通信系统内的信道分配技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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“Channelallocationinacommunicationsystem”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“Communicationsystemandmethod”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“MultiaccessCommunicationSystem”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。
本专利技术涉及无线通信系统。特别地，本专利技术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。
技术介绍
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,…,TXk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TXi，TXj和TXk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：等式1众所周知可以通过泊松近似去近似二项分布：其中等式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。
技术实现思路
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.14 AU 20129034891.一种用于为低地球轨道卫星通信系统内的终端分配时间-频率传输间隙的方法，所述低地球轨道卫星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低地球轨道卫星中的共用接收器，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时间-频率传输间隙；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时间-频率传输间隙的分配，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它终端而由终端执行，并且通过获取所述终端使用的所述传输频率的概率密度函数q*，并且使用q*来执行终端的间隙的分配，以使得，在多普勒效应之后，所述低地球轨道卫星中的共用接收器了解覆盖频带的频率的近似均匀分布，或者通过从运用多普勒引起的频率复用的间隙规划数据库中选择间隙，运用传输到卫星的信号中的低地球轨道引起的多普勒频移而产生的频率多样化，其中每个终端包括所述间隙规划数据库，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，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，并且分配时间-频率传输间隙包括步骤：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。2.根据权利要求1所述的方法，其中从存储器、位置确定模块或通过通信链接获取所述地理位置。3.根据权利要求1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。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述共用接收器是能够成功地解码在单个间隙内的m个同步传输的多用户接收器，并且每个间隙与至多m个区域相关联，其中m大于1。5.根据权利要求1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。6.根据权利要求1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，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。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·詹姆斯·格兰特，大卫·维克多·劳瑞·哈里，罗伯特·乔治·马克里安，威廉·乔治·考利，琳达·玛丽·戴维斯，
申请(专利权)人：南澳大利亚大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU