CN104584457A - 通信系统内的信道分配 - Google Patents

Abstract

描述了提供用于确定如何将终端分配到间隙的方案的方法和系统，以便在多用户卫星接收器和视场内的终端之间不存在反馈信道的情况下最大化通信系统性能。终端彼此独立地操作并基于终端的地理位置选择传输间隙。终端可以被编程有间隙选择器以根据当前位置的某个确定性或非确定性函数选择间隙。间隙规划数据库可以用于协助高效的间隙选择。描述了基于规则和不规则网格的分配方法，减小视场内的过多终端使用同一间隙传输的可能性。卫星引起的多普勒效应可以用于进一步增加间隙复用并改善间隙的分配，以便接收器了解覆盖频带的频率的近似均匀分布以改善系统吞吐量。本文描述的方法大大减小或消除接收器处的失效概率，具有众多实现优势，例如，降低成本、复杂性和功耗。

Description

通信系统内的信道分配

优先权文件

本申请主张2012年8月14日提交的名为“Channel allocation in a communication system”的澳大利亚临时专利申请No.2012903489的优先权，其内容通过引用的方式全部并入本申请中。

引用并入

在下面的描述中参考以下的同时待审的专利申请：

2012年9月21日提交的名为“Communication system and method”的澳大利亚临时专利申请No.2012904130；以及

2012年9月21日提交的名为“Multiaccess Communication System”的澳大利亚临时专利申请No.2012904145。

这些申请的每个申请的内容以引用的方式全部并入本申请中。

技术领域

本发明涉及无线通信系统。特别地，本发明涉及在缺乏反馈信道的无线通信系统内的终端的间隙分配。

背景技术

图1A示出无线通信系统1，其中，标志为RX的接收器2意欲从其视场3(也可以为多个接收器和多个对应的视场)内的标志为TX₁,TX₂,…,TX_k的k个用户终端(下文中称为终端)10中的每个终端接收数据。通信发生在必须被所有终端共享的介质5上。终端可以是静止的(在固定位置处)，或可以是移动的(例如可便携的，或固定到车辆、飞机或轮船，或太空飞船，或由人或动物携带)。我们对不存在从接收器到发射器的反馈信道的情况感兴趣。

由于终端无需提供通信接收器功能，因此反馈信道的缺失可以是可取的以降低实现复杂性、成本或终端的功耗。在终端可以是由电池供电的或具有限定功率电源的情况(如，紧急移动式传感器)下，这点特别重要。不具有从接收器到终端的反馈信道的系统被称为“开环”。

存在适合该模型的系统的一些示例。描述这些示例仅用于说明，并非意图限定所描述的方法的应用。

一个示例是低地球轨道卫星通信，其中视场是卫星的覆盖区，发射器是装备有用于将传感器数据传输至卫星的无线发射器的地面传感器设备。在本示例中，随着卫星绕轨道运行，视场在地球的表面上移动。从700km的轨道高度，视场大约为6000km宽。图1B示出具有卫星接收器的通信系统的示例，该卫星接收器具有移动的视场以与k个发射器通信。在第一时间点，接收器具有包含发射器TX₁和TX₂的第一视场6。在后来的时间，卫星移动到右侧，因此具有包含发射器TX_i，TX_j和TX_k的新视场7。在一种情境中，对于地面传感器和卫星有效载荷，功耗非常重要。为了延长传感器的寿命并降低有效载荷的成本，不具有从卫星到传感器的反馈链接可以是有利的。

另一示例是蜂窝通信，其中视场是特定基站的覆盖区(有时称为小区)。再者，终端可以是装备有蜂窝发射器以将它们的传感器数据发送到基站却缺乏允许如蜂窝通信系统内典型地执行的传输的协调的反馈信道的低成本传感器。

共享的物理通信介质可被划分为多个信道。这些信道在时分多址系统中可以是时隙，在频分多址系统中可以是频隙，在正交频分多址系统中可以是副载波，或在码分多址系统中可以是扩频序列。更普遍地，间隙可以是这些中的任何的混合，间隙对应于系统的总体自由度(包括由多发射和/或接收天线引起的自由度)的某个子集。不管将介质分成信道的底层方法如何，我们将这些信道称为“间隙”。我们不要求这些间隙是正交的，尽管在许多情况下信道可被选择为正交的。

在一些实施例中，接收器装备有能够成功地解码由不同终端在同一间隙内传输的一定数量的同步传输的多用户解码器。事实上，能够被成功地解码的间隙内的同步传输的数目取决于各种系统参数，包括接收的信噪比、每个终端与接收器之间的无线电信道传播特性，以及使用的多用户解码器的类型。为了便于解释，我们假设多用户接收器能够成功地解码单个间隙内的m≥1个同步传输。当更具体的接收器特性已知时，可以容易地考虑这些更具体的接收器特性。

然而，在这种系统中，在确定如何将终端分配到间隙以最大化系统性能中存在问题。存在可以采用的系统性能的一些标准。我们对改进接收器能够正确地解码由终端传输的数据的概率感兴趣。换句话说，我们意欲最小化在给定间隙内的同步传输的数目超出m的概率，其中m为上述的接收器特性(即，接收器能够成功地解码的间隙内的传输的最大数目)。

由于缺少来自接收器的反馈信道，更难于实现将终端分配到间隙。这妨碍了由某个中央控制器执行分配的协调间隙分配的使用。存在多个针对这个问题的已知方法(如，固定分配和随机存取)。

固定分配方法将一个间隙永久地分配给每个终端。这是间隙被分配用于系统操作的整个持续期间的电路交换的情况。这个方法具有一些众所周知的缺点。由于不允许间隙复用，它是对信道资源的浪费。此外，当系统为开环时，由于不存在在部署之后控制信道分配的其他方法，间隙分配必需硬连接到终端。在终端是移动的(或视场本身移动，例如，在低地球轨道卫星系统)系统中，可能不能提前获知哪些终端将会在视场中。因此，固定分配只能将多达m个终端分配到任何一个间隙。在卫星通信的情况下，这个间隙将不能被任何其他的终端全局地复用。

另一个众所周知的间隙分配的方法是随机存取(也称为分段ALOHA)。在这个方法中，将间隙随机地分配给终端。假设我们在视场内有k个终端和n个可用间隙。在随机存取的方法中，每个终端一律随机地选择间隙。则特定的间隙被m个终端选择的概率是：

$P_m=\left(\begin{array}{c}k\\ m\end{array}\right){\left(\begin{array}{c}1\\ n\end{array}\right)}^m{\left(\begin{array}{c}n-1\\ n\end{array}\right)}^{k-m}$    等式1

众所周知可以通过泊松近似去近似二项分布：

$P_m\≈\frac{1}{m!}{e}^{-\mathrm{\λ}}{\mathrm{\λ}}^m$ 其中 $\mathrm{\λ}=\frac{k}{n}$    等式2

使用这个近似，间隙具有多于m个终端的概率是1-Q(m+1,λ)，其中

$Q(a,z)=\frac{\mathrm{\Γ}(a,z)}{\mathrm{\Γ}\left(a\right)}=\frac{1}{(a-1)!}{\∫}_z^{\∞}{t}^{a-1}{e}^{-t}\mathrm{dt}$    等式3

是正则化非完整伽马函数。图2绘制出间隙具有多于m(m＝1,2,…,10)个终端对于λ＝k/n的概率曲线20。考虑特定的目标解码器失效概率p，即间隙包含多于m个终端的概率，我们能够计算由该随机存取方案支持的λ＝k/n的最大值为：

λ(p)＝Q^-1(m+1,1-p)   等式4

其中，Q^-1是逆正则化伽马函数(使用如Methematica的软件能够简单地数值化计算出)。图3绘制出p＝10^-1,10^-2,…,10^-6的λ(p)的最大值对m的曲线30。从这幅图，我们看出如果我们期望非常低的解码器失效概率，我们被限制在λ＝k/n的低值。例如，在p＝10^-6且m＝5处，我们在n个间隙里只能支持k≈n/3个终端，尽管能够解码间隙内的5个同步用户。如果我们情愿接受更高的解码器失效概率，则我们能够支持更多的终端。例如，在p＝0.1且m＝5处，我们能够支持k＝3n个终端。然而，在不存在反馈信道的情况下，由于不存在请求失败的传输的重传输的方法，更高的概率典型地是不可取的。

因此，需要提供用于确定如何将终端分配到间隙的方法和系统以相比于这种固定和随机存取分配方案改进，如果有可能，最大化系统性能，或可选地，至少向用户提供这种方案的有用的替代方案。

发明内容

根据第一方面，提供一种用于为通信系统内的终端分配传输间隙的方法，所述通信系统包括多个终端和用于从所述多个终端接收传输的共用接收器，所述共用接收器具有视场，所述方法包括：

获取所述终端的当前地理位置；以及

基于获取的所述终端的地理位置分配传输间隙。

根据第二方面，提供一种用于通信系统的终端，包括：

发射器；

位置模块，用于获取所述终端的位置；以及

间隙选择器模块，用于基于获取的位置选择传输间隙。

在所述方法和终端的进一步的方面，所述当前(地理)位置可以是存储的位置，估计的位置(如，从GPS信号)或通过有线或无线通信链接接收的位置。获取的所述位置可以是实际位置的估计或近似。可以从位置确定模块获取所述位置。所述位置确定模块可以(周期性地、连续地或基于请求)提供位置更新。在进一步的方面，不存在从所述共用接收器到所述多个终端的反馈信道，或者存在从所述共用接收器到所述多个终端的反馈信道却不用于传输间隙的分配，并且所述终端的传输间隙的分配独立于所述共用接收器或其他终端的传输间隙的分配而执行。

在进一步的方面，所述间隙选择(或分配)使用包括多个地理区域的间隙规划数据库，每个地理区域与一组一个或多个间隙相关联。通过确定包含所述终端的地理位置的所述地理区域并从与确定的地理区域相关联的所述一组一个或多个间隙选择间隙执行分配。被所述间隙规划数据库使用的所述间隙规划可以在视场内一次或多次分配每个间隙。在进一步的方面，在所述视场内每个间隙被分配至多固定次数。地理信息的使用允许空间复用，其中，用于所述视场的同一间隙在非交叠视场内的其他地方被复用。所述区域可以被存储为形成矩形网格的矩形区域。所述网格可以用于对平面分块以允许间隙的复用。在一方面，所述区域的边界是不规则的以便区域形成由所述多个地理区域限定的操作区域的不规则分区。可以使用图形着色算法执行分配。图形着色可以用于所述区域的边界是规则(例如形成矩形网格)的情况，以及用于所述区域的边界是不规则的情况。在一方面，每个区域与图形内的单个顶点相关联，且在所述图形内的在边界区域内的任何顶点对之间生成边。边界区域可以是直径为D的圆，且可以是完全容纳所述共用接收器的估计视场的最小圆。在一方面，每个所述地理区域是矩形地理区域且所述间隙数据库存储形成具有边长为X和Y的矩形网格的NM个地理区域，其中，N为所述网格内的列的数目，M为所述矩形网格内的行的数目，且确定包含所述终端的所述地理位置(x,y)的所述地理区域的步骤包括使用R＝N(y mod Y)+(x mod X)确定所述地理区域的编号R。在一方面，基于所述共用接收器的估计视场确定所述矩形网格的维度(X,Y)(例如所述矩形网格可以容纳所述视场)。通过考虑多普勒效应可以实现进一步的复用，例如，将所述网格分为正和负多普勒区域以便在两个区域内可以复用间隙。考虑矩形网格的情况，X＝2Y，其中Y维度与所述共用接收器的运动方向对齐，且所述矩形网格的维度(X，Y)近似容纳所述共用接收器的所述视场的一半。在一方面，所述将一组一个或多个间隙分配给每个地理区域的步骤包括同一组间隙用于第一区域和第二区域的分配，所述第一和第二区域对应于所述共用接收器的共用视场内的不同区域，所述第一区域具有正多普勒偏移以及所述第二区域具有负多普勒偏移。可以执行间隙的分配以使得所述接收器了解覆盖频带的频率的近似均与分布。这可以进一步基于获取所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*。所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*本身可以是均匀的。在一方面，所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*被限制在预定的带宽内，例如基于系统或调控约束。可以基于数值优化技术获取所述概率密度函数q*。在进一步的方面，可以使用地理分配获取用于本地发射器组的一组间隙，使用本地终端组本地地协调终端在所述一组间隙内选择间隙。

在进一步的方面，提供包括多个根据第二方面(和进一步的方面)的终端和用于从所述多个终端接收传输的共用接收器的通信系统。在进一步的方面，可以提供用于通信系统的接收器。

附图说明

将参考附图论述各种实施例，其中：

图1A为根据实施例的包括与接收器通信的k个发射器的通信系统的示意图；

图1B为根据实施例的包括具有用于与k个发射器通信的移动视场的卫星接收器的通信系统的示意图；

图2为对于m＝1,2,…,10，解码器的失效概率对λ＝k/n的图；

图3为对于p＝10^-1,10^-2,…,10^-6，最大值λ(p)对m的图；

图4为根据实施例的具有基于地理位置的间隙选择的终端的框图；

图5为根据实施例的基于网格的间隙分配方案的示意图；

图6为根据实施例的示出使用矩形网格的平面的分块的示意图；

图7为根据实施例的区域的不规则分区的示意图；

图8为根据实施例的不规则网格间隙分配方案的示意图；

图9为根据实施例的存储为树的间隙规划数据库的示意图；

图10为根据实施例的使用发射器的本地协调的通信系统的示意图；

图11为根据实施例的具有本地间隙协调的终端的框图；

图12为根据实施例的低地球轨道卫星的视场内的终端的多普勒偏移的图；

图13为根据实施例的对于2千米乘2千米的网格的位置的视场内的多普勒偏移的直方图；

图14为根据实施例的将视场分为正和负多普勒偏移的示意图；

图15为根据实施例的运用多普勒以更频繁地复用间隙的基于网格的分配的示意图；

图16为根据实施例的对于图13的给定多普勒分布，优化传输频率分布的结果的图；

图17为根据实施例的示出对于所有发射器以相同的中心频率传输的情况和发射器使用均匀传输分布和图16中示出的优化传输频率分布传输的情况，卫星接收器处的频率的分布的图；

图18为根据实施例的用于为通信系统内的终端分配传输间隙的方法的流程图；以及

图19为根据实施例的计算装置的框图。

在下面的描述中，在所有附图中的相同的附图标记指明相同或相应的部分。

具体实施方式

将描述无线通信系统的实施例，如图1所示，其中，终端基于终端的地理位置分配或选择传输间隙。即，终端可以从存储器、位置确定模块或其他装置得到的地理位置信息被用于选择间隙。图18为根据实施例的用于为通信系统内的终端分配传输间隙的方法180的流程图。该方法包括获取终端的当前地理位置的步骤181，和基于获取的终端的地理位置分配传输间隙的步骤182。可以分配多(即，一个或多个)传输间隙。接收器可以是能够成功地解码单个间隙内的m≥1个同步传输的多址或多用户接收器。应当注意的是，在接收器仅能解码间隙内的单个传输(即，m＝1)的情况下能够使用该方法。在这种情况下，所述方法能够用于帮助分布传输以避免交叠。在不存在从接收器到终端的反馈信道的通信系统内，本申请中所描述的实施例也是有用的。在这种情况下，基于地理位置，独立于接收器或其他终端执行传输间隙的分配。然而，应当理解的是，在反馈信道存在却不被使用或被用于一些其他目的的情况下，也可以使用本申请中所描述的方法的实施例。类似地，在反馈信道被用于协调来自数个终端的传输的情况下，也能够使用本申请中所描述的方法的实施例以协助间隙分配。

可以从各种来源获取地理位置信息。例如，它们可以被放置在固定位置且将其位置编程在存储器中。可选地，它们可以具有提供准确位置和时间参考的全球定位系统(GPS)接收器。在传感器部署中，这点特别重要，其中传感器可能意欲将他们的测量标记上测量在何处何时进行的地理位置和时间。终端借助其可以获取位置信息的其他机制包括使用由无线通信系统提供的基于位置的服务。终端可以通过无线链接接收位置并将接收的位置传递给间隙分配器。在这种情况下，或在从接收的信号(如GPS)估计或确定位置的情况下，位置可以只被暂时存储，或被瞬态存储(如在寄存器或缓存内)。我们描述的方法不依赖于提供终端的地理位置的特定的方法。进一步，获取的位置可以是终端的实际位置的近似的估计。估计的期望的准确性典型地依赖于实现细节，如接收器的视场、终端的分布和是否存在终端的最小位置间隔等。

进一步，通过使用地理信息，可以利用空间复用以在一个视场内将m个终端分配给每个间隙，并在非交叠的视场内的其他地方复用那些相同的间隙。例如，如果视场是10°的经度(或纬度)，可以基于经度(或纬度)模10分配间隙，从而具有1°,11°,21°等经度(或纬度)的终端将被分配间隙1，具有2°,12°,22°等经度(或纬度)的终端将被分配间隙2。这提供高于上述的固定分配方法的优势且在旨在提供全国甚至全球覆盖的蜂窝或卫星系统中特别重要。

图4示出根据实施例的发射器10的框图。终端10包括发射器11、发射天线12、间隙选择器13和用于存储终端的当前位置的内存或存储器14。终端还可选地包括间隙规划数据库15和可选地包括位置确定功能/模块16和相关联的位置确定输入17，如天线。用于将数据传达给接收器的发射器在由间隙选择器识别的间隙内传输其数据。发射器的细节(如，具体的调制器、数据构架等)未示出，因为如对于本领域的任何技术人员所显而易见的，我们的方法能够与各种不同的发射器一起使用。如上所述，间隙可以是时隙、频隙、副载波、扩频序列或其任何的混合组合，包括使用多天线的变型。在一个实施例中，发射器接收二进制数据流、或序列、包或帧并使用适当的调制方案(PSK、QAM、GMSK、OFDM等)执行传输相关的功能(如数模转换、滤波和调制到选择的副载波)。发射器也可实现诸如导频数据的差错控制编码、交叉存取、插入等的功能以协助增大传输对于通道效应、干扰、和其他噪音源的鲁棒性。在一个实施例中，发射器用于在VHF或UHF带内发送占用相对窄的带宽(如1,2,5,10,20,40kHz等)的相对短的传输。

间隙选择器13以终端14的当前位置作为输入并输出被发射器使用以选择用于传输的间隙的一个或多个间隙标识符。当前位置和间隙标识符的具体格式或编码对本发明来说并不重要，如对于本领域技术人员显而易见的，存在可表示这些的多种方式(如间隙序列内的整数)。间隙选择器根据当前位置的某个确定性或非确定性函数(可选地，根据间隙规划数据库)选择间隙。非确定性函数的一个示例是从一组可能的间隙随机选择。

终端14的当前位置存储在包含终端的当前位置(或位置估计)的存储器(如RAM、处理器寄存器、硬盘、闪存等)中。这可以是预编程的或可以通过可选的位置确定装置或模块手动地或自动地随时间更新。位置可以存储为根据通用的地理坐标系的位置，如，位置可以是根据WGS84的纬度和经度，或本地地理坐标系中的(x,y)位置。可选地，位置可以是发射器和接收器使用的共用坐标系内的格网参考坐标或标志。

可选的位置确定模块16基于其从其位置确定输入接收的信号为当前位置存储提供位置更新。位置确定功能的具体实现对于本方法来说并不重要。例如，它可以是全球定位系统接收器，或可选地，它可以是通过蜂窝或无线局域网连接无线地访问网络位置服务的装置。

在下面详细地描述的可选的间隙规划数据库15包含将地理区域相关联到一个或多个间隙的预编程的数据库。即，数据库存储映射或关系R_i→{s_j}，其中R_i是第i个区域，{s_j}是分配给该区域的一组间隙。该组间隙可以是单个间隙或可以包含多达p个间隙(即j＝1..p)。每个区域的间隙的数目可以是恒定的，且可以等于接收器能够同步解码的间隙的总数目(即p＝m)，或每个区域的间隙的数目可以是可变的。能够以本领域技术人员公知的各种方式创建数据库。例如，映射表能够存储区域索引并将这些索引映射到间隙索引。然后其他表可以将区域索引映射到区域的属性，如地理边界。类似地，间隙数据库可以将间隙索引映射到用于间隙内传输的间隙的属性(如，定时、频率、扩频码等)。这个数据库可以是预编程的，或可以通过有线或无线连接(未示出)手动地或自动地随时间更新。因此，分配传输间隙包括确定链接到或包含发射器地理位置的区域，查找或获取与那个区域相关联的一组间隙，然后从该组间隙选择一个间隙。

使用终端可用的地理位置信息以选择间隙的方法相对于已有技术方案(如固定分配或随机存取)来说具有一些优势，如：

-无需从接收器到终端的反馈；

-无需终端之间的通信；

-无需间隙选择的实时中央协调；

-支持终端移动性和/或移动的视场；以及

-能够大大减小(或者甚至消除)接收器处的解码器的失效概率。例如，这可以通过使用利用终端的空间分布的知识的间隙规划(参见关于间隙规划数据库的论述)实现。

间隙规划数据库15包括地理地区和间隙之间的关联。在一个实施例中，间隙规划数据库以树型数据结构分等级地存储这个信息，其中数的每一级提供地区的更细粒度的划分。终端内的存储器可以用于存储数据库，处理器可以包含软件代码或指令以查找数据库内的条目。还可以使用其他的硬件、软件和组合的硬件软件实现。

使用树存储数据库允许间隙选择器使用众所周知的树查找方法检索数据库，这些树查找方法允许间隙选择器在仅与树的深度成对数关系的时间内到达树的叶子。每个叶子表示地理区域，且具有相关联的一组间隙。这具有间隙选择器可以非常迅速地从当前位置确定间隙的优势。下面将详细地描述这个树。

各种间隙规划可以以不同的性能实现，并且可以基于期望的实现条件指导间隙规划的选择。例如，将间隙指定给已知不存在终端的地理地区是无意义的，因为这浪费可用的间隙。类似地，只将少许间隙分配给期望包含大量终端(例如，远超出m个终端)的大地理区域，将可能导致高失效概率。因此，在一个实施例中，在开发高效的间隙规划中使用终端的期望统计空间分布的知识(但是单个终端的具体位置是非必需的，可以是未知的)。例如，基于终端的期望统计空间分布，可以确定数据库内的每个区域的边界或维度。然而，应当理解的是，关于期望的实现的一系列信息可以用于开发有益的或高效的间隙规划(间隙分配给地理区域)。

下面我们给出可以改进某些实现中的效率的间隙规划设计的三个示例实施例。在一个实施例中，不管视场的位置如何，每个间隙在视场内仅使用一次，然后可在非交叠视场内复用间隙。在其他实施例中，间隙可以在视场内使用多于一次(即一次或多次)。在一些实施例中，间隙可以在视场内使用至多固定次数q。这个固定次数可以基于接收器的特性。典型地，q≤m，其中m是多用户接收器能够解码的间隙内的传输的次数。通过应用用于蜂窝系统内的频率规划或地理通信卫星内的点波束设计的现有方法可以设计其他间隙规划。

请注意，相比于这些在先系统，我们的方法是新颖的，因为它使用终端可用的地理位置信息以自主地决定使用哪些间隙。在蜂窝系统中，由中央控制器分配信道。在点波束卫星系统中，由卫星天线的设计确定可用信道，且再次中央地控制可用信道。本申请中所描述的系统的实施例无需任何中央协调。

在第一示例实施例中，基于矩形网格执行间隙分配。如果期望终端在整个覆盖区(我们将称其为平面)内近似均匀分布，这可以被使用。假定可以由X米乘Y米(对此示例我们采用笛卡尔坐标，然而，可以使用其他坐标系)的矩形50近似视场。图5示出基于矩形网格的间隙分配方法50。水平方向55被分为N列，而竖直方向54被分为M行。视场被分为NM个具有长为Δx的水平边51和长为Δy的竖直边52，因此具有ΔxΔy平方米的面积的非交叠矩形区域53。对NM个区域53中的每个区域，我们可以分配n个间隙中的一个或多个。例如，如果NM＝n，可以通过区域的编号0,1,2,…,NM-1或通过任何其他的一对一映射简单地识别分配给区域的间隙。即区域索引＝间隙索引，每个间隙只与一个区域相关联。可选地，如果NM<n，我们可以将多于一个间隙分配给区域。如果多用户接收器可以正确地解码一个间隙内的m个终端，我们可以将每个间隙分配给至多m个区域。

图6示出通过这个矩形网格50图案的副本对平面61分块的示意图60。此分块具有非常有利的属性，即放置在平面上的任何X乘Y米的矩形包含与图5所示的初始网格图案正好相同的区域，只不过进行了重排。考虑由粗线轮廓的矩形62指示的X×Y的视场。这与4个分块的矩形交叠。然而，正如标记A、B、C、D所指示的，我们看到视场包含与初始网格相同的所有区域，只不过进行了重排。无论视场被放置在平面上的何处，情况都是这样的。

对于这个网格分配的分块，使用取模算法间隙选择器可以确定它属于哪个区域。假定终端位于网格和分块使用的同一坐标系内的位置(x,y)处。然后由

R＝N(y mod Y)+(x mod X)   等式5

确定区域的编号R。其中a模b是众所周知的取模运算符，计算用b除a后的余数。一旦终端知道其属于哪个区域，它可以根据分配给区域的间隙选择其间隙。如果只有一个间隙已经被分配给区域R，间隙选择器选择这个间隙。可选地，如果区域R已经被分配了多于一个间隙，它可以从间隙列表随机地选择。

为了与上述的随机存取方法进行比较，现在假定NM＝n/m，每个区域已经被分配了单个间隙，且每个间隙被分配m次。在根据具有平均值k/n的二维泊松过程空间地分布终端的情况下，此方案的性能与上述的随机存取方法的性能相同。

然而，事实上，可以根据一些其他方法空间地分布终端。例如，可以将终端手动地放置或均匀地分布在平面上以使得在每个区域内仅存在m个终端。

在另一情境下，终端可以被随机地布置，但遵守某个最小间隔距离d。对于车辆、轮船或飞机，可以是这种情况以保持安全的间隔距离。在这种情境下，如果

${2\mathrm{\&pi;r}}^2>\frac{1}{m}(\mathrm{\&Delta;x}+r)(\mathrm{\&Delta;y}+r)$    等式6

则在一个区域内决不会有多于m个终端。

在这种情境下，此基于网格的分配消除视场内的过多终端使用同一间隙传输的概率，无论视场被放置在平面的何处。这个网格分配的分块表明可以设计具有无论视场被放置在何处在视场内每个间隙仅被使用m次的属性的间隙规划。这允许我们消除由于过多终端在同一间隙内解码造成的多用户解码器无法解码的概率。相比于上述的随机存取方法这提供了显著的优势。

在第二示例实施例中，基于不规则分区的使用执行间隙分配。上述的基于网格的间隙分配提供平面的全体覆盖。这假设平面上的终端的均匀密度。事实上，可以已知终端遵循某个非均匀密度。例如，城市地区内的终端可以多于农村地区内的终端(或反之亦然)。在海事应用中，航道内的终端可以多于海洋的其他地区内的终端(陆地区域上没有终端)。类似地，在航空示例中，沿最常经过的航线可以分布有更多的终端。在这种例子中，采取平面的不规则分区是有利的。图7示出说明性的示例，其中图7为根据实施例的操作区域的不规则分区(使用不规则网格间隙分配方案)的示意图。该操作区域可以是由绕地球旋转的卫星或航空接收器跟踪或经过的区域。该操作区域也可以是经过的整个地区中对应于终端可以使用系统的区域的一部分。这可以排除未使用系统的国家。不规则图案允许系统将更多的间隙分配给期望存在更多终端的地区。与上述的规则网格图案和分块不同，不规则分配必须得到更多的注意以确保不管视场的位置如何，每个间隙在视场内不会出现多于m次。实现此目的的方法是使用图形着色将间隙分配给区域，现在将进行描述。然而，应当注意的是，在区域边界是规则的情况(如图5和6所示的矩形网格)下，也可以使用图形着色。

假定已经执行将整个平面分为区域的操作，且视场的直径为D米(如果视场不是圆，D是完全覆盖视场的最小圆的直径)。利用顶点V和边E定义图形G＝(V，E)如下。对于每个区域，我们在与那个区域相对应的图形内生成单个顶点。我们在对应于相隔不足D米的区域的任何一对顶点之间创建边。现在我们应用已知图形着色算法以将整数1,2，……n(这些是图形着色中的n钟颜色)中的一个指定给每个顶点。如果图形G的色数大于n，这总是可能的。现在我们可以根据通过图形着色算法分配给对应顶点的整数将间隙分配给区域。使用同一图形G，通过首先确定(或上限)图形G的色数κ并设置n＝κ，我们甚至可以最优化要求的间隙的数目。图形着色具有图形内不存在两个相邻顶点(由边连接的顶点)共享同一颜色的特性。将这转化到间隙分配，这意味着不存在距离小于D米的两个区域共享同一间隙。既然我们已经选中D作为视场的直径，这带来不管我们将视场放置在何处，每个间隙在视场内仅被使用一次的期望属性。更普遍地，我们可以限定边界区域而非最小位置间隔的使用。即，在图形内的边界区域内的任何一对顶点之间创建边。这可以是直径为D的圆，例如，圆是完全容纳共用接收器的估计视场的最小圆。然而，边界区域可以是矩形(例如，边X和Y)、椭圆、规则形状(六边形、八边形)、或甚至不规则形状。这些形状可以被成形为覆盖期望的视场，或如下关于多普勒引起的频率复用所讨论的，为期望的视场的一半。例如，边界区域可以是具有边X和Y的矩形区域，X＝2Y，且Y维度与接收器的运动方向对齐。

如前所述，使用树型数据结构存储间隙规划数据库是方便的。树包括节点和分枝。一个节点被识别为根节点。节点的深度是它与根之间的分枝的数目。根的深度为0。子分枝将深度d处的父节点连接到深度d+1处的子节点。图8为根据实施例的区域的不规则分区的示意图80，图9为根据实施例的存储为树的间隙规划数据库的示意图90。通过假定我们具有将平面划分成区域的给定分区和区域的给定间隙分配，我们开始论述。

树的每一级连续地将平面分为越来越小的区域。利用数值对(x_i,y_i)标记树内的每个节点，其中i＝0,1,2,…是取值范围从0到树中节点的总数目减一的虚索引。利用一组间隙标记对应于间隙规划的区域的树的每个叶子(叶子是具有子分枝的节点)。每个非叶节点具有4个子节点。这4个子节点的每个对应于将任何点(x,y)与其节点标记(x_i,y_i)进行比较的4种可能。我们标记这些分支如下：(<,<)表示x<x_i且y<y_i的地区；(≥,<)表示x≥x_i且y<y_i的地区；(<,≥)表示x<x_i且y≥y_i的地区；最后(≥,≥)表示x≥x_i且y≥y_i的地区。请注意，我们也可使用≤和>替代<和≥。

间隙选择器如下操作。考虑当前位置(x,y)，间隙选择器将此位置与与根节点关联的(x₀,y₀)进行比较。间隙选择器跟随对应于(x,y)和(x₀,y₀)之间的关系的分支到达节点(为清晰起见，我们假定具有索引1)。现在间隙选择器对比(x,y)与(x₁,y₁)，并采用对应的分支。在树的每个深度，跟随对应于(x,y)与节点标记的比较结果的分支重复这个过程。在到达叶子后，过程终止，间隙选择器输出与那个叶子相关联的一组间隙标识符。图9示出描绘对于位于图8上的阴影区域内的任何地方的终端发生的树(只示出树的相关部分)的遍历的过程的示例。例如，我们有x≥x₀且y≥y₀，因此在图9内选择分支91。参考图8，位置被窄化到由线81(x₀)和82(y₀)界定的区域。在下一个比较中，我们有x<x₁且y<y₁，因此选择分支92，且在图8中，位置被窄化到由线81、82、83(x₁)和84(y₁)界定的区域。在下一个比较中，我们有x≥x₂且y≥y₂，因此在图9内选择分支93。参考图8，位置被窄化到由线85(x₂)、86(y₂)、83(x₁)和84(y₁)界定的区域。在下一个比较中，我们有x≥x₃且y<y₃，因此在图9内选择分支94。参考图8，位置被窄化到由线87(x₃)、86(y₂)、83(x₁)和88(y₃)界定的区域。因此，终端位于树的叶子95处，且终端位于地理区域89内，可以从间隙{a,b,c,,,,}选择合适的间隙分配给这个地理区域。

请注意，并非树中的每个叶子都在相同的深度。这允许平面的不规则分区。同样请注意，标记节点的(x_i,y_i)，i＝0,1,2,…不必落到任何规则网格。最后，这整个设置可以延伸成存在从根节点到任何叶子的多条路径的栅格，或类似结构(如有向无环图)。这允许当多个区域共享同一间隙分配时更精简的表示。通过适当地修改节点标记和用于遍历树的决策函数，还可以在树或栅格上表示更复杂的间隙规划(如非矩形区域)。

在另一实施例中，可以使用混合方法，其中通过借助地理分配的全局协调的标准或传统间隙分配方法执行本地协调。在一些系统中，不同组的终端可以装备有在它们的组内本地地协调它们的间隙选择的方法。例如，它们可以使用具有冲突避免的载波监听多址访问访问信道。本地协调的另一示例是自组织时分多址访问(SOTDMA)。甚至可以由某个集中控制器(例如，基站或接入点)控制它们的本地协调。然而，由于缺乏组间的直接通信(例如，组与组之间彼此远离且没有直接连接)，不同组的终端可能没有方法全局地协调它们的间隙选择。

图10为根据实施例的使用发射器的本地协调的通信系统1的示意图。卫星接收器的视场3内的发射器10被分到第一本地组101和第二本地组102。每个本地组可以本地地协调它们的间隙选择，然而，每组都不知道另一组及其间隙的选择。例如，这种情境可以出现在终端形成本地自适应(ad hoc)无线网络的低地球轨道系统中，然而，本地组可以相隔数千米且不知道彼此的存在。卫星接收器2意欲从所有终端接收数据。在这种情境下，我们可以改变我们的方法以将间隙组指定到不同的地理区域(使用上述的任何方法)。然后终端使用分配给其区域的一组间隙在组内执行其各自的本地协调(使用其选择的任何方法，例如在本地控制器的指导下)。

图11为根据实施例的具有本地间隙协调的终端10的框图。发射器类似于图4中所示的发射器，且进一步包括本地间隙选择器18。在此实施例中，间隙选择器13基于当前地理位置选择一组间隙，且该组间隙被提供给本地间隙选择器18，本地间隙选择器18根据使用的任何本地协调方法运行。本地间隙选择器18将来自间隙选择器13的一组间隙作为输入，然后从该组间隙选择间隙。本地间隙选择器可以使用本地间隙协调输入19(例如，天线)以协助选择间隙。在一个实施例中，天线可以通过提供输入的子系统连接。在一个实施例中，子系统可以包括能够检测附近的其他发射器(例如，作为执行SOTDMA的收发器的一部分)的存在的接收器。在一个实施例中，本地间隙协调输入19连接到可以指示其他本地终端的存在或提供用于本地间隙协调的信息或指令(例如，多少个终端、使用什么方法、或甚至从一组间隙选择哪个间隙)的另一装置。

在图10所示的示例中，第一本地组101可以基于其地理位置(例如，基于视场的中心)被指定间隙1到10，第二本地组102可以被指定间隙31到40。例如，在一个实施例中，第一本地组101可以使用由间隙选择器提供的一组间隙1-10使用随机分配，三个发射器随机地选择间隙2、4和7。第二本地组102可以在组内使用固定分配方案。例如，每个发射器可以被指定索引i，本地间隙选择器将选择一组指定的间隙中的第i个间隙。因此，在这种情况下，三个发射器将被指定来自间隙31到40的间隙31、32和33。在另一示例中，第二本地组102可以执行SOTDMA，每个终端只在来自指定的间隙组的间隙中传输。本地间隙选择器18可以通过本地间隙协调输入19从能够检测附近的其他发射器的存在的接收器获知其他终端的存在。

低地球轨道卫星的大轨道速度引起发射至或自卫星的信号内的显著的多普勒偏移。图12示出对于VHF带内传输的信号，位于低地球轨道卫星的视场内的终端经历的多普勒偏移的图。这个偏移在大约-3600Hz到+3600Hz之间变化，虚线指示-1000Hz、-2000Hz和-3000Hz的偏移等值线，点线指示+1000Hz、+2000Hz和+3000Hz的偏移等值线。卫星最低点在(0,0)处且图是有方向的，从而卫星轨迹沿垂直轴自上而下移动。

图13为来自图12的多普勒偏移的对应直方图的图，其中，我们已经考虑到视场内的2km乘2km的网格上的每个位置。从此直方图，我们可以看出多普勒偏移的分布严重地偏向正和负极端。在开环的情境中，地面终端没有从卫星接收信号的方法，此外对卫星的轨道没有任何了解，终端不会提前知道影响其传输到卫星的信号的多普勒偏移。因此，这种终端无法对多普勒频移预补偿。此未知的多普勒频移可以潜在地使得在上述方案中使用频率间隙(信道化)变得困难。然而，已经开发了一些新方法以运用这个多普勒频移提供的频率多样化，此处将不再赘述。

第一示例实施例是多普勒引起的频率复用。首先，考虑终端不能自由选择传输频率(例如，由于调控约束)的系统。在这种系统中，可以使用一些其他种类的间隙(例如，时隙)，并使用未知的多普勒偏移以允许间隙的更紧凑的空间复用。图14示出从北向南移动142的卫星的视场141被分成负多普勒偏移143(落后于卫星)和正多普勒偏移144(领先于卫星)的示意图140。我们可以将平面分成R米的交替水平带并采取上述的基于地理的间隙规划中的一个，其中视场被重定义为水平2R米乘竖直R米(而不是2R×2R)的矩形。这有效地使得可用于分配的间隙的数目翻倍。图15为根据实施例的利用多普勒以更频繁地复用间隙的基于网格的分配的示意图150。同一理论应用到上述的其他分配方法。正如图6，我们看到我们已经对平面分块，此时视场141是2R×R(由矩形在外部界定圆形的卫星视场)。我们看到在卫星的圆形覆盖区内间隙分配的每一部分出现至多两次。然而，每一部分随着正多普勒偏移出现一次，随着负多普勒偏移出现一次。如果与最大多普勒偏移相比，信号带宽相对较窄(例如，对于图12的示例，1KHz)，通过多普勒频移将每个间隙上的正负版在频率上分开。参考图13，绝对多普勒频移更可能接近最大值，提供最大的频率间隔。更普遍地，可以使用多普勒引起的频率复用执行将一组一个或多个间隙指定给每个地理区域的步骤。在这种情况下，同一组间隙用于(或复用于)第一地理区域和第二地理区域。这些间隙对应于具有第一区域和第二区域的共用接收器的共用视场内的不同区域，第一区域具有正多普勒偏移，第二区域具有负多普勒偏移。

第二示例实施例是优化的概率频分多址。图13示出终端经历的多普勒偏移更有可能接近最大值或最小值而非其间的某值。在上述方法中，这导致在最大或最小多普勒偏移处接收的信号的比例更高。假定我们意欲使用(例如)不止由特定的持续时间限定也由频率信道限定的时间-频率间隙。这完全落在前述间隙的一般概念和迄今为止应用的所描述的所有方法中。尽管我们从多普勒引起的频率复用得到显著的优势(两倍)，如果可以安排传输以使得信号在频带上更均匀的分布，我们将得到更多优势。在终端可以将其传输频率控制到某个程度的情境下，我们已经开发新且有力的方法以确保在卫星处接收的信号在频带上真正地均匀分布。关键点是确定终端的传输频率的分布以便在多普勒效应后卫星看到均匀分布。这可以在数值优化中归结为如下问题。令终端具有由概率密度函数q(f)描述的传输频率分布。令概率分布d(f)描述多普勒频移的分布。那么卫星处的频率的分布为d_*f，其中，_*为线性卷积操作符。这是由于多普勒频移是附加的且两个随机变量的加法的分布众所周知是由其卷积提供的事实。

现在我们可以求解数值最优化问题以找到最优q*，如下：

$q^{*}=\arg \underset{q}{\min J}(d*q)$ 服从   等式7

∫q(f)df＝1   等式8

q(f)≥0   等式9

其中，J(·)是可以被设计者选中作为任何实值目标函数的函数，当它的幅角“接近”均匀时，值小，当它的幅角“远离”均匀时，值大。q(f)的两个约束用以确保其是有效的概率密度函数。此过程也可以应用到q和/或d离散(即概率质量函数)的情况，。在这种情况下，q(f)的约束变成：

$\underset{f_i}{\mathrm{\&Sigma;}}q\left(f_i\right)=1$    等式10

q(f_i)≥0   等式11

其中，f_i为由设计者选择的一组离散频率。对于J，数个选择是可行的。一个例子是：

$J\left(p\left(f\right)\right)={\left|\right|\mathrm{\&alpha;}-p\left|\right|}_2^2$    等式12

＝∫[p(f)-α²]²df   等式13

其中，α是p支集上的均匀分布。例如，如果p(f)具有等于W Hz的支集(在其上p(f)>0的频率范围)，那么α＝1/W。J的选择旨在最小化p＝q*d和均匀分布之间的最小方差。另一方法可以是将J(p)＝-H(p)设置为p的香农熵的负数。对于离散分布p，熵是均匀分布的最大值。其他目标函数是可能的，我们的方法应用于所有的目标函数。标准数值优化包可以用于实现要求的约束的最小化。例如，可以在MATLAB中使用函数lslin求解最小方差。甚至对于非线性目标函数，在Mathematica中，可以使用函数FindMinimum。

图16为根据实施例的对于图13的给定多普勒分布，优化传输频率分布的结果的图161。对于这个示例，香农熵被用作目标函数。使用最小均方方法得到类似(却不同的)结果。

图17为对于一些传输频率分布(非优化分布171、均匀传输分布172以及优化传输分布173)，卫星接收器处的频率分布的图。每条曲线是在传递经过信道后接收器处的结果分布且包括应用的传输偏移和信道多普勒效应的组合效应。在每种情况下，所有发射器以同一中心频率传输且该中心频率已被减去以使得图形的中心位于0Hz处。示出非优化分布171以作参考，且在这种情况(即非优化情况)下，在发射器处没有应用频率偏移且从而产生的接收器处的分布表明由多普勒效应导致的信道引起的频率偏移。均匀传输分布172表明发射器应用从均匀分布选择的频率偏移时在接收器处产生的分布。即，终端使用的传输频率的概率密度函数q*是均匀的。优化传输频率分布173表明发射器应用来自优化分布的频率偏移时在接收器处产生的分布。在这种情况下，通过优化如上所述的图13的给定多普勒分布的传输频率分布获得优化分布。使用优化传输频率分布173得到更接近(实际上尽可能接近)接收器处的均匀分布的接收的频谱。我们可以看到不止改进接收的分布的形状，同样增大总体带宽(在本示例中倍增-将优化分布173和非优化分布171进行比较)。这具有增大供使用的可用间隙的数目的额外优势。一旦获得优化传输频率分布q*，可以以多种方式应用该优化传输频率分布q*。首先，每个终端可以根据分布q*选择随机频率偏移。利用在视场上均匀分布的多个终端，卫星将看到优化分布d*q*。可选地，通过将地理间隙规划中的间隙与频率相关联(使用任何前述方法)，我们可以确定性地将频率分配给终端，确保间隙规划内使用的每个频率的比例服从q*。我们还观察到相比于非优化分布171，应用均匀传输频率分布172导致接收的频谱更接近均匀分布，却避免了计算优化分布的工作。我们还可以设计传输频率分布，以使得在发射器和/或接收器处，传输频率分布被限制在确定(即，预定)的带宽内(考虑期望的多普勒分布)。例如，可以定义预定的带宽以满足系统或调控约束(在这种情况下，可以在系统设计或配置期间确定带宽的值)。

可以在一系列使用各种通信技术的无线通信系统中实施本发明的方法和发射器的实施例。这可以包括在2012年9月21日递交的名为“communication system and method”的澳大利亚临时专利申请No.2012904130和2012年9月21日递交的名为“MultiaccessCommunication System”的澳大利亚临时专利申请No.2012904145中所描述的无线通信系统、发射器和接收器。这些申请中的每个申请的内容通过参考全部并入本申请。可以在广泛支持分布式传感器和装置(如陆地或海域场传感器及工业自动化和控制设备)的通信系统中使用实施例。支持这种装置和传感器的能力具有在如用于气候变化的环境监控、水、采矿业、农业及国防和国家安全的领域实现显著的经济和环境效益的潜能。例如，潜在应用包括使用出于环境、经济和国家安全的原因的远程海洋环境监控或无人照管的地面传感器或资产的远程监控支持通信。对于这种传感器，卫星或空中通信是从这些传感器和资产提取数据的唯一可行方案。本申请中所描述的方法的实施例使能高效的间隙分配以支持大量的分布式终端。

