以及指向性波束来发送接收信号(数据分组)。
“媒体”是指，无线LAN工作的无线信道。
“多波束天线”是指，在多个不同方向形成指向性波束使交叉以及电波间的干扰变得最小，从而实现SDMA的天线***。
“媒体访问控制(MAC)层”是泛指为了使访问媒体成为可能的用于各个STA的网络协议。
“物理(PHY)层”是指在无线LAN发送接收信号(数据分组)的实际的发送接收单元。可以概括为比如由从MAC起的收敛层以及控制层等的若干个子层组成。
“上行链路”是指，从STA到AP的发送方向。
“下行链路”是指，从AP到STA的发送(比如单播、组播、广播)方向。
“同时通信群集”是指，具备多波束天线且对应SDMA的AP通过同时形成1个以上(含1个)的指向性波束来覆盖1个以上的STA的集合。
“波束区”是指，AP在同时形成的1个以上(含1个)的指向性波束之中的1个指向性波束所到达(覆盖)的区域。
“波束群集”是指，AP在同时形成的1个以上(含1个)的指向性波束之中的1个指向性波束所覆盖的1个以上的STA的集合。
“波束开始信标帧”是指，为了将分配的访问期间的开始通知给同时通信群集，在同时通信群集的所有的波束区里通过AP来广播的帧。或者，作为选项，也可以是包含关于下行链路期间以及波束群集/同时通信群集用的调度的信息的帧。
“波束结束信标帧”是指，为了将分配的访问期间的结束通知给同时通信群集，对波束群集/同时通信群集里的STA，通过AP来广播的帧。
“探询/监视竞争通报帧”是指，为了通知上行链路的访问期间的开始、各个STA进行上行链路访问用的调度以及允许基于竞争的访问期间，通过AP广播给所属于各个波束群集的STA的帧。
“基于竞争的信道访问”是指，为了实现媒体访问的公平性，基于通过各个STA所实行的不具调度的分散型的竞争算法，访问各个STA所共有的媒体的MAC机制。
“基于探询的信道访问”是指，通过对各个STA进行探询来分配对媒体的访问的集中控制，统一管理访问共有的媒体的MAC机制。
“隐蔽终端”是指，虽然在AP所发射的电波可以覆盖的区域之中，但在其它STA所发射的电波可以覆盖的区域之外的STA。这样的情况，比如多个STA恰好位于无线LAN完全相反的端头时有可能发生。
“载波侦听多路访问(CSMA)”是指一种基于竞争的信道访问技术，具有在一定期间之内，从检测出媒体空闲起只待机随机补偿值后就实行发送数据分组的程序。
“信道空闲估计(CCA)”是指，用于CSMA方式的STA判断媒体的状态(被占用或空闲)的算法。
“特征标信号”是指，分配给各个波束群集的成员STA的信号，STA可以通过该信号判断相同波束群集之中的其它的STA的行动/是否进行发送。
“时隙时间” 定义为包含CCA所需要的时间、往复传播迟延时间以及MAC处理时间的一定的单位时间。
“检测时间”定义为检测出在媒体里是否存在特征标信号所需要的一定的单位时间。
以下的叙述中，在说明上为了使能够完全理解本发明，将举出特定的数目、时间、结构、协议名称以及其它的参数。但是，本发明没有这些特定的详细内容也照样可以实施，这一点对所属该技术领域的技术人员来说是不言而喻的。为了使本发明不成为无用的不明确的东西，在下述的实施方式的方框图里表示众所周知的结构要素或模块。
为了使能够完全理解本发明，在以下的叙述中，表示若干个操作顺序、数据结构以及运算技术。若干个数据结构是只用于本发明的实施方式而起作用的数据结构。由于适用本发明的实际状况不同，新的信息有可能被附加，某一结构也有可能被省略，这一点对所属该技术领域的技术人员来说也是不言而喻的。
图1是表示实行根据本发明的一种实施方式的CSMA方法的无线LAN的图。
图1所示的无线LAN100是由AP110以及多个STA120、130、140构成的典型的无线LAN。图2是表示无线LAN100的结构的方框图。
另外，因为STA120～140基本上具有相同的内部结构，在图2只表示STA120的内部结构，STA130、140的内部结构在此省略不予记载。另外，包含在无线LAN100里的STA并不限定于3个STA120～140，这是不言而喻的。另外，在以下的叙述里，有将包含在无线LAN100里的1个以上的任意的STA称为“用户”的情况。
固定网络基础设备的AP110具有使电波之间的交叉/干扰变得最小并可以形成在空间上被分离的多个不同指向性波束145a、145b、145c的多波束天线111。而且，AP110还具有：对应无线LAN100里的STA120～140的位置，分别将STA120～140配属给波束群集的群集配属单元112；给配属好的STA120～140分配每个波束群集所特有的特征标信号的特征标信号分配单元113；与多重电波天线111相连接并可以进行并列工作的多个(比如，N个)发送接收单元114-1、114-2～114-N，该发送接收单元管理包括发向STA120～140的特征标信号的信令或与STA120～140之间进行的数据分组的发送接收等与STA120～140之间进行的无线通信。以下，称发送接收单元114-1、114-2～114-N之中任意的一个为“发送接收单元114”。而且，AP110具有和在各个STA120～140的扩展CSMA算法实行单元123一样的实行扩展CSMA算法的扩展CSMA算法实行单元115。
STA120根据便携性和机动性的要求，一般具有小型且可形成全指向性或准指向性波束发射模式的简易天线(一般来说，由单一的构成要素组成)121。另外，STA120还具备：控制与AP110的无线通信的发送接收单元122，控制包括发自AP110的特征标信号的接收，或与AP110之间的数据分组的发送接收等；扩展CSMA算法实行单元123，在进行向AP110发送时实行扩展CSMA算法。关于扩展CSMA算法后述。STA130、STA140和STA120具有相同的结构，并实行相同的操作。
具备多波束天线111的AP110，可以形成包括全指向性波束发射模式的多个指向不同方向的电的集合。
群集配属单元112在用户(比如STA120～140)的空间/角度的分离，通信量模式以及可形成的指向性波束的数量或该分辨度等方面上，取决于AP110的功能，同时应该考虑媒体150的最优利用，将用户配属给波束群集。另外，特征标信号信号分配单元113将与每个波束群集有特有关系的特征标信号分配给配属好的用户。
特征标信号的分配在群集配属阶段(换句话说，用户被配属给同时通信群集以及波束群集时)进行。另外，随着用户的移动或在用户被重新配属给新的同时通信群集以及波束群集时，随时进行特征标信号的重新分配。
综上所述，各个用户在发送数据分群集时，通过在分群集数据上附加特征标信号，可以判断竞争共用媒体150的其它用户是否为同一波束群集里的用户。在同一波束群集里的用户发送时自己也发送的话，会发生冲突，由此可以待机而不发送。而且，还可以判断其它波束群集的用户是否进行发送。此时，因为AP110可以基于多个用户的角度分离而将2个发送分开接收，所以使竞争共用媒体150的多个用户同时进行发送。
另外，发送接收单元114通过1对1的帧交换或通过信息要素信令的交换，将特征标信号通知给用户。AP110将各个波束群集里的用户被允许访问媒体150的期间的开始以及结束，分别发送给给各个用户，以此通过时间分割提供服务给这些波束群集里的用户。
无线LAN100的通信量特征是根据上行链路或下行链路来决定的。(基于STA使用全指向性天线的假定)为了避免与其它电波发生冲突以及(实际的RF结构设计不能完全隔离时)由AP110自己产生的冲突，AP110必须随时对所有的电波确保发送接收操作的同步。具体地说，对分配给各个同时通信群集的用户并分割成上行链路用以及下行链路用的期间分别确保同步。另外，这些期间的发生，在同时通信群集里的不同的波束群集之间也同步。关于这样的定时结构，使用图3说明。
图3是表示为了说明AP110将无线LAN100里的用户分成2个同时通信波束群集X、Y时的访问定时结构的例子的图。另外，在此主要说明同时通信波束群集X用的访问期间。
所属同时通信波束群集X的用户，在访问期间151被允许访问。所属同时通信波束群集Y的用户，在访问期间152被允许访问。同时通信波束群集X、Y分别由3个同时形成的波束群集A、B、C群集成。发送模式153是为属于波束群集A的用户而准备的，发送模式154是为属于波束群集B的用户而准备的，发送模式155是为属于波束群集C的用户而准备的，另外，同时通信波束群集X用的访问期间151分为下行链路访问期间156和上行链路访问期间157。参照号码158表示同时通信波束群集里的下行链路访问期间156以及上行链路访问期间157的时间位置校准/同步。
波束开始信标帧159通过AP110广播。波束开始信标帧159表示分配给同时通信群集X的访问期间151的开始、下行链路访问期间156的长度以及作为选项的各个波束群集A、B、C内的下行链路发送调度。
在下行链路访问期间156发送的最后帧，也就是探询/监视竞争通报帧160，通知同时通信波束群集X的不同波束群集A、B、C下面的多个用户用的调度。探询/监视竞争通报帧160还可以通知剩余时间，在该剩余时间里，波束群集A、B、C下面的多个用户在被调度的发送结束后可以基于竞争进行访问。参照号码161是用来表示所属同时通信波束群集X的多个用户的访问期间151结束的波束结束信标帧。波束结束信标帧161通过AP110广播。同时通信波束群集Y等，其他的所有同时通信波束群集也利用相同的发送模式。
网络通信量根据数据传输率、分群集到达间隔率、分群集允许延迟时间等的统计值被分类。作为普遍的MAC机制，可以举出基于竞争和基于探询。基于探询的信道访问具有给定的频域和允许延迟时间的特点，是用于需要给定的QoS(Quality of Service，服务质量)的通信量的有效的机制。作为这样的通信量的例子，包括音频/视频、语音以及其他的多媒体内容。另一方面，基于竞争的信道访问是用来对超文本传输协议等的随机/非定期的通信量提供服务的机制。
综上所述，SDMA需要严格的同步。所以，通过将不同的波束群集的上行链路以及下行链路的通信量进行最优调度，可以使AP110将信道频域有效地再利用，以此产生更高的总吞吐量，在这一点基于探询的信道访问较有优势。关于来自AP110的通信量，也就是下行链路的通信量，因为通信量特性为AP110已知，所以可以简单地进行调度，这一点不言而喻。但是，关于定期重复的上行链路的通信量，一般需要用户(发送源)进行资源的预约，使AP110可以在探询/监视竞争通报帧160附加频域。
图4是详细描述已在图3里说明的上行链路访问期间157的发送模式。
在此，以有关同时通信波束群集X的波束群集A的发送模式为例。通过发送表示下行链路访问期间156结束的探询/监视竞争通报帧160，来通知在上行链路访问期间157的、为各个波束群集A、B准备的调度。
在上行链路访问期间157，首先各个用户根据由探询/监视竞争通报帧160通知的调度表，在基于探询的访问期间171、172、173进行发送。经调度的基于探询的访问期间171～173结束后，剩余的期间用于基于竞争的访问期间174、175、176。基于探询的信道访问期间内，各个用户依据被通知的调度表以及各自的局部时钟来决定在哪个定时进行发送。
基于竞争的信道访问机制是一种包括在尝试发送前的规定时间里确认媒体空闲的过程的载波侦听技术。AP110利用多波束天线111，而在用户利用简易的全指向性天线121的SDMA方式的无线LAN100里，所属波束群集A的用户也就是在波束群集A的波束区里的用户，在所属波束群集B或波束群集C的用户发送时，待机或迟延发送，这一点在现有技术里也是普遍的(对于波束群集B、C也是一样)。因为多波束天线111具有指向性，所以AP110可以分离由不同波束区发出的多个发送。由于只通过利用多个用户的物理上的分离以及功率控制，处在不同波束区的多个用户互相成为“隐蔽终端”，结果有可能造成同时进行上行链路访问的状况。但是，实际上多个用户在那样状态分散的情况极少发生。
在图4的例中，波束群集C的基于探询的访问期间173比波束群集A、B的基于探询的访问期间171、172更早结束。结果，波束群集C的基于竞争的访问期间176比波束群集A、B的基于竞争的访问期间174、175更早开始。
AP110可以分开接收由彼此分离的范围发出的多个发送。所属波束群集C的用户，利用根据本发明的扩展CSMA算法，可以开始基于竞争的信道访问而无需等待基于探询的访问期间171、172的发送结束。对于波束群集A、B也完全相同，本波束群集的基于探询的访问期间171、172结束后，可以立即开始基于竞争的访问期间174、175。由此，可以大幅度地消减信道频域的浪费。而且，所属波束群集A、B、C的用户可以同时访问媒体，以此在各个定时可访问的用户数比起
现有技术可以增加。
接下来，说明有关在STA120(STA130、140也相同)执行的扩展CSMA算法。图5是用来说明根据本发明的一种实施方式的扩展CSMA算法的流程图。
首先，在步骤S701补偿值(Backoff Counter)的数值被初始化为“0”。然后在步骤S702，为了确认媒体150处于被占用还是空闲，CCA算法被执行。CCA算法基于信道的接收功率电平检测。基于IEEE802.11a的规格，根据信号的前同步码是否被检测出来，有关检测精确度有2个必要条件。因为STA120普遍使用全指向性天线121，所以如果在某个波束区存在正在进行发送的STA，则处于其它波束区的STA可以判断媒体150被占用。
CCA算法的结果，媒体150被判定为空闲时(S702：YES)，开始第一阶段S703端的流程，首先进入步骤S704。在步骤S704判定要发送的数据分组是否新，也就是判定是否为第一次尝试发送。数据分组新时(S704：YES)，进入步骤S705；数据分组不新时，也就是第二次或第二次以上尝试发送(S704：NO)时，进入步骤S751。另外，第一阶段S703表示现有的CSMA算法。
在步骤S705，判定媒体150的空闲持续时间是否已经达到了(也就是相同或超出)DIFS(Distributed Inter Frame Space，分散帧间空间)。空闲持续时间与DIFS相同或超出时(S705：YES)，进入步骤S715并立即发送数据分组。另一方面，空闲持续时间比DIFS小时(S705：NO)，进入步骤S751。
在步骤S751，判定媒体的空闲持续时间是否达到了DIFS。当空闲持续时间在到达DIFS前媒体150改变为被占用状态时(S751：NO)，立即返回步骤S702；在到达DIFS为止，空闲状态持续(S751：YES)时，进入步骤S752。
在步骤S752，与步骤S704相同，判定要发送的数据分组是否新，也就是判定是否为第一次尝试发送。第一次尝试发送时(S752：YES)，选择随机补偿值并设定给补偿值(S706)后进入步骤S753。第二次以上的发送(S752：NO)时，不执行任何操作而进入步骤S753。随机补偿值是被设定为时隙时间的整数倍的值。
在步骤S753，判定补偿值是否为“0”。 补偿值为“0”时(S753：YES)，进入步骤715并立即发送数据分群集。补偿值不为“0”时(S753：NO)，进入步骤S714。
在步骤S714，判定媒体150的空闲状态是否还继续时隙时间(SlotTime)。该判定结果，到达时隙时间前变为被占用状态时(S714：NO)，返回步骤S702。时隙时间空闲状态继续时(S714：YES)，在步骤S754，将补偿值递减“1”。递减后重新回到步骤S753，直到补偿计数为“0”后发送或中途媒体150变为被占用状态，反复执行步骤S753、S714、S754。
但是，在步骤S702，判定媒体150处于被占用状态时(S702：NO)，进入第二阶段S708。第二阶段S708表示扩展CSMA算法的部分。在第二阶段S708的最初步骤的步骤S709，与步骤S751相同，判定要发送的数据分组是否新，也就是判定是否为第一次尝试发送。为第一次尝试发送时(S709：YES)，选择随机补偿值并设定给补偿值(S710)后进入步骤S711。第二次以上(含第二次)的尝试发送(S709：NO)时，不执行任何操作而进入步骤S711。
在步骤S711，判定与尝试发送该分组数据的STA相同的波束群集的特征标信号是否被检测出来。相同的波束群集的特征标信号被检测出来时，换句话说，同一波束群集的其他的STA正在发送数据分组时(S711：YES)，返回步骤S702；特征标信号未被检测出来时(S711：NO)，进入步骤S755。
在步骤S755，进行补偿值是否为“0”的判定。补偿值为“0”时(S755：YES)，立即发送分组数据。补偿计数不为“0”时(S755：NO)，进入下一个步骤S756。
在步骤S756，根据CCA判定媒体150处于空闲状态还是被占用状态。媒体150被判定为空闲时(S756：YES)，立即进入第一阶段S703的步骤S714。媒体150仍处于被占用状态时(S756：NO)，进入步骤S757。
在步骤S757，再次判定相同的波束群集的特征标信号是否被检测出来。在该步骤使用的判定期间为检测时间(Detection Time)。在该步骤，相同的波束群集的特征标信号被检测出来时(S757：YES)立即返回步骤S702。另一方面，相同的波束群集的特征标信号未被检测出来时(S757：NO)进入步骤S758，将补偿值递减“1”。递减后重新回到步骤S755。
第一阶段S703的过程中的递减(S754)是按照时隙时间单位进行，而第二阶段S708过程中的递减(S758)则按照检测时间(DetectionTime)单位进行。这是因为基于使用的特征标信号的性质，检测时间有可能比时隙时间长。此时，如果将补偿值以每时隙时间单位递减的话，有可能在经过1次的特征标信号的检测时间之前，补偿计数变为“0”的情况出现。这意味着，结果可能产生进行发送而引起冲突。通过以每检测时间单位进行递减，可以避免这样的状况发生。
所述扩张CSMA算法的主要的必要条件为：在可能进行多个同时发送的媒体150，STA120可以检测出来其他的STA130、140的特征标信号的存在。
以下有关特征标信号的发送方法，举3个例子来说明。图6是用来说明特征标信号的发送方法的第1个例子的图，图7是用来说明特征标信号的发送方法的第2个例子的图，图8是用来说明特征标信号的发送方法的第3个例子的图。
在5GHz的UNII(Unlicensed National Information Infrastructure，非许可国家信息基础设施)频域操作的无线LAN100，利用20MHz的信道化来操作。图6所示的例子里，既符合OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分复用)发送的20MHz频谱屏蔽181，又使用第0个(也就是所使用频谱的中央部分)副载波182的频率，该副载波在仅发送普通的数据分群集的OFDM发送183里不使用。
换句话说，在发送数据分群集以及特征标信号的OFDM发送184里，特征标信号利用第0个副载波185以低功率发送。
5GHz的UNII频域里的信道化为20MHz，但基频的频谱占有为参照号码186所示为16.667MHz。换句话说，将从20MHz频谱屏蔽里除去16.667MHz频谱占有186的剩余频域作为保护频域来利用，以便对应滤波器设计时的滚降。
在图7所示的例子里，使用在仅发送普通的数据分组的OFDM183里不使用的第±27个，也就是使用频谱的两个边界部分的副载波191的频率。
换句话说，在发送数据分组以及特征标信号的OFDM发送192里，特征标信号使用第±27个的副载波193发送。通过降低追加副载波的功率以便缓和施加给接收端滤波器的必要条件，第±27个的副载波193的发送利用比其他的副载波的发送低的功率进行。
在图7所示的例子里，因为可以得到图6的例子的2倍的频谱来发送特征标信号，所以可以发送2倍的发送特征标信号。由此，可以使编码空间或由所给长度的编码可以编址的波束区的数目加倍，或使检测时间减半。另外在接收端的相关器以及码元的同步也可以变得简单。
而且，还可以同时使用第0个的副载波185以及第±27个的副载波193两者。
在所述的每个例子里，都可以将未使用于数据分组发送的频域有效地用于特征标信号的发送。
因为所属不同波束群集的多个用户可以同时发送特征标信号，所以需要判断每个用户所发送的特征标信号与由AP110分配的特征标信号是否相同。由此作为特征标信号，优选的是比如使用扩频码。通过使用具有较高的自相关特性的扩频码，可以以较高的成功确率检测特征标信号。而且通过使用具有较低的互相关特性的扩频码，可以降低检测特征标信号时出错的可能性。像这样将扩频码作为特征标信号来使用的话，可以利用相关器(匹配滤波器)高精度地判断出是否存在特征标信号，而该特征标信号意味着在同一波束群集里其他的用户是否已经开始进行发送。
另外，如图6所示，将第0个的副载波185用于特征标信号的发送时，使特征标信号具有使其平均值为零的特征。这样处理的话，可以将受到的DC偏移量的影响抑制到最小，该DC偏移量是由进行发送的用户的D/A转换器以及进行接收的用户的A/D转换器所产生的。
另外，将扩频码作为特征标信号使用，即使利用比数据分组的发送还低的发送功率来进行特征标信号的发送，也可以利用接收端的处理增益而补偿其低功率。
