JP6254591B2 - 通信システムにおけるチャネル割り当て - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
（優先権文献）
本出願は、２０１２年８月１４日付けで出願された、“Ｃｈａｎｎｅｌ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ”と題する豪州仮特許出願第２０１２９０３４８９号に基づく優先権を主張し、この出願の内容は、全体として参照によって本書に組み込まれる。
参照による組み込み

以下の同時係属中の特許出願は、以下の説明において参照される。
２０１２年９月２１日付けで出願された、“Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ”と題する豪州仮特許出願第２０１２９０４１３０号
２０１２年９月２１日付けで出願された、“Ｍｕｌｔｉａｃｃｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ”と題する豪州仮特許出願第２０１２９０４１４５号

これらの出願の各々の内容は、全体として参照によって本書に組み込まれる。

本発明は、無線通信システムに関する。特定の形式では、本発明は、フィードバックチャネルを欠いている無線通信システムにおけるスロットへの端末の割り当てに関する。

図１Ａは、ＲＸと呼ばれる受信機２がこれの受信視野３内のＴＸ_１、ＴＸ_２、．．．，ＴＸ_ｋと呼ばれるｋ台のユーザ端末１０（以下、端末と称される）の各々からデータを受信することを望む無線通信システム１を示す（複数の受信機と複数の対応する受信視野とが存在することがあり得る）。通信は、すべての端末の間で共有されなければならない媒体５を経由して行われる。端末は、（固定場所に）固定してもよく、または、端末は、移動可能、たとえば、携帯可能でもよく、あるいは、車両、航空機もしくは船舶、または、宇宙船に取り付けられてもよく、または、人間もしくは動物によって携行されてもよい）。受信機から送信機までのフィードバックチャネルが存在しない事例に関心がある。

フィードバックチャネルが欠けていることは、端末が通信受信機の機能性を提供する必要がないので、端末の実装上の複雑性、コスト、または消費電力を削減するために望ましいことがある。このことは、端末がバッテリ給電式である、または、電源が制限されている現場配備可能なセンサのような状況において特に重要である。受信機から送信機までのフィードバックチャネルなしのシステムは、「オープンループ」と呼ばれることがよくある。

このモデルに適合するいくつかのシステムの実施例が存在する。これらの実施例は、例示の目的のためだけに記載され、記載された方法の用途を制限することが意図されていない。

一実施例は、受信視野が衛星のフットプリントであり、かつ、送信機がセンサデータを衛星に送信する目的のため無線送信機を備えている地上のセンサ機器である低軌道衛星通信である。本実施例では、受信視野は、衛星が周回するときに地球の表面の上を移動する。７００ｋｍの軌道高度から、受信視野は、およそ６０００ｋｍの幅がある。図１Ｂは、ｋ台の送信機と通信するため移動受信視野を持つ衛星受信機を含んでいる通信システムの実施例を示す。第１の時点で、受信機は、送信機ＴＸ_１およびＴＸ_２を収容している第１の受信視野６を有する。後になって、衛星は、右へ移動し、よって、送信機ＴＸ_ｉ、ＴＸ_ｊおよびＴＸ_ｋを収容している新しい受信視野７を有する。１つのシナリオでは、消費電力は、地上のセンサおよび衛星ペイロードの両方に対して重要である。センサの寿命を延ばし、ペイロードのコストを削減するために、衛星からセンサまでのフィードバックリンクを持たない方が有利であることがある。

別の実施例は、受信視野がある特定の基地局の（セルと呼ばれることがある）カバレッジエリアであるセルラー通信である。この場合も、端末は、これらのセンサデータを基地局に送るためにセルラー送信機を備えているが、セルラー通信システムにおいて典型的に実行されているように送信の連携を可能にするフィードバックチャネルを欠いている低コストセンサであることがある。

共有された物理的通信媒体は、いくつかのチャネルに区分されることがある。これらのチャネルは、時分割多重アクセスシステムにおけるタイムスロット、周波数分割多重アクセス方式における周波数スロット、直交周波数分割多重アクセス方式における副搬送波、または符号分割多重アクセス方式における拡散系列であることがある。より一般的に、スロットは、これらのいずれかのハイブリッドでもよく、スロットは、システムの（複数の送信および／または受信アンテナの使用から得られる自由度を含む）全ての自由度のある種の部分集合に対応する。媒体をチャネルに分割する基本的な方法とは無関係に、これらのチャネルを「スロット」と呼ぶものとする。スロットが直交性であることは必要ではないが、多くの場合、スロットは、直交性となるように選択される。

ある種の実施形態では、受信機は、同じスロット内で異なった端末によるある程度の個数の同時送信を復号化することに成功する能力を持つマルチユーザ復号器を備えている。実際には、復号化することに成功する可能性があるスロット内の同時送信の数は、受信された信号対雑音比と、各端末と受信機との間の無線チャネル伝搬特性と、使用されるマルチユーザ復号器の種類とを含む種々のシステムパラメータに依存する。簡単な説明のため、マルチユーザ受信機は、単一スロット内のｍ≧１であるｍ個の同時送信を復号化することに成功する可能性がある、と仮定する。より詳細な受信機特性は、これらが既知である場合、容易に考慮される可能性がある。

しかし、このようなシステムでは、システム性能を最大限に発揮させるために端末をスロットにどのように割り当てるかを決定する際に問題がある。採用されることがあり得るシステム性能のいくつかの基準がある。受信機が端末によって送信されたデータを正確に復号化できる確率を改善することに関心がある。換言すると、ｍが上述の受信機特性（すなわち、受信機が復号化に成功する可能性があるスロットにおける送信の最大数）であるとして、同時送信の数が所定のスロットにおいてｍを超える確率を最小限に抑えたい。

スロットへの端末の割り当ては、受信機からのフィードバックチャネルの欠如によってより困難化される。これは、割り当てがある種の中央コントローラによって実行される連携的なスロット割り当ての使用を妨げる。固定割り当ておよび無作為割り当てのようなこの問題に対するいくつかの数の公知のアプローチが存在する。

固定割り当て方法は、１個のスロットを各端末に永久に割り当てる。これは、スロットがシステム動作の全期間に亘って割り当てられる回路交換の事例である。このアプローチは、いくつかの周知の不利点がある。これは、スロットが再利用されることを許さないので、チャネル資源の無駄遣いである。さらに、スロット割り当ては、システムがオープンループであるとき、配備後にチャネル割り当てを制御する方法が他にないので、端末に組み込まれなければならない。端末が移動可能である（または、受信視野自体が、たとえば、低軌道衛星システムの中で移動する）システムでは、どの端末が受信視野内にあるものであるかが予め分かっていないことがある。その結果として、固定割り当ては、最大でｍ台の端末だけをいずれか１個のスロットに割り当てることができる。衛星通信状況では、このスロットは、大域的に他の端末によって再利用されることができないであろう。

スロット割り当ての別の周知のアプローチは、ランダムアクセスである（スロット付きアロハとしても知られている）。このアプローチにおいて、スロットは、端末に無作為に割り当てられる。受信視野内にｋ台の端末がある、かつ、ｎ個の利用可能なスロットがある、と仮定すると、このランダムアクセス式のアプローチの下で、各端末は、無作為に一様にスロットを選択する。その結果、特定のスロットがｍ台の端末によって選択される確率は、
（式１）

である。

この式は、ポアソン近似によって二項分布に十分に近似されることが知られている：
（式２）

この近似を使用して、スロットがｍ台より多い端末を有する確率は、１−Ｑ（ｍ＋１，λ）であり、ここで、
（式３）

は、正規化不完全ガンマ関数である。図２は、λ＝ｋ／ｎ、但し、ｍ＝１，２，．．．，１０に対して、スロットがｍ台より多い端末を有する確率の曲線２０をプロットする。スロットがｍ台より多い端末を収容する確率である特定のターゲット復号器失敗確率ｐを仮定すると、この無作為アクセススキームのためサポートされたλ＝ｋ／ｎの最大値を：
（式４）
λ（ｐ）＝Ｑ^−１（ｍ＋１，１−ｐ）
として計算することができ、式中、Ｑ^−１は、（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａのようなソフトウェアを使用して簡単に数値計算できる）正規化逆ガンマ関数である。ｐ＝１０^−１，１０^−２，．．．，１０^−６についてのｍに対するλ（ｐ）の最大値の曲線３０が図３においてプロットされている。同図から、非常に低い復号器失敗確率が望ましい場合、λ＝ｋ／ｎは低い値に制限されることが分かる。たとえば、ｐ＝１０^−５およびｍ＝５において、１個のスロット内で５つの同時ユーザを復号化できるにもかかわらず、ｎ個のスロットにおいてｋ＝ｎ／３台の端末だけをサポートすることができる。より高い復号器失敗確率を許容したい場合、より多くの端末をサポートすることができる。たとえば、ｐ＝０．１およびｍ＝５において、ｋ＝３ｎ台の端末をサポートすることができる。しかし、フィードバックチャネルが存在しない事例では、失敗した送信の再送を要求する方法がないので、高い確率は、典型的にあまり望ましくない。

したがって、固定割り当てスキームおよび無作為アクセス割り当てスキームと比べて、システム性能を改善し、可能であれば、システム性能を最大限に発揮させるために、または、代替的に、このようなスキームの有用な代替案をユーザに少なくとも提供するために、端末をスロットにどのように割り当てるかを決定する方法およびシステムを提供する必要がある。

第１の態様によれば、複数の端末と、受信視野を有し、複数の端末からの送信を受信する共通受信機とを備える通信システムにおいて送信スロットを端末に割り当てる方法であって、
端末の現在の地理的位置を取得することと、
端末の取得された地理的位置に基づいて送信スロットを割り当てることと、
を備える方法が提供される。

第２の態様によれば、
送信機と、
端末の位置を取得する位置モジュールと、
取得された位置に基づいて送信スロットを選択するスロット・セレクタ・モジュールと、
を備える、通信システムで用いられる端末が提供される。