本申请中已描述了提供用于确定如何将终端分配到间隙以最大化(或改进)通信系统性能的方案的各种方法和系统，尤其在接收器(如卫星接收器)和接收器的视场(或接收器区域)内的终端之间不存在反馈信道的情况下。然而，应当理解的是，本申请中所描述的方法也可以应用在反馈信道存在但并未被使用或用于一些其他目的的通信系统中。类似地，在反馈信道用于协调来自多个终端的传输的情况下，本申请中所描述的方法的实施例也可以用于协助间隙分配。采取的方法旨在使用它们的地理位置上的终端可用的地理位置信息从而选择供终端使用的间隙以与接收器通信(即发送传输)。终端可以被编程为具有间隙选择器以根据当前位置的某个确定性或非确定性函数选择间隙。间隙规划数据库可以用于协助高效的间隙选择。该方法具有多个优势。无需从终端到接收器的反馈或终端之间的通信。此外也不要求间隙选择的实时中央协调，且支持终端移动性和/或移动视场(即移动卫星，或远程无人机(UAV))。方法还可以大大减小或消除接收器处的失效概率。这具有许多实施优势，如减小成本、复杂性及功耗。在接收器是可以成功地地解码单个间隙内的m≥1个同步传输的多址或多用户接收器的情况下，可以使用本方法。应当注意的是，在接收器仅能够解码间隙内的单个传输(即m＝1)的情况下，仍可以使用本方法。在此情况下，所述方法可以用于帮助分布传输以避免交叠。

由间隙规划数据库使用的间隙规划可以在视场内分配每个间隙一次。地理位置的使用允许终端自主地决定使用哪个间隙。间隙规划可以基于矩形网格内的分块区域。在这种情境下，这种基于网格的分配消除视场内的过多终端使用同一间隙传输的概率，无论视场置于平面上的何处。这个网格分配的分块证明可以设计具有无论视场置于何处，每个间隙在视场内仅被使用m次的属性的间隙规划。这允许我们消除由于过多终端在同一间隙内解码造成的多用户解码器不能解码的概率。相比上述的随机存取方法，这提供显著的优势。

本规划可以使用不规则网格和使用图形着色的分配。可以在视场内限定进一步的间隙地理区域，每个区域被指定一组间隙。可以在组内本地地协调从指定组的间隙分配。间隙规划数据库可以被存储为可以被高效检索的树型或栅格结构。在进一步的方面，视场可以分成正多普勒区域和负多普勒区域，可以在两个区域内复用间隙以使得分配可用的间隙的数目翻倍。通过间隙的分配以使得接收器了解覆盖频带的频率的近似均匀分布可以获得进一步的优势。这可以进一步基于获取终端使用的传输频率的概率密度函数q*。这可以基于数值优化技术获得。

本申请中所描述的方法可以是使用一个或多个计算装置实现的计算机。计算装置可以包括处理器、存储器、和一个或多个输入或输出装置。存储器可以包括指令以使得处理器执行本申请中所描述的方法。这些指令可以被存储为被加载或执行的计算机代码。计算装置可以是标准计算装置，如台式计算机或便携式电脑、服务器或便于携带的计算装置或另一设备或系统内包含的主板。计算装置可以是设备中的嵌入式系统。计算装置可以是单元计算或可编程装置、或包括通过有线或无线连接操作性(或功能性)连接的多个组件的分布式装置。图19示出计算装置190的实施例，计算装置190包括中央处理单元(CPU)191、存储器195、可选的显示设备196和输入装置197(如，键盘、鼠标等)。CPU 191包括输入/输出接口192、算术逻辑单元(ALU)193和通过输入/输出接口与输入和输出装置通信的控制单元和程序计数器元件194。输入/输出接口可以包括网络接口和/或用于使用预定通信协议(例如，蓝牙、Zigbee、IEEE 802.15、IEEE 802.11、TCP/IP、UDP等)与另一装置内的对应通信模块通信的通信模块。还可以包括图形处理单元(GPU)。显示设备可以包括平面屏幕显示器(例如，LCD、LED、等离子体、触摸屏等)、投影仪、CRT等。计算装置可以包括单个CPU(单核)或多个CPU(多核)。计算装置可以使用并行处理器、向量处理器、或可以是分布式计算装置。存储器操作性地联接到处理器并可以包括RAM和ROM组件，且可以装备在装置的内部或外部。存储器可以用于存储操作系统和可以被处理器加载和执行的额外的软件模块。

本领域技术人员应当理解，信息和信号可以使用各种技术和技艺中的任何一种表示。例如，贯穿上述描述的可以参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号、和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路、和算法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件、或二者的组合。为清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面从其功能性上一般化地描述了各种说明性组件、块、模块和步骤。这种功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式实现所描述的功能，但这种实现决策不应被解读为导致脱离本发明的范围。

结合本文公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在其二者组合中具体实现。对于硬件实现，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其他设计为执行本文所描述功能的电子单元、或其组合中实现处理。可以使用中央处理单元(CPU)，包括输入/输出接口、算术逻辑单元(ALU)、控制单元、通过输入/输出接口与输入和输出装置或模块通信的程序计数器元件、及存储器。软件模块(也被称为计算机程序、计算机代码、或指令)可以包括许多源代码或目标代码段或指令，且可以存在于任何计算机可读介质，如RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、DVD-ROM或任何其他形式的计算机可读介质。在替换方案中，计算机可读介质可以集成到处理器。处理器和计算机可读介质可以存在于ASIC或相关装置中。软件代码可以存储在存储单元中且由处理器执行。存储单元可以在处理器内实现，或在处理器外部实现(在这种情况下，存储单元可以通过本领域内已知的各种方式通信地联接到处理器)。

在整个说明书和所附的权利要求书中，除非上下文要求，否则术语“包括”和“包含”和其变型(如“包括的”、“包含的”)可理解为指示包括陈述的整体或整体的组合，但并不排除任何其他整体或整体的组合。

本说明书中参考的任何现有技术并非，且不应视为承认或以任何形式暗示这种现有技术形成公知常识的一部分。

本领域技术人员应当领会，本发明并不限于用于所描述的特定应用。本发明也不限于关于本文所描述或描绘的特定元件和/或特征的优选实施例。应当领会的是，本发明并不限于公开的实施例，在不脱离本发明范围的前提下，能够进行多种重新设置、修改和替代。

Claims (54)

1.一种用于为通信系统内的终端分配传输间隙的方法，所述通信系统包括多个终端和用于从所述多个终端接收传输的共用接收器，所述共用接收器具有视场，所述方法包括：

获取所述终端的地理位置；以及

基于获取的所述终端的地理位置分配传输间隙。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，不存在从所述共用接收器到所述多个终端的反馈信道，或者存在从所述共用接收器到所述多个终端的反馈信道但不用于传输间隙的分配，以及所述终端的传输间隙的分配独立于所述共用接收器或其他终端的传输间隙的分配而执行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中从存储器获取所述地理位置。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中从位置估计模块获取所述地理位置。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过通信链接获取所述地理位置。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中每个终端包括间隙规划数据库，所述间隙规划数据库包括多个地理区域，且每个地理区域与一组一个或多个间隙相关联，分配传输间隙包括进一步的步骤：