将扩频码作为特征标信号使用以外，还可以利用在频域里的各个副载波的正交性。如图8所示，可以得到3个正交的副载波194，也就是第±27个和第0个的副载波。可以将这些副载波194分别作为被辨别的特征标信号使用。在该例中，使3个特征标信号分别与第±27个和第0个的副载波相关联。在该机制里，各个特征标信号的数量虽然有可能被副载波的数量限定，但是接收端的装置可以通过测定各个频率的功率而快速地进行特征标信号的检测。
为了支持特征标信号的概念，扩展CSMA算法有必要像图9所示那样修正用来决定状态的2个值用来支持CCA值(Clear ChannelAssessment，信道空闲估计)以及特征标信号检测值(Signature SignalDetection)。这些值，在图9里作为递减时间单位(Decrement Time Unit)有3个操作模式被表示出来，换句话说，决定由时隙时间(Slot Time)、检测时间(Detection Time)以及N/A(No Transmission Time，不传输时间)来表示的操作模式604、605、606。
基于图9所示的操作模式或图5的扩展CSMA算法的流程图，说明3个STA(在该例中，称为“STA1”“STA2”“STA3”)存在时的操作例。STA1以及STA2所属于同一波束群集而且共有相同的特征标信号，但是第3个STA3所属于不同的波束群集而且具有不同的特征标信号。假定最开始媒体150被占用，STA1将“6”选为随机补偿值，STA2将“4”选为随机补偿值。如图10所示，STA3在时刻801的瞬间开始发送。在到达该瞬间之前，STA1以及STA2在各个时隙时间期间(也就是期间802、803)分别所表示的那样，分别递减各自的补偿值。当STA3开始发送后，CCA算法检测出媒体150被占用，结果补偿值只是递减“1”。期间804和805表示在各自的检测时间单位减去STA1和STA2的补偿值。
在时刻806，表示着STA2的随机补偿(被选择为“4”)已经完毕，STA2开始发送。由此可知，STA1在STA2发送期间807内，有必要将操作模式切换为图9的参照号码606所示的操作模式以便待机而不发送。STA2的发送完毕以后，STA1利用CCA算法无法检测出媒体150被占用，所以切换为图9的参照号码604所示的操作模式。等到补偿值递减为“0”以后(以时隙时间单位)，STA1获得媒体150的访问权，在参照号码808所示的瞬间开始发送。
综上所述，根据本实施方式，根据以下的理由，可以提高无线LAN100的吞吐量：对应于STA120～140的位置将STA120～140分别配属给波束群集，而该波束群集是由AP110的多波束天线111形成的指向性波束的到达范围所决定的。并且将每个波束群集所特有的特征标信号分别分配给已被配属好了的STA120～140，在同时竞争媒体150的多个STA分别所属于不同的波束群集时，AP110对每个电波都分别具有发送接收器，所以每个STA可以同时与SDMA对应的AP110通信。
另外，在本实施方式说明了的无线LAN100有不少应用领域。具体地说，诸如在企业，可以将无线访问对应的笔记本式电脑，不仅在办公桌上使用，还拿到会议室等处使用；在家庭，将AP与顶置盒产品、媒体播放机以及互联网的入口网站等组成的家庭AV伺服器相连接，可以用于访问存储在比如显示板、照相机、笔记本式电脑等配备无线访问功能的各种设备里的信息。
另外，本实施方式的无线LAN100，也可以应用于利用数据服务的STA访问的写字楼的前厅或咖啡店等网络热点。
本申请书基于2003年9月17日提交的日本专利申请2003-324793号，其内容全部包含于此以备参考。
工业实用性
本发明的载波侦听多路访问方法，无线基站装置以及无线终端装置具有提高无线网络的吞吐量的效果，在无线LAN等的无线网络中是有用的。
Claims (13)
1.一种在无线网络中实现的载波侦听多路访问方法，所述无线网络包括：
对应空分多址访问的无线基站装置，具备形成指向性波束的天线单元，和与所述天线单元相连接并可以进行并列工作的多个发送接收单元；以及
无线终端装置，与所述无线基站装置通信；
其中，所述方法包括：