方法および端末のさらなる態様において、現在の（地理的）位置は、記憶された位置、もしくは、（たとえば、ＧＰＳ信号から）推定された位置であり、または、有線もしくは無線通信リンクを経由して受信されることがある。取得された位置は、現実の位置の推定または近似であることがある。位置は、位置決定モジュールから取得されることがある。位置決定モジュールは、（周期的に、連続的に、または要求あり次第）位置更新情報を提供することがある。さらなる態様において、共通受信機から複数の端末までのフィードバックチャネルは存在することなく、または、共通受信機から複数の端末までのフィードバックチャネルは存在するが、送信スロットの割り当てのため使用されることがなく、端末への送信スロットの割り当てが共通受信機もしくは他の端末とは独立して実行される。

さらなる態様において、スロット選択（または割り当て）は、各地理的領域が１個以上のスロットの集合に関連付けられている複数の地理的領域を含むスロット計画データベースを使用する。割り当ては、端末の地理的位置を収容する地理的領域を決定し、決定された地理的領域に関連付けられた１個以上のスロットの集合からスロットを選択することにより実行される。スロット計画データベースによって使用されるスロット計画は、受信視野内の各スロットを１回以上割り当てることがある。さらなる態様において、各スロットは、受信視野内で最大で一定回数だけ割り当てられる。地理的情報の使用は、受信視野内で使用される同じスロットが重なりのない受信視野内のどこかで再利用される空間的再利用を可能にさせる。領域は、矩形格子を形成する矩形領域として記憶されることがある。この格子は、スロットの再利用を可能にするために平面にタイルを貼るために使用される可能性がある。一態様において、領域の境界は、領域が複数の地理的領域によって定義された運用領域の不規則な区分を形成するように不規則である。割り当ては、グラフ彩色アルゴリズムを使用して実行されることがある。グラフ彩色は、領域の境界が規則的である（たとえば、矩形格子を形成する）場合のため、ならびに、領域の境界が不規則的である場合のため使用されることがある。一態様において、各領域は、グラフの中の単一の頂点に関連付けられ、エッジが境界領域内のグラフの中の頂点のどんなペアの間にも作成される。境界領域は、直径がＤである円形であることがあり、共通受信機の推定受信視野と完全に境界を接する最小の円形であることがある。一態様において、地理的領域の各々は、矩形地理的領域であり、スロットデータベースは、長さＸおよびＹの辺を持つ矩形グリッドを形成するＮＭ個の地理的領域を記憶し、ここで、Ｎは、格子の中の列数であり、Ｍは、格子矩形格子の中の行数であり、端末の地理的位置（ｘ，ｙ）を収容する地理的領域を決定するステップは、Ｒ＝Ｎ（ｙ ｍｏｄ Ｙ）＋（ｘ ｍｏｄ Ｘ）を使用して地理的領域番号Ｒを決定することを備える。一態様において、矩形格子の寸法（Ｘ，Ｙ）は、共通受信機の推定受信視野に基づいて決定される（たとえば、矩形格子は、受信視野を制約することがある）。さらなる再利用は、たとえば、スロットが２つの領域で再利用されることがあるように、格子を正のドップラー領域および負のドップラー領域に分離するために、ドップラー効果を考慮して達成される可能性がある。Ｘ＝２Ｙであり、Ｙ寸法が共通受信機の運動の方向と揃えられ、矩形格子の寸法（Ｘ，Ｙ）がおおよそ共通受信機の受信視野の半分と境界を接する矩形格子の事例を検討する。一態様において、１個以上のスロットの集合を各地理的領域に割り当てるステップは、スロットの同じ集合が第１の領域および第２の領域の両方のため使用され、第１の領域および第２の領域が共通受信機の共通受信視野の中の異なった領域に対応し、第１の領域が正のドップラーオフセットを有し、第２の領域が負のドップラーオフセットを有している割り当てを含む。スロットの割り当ては、受信機から周波数帯域の至る所でほぼ一様な周波数の分布が見えるように実行されることがある。このことは、端末によって使用される送信周波数の確率密度関数ｑ^＊を取得することにさらに基づくことがある。端末によって使用される送信周波数の確率密度関数ｑ^＊は、それ自体一様であることがある。一態様において、端末によって使用される送信周波数の確率密度関数ｑ^＊は、たとえば、システムまたは規制当局の規制に基づいて、所定の帯域幅の範囲に含まれるように制限される。確率密度関数ｑ^＊は、数値最適化手法に基づいて取得されることがある。さらなる態様において、地理的場所は、局所的な送信機のグループに対するスロットの集合を取得するために使用されることがあり、端末によるスロットの集合の中のスロットの選択は、局所的な送信機のグループと局所的に連携されることがある。

さらなる態様において、第２の態様（およびさらなる態様）による複数の端末と、複数の端末からの送信を受信する共通受信機とを備える通信システムが提供される。さらなる態様において、通信システムで用いられる受信機が提供されることがある。

様々な実施形態が今度は添付図面を参照して検討される。

実施形態による受信機と通信するｋ台の送信機を備える通信システムの概略図である。

実施形態によるｋ台の送信機と通信するため移動する受信視野を持つ衛星受信機を備える通信システムの概略図である。

ｍ＝１，２，．．．，１０に関してλ＝ｋ／ｎに対する復号器失敗確率のプロット図である。

ｐ＝１０^−１，１０^−２，．．．，１０^−６に関してｍに対する最大値λ（ｐ）のプロット図である。

実施形態による地理的場所に基づくスロット選択を伴う端末のブロック図である。

実施形態による格子に基づくスロット割り当てスキームの概略図である。

実施形態による矩形格子を使用する平面のタイリングを例示する概略図である。

実施形態による領域の不規則な区分の概略図である。

実施形態による不規則な格子スロット割り当てスキームの概略図である。

実施形態によるツリーとして記憶されたスロット計画データベースの概略図である。

実施形態による送信機の局所的な連携を使用する通信システムの概略図である。

実施形態による局所的なスロット連携を伴う端末のブロック図である。

実施形態による低軌道衛星の受信視野の中の端末のドップラーオフセットのプロット図である。

実施形態による場所の２ｋｍ四方の格子に関する受信視野内のドップラーオフセットのヒストグラムである。

実施形態による正および負のドップラーオフセットへの受信視野の分割の概略図である。

実施形態によるスロットをより頻繁に再利用するためにドップラーを採用する格子に基づく割り当ての概略図である。

実施形態による図１３の所定のドップラー分布に対して送信周波数分布を最適化する結果のプロット図である。

実施形態による送信機が全て同じ中心周波数で送信する場合と、送信機が一様な送信分布および図１６に示された最適化された送信周波数分布を使用して送信する場合とに関して衛星受信機での周波数の分布を示すプロット図である。

実施形態による通信システムにおいて送信スロットを端末に割り当てる方法のフローチャートである。

実施形態によるコンピューティング機器のブロック図である。

以下の説明において、類似する符号は、図面全体を通じて類似または対応する部分を指定する。

端末が端末の地理的位置に基づいて送信スロットを割り当てる、または、選択する図１に例示されるような無線通信システムの実施形態についてこれから説明する。すなわち、メモリ、位置決定モジュール、または別の機器のいずれかから端末が入手可能な地理的位置情報は、スロットを選択するために使用される。図１８は、実施形態による通信システムにおいて送信スロットを端末に割り当てる方法１８０のフローチャートである。この方法は、端末の現在の地理的位置を取得するステップ１８１と、取得された端末の地理的位置に基づいて送信スロットを割り当てるステップ１８２とを備える。複数の送信スロットが割り当てられることがある（すなわち、１つ以上）。受信機は、単一のスロット内でｍ≧１回の同時送信を復号化することに成功する可能性がある複数アクセスまたはマルチユーザ受信機であることがある。この方法は、受信機がスロットの中の単一の送信（すなわち、ｍ＝１）だけを復号化する可能性がある事例において使用される可能性があることに注意すべきである。この事例において、記載された方法は、重なりを回避するために送信を分布させるのを助けるために使用される可能性がある。本書に記載された実施形態は、受信機から端末までのフィードバックチャネルが存在しない通信システムにおいてさらに役立つ。この事例において、送信スロットの割り当ては、地理的位置に基づいて、かつ、受信機または他の端末とは独立して実行される。しかし、本書に記載された方法の実施形態は、フィードバックチャネルが存在するが、使用されないか、もしくは、ある種の他の目的のため使用されている状況でも使用される可能性があることが理解されるべきである。同様に、本書に記載された方法の実施形態は、フィードバックチャネルがいくつかの端末からの送信を連携させるために使用されている事例においてスロット割り当てを支援するためにも使用される可能性がある。

地理的位置情報は、種々の供給源から取得されることがある。たとえば、供給源は、固定場所に設置されることがあり、これらの位置がメモリにプログラムされている。代替的に、供給源は、正確な位置および時間基準を提供する全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を有することがある。このことは、センサ配備において特に重要であり、センサは、測定が行われた場所および時についての地理的場所および時刻で標識を測定値に付けることを望む。端末が位置情報を取得するためのその他の仕組みは、無線通信システムによって提供された場所に基づくサービスを使用することを含む。端末は、無線リンクを通じて位置を受信し、受信された位置をスロットアロケータに渡すことがある。本事例では、または、位置が受信された信号から推定または決定される事例（たとえば、ＧＰＳ）では、位置は、一時的に記憶される、または、一時的な状態に（たとえば、レジスタまたはバッファに）記憶されることがある。記載する方法は、端末の地理的位置が提供される特定の方法に依存しない。さらに、取得された位置は、端末の現実の位置の近似の推定値であることがある。推定値の所要の正確さは、典型的に、受信機の受信視野、端末の分布、および、端末の最小限の位置間隔が存在するか否か、のような実装細部に依存するものである。

さらに、地理的情報を使用することにより、ｍ台の端末を１つの受信視野内の各スロットに割り当て、かつ、重なりのない受信視野内の他の場所でこれらの同じスロットを再利用するために空間再利用の利点を活かすことが可能である。たとえば、受信視野が経度（または緯度）１０°である場合、スロットは、およそ経度（または緯度）ｍｏｄ １０に基づいて割り当てられることがあり得るので、１°、１１°、２１°などの経度（または緯度）を持つ端末は、スロット１が割り当てられ、２°、１２°、２２°などの経度（または緯度）を持つ端末は、スロット２が割り当てられるであろう。これは、上記固定割り当て方法より優れており、全国的、または、さらに世界的規模のカバレッジを行うことを目標としているセルラーまたは衛星システムにおいて特に重要である。

図４は、実施形態による送信機１０のブロック図を示す。端末１０は、送信機１１と、送信アンテナ（群）１２と、スロット・セレクタ１３と、端末の現在位置１４を記憶するメモリまたはストレージとを含む。端末は、場合によっては、スロット計画データベース１５も含み、場合によっては、位置決定機能／モジュール１６と、アンテナのような関連した位置決定入力１７とを含む。データを受信機に通信するため使用される送信機は、スロット・セレクタによって識別されたスロットまたはスロット群の中でこれのデータを送信する。送信機の細部、たとえば、具体的な変調器、データフレーミングなどは、当業者に明らかであるように、発明者らの方法が多種多様な送信機と共に使用される可能性があるので、図示されない。上述のとおり、スロットは、複数のアンテナを使用する変形を含めて、タイムスロットでも、周波数スロットでも、副搬送波でも、拡散系列でも、または、これらのいずれかのハイブリッド組み合わせでもよい。一実施形態において、送信機は、２進データストリーム、または、系列、パケット、もしくはフレームを受信し、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、および適当な変調スキーム（ＰＳＫ、ＱＡＭ、ＧＭＳＫ、ＯＦＤＭなど）を使用する選択された搬送波への変調のような送信関連機能を実行する。送信機は、チャネル効果、干渉、およびその他の雑音源への送信のロバスト性を高めるのを助けるために誤り制御符号化、インターリービング、パイロットデータの挿入などの機能性をさらに実装することがある。一実施形態では、送信機は、ＶＨＦまたはＵＨＦ帯域における比較的狭い帯域幅（たとえば、１、２、５、１０、２０、４０ｋＨｚなど）を占有する比較的短い送信を送るために使用される。

スロット・セレクタ１３は、入力として、端末の現在位置１４を取り、送信のためのスロットを選択するために送信機によって使用される１個以上のスロット識別子（群）を出力する。現在位置およびスロット識別子の具体的なフォーマットまたは符号化は、発明に重要ではなく、当業者に明らかであるように、これらを表現する多くの方式（たとえば、スロット系列内の整数）が存在する。スロット・セレクタは、現在位置のある種の決定論的関数または非決定論的関数と、場合によっては、スロット計画データベースとに応じてスロットを選択する。非決定論的関数の一実施例は、考えられるスロットの集合からの無作為選択である。

端末の現在位置１４は、端末の現在位置（または位置推定値）を収容するメモリ（たとえば、ＲＡＭ、プロセッサレジスタ、ハードディスク、フラッシュメモリなど）に記憶される。これは、予めプログラムされることがあり、または、選択自由の位置決定機器もしくはモジュールを経由して、手動、もしくは、自動的に時々更新されることがある。位置は、共通地理的座標系に応じた位置として記憶されることがあり、たとえば、位置は、ＷＧＳ ８４に従って緯度および経度、または、局所地理座標系における（ｘ，ｙ）位置でもよい。代替的に、位置は、送信機および受信機によって使用される共通座標系における格子基準またはインデックスであることがあり得る。

選択自由の位置決定モジュール１６は、このモジュールがこのモジュールの位置決定入力から受信する信号に基づいて、位置更新情報を現在位置貯蔵部に提供する。位置決定機能の具体的な実装は、発明者らの方法に重要ではない。この実装は、たとえば、全地球測位システム受信機であることがあり得る、または、代替的に、この実装は、セルラーもしくは無線ローカル・エリア・ネットワーク接続を介してネットワーク・ロケーション・サービスに無線アクセスする機器であることがあり得る。

以下でより詳しく説明されるように、選択自由のスロット計画データベース１５は、地理的領域を１つ以上のスロット（群）に関連付ける予めプログラムされたデータベースを収容する。すなわち、データベースは、Ｒ_ｉがｉ番目の領域であり、｛ｓ_ｊ｝がこの領域に割り当てられたスロットの集合であるとして、マッピングすなわち関係Ｒ_ｉ→｛ｓ_ｊ｝を記憶する。スロットの集合は、単一のスロットでもよく、または、最大でｐ個のスロット（すなわち、ｊ＝１．．ｐ）を収容することがある。領域１つあたりのスロットの個数は、一定でもよく、受信機が同時に復号化することができるスロットの総数に等しいことがあり（すなわち、ｐ＝ｍ）、または、領域１つあたりのスロットの個数は、変化することがある。データベースは、当業者に明らかであるように、種々の方式で作成されることがあり得る。たとえば、マッピングテーブルは、領域インデックを記憶し、領域インデックスをスロットインデックスにマッピングすることがあり得る。その他のテーブルは、領域インデックスを地理的境界のような領域の特性にマッピングすることがある。同様に、スロットデータベースは、スロットインデックスをスロット内で送信するため使用されるスロットの特性（たとえば、タイミング、周波数、拡散符号など）にマッピングすることがある。このデータベースは、予めプログラムされることがあり、または、有線もしくは無線通信（図示せず）を経由して手動もしくは自動的に時々更新されることがある。送信スロットを割り当てることは、このようにして、送信機地理的位置にリンクされた、もしくは、送信機地理的位置を収容する領域を決定することと、この領域に関連付けられたスロットの集合を探索もしくは取得することと、その後、スロットの集合からスロットのうちの１個を選択することと、を含む。

スロットを選択するために端末に利用できる地理的位置情報を使用するアプローチは、固定割り当てまたは無作為アクセスのような従来技術の解決手法より優れたいくつかの利点、たとえば、
−受信機から端末までのフィードバックを必要としないこと、
−端末間の通信を必要としないこと、
−スロット選択のリアルタイム中心連携を必要としないこと、
−端末移動性および／または移動する受信視野をサポートすること、および、
−受信機での復号器失敗確率を著しく削減（またはさらに削除）する可能性があること
を有する。これは、たとえば、端末の空間分布の知識を使用するスロット計画を使用することによって達成される（スロット計画データベーツについての検討を参照のこと）。

スロット計画データベース１５は、地理的領域とスロット（群）との間の関連付けを含む。一実施形態において、スロット計画データベースは、ツリーの各レベルが領域のより精細な粒状分割を提供するツリーデータ構造体の中に階層的にこの情報を記憶する。端末の中のメモリは、データベースを記憶するために使用される可能性があり、プロセッサは、データベースの中のエントリを探索するためにソフトウェアコードもしくは命令を収容する可能性がある。その他のハードウェア、ソフトウェア、およびハードウェアとソフトウェアとの組み合わされた実装が使用される可能性もある。

ツリーを使用してデータベースを記憶することは、スロット・セレクタが周知のツリー検索方法を使用してデータベースを検索することを可能にさせ、これは、スロット・セレクタがツリーの深さに対数的にしか対応しない時間内にツリーのリーフに到達することを可能にさせる。各リーフは、地理的領域を表現し、スロットの集合が関連付けられている。このことは、スロット・セレクタが現在位置からスロット（群）を非常に素早く決定できるという利点がある。このツリーは、以下でより詳細に記載される。

様々なスロット計画は、様々な性能で実装される可能性があり、スロット計画の選択は、期待実装条件に基づいて案内される可能性がある。たとえば、端末がないことが分かっている地理的領域にスロットを割り当てることは、利用可能なスロットを無駄遣いするので、殆ど意味が無い。同様に、少数のスロットを多数の端末（たとえば、ｍ台より遥かに多い端末）を収容していることが期待される大きい地理的領域に割り当てることは、高い失敗確率を生じるであろう。したがって、一実施形態において、端末の期待統計的空間分布（但し、未知であることがある個別の端末の具体的場所であるとは限らない、）の知識は、効率的なスロット計画を作るのに使用される。たとえば、データベースの中の各領域の境界またはサイズは、端末の期待統計的空間分布に基づいて決定される可能性がある。しかし、期待実装に関する様々な情報は、有利な、または、効率的なスロット計画（地理的領域へのスロットの割り当て）を作るために使用されることがあることを理解すべきである。

以下、ある一定の実装における効率を改善する可能性があるスロット計画設計の３つの実施形態例を与える。一実施形態において、各スロットは、受信視野の位置とは無関係に受信視野内で１回だけ使用され、スロットは、その後、重なりのない受信視野内で再利用されることがある。一実施形態において、スロットは、受信視野内で１回を超えて使用されることがある（すなわち、一回以上）。ある種の実施形態において、スロットは、受信視野内で最大で一定回数ｑ回使用されることがある。この一定回数は、受信機の特性に基づくことがある。典型的に、ｑ≦ｍであり、ｍは、マルチユーザ受信機がスロット内で復号化できる送信の回数である。他のスロット計画は、セルラーシステムにおける周波数計画のための、および、静止通信衛星におけるスポットビーム設計のための既存の方法を適用することにより設計される可能性がある。

なお、発明者らのアプローチは、どちらのスロット（群）を使用すべきかを自立的に決定するために端末で利用できる地理的位置情報を使用するので、これらの従来のシステムと比べると新規性がある。セルラーシステムにおいて、チャネルは、中央コントローラによって割り当てられる。スポットビーム衛星システムにおいて、利用可能なチャネルは、衛星アンテナの設計によって決定され、この場合も中央制御される。本書に記載されたシステムの実施形態は、中央連携を全く必要としない。

第１の実施形態例において、スロット割り当ては、矩形格子に基づいて実行される。これは、端末が平面と呼ばれることがあるカバレッジエリア全体に亘っておおよそ一様分布していることが期待される場合に使用される可能性がある。受信視野がＸメートル×Ｙメートルの矩形５０によって近似される可能性があると仮定する（この実施例のため直交座標系を採用するが、他の座標系が使用されることがあり得る）。図５は、矩形格子に基づくスロット割り当て方法５０を示す。水平方向５５は、Ｎ列に分割され、垂直方向５４は、Ｍ行に分割される。受信視野は、長さΔｘの水平辺５１および長さΔｙの垂直辺５２を持ち、したがって、ΔｘΔｙ平方メートルの面積を有するＮＭ個の重なりのない矩形領域５３に分割される。ＮＭ個の領域５３の各々に対して、ｎ個のスロットのうちの１個以上を割り当てる可能性がある。たとえば、ＮＭ＝ｎである場合、領域に割り当てられたスロットは、単に領域番号０、１、２、．．．、ＮＭ−１によって、または、他の１対１のマッピングによって識別されることがあり得る。すなわち、領域インデックス＝スロットインデックスであり、各スロットは、ただ１個の領域に関連付けられる。代替的に、ＮＭ＜ｎである場合、２個以上のスロットが領域に割り当てられることがあり得る。マルチユーザ受信機が１個のスロット内でｍ台の端末を正しく復号化できる場合、各スロットを最大でｍ個の領域に割り当てる可能性がある。

図６は、矩形格子５０パターンの複製による平面６１のタイリングの概略図６０を示す。このタイリングは、平面に置かれたいずれかのＸ×Ｙメートルの矩形が、再配置された、図５に示された元の格子パターンと全く同じ領域を収容するという非常に有益な特性を有する。濃い輪郭で描かれた矩形６２によって指示されたＸ×Ｙの受信視野を考える。これは、タイル貼りされた矩形のうちの４個と重なる。しかし、ラベル付けＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって指示されるように、受信視野は、再配置された、元の格子と同じ領域の全てを収容することがわかる。これは、受信視野が平面上のどこに置かれていても事実である。

この格子割り当てのタイリングの場合、スロット・セレクタは、モジュロアルゴリズムを使用してどの領域に属しているかを決定する可能性がある。端末が格子およびタイリングによって使用される同じ座標系内の位置（ｘ，ｙ）にあると仮定する。このとき、領域番号Ｒは、
（式５）
Ｒ＝Ｎ（ｙ ｍｏｄ Ｙ）＋（ｘ ｍｏｄ Ｘ）
によって決定され、式中、ａ ｍｏｄ ｂは、ａをｂによって除算した後の剰余を計算する周知のモジュロ演算子である。端末がどの領域に属しているかが分かると、端末は、領域へのスロットの割り当てに応じてこの端末のスロットを選択する可能性がある。唯一のスロットが領域Ｒに割り当てられた場合、スロット・セレクタは、そのスロットを選択する。代替的に、領域Ｒが２個以上のスロットに割り当てられた場合、端末は、このスロットのリストから無作為に選択する可能性がある。

上述の無作為アクセス方法との比較の目的で、今度は、ＮＭ＝ｎ／ｍであること、かつ、各領域に単一のスロットが割り当てられ、各スロットがｍ回割り当てられていることを仮定する。端末が平均ｋ／ｎである２次元ポアソン過程に従って空間分布している事例において、このスキームの性能は、上述の無作為アクセス方法と同一である。

しかし、実際には、端末は、ある種の他の方法に応じて空間分布することがある。たとえば、端末は、手動で設置されることがあり、または、そうではない場合、各領域にｍ台しか端末が存在しないように平面上に一様分布することがある。

別のシナリオにおいて、端末は、無作為に設置されることがあるが、ある種の最小分離距離ｄを維持することがある。これは、安全分離距離を維持する車両、船舶または航空機の場合に事実であることがあり得る。このシナリオにおいて、
（式６）

である場合、１個の領域内にｍ台より多い端末が存在することはない。

このようなシナリオにおいて、この格子に基づく割り当ては、受信視野が平面上のどこに置かれていても、非常に多数の端末が受信視野内で同じスロットを使用して送信する可能性を取り除く。この格子割り当てのタイリングは、受信視野がどこに置かれていても、各スロットが受信視野の範囲内でｍ回に限り使用されるという特性を有するスロット計画を考案することが可能であることを実証する。このことは、マルチユーザ復号器が同じスロット内で復号化している端末が非常に多いために復号化できないという可能性を除去することを可能にさせる。このことは、上述された無作為アクセスと比べて著しい利益をもたらす。

第２の実施形態例において、スロット割り当ては、不規則な区分の使用に基づいて実行される。上述の格子に基づく割り当ては、平面の全体的なカバレッジを提供する。これは、平面上で一様な端末の密度を仮定する。実際には、端末は、ある種の一様でない密度に従うことが分かることがある。たとえば、農村領域より都市領域に多くの端末が存在することがある（逆もまた同様）。海洋用途では、海上交通路の方が海洋の他の領域より多くの端末が存在することがある（そして、陸上領域に端末が存在しない）。同様に、航空例では、交通量の多い飛行経路に沿ってより多くの端末が分布していることがある。このような事例では、平面の不規則な区分を採用することが有利である。例示的な実施例が実施形態による（不規則な格子スロット割り当てスキームを使用する）運用領域の不規則な区分の概略図である図７に示されている。運用領域は、地球の周りを回る衛星、または、空中受信機によって進まれる、または、掃引される領域であることがある。運用領域は、端末がシステムを使用することがある領域（または領域群）に対応して掃引された全領域の一部分であることもある。これは、システムが使用されない国々を除外することがある。不規則なパターンは、システムがより多くのスロットをより多くの端末が存在することが期待される領域に割り当てることを可能にする。上述の規則的な格子パターンおよびタイリングと異なって、受信視野の場所とは無関係に、各スロットが受信視野内にｍ回より多く出現しないことを保証するために、不規則な割り当てに十分に注意が払われなければならない。この目標を達成する１つの方法は、次に説明されるグラフ彩色を使用してスロットを領域に割り当てることである。しかし、グラフ彩色は、領域境界が規則的（たとえば、図５および６に示されたような矩形格子）である事例においても使用される可能性があることが注意されるべきである。

領域への平面全体の分割が既に実行され、受信視野の直径がＤメートルであると仮定する（受信視野が円形ではない場合、Ｄは、受信視野を完全に覆う最小の円形の直径である）。頂点ＶおよびエッジＥを持つグラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）を以下のとおり定義する。領域毎に、グラフの中に領域に対応する単一の頂点を作成する。Ｄメートル未満で分離された領域に対応する頂点のペアの間にエッジを作成する。次に、整数１、２、．．．，ｎのうちの１つを各頂点に割り当てるために既知のグラフ彩色アルゴリズムを適用する（これらはグラフ彩色におけるｎ「色」である）。これは、グラフＧの彩色数がｎより多い場合、いつでも可能である。次に、グラフ彩色アルゴリズムによって対応する頂点に割り当てられた整数に応じて、スロットを領域に割り当てる可能性がある。この同じグラフＧを使用して、グラフＧの彩色数κを最初に決定し（または上界を与え）、そして、ｎ＝κを設定することにより、必要なスロットの個数をさらに最適化する可能性がある。グラフ彩色は、グラフの中の２個の隣接する頂点（エッジによって連結された頂点）が同じ色を共有しない、という特性を有する。これをスロット割り当てに変換すると、これは、Ｄメートルより接近している２個の領域が同じスロットを共有することがない、ということを意味する。受信視野の直径にＤを選択しているので、これは、受信視野を置く場所とは無関係に、各スロットが受信視野内で１回だけ使用される、という所望の特性を生じる。より一般的に、最小位置分離ではなく境界領域の使用を定義できる。すなわち、エッジが境界領域内にあるグラフの中の頂点のペアの間に作成される。これは、直径Ｄを持つ円形である可能性があり、たとえば、円形は、共通受信機の推定受信視野と完全に境界を接する最小の円形である。しかし、境界領域は、矩形（たとえば、辺ＸおよびＹ）、楕円形、正多角形（六角形、八角形）、または非正多角形でさえあることがあり得る。期待受信視野、または、ドップラー誘導周波数再利用に関連して以下に記載されるように期待受信視野の半分を覆うこれらの形状が形成されることがある。たとえば、境界領域は、Ｘ＝２Ｙであり、かつ、Ｙ寸法が受信機の運動の方向と整列されている、辺ＸおよびＹを持つ矩形領域であることがあり得る。

前述のとおり、ツリーデータ構造体を使用してスロット計画データベースを記憶するのが便利である。ツリーは、ノードおよびブランチで構成される。１個のノードがルートノードとして識別される。ノードの深さは、そのノードとルートとの間のブランチの本数である。ルートは、深さ零である。子ブランチは、深さｄにある親ノードを深さｄ＋１にある子ノードに接続する。図８は、実施形態による領域の不規則な区分の概略図８０であり、図９は、実施形態によるツリーとして記憶されたスロット計画データベースの概略図９０である。領域への平面の所与の区分と、領域へのスロットの所与の割り当てとを仮定することから始める。

ツリーの各レベルは、平面をますます小さくなる領域に連続的に分割する。ツリーの中の各ノードは、ペア（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）でラベルを付けられ、ｉ＝０，１，２，．．．は、零からツリーの中のノードの総数−１まで変化するダミーインデックスである。ツリー（リーフは、子ブランチ付きのノードである）がスロット計画の領域に対応する各リーフは、スロットの集合でラベルを付けられる。各非リーフノードは、４個の子を有する。これらの子の各々は、任意の点（ｘ，ｙ）をこれのノードラベル（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）に比較する４個の可能性に対応する。これらのブランチは、以下のとおりラベルを付ける：（＜，＜）は、領域ｘ＜ｘ_ｉかつｙ＜ｙ_ｉを意味し、（≧，＜）は、領域ｘ≧ｘ_ｉかつｙ＜ｙ_ｉを意味し、（＜，≧）は、領域ｘ＜ｘ_ｉかつｙ≧ｙ_ｉを意味し、最後に、（≧，≧）は、領域ｘ≧ｘ_ｉかつｙ≧ｙ_ｉを意味する。なお、＜および≧の代わりに、≦および＞を使用することもあり得る。