确定包括所述终端的地理位置的所述地理区域；以及

从与确定的地理区域相关联的一组一个或多个间隙选择间隙。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述间隙规划数据库内的每个所述地理区域具有边界，且基于所述终端的统计空间分布确定每个所述边界。

8.根据权利要求6所述的方法，其中每个间隙仅与一个区域相关联。

9.根据权利要求6所述的方法，其中每个间隙与至多m个区域相关联。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述多个地理区域形成操作区域且所述间隙规划数据库内的每个所述地理区域具有边界，且所述区域的所述边界是不规则的以便区域形成所述操作区域的不规则分区。

11.根据权利要求6或7所述的方法，进一步包括使用图形着色算法将一组一个或多个间隙分配给每个地理区域的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中每个区域与图形内的单个顶点相关联，且在所述图形中在边界区域内的任何顶点对之间生成边。

13.根据权利要求13所述的方法，其中所述边界区域是直径为D的圆。

14.根据权利要求14所述的方法，其中所述圆是完全容纳所述共用接收器的估计视场的最小圆。

15.根据权利要求6所述的方法，其中每个所述地理区域是矩形地理区域且所述间隙数据库存储形成具有边长为X和Y的矩形网格的NM个地理区域，其中N为所述网格内的列的数目，M为所述矩形网格内的行的数目，确定包括所述终端的所述地理位置(x,y)的所述地理区域的步骤包括使用R＝N(y mod Y)+(x mod X)确定所述地理区域的编号R。

16.根据权利要求15所述的方法，其中基于所述共用接收器的估计视场确定所述矩形网格的维度(X,Y)。

17.根据权利要求16所述的方法，其中X＝2Y，Y维度与所述共用接收器的运动方向对齐，所述矩形网格的维度(X,Y)近似容纳所述共用接收器的所述视场的一半。

18.根据权利要求6所述的方法，进一步包括将一组一个或多个间隙分配给每个地理区域的步骤，其中第一区域和第二区域使用同一组间隙，且所述第一区域和第二区域对应于所述共用接收器的共用视场内的不同区域，所述第一区域具有正多普勒偏移，所述第二区域具有负多普勒偏移。

19.根据权利要求6所述的方法，其中所述一组一个或多个间隙为多个间隙，且所述从与确定的地理区域相关联的一组一个或多个间隙选择间隙的步骤通过在本地的终端组内本地地协调从所述一组间隙选择间隙而执行。

20.根据权利要求6所述的方法，所述间隙规划数据数据库被存储为树型数据结构。

21.根据权利要求6所述的方法，所述间隙规划数据数据库被存储为栅格数据结构。

22.根据权利要求1或2所述的方法，其中终端能够控制其传输频率，且终端的间隙分配被执行为使得所述共用接收器了解覆盖频带的频率的近似均匀分布。

23.根据权利要求22所述的方法，其中获取所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*，且每个终端基于获取的所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*随机地选择频率偏移。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*是均匀的。

25.根据权利要求23所述的方法，其中通过数值模拟获取所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*，且通过将频率与地理间隙规划内的间隙相关联将频率确定性地分配给每个终端，其中所述间隙规划内使用的每个频率的比例服从q*。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*被限制在预定的带宽内。

27.一种用于通信系统的终端，包括：

发射器；

位置模块，用于获取所述终端的位置；以及

间隙选择器模块，用于基于获取的位置选择传输间隙。

28.根据权利要求27所述的终端，其中所述位置模块从存储器获取位置。

29.根据权利要求27所述的终端，其中所述位置模块包括用于估计所述终端的位置的位置确定模块。

30.根据权利要求27所述的终端，其中所述位置模块包括用于通过通信链接接收位置的接收器。

31.根据权利要求29所述的终端，其中所述位置确定模块为所述位置模块提供位置更新。

32.根据权利要求27所述的终端，进一步包括：

本地间隙选择器模块和本地间隙协调输入，其中所述间隙选择器模块进一步用于基于获取的位置将多个间隙提供给所述本地间隙选择器模块，所述本地间隙选择器模块用于使用从所述本地间隙协调输入接收的本地协调输入，基于使用与一个或多个其他发射器的本地协调从所述多个间隙选择间隙。

33.根据权利要求27所述的终端，其中所述间隙选择器进一步包括：

间隙规划数据库，所述间隙规划数据库包括多个地理区域，且每个地理区域与一组一个或多个间隙相关联，所述间隙选择器模块用于确定包括所述终端的地理位置的所述地理区域并从与确定的地理区域相关联的所述一组一个或多个间隙选择间隙。

34.根据权利要求33所述的终端，其中所述间隙规划数据库内的每个所述地理区域具有边界，且基于所述终端的统计空间分布确定每个所述边界。

35.根据权利要求33所述的终端，其中每个间隙仅与一个区域相关联。

36.根据权利要求33所述的终端，其中每个间隙与至多m个区域相关联。

37.根据权利要求33或34所述的终端，其中所述多个地理区域形成操作区域，且所述间隙规划数据库内的每个所述地理区域具有边界，且所述区域的所述边界是不规则的以便区域形成所述操作区域的不规则分区。

38.根据权利要求33或34所述的终端，其中所述间隙规划数据库用于基于图形着色算法的使用将一组一个或多个间隙与每个地理区域相关联。

39.根据权利要求38所述的终端，其中每个区域与图形中的单个顶点相关联，且在所述图形中在边界区域内的任何顶点对之间生成边。

40.根据权利要求39所述的终端，其中所述边界区域是直径为D的圆。

41.根据权利要求40所述的终端，其中所述圆是完全容纳所述共用接收器的估计视场的最小圆。

42.根据权利要求33所述的终端，其中每个所述区域是矩形地理区域且所述间隙数据库存储形成具有边长为X和Y的矩形网格的NM个地理区域，其中N为所述网格内的列的数目，M为所述矩形网格内的行的数目，所述间隙选择器模块使用R＝N(y mod Y)+(x mod X)确定所述地理区域的编号R。

43.根据权利要求42所述的终端，其中基于所述共用接收器的估计视场确定所述矩形网格的维度(X,Y)。

44.根据权利要求43所述的终端，其中X＝2Y，Y维度与所述共用接收器的运动方向对齐，且所述矩形网格的所述维度(X,Y)近似容纳所述共用接收器的所述视场的一半。

45.根据权利要求33所述的终端，其中第一区域和第二区域使用同一组间隙，所述第一区域和第二区域对应于所述共用接收器的共用视场内的不同区域，所述第一区域具有正多普勒偏移，所述第二区域具有负多普勒偏移。

46.根据权利要求33所述的终端，其中所述间隙规划数据数据库被存储为树型数据结构。

47.根据权利要求33所述的终端，其中所述间隙规划数据数据库被存储为栅格数据结构。

48.根据权利要求27所述的终端，其中所述终端能够控制传输频率，且通过所述间隙选择器模块执行间隙的分配以便所述接收器了解覆盖频带的频率的近似均匀分布。

49.根据权利要求35所述的终端，其中所述间隙选择器模块基于所述多个终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*随机地选择频率偏移。

50.根据权利要求49所述的终端，其中所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*是均匀的。

51.根据权利要求49所述的终端，其中所述间隙选择器模块基于频率与地理间隙规划内的间隙的关联将频率确定性地分配给所述终端，其中根据通过数值模拟获取的所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*选择所述间隙规划内使用的每个频率的比例。

52.根据权利要求49至51中任一项所述的终端，其中所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*被限制在预定的带宽内。

53.一种用于通信系统的接收器，包括多个如权利要求27至52中任一项所述的终端。

54.一种通信系统，所述通信系统包括多个如权利要求27所述的终端和用于从所述终端接收传输的共用接收器。