配属步骤，对应所述无线终端装置的位置，将所述无线终端装置配属给由所述指向性波束的到达范围而决定的群集；
分配步骤，将所述每个群集特有的特征标信号分配给在所述配属步骤配属好了的所述无线终端装置；
检测步骤，检测在访问的媒体里是否存在由所述分配步骤所分配的所述特征标信号；以及
发送步骤，当所述检测步骤里的检测结果为在所述媒体里不存在所述特征标信号时，将所述特征标信号和发往所述无线基站装置的数据分组同时发送。
2.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中所述发送步骤还具有递减步骤，当所述检测步骤里的检测结果为在所述媒体里不存在所述特征标信号时，将补偿值递减；在所述递减步骤里，当所述补偿值递减为零时，将所述特征标信号和所述数据分组同时发送。
3.如权利要求2所述的载波侦听多路访问方法，其中所述递减步骤还具有判定步骤，判定所述媒体的状态；在每时间单位，进行补偿值的递减，所述时间单位对应于所述判定步骤里所判定的所述媒体的状态。
4.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中所述特征标信号具有在所述检测步骤的检测时间比规定的时隙时间长的特征；在所述递减步骤，在每经过所述检测时间就进行所述补偿值的递减。
5.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中在所述发送步骤，使用通信用频域中不用于发送所述数据分组的中央部分的频率发送所述特征标信号。
6.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中在所述发送步骤，使用通信用频域中不用于发送所述数据分组的两个边界部分的频率发送所述特征标信号。
7.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中在所述发送步骤，使用通信用频域中不用于发送所述数据分组的中央部分以及两个边界部分的频率发送所述特征标信号。
8.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中所述特征标信号以所述群集为单位，与通信用频域中的在所述发送步骤里不用于发送所述数据分组的频率相关联；所述发送步骤，使用与本身的特征标信号相相关联的频率，进行所述特征标信号的发送。
9.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，其中，使所述特征标信号具有规定程度以上的自相关特性以及规定程度以下的互相关特性；所述检测步骤，利用所述特征标信号来进行相关计算，通过所述相关计算来检测是否存在所述特征标信号。在英文中，没有括号内的内容，此外，在权利要求中，除了附图标记外，不可以有括号。
10.如权利要求5所述的载波侦听多路访问方法，其中使用所述中央部分的频率所发送的所述特征标信号具有该平均值为零的特性。
11.如权利要求1所述的载波侦听多路访问方法，所述发送步骤，利用比发送所述分组数据还低的发送功率进行所述特征标信号的发送。
12.一种无线基站装置，对应空分多址访问，具有：
形成指向性波束的天线单元和与所述天线单元相连接并可以进行并列工作的多个发送接收单元；还具有：
配属单元，对应所述无线终端装置的位置，将所述无线终端装置配属给由所述指向性波束的到达范围而决定的群集；
分配单元，将所述每个群集所特有的特征标信号分配给配属好了的所述无线终端装置；以及
通知单元，将分配的特征标信号通知给所述无线终端装置。
13.一种无线终端装置，包括：
接收单元，接收由所述无线基站装置通知的特征标信号，该特征标信号为每个群集特有，该群集是由通信对方的无线基站装置的天线单元所形成的指向性波束的到达范围而决定的；
检测单元，检测所访问的媒体里是否存在所述特征标信号；
递减单元，依据所述检测单元的检测结果，当所述媒体里不存在所述特征标信号时，将补偿值递减；以及
发送单元，当所述补偿值通过所述递减单元递减为零时，将所述特征标信号和发往所述无线基站装置的数据分组同时发送。
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