スロット・セレクタは、以下のとおり動作する。現在位置（ｘ，ｙ）が与えられると、スロット・セレクタは、この位置をルートノードに関連付けられた（ｘ_０，ｙ_０）と比較する。スロット・セレクタは、（ｘ，ｙ）と（ｘ_０，ｙ_０）との間の関係に対応するブランチを辿り、明瞭さのため、インデックス１を有することを仮定するノードに到達する。スロット・セレクタは、今度は、（ｘ，ｙ）を（ｘ_１，ｙ_１）と比較し、対応するブランチを辿る。このプロセスは、ツリーの各深さで繰り返され、（ｘ，ｙ）とノードラベルとの比較の結果に対応するブランチを辿る。リーフに到達し次第、プロセスが終了し、スロット・セレクタは、このリーフに関連付けられたスロット識別子の集合を出力する。図９は、このプロセスの実施例を示し、図８の共有領域内のどこかに位置している端末のため行われるツリーの走査を描く（ツリーの関連部分だけが示される）。たとえば、ｘ≧ｘ_０かつｙ≧ｙ_０を獲得し、このようにして、ブランチ９１が図９において選択される。図８を参照すると、場所は、線８１（ｘ_０）および８２（ｙ_０）によって境界を付けられた領域に狭められる。次の比較において、ｘ＜ｘ_１かつｙ＜ｙ_１を獲得し、このようにしてブランチ９２が選択され、図８において、場所は、線８１および８２と８３（ｘ_１）および８４（ｙ_１）とによって境界を付けられた領域に狭められる。次の比較において、ｘ≧ｘ_２かつｙ≧ｙ_２を獲得し、このようにしてブランチ９３が図９において選択される。図８を参照すると、場所は、線８５（ｘ_２）および８６（ｙ_２）と８３（ｘ_１）および８４（ｙ_１）とによって境界を付けられた領域に狭められる。次の比較において、ｘ≧ｘ_３かつｙ＜ｙ_３を獲得し、このようにしてブランチ９４が図９において選択される。図８を参照すると、場所は、線８７（ｘ_３）および８６（ｙ_２）と８３（ｘ_１）および８８（ｙ_３）とによって境界を付けられた領域に狭められる。端末は、このようにして、ツリーのリーフ９５にあり、端末は、地理的領域８９に位置し、適切なスロットがこの地理的領域）に割り当てられたスロット｛ａ，ｂ，ｃ，．．．｝から選択される可能性がある。

ツリーの中のあらゆるリーフが同じ深さにあることを必要とされるとは限らないことに注意すべきである。これは、平面の不規則な区分を可能にする。さらに、ノードにラベルを付ける（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）、ｉ＝０，１，２，．．．は、規則的な格子に位置する必要がないことに注意すべきである。最後に、このセットアップ全体は、ルートノードからいずれかのリーフまで複数の経路が存在する可能性があるトレリス、または、同様の構造体（たとえば、有向非巡回グラフ）に拡張される可能性がある。これは、複数の領域が同じスロット割り当てを共有するときに、より小型の表現を許す。より洗練されたスロット計画（たとえば、非矩形領域）は、ツリーを走査するノードラベルおよび決定関数を適切に修正することにより、ツリーまたはトレリス上にさらに表現される可能性がある。

別の実施形態において、地理的割り当てによる大域的な連携と共に標準的もしくは従来型のスロット割り当て方法によって局所的な連携が実行されるハイブリッドアプローチが使用されることがある。ある種のシステムにおいて、端末の様々なグループは、これらのグループ内のこれらのスロットの選択を局所的に連携する方法を備えていることがある。たとえば、これらのグループは、衝突回避付きの搬送波感知多重アクセスを使用してチャネルにアクセスするかもしれない。局所的な連携の別の実施例は、自己組織化時分割多重アクセス（ＳＯＴＤＭＡ）である。これらの局所的な連携は、ある種の中央コントローラ、たとえば、基地局もしくはアクセスポイントによって、さらに制御されることがある。しかし、端末の様々なグループは、グループ間の直接的な通信を欠き（たとえば、グループは、互いに遠く離れて位置し、直接的な接続がなく）、これらのスロットの選択を大域的に連携させることができないことがある。

図１０は、実施形態による送信機の局所的な連携を使用する通信システム１の概略図である。衛星受信機の受信視野３内の送信機１０は、第１の局所的なグループ１０１および第２の局所的なグループ１０２に分類される。局所的なグループの各々は、これらのスロット選択を局所的に連携させる可能性があるが、各グループは、他のグループおよびこれのスロットの選択に気付いていない。このようなシナリオは、たとえば、端末がローカル・アドホック無線ネットワークを形成する低軌道システムにおいて生じることがあり得るが、局所的なグループは、数千キロメートルで分離され、互いの存在に気付かないことが起こり得る。衛星受信機２は、端末の全てからデータを受信することを望む。このようなシナリオにおいて、発明者らは、（上述の方法のうちのいずれかを使用して）スロットのグループを区別できる地理的領域に割り当てるアプローチを採用する可能性がある。端末は、これらの領域に割り当てられたスロットのグループを使用して、グループ内で（ローカルコントローラの指示に従うような、選択するどのような方法でも使用して）これらの独自の局所的な連携を実行する。

図１１は、実施形態による局所的なスロット連携を伴う端末１０のブロック図である。送信機は、図４に示された送信機に類似し、局所的なスロット・セレクタ１８をさらに含む。本実施形態において、スロット・セレクタ１３は、現在の地理的位置に基づいてスロットの集合を選択し、このスロットの集合は、用いられている局所的な連携方法に応じて動作する局所的なスロット・セレクタ１８に提供される。局所的なスロット・セレクタ１８は、スロット・セレクタ１３からスロットの集合を入力として取り、その後、この集合の内部からスロットを選択する。局所的なスロット・セレクタは、スロットを選択するのを助けるためにアンテナのような局所的なスロット連携入力１９を使用することがある。一実施形態において、アンテナは、入力を提供するものであるサブシステムを通じて接続されることがある。一実施形態において、サブシステムは、たとえば、ＳＯＴＤＭＡを実行する送受信機の一部として、他の近隣の送信機の存在を検出する可能性がある受信機を含むことがある。一実施形態において、局所的なスロット連携入力１９は、他の局所的な端末の存在を指示する、または、たとえば、端末の台数、使用する方法、もしくは、さらにスロットの集合から選択すべきスロットのような局所的なスロット連携のための情報もしくは命令を提供することがある別の機器に接続される。

図１０に示された実施例において、第１の局所的なグループ１０１は、このグループの地理的位置に基づいて（たとえば、受信視野の中心に基づいて）スロット１から１０を割り当てられることがあり得るとともに、第２の局所的なグループ１０２は、スロット３１から４０を割り当てられることがあり得る。たとえば、一実施形態において、第１の局所的なグループ１０１は、スロット・セレクタによって提供されたスロット１〜１０の集合を使用する無作為割り当てを使用することがあり得、３台の送信器がスロット２、４および７を無作為に選択する。第２の局所的なグループ１０２は、グループ内で固定割り当てスキームを使用することがあり得る。たとえば、各送信機は、インデックスｉを割り当てられることがあり得、局所的なスロット・セレクタは、割り当てられたスロットの集合の中でｉ番目のスロットを選択するであろう。このようにして、本事例において、３台の送信機は、スロット３１〜４０の中からスロット３１、３２および３３を割り当てられるであろう。別の実施例において、第２の局所的なグループ１０２は、各端末が割り当てられたスロットの集合の中からのスロットだけで送信することを選んでＳＯＴＤＭＡを実行することがあり得る。局所的なスロット・セレクタ１８は、他の近隣の送信機の存在を検出する可能性がある受信機からの局所的なスロット連携入力１９を介して他の端末の存在に気付かされることがあり得る。

低軌道衛星の大きい軌道速度は、衛星との間で送信される信号に顕著なドップラーオフセットを誘導する。図１２は、ＶＨＦ帯域で送信された信号に対して低軌道衛星の受信視野内に位置している端末が被るドップラーオフセットのプロットを示す。このオフセットは、およそ−３６００Ｈｚから＋３６００Ｈｚまでの間で変化し、破線は、−１０００Ｈｚ、−２０００Ｈｚおよび−３０００Ｈｚのオフセット輪郭を指示し、点線は、＋１０００、＋２０００および＋３０００Ｈｚの輪郭を指示する。衛星天底は、（０，０）にあり、図は、衛星軌道が上から下まで延びる垂直軸に沿うように方向付けられている。

図１３は、受信視野内の２ｋｍ四方の格子上のあらゆる場所を考慮した図１２からのドップラーオフセットの対応するヒストグラムのプロット図である。このヒストグラムから、ドップラーオフセットの分布は、正および負の両端に向かって激しく歪曲していることが分かる。地上の端末が衛星から信号を受信するすべがなく、さらに衛星軌道についての知識が全くないオープンループのシナリオにおいて、端末は、端末が衛星に送信する信号に影響を与えることになるドップラーオフセットを前もって知ることがない。その結果、このような端末は、ドップラーシフトを予め補償できない。この未知のドップラーシフトは、上述のスキームにおいて周波数スロット化（チャネル化）を使用することをおそらく困難にする可能性がある。しかし、いくつかの新規性のある方法がこのドップラーシフトがもたらす周波数ダイバーシチを活用するために開発され、以下で検討する。

第１の実施形態例は、ドップラー誘導周波数再利用である。第一に、端末が（たとえば、規制当局の規制のため）送信周波数を自由に選択できないシステムを想定する。このようなシステムにおいて、何らかの他の種類のスロット化、たとえば、時間スロット化を使用し、そして、より詰まったスロットの空間再利用を許すために未知ドップラーオフセットを使用することが可能である。図１４は、北から南へ移動する衛星１４２の（衛星の後を追う）負のドップラーオフセット１４３および（衛星の先を進む）正のドップラーオフセット１４４への受信視野１４１の分割の概略図１４０を示す。平面をＲメートルの交互の水平方向の帯に分割し、上述の地理に基づくスロット計画のうちの１つを採用でき、受信視野は、今度は、（２Ｒ×２Ｒの代わりに）水平２Ｒメートル、および、垂直Ｒメートルの矩形になるように再定義されている。これは、割り当てのため利用可能なスロットの個数を効果的に２倍にする。図１５は、実施形態によるスロットを一層頻繁に再利用するためにドップラーを採用する格子に基づく割り当ての概略図１５０である。同じ考え方は、上述の他の割り当て方法に当てはまる。図６と同様に、平面にタイルを貼り、今度は、受信視野１４１が２Ｒ×Ｒである（外側が円形の衛星受信視野に矩形によって境界を付けている）ことが分かる。スロット割り当ての各位置は、今度は、衛星の円形フットプリント内に最大で２回だけ現れることが分かる。しかし、各位置は、正のドップラーオフセット付きで１回出現し、負のドップラーオフセット付きで１回出現することが分かる。信号帯域幅が最大ドップラーオフセットと比べて狭い、たとえば、図１２の実施例に対する１ｋＨｚ、場合、各スロットについての正および負のバージョンは、ドップラーシフトによって周波数分離されるであろう。図１３を参照すると、絶対ドップラーシフトは、最大周波数分離を与える最大値に接近する可能性が高い。より一般的に、１個以上のスロットを各地理的領域に割り当てるステップは、ドップラー誘導周波数再利用を使用して実行されることがあり得る。この事例では、同じスロットの集合が第１の地理的領域および第２の地理的領域の両方に対して使用される（または再利用される）。これらは、正のドップラーオフセットを有する第１の領域および負のドップラーオフセットを有する第２の領域を含んでいる共通受信機の共通受信視野における異なった領域に対応する。

第２の実施形態例は、最適化された確率論的周波数多重分割アクセス方式である。図１３は、端末が被るドップラーオフセットが中間のどこかではなく、最大または最小に接近する可能性が極めて高いことを示す。上記方法において、これは結果的に、最大または最小ドップラーオフセットで受信される信号の割合が高くなる。ある特定の時間間隔だけではなく、周波数チャネルによっても定義された（たとえば、）時間−周波数スロットを使用したいと仮定する。これは、前述のスロットの一般的な概念に完全に含まれ、上記方法の全てが当てはまる。ドップラー誘導周波数再利用から（２倍の）実質的な利益を得ることができるが、信号が周波数帯域全体により一様に分布させられるように送信を配置することが可能である場合、より多くの利益を得るであろう。端末がこれらの送信周波数をある程度まで制御する可能性があるシナリオにおいて、発明者らは、衛星で受信された信号が周波数帯域全体で一様に分布させられることを保証するために新規性があり、かつ、強力な方法を開発した。主要な観察は、ドップラーの効果の後に、衛星から一様分布が見えるように、端末に対する送信周波数の分布を決定することである。これは、以下のとおり数値最適化の問題として定式化される可能性がある。端末が確率密度関数ｑ（ｆ）によって記述された送信周波数分布を有するものとする。ドップラーシフトの分布が確率分布ｄ（ｆ）によって記述されるものとする。その結果、衛星での周波数の分布は、ｄ＊ｆであり、＊は、線形コンボリューション演算子である。これは、ドップラーシフトが加法的であり、かつ、２個のランダム変数の加算の分布がこれらのコンボリューションによって与えられることが周知であるという事実に起因する。

今度は、最適ｑ^＊を見つける数値最適化問題を以下のとおり解法できる：
（式７）

制約は以下のとおりである。
（式８）

（式９）
ｑ（ｆ）≧０
式中、Ｊ（・）は、引数が一様に「接近している」とき小さくなり、一様から「遠く離れている」とき大きくなる実数値の目的関数として設計者により選択される可能性がある関数である。ｑ（ｆ）についての２つの制約は、これが有効な確率密度関数であることを保証する。この手順は、ｑおよび／またはｄが離散的である、すなわち、確率質量関数である事例にも適用される可能性がある。この事例において、ｑ（ｆ）についての制約は、
（式１０）

（式１１）
ｑ（ｆ_ｉ）≧０
になり、式中、ｆ_ｉは、設計者によって選択される離散周波数の集合である。いくつかの選択肢がＪのため可能である。一実施例は、
（式１２）

（式１３）

であり、式中、αは、ｐのサポート全体で一様分布である。たとえば、ｐ（ｆ）がＷ Ｈｚに等しいサポート（ｐ（ｆ）＞０となる周波数の範囲）を有する場合、α＝１／Ｗである。このＪの選択肢は、ｐ＝ｑ＊ｄと一様分布との間の最小二乗差を最小化することを目的とする。別のアプローチは、ｐのシャノンエントロピーの負数になるようにＪ（ｐ）＝−Ｈ（ｐ）を設定するであろう。離散分布ｐに対して、エントロピ−は、一様分布に対して最大化される。他の目的関数が可能であり、本発明者らの方法は、これらの全部に当てはまる。標準的な数値最適化パッケージは、必須の制約付き最小化を実装するために使用される可能性がある。たとえば、最小二乗アプローチは、関数ｌｓｌｉｎを使用してＭＡＴＬＡＢにおいて解法される可能性がある。Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａにおいて、関数ＦｉｎｄＭｉｎｉｍｕｍは、非線形目的関数に対しても使用される可能性がある。

図１６は、実施形態による図１３の所与のドップラー分布に対する送信周波数分布を最適化する結果のプロット図１６１である。本実施例のため、シャノンエントロピーが目的関数として選ばれた。最小二乗平均アプローチを使用することは、類似した（しかし、異なった）結果をもたらす。

図１７は、いくつかの送信周波数分布−最適化されていない分布１７１、一様送信分布１７２および最適化された送信分布１７３に対する衛星受信機での周波数の分布のプロット図である。各曲線は、チャネルを通過した後に受信機で結果として得られる分布であり、適用された送信オフセットとチャネルドップラー効果との合成された効果を含む。いずれの場合も、送信機は、全てが同じ中心周波数で送信し、中心周波数は、グラフの中心を０Ｈｚに置くために減算されている。最適化されていない分布１７１は、参考のため示され、本事例では、周波数オフセットは、送信機で適用されることがなく、受信機での結果として得られる合成分布は、ドップラー効果に起因するチャネル誘導周波数オフセット（すなわち、非最適化事例）を例示する。一様送信分布１７２は、送信機が一様分布から選択された周波数オフセットを適用する受信機で結果として得られる分布を例示する。すなわち、端末によって使用される送信周波数のための確率密度関数ｑ^＊は、一様である。最適化された送信周波数分布１７３は、送信機が最適化された分布からの周波数オフセットを適用する受信機で結果として得られる分布を例示する。本事例では、最適化された分布は、上記に説明されたように図１３の所定のドップラー分布に対する送信周波数分布を最適化することにより取得される。最適化された送信周波数分布１７３を使用することは、受信機で一様分布により接近した（実際には、できる限り接近した）受信スペクトルを取得する。受信された分布の形状を改善するだけでなく、（本実施例では、最適化された分布１７３を最適化されていない分布１７１と比較すると２倍に）帯域幅全体も増大させた。これは、使用のため利用可能なスロットの個数を増加させる付加的な利益がある。最適送信周波数分布ｑ^＊が取得されると、これは、いくつかの方式で適用される可能性がある。第一に、各端末は、分布ｑ^＊に応じて無作為周波数オフセットを選択することがあり得る。受信視野の全体に多数の端末が一様に分布させられると、衛星は、最適化された分布ｄ＊ｑ^＊が見えるものである。代替的に、（前述の方法のいずれかを使用して）周波数を地理的スロット計画の中のスロットに関連付けることにより周波数を端末に決定論的に割り当てる可能性があり、スロット計画の中で使用される各周波数の割合がｑ^＊に従うことを保証する。一様送信周波数分布１７２を適用することは、最適化されていない分布１７１より一様分布に遥かに接近している受信スペクトルを結果として生じるが、最適化された分布を計算する取り組みを回避することにも気付く。（期待ドップラー分布を考慮して）送信機および／または受信機で、ある一定の（すなわち、所定の）帯域幅内に制限された送信周波数分布をさらに設計することがある。たとえば、所定の帯域幅は、システムまたは規制当局の規制を満たすように定義されることがある（この事例では、帯域幅の値は、システム設計または構成中に決定される可能性がある）。

方法および送信機の実施形態は、広範囲の通信技術を使用して無線通信システムの範囲で実装されることがある。これは、２０１２年９月２１日付けで出願された、“Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ”と題する豪州仮特許出願第２０１２９０４１３０号と、２０１２年９月２１日付けで出願された、“Ｍｕｌｔｉａｃｃｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ”と題する豪州仮特許出願第２０１２９０４１４５号とに記載された無線通信システムと、送信機および受信機とを含むことがある。これらの出願の各々の内容は、全体として参照によって本書に組み込まれる。実施形態は、陸上および海洋フィールドセンサと工業用自動制御設備とのような広範囲に分布したセンサおよび機器をサポートする通信システムにおいて使用される可能性がある。このような機器およびセンサをサポートする能力は、気候変動、水、採掘、農業、防衛および国家安全保障のための環境監視のような領域内の有意な経済的および環境的利益をもたらす潜在性がある。たとえば、潜在的な用途は、環境的、経済的、および国家安全保障上の理由のための長距離海洋環境監視、または、無人地上センサまたは資源のための遠隔監視との通信をサポートすることを含む。このようなセンサのため、衛星または空中通信は、これらのセンサおよび資源からのデータの抽出用の唯一の実現可能な解決手法である。本書に記載された方法の実施形態は、効率的なスロット割り当てが多数の分布型端末をサポートすることを可能にする。

特に、（衛星受信機のような）受信機と受信機の受信視野（または受信機領域）内の送信機との間にフィードバックチャネルが存在しない事例において、通信システム性能を最大限に発揮させる（または改善する）ために端末をスロットにどのように割り当てるかを決定する解決手法を提供する様々な方法およびシステムが本書に記載されている。しかし、本書に記載された方法は、フィードバックチャネルが存在するが、使用されていないか、もしくは、ある種の他の目的のため使用されている通信システムにも適用される可能性があることが理解されるべきである。同様に、本書に記載された方法の実施形態は、フィードバックチャネルがいくつかの端末からの送信を連携させるために使用される事例においてスロット割り当てを支援するためにさらに使用される可能性がある。このアプローチは、受信機への通信（すなわち送信を送るため）に使用すべき端末のためのスロットを選択するために、端末の地理的位置について端末で利用可能である地理的位置情報を使用することである。端末は、現在位置のある種の決定論的または非決定論的な関数に従ってスロットを選択するためにスロット・セレクタを使ってプログラムされる可能性がある。スロット計画データベースは、効率的なスロット選択を支援するために使用されることがある。このアプローチは、いくつかの利点がある。端末から受信機へのフィードバック、または、端末間の通信の要件がない。同様に、このアプローチは、スロット選択のリアルタイム中心連携を必要とすることなく、端末移動性および／または移動する受信視野（すなわち、移動衛星、または長距離無人機（ＵＡＶ））をサポートする。このアプローチは、受信機での失敗の可能性を大幅に削減する、または、除去する可能性がある。このアプローチは、コスト、複雑性、および消費電力の削減のような多数の実装上の利点を有する。この方法は、受信機が単一スロット内でｍ≧１であるｍ個の同時送信を復号化するのに成功する可能性がある多重アクセスもしくはマルチユーザ受信機である事例において使用される可能性がある。この方法は、受信機がスロット内で単一の送信（すなわち、ｍ＝１）だけを復号化する可能性がある事例において依然として使用される可能性があることに注意すべきである。この事例において、記載された方法は、重なりを回避するために送信を分布させるのを助けるために使用される可能性がある。

スロット計画データベースによって使用されるスロット計画は、受信視野内で各スロットを１回ずつ割り当てることがある。地理的位置の使用は、端末がどのスロットを使用すべきかを自立的に決定することを可能にさせる。スロット計画は、矩形格子内のタイリング領域に基づくことがある。このようなシナリオにおいて、この格子に基づく割り当ては、受信視野が平面上のどこに置かれていても、非常に多数の端末が受信視野内で同じスロットを使用して送信する可能性を除去する。この格子割り当てのタイリングは、受信視野がどこに置かれていても、各スロットが受信視野内でｍ回だけ使用されるという特性を有するスロット計画を考案することが可能であることを実証する。これは、同じスロットの中で復号化する非常に多数の端末に起因して、マルチユーザ復号器が復号化できない可能性を取り除くことを可能にする。これは、上述の無作為アクセス方法と比べて著しい利益を提供する。

この計画は、不規則な格子とグラフ彩色を使用する割り当てとを使用することがある。さらなるスロット地理的領域は、受信視野内に定義されることがあり、各領域にスロットのグループが割り当てられる。割り当てられたグループからのスロットの割り当ては、グループ内で局所的に連携されることがある。スロット計画データベースは、効率的に検索される可能性があるツリーまたはトレリス構造体として記憶されることがある。さらなる態様において、受信視野は、正および負のドップラー領域に分割されることがあり、スロットは、割り当てのため利用できるスロットの個数を２倍にするために２つの領域で再利用されることがある。さらなる利益は、受信機から周波数帯域全体に亘る周波数のほぼ一様な分布が見えるようにスロットの割り当てによって取得されることがある。これは、端末によって使用される送信周波数に対する確率密度関数ｑ^＊を取得することにさらに基づくことがある。これは、数値最適化技術に基づいて取得されることがある。

本書に記載された方法は、１台以上のコンピューティング機器を使用してコンピュータ実装されることがある。コンピューティング機器は、プロセッサおよびメモリと、１台以上の入力または出力機器とを備えることがある。メモリは、プロセッサに本書に記載された方法を実行させる命令を備えることがある。これらの命令は、ロードされ、実行されるコンピュータコードとして記憶されることがある。コンピューティング機器は、デスクトップコンピュータもしくはラップトップ、サーバもしくは携帯型コンピューティング機器、または、別の装置もしくはシステム内の包含用のボードのような標準的なコンピューティング機器でもよい。コンピューティング機器は、装置の中に内蔵されたシステムでもよい。コンピューティング機器は、集中型コンピューティングもしくはプログラマブル機器でもよく、または、有線もしくは無線接続を介して動作的（もしくは機能的）に接続された複数のコンポーネントを備える分散型機器でもよい。コンピューティング機器１９０の実施形態は、図１９に例示され、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１９１と、メモリ１９５と、場合によっては、表示装置１９６と、キーボード、マウスなどのような入力機器１９７とを備える。ＣＰＵ １９１は、入力／出力インターフェース１９２と、算術・論理ユニット（ＡＬＵ）１９３と、入力／出力インターフェースを介して入力機器および出力機器と通信している制御ユニットおよびプログラムカウンタ要素１９４とを備える。入力／出力インターフェースは、所定の通信プロトコル（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｚｉｇｂｅｅ、ＩＥＥＥ ８０２．１５、ＩＥＥＥ ８０２．１１、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＤＰなど）を使用して別の機器内の等価的な通信モジュールと通信するネットワークインターフェースおよび／または通信モジュールを備えることがある。グラフィカル処理ユニット（ＧＰＵ）は、さらに組み込まれることがある。表示装置は、フラット・スクリーン・ディスプレイ（たとえば、ＬＣＤ、ＬＥＤ、プラズマ、タッチスクリーンなど）、プロジェクタ、ＣＲＴなどを備えることがある。コンピューティング機器は、単一ＣＰＵ（コア）または複数のＣＰＵ（マルチコア）を備えることがある。コンピューティング機器は、並列プロセッサ、ベクトルプロセッサを使用することがあり、または、分散型コンピューティング機器であることがある。メモリは、プロセッサ（群）に動作的に結合され、ＲＡＭコンポーネントおよびＲＯＭコンポーネントを備えることがあり、機器に内蔵されること、もしくは、外付けされることがある。メモリは、オペレーティング・システムと、プロセッサ（群）によってロードされ、実行される可能性がある付加的なソフトウェアモジュールを記憶するために使用されることがある。

当業者は、情報および信号が種々の技術および手法のいずれかを使用して表現されることがあることを理解するであろう。たとえば、データ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、上記説明全体を通して参照されることがあり、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光粒子、または、これらのいずれかの組み合わせによって表現されることがある。

当業者は、本書に開示された実施形態と関連して記載された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装されることがあることをさらに認めるであろう。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明瞭に例示するために、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップがこれらの機能性の観点から概ね上述されている。このような機能性がハードウェアとして実装されるか、または、ソフトウェアとして実装されるかは、ある特定の用途およびシステム全体に課された設計上の制約に依存する。当業者は、ある特定の用途毎に様々な方式で上記機能性を実装することがあるが、このような実装決定は、本発明の範囲からの逸脱の原因となるものとして解釈されるべきではない。

本書に開示された実施形態と関連して記載された方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接的に、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、または両方の組み合わせで具現化されることがある。ハードウェア実装に関して、処理は、本書に記載された機能を実行するように設計された１個以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理機器（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理機器（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、その他の電子ユニット、またはこれらの組み合わせの内部に実装されることがある。入力／出力インターフェースと、算術および論理ユニット（ＡＬＵ）と、入力／出力インターフェースを通じて入力および出力機器もしくはモジュールと通信している制御ユニットおよびプログラムカウンタ要素と、メモリとを収容している中央処理ユニット（ＣＰＵ）が使用されることがある。コンピュータプログラム、コンピュータコード、または命令としても知られているソフトウェアモジュールは、いくつかの数のソースコードもしくはオブジェクトコードセグメントまたは命令を収容することがあり、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、または、他の形式のコンピュータ読み取り可能な媒体のような何らかのコンピュータ読み取り可能な媒体の中に存在することがある。代替案において、コンピュータ読み取り可能な媒体は、プロセッサに一体化されることがある。プロセッサおよびコンピュータ読み取り可能な媒体は、ＡＳＩＣまたは関連機器の中に存在することがある。ソフトウェアコードは、メモリユニットの中に記憶され、プロセッサによって実行されることがある。メモリユニットは、プロセッサの内部もしくは外部に実装されることがあり、この事例では、メモリユニットは、当該技術分野において知られているように様々な手段を介してプロセッサに通信結合される可能性がある。

明細書および後に続く請求項の全体に亘って、特に断らない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という語と、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」のような活用形とは、言明された整数または整数のグループの包含を意味するが、その他の整数または整数のグループの排除を意味しないことが理解されるであろう。

本明細書におけるいずれかの先行技術の参照は、このような先行技術が共通の一般知識の一部を形成するとする何らかの示唆の承認ではなく、かつ、その承認としてみなされるべきではない。

発明は、この発明の使用において記載されたある特定の用途に限定されないことが当業者によって認められるであろう。さらに、本発明は、本書に記載または表現されたある特定の要素および／または特徴に関して本発明の好ましい実施形態において限定されることがない。発明は、開示された実施形態または実施形態群に制限されることなく、発明の範囲から逸脱することなく多数の再配置、変更および置換ができることが認められるであろう。

Claims (22)

1. 低軌道衛星通信システムにおいて時間−周波数送信スロットを端末に割り当てる方法であって、
   前記通信システムは、複数の端末と、受信視野を有しかつ前記複数の端末からの送信を受信する低軌道衛星内の受信機とを備え、前記複数の端末が送信周波数を制御し、
   前記方法は、
   前記複数の端末の内の一つの端末であって、当該端末の地理的位置を取得することと、
   前記端末の取得された前記地理的位置に基づいて時間−周波数送信スロットを割り当てることと、を含み、
   前記受信機から前記複数の端末までのフィードバックチャネルが存在することなく、または、前記受信機から前記複数の端末までのフィードバックチャネルが存在しているが、前記端末への時間−周波数送信スロットの割り当てのため使用されることなく、時間−周波数送信スロットの割り当てが前記受信機とは独立に実行され、前記割り当ては、ドップラー誘導周波数再利用を用いる端末によって記憶されたスロット計画データベースからスロットを決定論的に割り当てること、あるいは複数の端末によって使用される送信周波数についての確率密度関数q*を使用してスロットを割り当てることのいずれかによって、低軌道衛星から送信された信号の低軌道衛星誘導ドップラーシフトからもたらされる周波数ダイバーシチを活用する、ここで、確率密度関数ｑ ^＊ はドップラー効果の後に、低軌道衛星内の受信機によって受信された複数の端末からの信号が周波数帯域にわたって一様に分布することが期待されるように選択される、方法。
2. 前記端末の地理的位置は、メモリ、位置決定モジュールまたは通信リンクを経由してから取得される、請求項１に記載の方法。
3. 前記スロット計画データベースは、複数の地理的領域を含み、各地理的領域は、１個以上のスロットの集合に関連付けられ、同じスロットの集合は、第１の領域と第２の領域の両方のために使用され、第１および第２の領域は、受信機の受信視野内の異なる領域に対応し、前記第１の領域は正のドップラーオフセットを有し、前記第２の領域は負のドップラーオフセットを有し、前記受信機において、前記第１の領域からの送信はドップラーシフトにより前記第２の領域からの送信と周波数分離され、
   前記時間−周波数送信スロットを割り当てることは、
   前記端末の前記地理的位置を収容する前記地理的領域を決定するステップと、
   前記決定された地理的領域に関連付けられた１個以上のスロットの前記集合からスロットを選択するステップと、をさらに備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記スロット計画データベースの中の前記地理的領域の各々が境界を有し、前記境界の各々が端末の統計的空間分布に基づいて決定される、請求項３に記載の方法。
5. 前記受信機は、単一のスロット内でｍ個の同時送信を復号化することに成功する可能性があるマルチユーザ受信機で構成されており、
   各スロットは、最大でｍ個の領域に関連付けられている、ここでｍは１以上である、請求項３に記載の方法。
6. 前記複数の地理的領域は、運用領域を形成し、前記スロット計画データベースの中の前記地理的領域の各々が境界を有し、前記領域の前記境界は、前記領域が前記運用領域の不規則な区分を形成するように不規則である、請求項３に記載の方法。
7. グラフ彩色アルゴリズムを使用して１個以上のスロットの集合を各地理的領域に割り当てるステップをさらに含み、
   各領域がグラフの中の単一の頂点に関連付けられ、エッジが境界領域内にある前記グラフの中の頂点のいずれかのペアの間に作成されている請求項３に記載の方法。
8. 前記境界領域は、前記受信機の推定受信視野と完全に境界を接する最小の円形である、請求項７に記載の方法。
9. 前記地理的領域の各々は、矩形地理的領域であり、前記スロット計画データベースは、長さＸおよびＹの辺を持つ矩形格子を形成する地理的領域を記憶し、前記端末の前記地理的位置を収容する前記地理的領域を決定するステップは、地理的領域番号Ｒを決定することを含む、請求項３に記載の方法。
10. １個以上のスロットの前記集合は、複数のスロットであり、前記決定された地理的領域に関連付けられた１個以上のスロットの前記集合からスロットを選択するステップは、端末の局所的なグループ内のスロットの前記集合からの前記スロットの選択を局所的に連携させることにより実行される、請求項３に記載の方法。
11. 前記スロット計画データベースは、ツリーデータ構造体かトレリスデータ構造体のいずれか一方として記憶される、請求項３に記載の方法。
12. 前記スロットを割り当てることは、各端末によって、前記複数の端末によって使用される送信周波数に対する確率密度関数ｑ ^＊ に基づいて周波数オフセットを無作為に選択することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記複数の端末によって使用される前記送信周波数に対する確率密度関数ｑ^＊が、一様である、または数値シミュレーションによって取得される、請求項１２に記載の方法。
14. 低軌道衛星通信システムで用いられる端末であって、
    低軌道衛星内の受信機と、
    複数の端末と、備え、
    前記複数の端末の内の一つである前記端末が、
    送信周波数を制御することを端末に許容するように構成された送信機と、
    端末の地理的位置を取得する位置モジュールと、
    前記取得された地理的位置に基づいて時間−周波数送信スロットを選択するスロット・セレクタ・モジュールと、を備え、
    前記受信機から前記端末までのフィードバックチャネルが存在することなく、または、前記受信機から前記端末までのフィードバックチャネルが存在しているが、前記端末への時間−周波数送信スロットの割り当てのため使用されることなく、前記端末への時間−周波数送信スロットの割り当てが前記受信機とは独立に実行され、
    前記スロット・セレクタ・モジュールが、ドップラー誘導周波数再利用を利用する端末によって記憶されたスロット計画データベースからスロットを決定論的に割り当てる、あるいは前記複数の端末によって使用される送信周波数についての確率密度関数q*を使用してスロットを割り当てることのいずれかによって、低軌道衛星から送信された信号の低軌道衛星誘導ドップラーシフトからもたらされる周波数ダイバーシチを活用するように構成される、ここで、前記確率密度関数ｑ ^＊ はドップラー効果の後に、低軌道衛星内の受信機によって受信された複数の端末からの信号が周波数帯域にわたって一様に分布することが期待されるように選択される、端末。
15. 前記位置モジュールは、メモリの少なくとも一つ、前記端末の前記位置を推定する位置決定モジュール、または通信リンクを経由して位置を受信する位置受信機から前記地理的位置を取得する、請求項１４に記載の端末。
16. 局所的なスロット・セレクタ・モジュールおよび局所的なスロット連携入力をさらに備え、前記スロット・セレクタ・モジュールは、前記取得された位置に基づいて複数のスロットを前記局所的なスロット・セレクタ・モジュールに提供するようにさらに構成され、前記局所的なスロット・セレクタ・モジュールは、局所的なスロット連携入力から受信された局所的な連携入力を使用する１台以上の送信機との局所的な連携を使用して前記複数のスロットからスロットを選択するように構成されている、請求項１４に記載の端末。
17. 前記スロット計画データベースは、複数の地理的領域を備え、各地理的領域が１個以上のスロットの集合に関連付けられ、同じスロットの集合は、第１の領域と第２の領域の両方のために使用され、第１および第２の領域は、受信機の受信視野内の異なる領域に対応し、前記第１の領域は正のドップラーオフセットを有し、前記第２の領域は負のドップラーオフセットを有し、前記受信機において、前記第１の領域からの送信はドップラーシフトにより前記第２の領域からの送信と周波数分離され、
    前記スロット・セレクタ・モジュールは、前記端末の前記地理的位置を収容する前記地理的領域を決定し、前記決定された地理的領域に関連付けられた１個以上のスロットの前記集合からスロットを選択するように構成されている、請求項１４に記載の端末。
18. 複数の端末と、
    前記複数の端末からの送信を受信する低軌道衛星内の受信機と、
    前記端末のそれぞれは、
    送信周波数を制御することを端末に許容するように構成された送信機と、
    端末の地理的位置を取得する位置モジュールと、
    前記取得された端末の地理的位置に基づいて時間−周波数送信スロットを選択するスロット・セレクタ・モジュールと、を備え、
    前記受信機から前記複数の端末までのフィードバックチャネルが存在することなく、または、前記受信機から前記複数の端末までのフィードバックチャネルが存在しているが、前記端末への時間−周波数送信スロットの割り当てのため使用されることなく、前記端末への時間−周波数送信スロットの割り当てが前記受信機または他の前記端末とは独立に実行され、
    前記スロット・セレクタ・モジュールが、ドップラー誘導周波数再利用を利用する端末によって記憶されたスロット計画データベースからスロットを決定論的に割り当てる、あるいは前記複数の端末によって使用される送信周波数についての確率密度関数q*を使用してスロットを割り当てることのいずれかによって、低軌道衛星から送信された信号の低軌道衛星誘導ドップラーシフトからもたらされる周波数ダイバーシチを活用するように構成される、ここで前記確率密度関数ｑ ^＊ はドップラー効果の後に、低軌道衛星内の受信機によって受信された複数の端末からの信号が周波数帯域にわたって一様に分布することが期待されるように選択される、低軌道衛星通信システム。
19. 前記スロット計画データベースは、複数の地理的領域を含み、各地理的領域は１個以上のスロットの集合に関連付けられ、複数の周波数は１個以上のスロットに関連付けられ、前記スロット計画データベースで使用される各周波数の割合が前記確率密度関数ｑ^＊に応じて選択され、
    前記時間−周波数送信スロットを割り当てることは、前記端末の前記地理的位置を収容する前記地理的領域を決定するステップと、前記決定された地理的領域に関連付けられた１個以上のスロットの前記集合からスロットを選択するステップと、を備え、ここで選択されたスロットに関連付けられた周波数が送信周波数として使用される、請求項１に記載の方法。
20. 前記スロット・セレクタ・モジュールは、前記複数の端末によって使用される送信周波数に対する確率密度関数ｑ^＊に基づいて周波数オフセットを無作為に選択するように構成される、請求項１４に記載の端末。
21. 前記複数の端末によって使用される前記送信周波数に対する確率密度関数ｑ^＊が、一様である、または数値シミュレーションによって取得される、請求項２０に記載の端末。
22. 前記スロット計画データベースは、複数の地理的領域を含み、各地理的領域は１個以上のスロットの集合に関連付けられ、複数の周波数は前記スロット計画データベースにおいて１個以上のスロットに関連付けられ、前記スロット計画データベースで使用される各周波数の割合が前記確率密度関数ｑ^＊に応じて選択され、前記スロット・セレクタ・モジュールは、前記位置モジュールから取得された前記地理的位置と関連付けられた１個以上のスロットの前記集合からスロットを選択するように構成され、ここで選択されたスロットに関連付けられた周波数が送信周波数として使用される、請求項１４に記載の端末。

Images